(57)【要約】  本発明は、ビデオホログラム用表示装置における画像コンテンツのマルチモード表示方法に関する。装置は、１以上の光源（ＬＳ）と、光学系（Ｌ）と、ホログラムコンテンツを含む空間光変調器ＳＬＭ（Ｓ）とを少なくとも具備する。装置は、観察者がシーンの再構成を観察するように、オブジェクトにより放射される波面を各目の位置（ＥＰ）に向けて投影し、ステレオ効果を発生させるために、時間多重化方法又は空間多重化方法を使用して異なる透視図が目に提供される。方法は、ホログラフィック表示（Ｈｏｌｏ）に対する第１のモードにおいて、１次回折の光が目の位置（ＥＰ）に向けられ、それによって観察者が再構成シーン（３Ｄ−Ｓ）を観察し、直接表示に対する第２のモードにおいて、非回折光が目の位置に向けられ、それによって観察者がＳＬＭ上の裸眼立体表示と２次元表示（３Ｄ−２Ｄ）との少なくともいずれかを観察することを特徴とする。更に本発明は、この方法を実現するために使用される表示装置に関する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の光源（ＬＳ）と、光学系（Ｌ）と、ホログラムコンテンツを含む空間光変調器ＳＬＭ（Ｓ）とを少なくとも具備するビデオホログラム用表示装置における画像コンテンツのマルチモード表示方法であって、
前記装置は、観察者がシーンの再構成を観察するように、オブジェクトにより放射される波面を各目の位置（ＥＰ）に向けて投影し、
ステレオ効果を発生させるために、時間多重化方法又は空間多重化方法を使用して異なる透視図が前記目に提供され、
ホログラフィック表示（Ｈｏｌｏ）に対する第１のモードにおいて、１次回折の光は前記目の位置（ＥＰ）に向けられ、それによって前記観察者は再構成シーン（３Ｄ−Ｓ）を観察し、
前記ＳＬＭの部分領域において又は排他的に、
直接表示に対する第２のモードにおいて、非回折光は前記目の位置に向けられ、それによって前記観察者は前記ＳＬＭ上の裸眼立体表示と２次元表示（３Ｄ−２Ｄ）との少なくともいずれかを観察することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の直接モードにおいて、前記観察者に対して、多重化がアクティブである場合は裸眼立体表示が提供され、多重化が停止又は補償される場合は２次元表示が提供される請求項１記載の方法。
【請求項３】
ホログラフィック表示と直接表示との間の切替えは、前記１以上の光源（ＬＳ）の有効方向を前記有向１次回折に対する位置から直接非回折光に対する位置に移動することと変更することとの少なくともいずれかを行うことにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項４】
ホログラフィック表示と直接表示との間の切替えは、前記有向１次回折に対する前記光源から直接光に対する光源に切替えることにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項５】
ホログラフィック表示と直接表示との間の切替えは、前記有向１次回折に対する十分な空間的コヒーレンスを有する光を照射する前記光源を直接表示に対するインコヒーレント光に切替えることにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記直接モードにおいて空間多重化が採用される場合、裸眼立体表示から２次元表示への切替えは、切替え可能な画像分離手段（ＢＴ）を使用して実現される請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記画像分離手段（ＢＴ）は切替え可能なレンチキュラである請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記直接モードにおいて空間多重化が使用される場合、裸眼立体表示から２次元表示への切替えは、前記画像コンテンツが列に交互配置されるように前記ＳＬＭを符号化することで前記多重化を補償することにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記直接モードにおいて時間多重化が使用される場合、裸眼立体表示から２次元表示への切替えは、前記目の位置に向かう同一画像コンテンツの有向表示による前記多重化を補償することにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記装置は、光伝播方向に見て前記ＳＬＭ（Ｓ）の前方に配置されるバックライトの形態である少なくとも１つの光源（ＬＳ）と、制御可能な開口部を含むシャッターパネル（ＳＰ）とを直接表示用に具備し、
多重化がアクティブである場合は異なる透視図が前記目の位置（ＥＰ）に向けて投影されるか、または、多重化が停止又は補償される場合は同一の透視図が前記目の位置（ＥＰ）に向けて投影されるか、あるいは、その両方である、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
要望に応じて、複数の観察者に対して、前記ホログラフィック表示の同一又は異なる画像コンテンツを示す個別の再構成シーンが提供される請求項１記載の方法。
【請求項１２】
要望に応じて、前記各目の位置に向かう割り当てられた有向照明により、複数の観察者に対して、前記直接表示の同一又は異なる画像コンテンツが提供される請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
画像コンテンツのマルチモード表示方法を実現するビデオホログラム用表示装置であり、少なくとも１以上の光源（ＬＳ）、光学系（Ｌ）及び空間光変調器ＳＬＭ（Ｓ）を具備し、前記装置は、観察者がシーンの再構成を観察するように、オブジェクトにより放射される波面を各目の位置（ＥＰ）に向けて投影し、ステレオ効果を発生させるために、時間多重化方法又は空間多重化方法を使用して異なる透視図が前記目に提供される装置であって、
ホログラフィック表示（Ｈｏｌｏ）に対する第１のモードにおいて、１次回折の光は前記目の位置（ＥＰ）に向けられ、それによって前記観察者は再構成シーン（３Ｄ−Ｓ）を観察し、
前記ＳＬＭの部分領域において又は排他的に、
直接表示に対する第２のモードにおいて、非回折光は前記目の位置に向けられ、それによって前記観察者は、前記ＳＬＭ上の裸眼立体表示と２次元表示（３Ｄ−２Ｄ）との少なくともいずれかを観察することを特徴とする装置。
【請求項１４】
ホログラフィック表示に対する有向１次回折の位置から直接表示に対する直接非回折光の位置に向けられるように、移動可能であるか、または、有効方向を変更可能であるか、あるいはその両方である、光源を有する請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
ホログラフィック表示及び直接表示に対する切替え可能な光源を有する請求項１３記載の装置。
【請求項１６】
ホログラフィック表示の前記有向１次回折に対する十分な空間的コヒーレンスを示す光から直接表示に対するインコヒーレント光に切替え可能な光源を有する請求項１３記載の装置。
【請求項１７】
切替え可能な画像分離手段（ＢＴ）を有し、直接モードにおける空間多重化中、裸眼立体表示から２次元表示への切り替えが実現される請求項１３記載の装置。
【請求項１８】
前記画像分離手段（ＢＴ）は切替え可能なレンチキュラである請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
光伝播方向に見て前記ＳＬＭ（Ｓ）の前方に配置されるバックライトの形態である少なくとも１つの光源（ＬＳ）と、制御可能な開口部を含むシャッターパネル（ＳＰ）とを直接表示用に更に具備し、
多重化がアクティブである場合は異なる透視図が前記目の位置に向けて投影されるか、または、多重化が停止又は補償される場合は同一の透視図が前記目の位置に向けて投影されるか、あるいは、その両方であるように、前記開口部及び前記ＳＬＭ（Ｓ）の前記画像コンテンツが制御される請求項１３記載の装置。
【請求項２０】
前記ＳＬＭの対応する部分領域がホログラフィック表示又は直接表示を要望に応じて提供できるように、複数の制御可能な光源（ＬＳ）を有する請求項１３又は１９記載の装置。
【請求項２１】
光伝播方向に見て前記光源（ＬＳ）の後方に配置され、空間的コヒーレンスを示す点光源又は線光源をインコヒーレントな面光源に変えることを目的とするシャッターパネル（ＳＰ）を有する請求項１３又は１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオホログラム用表示装置における画像コンテンツのマルチモード表示方法に関する。装置は、１以上の光源と、光学系と、ホログラムコンテンツを含む振幅変調空間光変調器ＳＬＭとを具備するホログラフィック表示装置である。第１のモードにおいて、方法は３次元シーンの形態のホログラフィック表示を提供し、別のモードにおいて３次元コンテンツの裸眼立体表示を提供し、更に別のモードにおいて従来の２次元表示を提供する。更に本発明は、この方法を実現するために使用されるホログラフィック表示装置に関する。
【０００２】
周知の裸眼立体表示装置と同様に、ホログラフィック表示装置においても、テキスト、文字又は表の裸眼立体表示又は２次元表示を提供する表示領域がある一方で、グラフィック要素がホログラフィック表示又は裸眼立体表示で提供されることが望まれる。従って、本発明は、マルチモードホログラフィック表示装置において上記表示モードを実現する方法に関し、更に複数の観察者が各表示モードで表示装置上の個々の領域を観察することができることを保証することを目的とする。
【背景技術】
【０００３】
裸眼立体表示装置に関する限り、裸眼立体表示と２次元表示との間の切替えは、例えば、本出願人により出願された特許文献１「自動立体マルチユーザディスプレイ（Autostereoscopic multi-user display）」により周知である。これは、好ましくは白色である均一な光分布を観察者の目に集束する集束素子と透過型画像マトリクスとを含む。透過型画像マトリクスは色及び強度に関して自由に制御され、モノスコピック又は立体画像コンテンツを含む画像又は画像シーケンスの連続表示に対する集束素子の光が透過型画像マトリクスを透過する。集束素子は、光伝播方向に見て画像マトリクスの前方に配置されるスイートスポット装置である。この場合、この集束素子により放射された光は画像マトリクスの好ましくは大きな領域を透過し、個別に規定された範囲を有するスイートスポットを観察者の目に対応する位置に形成するように集束される。時間多重化により、表示装置の全体又は選択された領域のみを裸眼立体表示から２次元表示に切替えることが可能になる。更に、複数の観察者に異なる画像コンテンツを提供できる。
【０００４】
本出願人により出願された特許文献２「自動立体マルチユーザディスプレイ（Autostereoscopic multi-user display）」は、空間多重化を特徴とする表示装置を説明する。表示装置は、追跡及び画像制御器により方向を制御されるスイートスポット装置を含む。このスイートスポット装置は、個別に動作可能な複数の照明素子を含む照明マトリクスと、アクティブ照明素子を有向光束の形態で交互に投影する投影装置とから構成され、透過型画像マトリクス上に提供された立体画像シーケンスの右画像及び左画像が観察者の右目／左目の位置において可視になるようにレンダリングされる。裸眼立体表示から２次元表示への切替えを可能にするために、空間多重化は、各画像コンテンツを画像マトリクス上に交互配置することにより補償される。この場合も、複数の観察者に異なる画像コンテンツを提供できる。
【０００５】
Philipsにより出願された特許文献３において、切替え可能な裸眼立体表示装置が説明される。これは、ＬＣ液により充填され且つ１より大きい屈折率を有する異なる材料により包囲される切替え可能なレンチキュラを含む。ＬＣ液の屈折率は電界を使用して制御され、包囲材料の屈折率と同一であってもよく又は異なってもよい。屈折率が異なる場合、光は界面において回折される。屈折率が同一である場合、光は回折することなく界面を通過する。このようにして、レンチキュラはオン及びオフされる。オン状態においては、アクティブである画像分離手段により裸眼立体表示が提供され、オフ状態においては、２次元表示が提供される。
【０００６】
Ocuityにより出願された特許文献４において、切替え可能なレンチキュラを有する切替え可能な裸眼立体表示装置が説明される。レンチキュラは複屈折材料から成り、レンチキュラの偏光方向の屈折率と同一の屈折率を有する等方向性材料により包囲される。従って、一方の偏光方向の光は回折されることなくレンチキュラを通過し、それに垂直な偏光方向の光はレンズの影響を受ける。レンチキュラの後方には、一方又は他方の偏光方向の光のみを透過させる光学素子が配置される。このように、観察者がレンズの影響を受けた光を観察するか又はレンズの影響を受けない光を観察するかが選択され、従って、観察者が２次元表示を観察するか又は裸眼立体表示を観察するかが選択される。
【０００７】
ビデオホログラムを再構成する装置、すなわちホログラフィック表示装置は、通常、照明光の振幅及び位相の少なくともいずれかに電子的影響を与えることによりオブジェクトポイントを再構成する制御可能な画素の構成を有するＳＬＭを含む。そのような構成は、空間光変調器ＳＬＭの形態である。ＳＬＭは、例えば、マトリクスＳＬＭの代わりに、マトリクス制御を有する連続したＳＬＭ又は音響光学変調器ＡＯＭ等の連続したＳＬＭであってもよい。液晶表示装置ＬＣＤは、光パターンの空間振幅変調によりビデオホログラムを再構成するそのような適切な表示装置の一例である。しかしながら、本原理は、光波面を変調するためにコヒーレント光を利用する他の制御可能な装置にも同様に適用可能である。画素は個別に処理され且つホログラムポイントの離散的な値により制御される。各画素は、ビデオホログラムのホログラムポイントを表す。従って、ＬＣＤにおいて、用語「画素」は、表示画面の個別に処理可能な画像ポイントに対して使用される。ＤＬＰにおいて、用語「画素」は、個々のマイクロミラー又はマイクロミラーの小さなグループ対して使用される。連続したＳＬＭにおいて、「画素」は、複素ホログラムポイントを表すＳＬＭ上の遷移領域である。従って、用語「画素」は、一般に、複素ホログラムポイントを表示又は表示できる最小単位を示す。
【０００８】
ホログラフィック表示装置に関する限り、特許文献５において、出願人は、ビデオホログラム再構成装置を説明する。この装置は、十分にコヒーレント光を放射する少なくとも１つの実点光源、仮想点光源、実線光源又は仮想線光源とレンズとから成る光学系及びビデオホログラムを具備する。これは、マトリクスに構成されるか、あるいは位相及び振幅の少なくともいずれかが制御可能な少なくとも１つの開口部をセル毎に有する他の規則的なパターンに構成されるセルと、光源の像面と一致する観察者平面とから構成される。この場合、観察者ウィンドウは、再構成の周期間隔においてビデオホログラムのフーリエ変換の形態で観察者平面に配置され、３次元シーンの再構成は、範囲が周期間隔より大きくない観察者ウィンドウを介して見られる。
【０００９】
本出願人により出願された特許文献６「コンピュータ生成ビデオホログラムを符号化および再構成する方法および装置（Method and device for encoding and reconstructing computer-generated video holograms）」によると、光源により放射された光をマトリクスに構成された制御可能な画素により変調した後、観察者ウィンドウを含む錐台形状の再構成空間内にシーンをホログラフィックに再構成するために、表示装置は、１つの方向において十分にコヒーレント光を放射する線光源と集束光学手段とを含む。この表示装置は、線光源が水平に配置されることによりその光が垂直方向において十分なコヒーレンスを示すことと、観察者の各目に対して１つの列グループが同一シーンの垂直符号化１次元ホログラムとして存在するように、制御可能な画素が画素列に符号化されることとを特徴とする。この場合、２つの列グループは水平に交互配置される。また、画素列に平行に配置される分離素子を有する画像分離手段が存在し、この分離手段は観察者の各目に対して１つの列グループを解放し、観察者の他方の目に対してそれを遮断する。
【００１０】
双方のホログラフィック表示装置は、観察者により見られるシーンのオブジェクトを再構成するのではなく、オブジェクトが所定の位置に実際に存在した場合にシーンのオブジェクトにより放射される波面を観察者の目の瞳孔を範囲に含む２つの小さい観察者ウィンドウの中に投影するという考えに基づく。前者のホログラフィック表示装置は時間多重化を特徴とし、後者は空間多重化を特徴とする。
【００１１】
「観察者ウィンドウ」は制限された仮想領域であり、観察者は、この仮想領域を介して十分な視認性で３次元シーンの再構成全体を観察することができる。観察者ウィンドウは、観察者の目の上又は目の近くに置かれる。観察者ウィンドウは、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に移動可能である。観察者ウィンドウ内において、波動場は、再構成オブジェクトが観察者に対して可視になるようにオーバーラップする。本原理の実施形態によると、シーンは、観察者ウィンドウを介して観察され、観察者ウィンドウのエッジとＳＬＭとの間にわたる錐台内に再構成される。各目に対して１つの観察者ウィンドウ、すなわち２つの観察者ウィンドウを使用することができる。一般に、観察者ウィンドウの更に複雑な構成も可能である。観察者に対してＳＬＭの後方に現れるオブジェクト又はシーン全体を含むビデオホログラムの符号化が更に可能である。仮想観察者ウィンドウは、周知の位置検出及び追跡システムを使用して、実際の観察者の位置に追跡される。
【００１２】
本明細書において、干渉を可能にする程度まで光が空間的にコヒーレントである場合、光源は十分にコヒーレントであると考えられるため、これは十分な解像度を有する１次元ホログラフィック再構成に少なくとも適している。空間的コヒーレンスは、光源の横方向の範囲に関係する。ＬＥＤ又は蛍光灯等の光源の光が十分に狭い開口部を介して射出する場合、そのような光源はこの要件を満足できる。レーザ光源の光は、回折限界内で点光源により放射されると考えられる。その結果、オブジェクトの鮮明な再構成が得られる。すなわち、各オブジェクトポイントは、回折限界内のポイントとして再構成される。空間的にインコヒーレント光源の光は横方向の範囲を有し、そのため、オブジェクトの再構成の拡散及びぼけの原因となる。拡散又はぼけの度合いは、所定の位置で再構成されるオブジェクトポイントの横方向の範囲により規定される。ホログラムの再構成に対して空間的にインコヒーレント光源を使用可能にするために、開口部の幅を調整することにより、再構成品質と輝度との間の妥協点を見つける必要がある。狭い開口部は空間的コヒーレンスを向上し、それによって拡散及びぼけの度合いを低減する。しかしながら、狭い開口部は輝度も低下する。用語「部分的な空間的コヒーレンス」は、そのような光源を表すために使用される。時間的コヒーレンスは、光源のスペクトル帯域幅に関係する。時間的コヒーレンスを保証するために、光は十分に狭い波長範囲を有する必要がある。高輝度ＬＥＤのスペクトル帯域幅は十分に小さく、ホログラフィック再構成に対する時間的コヒーレンスを保証する。ＳＬＭにおける回折角は波長に比例し、そのため、単色光源のみがオブジェクトポイントの鮮明な再構成を可能にする。広いスペクトルにより、オブジェクトポイントは広くなり且つオブジェクト再構成は拡散されてぼける。レーザ光源のスペクトルは、単色であると考えられる。ＬＥＤのスペクトル帯域幅は十分に小さく、適切な再構成を生成する。
【００１３】
上述のホログラフィック表示装置において、符号化ホログラムは、再構成される３次元シーンの変換を形成する。用語「変換」は、変換と同一である任意の数学的技術又は計算技術及び任意の近似法を含むように解釈されるべきである。数学的な意味における変換は、マクスウェル波動方程式でより正確に記述される物理処理に対する近似値にすぎない。フレネル変換、又はフーリエ変換として周知の特別なグループの変換等の変換は２次変換である。それら変換は、実質的に代数的であって微分ではないため、一般的な計算手段を使用して効率的に処理される。更に、それらは光学系により正確に実現可能である。
【００１４】
ホログラフィック表示装置は開発及び試作の初期段階にあるため、裸眼立体表示モード又は２次元表示モードに切替え可能なホログラフィック表示装置はこれまで知られていない。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０２７５３４号パンフレット
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００５／０６０２７０号パンフレット
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００５／０１１２９１号パンフレット
【特許文献４】国際公開第ＷＯ２００４／０７０４５１号パンフレット
【特許文献５】国際公開第ＷＯ２００４／０４４６５９号パンフレット
【特許文献６】国際公開第ＷＯ２００６／０２７２２８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、ホログラフィック表示装置がマルチモード表示を保証し且つホログラフィック表示モード、裸眼立体表示モード及び２次元表示モードを提供する方法を提供することである。個々の表示モードは選択的に又は任意の交互配置パターンで利用可能であってもよく、また複数の観察者に対して利用可能であってもよい。更に、新しい方法を実現するために使用されるホログラフィック表示装置が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
新しい方法は、ビデオホログラム用表示装置、すなわちホログラフィック表示装置において画像コンテンツのマルチモード表示を達成することを目的とする。表示装置は、少なくとも１以上の光源と、光学系と、ホログラムコンテンツを含む空間光変調器ＳＬＭとを具備する。
【００１７】
表示装置は、オブジェクトにより放射される波面を対応する目の位置に投影し、それによって観察者がシーンの再構成を観察することができるという考えに基づく。更に、ステレオ（立体）効果を発生させるために、時間多重化又は空間多重化によって異なる透視図が目に提供される。
【００１８】
新しい方法は、ホログラフィック表示に対する第１のモードにおいて、１次回折の光が目の位置に向けられ、それによって観察者は再構成シーンを観察するという考えに基づく。
【００１９】
本発明によると、選択されるか又は切替えられる直接表示に対する第２のモードにおいて、非回折光は目の位置に向けられ、それによって観察者はＳＬＭ上の裸眼立体表示と２次元表示との少なくともいずれかを観察する。振幅変調ＳＬＭが使用される場合、このモードは、そのようなＳＬＭ上に強度変調画像が表示されるという考えに基づく。観察者は、そのＳＬＭ上の直接表示、すなわち裸眼立体表示又は２次元表示を観察することができる。特定の実施形態において、観察者はＳＬＭを直接観察するか、又はそのＳＬＭの画像を観察することができる。
【００２０】
本発明によると、ホログラフィック表示と直接表示とを切替えるために、直接モードにおいては、ＳＬＭにより回折される光の代わりに、非回折光が目の位置に向けられるように、ＳＬＭの照明は変調される。０次の非回折光と１次の光との間の切替えは、光源を移動するか又は空間的にインコヒーレントな照明に切替えることにより、本発明に従って達成される。
【００２１】
ホログラフィック表示と直接表示との間の切替えは、有向１次回折の位置から直接非回折光に対する位置に光源を移動することにより実現されるのが好ましい。用語「移動」は、例えば、アクチュエータを使用した移動による構成位置の変更に限定されるものではなく、光源の有効方向の任意の一般的な変更も含む。例えば、有効方向は、制御可能な投影手段、ミラー系等を使用して制御可能に影響を受けてもよい。別の解決策によると、光の方向を個別に制御するために、個別に制御可能な複数の開口部を有するシャッターパネルが表示装置に配置される。レーザ光源の有効方向は、投影手段を使用して更に制御可能である。あるいは、切替えは、有向１次回折に対する第１の光源と直接光に対する第２の光源との間の切替えにより実現されてもよい。
【００２２】
別の好適な実施形態において、切替えは、有向１次回折に対する十分な空間的コヒーレンスを示す光を含む光源を直接表示に対するインコヒーレント光に変更することにより実現される。例えば、点光源及び線光源の少なくともいずれかの空間的コヒーレンスは、インコヒーレントな面照明に変更される。点光源又は線光源から面光源への変更は、例えば、追加の領域をオンにすることにより実現される。この場合も、面光源とそれに続くシャッターパネルとの組み合わせが特に好ましい。この場合、パネルの制御可能な開口部により、コヒーレントな点光源又は線光源からインコヒーレントな面光源への制御される切替えが可能になる。同様に、コヒーレンスを十分に補償するために、切替え可能な投影手段、ディフューザフォイル、ミラー系などが使用されてもよい。
【００２３】
これらの実施形態、すなわち、コヒーレンスの移動、切替え及び変更を組み合わせることが可能であることは当業者には明らかだろう。
【００２４】
本発明によると、非回折光を用いる直接表示モードは、裸眼立体表示及び２次元表示に更に細分化される。
【００２５】
裸眼立体表示は、時間多重化又は空間多重化がアクティブな場合に提供され、２次元表示は、多重化が停止又は補償される場合に提供される。空間多重化方法が使用される場合、例えば、多重化は切替え可能なレンチキュラを使用して停止される。多重化の補償は、例えば、ステレオ効果が相殺されるように画像コンテンツをＳＬＭ上に交互配置することによって実現され、それによって、観察者に対して、左目及び右目に対して同一の透視図が提供される。
【００２６】
例えば、切替え可能なレンチキュラは複屈折材料から成り、レンチキュラの偏光方向の屈折率と同一の屈折率を有する等方向性材料により包囲される。従って、一方の偏光方向の光は、回折されることなくレンチキュラを通過し、それに垂直な偏光方向の光はレンズの影響を受ける。レンチキュラの後方には、一方又は他方の偏光方向の光のみを透過させる光学素子が配置される。そのようにして、観察者がレンズの影響を受けた光を観察するか又は影響を受けない光を観察するかが選択され、従って、観察者が２次元表示を観察するか又は裸眼立体表示を観察するかが選択される。モード間で切替えられる場合、ＳＬＭの画像コンテンツは選択されたモードに従って符号化される。
【００２７】
更に、本発明の概念は、ＳＬＭ上の個々の領域を異なる方法で照明することにより、ホログラフィックコンテンツと、裸眼立体コンテンツと、２次元コンテンツとの少なくともいずれかが同時に混在した表示を可能にする。各光源がＳＬＭ上の正確に規定された領域を照明するように複数の光源がＳＬＭを照明し、全光源の光が観察者の目に到達する場合、ＳＬＭ上のこれらの領域の各々は、対応する光源を移動するか又は空間的にインコヒーレンスに切替えることにより、ホログラフィック表示から裸眼立体表示又は２次元表示に個別に切替えられる。
【００２８】
従って、本発明の装置は、上述の方法及びその個別の処理ステップの実現を可能にする光源を特徴とする。更なる詳細は、以下の個々の実施形態の説明において与えられる。
【００２９】
新しい方法及びそれを実現する装置は、本発明の目的として規定されるように、任意の数の観察者に対して、ホログラフィック表示、裸眼立体表示及び２次元表示を同時に提供する。適用分野の例は、コンピュータモニタ、電気通信機器、デジタルカメラ、デスクトップコンピュータ、ゲームコンソール及びその他の移動の応用例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１及び図２を使用して、光の回折次数を説明する。概略図は、特許文献６に記載の装置及び方法に基づく。装置は、光伝播方向に見て、光源（ＬＳ）、投影手段（Ｌ）である光学系及びＳＬＭ（Ｓ）を順番に含む。仮想観察者ウィンドウ（ＶＷ）は、観察者平面（ＶＰ）に位置付けられる。観察者平面（ＶＰ）は、回折次数を含むビデオホログラムの逆変換のフーリエ平面と同一である。光源（ＬＳ）は、本実施形態においてはレンズ（Ｌ）である光学系を介して観察者平面（ＶＰ）内に投影される。周期的な画素を含むＳＬＭ（Ｓ）は、例えばいわゆる迂回位相効果により高次回折へのホログラフィック符号化が行われる観察者平面（ＶＰ）において等距離で離間して交互に配置される回折次数を作成する。光の強度が高次回折に向けて減少するため、通常は、１次回折又は−１次回折が観察者ウィンドウ（ＶＷ）として使用される。ここでは、再構成の寸法は、観察者平面（ＶＰ）における１次回折の周期間隔の寸法と一致するように選択された。その結果、高次回折は、ギャップを形成せずに、またオーバラップせずに隣接する。フーリエ変換の場合、選択された１次回折はＳＬＭ（Ｓ）の再構成を形成する。しかしながら、それは実際の３次元シーン（３Ｄ−Ｓ）を表さない。それは、仮想観察者ウィンドウ（ＶＷ）として使用されるだけであり、３次元シーン（３Ｄ−Ｓ）はその観察者ウィンドウ（ＶＷ）を介して観察される。これを図２に示す。実際の３次元シーン（３Ｄ−Ｓ）を１次回折の光束の内部の円で示す。このように、シーン（３Ｄ−Ｓ）は、ＳＬＭ（Ｓ）と仮想観察者ウィンドウ（ＶＷ）との間にわたる再構成錐台の内部に位置付けられる。シーンはホログラムのフレネル変換として可視であるようにレンダリングされ、観察者ウィンドウはフーリエ変換の一部を形成する。
【００３１】
特許文献５に記載の好適な実施形態において、ホログラムは、迂回位相符号化方法、例えばBurckhardt符号化方法を用いて振幅ＳＬＭ上に符号化される。時間多重化により、すなわち連続して、左目の透視図を含む小さい仮想観察者ウィンドウは左目に投影され、右目の透視図を含む別の小さい仮想観察者ウィンドウは右目に投影される。
【００３２】
ホログラフィック再構成は、１次回折において光軸に対して角度を成して実現される。ホログラフィック表示モードにおいて、光源（ＬＳ）は、観察者の目の位置が１次回折に存在するように配置される。それに対して、３次元シーンを再構成させない非回折光は、０次回折内に光軸に沿って存在する。直接表示、すなわち裸眼立体表示又は２次元表示への切替えは、目の位置が０次回折に存在し且つ２次元コンテンツ又は裸眼立体コンテンツがＳＬＭ上に示されるように光源（ＬＳ）を移動することにより実現される。
【００３３】
光源の移動及び多重化がアクティブな連続表示と多重化が停止又は補償された同時表示との間の変更により、３つの表示モードが可能になる。：
−ホログラフィックモード：１次回折において、多重化がアクティブである連続表示を観察すること。
−裸眼立体モード：０次回折において、多重化がアクティブである連続表示を観察すること。
−２次元モード：０次回折において、多重化が停止又は補償された同時表示を観察すること。
【００３４】
特許文献６において、左目の透視図を含む小さい仮想観察者ウィンドウを左目に投影し且つ右目の透視図を含む別の小さい仮想観察者ウィンドウを右目に投影するために裸眼立体画像分離手段を使用する方法が説明されている。
【００３５】
切替え可能な画像分離手段を使用する場合、３つの表示モードが可能になる。：
−ホログラフィックモード：画像分離手段がアクティブである１次回折、すなわち多重化がアクティブである１次回折において観察すること。
−裸眼立体モード：画像分離手段がアクティブにされた０次回折において観察すること。
−２次元モード：画像分離手段が停止された０次回折、すなわち多重化が停止された０次回折において観察すること。
【００３６】
切替え可能な裸眼立体画像分離手段は、例えば、切替え可能なレンチキュラ又は切替え可能なバリアである。
【００３７】
特許文献６では、光源の空間的コヒーレンスは、大面積のバックライトにより完全に照明されるシャッターパネルにおける十分に狭い開口部を使用して実現される。狭い開口部の代わりに、シャッターパネルが完全に透過であるように切替えられる場合、コヒーレンスはホログラフィック再構成に対して不十分である。その代わり、直接２次元コンテンツ又は裸眼立体コンテンツはＳＬＭ上に示され、これは、観察者によってＳＬＭ平面における２次元表示又は裸眼立体表示として見られる。本実施形態において、切替え可能な画像分離手段を使用して、裸眼立体表示と２次元表示との間で切替えること、すなわち、連続表示又は同時表示、あるいはアクティブ又は非アクティブな多重化の間で切替えることは同様に可能である。
【００３８】
図３は、ホログラフィックコンテンツ、裸眼立体コンテンツ及び２次元コンテンツの混在した表示が照明を変化させることにより実現される方法を概略的に示す。図から明らかなように、ホログラフィック表示（Ｈｏｌｏ）の場合、ＳＬＭの上部は第１の光源（ＬＳ１）により照明される。第１の光源（ＬＳ１）は、１次回折が観察者の目の位置（ＥＰ）に投影されることによって観察者が再構成３次元シーン（３Ｄ−Ｓ）を観察するように配置される。これに対して、ＳＬＭの下部は、レンズ（Ｌ２）を介して第２の光源（ＬＳ２）により照明される。
【００３９】
直接表示の場合、光源（ＬＳ２）は、０次回折の非回折光が目の位置（ＥＰ）に向けて投影されるように配置される。従って、観察者は裸眼立体表示と２次元表示（３Ｄ−２Ｄ）との少なくともいずれかを観察する。複数のレンズ及び複数の光源を利用することにより、ホログラフィック表示を含む領域及び直接表示を含む領域への適切な分割が可能になる。更に、図３において、個々の光源の位置が変更されずにそれらの空間的コヒーレンスの程度が変更される場合、ホログラフィ（Ｈｏｌｏ）から直接表示（３Ｄ−２Ｄ）への変更が可能であることは明らかである。概略図の下方部分に示すように、シャッターパネル（ＳＰ）は、光源（ＬＳ２）とレンズ（Ｌ２）との間に配置される。このパネル（ＳＰ）により、例えば、コヒーレントな点光源又は線光源をインコヒーレントな面光源に変えることが可能である。更に、ステレオ効果を発生させるために使用される空間多重化を示すために、画像分離手段（ＢＴ）を図中に示す。
【００４０】
特許文献２又は特許文献１の原理に従って、制御可能な開口部を含むシャッターパネル（ＳＰ）及びＳＬＭ（Ｓ）の画像コンテンツが制御される時、多重化がアクティブにされる場合は異なる透視図が目の位置（ＥＰ）に向けて投影され且つ／又は多重化が停止又は補償される場合は同一の透視図が目の位置（ＥＰ）に向けて投影されることが図より明らかである。光源のコヒーレンスの制御及び観察者の目に向かうＳＬＭの有向照明の双方を実現するためには、複数のシャッターパネル（ＳＰ）が必要な場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】、
【図２】光の回折次数を説明する概略図である。
【図３】ホログラフィックコンテンツ、裸眼立体コンテンツ及び２次元コンテンツの混在した表示が照明を変化させることにより実現される方法を概略的に示す図である。
【図１】
2009520994.tif 000003
【図２】
2009520994.tif 000004
【図３】
2009520994.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月19日(2007.10.19)
【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】
１以上の光源（ＬＳ）と、光学系（Ｌ）と、ホログラムコンテンツを含む空間光変調器ＳＬＭ（Ｓ）とを少なくとも具備するビデオホログラム用表示装置における画像コンテンツのマルチモード表示方法であって、
前記装置は、観察者がシーンの再構成を観察するように、オブジェクトにより放射される波面を各目の位置（ＥＰ）に向け、
ステレオ効果を発生させるために、時間多重化又は空間多重化を使用して異なる透視図が前記目に提供され、
ホログラフィック表示（Ｈｏｌｏ）に対する第１のモードにおいて、１次回折の光は前記目の位置（ＥＰ）に向けられ、それによって前記観察者は再構成シーン（３Ｄ−Ｓ）を観察し、
前記ＳＬＭの部分領域において又は排他的に、
直接表示に対する第２のモードにおいて、非回折光は前記目の位置に向けられ、それによって前記観察者は、前記多重化がアクティブなときは前記ＳＬＭ上で裸眼立体表示を観察し、前記多重化がアクティブでないか補償されているときは２次元表示（３Ｄ−２Ｄ）を観察することを特徴とする方法。
【請求項２】
ホログラフィック表示と直接表示との間の切替えは、前記１以上の光源（ＬＳ）の有効方向を前記有向１次回折の位置から直接非回折光に対する位置に移動することと変更することとの少なくともいずれかを行うことにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項３】
ホログラフィック表示と直接表示との間の切替えは、前記有向１次回折に対する前記光源から直接光に対する光源に切替えることにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項４】
ホログラフィック表示と直接表示との間の切替えは、前記有向１次回折に対する十分な空間的コヒーレンスを有する光を照射する前記光源を前記直接表示に対するインコヒーレント光に切替えることにより実現される請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記直接モードにおいて空間多重化が使用される場合、裸眼立体表示から２次元表示への切替えは、切替え可能な画像分離装置（ＢＴ）を使用して実現される請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記画像分離装置（ＢＴ）は切替え可能なレンチキュラである請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記直接モードにおいて空間多重化が使用される場合、裸眼立体表示から２次元表示への切替えは、前記ＳＬＭ上で前記画像コンテンツの列を交互配置することで前記多重化を補償する請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記直接モードにおいて時間多重化が使用される場合、裸眼立体表示から２次元表示への切替えは、前記目の位置に向かう同一画像コンテンツの有向表示による前記多重化を補償する請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記装置は、少なくとも光伝播方向に、前記ＳＬＭ（Ｓ）の前方に配置された、光源（ＬＳ）としてのバックライトと、制御可能な開口部を含むシャッターパネル（ＳＰ）とを直接表示用に具備し、
多重化がアクティブである場合は異なる透視図が前記目の位置（ＥＰ）に向けられるか、または、多重化が停止又は補償される場合は同一の透視図が前記目の位置（ＥＰ）に向けられるか、あるいは、その両方である、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
要望に応じて、割り当てられた再構成シーンによって、複数の観察者に対して、前記ホログラフィック表示の同一又は異なる画像コンテンツが提供される請求項１記載の方法。
【請求項１１】
要望に応じて、前記目の位置に向かう割り当てられた有向照明により、複数の観察者に対して、前記直接表示の同一又は異なる画像コンテンツが提供される請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
画像コンテンツのマルチモード表示方法を実現するビデオホログラム用表示装置であり、少なくとも１以上の光源（ＬＳ）、光学系（Ｌ）及び空間光変調器ＳＬＭ（Ｓ）を具備し、前記装置は、観察者がシーンの再構成を観察するように、オブジェクトにより放射される波面を各目の位置（ＥＰ）に向け、ステレオ効果を発生させるために、時間多重化又は空間多重化を使用して異なる透視図が前記目に提供される装置であって、
ホログラフィック表示（Ｈｏｌｏ）に対する第１のモードにおいて、１次回折の光は前記目の位置（ＥＰ）に向けられ、それによって前記観察者は再構成シーン（３Ｄ−Ｓ）を観察し、
前記ＳＬＭの部分領域において又は排他的に、
直接表示に対する第２のモードにおいて、非回折光は前記目の位置に向けられ、それによって前記観察者は、前記多重化がアクティブなときは前記ＳＬＭ上で裸眼立体表示を観察し、前記多重化がアクティブでないか補償されているときは２次元表示（３Ｄ−２Ｄ）を観察することを特徴とする装置。
【請求項１３】
ホログラフィック表示に対する有向１次回折の位置から直接表示に対する直接非回折光の位置へ、移動可能であるか、または、有効方向を変更可能であるか、あるいはその両方である、光源を有する請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記ホログラフィック表示と直接表示との少なくともいずれかに対する切替え可能な光源を有する請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
ホログラフィック表示の前記有向１次回折に対する十分な空間的コヒーレンスを有する光と、前記直接表示に対するインコヒーレント光と、の間で切替え可能な光源を有する請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
切替え可能な画像分離装置（ＢＴ）を有し、これにより直接モードにおける空間多重化中、裸眼立体表示から２次元表示への切り替えが実現される請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
前記画像分離装置（ＢＴ）は切替え可能なレンチキュラである請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
少なくとも光伝播方向に、前記ＳＬＭ（Ｓ）の前方に配置された、光源（ＬＳ）としてのバックライトと、制御可能な開口部を含むシャッターパネル（ＳＰ）とを直接表示用に更に具備し、
多重化がアクティブである場合は異なる透視図が前記目の位置に向けられるか、または、多重化が停止又は補償される場合は同一の透視図が前記目の位置に向けられるか、あるいは、その両方であるように、前記開口部及び前記ＳＬＭ（Ｓ）の前記画像コンテンツが制御される請求項１２記載の装置。
【請求項１９】
前記ＳＬＭの部分領域が、ホログラフィック表示と直接表示との少なくともいずれかにおいて、要望に応じて提供されるように、複数の制御可能な光源（ＬＳ）を有する請求項１２又は１８記載の装置。
【請求項２０】
空間的コヒーレンスを有する点光源又は線光源と、インコヒーレントな面光源との間での切り替えを実現するために、前記光源（ＬＳ）に続いてシャッターパネル（ＳＰ）を有する請求項１２又は１８記載の装置。
【国際調査報告】
2009520994.tif 000006
2009520994.tif 000007
2009520994.tif 000008
2009520994.tif 000009