(57)【要約】  本発明は、２次元及び／又は３次元シーンを表すホログラフィックディスプレイ装置に関する。ホログラフィックディスプレイ装置は、少なくとも１つの空間光変調器装置と光学コンポーネントとを含む。少なくとも１つの空間光変調器装置は、シーンを再構成するため且つ観察者平面において少なくとも１つの仮想視界領域を生成するために提供される。光学コンポーネントは、互いに異なる透明度を有する少なくとも２つの領域により構成され、透明度の値はそれぞれ０と１との間である。更に光学コンポーネントは、仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的に実行されるフィルタリングを提供するようにディスプレイ装置に配置される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元及び／又は３次元シーンを表すホログラフィックディスプレイ装置であって、少なくとも１つの空間光変調器装置と光学コンポーネントとを具備し、
前記少なくとも１つの空間光変調器装置は、前記シーンを再構成し且つ観察者平面において少なくとも１つの仮想視界領域を生成するために提供され、
前記光学コンポーネントは、互いに異なる透明度を有する少なくとも２つの領域により構成され、前記透明度の値はそれぞれ０と１との間であり、
前記光学コンポーネントは、前記仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的に実行されるフィルタリングを提供するように前記ディスプレイ装置に配置されることを特徴とするホログラフィックディスプレイ装置。
【請求項２】
前記光学コンポーネントは、透明な領域と、少なくとも１つの不透明な領域又は透過性が低減された少なくとも１つの領域とを含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光学コンポーネントの前記少なくとも１つの不透明な領域又は前記透過性が低減された少なくとも１つの領域は、前記光学コンポーネントの前記透明な領域より実質的にサイズが小さくなるように構成されることを特徴とする請求項２記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光学コンポーネントの前記少なくとも１つの不透明な領域又は前記透過性が低減された少なくとも１つの領域は、人間の眼の眼瞳孔よりサイズが小さくなるように構成され、好ましくは眼瞳孔のサイズの１０％〜４０％に対応することを特徴とする請求項２又は３記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光学コンポーネントは、移動可能に制御可能となるように構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記光学コンポーネントは、複数の透明な領域と、回折次数スポットが異なる回折次数においてフィルタリングされるように提供される複数の不透明な領域又は透過性が低減された複数の領域とを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記光学コンポーネントは、判定された高回折次数が完全にフィルタリングされるように構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記光学コンポーネントは、前記少なくとも１つの仮想視界領域の生成された中間画像の平面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項に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記光学コンポーネントは、フィルム又は能動的に切り替え可能なコンポーネント、好ましくは液晶層を含むコンポーネントとして構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記光学コンポーネントは、所定のグレースケールプロファイル及び／又は所定の位相プロファイルを有するように構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記グレースケールプロファイルは、回折次数の明るい領域からの光強度が部分的にフィルタリングされるように、前記光学コンポーネントにおいて特定されることを特徴とする請求項１０記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのサブホログラムから成るホログラムは、前記少なくとも１つの空間光変調器装置に符号化されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記ホログラム又は各サブホログラムは、前記観察者平面の前記仮想視界領域を変位するためにプリズム関数を含むことを特徴とする請求項１２記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記プリズム関数により、前記仮想視界領域をａ＊１／２回折次数だけ変位できるａ＊πの位相差が前記空間光変調器装置の隣接ピクセル間に提供され、ａは実数値係数であることを特徴とする請求項１１記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記仮想視界領域は、２つの回折次数の２つの回折次数スポット間の前記プリズム関数により変位可能又は配置可能であることを特徴とする請求項１３又は１４記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
再構成されるカラーシーンが提供される場合、規定されたプリズム関数は使用される波長又は色毎に提供され、異なる波長又は色の前記プリズム関数は異なることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記シーンの観察者の眼の新しい位置に従う前記少なくとも１つの仮想視界領域の追跡は、前記ホログラム又は前記少なくとも１つのサブホログラムに書き込まれた規定されたプリズム関数により提供されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの仮想視界領域の前記追跡は、２〜３つの回折次数の範囲にわたる微追跡として提供されることを特徴とする請求項１７記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの仮想視界領域の前記微追跡は、前記観察者平面における観察者の位置に従って前記少なくとも１つの仮想視界領域の粗追跡と組み合わせ可能であることを特徴とする請求項１８記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記プリズム関数は、１つの波長又は色の全てのサブホログラムに対して同一であることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
少なくとも１つの光源を含む照明装置と、観察者の眼の位置を判定する位置検出システムとが提供されることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
光源の輝度の修正を実行可能な制御装置が提供されることを特徴とする請求項２１記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの空間光変調器装置は、前記回折次数における前記光強度の制御を提供するアポダイゼーションプロファイルが割り当てられることを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記アポダイゼーションプロファイルは位相アポダイゼーションプロファイルとして構成され、前記少なくとも１つの空間光変調器装置の各ピクセルは位相関数を割り当てられ、前記位相関数は、それぞれがある種のプリズムを形成するように２つに分割され、前記２つのプリズムは鏡面対称であることを特徴とする請求項２３記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記ディスプレイ装置は、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、投影ディスプレイ又は直視型ディスプレイとして設計されることを特徴とする請求項１から２４のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
２次元及び／又は３次元シーンを表す方法であって、
少なくとも１つの空間光変調器装置は、光の変調によりシーンを再構成し且つ前記再構成されたシーンが観察可能な観察者平面において少なくとも１つの仮想視界領域を生成し、
異なる透明度を有する少なくとも２つの領域を有する光学コンポーネントが形成され、前記透明度の値はそれぞれ０と１との間であり、
前記少なくとも１つの仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的なフィルタリングは、前記光学コンポーネントにより実行されることを特徴とする方法。
【請求項２７】
少なくとも１つのサブホログラムから成るホログラムは、前記少なくとも１つの空間光変調器装置に符号化され、前記観察者平面において前記少なくとも１つの仮想視界領域を変位又は追跡するプリズム関数は前記ホログラム又は前記サブホログラムに追加されることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの空間光変調器装置は、前記空間光変調器装置の各ピクセルにアポダイゼーション関数を適用するアポダイゼーションプロファイルを割り当てられることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元及び／又は３次元シーンを表すホログラフィックディスプレイ装置に関する。そのようなホログラフィックディスプレイ装置は、例えば、直視型ディスプレイ、投影ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、またヘッドアップディスプレイとして構成されてもよい。このディプレイ装置は、特にヘッドマウントディスプレイ及びヘッドアップディスプレイに適しているが、本発明は、当然、そのようなディスプレイ装置に限定されることを意図しない。
【背景技術】
【０００２】
このホログラフィックディスプレイ装置は、２次元（２Ｄ）及び／又は３次元（３Ｄ）画像を表示できるように構成される。従って、２次元画像又は３次元画像が２次元又は３次元コンテンツ又はフィルムを含んでもよいことは、本質的に明らかである。
【０００３】
２次元及び／又は３次元画像又はフィルム／ビデオを表す画面の場合、高解像度の画面の領域全体の明るくて均一な照明を生成する必要がある。表される画像情報又はシーン情報は、ディスプレイ装置の空間光変調器装置にホログラムとして書かれる。少なくとも１つの光源を含む照明装置により放射される光は、空間光変調器装置に書かれた情報により変調され、空間光変調器装置は、画面又はディスプレイパネルとして同時に使用されることが多い。従って、空間光変調器装置への光線の平行入射を厳密に保証し、空間光変調器装置の高いフレームレートを達成する必要がある。空間光変調器装置に書かれた情報の３次元表現の高品質を達成するために、空間光変調器装置の領域全体の均一な照明に加えて、照明装置から出力される波面の定義されたコリメーションが必要である。これは、特に生成される再構成の形態のホログラフィック表現にとって重要である。例えば３次元シーンの物点から構成される物体であってもよいホログラフィック情報は、空間光変調器装置のピクセルに振幅及び位相値の形態で符号化される。符号化された物点は、空間光変調器装置により放射される波動場により生成される。
【０００４】
例えば、観察者の眼の近くに配置又は提供されるディスプレイ装置、例えばヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）は、更に、軽量でコンパクトな構成を要求するため、ディスプレイ装置に提供される空間光変調器装置（ＳＬＭ）のサイズ及びピクセル数並びに使用される結像光学系は限定される可能性がある。
【０００５】
いくつかの種類の空間光変調器装置は、更に、現実的に使用可能なピクセルサイズに制限がある。液晶に基づく空間光変調器装置は、例えばピクセルピッチが減少する隣接ピクセル間のクロストークがより大きい。従って、ピクセルは所望の程度まで小さくできない。現実的な全体のサイズを有する空間光変調器装置における使用可能なピクセル数は、コンパクトな携帯ディスプレイ装置に制限される。しかし、本発明は、特定の種類の空間光変調器装置に制限されることを意図しない。
【０００６】
ホログラフィックディスプレイ装置、あるいは仮想視界領域又は仮想観察ウィンドウを生成するディスプレイの場合、ホログラム計算における３次元（３Ｄ）シーンの解像度は、原則的には自由に選択可能である。しかし、一方では、この仮想視界領域又は仮想観察ウィンドウのサイズは視野角１度当たりのピクセル数に依存する。
【０００７】
３次元シーンを人間の眼で可能なフル解像度で見れるようにするために、仮想視界領域又は仮想観察ウィンドウは、少なくとも観察者の眼の瞳孔のサイズを有するべきである。観察者の眼の瞳孔よりサイズが小さい仮想視界領域又は仮想観察ウィンドウは、原則的には３次元シーンの再構成に使用されてもよいが、空間光変調器装置に符号化されるホログラムが高解像度の物点で計算されている場合でも、３次元シーンの解像度は自然なバージョンと比較して劣っていると知覚される。
【０００８】
観察者の眼の位置の検出又は認識における許容差を補償するために、仮想視界領域又は観察ウィンドウのサイズ又は範囲は、観察者の眼の瞳孔のサイズより大きくなるように又は僅かに大きくなるように選択される。
【０００９】
ホログラフィによる３次元シーンの生成のために、一般に、空間光変調器装置への複素数値ホログラムの書き込みが要求される。この場合、空間光変調器装置の複数のピクセルは、マクロピクセルを形成するための符号化により合成されてもよく、あるいはマクロピクセルを形成するためのビームコンバイナにより合成されてもよい。この場合、ホログラムは、複数のサブホログラムにより構成される。シーンの個々の物点の符号化のために、複素数値サブホログラムが計算され、空間光変調器装置上の定義された領域に符号化される。すなわち、物点に関連する情報が空間光変調器装置上のこのサブホログラムに符号化される。
【００１０】
ホログラフィックディスプレイ装置、あるいは少なくとも１つの空間光変調器装置（ＳＬＭ）を有し、仮想観察ウィンドウ又は仮想視界領域が観察者平面に提供されるディスプレイ、特に直視型ディスプレイにおいて、視界領域のサイズは、通常、２つの回折次数間の距離以下に対応するように選択される。この回折次数の間隔は、Ｄ＊λ／ｐにより与えられる。ここで、Ｄは仮想視界領域からディスプレイ装置までの距離であり、λは光の波長であり、ｐは空間光変調器装置のピクセルピッチである。異なる波長、例えば赤色光、緑色光及び青色光の波長が使用されるカラーディスプレイの場合、通常、視界領域のサイズは、最短波長、一般に青色光の波長に対する２つの回折次数の間隔以下となるように選択される。
【００１１】
空間光変調器装置の実像又は仮想画像が生成されるホログラフィック投影ディスプレイ又はホログラフィックヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）において、空間光変調器装置から再構成シーンの観察者が位置付けられる観察者平面までの距離は、空間光変調器装置の画像から観察者平面までの距離で置換され、空間光変調器装置のピクセルピッチは、空間光変調器装置の画像のピクセルピッチで置換される。仮想観察ウィンドウと呼ばれることもある仮想視界領域のサイズは、このように上方向に限定される。ホログラム又は全体のホログラムを形成するために重畳され且つ空間光変調器装置に符号化される個々の計算済みサブホログラムは、対称レンズ関数として符号化されてもよい。この場合、観察者平面の仮想視界領域は、ディスプレイ装置に提供される視野レンズの焦点をほぼ中心として位置する。
【００１２】
図１は、空間光変調器装置ＳＬＭと、少なくとも１つの光源３を含む照明装置２と、視野レンズ１とを含むディスプレイ装置を示す。この場合、視野レンズ１の焦点面における空間光変調器装置ＳＬＭのピクセル格子のために形成される回折パターンの０次回折（０次ＢＯ）並びに１次回折及び−１次回折（＋１次ＢＯ及び−１次ＢＯ）を示す。図１のこの表現においては、空間光変調器装置ＳＬＭに符号化されるホログラムもサブホログラムも示されない。
【００１３】
この場合、回折パターンの個々の回折次数における強度は、空間光変調器装置ＳＬＭのフィルファクタ及び他のファクタ、例えば矩形又は円形であるピクセル開口の形状、あるいはピクセルのエッジ領域に向かって急激にゼロまで減少するか又は継続的に暗くなっていくピクセル透過のプロファイルに依存する。
【００１４】
図２は、全ての位相変調ピクセルに対して、光の一定の位相、すなわち等しい位相値を使用する時に空間光変調器装置のピクセルの１次元（例えば、水平方向）においてフィルファクタが８５％の場合、この次元の個々の回折次数の振幅のグラフを例として示す。図示されるように、０次回折の光の強度が最大である。個々の回折次数における光強度は表現される振幅の２乗に比例する。しかし、表現のために、振幅は高回折次数における光学コンポーネントをより良く可視化できるように選択されている。
【００１５】
経験に従って、０次スポットとも呼ばれることが多いいわゆる回折次数スポットは、ホログラムが空間光変調器装置に符号化されない場合に視野レンズ又は光学系の焦点が光源の結像により形成される位置と同一の位置で観察者が再構成シーンを観察できる観察者平面に形成される。この回折次数スポットは、例えば空間光変調器装置の変調における誤差に起因する。この場合、入射光の一部は、不十分なコヒーレンスのために無変調であるか、あるいは空間光変調器装置は、所望の変調からの系統的な偏差、例えば、位相を変調することのみを意図する空間光変調器装置における望ましくない振幅変調、２π未満の位相変調の範囲、あるいは系統的に過度に大きい又は小さい位相値を有する。使用される光学系が図１に示す視野レンズ１等の集光光学素子を含む場合、無変調の光又は系統的に不正確に変調された光は、観察者平面のいわゆる回折次数スポットに集光される。更に、回折次数スポットの高回折次数がそれぞれ形成される。仮想視界領域が空間光変調器装置を中心に生成されるか又は観察者平面に配置される場合、この回折次数スポットは仮想視界領域の中心に位置する。
【００１６】
図３は、観察者平面６に回折次数スポットがない理想的な場合の図１に係るディスプレイ装置を示す。シーンの物点を再構成するサブホログラム４は空間光変調器装置ＳＬＭに符号化される。この場合、仮想視界領域５は０次回折に提供される。
【００１７】
図４は、空間光変調器装置のピクセル開口が矩形の場合の０次回折、＋１次回折及び−１次回折の振幅のグラフを示す。この例において、空間光変調器装置に符号化されるサブホログラムは、空間光変調器装置の前方２５０ｍｍの距離に物点を生成するレンズ関数を含む。仮想視界領域は空間光変調器装置から１ｍ離れた場所に位置付けられる。それら回折次数における振幅の同様のプロファイルは、空間光変調器装置から他の距離における３次元シーンの物点に対して得られる。この場合の０次回折は約１５ｍｍの範囲を有する。表される振幅の振動から分かるように、仮想視界領域が提供される０次回折における光の強度が最大である。＋１次回折及び−１次回折において、強度は低減されるが、十分に高く、これらの回折次数は必要に応じて少なくとも部分的に使用されてもよい。
【００１８】
図５は、図３に係るディスプレイ装置を示し、サブホログラム４は空間光変調器装置ＳＬＭに符号化される。当然、３次元シーンを再構成できるホログラムを共に形成する多数のサブホログラムが空間光変調器装置ＳＬＭに符号化されるが、明確にするために、１つのサブホログラム４のみが示される。観察者平面６において、仮想視界領域５は、例えば０次回折において提供される。しかし、異なる回折次数、例えば＋１次回折又は−１次回折も選択可能である。この場合、再構成又は再構成シーンに負の影響を与える可能性がある回折次数スポットＧＡＳ（０次ＧＡＳ）は、観察者平面６、特に仮想視界領域５に形成される。回折次数スポットの高回折次数、ここでは＋１次回折スポット（＋１次ＧＡＳ）及び−１次回折スポット（−１次ＧＡＳ）は、観察者平面６、すなわち高回折次数、ここでは＋１次回折及び−１次回折において同様に形成される。
【００１９】
仮想視界領域５の中心に眼が位置付けられる再構成シーンの観察者の場合、この回折次数スポット（０次ＧＡＳ）により、摂動背景は、観察者が知覚する再構成３次元（３Ｄ）シーンに重畳される。すなわち、シーンのコントラストが低減される。このように、再構成シーンの品質は低下、すなわち負の影響を受ける。
【発明の概要】
【００２０】
従って、本発明の目的は、再構成シーンの高品質を達成できる２次元及び／又は３次元シーンを表すディスプレイ装置を提供することである。特に、再構成シーンの観察者平面における回折次数スポットの負の影響を除去又は低減させることを意図する。
【００２１】
本発明の目的は、本発明に従って、請求項１の特徴に係るホログラフィックディスプレイ装置により達成される。
【００２２】
本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置は、２次元及び／又は３次元シーンの表現に関する。ホログラフィックディスプレイ装置は、少なくとも１つの空間光変調器装置と光学コンポーネントとを含む。少なくとも１つの空間光変調器装置は、シーンの再構成及び観察者平面の少なくとも１つの仮想視界領域の生成に関する。光学コンポーネントは、互いに異なる透明度を有する少なくとも２つの領域により構成される。透明度の値はそれぞれ０と１との間である。光学コンポーネントは、仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的に実行されるフィルタリングを提供するようにディスプレイ装置に配置される。このように、光の変調の誤差に起因する回折次数スポットは、特に少なくとも１つの仮想視界領域の領域において低減されるか又は完全にフィルタリングされる。仮想視界領域に使用される回折次数における回折次数スポットの強度の低減は、例えば光学コンポーネントにグレースケールプロファイルを提供することにより達成されてもよい。使用される回折次数からの回折次数スポットの完全なフィルタリングは、高い透明度を有する光学コンポーネントの１つの領域により実行されるのが有利である。例えば、この領域は、透明度Ｔ≧０．８、不透明又は非透過を意味する透明度値０（ゼロ）、及び完全な透明又は完全な光透過性を意味する透明度値１を有する。従って、光学コンポーネントの領域の透明度値が大きい程、この領域の光透過性は高くなる。一方、光学コンポーネントの別の領域は透明度値０（ゼロ）を有するため、不透明となるように構成される。この光学コンポーネントの不透明な領域は、フィルタリングされる回折次数スポットに有利に割り当てられてもよいため、不透明な領域のサイズは回折次数スポットを完全に覆い、そのため観察者平面における結果として得られる回折パターンから回折次数スポットを完全にフィルタリングする。
【００２３】
従って、光学コンポーネントが透明な領域及び少なくとも１つの不透明な領域又は透過性が低減された少なくとも１つの領域を含むことが規定されるのが有利だろう。光学コンポーネントの少なくとも１つの不透明な領域又は透過性が低減された少なくとも１つの領域は、光学コンポーネントの透明な領域より実質的にサイズが小さくなるように構成されるのが有利である。この場合、光学コンポーネントの少なくとも１つの不透明な領域は、仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的に実行されるフィルタリングを提供する。
【００２４】
使用される回折次数からの回折次数スポットの部分的なフィルタリングは、例えば、光学コンポーネントの少なくとも１つの不透明な領域により実行されてもよい。これは、この不透明な領域が回折次数スポットに割り当てられるが不透明な領域のサイズが回折次数スポットの一部のみを覆うように光学コンポーネントに構成される。
【００２５】
別の例として、使用される回折次数からの回折次数スポットの部分的なフィルタリングは、例えば、光学コンポーネントの透過性が大きく低減された少なくとも１つの領域により実行されてもよい。これは、この不透明な領域が回折次数スポットに割り当てられ且つこのスポットの領域の少なくとも一部を覆うように光学コンポーネントに構成される。
【００２６】
この場合、透明な領域は、少なくとも１つの不透明な領域が導入される基本領域として理解される。
【００２７】
本発明のいくつかの有利な構成において、少なくとも１つの不透明な領域と関連する透明な領域に対する別の例として、あるいはそれに加えて、光学コンポーネントは透明グラデーション、すなわちグレースケールプロファイルを有する領域を含んでもよい。このグレースケールプロファイルは、例えば仮想視界領域における光強度の分布を修正するために使用されてもよい。例えば、回折次数における光強度の分布により、眼瞳孔が仮想視界領域のエッジ領域に位置付けられる観察者は、好ましくは３次元シーンの再構成を仮想視界領域の中間又は反対側のエッジ領域より暗く知覚する。この場合、光学コンポーネントの透明度のグレースケールプロファイルにより、配光は輝度が増加した仮想視界領域の領域を暗くすることにより更に均一に生成可能である。
【００２８】
特に、投影ディスプレイ装置又はヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）として設計され且つ２段階システムを含む本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置において、空間光変調器装置の中間実像及び仮想視界領域の中間実像が生成されることが規定されてもよい。有利なことに、光学コンポーネントは少なくとも１つの仮想視界領域の生成された中間像の平面に提供されてもよい。
【００２９】
本発明の更なる有利な構成及び改善点は、他の従属請求項において理解されるだろう。
【００３０】
有利なことに、光学コンポーネントの不透明な領域又は透過性が低減された少なくとも１つの領域は、人間の眼の眼瞳孔よりサイズが小さくなるように構成され、好ましくは眼瞳孔のサイズの１０％〜４０％に対応することが規定されてもよい。回折パターンで形成される回折次数スポットが、通常、日照条件下で、再構成された好ましくは３次元シーンの観察者の眼瞳孔の約２ｍｍ〜約５ｍｍの通常のサイズより実質的に範囲が小さくなるように構成され、この回折次数スポットが、光学コンポーネントの不透明な領域又は透過性が低減された少なくとも１つの領域により少なくとも部分的にフィルタリングされるため、回折次数スポットのそのようなフィルタリングは、観察者により知覚される好ましくは３次元シーンの摂動の影響を受けない。従って、十分な光が依然として瞳孔を通って観察者の眼に入るため、観察者は高品質の再構成シーンを観察できる。
【００３１】
本発明の１つの有利な構成において、光学コンポーネントは移動可能に制御可能となるように構成されることが規定されてもよい。
【００３２】
一般的な好適な例において、少なくとも１つの回折次数スポットをフィルタリングする光学コンポーネントは、移動可能に構成されてもよい。例えば仮想視界領域における観察者の眼の位置に依存して、１つの回折次数のみにおける回折次数スポットにより、摂動又は効果、例えば０次回折、＋１次回折又は−１次回折における回折次数スポットのみが発生するため、回折パターンの全ての回折次数スポットが光学コンポーネントにより少なくとも部分的にフィルタリングされる必要はないが、再構成に使用される回折次数における回折次数スポットのみがフィルタリングされる必要がある。
【００３３】
従って、このように、例えば単一の不透明な又は黒くなった領域、あるいは透過性が低減された領域のみが提供されるようにフィルタリングする光学コンポーネントを構成できる。この単一の不透明な又は黒くなった領域、あるいは透過性が低減された領域を有する光学コンポーネントは、不透明な又は黒くなった領域、あるいは透過性が低減された領域が回折次数の回折次数スポットの１つ、例えば０次回折スポットとも呼ばれる０次回折の回折次数スポット又は高回折次数の別の回折次数スポットをフィルタリングするように、観察者の検出された眼の位置に従って変位又は移動されてもよい。
【００３４】
しかし、光学コンポーネントは、複数の透明な領域及び複数の不透明な領域又は回折次数スポットが異なる回折次数においてフィルタリングされるように提供される透過性が低減された複数の領域を含むことが規定されてもよい。
【００３５】
しかし、これは、光学コンポーネントが静止しているように、すなわち移動可能にならないように構成されてもよいことを意味する。このために、０次回折及び±１次回折における回折次数スポットをフィルタリングするために及び±２次回折を超える全ての高回折次数をフィルタリングするために、光学コンポーネントは、本発明の別の有利な構成において、複数の不透明な又は黒くなった領域、すなわち遮光領域、あるいは透過性が低減された複数の領域、並びに透明な領域、すなわち光透過領域を含む。透明な領域は基本領域として使用される。この透明な領域は、複数の不透明な領域又は透過性が低減された複数の領域の提供により複数の透明な領域に細分される。
【００３６】
便宜上、光学コンポーネントは、予め定義される又は判定される高回折次数が完全にフィルタリングされるように構成されることが、本発明に従って規定されてもよい。
【００３７】
本発明の別の有利な構成において、光学コンポーネントは、フィルム又は能動的に切り替え可能なコンポーネント、好ましくは液晶層を含むコンポーネントとして構成されることが規定されてもよい。液晶層は、少なくとも１つの偏光素子と組み合わされてもよい。更に、液晶層は電極構成を提供されてもよく、電極構成は、液晶層を制御し且つそれに対応して液晶を配向するために電圧が印加される。電極構成による液晶層の切り替え状態に依存して、偏光素子は入射光を透過又は遮断する。
【００３８】
別の例として、単純な遮光領域又は不透明な領域、あるいは透過性が低減された領域、並びに完全に透明な領域の代わりに、少なくとも１つの回折次数スポットをフィルタリングする光学コンポーネントは、定義されたグレースケールプロファイル又は所定のグレースケールプロファイルを更に含んでもよいことが規定されるのが有利だろう。
【００３９】
更に、グレースケールプロファイルの代わりに又はそれに加えて、フィルタイリングする光学コンポーネントは、定義された位相プロファイル又は所定の位相プロファイルを更に含んでもよい。これは、定義されたグレースケールプロファイル及び／又は定義された位相プロファイルを含むように構成されてもよいことを意味する。
【００４０】
この場合、グレースケールは、事前定義された光強度が回折次数のより明るい領域から部分的にフィルタリングされるように光学コンポーネントにおいて特定されてもよい。グレースケールプロファイルにより回折次数からフィルタリングされるか又はフィルタリングされることを意図した光の量は、例えば従来のシミュレーションにより判定されてもよいため、光学素子のグレースケールプロファイルは、それに対応して定義され且つ光学コンポーネントはそれに応じて構成される。
【００４１】
好ましくは３次元でシーンを再構成できるように、少なくとも１つのサブホログラムから成るホログラムは、少なくとも１つの空間光変調器装置に符号化されてもよい。シーンの再構成される物点はサブホログラムに符号化されるため、複数のサブホログラムは全体のシーンを再構成するホログラムを形成する。
【００４２】
１つの特定の例において、ホログラフィックディスプレイ装置がＯＮ状態であるが、シーン又は物点を表さない場合がある。これは、サブホログラムもホログラムも空間光変調器装置に符号化されず、その照明が全体的に暗いか又は黒いことを意味する。そのような場合、全体的に黒い表現を与えるために、観察者平面における少なくとも１つの回折次数スポットがフィルタリングされるのが有利だろう。この例は、同様に本発明に含まれることを意図する。
【００４３】
更に、本発明の１つの特に有利な構成において、ホログラム又は各サブホログラムが観察者平面において仮想視界領域を変位させるためにプリズム関数を含むことが規定されてもよい。
【００４４】
例えば位相差πを有するプリズム関数が空間光変調器装置の隣接ピクセル間で使用される場合、観察者平面における仮想視界領域の移動は回折次数の１／２だけ行われる。それに対応して、実数知係数ａを有する隣接ピクセル間の位相差ａ＊πにより、回折次数の１／２のａ倍だけ仮想視界領域の移動が行われる。回折次数のサイズはＤ＊λ／ｐに対応する。ここで、Ｄは仮想視界領域から空間光変調器装置まで又は空間光変調器装置の結像が存在する空間光変調器装置の画像までの距離であり、λは光の波長であり、ｐは空間光変調器装置又は空間光変調器装置の画像のピクセルピッチである。換言すると、空間光変調器装置の隣接ピクセル間の位相差ａ＊πはプリズム関数により提供され、その差により、仮想視界領域はａ＊１／２回折次数だけ移動される。ａは実数値係数である。
【００４５】
線形位相関数と呼ばれてもよいプリズム関数を個々のサブホログラム、あるいは好ましくは全体のホログラム又は全てのサブホログラムを積算した後のホログラムに選択的に追加することにより、観察者平面の少なくとも１つの仮想視界領域の位置は移動又は変位される。しかし、仮想視界領域のそのような変位は、定義された小さい領域においてのみ行われる。便宜上、仮想視界領域は２つの回折次数の２つの回折次数スポット間のプリズム関数により変位且つ配置されてもよい。このように、回折次数スポットは、仮想視界領域のエッジ領域にシフト又は移動されてもよいため、仮想視界領域の観察者の眼瞳孔に対する又は観察者に対する回折次数スポットのために摂動が少ない。
【００４６】
有利なことに、本発明の更なる構成において、再構成されるカラーシーンが提供される場合、定義されたプリズム関数は使用される波長又は色毎に提供され、異なる波長又は色のプリズム関数は異なる。
【００４７】
これは、異なる波長又は色に対して、回折次数が互いに異なる間隔を有することを考慮する必要があるからである。サブホログラム又はホログラムに同一のプリズム関数を積算又は追加することにより、異なる波長又は色に対して、仮想視界領域の異なる変位が起こる。従って、本発明によると、ホログラフィックディスプレイ装置において、色又は波長毎の異なるプリズム関数は、赤、緑及び青（ＲＧＢ）の３つ全ての原色に対する仮想視界領域が観察者平面の同一位置にシフトされ、それにより厳密に重畳されるように、サブホログラム又は（全体の）ホログラムに追加又は挿入される。
【００４８】
例えば、波長λ＝４５０ｎｍの青色光の場合、プリズム関数０π、すなわち空間光変調器装置の隣接ピクセル間の位相差πは、仮想視界領域を回折次数の半分（１／２）だけシフトする。回折次数スポットは、仮想視界領域のエッジ領域に位置するだろう。しかし、波長λ＝５３２ｎｍの緑色光の場合、空間光変調器装置の１つのピクセルから次のピクセルまでの位相ステップは、緑色光に対する仮想視界領域が同一位置にシフトされ且つ青色光に対する仮想視界領域と合同となるか又は重畳されるように、４５０／５３２πである必要があるだろう。波長λ＝６３５ｎｍの赤色光の場合、赤色光に対する仮想視界領域が観察者平面の同一位置にシフトされ且つ青色光及び緑色光に対する仮想視界領域と重畳されるように、４５０／６３５πの位相ステップが使用される必要があるだろう。これに当てはまらない場合、観察者は再構成された好ましくは３次元シーン内の白色点を互いに横方向に僅かにオフセットした赤色、緑色及び青色点として知覚するだろう。
【００４９】
プリズム関数は、ある波長又は色の全てのサブホログラム又はホログラムに対して同一である。
【００５０】
しかし、一般に仮想視界領域の変位により、知覚された好ましくは３次元シーンの輝度は修正される。空間光変調器装置の個々のピクセルのフィルファクタ及び振幅伝送のために、０次回折から高回折次数まで減少する光の強度分布は遠視野で形成される。一般に、空間光変調器装置を中心に配置される仮想視界領域の場合、シーンの再構成が最も明るい。すなわち、光の強度は中央領域において最も高い。仮想視界領域がプリズム関数をサブホログラム又はホログラムに追加又は挿入することによりシフトされる場合、シーンの再構成は暗くなる可能性がある。従って、例えば２〜３つの回折次数であるいくつかの回折次数のみが有利に使用可能である。そのため、仮想視界領域は短いパスの長さ又は距離においてのみ横方向にシフトされてもよい。しかし、本発明は、仮想視界領域がシフトされる特定の数の回折次数に限定されることを意図しない。
【００５１】
このように、空間光変調器装置のホログラム又は少なくとも１つのサブホログラムに書き込まれる定義されたプリズム関数により、シーンの観察者の眼の新しい位置に従う観察者平面の少なくとも１つの仮想視界領域の追跡を提供できる。それに対応して、本発明によると、観察者の追跡のために、小さい領域、例えば２〜３つの回折次数にわたり仮想視界領域の変位を使用することが提案される。
【００５２】
このように、少なくとも１つの仮想視界領域の追跡は、微追跡として使用又は採用されてもよい。
【００５３】
有利なことに、少なくとも１つの仮想視界領域の微追跡は、観察者平面の観察者の位置に従う少なくとも１つの仮想視界領域の粗追跡と組み合わせることができる。従って、プリズム関数をサブホログラム又は（全体の）ホログラムに追加することによる仮想視界領域の変位は、他の既知の観察者追跡方法と組み合わされてもよい。例えば、プリズム関数による空間光変調器装置に対する観察者の新しい位置に従う仮想視界領域の追跡は微追跡に使用されてもよく、例えば切り替え可能な格子である他の光学素子は粗追跡に使用されてもよい。
【００５４】
更に、少なくとも１つの光源を含む照明装置と、観察者の眼の位置を判定する位置検出システムとが提供されてもよい。位置検出システムにより、空間光変調器装置に対する好ましくは３次元シーンの観察者の眼の位置が判定可能である。検出された眼の位置の関数として、サブホログラムは計算され且つ加算され、全体のホログラム又はホログラムを形成する。プリズム関数を全体のホログラム又はホログラム、あるいは個々のサブホログラムに追加又は挿入することにより、観察者平面における仮想視界領域の位置が横方向に変位される。
【００５５】
更に、本発明の別の有利な構成によると、光源の輝度の修正が実行可能な制御装置が提供されることが規定されてもよい。
【００５６】
観察者平面における仮想視界領域の変位が発生した場合の再構成の輝度の修正は、例えば少なくとも１つの光源の輝度を再調整するか又は適応させることにより補償されてもよい。例えば視野レンズである光学系の焦点位置から見て、観察者の眼瞳孔が仮想視界領域の中央領域に対応する領域に位置付けられることが位置検出システムにより判定される場合、少なくとも１つの光源の輝度は制御装置により低減されてもよい。しかし、光学系の焦点位置にから見て、観察者の眼瞳孔が仮想視界領域の中央領域の外側に位置する領域に位置付けられることが位置検出システムにより判定される場合、少なくとも１つの光源の輝度は制御装置により増加されてもよい。
【００５７】
回折次数の光強度を再分布する別の可能性は、例えば空間光変調器装置の各ピクセルの振幅又は位相に対するアポダイゼーション関数により、空間光変調器装置のピクセルのフィルファクタを減少すること又は回折次数のこの配光に影響を与えることにある。換言すると、少なくとも１つの空間光変調器装置、特にピクセルにとって、回折次数の光強度の制御が提供されるアポダイゼーションプロファイルを割り当てられることが有利だろう。アポダイゼーションは、高回折次数を表すエアリーパターンの外側のリングが通常減少又は抑制される光フィルタリングの方法である。しかし、本出願の内容において、一般にアポダイゼーションは、エアリーパターンのリングの光の相対的な強度が修正されることを意味するものとして理解されることを意図する。これは、エアリーパターンの外側のリングの光強度が増加する例を更に含む。従来、アポダイゼーションは主に再構成されるシーンのコントラストを向上させるために使用される。ピクセルのアポダイゼーションは、アポダイゼーション関数ｔＳＬＭ−ｐｉｘｅｌ（ｘ，ｙ）により実行されてもよい。一般にアポダイゼーション関数は、それらの用途に従って計算され、マスク、フィルタ又はプロファイルで生成される。
【００５８】
アポダイゼーションプロファイルは、空間光変調器装置の光変調光学層に可能な限り近接して配置される。アポダイゼーションプロファイルは、空間光変調器装置上の追加の層として直接提供されるか、あるいは空間光変調器装置に直接組み込まれる。
【００５９】
例えば、位相のみを変調する空間光変調器装置は、振幅のみをアポダイズするアポダイゼーションプロファイルと組み合わされてもよく、あるいはその逆も可能である。一般的な例において、空間光変調器装置及びアポダイゼーションプロファイルの双方が複素数値変調に使用されてもよい。
【００６０】
空間光変調器装置のピクセル及びアポダイゼーションプロファイルの組み合わせにより、アポダイゼーションプロファイルの対応する規則により計算されるアポダイゼーション関数は、通常は観察者平面である空間光変調器装置のフーリエ平面の強度値がそこで特定される強度プロファイルに非常に密に近似するか又は対応するような入射光の変調をもたらす。アポダイゼーション関数に対する別のパラメータは、一定の振幅の位相関数であってもよい。光変調と関連する更なるパラメータ（ここでは特に示さない）は、アポダイゼーションプロファイルに対するアポダイゼーション関数を判定する方法により最適化されてもよい。
【００６１】
空間光変調器装置のピクセルの振幅の余弦アポダイゼーションは、例えば回折パターンの高回折次数が減少するが２〜３つの中央の回折次数における配光がより均一になる効果を有する。従って、アポダイゼーションプロファイルとしての振幅プロファイルは、選択された回折次数においてより均一に光又は光強度をレンダリング又は分布するのに非常に適している。
【００６２】
例えば、矩形のピクセル伝送と比較して０次回折及び±１次回折のより均一な強度分布のために、空間光変調器装置のピクセルの振幅の余弦アポダイゼーションが使用される場合、これは、空間光変調器装置のピクセルに書き込まれるプリズム関数により仮想視界領域がそれら３つの回折次数内に移動可能である構成において有利に使用される可能性がある。
【００６３】
多数のレンズを含むマイクロレンズ構成は、複数の回折次数における光の均一な分布を生成する可能性である。この場合、マイクロレンズ構成は、マイクロレンズ構成の１つのレンズが空間光変調器装置の各ピクセルの前に提供されるように空間光変調器装置に割り当てられるため、そのような構成は、位相アポダイゼーションのように作用し、空間光変調器装置のより小さいフィルファクタと同様に、複数の回折次数にわたり光又は光強度のより均一な分布をもたらす。
【００６４】
各マイクロレンズは、ピクセルの開口より小さい焦点を短い距離で生成し、そのため、フィルファクタが低減されたピクセルと同様に作用する。
【００６５】
国際公開第ＷＯ２００９／１５６１９１Ａ１号で説明されるように、同様の方法及び構成は、同様にアポダイゼーションに使用されてもよい。例えば、観察者の左右の眼に対するホログラムの空間分割多重化又は色の空間分割多重化の光変調器装置において、異なるアポダイゼーション関数が左右の眼に割り当てられるピクセル又は異なる色のピクセルに対して使用されてもよい。しかし、国際公開第ＷＯ２００９／１５６１９１Ａ１号から、高回折次数の強度の低減が求められることが異なる。一方で、本発明によると、いくつかの回折次数により観察者平面における仮想視界領域の変位を使用するために、強度はこれらのいくつかの回折次数にわたり可能な限り均一に分布される必要がある。
【００６６】
例えば、構造化されたアポダイゼーションプロファイル層及び／又は遅延素子、好ましくは無彩色又はアポクロマート遅延層は、アポダイゼーションプロファイルとして提供されてもよい。アポダイゼーションプロファイルはピクセル上に適用されるマイクロレンズ状構造であってもよく、あるいはアポダイゼーションフィルタとも呼ばれるアポダイゼーションプロファイルは吸蔵合金構造層であってもよい。例えば、マイクロレンズ状の表面レリーフプロファイルは、上から下向きに、上部に薄層を有するガラス板に適用されてもよい。この薄層は、例えば、ＵＶで硬化される吸収性粘着剤である。
【００６７】
従って、使用されるＳＬＭピクセルの振幅アポダイゼーションプロファイルは、ＳＬＭの０次回折において減少した光強度を提供し、且つ高回折次数において増加した光強度を提供してもよい。これは、ＳＬＭ平面に存在する空間周波数の低減に起因する。生成された形状は、例えばカイザーベッセル窓、ガウス窓又は余弦関数のみの種類であってもよい。
【００６８】
例えばＴＶ応用例に対する約１００μｍの大きいピクセルの場合、連続したプロファイルであり且つ周期的格子を提示しないことを意図する印刷振幅構造を使用できる。ミラー基板上に適用されてもよい規定されたピクセルピッチを有するマイクロレンズ状構造を吸収色素に面を下向きにして浸漬させるのが好ましい。マイクロレンズ状構造における接点は接触しておらず、ほぼ１００％の反射率を有する。この構造のレンズ間の領域は暗い。これは適度に大きいピクセルピッチで非常に良く機能する。
【００６９】
アポダイゼーションプロファイルの別のオプションは、酸化クロム等の合金組成を吸収することを使用することである。吸収は、そのような組成の局所的な厚さにより定義される。例えば約２００ｎｍの適度に厚い層は、グレートーンリソグラフィ方法（グレートーン、グレースケール又はハーフトーンリソグラフィとしても既知である）の使用により局所的に薄くされてもよい。例えば保護材としてフォトレジスト（ＰＲ）に構造化されるリソグラフィグレートーンの負のレンズ構成は、ドライ又はウェットケミストリーによりエッチングされてもよい。また、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）又は従来の成形過程を使用してこの保護構造を生成できる。吸収材の中央部をより透明にするために、保護層の中央部は外側の領域より薄くなければならない。吸収材は、例えば、合金組成又は別の吸収材、例えば白金黒（Ｐｔ）又は適度に堅い吸収材であってもよい。
【００７０】
別のオプションは、ワイヤグリッド状構造（ワイヤグリッド偏光子）の使用であってもよい。別の例として、吸収構造フィルタはピクセルの前に配置されてもよい。機能的に逆の例において、光は定義された偏光状態の分布を有し、これは分析器としての役割を果たす偏光フィルタを使用して強度プロファイルに変換可能である。
【００７１】
要約すると、複数の技術がホログラフィックディスプレイ装置で使用されるアポダイゼーションプロファイルを提供するために使用されてもよいことが提示されてもよい。
【００７２】
本発明の１つの有利な構成において、アポダイゼーションプロファイルは位相アポダイゼーションプロファイルとして構成されてもよい。少なくとも１つの空間光変調器装置の各ピクセルは位相関数を割り当てられ、位相関数はそれぞれがある種のプリズムを形成するように２つに分割され、２つのプリズムは鏡面対称である。そのようなアポダイゼーションプロファイルにより達成可能な効果は、中央の０次回折において光が少ないか又は光強度が低いことである。しかし、隣接する−１次回折及び＋１次回折において、アポダイゼーションプロファイルは、アポダイゼーションプロファイルを使用しない回折パターンと比較して光が多いか又は光強度が高いという効果を達成できる。
【００７３】
回折次数における光強度を適応させる別の可能性は、仮想視界領域の中間像面に又はその近くに配置され且つグレースケールプロファイルを有する開口をフィルタリングのための使用することである。開口のグレースケールプロファイルは、光強度が回折次数のより暗い領域との差分を低減するために回折次数のより明るい領域から部分的にフィルタリングされるように調整されてもよい。これは、複数の回折次数に対して提供されてもよい。特にグレースケールプロファイルは、回折次数における光強度のそのような適応が本発明に必須の回折次数に対して、すなわち０次回折及び±１次回折に対して実行されるように調整されてもよい。
【００７４】
回折次数における光強度の適応に対する種々の可能性は、互いに組み合わされてもよい。
【００７５】
好ましくは、本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置は、ヘッドアップディスプレイ、投影ディスプレイ又は直視型ディスプレイとして設計されてもよい。
【００７６】
特に好ましくは、本発明に係るディスプレイ装置はヘッドマウントディスプレイとして設計されてもよい。
【００７７】
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）において、一般にヘッドマウントディスプレイが観察者の頭部に直接固定されるため、空間光変調器装置及び光学系は、観察者の頭部に対して定義された固定位置に配置される。従って、眼に対する空間光変調器装置の位置は固定され変化しない。しかし、眼の瞳孔の位置は、眼の内部の数ミリの限定された範囲にわたり変化しうる。ヘッドマウントディスプレイから観察者の眼までの距離が比較的短いため、本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置の位置検出システムは高い精度で眼における瞳孔の位置又は配置を検出又は確立できる。
【００７８】
有利なことに、ヘッドマウントディスプレイにおいて、小さい仮想視界領域は、観察者平面において生成可能である。仮想視界領域は、眼瞳孔の範囲よりわずかに大きいだけであり、仮想視界領域は眼瞳孔を追跡可能である。例えば７ｍｍの大きさの仮想視界領域は、光の条件に依存して約２ｍｍ〜５ｍｍの人間の眼の一般的な瞳孔サイズと比較して生成される。眼の動きに対する仮想視界領域の追跡の範囲は、この場合は数ミリ、すなわち観察者の眼の右側のエッジ領域から左側のエッジ領域までの瞳孔の動きの範囲を含めばよい。
【００７９】
従って、観察者平面における仮想視界領域の変位は、サブホログラム又は（全体の）ホログラムにプリズム関数を追加又は挿入することにより有利に実行されてもよい。そのような仮想視界領域の変位は、微追跡と考えられるか又は設定されるだろう。従って、観察者の頭部すなわち観察者自身が仮想視界領域又はディスプレイ装置に関して異なる位置に移動又は変化しないため、仮想視界領域の粗追跡は要求されない。これは、観察者の追跡、特に粗追跡のための他の光学コンポーネント、例えば液晶格子（ＬＣＧ）に基づく回折装置を使用する必要性をなくす。従って、粗追跡に対する光学素子の省略がヘッドマウントディスプレイのサイズ及び重さに実質的に影響を与えるため、ヘッドマウントディスプレイは構造的によりコンパクトに構成されるだろう。更に、ヘッドマウントディスプレイは、ディスプレイ装置又はディスプレイにおいて少ない数の構成部品が存在するため、より経済的に製造可能である。この場合においても、仮想視界領域の変位の発生時の再構成の輝度の修正は、例えばそれに対応して再構成の輝度を適応させることにより制御装置により実行されてもよい。
【００８０】
更に本発明の目的は、請求項２６で請求されるような方法により達成される。
【００８１】
２次元及び／又は３次元シーンを表す本発明に係る方法は、以下のように実行される。
−少なくとも１つの空間光変調器装置が、光の変調によりシーンを再構成し、且つ再構成されたシーンが観察可能な観察者平面において少なくとも１つの仮想視界領域を生成する。
−異なる透明度を有する少なくとも２つの領域を有する光学コンポーネントが形成され、透明度の値はそれぞれ０と１との間にある。
−少なくとも１つの仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的なフィルタリングが光学コンポーネントにより実行される。
【００８２】
有利なことに、少なくとも１つのサブホログラムから成るホログラムが少なくとも１つの空間光変調器装置に符号化されることが規定されてもよく、少なくとも１つの仮想視界領域が観察者平面において変位又は追跡されるプリズム関数はホログラム又はサブホログラムに追加される。
【００８３】
少なくとも１つの空間光変調器装置は、アポダイゼーション関数を空間光変調器装置の各ピクセルに適用するアポダイゼーションプロファイルを適用されてもよい。
【００８４】
プリズム関数による仮想視界領域の変位が回折パターンにおける回折次数スポットの低減又は除去と結び付けられる必要はないが、独立した発明と考えられてもよいことが一般に言及されるべきである。これは、本発明によると、回折次数スポットのみがホログラフィックディスプレイ装置において低減又は除去されることを意味する。あるいは、本発明によると、仮想視界領域のみがホログラフィックディスプレイ装置においてプリズム関数により変位される。あるいは、本発明によると、回折次数スポットは低減又は除去され、更に仮想視界領域はホログラフィックディスプレイ装置においてプリズム関数により変位される。
【００８５】
本発明の教示を有利に構成し且つ／又は上述の例示的な実施形態又は構成を互いに組み合わせる種々の可能性が存在する。このために、一方では独立請求項に従属する請求項を参照し、他方では教示の好適な構成が一般に説明される図面を使用して本発明の好適な例示的な実施形態の以下の説明を参照する。本発明について、基本的には、上述した例示的な実施形態を使用して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、回折パターンの表現と共に従来技術に係るホログラフィックディスプレイ装置を概略的に示す図である。
【図２】図２は、空間光変調器装置における符号化ホログラムを含まない従来技術に係る回折パターンの光強度分布を示すグラフである。
【図３】図３は、ホログラムを含む空間光変調器装置による光の理想的な変調の場合の図１に係るディスプレイ装置を概略的に示す図である。
【図４】図４は、図３に係るディスプレイ装置により生成された回折パターンの光強度分布を示すグラフである。
【図５】図５は、ホログラムを含む空間光変調器装置による光の実際の変調の場合の図１に係るディスプレイ装置を概略的に示す図である。
【図６】図６は、本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置を概略的に示す図である。
【図７】図７は、本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置の別の構成を概略的に示す図である。
【図８】図８は、本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置の第３の構成を概略的に示す図である。
【図９】図９は、空間光変調器装置のピクセル内のアポダイゼーション関数を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明に係る回折パターンおける光強度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００８７】
簡潔に述べると、図中、同一の素子／構成要素／部分は同一の図中符号を有する。
【００８８】
図６は、本発明に係るホログラフィックディスプレイ装置を示し、少なくとも１つの空間光変調器装置ＳＬＭと光学系１０とを含む。光学系１０は当然複数の光学素子を含んでもよいが、明確にするために、この場合の光学系１０は、ここでは視野レンズであるレンズの形態で構成される光学素子を１つのみ含む。２次元及び／又は３次元シーンに関する情報を含むホログラムは、空間光変調器装置ＳＬＭに符号化される。この場合、ホログラムは多数のサブホログラム、少なくとも１つのサブホログラムから構成されてもよく、サブホログラムはそれぞれシーンの物点に関する情報を含む。少なくとも１つの光源３を含む照明装置２により放射された光が以下においてＳＬＭで示される空間光変調器装置に入射する場合、好ましくは３次元シーンが観察者領域において再構成され且つ表されるように、光がホログラムの情報により振幅及び位相に関して変調される。明確にするために、図６において、１つのサブホログラム４のみがＳＬＭ上に示される。光がＳＬＭに入射し且つ変調される場合、このサブホログラム４は物点ＯＰを再構成する。
【００８９】
この場合に観察者平面６も形成するＳＬＭのフーリエ平面において、回折パターン又は干渉光に起因する干渉パターンが形成され、最大の０次回折に加え、サイドローブ、いわゆる高回折次数を示す。光の変調誤差のため、回折次数スポットは、再構成シーンに負の影響を与える０次回折において形成される。回折次数スポットは、高回折次数において繰り返される。観察者平面６において、１つの仮想視界領域又は１つの仮想観察ウィンドウ５は、通常、観察者が観察者領域において再構成シーンを観察できる観察者の眼毎に形成される。仮想視界領域５の範囲は、ほぼ回折次数の範囲に対応する。生成された後、この仮想視界領域５がＳＬＭを中心に配置される場合、すなわち、仮想視界領域５が０次回折の範囲内に位置する場合、回折次数スポットは仮想視界領域５の中央領域に位置する。これを図５に示す。
【００９０】
観察者平面６の回折次数スポットＧＡＳの摂動影響を低減又は除去するために、仮想視界領域５を移動又は変位させるための準備を行う。この変位は、観察者平面６に沿って横方向に行われる。更に、回折次数の１／２から最大で２〜３つの回折次数の範囲で微小変位のみを実行するための準備を行う。仮想視界領域５の変位のサイズは、変位の目的に依存する。例えば仮想視界領域５の回折次数スポットの影響を抑制又は除去するために、回折次数の１／２の範囲分の仮想視界領域５の変位で十分だろう。しかし、仮想視界領域５のそのような変位は観察者追跡、この場合は特に微追跡に使用される場合、１〜３つの回折次数の範囲分の変位は、観察者の眼の新しい位置によって好都合である可能性がある。
【００９１】
ここで、仮想視界領域５の変位は、プリズム関数をサブホログラム４又は（全体の）ホログラムに追加又は挿入することにより実行される。プリズム関数がサブホログラムに追加される場合、ホログラムを形成するＳＬＭ上に提供された全てのサブホログラムはプリズム関数を提供される必要がある。プリズム関数は、空間光変調器装置の隣接ピクセル間の位相差ａ＊πを生成するため、観察者平面における仮想視界領域はａ＊１／２回折次数だけ移動又は変位される。ａは実数係数である。例えば空間光変調器装置の隣接ピクセル間の位相差πを有するプリズム関数が使用される場合、観察者平面における仮想視界領域は回折次数の１／２だけ移動される。従って、それに応じて、実数係数ａを有する隣接ピクセル間の位相差ａ＊πにより、ａ＊１／２回折次数だけ移動仮想視界領域が移動される。回折次数のサイズはＤ＊λ／ｐに対応する。ここで、Ｄは仮想視界領域から空間光変調器装置まで又は空間光変調器装置の結像がある場合は空間光変調器装置の画像までの距離であり、λは光の波長であり、ｐは空間光変調器装置のピクセルピッチ又は空間光変調器装置の画像のピクセルピッチである。プリズム関数は、波長又は色の全てのサブホログラムに対して同一である。しかし、計算量を低減するため、プリズム関数をホログラム又は全体のホログラムに追加するのが好ましい。従って、プリズム関数により、仮想視界領域５は変位される。このように、回折次数スポットＧＡＳに対する仮想視界領域５の相対的な位置は、図６に示されるように変化する。例えば、仮想視界領域５は回折次数スポットＧＡＳが仮想視界領域５のエッジ領域上に完全に位置するように変位される。これは、２つの回折次数スポットの間、図６では＋１次回折の回折次数スポット（＋１次ＧＡＳ）と０次回折の回折次数スポット（０次ＧＡＳ）との間のプリズム関数により仮想視界領域５が変位され且つ配置されるため、それらの回折次数スポットのそれぞれが仮想視界領域５のエッジ領域上に位置し且つ従って仮想視界領域５の中央領域から除去されていることを意味する。そのような手順の結果として、仮想視界領域５における観察者の眼瞳孔に対する回折次数スポットに起因して実質的に摂動又は負の影響が少なくなる。
【００９２】
しかし、プリズム関数がＳＬＭの固定位置に割り当てられるサブホログラム４に追加又は挿入される場合、図６に示すように、仮想視界領域５の位置が観察者平面６における仮想視界領域５'の新しい位置に変位されるだけでなく、サブホログラム４により再構成される物点ＯＰの位置がＯＰ'に変位される。しかし、殆どの場合、このように同一の視点の再構成シーンが常に観察されるため、そのような物点の変位は望ましくない。この物点ＯＰの物点ＯＰ'への変位はＳＬＭ上のサブホログラム４を同様に変位又は移動することにより補正される。サブホログラムの新しい位置は、例えば変位された仮想視界領域が定義された正確な位置に生成される物点を通ってＳＬＭに投影されるように幾何学的に判定されてもよい。これは、変位された仮想視界領域５'のエッジからの線が物点ＯＰの位置を通ってＳＬＭまで描かれ、ＳＬＭとの交点はサブホログラムの新しい位置を特徴付け且つ形成する。これは、図６において点線により表されるように、区別しやすいように４'で示される。サブホログラムの変位位置は、位置が固定された好ましくは３次元シーンに対応する。これは、仮想視界領域の変位により、観察者がわずかに修正された視点から好ましくは３次元シーンを観察することを意味する。換言すると、観察者は、仮想視界領域の変位により好ましくは３次元シーンの周囲を少しだけ又は短い距離だけ移動する。
【００９３】
しかし、ＳＬＭ上のサブホログラムの変位による異なる視点のこの効果は、特定の場合においては望ましくない可能性がある。
【００９４】
例えばテレビの前に同一の番組を観たい複数の観察者がいる場合、好ましくは３次元シーンはテレビの前の観察者のそれぞれの位置に関わらず各観察者に対して同一視点から知覚されるのが好都合だろう。この場合、ＳＬＭ上のサブホログラムの変位が不要になるだろう。サブホログラム又は（全体の）ホログラムに対するプリズム関数の追加又は挿入のみが実行される。この場合、全てのサブホログラムが既に加算されて（全体の）ホログラムを形成した後にプリズム関数が（全体の）ホログラムに追加されるのが好ましい。この手順は、プリズム関数が個々のサブホログラムに追加され且つこれらのサブホログラムが加算されて（全体の）ホログラムを形成する場合と比較して少ない計算量が必要とされるという利点を達成する。図示するために、図６〜図８はそれぞれ単一のサブホログラムのみを示す。しかし、本発明に関するこの考察は、好ましくは３次元シーンの物点の多くのサブホログラムの合計である全体のホログラムに適用されることを意図する。
【００９５】
カラーの再構成された好ましくは３次元シーンに関して、異なるプリズム関数が原色ＲＧＢ（赤、緑、青）毎に又は使用される波長毎にサブホログラム又は（全体の）ホログラムに追加又は挿入されるため、全ての色又は波長に対する個々の仮想視界領域が観察者平面において同一位置に変位又は移動され且つ従って厳密に重畳されることが指摘されるべきである。
【００９６】
０次回折における回折次数スポット及び高回折次数におけるその繰り返しの不利な影響を低減又は除去するために、プリズム関数により仮想視界領域を変位させる別の可能性は、図７によると、適切な手段により回折次数スポットを低減又はフィルタリングすることにある。この場合、ディスプレイ装置は２段階システムとして構成されてもよく、これは特に投影ディスプレイ又はヘッドマウントディスプレイに適する。ディスプレイ装置のそのようなセットアップにより、ＳＬＭ並びに仮想視界領域の中間実像が光学系１０により、この場合は特に光学系１０の光学素子１１により中間像面７に生成される。光学コンポーネント８は、この中間像面７に配置される。光学コンポーネント８は少なくとも２つの領域８１及び８２を含むように構成される。光学コンポーネント８の少なくとも２つの領域８１及び８２は、互いに異なる透明度を有し、透明度の値はそれぞれ０と１との間である。特に図７の光学コンポーネント８は、透明な領域又は光透過領域８１と少なくとも１つの不透明な領域８２を含む。透明な領域８１は、少なくとも１つの不透明な領域８２が導入される光学コンポーネント８の基本領域として使用される。これは、少なくとも１つの不透明な領域８２が透明な領域８１よりも実質的にサイズが小さくなるように構成されることを意味する。光学コンポーネント８の不透明な領域８２の範囲又はサイズは、人間の眼の眼瞳孔より小さくなるように構成される。好ましくは、不透明な領域８２のサイズは眼瞳孔のサイズの１０％〜４０％である。光学コンポーネント８は、透明なフィルムとして形成されてもよく、これは、図７に示すように、回折次数スポット及びその周期的な繰り返しの位置で不透明であるか黒くなっているが、他の位置又は他の領域では光を透過するように構成される。図７によると、０次回折及び±１次回折並びに２次回折を超える高回折次数における回折次数スポットはそれぞれフィルタリングされる。
【００９７】
フィルムに加えて、光学コンポーネント８は、能動的に切り替え可能な素子として構成されてもよい。例えば光学コンポーネント８は、液晶層として構成可能である。この場合、液晶層は少なくとも１つの偏光素子と組み合わされる。電極構成による液晶層の切り替えの状態に依存して、偏光素子は入射光を阻止又は透過する。液晶層を制御する電極構成の電極の形状は、例えば透明と不透明との間で切り替えられることを意図した領域に対応してもよい。
【００９８】
光学コンポーネント８は、複数の回折次数における回折次数スポットの繰り返しを除いてそれらの回折次数の光を透過するように構成されてもよい。更に、特定の高回折次数は、必要と考えられる場合に完全にフィルタリングされてもよい。
【００９９】
回折次数スポット及び個々の回折次数におけるその繰り返しの低減又はフィルタリングの後、光は、光学系１０により中間像面７の結像後にフィルタリングされた回折次数スポットの位置において仮想視界領域５でなくなる。換言すると、光が到達しない小さい領域９のみが仮想視界領域５において形成される。この観察者平面６への中間像面７の結像のために、図７において、レンズとして表される光学系１０の光学素子１１１が提供される。しかし、一般的にフィルタリングされた回折次数スポットが人間の眼瞳孔の典型的なサイズより非常に小さいため、仮想視界領域５における光の欠如は、観察者領域において観察者により知覚される好ましくは３次元シーンに対して摂動効果を有さない。
【０１００】
少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットを完全にフィルタリングせず、その強度を減衰するために、光学コンポーネントはグレースケールプロファイルを有することが可能である。このグレースケールプロファイルは、回折次数スポットの領域においてより暗いグレー値を有するため、より少ない光を透過するか、あるいはこの領域において強度を減衰するように構成される。回折次数スポットがないか又は強度に関して直接影響されない回折次数の他の領域において、明るいか又はより明るい事前定義済みのグレー値は、十分な光が光学コンポーネントを依然として透過し且つ観察者の眼に到達可能であるように割り当てられてもよい。
【０１０１】
換言すると、いくつかの例において、光学コンポーネントが透明グラデーション、すなわちグレースケールプロファイルを有する領域を更に含むことが好都合だろう。光学コンポーネントの１つ又は複数の特定の領域、あるいは光学コンポーネントの全体の領域においてのみ提供されてもよいこのグレースケールプロファイルは、例えば仮想視界領域における光強度の分布を修正するために使用されてもよい。例えば回折次数における光強度の分布は、眼瞳孔が仮想視界領域のエッジ領域に位置付けられる観察者が仮想視界領域の中間又は反対側のエッジ領域と比較して好ましくは３次元シーンの暗い再構成を知覚するという効果を有してもよい。この場合、光学コンポーネントの透明度のグレースケールプロファイルにより、配光は、増加した輝度が暗くされる仮想視界領域の領域により更に均一に行われるか又は生成される。
【０１０２】
図８は、図７に係るホログラフィックディスプレイ装置を示す。少なくとも１つの回折次数から回折次数スポットを低減又はフィルタリングする対策に加え、プリズム関数をサブホログラム又は（全体の）ホログラムに加えることにより仮想視界領域５を変位させる更なる対応がされてもよい。図８において、仮想視界領域５は、観察者の変位した眼の位置まで追跡するために、回折次数の１／２の範囲だけ変位される。この例は、回折次数の１／２の仮想視界領域５の変位を示す。しかし、適切なプリズム関数の選択により、仮想視界領域は、観察者平面６において継続的に変位されてもよい。図８に係る例において、仮想視界領域５の変位は、ここで、すなわち光学コンポーネント８によるフィルタリングにより透過される０次回折及び±１次回折内で表される３つの回折次数の範囲内で行われてもよい。
【０１０３】
不透明な領域又は透過性が低減された領域による回折次数スポットのフィルタリングの代わりに、回折次数スポットからの光は、例えば観察者平面に到達しないように偏向可能である。仮想視界領域の中間像面における光学コンポーネントは、透明であるがプリズムの形態で位相関数を有する領域により構成可能である。この領域からの光は、観察者平面又は仮想視界領域自体へ仮想視界領域の中間画像を結像するために、例えばレンズ又はレンズ系である光学系を越えて横方向に進むように偏向されるのが好ましく、従って観察者平面の仮想視界領域に到達しないのが有利である。しかし、不透明な領域による回折次数スポットのフィルタリングと比較して、そのような構成は更に複雑である。
【０１０４】
０次回折における回折次数スポット及び高回折次数におけるその繰り返しのフィルタリングの後、仮想視界領域は、選択的に、光学系１０の焦点を中心に、すなわち焦点に関して対称的に配置されるか、あるいはプリズム関数をサブホログラム又は（全体の）ホログラムに追加することにより１つ又は別の横方向に変位されて配置される。観察者平面６の仮想視界領域５の全ての位置において、高品質の好ましくは３次元シーンの再構成は、ここでは眼１２で表される観察者により観察可能である。
【０１０５】
仮想視界領域の変位は、例えば２〜３つの回折次数の範囲である小さい領域にわたり行われるのが好ましい。更に仮想視界領域の変位は、観察者の追跡のために使用又は採用されてもよい。
【０１０６】
観察者の追跡のために、観察者の眼の現在の位置が位置検出システムにより判定される。検出された眼の位置の関数として、サブホログラムが計算され且つ加算されてホログラム又は全体のホログラムを形成する。好ましくは（全体の）ホログラム又は個々のサブホログラムへのプリズム関数の追加又は挿入により、ＳＬＭへの十分にコヒーレントな光の入射及びＳＬＭによる変調の後のＳＬＭにおける符号化により、観察者平面６における仮想視界領域の位置はそれに対応して変位される。
【０１０７】
プリズム関数の計算のために、実数係数ａ＊１／２回折次数分の変位がＳＬＭの隣接ピクセル間の位相差ａ＊πに対応することを考慮する。隣接ピクセル間の位相差の符号により、仮想視界領域の変位が１つの方向の横方向に行われるか又は別の方向の横方向に行われるかが判定される。
【０１０８】
従って、回折次数のサイズは、ＢＯ＝Ｄ＊λ/ｐとして判定されてもよい。ここで、Ｄは仮想視界領域からＳＬＭまで又はＳＬＭの画像までの距離であり、λは光の波長であり、ｐはＳＬＭ又はＳＬＭの画像のピクセルピッチである。
【０１０９】
隣接ピクセル間の位相差は、回折次数のサイズに対する仮想視界領域の所望の位置から計算可能である。例えば回折次数がＢＯ＝１５ｍｍの大きさであり、仮想視界領域が０次回折の中間に対して５ｍｍだけ、すなわち回折次数の１／３だけ変位されることを意図する場合、これは、ＳＬＭの隣接ピクセル間の２／３πの位相差を有するプリズム関数を与える。例えば、第１のピクセルは０（ゼロ）の位相値を受け取り、第２のピクセルは２／３πの位相値を受け取り、第３のピクセルは４／３πの位相値を受け取り、第４のピクセルは０（６／３π  ｍｏｄｕｌｏ  ２π）の位相値を受け取る。これらの位相値は、計算されたホログラムの位相に加算される。
【０１１０】
図７及び図８の例で示されるように、０次回折及び±１次回折における回折次数スポットのフィルタリング並びに２次回折を超える全ての高回折次数のフィルタリングのための光学コンポーネント８は、複数の黒くなった遮光領域及び複数の領域に細分される透明な光透過領域を含むフィルムとして構成される。この場合、既に説明したように、光透過領域は、複数の不透明な領域が導入される基本領域と考えられてもよい。図７及び図８に示す例示的な実施形態において、光学コンポーネント８は、ホログラフィックディスプレイ装置においてＳＬＭに対して固定位置に配置される。
【０１１１】
しかし、一般的な例において、携帯型制御可能光学コンポーネントは、少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットをフィルタリング又は低減するために提供されてもよい。例えばＳＬＭ又はＳＬＭの中間画像に対する観察者の眼の位置に依存して、０次回折、＋１次回折又は−１次回折における回折次数スポットのみが仮想視界領域における摂動を招くため、それら回折次数の３つの全ての回折次数スポットが光学コンポーネントによりフィルタリングされる必要はないが、それらのうち１つの回折次数スポットのみがフィルタリングされる必要がある。これは、仮想視界領域に位置する回折次数スポットをフィルタリングする必要があることを意味する。従って、好ましくは、光学コンポーネントは、透明な領域に加えて１つの個別の不透明な領域のみが存在するように構成される必要がある。この単一の不透明な領域を有する光学コンポーネントは、不透明な領域が回折次数スポットの１つ、すなわち０次回折スポット又は別の高回折次数スポットをフィルタリングするように、観察者の検出された眼の位置に依存して変位される。
【０１１２】
しかし、仮想視界領域の変位は、通常、知覚された好ましくは３次元シーンの輝度の修正につながり、この輝度は実際の輝度に対応しない。ＳＬＭのフィルファクタ及びＳＬＭにおける個々のピクセルの振幅伝送のため、高回折次数に向かって減少する強度分布が遠視野において形成される。これは、仮想視界領域が中央に、すなわちＳＬＭに対して中間に配置される場合に、再構成が最も明るいことを意味する。しかし、仮想視界領域がプリズム関数を観察者平面の他の位置に追加することにより変位される場合、再構成は、強度が暗くなる。このため、例えば仮想視界領域が提供可能な２〜３つの回折次数からいくつかの回折次数を使用可能であることが有利である。従って、仮想視界領域は、短い距離にわたってのみ変位されてもよく、あるいは観察者平面において横方向に延在する。
【０１１３】
サブホログラム又は（全体の）ホログラムにプリズム関数を提供することによる仮想視界領域の変位は、既知の観察者追跡方法と組み合わされてもよい。プリズム関数により仮想視界領域を追跡する提案された解決策は、例えば、仮想視界領域における回折次数スポットを除去するために使用されるだけでなく、仮想視界領域の微追跡に特に適切である。仮想視界領域の粗追跡に対しては、光学素子、例えば切り替え可能な格子が使用されてもよい。
【０１１４】
一例は、光の条件に依存して、約２ｍｍ〜５ｍｍの人間の眼の典型的な瞳孔のサイズと比較して、７ｍｍの大きさの仮想視界領域又は観察ウィンドウである。
【０１１５】
仮想視界領域の変位と共にプリズム関数をサブホログラム又は（全体の）ホログラムに追加することによる再構成の輝度の修正は、例えば照明装置２の輝度、特に少なくとも１つの光源３の輝度を制御及び再調整することにより補償されてもよい。それに応じて、光学系の焦点位置に関して相対的に見られるように、観察される好ましくは３次元シーンの観察者の眼瞳孔が仮想視界領域の中心位置に対応する領域に位置付けられると位置検出システムにより判定される場合、少なくとも１つの光源３の輝度は光強度の適応により制御装置１３により低減されてもよい。しかし、光学系の焦点位置に関して相対的に見られるように、眼瞳孔が仮想視界領域の中心位置の外側に位置する領域に位置付けられると位置検出システムが判定する場合、少なくとも１つの光源３の輝度は仮想視界領域におけるこの眼瞳孔の位置に従って制御装置１３により増加される。
【０１１６】
別の例として、回折次数における光強度の再分布は、ＳＬＭのピクセルのフィルファクタを低減することにより達成されてもよい。更に回折次数における光強度の再分布は、ＳＬＭの各ピクセルの振幅又は位相に影響を与えるアポダイゼーション関数を含むアポダイゼーションプロファイルにより実行可能である。
【０１１７】
例えば、ピクセルの振幅の余弦アポダイゼーションを生成するアポダイゼーションプロファイルにより、高回折次数が低減されるが、回折パターンの２〜３つの中央の回折次数、すなわち０次回折及び±１次回折における配光はより均一に分布される。
【０１１８】
例えば各々が各ピクセルの前に配置される多数のレンズを含むマイクロレンズ構成は、位相アポダイゼーションのように動作し、ＳＬＭの小さいフィルファクトと同様に、回折パターンの複数の回折次数にわたる配光をもたらす。
【０１１９】
例えば図９は、位相アポダイゼーションを実行するアポダイゼーションプロファイルを示す。アポダイゼーションのために、２つに細分されるプリズム関数が提供される。このプリズム関数は、ＳＬＭの各ピクセルに割り当てられる。この場合、プリズム関数は、ＳＬＭの各ピクセルのプリズム関数の左辺及び右辺がいわゆる鏡面対称に配置されるプリズムを形成するように構成される。図９で分かるように、そのようなアポダイゼーションプロファイルにより、中央の回折次数、すなわち０次回折における光の強度が低減される。しかし、例えば±１次回折である高回折次数において、光強度は、再配光により増加される。
【０１２０】
図１０は、図４と同様に、図９に示す位相アポダイゼーションの結果として、０次回折（０次ＢＯ）、＋１次回折（＋１次ＢＯ）及び−１次回折（＋１次ＢＯ）の３つの回折次数における振幅分布をグラフで示す。各回折次数における強度分布は、図示する振幅の２乗に比例する。図４と図１０との比較により、図１０の０次回折に向けられる光は少ないが、より多くの光が−１次回折及び＋１次回折に誘導されることが示される。この結果、−１次回折、０次回折及び＋１次回折の間で観察者の眼が動く時に観察者が知覚する好ましくは３次元シーンの再構成における輝度修正は、そのようなアポダイゼーションプロファイルがＳＬＭに提供されない図４に係るディスプレイ装置と比較して低減される。
【０１２１】
個々の回折次数における光強度の適応に対する別の可能性は、フィルタリングのために開口を使用することである。このために、そのような開口はグレースケールプロファイルを有する。開口のグレースケールプロファイルは、回折次数の暗い部分、すなわち例えば±１次回折である高回折次数との差分を低減するために例えば０次回折である回折次数の明るい部分から光強度が部分的にフィルタリングされるように調整される。
【０１２２】
個々の回折次数における光強度を適応するために提示される種々の可能性は互いに組み合わされてもよい。
【０１２３】
例えば図９及び図１０に係るアポダイゼーションが実行されてもよく、更に少なくとも１つの光源３の輝度が検出された眼の位置に対して制御装置１３により適応されてもよい。
【０１２４】
本発明は、ここで提示した例示的な実施形態に限定されることを意図しない。例示的な実施形態の組み合わせが更に可能である。結論として、上述した例示的な実施形態は特許請求される教示を単に説明するものであり、それを例示的な実施形態に限定するものではないことが特に指摘されるべきである。
【図１】
2019528481.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月23日(2019.4.23)
【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】
２次元及び／又は３次元シーンを表すホログラフィックディスプレイ装置であって、少なくとも１つの空間光変調器装置と光学コンポーネントとを具備し、
前記少なくとも１つの空間光変調器装置は、前記シーンを再構成し且つ観察者平面において少なくとも１つの仮想視界領域を生成するために提供され、
前記光学コンポーネントは、互いに異なる透明度を有する少なくとも２つの領域により構成され、前記透明度の値はそれぞれ０と１との間であり、
前記光学コンポーネントは、前記仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的に実行されるフィルタリングを提供するように前記ディスプレイ装置に配置されることを特徴とするホログラフィックディスプレイ装置。
【請求項２】
前記光学コンポーネントは、透明な領域と、少なくとも１つの不透明な領域又は透過性が低減された少なくとも１つの領域とを含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光学コンポーネントの前記少なくとも１つの不透明な領域又は前記透過性が低減された少なくとも１つの領域は、前記光学コンポーネントの前記透明な領域より実質的にサイズが小さくなるように構成されることを特徴とする請求項２記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光学コンポーネントの前記少なくとも１つの不透明な領域又は前記透過性が低減された少なくとも１つの領域は、人間の眼の眼瞳孔よりサイズが小さくなるように構成され、好ましくは眼瞳孔のサイズの１０％〜４０％に対応することを特徴とする請求項２又は３記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光学コンポーネントは、移動可能に制御可能となるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記光学コンポーネントは、複数の透明な領域と、回折次数スポットが異なる回折次数においてフィルタリングされるように提供される複数の不透明な領域又は透過性が低減された複数の領域とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記光学コンポーネントは、判定された高回折次数が完全にフィルタリングされるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記光学コンポーネントは、前記少なくとも１つの仮想視界領域の生成された中間画像の平面に提供されることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記光学コンポーネントは、フィルム又は能動的に切り替え可能なコンポーネント、好ましくは液晶層を含むコンポーネントとして構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記光学コンポーネントは、所定のグレースケールプロファイル及び／又は所定の位相プロファイルを有するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記グレースケールプロファイルは、回折次数の明るい領域からの光強度が部分的にフィルタリングされるように、前記光学コンポーネントにおいて特定されることを特徴とする請求項１０記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのサブホログラムから成るホログラムは、前記少なくとも１つの空間光変調器装置に符号化されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記ホログラム又は各サブホログラムは、前記観察者平面の前記仮想視界領域を変位するためにプリズム関数を含むことを特徴とする請求項１２記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記プリズム関数により、前記仮想視界領域をａ＊１／２回折次数だけ変位できるａ＊πの位相差が前記空間光変調器装置の隣接ピクセル間に提供され、ａは実数値係数であることを特徴とする請求項１３記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記仮想視界領域は、２つの回折次数の２つの回折次数スポット間の前記プリズム関数により変位可能又は配置可能であることを特徴とする請求項１３又は１４記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
再構成されるカラーシーンが提供される場合、規定されたプリズム関数は使用される波長又は色毎に提供され、異なる波長又は色の前記プリズム関数は異なることを特徴とする請求項１３に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記シーンの観察者の眼の新しい位置に従う前記少なくとも１つの仮想視界領域の追跡は、前記ホログラム又は前記少なくとも１つのサブホログラムに書き込まれた規定されたプリズム関数により提供されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの仮想視界領域の前記追跡は、２〜３つの回折次数の範囲にわたる微追跡として提供されることを特徴とする請求項１７記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの仮想視界領域の前記微追跡は、前記観察者平面における観察者の位置に従って前記少なくとも１つの仮想視界領域の粗追跡と組み合わせ可能であることを特徴とする請求項１８記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記プリズム関数は、１つの波長又は色の全てのサブホログラムに対して同一であることを特徴とする請求項１６に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
少なくとも１つの光源を含む照明装置と、観察者の眼の位置を判定する位置検出システムとが提供されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
光源の輝度の修正を実行可能な制御装置が提供されることを特徴とする請求項２１記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの空間光変調器装置は、前記回折次数における前記光強度の制御を提供するアポダイゼーションプロファイルが割り当てられることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記アポダイゼーションプロファイルは位相アポダイゼーションプロファイルとして構成され、前記少なくとも１つの空間光変調器装置の各ピクセルは位相関数を割り当てられ、前記位相関数は、それぞれがある種のプリズムを形成するように２つに分割され、前記２つのプリズムは鏡面対称であることを特徴とする請求項２３記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
前記ディスプレイ装置は、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、投影ディスプレイ又は直視型ディスプレイとして設計されることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項２６】
２次元及び／又は３次元シーンを表す方法であって、
少なくとも１つの空間光変調器装置は、光の変調によりシーンを再構成し且つ前記再構成されたシーンが観察可能な観察者平面において少なくとも１つの仮想視界領域を生成し、
異なる透明度を有する少なくとも２つの領域を有する光学コンポーネントが形成され、前記透明度の値はそれぞれ０と１との間であり、
前記少なくとも１つの仮想視界領域内の少なくとも１つの回折次数における回折次数スポットの少なくとも部分的なフィルタリングは、前記光学コンポーネントにより実行されることを特徴とする方法。
【請求項２７】
少なくとも１つのサブホログラムから成るホログラムは、前記少なくとも１つの空間光変調器装置に符号化され、前記観察者平面において前記少なくとも１つの仮想視界領域を変位又は追跡するプリズム関数は前記ホログラム又は前記サブホログラムに追加されることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの空間光変調器装置は、前記空間光変調器装置の各ピクセルにアポダイゼーション関数を適用するアポダイゼーションプロファイルを割り当てられることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【国際調査報告】
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