【手続補正書】
【提出日】平成22年11月25日(2010.11.25)
【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】
シーンを再構成するためのホログラフィ投影装置であって、
波面を生成するために十分にコヒーレントな光を放射する少なくとも１つの光源と、変調エレメントを含み、２次元設計である少なくとも１つの光変調器装置とを有するホログラフィ投影装置であって、
少なくとも１つの走査システム（ＡＳ）と１つの投影システム（ＰＳ）が設けられ、
前記走査システム（ＡＳ）は、前記少なくとも１つの光源と、前記少なくとも１つの光変調器装置と、少なくとも１つの走査エレメント（５、６０）とを具備し、
前記光変調器装置（３）と前記走査エレメント（５、６０）とは、前記走査エレメント（５、６０）により放射された光が前記２次元光変調器装置（３）の変調エレメント（４）の１次元配列を順に走査するように組み合わされ、
前記走査システム（ＡＳ）は、波面を再構成するために必要な情報を含む波面を順次作成するように設計され、
前記投影システム（ＰＳ）は、前記シーンを順次再構成するように設計される
ことを特徴とするホログラフィ投影装置。
【請求項２】
アナモフィック設計を有し、すなわち互いに垂直な２つの方向において異なる倍率を示すことを特徴とする請求項１記載のホログラフィ投影装置。
【請求項３】
前記走査システム（ＡＳ）は、前記少なくとも１つの光源（２）と、前記少なくとも１つの光変調器装置（３）と、前記走査エレメント（５、６０）と、結像エレメント（６、７、８、９、９’、１０、６１）とを具備し、
前記走査システム（ＡＳ）は、光伝播方向に見て前記投影システム（ＰＳ）の前方に配置される
ことを特徴とする請求項１記載のホログラフィ投影装置。
【請求項４】
前記投影システム（ＰＳ）はスクリーン（１４）と結像手段（１５、２２、２３、２９、３０）と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投影装置。
【請求項５】
前記走査エレメント（５、６０）により偏向された前記光は、前記走査システム（ＡＳ）の光軸（ＯＡ）に対して角度を成して前記光変調器装置（３）に入射し、
光束と前記光軸（ＯＡ）との間の距離は、変調エレメント（４）の走査中の１次元配列に依存して異なる
ことを特徴とする請求項１記載のホログラフィ投影装置。
【請求項６】
前記走査エレメント（６０）は、回転軸（Ｒ）を有し、前記入射光が前記走査エレメント（６０）を通過した後に前記入射光が前記走査システム（ＡＳ）の光軸（ＯＡ）に対して平行にオフセットされるように回転可能であることを特徴とする請求項１記載のホログラフィ投影装置。
【請求項７】
前記光変調器装置（３）の変調エレメント（４）の前記１次元配列を走査するための前記走査エレメント（６０）の２つの平行な表面（Ｏ１、Ｏ２）は、光路に対して制御可能な角度を成して配置されることを特徴とする請求項６記載のホログラフィ投影装置。
【請求項８】
再構成の縮尺及びスクリーン（１４）のサイズは、回折次数の周期的な連続が前記スクリーン（１４）外に存在するように選択されることを特徴とする請求項４記載のホログラフィ投影装置。
【請求項９】
前記再構成シーンを観察する際に観察者平面（１８）に位置する少なくとも１人の観察者の眼の位置の変化を検出するための位置検出システム（２０）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投影装置。
【請求項１０】
前記観察者平面（１８）において少なくとも１つの仮想観察者ウィンドウ（１７、１７Ｒ、１７Ｌ、３１Ｒ、３１Ｌ、３２Ｒ、３２Ｌ）を観察者の眼の位置の変化に従って追跡するための少なくとも１つの偏向エレメント（２１）を具備することを特徴とする請求項９記載のホログラフィ投影装置。
【請求項１１】
シーンのカラー再構成のために少なくとも１つのビームスプリッタエレメント（２５）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投影装置。
【請求項１２】
シーンのホログラフィ再構成のための方法であって、
少なくとも１つの光源が、変調エレメントを含む少なくとも１つの２次元光変調器装置を十分にコヒーレントな光で照明し、
前記２次元光変調器装置（３）の変調エレメント（４）の１次元配列のみが前記走査エレメント（５、６０）により順に走査され、それにより複数の１次元波面が生成され、
シーンを再構成するために必要な情報を含む波面が前記１次元波面を使用して順次生成され、それによりシーンが再構成される
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記光源（２）により放射され、前記光変調器装置（３）により変調エレメント（４）の１次元配列毎に変調された、前記光の１つのフーリエ変換（ＦＴ）は、スクリーンとして機能する光学エレメント（１４）上に常に結像することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
変調エレメント（４）の前記順次走査された１次元配列の前記フーリエ変換（ＦＴ）は、前記光学エレメント（１４）上の異なる位置に結像することを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも前記光学エレメント（１４）は、前記光変調器装置（３）により変調された波面（ＷＦ）を仮想観察者ウィンドウ（１７、１７Ｒ、１７Ｌ、３１Ｒ、３１Ｌ、３２Ｒ、３２Ｌ）内に結像させることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記走査エレメント（６０）は回転軸（Ｒ）を中心として回転し、それにより、走査に使用される前記光は走査システム（ＡＳ）の光軸（ＯＡ）に対して平行にオフセットされることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
位置検出システム（２０）が、前記再構成シーンを観察する少なくとも１人の観察者の少なくとも１つの眼の位置を検出することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの偏向エレメント（２１）が、観察者の少なくとも一方の眼に対する仮想観察者ウィンドウ（１７、１７Ｒ、１７Ｌ、３１Ｒ、３１Ｌ、３２Ｒ、３２Ｌ）を観察者平面（１８）における前記観察者の眼の位置の変化に従って追跡することを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記シーンのカラー再構成は、３原色に対して同時に実行されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記シーンのカラー再構成は、３原色に対して順次実行されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】シーンの再構成のためのホログラフィ投影装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーンの再構成のためのホログラフィ投影装置に関し、前記装置は、波面を生成するために使用される十分にコヒーレントな光を投射する少なくとも１つの光源と、変調エレメントを備えた少なくとも１つの２次元光変調器装置とを具備する。更に本発明は、シーンのホログラフィ再構成のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像処理において人間の脳により使用される全ての深さ情報を含むオブジェクトの実際の３次元シーンを再現するために、ホログラフィ技術を使用することは周知である。ホログラフィは、波面の振幅分布及び位相分布を記録し、それらを後で再現する技術である。より正確には、オブジェクトにより反射したコヒーレント光及び光源から直接入射する光の干渉パターンは、写真乾板等の記録媒体に記録される。ホログラムとしても周知である干渉パターンがコヒーレント光で照明される場合、３次元シーンは空間内に出現する。通常、周知の方法及び技術を使用してホログラムを生成するためには、実際の３次元オブジェクトが使用される。従って、生成されたホログラムは実ホログラムとして周知である。しかし、計算機ホログラム（ＣＧＨ）が同様に使用されてもよい。
【０００３】
通常、再構成シーンは直接観察される。すなわち観察者は、例えばホログラム値に従って符号化され且つ規則的に配列された画素を備えた計算機ホログラムを見る。個別に記録されるため及び回折の効果により、ＣＧＨの再構成は、ＣＧＨ保持媒体の解像度により定義される回折スペクトルの１つの周期間隔内においてのみ可能である。通常、再構成は、隣接する周期間隔において不規則性を示しながら繰り返される。
【０００４】
可逆ＣＧＨ記録媒体は、入射光の位相及び振幅を変調するＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣｏＳ（liquid crystal on silicon）、ＯＡＳＬＭ（光アドレス型空間光変調器）等の空間光変調器を含む。更に、ＭＥＭＳを用いる光変調器が光の位相及び／又は振幅を変調するために使用可能であることは周知である。ＣＧＨを所望の平面に変換する光学エレメントも、２次元及び３次元シーンを再構成するために使用されることが多い。
【０００５】
例えば、特許文献１において、３次元シーンを再構成するための１次元光変調器を有する投影装置が開示される。光変調器は、データ処理システムの変調信号により制御される音響光学変調器であり、従って１次元ホログラムを符号化する。再構成は複数の光学エレメントを使用して減少され、それにより水平方向の視角を増加する。水平スキャナはシーンの部分ホログラムを連続的に組み合わせ、変調器に沿って部分ホログラムの動きの均衡をとる。水平スキャナは音波の速度に同期するため、変調器からの元の画像の走査済み領域は再構成シーンにおいて固定されているように見える。更に、垂直スキャナは、水平方向の１次元ホログラムを垂直方向に位置決めするために設けられる。
【０００６】
しかし、その投影装置が音響光学変調器（ＡＯＭ）を使用するため、これは、信号の動きの均衡をとることを目的とする水平スキャナ等の追加のエレメントを必要とするという欠点を示す。これにより、設計は困難且つ複雑になる。更に、変調器は高速で動作する必要がある。別の欠点はＡＯＭのアパーチャが小さいことであり、そのため、サブホログラムは連結される必要がある。
【０００７】
特許文献２において、３次元シーンを再構成するためのホログラフィ表示装置が更に開示される。表示装置は、反射型光変調器、ホログラムを投影するためのビームスプリッタ、光源、シャッター、視野レンズ及びコリメータレンズを備える。ホログラムは、３次元オブジェクト情報を使用してコンピュータ上で生成された後、光変調器に表示される。その後、光変調器は、光源により放射され且つビームスプリッタを介して結像する光で照明され、それにより３次元シーンが再構成される。従って、再構成シーンは視野レンズの周辺に作成される。カラー光源が互いに近接して配置されるシーンのカラー再構成も記載されている。これらの光源は、波長の異なる光を同時に放射する。
【０００８】
上述のホログラフィ表示装置は、以下の欠点を示す。再構成シーンのサイズは、視野レンズのサイズにより制限される。更に、再構成シーンの観察者は限られた移動の自由度しか有さず、観察者の眼に対する観察者ウィンドウの追跡機能は提案されていない。更に、回折次数はフーリエ平面において周期的に繰り返される。
【特許文献１】米国特許第５，１７２，２５１号公報
【特許文献２】欧州特許第１ ４６７ ２６３Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術の上述の欠点を克服するシーンのホログラフィ再構成のための装置及び方法を提供することであり、前記装置及び方法は、１人又は複数の観察者が移動する場合であっても、従来のホログラフィ表示装置と比較してより短い計算時間でより大きな観察者範囲に、２次元シーン及び３次元シーンの少なくともいずれかの再構成を出力できる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、この目的は、少なくとも１つの走査システム及び１つの投影システムを提供することにより実現される。この場合、走査システムは、少なくとも１つの走査エレメントを具備し、光変調器装置及び走査エレメントは、走査エレメントにより放射された光が２次元光変調器装置の変調エレメントの１次元配列を順に走査するように組み合わされ、走査システムは、波面を再構成するために必要な情報を含む波面を順次作成するように設計され、投影システムは、その後シーンを再構成するように設計される。
【００１１】
本発明に係るホログラフィ投影装置は、コヒーレント光を放射する少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光変調器装置とを具備する。光変調器装置は、いわゆる画素である変調エレメントを具備し、これは再構成されるシーンを符号化する。更に、光変調器装置は２次元設計である。ホログラフィ投影装置は、少なくとも１つの走査システムと１つの投影システムとを更に具備する。本発明に係るホログラフィ投影装置を２つの別個のシステム、すなわち走査システム及び投影システムに分割することにより、現在使用されている投影システム又は走査システムを異なる所望の又は必要なシステムに容易、迅速且つ単純に交換することが可能である。ホログラフィ投影装置、特に走査システムが備える走査エレメントは光変調器装置と組み合わされ、それにより走査エレメントは、変調エレメントの１次元配列をコヒーレント光で順に走査する。すなわち、一度に２次元光変調器装置の１列又は１行のみを走査する。これは、２次元光変調器装置全体が一度に走査されるのではなく、常に変調エレメントの１つの１次元配列のみが一度に走査されることを意味する。上述のように、個々の１次元配列は順に走査される。走査システムは、シーンを再構成するために必要な情報を含む波面を順次生成するために設けられる。投影システムは、その後シーンを再構成するためのものである。使用される走査エレメントは、共振スキャナ、ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）、ピエゾミラー、ガルバノメータスキャナ又は同様のエレメントである。
【００１２】
このように、大きな再構成空間における２次元及び３次元シーンの単純且つ迅速な再構成のためのホログラフィ投影装置が提供される。非常に複雑な２次元高速フーリエ変換の代わりに１次元高速フーリエ変換のみが実行されるため、ホログラム計算に必要な時間は大幅に短縮される。本発明に係る投影装置において、従来の２次元光変調器装置が使用されるのが好ましい。従って、非常に高速な２次元光変調器装置を使用する必要はない。２次元光変調器装置の全ての変調エレメントは目標の波面に従って制御され、それにより各１次元配列、すなわち行又は列は、走査エレメントにより十分にコヒーレントな光で走査される。このように、光変調器装置は、自身の制御速度を増加する必要なく、より高速に走査可能である。１次元光変調器装置において、変調エレメントが各走査の後に記録されなければならないのに対し、本発明に係る投影装置において、１次元配列、すなわち行又は列は、２次元光変調器装置の異なる１次元配列が走査されている間に記録可能である。
【００１３】
マイクロミラーエレメントに基づく光変調器装置等の従来あまり使用されていない２次元光変調器装置を使用することも可能である。この場合、例えば、マイクロミラーエレメントは軸方向に移動可能であり且つ軸を中心として傾斜可能である。そのような光変調器装置において、利点は、一方の方向における観察者ウィンドウの拡大が光変調器装置の設計に基づき且つ他方の方向における拡大が本発明に係る投影装置の空間構造に基づくことである。そのような光変調器装置は、例えばＭＥＭＳ、薄膜ミラー系、ＯＡＳＬＭ又はＡＯＭ（音響光学変調器）である。
【００１４】
更に、使用される光変調器装置は、音響光学変調器等の制限変調器ではなく、拡張空間光変調器装置であるのが好ましい。制限変調器により、特許文献１で説明される水平スキャナ等の追加のエレメント及び投影装置におけるそれらの構成は重複する。
【００１５】
ホログラフィ投影装置がアナモフィックであることは有利であり、すなわち、ホログラフィ投影装置が互いに対して垂直であり且つ光伝播方向に対して垂直である２つの方向において異なる倍率を示すことは有利である。これは、光変調器装置が１行ずつ走査される場合、変調エレメントにより変調される波面が観察者平面内の同一位置、例えば観察者の少なくとも一方の眼が位置付けられる仮想観察者ウィンドウに伝播するため、すなわちそこに結像するために重要である。これは、光のぼやけの防止を助長する。同じことは、光変調器装置が１列ずつ走査される場合にも当てはまる。別の利点は、以下において非コヒーレント方向とも呼ばれる走査方向における観察者ウィンドウの拡大が、以下においてコヒーレント方向とも呼ばれる他方の方向におけるそのような大きな倍率が走査理論により制限される場合であっても可能になることである。
【００１６】
本発明の別の好適な実施形態によると、再構成の縮尺及びスクリーンのサイズは、フーリエ変換の回折次数の周期的な連続がスクリーン外に存在するように選択される。これは、回折次数の周期的な連続がスクリーン外に移動され、１つの周期のみがスクリーン上で可視であるという利点を示す。これは、再構成シーンの観察者が種々の回折次数における再構成の周期的な連続を知覚しないことを意味する。従って、画質は、従来技術の装置と比較して大幅に向上される。
【００１７】
大きな観察者範囲にいる１人又は複数の観察者に対する仮想観察者ウィンドウを利用可能にするため、位置検出システムは、再構成シーンを観察する際に観察者平面において少なくとも１人の観察者の眼の位置を検出するために使用されてもよい。
【００１８】
位置検出システムは、再構成シーンを観察する１人又は複数の観察者の眼の位置の変化を検出及び追跡する。すなわち再構成シーンは、水平方向、垂直方向及び／又は軸方向の観察者の眼の位置の変化に応じて可視になるように符号化される。これは、変化した眼の位置に従って再構成シーンの位置及び／又は内容を更新可能にするために特に有利である。従って、仮想観察者ウィンドウは、新しい眼の位置に従って追跡可能である。
【００１９】
少なくとも１つの偏向エレメントは、観察者の眼の位置の変化に従って観察者平面における仮想観察者ウィンドウを追跡するために使用されるのが好ましい。そのような偏向エレメントは、ガルバノメータミラー、ＭＥＭＳ又は音響光学エレメント等の機械エレメント、電気エレメント、磁気エレメント又は光学エレメントである。
【００２０】
本発明の目的は、シーンのホログラフィ再構成のための方法により更に実現される。この場合、少なくとも１つの光源は、変調エレメントを備えた少なくとも１つの２次元光変調器装置を十分にコヒーレントな光で照明し、２次元光変調器装置の変調エレメントの１次元配列のみが走査エレメントにより順に走査され、それにより複数の１次元波面が生成され、シーンを再構成するために必要な情報を含む波面は１次元波面を使用して順次生成され、それによりシーンが再構成される。
【００２１】
新奇の方法によると、照明装置により放射される十分にコヒーレントな光は、２次元及び／又は３次元シーンのホログラフィ再構成のために走査エレメントに向けられる。走査エレメントは、２次元光変調器装置の変調エレメントの個々の１次元配列をコヒーレント光で順に走査する。このように、複数の１次元波面は順に生成される。各１次元波面は、再構成されるシーンの一部、特に３次元シーンのみを表す。シーンを再構成するために必要な情報を含む波面は、シーン、特に３次元シーンを後で再構成するために、１次元波面を使用して順次生成される。１次元フーリエ変換のみが計算及び符号化される必要があるため、一度に２次元光変調器装置の１行又は１列のみを走査することにより、大きな計算負荷を回避し且つ計算に必要な時間を減少することが可能になる。
【００２２】
本発明の好適な実施形態によると、光源により放射され且つ光変調器装置により変調エレメントの１次元配列毎に変調された光の１つのフーリエ変換は、スクリーンとして機能する光学エレメント上に結像してもよく、この場合、少なくともこの光学エレメントは、光変調器装置を使用して変調された波面を仮想観察者ウィンドウ内に結像させる。しかし、個々のフーリエ変換がスクリーン上ではなく仮想観察者ウィンドウ内に結像することも可能である。従って、変調波面はスクリーン上に結像する。
【００２３】
本発明の更なる実施形態は、他の添付の請求の範囲により規定される。本発明の実施形態は、添付の図面と関連して以下に詳細に説明され且つ示される。単色光を用いたホログラフィ再構成に基づいて、本発明の原理を説明する。しかし、個々の実施形態の説明において示すように、本発明がカラーホログラフィ再構成に同様に適用されてもよいことは当業者には理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係るホログラフィ投影装置の設計及び３次元シーンであるのが好ましいシーンの再構成を説明する。
【００２５】
図１は、光変調器装置３を照明するための光源２を有する照明装置１を示す。照明装置１及び光変調器装置３は、ホログラフィ投影装置内のある特定の位置に配置される。しかし、この構成は図５においてのみ説明する。光源２は、十分にコヒーレントな光を放射する。本明細書において、用語「十分にコヒーレントな光」は、３次元シーンのホログラフィ再構成のための干渉を発生させることができる光を示す。照明装置１の光源２は、レーザダイオード、ＤＰＳＳレーザ（ダイオード励起固体レーザ）又は他のレーザから形成可能である。十分にコヒーレントな光を放射する限り、他の光源、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）も使用可能である。しかし、そのような光源は、十分なコヒーレンス度を達成するようにフィルタ処理される必要がある。
【００２６】
図１は、光変調器装置３が走査エレメント（不図示）により走査される方法を詳細に示す。走査エレメントを図２ａ及び図２ｂに詳細に示す。光変調器装置３は、ＬＣＤ、ＬＣｏＳ、ＯＡＳＬＭ、ＭＥＭＳパネル又は他の任意の変調装置等の従来の光変調器装置である。更に、光変調器装置３は反射型又は透過型である。図からわかるように、走査される光変調器装置３は変調エレメント４を備える２次元パネルである。変調エレメント４は、画素又は画素と同様に機能するミラーエレメントである。しかし、パネルは２次元ではなく１次元に走査される。すなわち、一度に１行（図示のように）又は１列のみが走査エレメントにより走査される。変調エレメント４の各１次元配列は入射波面Ｗを変調する。それにより、変調波面は再構成されるシーンの一部のみを表す。換言すると、変調波面は再構成される２次元波面の一部のみを表す。光変調器装置３を走査する処理は以下のように説明される。光源２は十分に狭い間隙において、すなわち例えば線光源を使用して、走査エレメントに向けて光を放射する。共振スキャナ、ピエゾスキャナ、ガルバノメータスキャナ又は同様のエレメントである走査エレメントは、図中に位置Ａで示すように、それが放射する波面Ｗ、好ましくは平面波面が走査される変調エレメント４の所望の１次元配列に向けられるように移動する。走査エレメントを更に移動することにより、変調エレメント４の１次元配列は、位置ｎに到達するまで矢印で示す方向に順に光源の光で走査される。当然、他方の方向に、すなわち位置ｎから開始して位置Ａで終了するようにパネルを走査することも可能である。更に、変調エレメント４の任意の１次元配列を走査すること及び／又はその他の配列を任意の順序で走査するように進むことは可能である。従って、光を用いた走査の際に変調エレメント４の所望の配列に到達するために、走査エレメントが光変調器装置３と組み合わされることは明らかである。図に示すように、行配列は、例えば上から下まで走査した後に下から上まで走査されてもよく、上から下まで走査した後に再び上から下まで走査されてもよく、又は任意の順序で走査されてもよい。
【００２７】
光変調器装置３が走査エレメントにより初めて走査される前に、変調エレメント４はアドレス指定されて要求される変調位置に配置される。その後、変調エレメント４の個々の１次元配列は上述のように走査される。変調エレメント４は、光変調器装置３内の全ての１次元配列が完全に走査された後に再度アドレス指定される。従って、変調エレメント４は全ての１次元配列が走査された後にのみ再度アドレス指定される必要があり、そのため、変調エレメント４の切替え時間は短縮される。あるいは、各１次元配列を走査した直後に再度アドレス指定することも可能である。このオプションは、時間節約という利点を更に提供する。これは、例えばマイクロミラーに基づく光変調器装置３が使用され、全ての変調エレメント４が軸方向にのみ移動可能であるか又は軸方向に移動可能であり且つ軸を中心として傾斜可能なミラーエレメントである場合に特に有利である。
【００２８】
図２ａ及び図２ｂは、ホログラフィ投影装置のサブシステムのみを示し、光路は折り返さない。以下に説明する実施形態も折り返さない光路を示す。このサブシステムは走査システムＡＳと呼ばれ、光源２を有する照明装置１、走査エレメント５、光変調器装置３、並びに結像エレメント６、７、８、９、９’及び１０を備える。結像エレメント７はレンズエレメント７ａ及び７ｂを備え、結像エレメント８はレンズエレメント８ａ及び８ｂを備え、結像エレメント１０はレンズエレメント１０ａ、１０ｂ及び１０ｃを備える。結像エレメント６、７、８、９、９’及び１０はレンズであり、特に、円柱レンズ、球面レンズ、補正済み円柱又は球面レンズ、回折光学エレメント（ＤＯＥ）、フレネルレンズであるが、ミラー又は複数のそのようなエレメントの配列であってもよい。更に、結像エレメント６、７、８、９、９’及び１０は軸からずらして配置されてもよく、その場合、像面湾曲等の収差の減少が容易になる。ホログラフィ投影装置はアナモフィックである。すなわち、投影システム、従って互いに対して垂直な２つの方向における投影装置の倍率は異なる。そのため、図２ａが１次元波面の伝播方向及び光伝播方向における走査システムＡＳを示すことに留意する必要がある。この方向は、以下においてコヒーレント方向と呼ばれる。図２ｂは、走査方向及び光伝播方向における走査システムＡＳを示す。この方向は、以下において非コヒーレント方向と呼ばれる。例えば円柱結像手段と同様に、これらの方向の一方において光学効果を有さない結像エレメントは、対応する図面において省略される。
【００２９】
図２ａを参照して、コヒーレント方向における走査システムＡＳの機能原理を説明する。回折光学エレメントの設計及び機能原理は収差補正を実現するのにより適しているため、回折光学エレメントが結像エレメントとして使用されることは有利である。照明装置１の光源２は、十分にコヒーレントな光を平面波Ｗの形態で放射し、これは拡大するために結像エレメント６に向けられる。その後、波Ｗは、例えば円柱レンズである結像エレメント７のレンズエレメント７ａを通過し、走査エレメント５上に集束される。走査エレメント５は、結像エレメント８のレンズエレメント８ａにより平面１１内に結像し、それにより、走査エレメント５上に集束される波Ｗはこの平面１１内に同様に集束される。従って、ミラー等の偏向エレメントを平面１１に配置することは可能である。反射型光変調器装置３が使用される場合、偏向エレメントは、光変調器装置３に向かう途中の光がそれから反射した光とオーバーラップするのを防止するのに有利である。また、透過型光変調器装置３が使用される場合、そのような偏向エレメントは小型化のために使用されてもよい。平面１１を通過した後、波は、結像エレメント９により平行波又は平面波として光変調器装置３上に結像する。本実施形態及び以下に説明する実施形態において、光変調器装置３は反射型光変調器装置であり、そのため、好ましくは平面波面を有する波Ｗは、波面ＷＦを有する変調波として反射される。その後、そのようにして光変調器装置３により変調された波面ＷＦは、結像エレメント９’及びレンズエレメント１０ａにより平面１２内に結像する。反射型光変調器装置３の場合、結像エレメント９は結像エレメント９’として使用される。この場合、２つの結像エレメント９及び９’は組み合わされて１つの単一結像エレメントを形成する。結像エレメント１０は３つの円柱レンズエレメントを備える。しかし、３つのレンズエレメントのうちの１つのみがコヒーレント方向において有効であり、その他のレンズエレメントはその方向において光学効果を有さない。
【００３０】
波面ＷＦが結像する一方で、それと同時にフーリエ変換ＦＴは平面１１’において生成される。反射型光変調器装置３が使用される場合、１つの同一平面を形成するように平面１１及び１１’は一致する。光変調器装置３に向かう途中の光がそれから反射した光とオーバーラップするのを防止するために、偏向エレメント、例えばミラーを平面１１’に配置することは可能である。更に、透過型光変調器装置３が使用される場合、そのような偏向エレメントは小型化のために設けられてもよい。フーリエ変換ＦＴは、レンズエレメント１０ａにより平行な光線束として平面１２内に突き当たる。反射型光変調器装置３の場合、波面ＷＦの平面１１’内への結像は、収差を減少するために行われるのが好ましい。しかし、透過型光変調器装置３が使用される場合、この結像は必ずしも必要ではない。本実施形態及び以下に説明する他の任意の実施形態は概略的にのみ示される。そのため、光変調器装置３が反射型であり、変調波面ＷＦが平面１１’（＝１１）に反射されるため、結像エレメント９及び９’が１つの単一結像エレメントにより表されることに留意する必要がある。従って、平面１１及び１１’は１つの同一平面である。
【００３１】
図２ｂに示す非コヒーレント方向において、フレネルレンズ又は回折光学エレメントは結像手段６、７、８及び１０として使用されるのが好ましい。非コヒーレント方向における走査システムＡＳの機能原理を以下に説明する。この場合、光変調器装置３上の変調エレメント４の２つの空間的にオフセットされた配列は順に走査されるが、これらの２つの走査を図中に同時に示す。光源２の光束は結像エレメント６により拡大され、レンズエレメント７ｂにより光の伝播方向に見て走査エレメントの前方に配置される平面１３内に集束され、非コヒーレント方向において規定された範囲で走査エレメント５上に突き当たる。走査エレメント５は、光変調器装置３の変調エレメント４の走査される配列に従って光束を偏向する。図１を参照して説明したように、光束は、平面１３から走査エレメント５及びレンズエレメント８ｂにより平面１１内及び光変調器装置３上に結像する。これは、走査エレメント５により偏向された光又はより正確には偏向された光束が、走査システムＡＳの光軸ＯＡに対して平行に又は規定の角度を成して光変調器装置３に入射することを意味する。この場合、光束と光軸ＯＡとの間の距離は、光変調器装置３上の変調エレメント４の走査中の１次元配列に依存して異なる。結像エレメント９（＝９’）は、非コヒーレント方向において光学的に無効であるため結像に寄与しない。そのため、結像エレメント９（＝９’）を図２ｂに示さない。光変調器装置３により変調された光束は、レンズエレメント１０ｂ及び１０ｃにより、平面１２を常に同一の位置で通過するが選択された行又は列に依存して異なる角度で通過する平行な光線束に再形成される。光変調器装置３は結像手段１０のオブジェクト側の焦平面に配置され、平面１２は結像手段１０の画像側の焦平面と一致する。従って、走査エレメント５は平面１２内に結像する。当然、光源２により放射された光は、非コヒーレント方向において、平面１１を介して光変調器装置３に同様に向けられ、その後、平面１１’を介して平面１２に向けられる。これは、少なくとも１つの偏向エレメントが平面１１（＝１１’）に配置される場合、光変調器装置３に向かう途中又はそれから反射した光束が偏向されることを意味する。透過型光変調器装置３を使用する場合、少なくとも１つの偏向エレメントを平面１１及び／又は平面１１’に設けることも可能である。更に結像エレメント７は、非コヒーレント方向において、平面１２における光束の最初の結像が仮想的に作成されるように配置されてもよい。これは、好ましくは光束が走査エレメント５上に平行な光束として突き当たるように、平面１２が光伝播方向に見て結像エレメント７のレンズエレメント７ｂの前方に配置されることを意味する。更に、放射される光束が例えばアパーチャの幅に関して必要な特性と既に一致するように光源２が設計される場合、光源２と走査エレメント５との間に配置される結像エレメント６及び／又は７は省略されてもよい。
【００３２】
図３は、図２ａ及び図２ｂを参照して説明した走査システムＡＳの詳細を示し、光変調器装置３を照明する方法を示す。照明装置１は、複数の光源２を備えてもよい。本実施形態において、２つの光源２は２つの結像エレメント６に関連して示され、光源２及び結像エレメント６は光軸に対して横方向に離間して配置される。光源２により放射された光束は、２つの結像エレメント６により拡大され、結像手段７のレンズエレメント７ｂにより平面１３内に結像する。光源のこれらの結像は仮想的である。走査エレメント５に入射する光は走査エレメント５により偏向され、光変調器装置３上に突き当たる。照明装置１が２つの光源を備える場合及び光変調器装置３が行方向に走査される場合、例えば、一方の光源２は光変調器装置３の上方部分を照明し、他方の光源２は、それと同時に且つ同一の走査エレメント５を使用して、光変調器装置３の下方部分を照明する。これは、各光源２が光変調器装置３の一部のみを走査することを意味する。走査エレメント５の偏向の規定の振幅ＡＭＰを用いる場合、光源２の走査は相補的である。従って、各光源２は、他方の光源２により走査されない光変調器装置３の一部のみを走査する。光変調器装置３が列方向に走査される場合、光源２は垂直に配置される必要がある。複数の光源２が使用される場合、望ましくない干渉の発生を回避するため、光源２が互いに関してコヒーレントではないことを保証することが重要である。この種類の照明は、例えば低速走査エレメントを補償するため又は輝度を向上するために有用であってもよい。
【００３３】
当然、走査エレメント５は走査プリズムであってもよい。図４ａ、図４ｂ及び図４ｃは、変調エレメント４の行方向の配列を走査するために使用されるそのような別の走査エレメント６０の側面図を示す。この場合も、図中符号３は光変調器装置を示し、走査エレメント６０は光伝播方向に見て光変調器装置３の前方に配置される。走査エレメント６０は正方形又は長方形の形状を有するのが好ましく、回転軸Ｒを有する。走査エレメント６０は回転軸を中心として回転し、それにより、図中に光束５０、５１及び５２で示される入射光は、走査エレメント６０を通過した後に走査システムＡＳの光軸ＯＡに対して平行にオフセットされる。光束５０、５１及び５２が走査エレメント６０の表面Ｏ１に直角に入射する場合、それらは回折されずに通過できる。従って、光変調器装置３の変調エレメント４の１次元配列を走査する場合、走査エレメント６０の２つの平行な表面、例えばＯ１及びＯ２が光路に対して角度を成して配置されることを保証することが重要である。当然、走査エレメント６０が走査処理中に常に傾斜しているとは限らない。図４ａ、図４ｂ及び図４ｃは異なる回転状態の走査エレメント６０を示す。例えば光束５２は、光変調器装置３の最後の行を走査した後（図４ａを参照）、走査エレメント６０が回転するため、光変調器装置３の最初の行（すなわち、変調エレメント４の配列）を走査する（図４ｂを参照）。その後、走査エレメント６０が回転するため、２番目の行（図４ｃ）及び全ての後続の行が走査される。そのようなエレメントは、例えば米国特許第５，５３２，７６３号公報から周知である。しかし、この公報において、エレメントはカラー再構成に対してのみ使用される。
【００３４】
照明装置１と走査エレメント６０との間に配置される結像エレメント６、７、及び、オプションとして、結像エレメント８は、光束５０、５１及び５２が光変調器装置３上に集束されるようにそれらを再形成する。走査エレメント６０は、平面１１の前方に配置される必要がある。透過型光変調器装置３が使用される場合、走査エレメント６０は平面１１の前方又は後方のいずれに配置されてもよく、又は平面１１に配置されてもよい。
【００３５】
図５は、ホログラフィ投影装置全体を示す。既に簡単に上述したように、ホログラフィ投影装置は、図５では概略的にのみ示す走査システムＡＳと投影システムＰＳとを備える。この走査システムＡＳは、光伝播方向に見て投影システムＰＳの前方に配置される。走査システムＡＳは、照明装置１、少なくとも１つの光変調器装置３、走査エレメント５又は６０及び結像エレメント、例えば図２ａ及び図２ｂによると結像エレメント６、７、８、９（＝９’）及び１０を備える。投影システムＰＳは、スクリーンとして機能する光学エレメント１４及び少なくとも１つの結像手段１５を備える。光学エレメント１４は、例えばミラー、レンズ又は回折光学エレメントである。これは以下において「スクリーン」と呼ばれる。スクリーン１４は、結像手段１５の画像側の焦平面に配置される。コヒーレント方向及び非コヒーレント方向において異なる倍率が実現されるのが好ましいため、結像手段１５はレンズ、ＤＯＥ、レンズ配列又は同様の光学エレメントであり、特に、球面レンズ及び円柱レンズの配列である。
【００３６】
本実施形態によると、コヒーレント方向において、平面１２内に結像する変調波面ＷＦは、その後、投影システムＰＳにおいて結像手段１５により平面１６内に結像し、平面１６において波面ＷＦの虚像が作成される。その後、波面ＷＦのこの像は、スクリーン１４を介して仮想観察者ウィンドウ１７内に結像する。仮想観察者ウィンドウ１７は物理的に存在せず、観察者平面１８に位置付けられる。それと同時に、走査システムＡＳにおいて平面１１’内に作成される変調波面ＷＦのフーリエ変換ＦＴは、結像エレメント１０及び結像手段１５によりスクリーン１４上に結像する。非コヒーレント方向において、平面１２内に平行に突き当たる光束は、結像手段１５によりスクリーン１４上に結像する。更に、平面１２内に結像する走査エレメント５は、結像手段１５及びスクリーン１４により仮想観察者ウィンドウ１７内に結像する。これは、非コヒーレント方向において、観察者ウィンドウ１７が、結像エレメント１０、結像手段１５及びスクリーン１４を備えるシステムの像平面に配置されることを意味する。
【００３７】
回折次数の周期的な連続がスクリーン１４外に移動され、それにより回折スペクトルの１つの周期のみがスクリーン上で可視になるため、スクリーン１４が結像手段１５の画像側の焦平面に配置されることは有利である。これは、観察者が種々の回折次数における再構成の周期的な連続を知覚しないことを意味する。更に、光源２により放射された光が平面１２に広く入射し、それにより観察者ウィンドウ１７及び再構成空間１９が非コヒーレント方向において拡大されることは有利である。これは、非コヒーレント方向において平面１２に入射する波面が広いほど、観察者ウィンドウ１７が大きくなることを意味する。従って、観察者ウィンドウ１７を拡大するため、結像エレメント１０のレンズエレメント１０ｂの焦点距離が結像エレメント８のレンズエレメント８ｂの焦点距離より大きいことは有利である。
【００３８】
変調波面ＷＦは、観察者ウィンドウ１７において順にオーバーラップし、変調エレメント４の順次走査された１次元配列のフーリエ変換ＦＴは、スクリーン１４上の異なる位置に結像する。このようにして、波面ＷＦは観察者ウィンドウ１７に順次結像する。観察者平面１８に位置し且つ仮想観察者ウィンドウ１７を介して見る観察者は、好ましくは３次元である再構成シーンを見ることができる。これは、観察者ウィンドウ１７とスクリーン１４との間に錐台として延在する再構成空間１９において、スクリーン１４の前方、スクリーン１４上又はその後方に再構成される。
【００３９】
本実施形態において、観察者ウィンドウ１７は、観察者の眼の隔離距離と少なくとも同等の大きさである。従って、観察者の第２の眼に対する同一種類の第２の光変調器装置３及び投影装置全体の対応する調整は不要である。あるいは、観察者ウィンドウ１７はより小さくてもよいが、その場合は少なくとも第２の走査システムＡＳを観察者の第２の眼に対して設ける必要がある。第２の走査システムＡＳを設ける場合、走査システムＡＳは互いに隣接して平行に又は互いに対して角度を成して構成可能である。走査システムＡＳが平行に構成される場合、２つの走査システムＡＳに対して１つの結像手段１５のみが必要である。走査システムＡＳが角度を成して構成される場合、２つの光チャネルの２つの光路に対して２つの結像手段１５が必要である。
【００４０】
ディフューザフォイル等の拡散エレメント又は同様のエレメントは、非コヒーレント方向において観察者ウィンドウ１７を拡大するために、スクリーン１４上に結像する平面に更に配置されてもよい。
【００４１】
シーンをカラー再構成できるようにするため、例えばビームスプリッタが平面１２と結像手段１５との間に配置されてもよい。
【００４２】
図６ａは、投影システムＰＳの拡大した詳細を示し、２つの光チャネルが観察者の一対の眼に対応するように同時に結像する方法を示す上面図である。２つの光チャネルは互いに隣接して平行に構成され、２つの光チャネルの変調波面は、２つの光チャネルに対して単一の結像手段６１を使用して、結像手段６１の焦平面である平面６２において重ね合わされる。これは、光伝播方向に見て結像手段６１の前方において、変調波面が無限遠に結像することを意味する。スクリーン１４は、例えば平面６２に配置される。スクリーン１４が平面６２に配置されない場合、この平面６２はスクリーン１４上に結像する必要がある。
【００４３】
この装置が図５に示す投影装置と関連して使用される場合、設けられる２つの走査システムＡＳは、それらの対応する光チャネルが互いに隣接して平行に配置されるように構成される。この場合、結像手段６１は結像手段１５の代わりに使用され、スクリーン１４は結像手段６１の焦平面６２に配置される。
【００４４】
図６ｂは、投影システムＰＳの詳細を同様に示し、２つの光チャネルが同時に結像する方法を示す。図６ａとは異なり、光チャネルは平行ではなく角度を成して構成される。そのため、波面を平面６２内に導くために、各々が各光チャネルに対する２つの結像手段６１が存在する。
【００４５】
図６ｃは、投影システムＰＳの別の詳細を示す。一対の眼に対応する２つの光チャネルは、図６ａに示すように平行に構成される。しかし、本実施形態によると、２つの結像手段６１の各々は２つの光学エレメント、すなわちレンズ及びプリズムを備える。当然、これら２つの光学エレメントを組み合わせることも可能である。
【００４６】
投影システムＰＳを介する光束の通過の他の可能な例は、図６ｂ及び図６ｃに示すオプションに類似し、これらを図６ｄ及び図６ｅに示す。図６ｄは、一対の眼に対応する２つの光チャネルを示す。図６ｄにおいて、第１の光チャネルの波面は結像手段６１により直接変調され、第２の光チャネルの波面はミラー等の偏向エレメント６３により更に偏向される。この可能な例は、互いに隣接して構成される２つの結像手段６１の機械保持ブラケットが大きすぎ且つ製造が困難な場合に特に有利である。更に、図６ｅに示すように、ミラーの代わりにビームスプリッタエレメントを偏向エレメント６３として使用することは有利である。そのような偏向エレメントを組み入れる方が容易である。この場合も、２つの結像手段６１が設けられ、これらは光伝播方向に見てビームスプリッタエレメント６３の前方に配置される。ビームスプリッタエレメント６３を使用することにより、２つの光チャネルの十分なオーバーラップがスクリーン１４上で達成可能である。
【００４７】
図７は、ホログラフィ投影装置の機能原理を概略的に示す図である。投影システムＰＳは、再構成シーンを観察する際に観察者平面１８において少なくとも１人の観察者の眼の位置を検出し且つそれに従って観察者ウィンドウ１７を追跡するための位置検出システム２０を含む。図７において、走査システムＡＳは概略的にのみ示される。位置検出システム２０は、例えば、観察者の眼の位置の変化に従って観察者平面１８内の仮想観察者ウィンドウ１７を追跡するために設けられる偏向エレメント２１に関連するカメラである。従って、偏向エレメント２１は２つの結像手段２２及び２３の間に配置される。結像手段２２及び２３は無限焦点系を表す。この場合、偏向エレメント２１は、結像手段２２の画像側の焦点であると同時に結像手段２３のオブジェクト側の焦点でもある焦点に配置される。偏向エレメント２１は個別に制御可能であり、ミラーエレメントであるのが好ましい。観察者ウィンドウ１７を適切に追跡するためには、非常に正確に動作する偏向エレメントが必要である。そのため、偏向エレメント２１は、例えばガルバノメータスキャナである。当然、ＭＥＭＳアレイ、ポリゴンスキャナ又は音響光学構成等の他の偏向エレメントを使用することも可能である。更に、偏向エレメント２１は少なくとも１つの方向、すなわち水平方向及び／又は垂直方向において偏向できる。これは、光変調器装置３の１次元走査の場合、偏向エレメント２１が水平方向又は垂直方向のいずれかにおいてのみ観察者ウィンドウ１７を追跡することを意味する。図２ａ及び図２ｂを参照して説明したように、３次元シーンを再構成するために必要な情報を含む波面は走査システムＡＳにおいて生成される。そのため、投影システムＰＳにおける再構成のみを本実施形態を用いて説明する。結像手段２２及び２３で表す無限焦点系は、偏向エレメント２１を介して平面１２を平面２４内に結像する。その後、この平面２４は、観察者平面１８内の観察者ウィンドウ１７内に結像するために平面１６内に結像する。それと同時に、偏向エレメント２１は、結像手段２３及び１５によりスクリーン１４上に結像する。偏向エレメント２１は、結像手段２２の焦平面に配置される。コヒーレント方向において、変調波面ＷＦは、走査システムＡＳにおいて平面１２内に結像し、その後、仮想観察者ウィンドウ１７内に結像し、観察者の少なくとも一方の眼に結像する。それと同時に、変調波面のフーリエ変換ＦＴは平面１２から無限遠に結像する。その後、フーリエ変換ＦＴは、結像手段２２により偏向エレメント２１上に結像する。非コヒーレント方向において、走査エレメント５は走査システムＡＳにおいて平面１２内に結像し、光束が結像エレメント１０を通過すると、光束は無限遠に結像又はコリメートされる。その後、走査エレメント５は観察者ウィンドウ１７内に結像する。それと同時に、光束は偏向エレメント２１上に集束され、結像手段２３及び１５によりスクリーン１４上に結像する。
【００４８】
結像手段２３及び１５は、１つの単一レンズ又はレンズアレイを形成するように組み合わせ可能である。上述のホログラフィ投影装置は観察者の一方の眼に対してのみ説明された。しかし、観察者ウィンドウ１７が十分に大きい場合、ホログラフィ投影装置は観察者の一対の眼に対して設計可能である。あるいは、観察者の第２の眼に対する第２の光変調器装置３が観察者の一対の眼に更に対応でき、その場合、多くの変更を投影装置に適用する必要がある。図６ａ〜図６ｅに従うシステムが図７に示す投影装置に適用される場合、結像手段６１は結像手段２２と一致し、平面６２は偏向エレメント２１が配置される平面と一致する。ホログラフィ投影装置の本実施形態の第１の変形例によると、２つの走査システムＡＳは互いに対して角度を成して配置される。そのため、この場合、各々が各走査システムＡＳに対する２つの結像手段２２は、投影システムＰＳにおいて偏向エレメント２１の前方に配置される。結像手段２３及び１５、並びにスクリーン１４は典型的に使用される。本実施形態の第２の変形例によると、２つの走査システムＡＳは平行に構成されるため、結像手段２２、２３、１５及びスクリーン１４は典型的に使用される。当然、これは必要な前提条件ではない。投影装置の第２の変形例は、第１の変形例と比較して収差が発生しやすいという欠点を示す。観察者が観察者平面１８に位置し且つ観察者ウィンドウ１７を介して見る場合、観察者は再構成された３次元シーンを再構成空間１９内に見ることができる。この場合、シーンは、光伝播方向に見てスクリーン１４の前方、スクリーン１４上又はその後方に再構成される。
【００４９】
上述のように、３次元シーンのカラー再構成もホログラフィ投影装置を使用して可能である。この場合、プリズムブロックであるのが好ましい少なくとも１つのビームスプリッタエレメント２５は、光伝播方向に見て偏向手段２１の前方に配置される。あるいは、ビームスプリッタエレメント２５は、投影装置内の他の任意の適切な位置に配置されてもよい。従って、シーンのカラー再構成は、３原色であるＲＧＢを同時に処理することにより実現される。２つの完全に分離した光チャネルが提供される場合、２つのビームスプリッタエレメント２５、すなわち１つの光チャネルに対して１つのビームスプリッタエレメント２５が投影システムＰＳ内に配置可能である。ダイクロイック層を有するＸプリズムであるのが好ましいビームスプリッタエレメント２５は、赤色光、緑色光及び青色光を３つの別個の波面に分割するか、又は共通の変調波面を形成するためにそれらを再度組み合わせる。シーンのカラー再構成は、１つの光チャネルに対して３つの走査システムＡＳを使用して実現される。この場合、各走査システムは単色光源２を備える。走査システムＡＳの光学エレメントは、対応する単色光の色に適するように最適化されるのが好ましい。
【００５０】
当然、上述の走査エレメント等の異なるカラー再構成用光学エレメントを使用することも可能である。この場合、光学エレメントは走査プリズムである。本明細書において、走査プリズムは、正方形又は長方形の形状に設計されるのが好ましい。このカラー再構成用走査プリズムは、上述のように設計され且つ機能する。カラー再構成の場合、光束５０、５１及び５２は、照明装置１の３つの個別の光源２又は各原色において十分なコヒーレンスを示す１つの単一光源２により放射される。個々の単色波は、ダイクロイックビームスプリッタ系を使用して発散される。結像エレメント６及び７は、３原色に対して共通して使用されてもよく、又は各チャネルが各原色に対して別個の結像手段６及び７を有するように３倍設けられてもよい。
【００５１】
あるいは、シーンの連続したカラー再構成も可能である。この種類の再構成を実行するためには、カラーであるのが好ましく且つ十分なコヒーレンスを示す光源２及び切り替えシステムが、単色原色であるＲＧＢを順次制御するために必要である。これにより、カラー再構成を順に生成できる。当然、シーンの単色再構成又は連続カラー再構成を実行する際に、１つの走査プリズムのみ及び光束５０、５１又は５２のうちの１つのみを使用することも可能である。
【００５２】
図８は、図７に示すホログラフィ投影装置全体を示す斜視図である。上述のように、投影装置は走査システムＡＳ及び投影システムＰＳを備える。投影装置は、４つのセクションＡ、Ｂ、Ｃ及びＤに分割されており、これらを用いて、コヒーレント方向及び非コヒーレント方向の双方を図の左上に示す座標系に従って説明する。セクションＡにおいて、コヒーレント方向はｘ座標と一致し、非コヒーレント方向はｙ座標と一致する。ｚ座標は光伝播方向を表す。セクションＢにおいて、コヒーレント方向はこの場合もｘ座標と一致するが、非コヒーレント方向はｚ座標と一致する。光伝播方向はｚ座標で表される。セクションＣにおいて、コヒーレント方向はｙ座標と一致し、非コヒーレント方向はｚ座標と一致する。光はｘ座標に沿って伝播する。最後に、セクションＤにおいて、コヒーレント方向はｘ座標と一致し、非コヒーレント方向はｚ座標と一致する。ｙ座標は光伝播方向を表す。投影装置のこの斜視図において明らかなように、投影装置はアナモフィックである。結像エレメント７、８、９（＝９’）及び１０は、少なくとも１つのアナモフィックであり且つ円柱であるのが好ましいエレメントを備え、本実施形態によると、各結像エレメント７、８及び１０は、２つのレンズエレメント又はコヒーレント方向及び非コヒーレント方向において異なる主面及び焦点距離を示す単一のレンズエレメントを備える。更に、結像エレメント９（＝９’）は、コヒーレント方向においてのみ光学結像効果を示す。例えば、仮想観察者ウィンドウ１７はスクリーン１４の後方に配置されるか、又はスクリーン１４が反射型の場合はそれと同列又はその前方に配置される。従って、観察者ウィンドウ１７を図８に示さない。
【００５３】
図９ａ及び図９ｂは、走査システムＡＳを簡略に示す。図９ａはコヒーレント方向の光路を示し、図９ｂは非コヒーレント方向の光路を示す。本実施形態においても、走査システムＡＳは、光源２を有する照明装置１、走査エレメント５、光変調器装置３、並びに結像エレメント６、７、８、９（＝９’）及び１０を備える。本実施形態において、結像エレメント７及び１０のレンズエレメント７ｂ及び１０ｃは省略される。ホログラフィ投影装置の本実施形態において、結像エレメント６は１つの方向においてのみ結像効果を示す。結像エレメント６、７、８、９（＝９’）及び１０は、図２ａ及び図２ｂを参照して上述したものと同一の種類である。コヒーレント方向における走査システムＡＳの機能原理は、図２ａを参照して説明したものとほぼ同一である。変調波面ＷＦは、結像エレメント９’（＝９）及び１０を介して平面１２内に結像し、そのフーリエ変換ＦＴは平面１１’で作成される。
【００５４】
非コヒーレント方向において、結像エレメント６及び７は光学効果を示さず、そのため光源２により放射される光束は走査エレメント５に直接入射する。本実施形態における光源２は、放射された光束が非コヒーレント方向において十分に狭く、そのため結像エレメント６及び７がその方向において光学結像効果を有する必要がないように設計される。走査システムＡＳの機能原理を以下に説明する。本実施形態において、光変調器装置３上の変調エレメント４の３つの線形配列は順に走査され、これら３つの走査を異なる線で図中に表す。光源２により放射される光束は走査エレメント５に向けられる。その後、光束はレンズエレメント８ｂ及び平面１１を通過し、異なる位置において光軸に対して平行な状態で光変調器装置３に入射する。これは、走査エレメント５が結像手段８のレンズエレメント８ｂの焦平面に配置されるためである。結像エレメント９（＝９’）は非コヒーレント方向において光学的に無効であるため、結像に寄与しない。そのため、結像エレメント９（＝９’）を図９ｂに示さない。光変調器装置３により変調された光束はレンズエレメント１０ｂを通過し、平面１２上の同一点に異なる角度で入射する。平面１２は、レンズエレメント１０ｂの焦平面と一致する。走査エレメント５は、レンズエレメント８ｂ及び１０ｂにより平面１２内に結像する。
【００５５】
図１０は、ホログラフィ投影装置全体の簡略化された斜視図である。走査システムＡＳ及び投影システムＰＳを大括弧で示す。図８を参照して説明したように、コヒーレント方向及び非コヒーレント方向を示すために座標系が同様に使用される。図９ａ及び図９ｂを参照して説明したように、３次元シーンを再構成するために必要な情報を含む波面は走査システムＡＳにおいて生成される。そのため、コヒーレント方向及び非コヒーレント方向の双方に対して投影システムＰＳのみを説明する。コヒーレント方向において、変調波面ＷＦは走査システムＡＳを介して平面１２内に結像する。その後、波面ＷＦは、結像手段２２及び２３により結像手段１５の前方に位置する平面２４内に結像する。波面は、この平面２４から結像手段１５及びスクリーン１４を介して仮想観察者ウィンドウ１７内に結像し、観察者の少なくとも一方の眼に結像する。それと同時に、フーリエ変換ＦＴは結像手段２２により偏向エレメント２１上に結像し、そこから結像手段２３及び１５によりスクリーン１４上に結像する。非コヒーレント方向において、走査エレメント５は走査システムＡＳを介して平面１２内に結像する。この場合、結像が結像エレメント１０を通過すると、走査エレメント５は無限遠に結像する。その後、結像手段２２及び２３は、結像手段１５の前方に位置する平面２４内に走査エレメント５を結像する。走査エレメント５は、結像手段１５により平面２４からスクリーン１４を介して観察者ウィンドウ１７内に結像する。それと同時に、非コヒーレント方向の光束は偏向エレメント２１上に結像し、その後、結像手段２３及び１５によりスクリーン１４上に結像する。
【００５６】
上述のホログラフィ投影装置は、観察者の一方の眼に対してのみ説明された。しかし、観察者の両眼に対して十分に大きい観察者ウィンドウを提供することが可能である。あるいは、観察者の一対の眼に対応する第２の光変調器装置３を提供することが可能である。２つの走査システムＡＳを有するそのような構成の構造は、上述のような構造である。観察者が観察者平面１８（不図示）に位置し且つ観察者ウィンドウ１７を介して見る場合、観察者は再構成された３次元シーンを再構成空間１９内に見ることができる。この場合、シーンは、光伝播方向に見てスクリーン１４の前方、スクリーン１４上又はその後方に再構成される。この場合も、位置検出システム２０は、観察者の眼の位置を検出し且つそれに従って観察者ウィンドウ１７を追跡するために設けられる。更に、平面１２内のレンズエレメント１０ｃが省略され且つ結像手段６及び７が非常に単純に設計されるため、ホログラフィ投影装置が非コヒーレント方向において簡略化されることは明らかである。更に、この構造により光学系の位置合わせが容易になる。
【００５７】
図１１ａ及び図１１ｂは、簡略化され且つ非常に小型のホログラフィ投影装置の機能原理を示す。図１１ａは、コヒーレント方向における投影装置を示す上面図であり、図１１ｂは非コヒーレント方向における投影装置を示す側面図である。本実施形態において、走査システムＡＳは非常に単純である。結像手段１５は、３つのレンズエレメント１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを備える。レンズエレメント１５ａはコヒーレント方向においてのみ光学的に有効であり、レンズエレメント１５ｂ及び１５ｃは非コヒーレント方向においてのみ光学的に有効である。本実施形態によると、走査システムＡＳは、光源２を有する照明装置１、走査エレメント５、光変調器装置３、並びに結像エレメント６、７及び８を備える。投影システムＰＳは、偏向エレメント２１、結像手段１５及びスクリーン１４のみを備える。光変調器装置３が透過型の場合、結像エレメント９は結像エレメント８（８ａ、８ｂ）及び９の組合せであり、結像エレメント９’は結像エレメント９’及び１０と結像手段２２との組み合わせである。反射型光変調器装置３が使用される場合、図示のように、結像エレメント９は結像エレメント９’と一致する。結像手段１５は、結像手段２３及び１５の組合せである。この新しい結像エレメント９（＝９’）の光学特性（例えば主面、焦点距離等）及び結像手段１５の光学特性は、コヒーレント方向及び非コヒーレント方向の双方において光学的に有効である必要がある。各光学エレメントは、図２ａ及び図２ｂを参照して説明したものと同一の種類及び設計である。コヒーレント方向におけるホログラフィ投影装置の機能原理は、図２ａを参照して説明したものとほぼ同一である。照明装置１の光源２は、平面波面を有するのが好ましい波Ｗの形態で十分にコヒーレントな光を放射し、これは拡大するために結像エレメント６に向けられる。その後、波Ｗは結像エレメント７を通過し、走査エレメント５上に突き当たる。走査エレメント５は、光変調器装置３の変調エレメント４の走査される配列に応じて波Ｗを偏向する。それと同時に、偏向された波Ｗは光路を折り返すために使用されるのが好ましい。走査エレメント５は、結像エレメント９のオブジェクト側の焦平面に配置される。その後、波Ｗは結像エレメント９によりコリメートされ、光変調器装置３上に突き当たる。光変調器装置３により変調された波面ＷＦは、結像エレメント９’、レンズエレメント１５ａ及びスクリーン１４により、観察者平面１８内の観察者ウィンドウ１７内に結像する。波Ｗの変調後、結像エレメント９’は、そのフーリエ変換ＦＴを結像エレメント９’の画像側の焦平面内、すなわち偏向エレメント２１上に作成する。これも光路を折り返すために使用されるのが好ましい。その後、このフーリエ変換ＦＴは、レンズエレメント１５ａによりスクリーン１４上に結像する。レンズエレメント１５ｂ及び１５ｃはこの方向において光学効果を示さないため、図１１ａでは省略される。図１１ａを参照すると、観察者ウィンドウ１７を介して両眼で見る観察者が観察者平面１８に存在する。波面ＷＦの伝播を示す点線は、観察者が観察者平面１８において自身の位置を変更した場合に作成される波を表す。観察者平面１８における観察者のこの新しい位置を図１１ａにおいて同様に点線で示す。偏向エレメント２１は、観察者の眼の位置の変化に従って観察者ウィンドウ１７を追跡する。
【００５８】
図１１ｂを参照して、非コヒーレント方向における機能原理を以下に説明する。光変調器装置３上の変調エレメント４の２つの線形配列の走査を図１１ｂに示す。２つの走査は順に実行される。光源２により放射される光束は、結像エレメント６により拡大され、結像エレメント７を介して平行な光線束の形態で走査エレメント５上に突き当たる。光束は、走査エレメントから結像エレメント９により結像エレメント９の画像側の焦平面に配置される光変調器装置３上に集束される。光変調器装置３において、変調エレメント４の１次元配列を走査することにより光束を変調する。その後、そのようにして光変調器装置３により変調された光束は、光変調器装置３が反射型であるため、コリメートされた状態で結像エレメント９’を介して偏向エレメント２１上に突き当たる。コリメートされた光束は、レンズエレメント１５ｂの画像側の焦点に配置される平面Ｍ内に集束される。レンズエレメント１５ａは、非コヒーレント方向における光束の範囲が小さい平面Ｍに配置されるのが好ましい。その後、これらの光束は、レンズエレメント１５ｃによりスクリーン１４上に結像する。それと同時に、走査エレメント５は結像エレメント９（＝９’）により光変調器装置３を介して偏向エレメント２１上に結像し、そこから結像手段１５及びスクリーン１４により観察者ウィンドウ１７内に結像する。図１１ｂに示す投影装置の特別な変形例において、偏向エレメント２１上に結像する走査エレメント５は、本例においてレンズエレメント１５ｃが配置される焦平面内にレンズエレメント１５ｂにより結像し、その後スクリーン１４を介して観察者ウィンドウ１７内に結像することができる。従って、レンズエレメント１５ｃは必ずしも走査エレメント５の結像点に配置されなくてもよい。しかし、光束の範囲がこの面において限定されるため、レンズエレメント１５ｃがそのように配置されることは好ましい。
【００５９】
更に、放射される光束が例えばアパーチャの幅に関して必要な特性と既に一致するように光源２が設計される場合、光源２と結像エレメント７との間に配置される結像エレメント６又は結像エレメント６及び７の双方は省略されてもよい。シーンをカラー再構成するため、ビームスプリッタエレメントは反射型光変調器装置３と結像エレメント９（＝９’）との間に配置され、３つの光変調器装置３は同時カラー再構成のために設けられる。順次カラー再構成の場合、光源２が必要な単色波面を３原色で順に放射するため、１つの走査システムＡＳのみを設ける必要がある。
【００６０】
図１２は、図１１ａ及び図１１ｂに示すホログラフィ投影装置の斜視図である。投影装置は３つのセクションＡ、Ｂ及びＣに分割されている。これにより、図の左上に示す座標系を用いてコヒーレント方向及び非コヒーレント方向の双方を説明することが容易になる。セクションＡにおいて、コヒーレント方向はｘ座標と一致し、非コヒーレント方向はｙ座標と一致する。光伝播方向はｚ座標により表される。セクションＢにおいて、コヒーレント方向はこの場合もｘ座標と一致するが、非コヒーレント方向はｚ座標と一致する。光伝播方向はｙ座標により表される。セクションＣにおいて、コヒーレント方向はｙ座標と一致し、非コヒーレント方向はｚ座標と一致する。光伝播方向はｘ座標により表される。本例において、結像手段１５は３つのレンズエレメント１５ａ、１５ｂ及び１５ｃを備える。結像エレメント及び結像手段の数が図８に示した数より大幅に少ないため、収差の原因となるものが少なく、そのため収差は最小化されるか又は非常に容易に除去される。本実施形態においても、シーンをカラー再構成できるように、ビームスプリッタエレメント２５を投影装置に配置することは可能である。ビームスプリッタエレメント２５は、例えば結像エレメント９（＝９’）と観察者ウィンドウ１７を追跡するための偏向エレメント２１との間又は光変調器装置３と結像エレメント９（＝９’）との間に配置可能である。当然、投影装置内の他の位置も可能である。投影装置のこの非常に小型の例は、表示装置のサイズが小さいか又は最小である必要のある場合に特に適している。
【００６１】
図１３は、ホログラフィ投影装置の別の実施形態を示す上面図である。光変調器装置３が行方向に走査される場合、上面図はコヒーレント方向を表し、光変調器装置３が列方向に走査される場合、上面図は非コヒーレント方向を表す。本実施形態に係る投影装置は、観察者平面１８内の複数の観察者に対するものである。投影装置は、２つの光変調器装置３及び２つの走査システムＡＳを備える。
【００６２】
ホログラフィ投影装置は、ビームスプリッタエレメント２５に加えて使用されるビームスプリッタエレメント２６を更に備える。ビームスプリッタエレメント２６は、光変調器装置３により放射される波面ＷＦＲ及びＷＦＬを増加させるため、光をそのスペクトル成分に分割するか又はそれらの成分から光を平面２７内に再構成する。平面２７は、結像手段２９及び３０を備える無限焦点系を介した平面１２の結像である。平面１２は結像手段２９のオブジェクト側の焦平面と一致するのが好ましく、平面２７は結像手段２９の画像側の焦平面と一致するのが好ましい。それと同時に、平面２７は結像手段２２のオブジェクト側の焦平面と一致する。従って、ビームスプリッタエレメント２６は平面２７に配置される。ビームスプリッタエレメント２６は格子、プリズム又は回折光学エレメント（ＤＯＥ）とすることができ、特に、構成可能なＤＯＥとすることができる。更に、ビームスプリッタエレメント２６の代わりに、観察者平面１８における観察者の数に応じて、各光変調器装置３に対して複数の光源２を設けることが可能である。この場合、結像エレメント６及び７は、光源２により放射された光が異なる入射角で光変調器装置３に入射するように配置される必要がある。
【００６３】
図１３は上面図である。本実施形態に係るホログラフィ投影装置は複数の観察者に対するものであり、通常、観察者の数は限定されない。図に示すように、３人の観察者に対するシーンの再構成の場合、投影装置は、各々が１つの光変調器装置３を有する２つの走査システムＡＳを備え、一方の光変調器装置３は常に観察者の右眼に対するものであり、他方の光変調器装置３は観察者の左眼に対するものである。２つの光変調器装置３は、図１を参照して説明したように、各照明装置１の光源２により照明される。従って、これらの光源により放射された光は、波Ｗが符号化されて光変調器装置３内の等距離の位置に所望の波面ＷＦＲ及びＷＦＬを形成するように変調される。走査システムＡＳの機能原理は、例えば図２ａ及び図２ｂを参照して説明したものである。波面ＷＦＲ及びＷＦＬは、結像手段２９及び３０により平面２７に位置するビームスプリッタエレメント２６上に結像する。それと同時に、結像手段２９の焦平面２８は、結像手段３０及び結像手段２２により３つの偏向エレメント２１上に結像する。このように、各観察者は偏向エレメント２１を割り当てられる。従って、平面２７は結像手段２２、２３及び１５により、結像手段２３及び１５の共通の焦平面１６内に３回（又は結像手段２３毎に１回）同時に結像する。前記焦平面は、スクリーン１４を介して観察者平面１８内、すなわち３人の各観察者の眼の上の観察者ウィンドウ１７Ｒ、１７Ｌ、３１Ｒ、３１Ｌ、３２Ｒ及び３２Ｌ内に３回結像する。それと同時に、偏向エレメント２１上の平面２８の像は、結像手段２３及び１５によりスクリーン１４上にオーバーラップした状態で結像する。
【００６４】
コヒーレント方向において、２つの変調波面ＷＦＲ及びＷＦＬのフーリエ変換ＦＴは、結像エレメント１０及び結像手段２９により平面２８上に結像する。その後、フーリエ変換ＦＴが平面２７内のビームスプリッタエレメント２６により増加され且つ偏向エレメント２１により平面２８の別の像平面に偏向された後、増加されたフーリエ変換ＦＴはスクリーン１４上でオーバーラップする。それと同時に、平面１２内に結像する変調波面ＷＦＲ及びＷＦＬは平面２７内に結像する。増加後、波面ＷＦＲは結像手段２２、３つの結像手段２３及び結像手段１５により、最初に平面１６内に、その後、仮想観察者ウィンドウ１７Ｒ、３１Ｒ及び３２Ｒの形態で観察者平面１８内の３人の観察者の右眼上に同時に結像する。従って、波面ＷＦＬは、３人の観察者の左眼に対する仮想観察者ウィンドウ１７Ｌ、３１Ｌ及び３２Ｌを形成するように結像する。
【００６５】
非コヒーレント方向において、各走査システムＡＳの走査エレメント５は平面１２内に結像する。その後、ビームスプリッタエレメント２６により増加された走査エレメント５は３人の観察者の目に対する観察者ウィンドウ１７Ｒ、１７Ｌ、３１Ｒ、３１Ｌ、３２Ｒ及び３２Ｌ内に結像する。それと同時に、光束は平面２８上に集束される。その結果、平面２８はスクリーン１４上に結像する。
【００６６】
各観察者は１つの偏向エレメント２１のみを割り当てられる。従って、偏向エレメント２１の数は観察者の数と一致する。これは、観察者毎に１つの偏向エレメント２１のみが両目に対して、例えば観察者ウィンドウ１７Ｒ及び１７Ｌに対して使用されることを意味する。観察者が観察者平面１８において移動する場合、変化した眼の位置は位置検出システム２０により再度検出され、偏向手段２１は観察者ウィンドウ１７Ｒ、１７Ｌ、３１Ｒ、３１Ｌ、３２Ｒ及び３２Ｌが観察者の眼の新しい位置に従って追跡されるように制御される。３次元シーンは、ビームスプリッタエレメント２５を使用して上述したように、カラー再構成可能である。
【００６７】
図１４ａ及び図１４ｂは、走査システムＡＳの第２の実施形態をコヒーレント方向及び非コヒーレント方向において示す。第２の実施形態は図２ａ及び図２ｂと対比される。図１４ａはコヒーレント方向における走査システムＡＳを示し、図１４ｂは非コヒーレント方向における走査システムＡＳを示す。本実施形態に係る投影装置は、変調波面ＷＦが上述したその他の実施形態と同様に観察者ウィンドウ１７内に結像するのではなく、スクリーン１４上に結像するように機能する。従って、フーリエ変換ＦＴはスクリーン１４上ではなく観察者ウィンドウ１７内に結像する。第２の実施形態においても、走査システムＡＳは、光源２を有する照明装置１、走査エレメント５、光変調器装置３、並びに結像エレメント６、７（７ａ、７ｂ）、８及び９（＝９’）を備える。結像エレメント６、７、８及び９（＝９’）はレンズであり、特に回折光学エレメント(ＤＯＥ)及びフレネルレンズであるが、レンズアレイ又はミラーであってもよい。これらの結像エレメント６、７、８及び９（＝９’）は、収差を最小化するために球面又は円柱であるか、あるいは軸からずらして配置される。これは、ホログラフィ投影装置の更なる小型化を助長する。図１４ａ及び図１４ｂの光変調器装置３は反射型である（しかし、ここでも光路を折り返さずに示す）。しかし、光変調器装置３は透過型であってもよい。
【００６８】
回折光学エレメントの設計及び機能原理が収差補正を実現するのにより適しているため、回折光学エレメントをコヒーレント方向において結像エレメントとして使用することは有利である。コヒーレント方向における走査システムＡＳの機能原理を説明する。照明装置１の光源２は、十分にコヒーレントな光を波Ｗの形態で放射し、これは拡大するために結像手段６に向けられる。その後、波Ｗは結像手段７を通過し、走査エレメント５上に集束される。次に、この波Ｗは、結像エレメント８により結像エレメント８の画像側の焦平面に位置する平面１１内に集束される。ミラーであり且つ平面１１に配置される偏向エレメントにより波Ｗが好適に偏向された後、この波は、好ましくは平面波面の形態で結像エレメント９を介して光変調器装置３上に突き当たる。その後、光変調器装置３により変調された波面ＷＦは、結像エレメント９’（＝９）により結像エレメント９’（＝９）の画像側の焦点に位置する平面１１’内に結像される。本実施形態において光変調器装置３が反射型であるため、平面１１及び１１’は一致する。それと同時に、フーリエ変換ＦＴは平面１１’内に作成される。
【００６９】
尚、光変調器装置３が反射型であるため、結像エレメント９及び９’は１つの単一結像エレメントにより表され、そのため変調波面ＷＦは平面１１（＝１１’）に反射される。更に、平面１１（＝１１’）内の好適な偏向エレメントは必ずしも必要ではなく、結像エレメント８及び９を単一の結像エレメントに置き換えることが可能である。そのように置き換えた場合、走査エレメント５は、結像エレメント８及び９のオブジェクト側の焦平面に配置される。
【００７０】
図１４ｂに示す非コヒーレント方向においても、フレネルレンズ又は回折光学エレメントが結像エレメント６、７、８及び９（＝９’）として使用されるのが好ましい。非コヒーレント方向における走査システムＡＳの機能原理を以下に説明する。この場合、光変調器装置３上の変調エレメント４の２つの配列は順に走査されるが、これらの２つの走査を図中に同時に示す。光源２により放射される光束は結像エレメント６により拡大され、結像エレメント７により光伝播方向に見て走査エレメント５の後方に位置する平面Ｐ内に集束される。走査エレメント５は、光変調器装置３の変調エレメント４の走査される配列に従って光束を偏向する。図１を参照して説明したように、光束は、その平面Ｐから結像エレメント８及び９により平面１１を介して光変調器装置３上に集束される。これは、走査エレメント５により偏向された光、より正確には偏向された光束が、走査システムＡＳの光軸ＯＡに対して平行に又は規定の角度を成して光変調器装置３に入射することを意味する。この場合、光束と光軸ＯＡとの間の距離は、光変調器装置３上の変調エレメント４の走査中の１次元配列に依存して異なる。光路は、結像エレメント８及び９の間を平行に進む。結像エレメント９（＝９’）は集束に寄与する。従って、光変調器装置３により変調された光束は、結像エレメント９’（＝９）により無限遠に結像し、平面１１’に入射する。それと同時に、走査エレメント５は結像手段８により平面１１内に結像され、その後、結像エレメント９’（＝９）により平面１１’内に再度結像される。
【００７１】
更に、結像エレメント７は、非コヒーレント方向における光束の最初の結像が仮想的に作成されるように配置されてもよい。更に、放射される光束が例えばアパーチャの幅に関して必要な特性と既に一致するように光源２が設計される場合、光源２と走査エレメント５との間に配置される結像エレメント６及び／又は７は省略されてもよい。当然、図４ａ〜図４ｃを参照して説明したように、走査エレメント５は走査プリズムであってもよい。
【００７２】
本明細書において図示しないが、図１４ａ及び図１４ｂに従う走査システムＡＳのより小型の例において、結像エレメント９（＝９’）は省略されてもよい。その場合、光変調器装置３に向かう途中の光とそれから反射した光とのオーバーラップを防止するため、走査エレメント５は偏向エレメントとして動作する。
【００７３】
図１５は、図１４ａ及び図１４ｂに示すホログラフィ投影装置の斜視図である。図８において上述したように、投影装置は走査システムＡＳ及び投影システムＰＳを備える。コヒーレント方向及び非コヒーレント方向は、図の左上の座標系を使用して示される。詳細は図８の説明を参照。図８とは異なり、結像エレメント８は単一のレンズエレメントのみである。結像エレメント１０は、シーンの再構成には不要である。図１４ａ及び図１４ｂからもわかるように、この投影装置はアナモフィックである。結像エレメント７は２つのレンズエレメントを備えるが、これらのレンズのうちの一方のみが各方向、すなわちコヒーレント方向及び非コヒーレント方向において光学的に有効であり、他方のレンズエレメントは光学的に無効である。本例においても、仮想観察者ウィンドウ１７は、例えばスクリーン１４の後方に配置されるか、又はスクリーン１４が反射型の場合はそれと同列又はその前方に配置される。従って、観察者ウィンドウ１７を図１５に示さない。
【００７４】
本例においても、ホログラフィ投影装置、特に投影システムＰＳは、再構成シーンを観察する際に観察者平面１８において少なくとも１人の観察者の眼の位置を検出し且つそれに従って観察者ウィンドウ１７を追跡するための位置検出システム２０を含む。位置検出システム２０は、例えば、観察者の眼の位置の変化に従って観察者平面１８内の仮想観察者ウィンドウ１７を追跡するために設けられる偏向エレメント２１に関連するカメラである。本例において、偏向エレメント２１は２つの結像手段２２及び２３の間に配置される。結像手段２２及び２３は無限焦点系を表し、偏向エレメント２１は結像手段２２の画像側の焦点であると同時に結像手段２３のオブジェクト側の焦点である焦点に配置される。図７を参照して説明したように、偏向エレメント２１は個別に制御可能であり、ミラーエレメントであるのが好ましい。更に、偏向エレメント２１は少なくとも１つの方向、すなわち水平及び／又は垂直方向において光束を偏向する。これは、光変調器装置３の１次元走査の場合、偏向エレメント２１が水平方向又は垂直方向のいずれかにおいてのみ観察者ウィンドウ１７を追跡することを意味する。図１４ａ及び図１４ｂを参照して説明したように、好ましくは３次元シーンを再構成するために必要な情報を含む波面は走査システムＡＳにおいて生成される。そのため、コヒーレント方向及び非コヒーレント方向の双方に対して、投影システムＰＳのみを説明する。コヒーレント方向において、変調波面ＷＦは無限遠に結像し、その後、結像エレメント９’及び結像手段２２により偏向エレメント２１上に結像する。その後、波面ＷＦは、結像手段２３及び１５によりスクリーン１４上に結像する。それと同時に、フーリエ変換ＦＴは平面１１’内に作成される。このフーリエ変換ＦＴは、結像手段１５の前方に位置する平面２４内に結像する。フーリエ変換ＦＴは、この平面２４から結像手段１５によりスクリーン１４を介して仮想観察者ウィンドウ１７（不図示）内に結像する。非コヒーレント方向において、走査エレメント５は、走査システムＡＳにおいて平面１１’内に結像し、光束は平行な光線束の形状で結像する。その後、結像手段２２及び２３は、走査エレメント５を結像手段１５の前方に位置する平面２４内に結像させる。走査エレメント５は、平面２４から結像手段１５によりスクリーン１４を介して仮想観察者ウィンドウ１７内に結像する。それと同時に、光束は偏向エレメント２１上に結像し、その後、結像手段２３及び１５によりスクリーン１４上に結像する。
【００７５】
このように再構成されたシーンは、観察者ウィンドウ１７と結像手段１５との間に延在する錐台形の再構成空間１９（不図示）において観察可能である。仮想観察者ウィンドウ１７は、観察者の眼の隔離距離と同等の大きさが可能であるが、それより小さくてもよく、又は大きくてもよい。観察者ウィンドウ１７が眼の隔離距離より小さい場合、シーンが両目で見られるように２つの光変調器装置３が必要である。
【００７６】
本実施形態においても、シーンをカラー再構成できるように、投影装置内の例えば平面１１’と偏向エレメント２１の前方の結像手段２２との間の適切な位置にビームスプリッタエレメント２５を配置することが可能である。当然、本実施形態に対して図に示すように、投影装置内の他の位置も可能である。本実施形態において、ビームスプリッタエレメント２５は、３原色に対する３つの光変調器装置３と結像エレメント９（＝９’）との間に配置される。従って、本実施形態により３次元シーンの同時カラー再構成が可能になる。当然、例えば１つの光変調器装置３のみを使用して、カラー３次元シーンをホログラフィにより順次再構成することも可能である。
【００７７】
当然、本発明の範囲を逸脱せずに上述の実施形態以外の実施形態が可能である。
【００７８】
ホログラフィ投影装置の可能な用途は、例えばコンピュータディスプレイ、移動電話のディスプレイ、ＴＶスクリーン、電子ゲーム等の私的環境又は作業環境における２次元及び／又は３次元提示用ディスプレイ、自動車産業における情報表示用ディスプレイ、娯楽産業、医療工学及び軍事工学における表面形状表現用ディスプレイを含む。本発明の投影装置が上述しなかった他の領域にも適用可能であることは当業者には明らかだろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る走査システムと組み合わせた２次元光変調器装置を概略的に示す図である。
【図２ａ】本発明に係る走査システムを概略的に示し、１次元波面の伝播方向及び光伝播方向（コヒーレント方向）を示す図である。
【図２ｂ】本発明に係る走査システムを概略的に示し、走査方向及び光伝播方向（非コヒーレント方向）を示す図である。
【図３】複数の光源を有する２次元光変調器装置の照明を示す本発明に係る走査システムの詳細を示す図である。
【図４ａ】、
【図４ｂ】、
【図４ｃ】光変調器装置が回転する走査エレメントにより走査される方法を示す本発明に係る走査システムの詳細を示す図である。
【図５】図２ａ及び図２ｂに従う走査システムと投影システムとを有する本発明に係るホログラフィ投影装置を概略的に示す図である。
【図６ａ】、
【図６ｂ】、
【図６ｃ】、
【図６ｄ】、
【図６ｅ】投影システムの詳細を示し、少なくとも１つの投影手段を用いる２つの光チャネルのオーバーラップを示す図である。
【図７】仮想観察者ウィンドウを追跡するための偏向エレメントを有する本発明に係るホログラフィ投影装置を示す図である。
【図８】本発明に係るホログラフィ投影装置の斜視図であって、走査システム及び投影システムへの分割を示す図である。
【図９ａ】、
【図９ｂ】本発明に係る簡略化された走査システムをコヒーレント方向及び非コヒーレント方向において概略的に示す図である。
【図１０】図９ａ及び図９ｂに示す簡略化されたホログラフィ投影装置を示す斜視図である。
【図１１ａ】、
【図１１ｂ】本発明に係る非常に小型のホログラフィ投影装置をコヒーレント方向及び非コヒーレント方向において概略的に示す図である。
【図１２】図１１ａ及び図１１ｂに示すホログラフィ投影装置の斜視図である。
【図１３】複数の観察者に対する本発明に係る別のホログラフィ投影装置を概略的に示す図である。
【図１４ａ】、
【図１４ｂ】本発明に係るホログラフィ投影装置の機能原理の第２の可能な例を概略的に示し、走査システムのみをコヒーレント方向及び非コヒーレント方向において示す図である。
【図１５】図１４ａ及び図１４ｂに示すホログラフィ投影装置を示す斜視図である。