(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大可視領域（１８０、５２０）を有するホログラフィック再構成システム（１００、４００）であって、
−実質的にコヒーレントな光を提供する光源手段（４１０）と、
−シーンをホログラムとして再構成し、当該ホログラムとして再構成されたシーンを観察者が観察可能な特定の広がりを有する可視領域（１６０、４９０）を生成する再構成手段（１１０、１３０、１４０、４２０、４３０、４４０）と、
−前記可視領域（１６０、４９０）を位置付ける偏向手段（１２０、４５０、６１０）と、
−ある回転数で回転軸を中心に前記偏向手段（１２０、４５０、６１０）を継続的に回転又は回動する、該回転軸を有する偏向駆動手段（６３０）と
を具備し、
前記再構成手段は、光路中の前記偏向手段の前方に、ホログラムで符号化されると共に入射された光を変調する空間光変調器手段（４２０）を有する第１の光学手段（１１０、４２０、４３０、４４０）と、前記光路中の前記偏向手段の後方に、第２の光学手段（４６０、４７０、４８０）と、を備え、
前記第１の光学手段（１１０、４２０、４３０、４４０）は、前記空間光変調器手段（４２０）により変調された光の縮小中間像を前記偏向手段に対して結像するために提供され、
前記第２の光学手段（４６０、４７０、４８０）は、前記偏向手段（１２０、４５０、６１０）により偏向された前記縮小中間像から前記拡大可視領域（１８０、５２０）上に最終的な画像を形成するために提供される
ことを特徴とするホログラフィック再構成システム。
【請求項２】
前記偏向手段（１２０、４５０、６１０）の前記回転又は前記回動は、前記拡大可視領域（５２０）内において前記生成された可視領域（４９０）の位置を継続的に変位させるように、ある角度範囲にわたり継続的に行なわれることを特徴とする請求項１記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項３】
前記光源手段は、特定のスイッチング周波数で光パルス（３２０、３２２、３２４）を周期的に提供することを特徴とする請求項１記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項４】
前記スイッチング周波数を制御する光源制御手段を具備する請求項３記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項５】
前記スイッチング周波数及び回転数は特定の比を有することを特徴とする請求項３又は４記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項６】
スイッチング周波数及び回転数は、前記光源手段が偏向方向の前記可視領域（３３０）の広がりに対応する変位距離内で最大１つの光パルス（３２０）を伝えるような比を有することを特徴とする請求項３から５の少なくとも１項に記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項７】
前記再構成手段は、ホログラムとして再構成される前記シーンを計算するために提供され、当該計算は、好適に提供された光において前記可視領域の位置に依存して行なわれることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項８】
前記再構成手段は、
前記可視領域（３３０）の少なくとも１つの選択された位置に対してホログラムとして再構成される前記シーンを計算し、
前記選択された位置に後続する前記可視領域（３３２）の少なくとも１つの位置に対してホログラムとして再構成される前記計算されたシーンを提供する
ために提供されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項９】
前記第１の光学手段は、少なくとも１つのテレセントリックレンズ（４４０）を具備し、前記第２の光学手段は、少なくとも１つの投影レンズ（４６０）又は投影ミラーを具備することを特徴とする請求項１記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項１０】
前記偏向手段（１２０、４５０、６１０）はミラーであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項１１】
前記偏向手段（１２０、４５０、６１０）は表面鏡であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項１２】
前記偏向駆動手段の回転数を制御する偏向駆動制御手段を更に具備する請求項１から１１のいずれか１項に記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項１３】
光の提供は、前記観察者の眼の検出位置に依存して行なわれることを特徴とする請求項６記載のホログラフィック再構成システム。
【請求項１４】
拡大可視領域を使用するホログラフィック再構成システムにおいてシーンをホログラムとして再構成するホログラフィック再構成方法であって、
−実質的にコヒーレントな光を提供する工程と、
−シーンをホログラムとして再構成し、当該ホログラムとして再構成されたシーンを観察者が観察可能な、広がりを有する可視領域を生成する工程と、
を有し、
前記シーンの再構成は、
−偏向手段を使用して前記可視領域を位置付ける工程と、
−前記拡大可視領域内の前記可視領域を変位するために、特定の回転数で回転軸を中心に前記偏向手段を継続的に回転又は回動する工程と、
−第１の光学手段における、ホログラムで符号化される空間光変調手段が、入射された光を変調する工程と、
−第１の光学手段を使用して、前記空間光変調器手段が変調した光の縮小中間像を前記偏向手段に対して結像する工程と、
−第２の光学手段を使用して、前記偏向手段により偏向された前記縮小中間像から前記拡大可視領域上に最終的な画像を形成する工程と
により行われることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大可視領域を使用するホログラフィック再構成システム及びその方法に関する。ホログラフィック再構成システムは、実質的にコヒーレントな光を提供する光源手段と、シーンをホログラムとして再構成し、観察者が当該ホログラムとして再構成されたシーンを見る際に使用する可視領域を生成する再構成手段と、可視領域を位置付ける偏向手段とを含む。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィック再構成システムにおいて、十分にコヒーレントな光は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の空間光変調器手段（ＳＬＭ）により変調される。回折構造、ホログラム又は一連のホログラムは、ＳＬＭ上で符号化される。物体光点は、ＳＬＭにおいてホログラムにより変調される光の干渉により生成される。それらの物体光点の全体は、物体又はシーンの３次元再構成を形成する。全ての物体光点の光は光波面の形態で伝播するため、１人又は複数の観察者は眼の位置からそれらの物体光点を３次元シーンとして見れる。観察者にとっては、光は、ＳＬＭからではなく３次元物体再構成から、すなわち複数の奥行き面から入射するように見える。観察者は、複数の奥行き面を有する物体再構成に自身の眼の焦点を合わせる。眼は、直接透過される光ではなくＳＬＭにより回折される光のみを見れる。観察者は、ホログラフィックディスプレイを見る時、実際の物体を見ているかのような印象を受けるのが理想的である。これは、立体表現とは異なり、ホログラフィック再構成が代用物体を実現することを意味する。そのため、一般に実際のシーンを見ることとホログラフィック再構成シーンと見ることとの間に差がないため、眼の疲労及び頭痛等の立体視に関する周知の問題が生じない。
【０００３】
例えば特許文献１により開示されるような周知のホログラフィック再構成システムは、実質的に以下の一般的な原理に基づく。ホログラフィック情報により空間的に変調される波面は、１人又は複数の観察者の一方の眼又は双方の眼の前方に位置付けられる再構成空間に３次元シーンを再構成する。ホログラムは、物体光点が表示画面の前方だけでなく表示画面上及びその後方にも現れるように符号化される。再構成空間は、変調波面が再構成システムから射出する時に通る表示画面の射出面から可視領域まで広がる。可視領域は、１つの平面において、例えば眼又は瞳孔のサイズに対応する有限の広がりを有する。観察者の少なくとも一方の眼が可視領域内に位置する場合、観察者はホログラフィック再構成シーンを見れる。
【０００４】
可視領域のサイズは、ホログラフィック再構成システムの焦点距離、使用される光の波長及びホログラムとして再構成されるシーンを符号化するための空間変調器の画素ピッチに依存する。所望の可視領域が広い程、使用されるＳＬＭの解像度は高い必要がある。広い可視領域を得るために、ＳＬＭは、大きな回折角をもたらす非常に小さな画素開口を有する必要がある。すなわち、ＳＬＭは小さな画素ピッチ及び従って大量の画素を有する必要がある。
【０００５】
ＳＬＭの必要な解像度を低減するために、可視領域のサイズは、例えば瞳孔のサイズに縮小される。しかし、これにより、観察者の眼が可視領域内に部分的にのみ位置する場合は３次元再構成の可視性に関する問題が起こる可能性がある。観察者の僅かな動きが可視性の消失、けられ又は空間周波数スペクトルの歪み等の結果を既にもたらしている可能性がある。更に、眼が可視領域外に位置する観察者にとって、再構成空間の境界は見つけにくい。従って、観察者が移動した場合、可視領域の位置が新しい眼の位置に適応されることが必要である。
【０００６】
小さな可視領域において、観察者が一方の眼でのみホログラフィック再構成を見れるため、他方の眼に向けられる第２の波面は視差が異なる第２の再構成を提供する必要がある。光学的誤差のない２つの再構成空間を知覚することを保証するために、双方の再構成空間が表示画面において同一の基礎を有する必要があるため、それらの各波面は周知の裸眼立体手段を使用して空間的又は時間的にインタリーブされる。空間周波数フィルタ及び集束手段は、波面間の光学的クロストークを防止する。複数の観察者が異なる再構成を同時に見れるようにすることを再構成システムが更に意図する場合、追加の波面、一般に観察者毎に２つの波面が必要とされる。これらの追加の光波は、空間分割多重処理又は時分割多重処理において生成される。
【０００７】
ある程度明確にするために、以下の説明は主にホログラフィックシステムの単一の波面の調整に関する。必要に応じて、再構成システムは第１の波面と同様に更なる波面を実現できる。本発明の概念は、実際の波面数に依存してそれに必要な回数だけ適用可能であることは当業者には理解される。その場合、本発明の機能素子は、複数の波面に対して共通に使用されるのが好ましい。
【０００８】
周知のシステムは、アイファインダとスキャナミラー等の偏向ユニットとを含む。眼の位置は、アイファインダにより検出される。偏向ユニットの必要とされる角度位置は、その眼の位置に基づいて見つけられ、偏向ユニットは、可視領域の位置を眼の位置に一致するように制御される。制御された位置において、偏向ユニットは、ホログラムが再構成されるように一瞬停止する必要がある。その後、次の眼の位置が検出され、偏向ユニットは断続的に移動することになる。特に例えば２０Ｈｚを上回る高周波数において従来の手段を使用して断続的な移動を実現するのは困難である。
【０００９】
小さな可視領域の場合、アイファインダが非常に高い精度で眼の位置を検出することが更に必要とされる。例えば、可視領域のサイズが５〜１０ｍｍである場合、アイファインダは、最大約１ｍｍの誤差で眼の位置を検出すべきである。ここでも、これは、従来の手段を使用して実現するのは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００４／０４４６５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、１人又は複数の観察者が種々の位置から再構成シーンを見ることを可能にし且つ従来の手段を使用して容易に実現可能であるホログラフィック再構成システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、回転軸を中心としてある回転数又は回動数で偏向手段を継続的に回転又は回動し、それにより可視領域を変位させるための偏向駆動手段を有する本発明に係るホログラフィック再構成システムと対応する方法とにより解決される（「回転」及び「回転数」という用語は、以下において「回動」及び「回動数」と同義語として使用される）。
【００１３】
本発明は、角度範囲全体が永続的に走査されるように、偏向手段又はスキャナミラーが回転軸を中心に継続的に回転するか又は角度範囲にわたり継続的に回動するという概念に基づく。その結果、可視領域は継続的に移動する。スキャナミラーの回転数が例えば５０Ｈｚを上回る十分に高い回転数である場合、可視領域は多くの場合観察者の位置を範囲に含み、ホログラムの再構成は可視になる。アイファインダは、ホログラムを見る必要はない。観察者は、単に走査された領域内に位置する必要があり、自動的に対応される。このように、「拡大可視領域」が生成される。
【００１４】
観察者がホログラムの再構成を見る方法は、可視領域内の観察者の位置に依存する。可視領域内の観察者の位置が変更されると、観察者が再構成を見る時に使用する透視画も変更される。可動可視領域の場合、観察者は依然として自身の観察者位置にいるが、可視領域が観察者の眼を範囲に含む間全ての透視画を見れる。例えば瞳孔より大きい可視領域において、これは、観察者が次々に種々の透視画からの点を迅速に見るため、再構成ホログラム点がぼやけていると観察者が知覚する原因になる。眼は、再構成点がぼやけるのを防止するためにその動きを知覚するべきではない。従って、一方では、観察者が可視領域内で殆ど自由に動けないか又は全く自由に動けないように、可視領域を縮小することが理解される。他方では、パルスレーザを使用できる等、光源を変調でき、レーザの周波数が可視領域の動きに適応されるため、観察者はその動きを知覚しない。
【００１５】
ホログラムが可視となる透視画は、ある特定の観察者の位置に対するホログラムを計算する時に更に考慮される。この透視画は、可視領域の位置毎に異なる。すなわち、異なるホログラムは可視領域の位置毎に符号化される必要がある。従って、透視画は、可視領域が双方の眼に同時に対応するのに十分な程大きくない場合に左眼及び右眼に対して異なる。双方の眼は、異なる方法で計算されたホログラムを見る必要がある。
【００１６】
しかし、可視領域の全ての可能な位置に対してではなく、観察者の眼が実際に位置する位置のみに対するホログラムを計算するので十分である。アイファインダは、観察者の眼の位置を検出する必要がある。観察者がホログラフィック再構成シーンを均一に見れることを保証するために、アイファインダが低い精度で眼の位置を検出する場合でも、ホログラムは、検出された眼の位置に依存して可視領域の特定の位置に対して計算され、少なくとも眼の領域を範囲に含む可視領域の複数の位置にわたり保持される。
【００１７】
本発明に係る解決策の好適な一実施形態において、レーザ光源は光源手段として使用される。更に光源手段は、ある特定のスイッチング周波数で光パルスを周期的に提供するのが好ましい。光源手段は、例えばパルスレーザの形態を有することができる。スイッチング周波数を制御するために、再構成システムは、光源制御手段を更に含むことができる。別の実施形態において、ホログラフィック再構成システムは、偏向駆動手段の回転数を制御する偏向駆動制御手段を更に含む。スイッチング周波数及び回転数は、特定の比を有するのが好ましい。特別な実施形態において、光源手段が変位方向の可視領域の広がりに対応する変位距離内で最大１つの光パルスを伝えるように、スイッチング周波数及び回転数は一致してもよい。本明細書において、スイッチング周波数及び／又は回転数は制御可能である。この設計のために、可視領域が観察者の眼を通過する間に観察者が複数の透視画を知覚することが回避される。このように、シーンがぼやけていると知覚されることを防止できる。
【００１８】
別の好適な実施形態において、ホログラムとして再構成されるシーンは、可視領域の位置に依存して再構成手段により計算される。計算は、光源手段が光を提供する時にのみ実行されるのが好ましい。換言すると、再構成シーンが可視領域の位置から知覚される透視画を考慮するために、可視領域の可能な位置毎にホログラムとして再構成されるシーンを計算できる。しかし、光源手段が実際に光を提供しない限り、ホログラムが計算及び符号化されないことが理解される。
【００１９】
更に、可視領域の少なくとも１つの選択された位置に対してホログラムとして再構成されるシーンを計算し且つ選択された位置に後続する可視領域の少なくとも１つの位置に対してホログラムとして再構成される計算されたシーンを提供する再構成手段が提供されるのが好ましい。換言すると、ホログラムは、可視領域の全ての位置に対して計算されるのではなく、例えば眼の位置に基づいて選択された位置に対してのみ計算される。ホログラムは、可視領域の後続の位置に対して又は少なくとも１つの後続の位置に対して再計算されず、選択された位置に対して計算されたホログラムが代わりに使用され続ける。これを図３の説明で詳細に示す。
【００２０】
本発明の一実施形態において、再構成手段は、光路中の偏向手段の前方にある第１の光学手段、特に空間光変調器手段と、光路中の偏向手段の後方にある第２の光学手段とを含む。第１の光学手段は、少なくとも１つのテレセントリックレンズを更に含むことができ、第２の光学手段は、少なくとも１つの投影レンズを含むことができる。投影ミラーは、投影レンズの代替物として使用される。
【００２１】
偏向手段は、ミラー、特に表面鏡であるのが好ましい。偏向手段は、更に平面鏡であってもよく、あるいは球面効果又は非球面効果を有してもよい。球面効果又は非球面効果のために、追加の光学的効果が達成可能である。例えば、ホログラフィック再構成システムの追加の構成要素を偏向手段に組み込むことができる。
【００２２】
好適な一実施形態において、偏向手段及び偏向駆動手段は、偏向駆動手段の回転軸が偏向手段の反射面の平面にあるように相互接続される。ホログラフィック再構成シーンは、偏向手段の回転により表示画面に対して移動しない。反射面が回転軸上にない場合、ミラーは、回転したために、偏向手段に向けて投影される光画像の光学位置を投影レンズに対して変更する。図６の説明において、本実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
一実施形態において、偏向駆動手段は直流電動機である。一般に、偏向手段が回転又は回動されることを可能にし且つ十分に高い均一な回転数を提供できる任意の他の種類の駆動装置も使用可能である。
【００２４】
別の実施形態において、ホログラフィック再構成システムは、観察者の少なくとも一方の眼の位置を検出する眼位置検出手段を含む。光源手段は、観察者の検出された眼の位置に依存して光を提供できる。例えば光パルスは、可視領域の変位方向に見て、眼の位置の前方、眼の位置又は眼の位置の後方の領域においてのみ提供される。更に再構成手段は、観察者の検出された眼の位置に依存してホログラムとして再構成されるシーンを計算できるのが好ましい。例えば、検出された眼の位置に対してのみホログラムを計算できる。あるいは、更なる一実施形態において、ホログラムは可視領域の変位方向に見て眼の位置の前方にある可視領域の位置に対して及び可視領域の後続する位置に対して計算される。このように、ホログラムを提供するのに必要とされる計算負荷は軽減され且つ光エネルギーは節約される。
【００２５】
更に本発明は、拡大可視領域を使用するホログラフィック再構成システムにおいてシーンをホログラムとして再構成するための方法に関する。方法は、実質的にコヒーレントな光を提供することと、シーンをホログラムとして再構成することと、観察者がホログラムとして再構成されたシーンを見る際に使用する特定の広がりを有する可視領域を生成することと、偏向手段を使用して可視領域を位置付けることと、可視領域を変位させるためにある回転数で回転軸を中心として偏向手段を継続的に回転又は回動することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
図面を参照して、本発明を以下に更に詳細に説明する。
【図１】第１の時点における可視領域を示す本発明の原理の簡略化された例を示す上面図である。
【図２】第１の時点及び第２の時点における可視領域を示す本発明の原理の簡略化された例を示す上面図である。
【図３】光パルスによる可視領域の生成を示す概略図である。
【図４】第１の時点における一実施形態に係る本発明のホログラフィック再構成システムを示す簡略化された図である。
【図５】第２の時点における実施形態に係る本発明のホログラフィック再構成システムを示す簡略化された図である。
【図６】偏向手段及び偏向駆動手段の相互の配置を示す簡略化された上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の原理を簡略化された図に示す上面図である。第１の時点における可視領域の位置を示す。
【００２８】
図示されるホログラフィック再構成システム１００は、第１の光学手段１１０、偏向手段１２０、投影手段１３０及び表示画面１４０を含む。図は、表示画面１４０と可視領域１６０との間にわたる再構成空間１５０、第１の眼の位置１７０、第２の眼の位置１７２及び拡大可視領域１８０を更に示す。
【００２９】
本明細書において、第１の光学手段１１０は、空間光変調器（ＳＬＭ）（不図示）において符号化されるホログラムの中間像を偏向手段に投影するホログラム投影機を含む。第１の光学手段１１０は、光路中の偏向手段１２０の前方に配設される。
【００３０】
平面鏡等の偏向手段１２０は、ホログラム投影機１１０により偏向手段１２０に投影されるＳＬＭの像の方向を投影手段１３０の方向に変更する。更に、偏向手段１２０が球面鏡又は非球面鏡であってもよいため、偏向手段１２０は追加の光学的効果を実現する。これにより、いくつかの光学機能が１つの素子に組み合わされることが可能になる。偏向手段１２０は回動される。ここで、回転軸は鏡面の平面にある。これを図６に示す。
【００３１】
投影手段１３０は、球面鏡、特にこの図においては楕円鏡の形態で設計される。投影ミラーが使用される場合に更に大きな広がりを有する拡大可視領域１８０が実現されるため、投影ミラーを使用することは、投影レンズを使用するより好ましい。投影手段１３０は、投影手段１３０に入射する光を表示画面１４０に向けて反射する。
【００３２】
表示画面１４０も球面鏡であり、入射光の形状及び入射角に依存して入射光を特定の方向に反射する。このように可視領域１６０が生成され、少なくとも一方の眼がその可視領域内に位置する場合、観察者は再構成空間１５０においてホログラフィック再構成シーンをその可視領域から見れる。これは、眼の位置１７０に位置する眼が再構成空間１５０においてホログラフィック再構成シーンを見れることを意味する。
【００３３】
第１の眼の位置１７０及び第２の眼の位置１７２は、第１の眼の位置から第２の眼の位置に移動した同一の眼を示し、あるいは観察者の左眼及び右眼又は１人の観察者の左眼及び別の観察者の右眼等の異なる眼を示す。図示する第１の時点における第２の眼の位置１７２に位置する眼は、この時点では３次元シーンの再構成を見れない。しかし、偏向手段１２０の回転数は、２つの回転の間の時差及び可視領域１６０が自身の眼の前方に結果として出現することを観察者が知覚しない程十分に高いのが好ましい。
【００３４】
図２は、本発明の原理を簡略化された図に示す上面図である。図１のように第１の時点における可視領域の位置が示され、第２の時点における可視領域の位置が更に示される。構成は、図１と同一である。更に図２は、可視領域１６２の第２の位置及び再構成空間１５２の第２の位置を示す。
【００３５】
偏向手段１２０の継続的な回転により、拡大可視領域１８０内において可視領域１６０が継続的に変位する。第２の時点において、可視領域は、可視領域１６２の第２の位置に位置する。第２の時点において第２の眼の位置１７２に位置する眼は、その時点で再構成空間１５２においてホログラフィック再構成シーンを見れる。
【００３６】
図３は、光パルスによる可視領域の生成を示す概略図である。この図は、眼の位置３１０、光パルス３２０、３２２、３２４及び時点ｔ１〜ｔ８における可視領域３３０、３３２、３３４の位置を示す。
【００３７】
時点ｔ３とｔ５との間で、可視領域３３２は観察者の眼３１０の位置を範囲に含む。これは、観察者がその期間中に再構成を見れることを意味する。ここで、照明レーザの電源がｔ５−ｔ３以内の限定期間のみ投入される場合、観察者は、位置する可視領域内の正確な場所に関係なく再構成の小さな透視断面のみを見れる。
【００３８】
光源手段は、対応するタイミングで光パルス３２０、３２２、３２４を周期的に提供する。光パルス３２０、３２２、３２４は、スイッチング周波数を有する。光パルス３２０、３２２、３２４のスイッチング周波数及び偏向駆動手段の回転数は、可視領域３３０、３３２、３３４の位置が重なり合わないように整合される。これは図から分かる。光パルスは、時点ｔ２、ｔ４及びｔ６においてのみ提供される。偏向駆動手段の回転数及び可視領域の対応する動きのために、可視領域３３０、３３２、３３４の位置はそれらの時点で重なり合わない。可視領域３３２の第２の位置は、可視領域３３０の第１の位置に対して可視領域の広がりだけ変位される。ここでも、可視領域３３４の第３の位置は、可視領域３３２の第２の位置に対して可視領域の広がりだけ変位される。
【００３９】
全ての時点ｔ１〜ｔ６において、光パルスが提供される場合、可視領域の位置は重なり合い、観察者はぼやけた画像を知覚する可能性がある。
【００４０】
更に、眼位置検出手段は眼３１０の位置を検出できる。光源手段は、眼の位置３１０に依存して光パルス３２０、３２２、３２４を提供できる。その場合、眼の位置３１０の検出の起こりうる不正確さが考慮される。図示するように、検出された眼の位置の前の可視領域３３０の第１の位置は、第１の光パルス３２０により生成される。その後、この図によると、２つの更なる光パルス３２２、３２４が追従し、可視領域３３０の第１の位置に追従する可視領域３３２、３３４の位置を生成する。従って、眼の位置が多少不正確に検出される場合でも、眼の位置３１０の眼は可視領域を確実に提供されることが保証される。
【００４１】
観察者が複数の透視画を知覚し且つその結果ぼやけた物体を見ることを防止するために、同一の物体再構成が後続する光パルスによる可視領域の後続位置に提供される。
【００４２】
当然、光パルス及び可視領域の位置の数は図示するものに限定されない。
【００４３】
図４は、第１の時点における一実施形態に係る本発明のホログラフィック再構成システム４００を示す簡略化された図である。図は、光源手段４１０、４１２、空間光変調器手段（ＳＬＭ）４２０、４２２、ビームスプリッタ４３０、４３２、テレセントリックレンズ４４０、４４２、偏向手段４５０、４５２、投影レンズ４６０、４６２及び反射手段４７０、４７２を示す。表示画面４８０は、構成全体において１度だけ提供される。更に可視領域４９０、４９２及び眼の位置５００、５０２、再構成空間５１０、５１２及び拡大可視領域５２０、５２２を示す。
【００４４】
図から分かるように、構成全体は類似する設計の２つのアセンブリを含む。各アセンブリは、一方の眼に対する画像を生成する。以下の説明は、それらのアセンブリの一方のみに関する。当業者は、他方のアセンブリに対してその原理を容易に解釈できる。一般に、例えば時分割多重化方法を使用して、１つのアセンブリによる解決策も可能である。
【００４５】
光源手段４１０は、本実施形態においてパルスレーザの形態を有する。パルスレーザは、オプションとして電気制御により又は機械的に時間変調される。光源手段４１０は、レーザのビーム直径を拡大するビーム拡大器を含むことができる。別の実施形態によると、種々の波長を有する複数のレーザを提供できる。更に別の実施形態によると、レーザの代わりに異なる光源を採用し且つ光のコヒーレント部分をフィルタリングすることが更に可能である。
【００４６】
光源手段４１０は、ビームスプリッタ４３０を通してテレセントリックレンズ４４０を照明する。これは、特定の方向に直線偏光される光を反射する特性を有する。ＳＬＭ４２０は、可能な限り多くの光エネルギーにより照明される。回折パターンは、振幅変調を介して画素格子を有するＳＬＭ４２０上に提供される。ＳＬＭ４２０から反射された後、回折されたレーザ光はテレセントリックレンズ４４０に向けて伝播する。
【００４７】
レーザ光を空間的にフィルタリングするシャッターは、テレセントリックレンズ４４０の入射レンズの焦点面又はフーリエ平面に配設される。そこで望ましくない回折次数は除去される。望ましくない次数の光エネルギーは、望ましい次数の部分よりはるかに高い。テレセントリックレンズ４４０は、例えば１：２の縮尺で縮小されたＳＬＭ４２０の像を偏向手段４５０に投影する。ＳＬＭ４２０の縮小された実際の中間像が存在する。
【００４８】
本実施形態において、ビームスプリッタ４３０、ＳＬＭ４２０及びテレセントリックレンズ４４０は、総称して第１の光学手段と呼ばれる。それらは、光路中の偏向手段４５０の前方に配設される。
【００４９】
本実施形態において、偏向手段４５０は平面鏡の形態を有し、直流電動機等の偏向駆動手段（不図示）により回動される。偏向駆動手段の回転軸は鏡面の平面にある。これを図６に示す。テレセントリックレンズ４４０により放射される光は、偏向手段により投影レンズ４６０に向けて偏向される。
【００５０】
本実施形態において、投影レンズ４６０、反射手段４７０及び表示画面４８０は、総称して第２の光学手段と呼ばれる。それらは、光路中の偏向手段４５０の後方に配設される。
【００５１】
投影レンズ４６０は、偏向手段４５０により偏向されるＳＬＭ４２０の縮小像を反射手段４７０に投影する。本実施形態において、反射手段４７０は平面鏡であり、入射光を表示画面４８０に向けて反射する。表示画面４８０は、本実施形態においては球面鏡の形態を有する。表示画面４８０は、可視領域４９０に対してＳＬＭ４２０のフーリエ平面の１：１投影を行なうように配置される。本明細書において、再構成空間５１０は、表示画面４８０と可視領域４９０との間にわたる。眼の位置５００に位置する観察者の眼は、再構成空間５１０において可視領域４９０から再構成シーンを見ることができる。
【００５２】
偏向手段４５０の回転は、可視領域４９０の位置が拡大可視領域５２０内で継続的に変位されるように光路を変更する。拡大可視領域５２０の広がりは、ホログラフィック再構成システム４００の設計により空間的に限定される。偏向手段４５０が１回転を完了すると、可視領域４９０は拡大可視領域５２０の開始部分に再度現れる。可視領域４９０の変位方向は、偏向手段４５０の回転方向に依存する。しかし、回転方向は、本発明の一般的な原理に関係ない。
【００５３】
一般に、ＳＬＭ４２０は、拡大可視領域５２０内の可視領域４９０の位置毎に種々のホログラムにより符号化される。しかし、拡大可視領域５２０が非常に小さい場合、その拡大可視領域５２０内の可視領域４９０の全ての位置に対して１つのホログラムコードのみをＳＬＭに提供できる。あるいは、ＳＬＭ４２０が拡大可視領域５２０のセクション毎に１つのホログラムにより符号化される中間的な解決策も可能である。前記セクションは、可視領域４９０の少なくとも２つの位置を含む。
【００５４】
図５は、第２の時点における実施形態に係る本発明のホログラフィック再構成システムを示す簡略化された図である。構成は、図４に示す構成と同一である。
【００５５】
図中、偏向手段４５０は、図４に示す状況と比較して異なる角度位置を有する。このように変更された光路により、可視領域４９０は拡大可視領域５２０内において異なる位置を有する。
【００５６】
第２の時点において、観察者は眼の位置４９０からホログラフィックシーンの任意の再構成を見れない。しかし、偏向手段４５０の回転数は、観察者がそのことに気付かない程高い。可視領域４９０は、ホログラフィック再構成シーンが定常なシーンとして多くの場合知覚されるように観察者の眼の前方に現れる。
【００５７】
図６は、偏向手段及び偏向駆動手段の相互の配置を示す簡略化された上面図である。図６は、反射面６２０を有する偏向手段６１０及びシャフト６４０を有する偏向駆動手段６３０を示す。
【００５８】
シャフト６４０は、直流電動機等の偏向駆動手段６３０に取り付けられる。偏向駆動手段６３０は、回転軸を中心にシャフト６４０を回転する。回転軸は、シャフト６４０の中心にある。回転運動は、図中の矢印により例示的に示される。しかし、シャフトは他方の方向にも回転可能である。図から分かるように、偏向手段６１０は、反射面６２０がシャフト６４０の中心にある回転軸上に配設されるようにシャフト６４０に取り付けられる。シャフト６４０が回転する場合、反射面６２０はシャフト６４０の中心から外れて動かないため、光路の望ましくない変更等の望ましくない結果は起こらない。
【００５９】
偏向駆動手段６３０は、観察者が可視領域の動きをちらつきとして知覚しない程速い回転速度を有する。更に、偏向駆動手段は一定の回転速度を有する。すなわち、回転速度は任意の望ましくない変動を有さない。
【００６０】
拡大可視領域を使用するホログラフィック再構成システム及びその方法について、添付の図面を参照して上述した。しかし、本発明は、上述の実施形態に限定されない。
【００６１】
ホログラフィック再構成システムの素子が異なる方法で配置される場合、素子は省略可能であり、一体化可能であり、あるいは互いに組み合わせ可能である。更に、個々の実施形態の特徴は互いに組み合わせ可能である。
【００６２】
また、観察者が双方の眼でホログラフィック再構成シーンを見れる可視領域を生成できる。本発明の原理が同様に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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