(57)【要約】【課題】ホログラムエンジンとコントローラとを備える、ホログラフィックプロジェクタが提供される。【解決手段】ホログラムエンジンは、複数のホログラム画素を含むホログラムを提供するように構成される。各ホログラム画素は、それぞれのホログラム画素値を有する。コントローラは、ホログラムを表示するために、複数の光変調画素を選択的に駆動するように構成される。ホログラムを表示することは、ホログラムと複数の光変調画素との間に一対多の画素相関が存在するように、複数の光変調画素の光変調画素の隣接したグループに各ホログラム画素値を表示することを含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム画素値をそれぞれ有する複数のホログラム画素を含むホログラムを受け取るステップと、
前記ホログラムと複数の光変調画素との間に一対多の画素相関が存在するように、前記複数の光変調画素の光変調画素の隣接したグループに各ホログラム画素値を表示することによって、前記複数の光変調画素に前記ホログラムを表示するステップとを含む、
ホログラムを表示する方法。
【請求項２】
第１のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために第１の数の光変調画素を使用し、第２のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために第２の数の光変調画素を使用するステップをさらに含む、
請求項１に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項３】
それぞれがそれぞれのホログラム画素値を有する複数のホログラム画素を含む、第２のホログラムを受けるステップと、
前記第２のホログラムと前記複数の光変調画素との間に一対一相関が存在するように、前記各ホログラム画素値を対応する光変調画素に表示することによって、前記複数の光変調画素に前記第２のホログラムを表示するステップとをさらに含む、
請求項１に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項４】
前記第１のホログラムと前記第２のホログラムとが、同じ空間光変調器で表示される、
請求項２または３に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項５】
第１の時間に前記第１のホログラムのホログラム画素値を表示し、前記第１の時間とは異なる第２の時間に前記第２のホログラムのホログラム画素値を表示するために、少なくとも１つの光変調画素が用いられる、
請求項２〜４のいずれか一項に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項６】
前記第１のホログラムが、第１の空間光変調器に表示され、前記第２のホログラムが、第２の空間光変調器に表示される、
請求項２または３に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項７】
領域を有するホログラフィック再生フィールドを投影するために、波長を有する光で、前記表示されたホログラムを照明するステップと、
第２の領域を有する第２のホログラフィック再生フィールドを投影するために、第２の波長を有する光で、前記第２の表示されたホログラムを照明するステップとをさらに含む、
請求項２または３に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項８】
前記ホログラムと前記第２のホログラムとを表示するために使用される前記光変調画素の数が異なることにより、前記領域と前記第２の領域とがほぼ同じサイズになる、
請求項７に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項９】
複合カラー再生フィールドを形成するために、前記領域と前記第２の領域とを重ねるステップをさらに含む、
請求項８に記載のホログラムを表示する方法。
【請求項１０】
それぞれがそれぞれのホログラム画素値を有する複数のホログラム画素を含む、ホログラムを提供するように構成された、ホログラムエンジンと、
前記ホログラムと複数の光変調画素との間に一対多の画素相関が存在するように、前記複数の光変調画素の光変調画素の隣接したグループに各ホログラム画素値を表示することによって前記ホログラムを表示するために、前記複数の光変調画素を選択的に駆動するように構成された、コントローラとを備える、
ホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１１】
前記コントローラが、第１のホログラムの各ホログラム画素値の表示に第１の数の光変調画素を使用し、第２のホログラムの各ホログラム画素値の表示に第２の数の光変調画素を使用するために、前記複数の光変調画素を選択的に駆動するようにさらに構成される、
請求項１０に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１２】
前記コントローラが、それぞれがそれぞれのホログラム画素値を有する複数のホログラム画素を含む、第２のホログラムを提供し、前記第２のホログラムと前記複数の光変調画素との間に一対一相関が存在するように、各ホログラム画素値を対応する光変調画素に表示することによって、複数の光変調画素に前記第２のホログラムを表示するように、前記複数の光変調画素を選択的に駆動するようにさらに構成される、
請求項１０に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１３】
領域を有するホログラフィック再生フィールドを投影するように、波長を有する光で前記表示されたホログラムを照明するように構成された照明システムと、
第２の領域を有する第２のホログラフィック再生フィールドを投影するように、第２の波長を有する光で、前記第２の表示されたホログラムを照明するように構成された、第２の照明システムとをさらに備える、
請求項１１または１２に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１４】
前記ホログラム、および前記第２のホログラムを表示するのに使用される前記光変調画素の数が異なることにより、前記領域と前記第２の領域とがほぼ同じサイズになる、
請求項１３に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【請求項１５】
前記ホログラム、および第２のホログラムを表示するように構成された空間光変調器をさらに備える、あるいは前記ホログラムを表示するように構成された空間光変調器と、前記第２のホログラムを表示するように構成された第２の空間光変調器とをさらに備える、
請求項１４に記載のホログラフィックプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、空間光変調器を動作、駆動、または制御する方法、およびホログラムを表示する方法に関する。より詳細には、本開示は、ホログラム画素に光変調画素を割り当てる方法、および空間光変調器の画素などの複数の光変調画素に、ホログラムを表示する方法に関する。また、本開示は、ホログラフィック再構成のサイズを変更する方法、およびホログラフィック再構成の解像度を変更する方法に関する。本開示はさらに、第１の色のホログラフィック再構成のサイズを、第２の色のホログラフィック再構成のサイズと一致させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体から散乱した光は、振幅情報および位相情報の両方を含む。この振幅情報および位相情報は、例えば、ホログラフィック記録、すなわち「ホログラム」を形成するためのよく知られている干渉技法である感光板で捕捉することができ、感光板は干渉縞を含む。ホログラムは、元の物体を表現する二次元または三次元のホログラフィック再構成を形成するため、あるいは画像を再生するために、適切な光を有する照明によって再構成されてもよい。
【０００３】
計算機合成ホログラフィは、干渉工程を数値的にシミュレートしたものであってもよい。計算機合成ホログラムは、フレネル変換、またはフーリエ変換などの数学的変換に基づく技法で計算されてもよい。この種のホログラムは、フレネル／フーリエ変換ホログラム、または単にフレネル／フーリエホログラムと呼ばれる場合がある。フーリエホログラムは、物体のフーリエ領域／フーリエ面表現、あるいは物体の周波数領域／周波数面表現とみなされてもよい。計算機合成ホログラムはまた、例えば、コヒーレント光線追跡、または点群の技法によって計算されてもよい。
【０００４】
計算機合成ホログラムは、入射光の振幅および／または位相を変調するように構成された、空間光変調器上で符号化されてもよい。光変調は、例えば、電気的にアドレス可能な液晶、光学的にアドレス可能な液晶、またはマイクロミラーを用いて実現されてもよい。空間光変調器は、通常は個別にアドレス可能な複数の画素を含み、これはセルまたは素子と呼ばれてもよい。光変調方式は、バイナリ、多値変調、または連続変調であってもよい。あるいは、装置が連続していてもよく（すなわち、画素で構成されていない）、したがって光変調は、装置にまたがって連続していてもよい。空間光変調器は反射型であってもよく、つまり、変調光は反射して出力されたものであってもよい。空間光変調器は、同等に透過型であってもよく、つまり、変調光は透過して出力されたものであってもよい。
【０００５】
カラーのホログラフィック再構成を提供する手法として、空間的に分離された色「ＳＳＣ（ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｓｅｐａｒａｔｅｄ  ｃｏｌｏｕｒｓ）」と、フレームシーケンシャルカラー「ＦＳＣ（ｆｒａｍｅ−ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｌｏｕｒ）」の２つが知られている。両手法ともに、本開示と互換性がある。
【０００６】
ＳＳＣによる方法は、３つの単色ホログラムに対して、３つの空間的に分離された光変調画素の配列を使用する。ＳＳＣ法の利点は、３つのホログラフィック再構成をすべて同時に形成し得るので、画像を非常に明るくできることである。しかしながら、空間の制限によって、３つの空間的に分離された光変調画素の配列が共通のＳＬＭに提供された場合は、各単色画像の品質が最適に及ばなくなるが、これは各色に対して、使用可能な光変調画素のうち１つのサブセットしか使用されないためである。したがって、比較的低解像度のカラー画像が提供される。
【０００７】
ＦＳＣによる方法では、共通の空間光変調器の全画素を使用して、３つの単色ホログラムを順に表示することができる。単色の再構成は、十分な速さで循環し（例えば、赤、緑、青、赤、緑、青など）、その結果、見る人は３つの単色画像を統合することによって、多色画像を知覚する。ＦＳＣの利点は、各色に対してＳＬＭのすべてが使用されることである。これは、各カラー画像に対してＳＬＭの全画素が使用されるために、生成される３つのカラー画像の品質が最適になることを意味する。しかしながら、ＦＳＣ法の短所は、複合カラー画像の輝度がＳＳＣ法によるものよりも低く、約１／３になることであり、これは、各単色照明イベントが、１／３のフレーム時間でしか生じないためである。この欠点は、レーザーをオーバードライブすることによって、あるいはより強力なレーザーを使用することによって対処できる可能性があるが、これにはより大きい力が必要であり、費用がかさみ、システムのサイズが増すことになる。
【０００８】
カラーホログラフィックプロジェクタの１つの問題は、ホログラフィの工程には回折が必須であり、回折は波長に依存することである。特に、ホログラフィック再構成のサイズは、波長に依存する。複合カラーの方式において、このことは、（１）単色ホログラフィック再構成全体のサイズの不整合、および（２）ホログラフィック再構成における結像スポットの位置間不整合という２つの不整合があるために、知覚される複合カラー再構成の品質の低下につながる。本発明者は以前に、各カラーチャネルに対して長さが異なるフーリエ経路を使用することを含む、このような不整合に対処するための技法について開示しており、例えば、英国特許第２，５４７，９２９号明細書を参照されたい。本明細書では、ホログラフィック再生フィールドの大きさを変更するように構成された、改善したホログラフィックプロジェクタが開示され、これは、回折が波長に依存することから生じる不整合を少なくとも部分的に補正するために、複合カラーシステムに実装され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】英国特許第２，５４７，９２９号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本開示の態様は、添付の特許請求の範囲の独立クレームで定義される。
【００１１】
ホログラムを表示する方法が提供される。本方法は、ホログラムを受けて、ホログラムを複数の光変調画素に表示するステップを含む。ホログラムは、それぞれがそれぞれのホログラム画素値を有する、複数のホログラム画素を含む。ホログラムを表示することは、ホログラムと複数の光変調画素との間に一対多の画素相関が存在するように、複数の光変調画素の光変調画素の隣接したグループに各ホログラム画素値を表示することを含む。
【００１２】
同様に、ホログラムエンジンとコントローラとを備える、ホログラフィックプロジェクタが提供される。ホログラムエンジンは、複数のホログラム画素を含むホログラムを提供するように構成される。各ホログラム画素は、それぞれのホログラム画素値を有する。コントローラは、ホログラムを表示するために、複数の光変調画素を選択的に駆動するように構成される。ホログラムを表示することは、ホログラムと複数の光変調画素との間に一対多の画素相関が存在するように、複数の光変調画素の光変調画素の隣接したグループに各ホログラム画素値を表示することを含む。
【００１３】
光変調画素の隣接したグループのそれぞれは、より大きい光変調画素として効果的に機能する、複数の個別の光変調画素を含む。言い換えれば、各ホログラム画素を表示するために、隣接したグループで１つ以上の光変調画素を使用することによって、各光変調領域のサイズが大きくなる。他のホログラム画素のそれぞれに対する各ホログラム画素の位置は、一対多の画素マッピング方式を用いて維持される。したがって、ホログラフィック再構成は、より大きい画素を使用して完全に形成され得る。有効画素のサイズによって回折角度が決定し、したがってホログラフィック再生フィールドのサイズが決定される。したがって、ソフトウェアによって制御可能な、再構成可能な画素マッピング方式を用いて、ホログラフィック再生フィールドのサイズが変化するシステムが提供される。使用可能な空間光変調器の画素サイズの減少が続いている中で、本明細書で開示する方法は特に有効である。複数の光変調画素の各光変調画素は、２０００ｎｍ未満、任意で５００ｎｍ未満または２５０ｎｍ未満などの１０００ｎｍ未満の画素サイズ（例えば、幅）を有してもよい。
【００１４】
本方法は、第１のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために、第１の数の光変調画素を使用するステップをさらに含んでもよい。本方法は、第２のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために、第２の数の光変調画素を使用するステップをさらに含んでもよい。
【００１５】
同様に、コントローラは、第１のホログラムの各ホログラム画素値の表示に第１の数の光変調画素を使用するために、複数の光変調画素を選択的に駆動するようにさらに構成されてもよい。コントローラはまた、第２のホログラムの各ホログラム画素値の表示に第２の数の光変調画素を使用するために、複数の光変調画素を選択的に駆動するようにさらに構成されてもよい。
【００１６】
ホログラフィック再生フィールドのサイズは、隣接したグループそれぞれの画素数を変更することによって、ソフトウェアで動的に変更してもよい。したがって、ホログラフィック再生フィールドのサイズを即時変更することが可能になる。具体的には、少なくとも２フレームを含む表示イベント中に、ホログラフィック再生フィールドのサイズを変更するためのハードウェア変更が必要とされない。例えば、説明する一対多の画素マッピング方式は、ＦＳＣ方式において、第１のフレームと第２のフレーム、または第１のサブフレームと第２のサブフレームとの間で変更されてもよい。
【００１７】
本方法は、第２のホログラムを受けて、第２のホログラムを表示するステップをさらに含む。第２のホログラムは、それぞれがそれぞれのホログラム画素値を有する、複数のホログラム画素を含む。第２のホログラムは、第２のホログラムと複数の光変調画素との間に一対一相関が存在するように、対応する光変調画素に各ホログラム画素値を表示することによって、複数の光変調画素に表示される。
【００１８】
同様に、コントローラは、第２のホログラムを提供し、第２のホログラムを表示するために複数の光変調画素を選択的に駆動するようにさらに構成されてもよい。第２のホログラムは、それぞれがそれぞれのホログラム画素値を有する、複数のホログラム画素を含む。第２のホログラムは、第２のホログラムと複数の光変調画素との間に一対一相関が存在するように、対応する光変調画素に各ホログラム画素値を表示することによって、複数の光変調画素に表示される。
【００１９】
各ホログラフィック再構成を一対多の画素マッピング方式を用いて形成することは必須ではない。本方法は、一対多の画素マッピング方式を用いて少なくとも１つのホログラムを表示するステップと、従来の一対一の画素マッピング方式を用いて少なくとも１つのホログラムを表示するステップとを含んでもよい。
【００２０】
第１のホログラム、および第２のホログラムは、同じ空間光変調器に表示されてもよい。
【００２１】
有利には、空間光変調器を駆動する改善された方法が説明され、これは任意の空間光変調器で実施することができる。したがって、同じ空間光変調器を用いて、複数の異なるサイズのホログラフィック再生フィールドを形成することが可能になる。つまり、それぞれ異なるサイズのホログラフィック再生フィールドに対して、別の空間光変調器を必要としない。
【００２２】
本方法は、第１の時間に第１のホログラムのホログラム画素値を表示し、第２の時間に第２のホログラムのホログラム画素値を表示するために、少なくとも１つの光変調画素を使用するステップをさらに含んでもよく、第２の時間は第１の時間とは異なる。
【００２３】
本明細書で開示される方法は、表示イベント中に画像サイズを変更する必要がある、変化する画像を表示するのに特に適している。例えば、本明細書で開示する方法は、２枚の異なるカラー画像同士の間の不整合を低減することが望ましい場合がある、ＦＳＣに特に適している。
【００２４】
第１のホログラムは第１の空間光変調器に表示され、第２のホログラムは第２の空間光変調器に表示されてもよい。
【００２５】
本明細書で開示する方法は柔軟性に富み、したがって、第１の有効画素サイズを有する第１の空間光変調器に、少なくとも第１のホログラムが表示され、第２の有効画素サイズを有する第２の空間光変調器に、少なくとも第２のホログラムが表示される、複数の空間光変調器を備えるホログラフィックプロジェクタで同等に実施されてもよく、第２の有効画素サイズは、第１の有効画素サイズとは異なっている。複数の空間光変調器を用いるこのような方法は、異なるホログラフィック再構成に対して異なる光学チャネルが提供される投影構成において有利な場合がある。
【００２６】
本方法は、（第１の）領域を有するホログラフィック再生フィールドを投影するために、波長を有する光で、表示されたホログラムを照明するステップと、第２の領域を有する第２のホログラフィック再生フィールドを投影するために、第２の波長を有する光で、第２の表示されたホログラムを照明するステップとをさらに含んでもよい。
【００２７】
同様に、ホログラフィックプロジェクタは、（第１の）照明システム（または照明エンジン）と、第２の照明システム（または第２の照明エンジン）とをさらに備えてもよい。（第１の）照明システムは、（第１の）領域を有する（第１の）ホログラフィック再生フィールドを投影するように、（第１の）波長を有する（第１の）照明で、（第１の）表示されたホログラムを照明するように構成されてもよい。第２の照明システムは、第２の領域を有する第２のホログラフィック再生フィールドを投影するように、第２の波長を有する第２の照明で、第２の表示されたホログラムを照明するように構成されてもよい。
【００２８】
第１の照明はコリメートされてもよく、第１のビーム直径を有してもよい。第２の照明はコリメートされてもよく、第２のビーム直径を有してもよい。第１のビーム直径は、第２のビーム直径とは異なっていてもよい。第１の波長が第２の波長よりも長い場合、第１のビーム直径は、第２のビーム直径よりも大きくてもよく、その結果、第２の照明システムは、第１の照明システムよりも小さく（すなわち、占める容積が小さく）なる。第１のホログラムの各ホログラム画素を表示するのに使用されるデバイスピクセル数が、第２のホログラムの各ホログラム画素を表示するのに使用されるデバイスピクセル数よりも多い場合、第１のホログラムを照明するのに使用される第１のビーム直径は、第２のホログラムを照明するのに使用される第２のビーム直径よりも大きく、その結果、第２の照明システムは、第１の照明システムよりも小さく（すなわち、占める容積が小さく）なる。
【００２９】
より一般的には、本方法は、コリメート光の波長、または各ホログラム画素を表示するのに使用されるデバイスピクセル数に基づいて、ホログラムを照明するのに使用されるコリメート光のビーム直径を選択するステップをさらに含んでもよい。
【００３０】
本明細書で開示する方法は、２つの各ホログラムで形成された、２つの異なるカラー画像同士の間の不整合を低減するのに用いられてもよい。
【００３１】
ホログラム、および第２のホログラムを表示するのに使用される光変調画素の数が異なることにより、領域と、第２の領域とがほぼ同じサイズになり得る。
【００３２】
本方法は、異なる光の波長を用いて、ホログラムの再構成で生じる画像全体のサイズの相違を補正するために使用されてもよい。
【００３３】
本方法は、複合カラー再生フィールドを形成するために、領域と、第２の領域とを重ねるステップをさらに含んでもよい。
【００３４】
本方法は特に、単色画像同士の間の不整合が低減された、向上した複合カラー画像が作成されるという効果がある。
【００３５】
また、複数の光変調素子を含む空間光変調器を動作させる方法も提供され、この方法は、複数のホログラム画素を含むホログラムを受けるステップであって、複数のホログラム画素が複数の光変調素子よりも少ない、ホログラムを受けるステップと、各ホログラム画素に複数の光変調素子を割り当てるステップとを含む。
【００３６】
また、複数のデバイスピクセルを含む空間光変調器を動作させる方法も提供され、この方法は、複数のホログラム画素を含むホログラムを受けるステップであって、複数のホログラム画素が複数のデバイスピクセルよりも少ない、ホログラムを受けるステップと、空間光変調器にホログラムを表示するステップと、ホログラフィック再構成を投影するために、光で空間光変調器を照明するステップとを含み、本方法は、
【００３７】
光の波長、または所望の画像サイズに基づいて、各ホログラム画素を表示するために使用されるデバイスピクセル数を決定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００３８】
「ホログラム」という用語は、物体に関する振幅情報または位相情報、あるいはこれらのいくつかの組み合わせを含む、記録物を指すのに用いられる。「ホログラフィック再構成」という用語は、ホログラムを照明することによって形成される、物体の光学的再構成を指すのに用いられる。本明細書で開示するシステムは「ホログラフィックプロジェクタ」として説明され、これは、ホログラフィック再構成が実像であって、ホログラムから空間的に離間されているためである。「再生フィールド」という用語は、ホログラフィック再構成が形成されて、焦点が合った２Ｄ領域を指すのに用いられる。ホログラムが、画素を含む空間光変調器に表示される場合、再生フィールドは複数の回折次数の形態で繰り返され、各回折次数は、ゼロ次再生フィールドの複製である。ゼロ次再生フィールドは一般に、最も明るい再生フィールドであるために、優先される、または主要な再生フィールドに対応する。明示的に述べられている場合を除き、「再生フィールド」という用語は、ゼロ次再生フィールドを指すとみなされるべきである。「再生平面」という用語は、すべての再生フィールドを含む空間内の平面を指すのに用いられる。「画像」、「再生画像」、および「画像領域」という用語は、ホログラフィック再構成の光で照明される、再生フィールドの領域を指す。いくつかの実施形態では、「画像」は、「結像スポット」または便宜のみを目的として「画像画素」と呼ばれてもよい、離散したスポットを含んでもよい。
【００３９】
「符号化」、「書き込み」、または「アドレス」という用語は、各画素の変調レベルをそれぞれ決定する、それぞれの複数の制御値を、ＳＬＭの複数の画素に提供する工程を述べるのに用いられる。ＳＬＭの画素は、複数の制御値を受けることに応じて、光変調分布を「表示する」ように構成されると言ってもよい。したがって、ＳＬＭは、ホログラムを「表示する」と言われてもよく、ホログラムは、光変調の値またはレベルの配列とみなされてもよい。
【００４０】
許容可能な品質のホログラフィック再構成は、元の物体のフーリエ変換に関する位相情報のみを含む「ホログラム」から形成できることがわかっている。このようなホログラフィック記録物は、位相限定ホログラムと呼ばれてもよい。実施形態は位相限定ホログラムに関連しているが、本開示は、振幅限定ホログラフィにも同等に適用可能である。
【００４１】
本開示はまた、元の物体のフーリエ変換に関する振幅情報と位相情報とを使用する、ホログラフィック再構成の形成にも同等に適用可能である。いくつかの実施形態では、これは元の物体に関する振幅情報および位相情報の両方を含む、いわゆる完全複素ホログラム（ｆｕｌｌｙ  ｃｏｍｐｌｅｘ  ｈｏｌｏｇｒａｍ）を使用する複素変調によって実現される。このようなホログラムは、ホログラムの各画素に割り当てられた値（グレーレベル）が振幅成分および位相成分を有するため、完全複素ホログラムと呼ばれてもよい。各画素に割り当てられた値（グレーレベル）は、振幅成分および位相成分の両方を有する複素数で表されてもよい。いくつかの実施形態では、完全複素計算機合成ホログラムが計算される。
【００４２】
計算機合成ホログラム、または空間光変調器の位相値、位相成分、位相情報、あるいは単に画素の位相を、「位相遅延」の省略表現として参照してもよい。つまり、説明される位相値はいずれも、実際には、その画素によって提供される位相遅延の量を表す、（例えば、０〜２πの範囲の）数字である。例えば、π／２の位相値を有するものとして説明される空間光変調器の画素は、受けた光の位相をπ／２ラジアン遅延させる。いくつかの実施形態では、空間光変調器の各画素は、複数の可能な変調値（例えば、位相遅延値）のうちの１つで動作可能である。「グレーレベル」という用語は、複数の使用可能な変調レベルを指すのに用いられてもよい。例えば、異なる位相レベルが異なるグレイの諧調を提供しない場合であっても、「グレーレベル」という用語は、位相限定変調器において、複数の使用可能な位相レベルを指すのに便宜上使用されてもよい。また、「グレーレベル」という用語は、複素変調器における、複数の使用可能な複素変調レベルを指すのに便宜上用いられてもよい。
【００４３】
ホログラムは、したがって、グレーレベルの配列、つまり、位相遅延値、または複素変調値の配列など、光変調値の配列を含む。ホログラムは回折パターンとも考えられ、その理由は、空間光変調器で表示され、かつ空間光変調器の画素ピッチと比較すると、通常はそれよりも短い波長を有する光で照明されたときに、回折が生じるパターンだからである。本明細書では、ホログラムを他の回折パターン、例えば、レンズまたは回折格子として機能する回折パターンと組み合わせることについて言及する。例えば、回折格子として機能する回折パターンは、再生平面上の再生フィールドを平行移動させるためにホログラムと組み合わされてもよく、あるいはレンズとして機能する回折パターンは、ホログラフィック再構成を近視野の再生平面上で焦点合わせするためにホログラムと組み合わされてもよい。
【００４４】
異なる実施形態、および一群の実施形態が、以下の詳細な説明の中で個別に開示される場合があるが、任意の実施形態または一群の実施形態の任意の特徴は、任意の実施形態または一群の実施形態の他の特徴、または特徴の組み合わせと結合されてもよい。つまり、本開示で開示された特徴のあらゆる可能な組み合わせ、および変更が予想される。
【００４５】
特定の実施形態について、添付の図面を参照しながら単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】スクリーンにホログラフィック再構成を生成する、反射型ＳＬＭの概略図である。
【図２Ａ】例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムの第１反復を示す。
【図２Ｂ】例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムの第２反復および後続の反復を示す。
【図２Ｃ】例示的なＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムの代替的な第２反復および後続の反復を示す。
【図３】反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭの概略図である。
【図４Ａ】［４×４］の配列で配置された１６のホログラム画素を含む、例示的なホログラムを示す。
【図４Ｂ】［４×４］の配列で配置された１６の光変調画素を含む、例示的な空間光変調器を示し、隣接する光変調画素は、画素間ギャップによって空間的に離間されている。
【図５】いくつかの実施形態による、第１のホログラムマッピング方式を示す。
【図６】いくつかの実施形態による、第２のホログラムマッピング方式を示す。
【図７】いくつかの実施形態による、第３のホログラムマッピング方式を示す。
【図８】いくつかの実施形態による、第４のホログラムマッピング方式を示す。
【図９】赤色光、緑色光、および青色光が、ＦＳＣ（ｆｒａｍｅ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｌｏｕｒ）方式で空間光変調器に順に表示された各ホログラムから回折するときの、青色再生フィールド９００Ｂに対応する、カラー重複領域を示す。
【図１０Ａ】ホログラム画素ごとにそれぞれ４つ、５つ、および６つの光変調画素を用いて形成された、青色のホログラムを照明するために用いられる、青色光エンジンを示す。
【図１０Ｂ】ホログラム画素ごとにそれぞれ４つ、５つ、および６つの光変調画素を用いて形成された、緑色のホログラムを照明するために用いられる、緑色光エンジンを示す。
【図１０Ｃ】ホログラム画素ごとにそれぞれ４つ、５つ、および６つの光変調画素を用いて形成された、赤色のホログラムを照明するために用いられる、赤色光エンジンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
全図面を通じて、同じ部品、または類似の部品を参照するために同じ参照符号が使用される。
【００４８】
本発明は、以下で説明される実施形態に限定されることはなく、添付の特許請求の範囲の全範囲に及ぶ。つまり、本発明は、異なる形態で具体化されてもよく、説明されている実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの実施形態は、例示の目的で提示されているものである。
【００４９】
別の構造の上部／下部に形成される、または他の構造の上／下に形成されると説明されている構造は、構造が互いに接触している場合、およびさらにこれらの間に第３の構造が配置される場合を含むと解釈されるべきである。
【００５０】
時間関係の説明において、例えば、事象の時間的順序が「後」、「後続の」、「次の」、「前」などと記載されているときは、特に明記しない限り、本開示は連続的、および非連続的な事象を含むと解釈されるべきである。例えば、「ちょうど」、「即時に」、または「直接的に」などの言葉が使用されていない限り、この記述は連続的でない場合を含むと解釈されるべきである。
【００５１】
様々な要素を説明するために、「第１の」、「第２の」などの用語が本明細書で使用されている場合があるが、このような要素は、これらの用語によって限定されるものではない。このような用語は、１つの要素を別の要素と区別するために使用されているにすぎない。例えば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶ場合があり、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶ場合がある。
【００５２】
異なる実施形態の特徴は、部分的または全体的に、互いに結合される、あるいは組み合わされてもよく、互いに様々に相互運用されてもよい。いくつかの実施形態は、互いに独立して実施されてもよく、あるいは共依存の関係でともに実施されてもよい。
【００５３】
光学配置
図１は、計算機合成ホログラムが、単一の空間光変調器で符号化される実施形態を示す。計算機合成ホログラムは、再構成のための物体のフーリエ変換である。したがって、ホログラムは、物体のフーリエ領域表現、または周波数領域表現、あるいはスペクトル領域表現と言われる場合がある。この実施形態では、空間光変調器は、シリコン上の反射型液晶（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ、ＬＣＯＳ）装置である。ホログラムは、空間光変調器で符号化され、ホログラフィック再構成は、再生フィールド、例えば、スクリーンまたはディフューザなどの受光面で形成される。
【００５４】
光源１１０、例えば、レーザーまたはレーザーダイオードは、コリメーティングレンズ１１１を介してＳＬＭ１４０を照明するように配置される。コリメーティングレンズにより、ＳＬＭに入射する、ほぼ平面の光の波面が生じる。図１では、波面の方向はオフノーマルである（例えば、透明層の平面に対する真の直角から２度または３度離れている）。しかしながら、他の実施形態では、ほぼ平面の波面は垂直入射で提供され、入力光路と出力光路とを分離するために、ビームスプリッタ構成が用いられる。図１に示す実施形態では、光源からの光がＳＬＭの反射裏面で反射されて光変調層と相互作用して、出口波面１１２を形成する構成になっている。出口波面１１２は、フーリエ変換レンズ１２０を含む光学素子に印加され、スクリーン１２５で焦点を結ぶ。より詳細には、フーリエ変換レンズ１２０は、ＳＬＭ１４０から変調光のビームを受けて周波数−空間変換を行い、スクリーン１２５でホログラフィック再構成を生成する。
【００５５】
特に、この種のホログラフィでは、ホログラムの各画素が再構成全体に寄与する。再生フィールドの特定の点（または画像画素）と、特定の光変調素子（またはホログラム画素）との間に、一対一相関は存在しない。言い換えれば、光変調層を出る変調光は、再生フィールド全体に分散される。
【００５６】
このような実施形態では、空間におけるホログラフィック再構成の位置は、フーリエ変換レンズのジオプトリ度数（集束力）によって決定される。図１に示す実施形態では、フーリエ変換レンズは、物理レンズである。つまり、フーリエ変換レンズは光学的なフーリエ変換レンズであり、フーリエ変換は光学的に行われる。どのようなレンズでもフーリエ変換レンズとして機能できるが、レンズの性能によって、行うフーリエ変換の精度が制限される。当業者であれば、光学的なフーリエ変換を行うためのレンズの使用方法について理解しているであろう。
【００５７】
ホログラム計算
いくつかの実施形態では、計算機合成ホログラムはフーリエ変換ホログラム、すなわち単にフーリエホログラム、またはフーリエに基づくホログラムであり、正レンズのフーリエ変換特性を使用することによって、画像が遠視野に再構築される。フーリエホログラムは、再生平面の所望のライトフィールドをフーリエ変換して、レンズ平面に戻すことによって計算される。計算機合成フーリエホログラムは、フーリエ変換を用いて計算されてもよい。
【００５８】
フーリエ変換ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムなどのアルゴリズムを用いて計算されてもよい。さらに、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、（写真などの）空間領域における振幅限定情報から、フーリエ領域におけるホログラム（すなわち、フーリエ変換ホログラム）を計算するために使用されてもよい。物体に関する位相情報は、空間領域における振幅限定情報から効率的に「検索」される。いくつかの実施形態では、計算機合成ホログラムは、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズム、またはその変形を用いて、振幅限定情報から計算される。
【００５９】
Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、平面ＡおよびＢのそれぞれにおける、光ビームの輝度断面ＩＡ（ｘ，ｙ）およびＩＢ（ｘ，ｙ）が知られていて、ＩＡ（ｘ，ｙ）およびＩＢ（ｘ，ｙ）が、１つのフーリエ変換によって関連付けられるときの状況を考慮する。所与の輝度断面で、平面ＡおよびＢにおける位相分布のそれぞれの近似値、ΨＡ（ｘ，ｙ）およびΨＢ（ｘ，ｙ）が求められる。Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムでは、反復過程に従うことによって、この問題の解決策が見つかる。より詳細には、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、空間領域とフーリエ（スペクトルまたは周波数）領域との間で、ＩＡ（ｘ，ｙ）およびＩＢ（ｘ，ｙ）を表すデータセット（振幅および位相）を繰り返し転送している間に、空間制限およびスペクトル制限を反復的に適用する。スペクトル領域における、対応する計算機合成ホログラムは、アルゴリズムを少なくとも１回反復することによって得られる。アルゴリズムは、入力画像を表現するホログラムを生成するように収束され構成される。ホログラムは、振幅限定ホログラム、位相限定ホログラム、または完全複素ホログラムであってもよい。
【００６０】
いくつかの実施形態では、位相限定ホログラムは、例えば、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる、英国特許第２，４９８，１７０号明細書、または英国特許第２，５０１，１１２号明細書で説明されている、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムを用いて計算される。しかしながら、本明細書で開示される実施形態は、単なる例として、位相限定ホログラムの計算について説明する。このような実施形態では、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムは、既知の振幅情報Ｔ［ｘ，ｙ］を生じさせるデータセットの、フーリエ変換の位相情報Ψ［ｕ，ｖ］を検索し、振幅情報Ｔ［ｘ，ｙ］は、対象画像（写真など）を表す。大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）および位相は、フーリエ変換では本来組み合わされるので、変換された大きさおよび位相は、計算されたデータセットの精度についての有用な情報を含む。したがって、アルゴリズムは、振幅情報および位相情報の両方のフィードバックを伴って、反復的に使用されてもよい。しかしながら、このような実施形態では、画像平面で対象画像のホログラフィック表現を形成するために、位相情報Ψ［ｕ，ｖ］のみがホログラムとして用いられる。ホログラムは、位相値のデータセット（２Ｄ配列など）である。
【００６１】
他の実施形態では、完全複素ホログラムを計算するために、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎアルゴリズムに基づくアルゴリズムが用いられる。完全複素ホログラムは、大きさ成分と位相成分とを有するホログラムである。ホログラムは、複素データ値の配列を含む、（２Ｄ配列などの）データセットであり、各複素データ値は、大きさ成分と位相成分とを含む。
【００６２】
いくつかの実施形態では、アルゴリズムは複素データを処理し、フーリエ変換は複素フーリエ変換である。複素データは、（ｉ）実数成分および虚数成分、または（ｉｉ）大きさ成分および位相成分を含むものとみなされてもよい。いくつかの実施形態では、複素データの２つの成分は、アルゴリズムの多様な段階で異なって処理される。
【００６３】
図２Ａは、位相限定ホログラムを計算するためのいくつかの実施形態による、アルゴリズムの第１反復を示す。アルゴリズムに対する入力は、画素の２Ｄ配列、またはデータ値を含む入力画像２１０であり、各画素またはデータ値は、大きさ、すなわち振幅値である。つまり、入力画像２１０の各画素またはデータ値は、位相成分を有していない。入力画像２１０は、したがって、大きさ限定分布、すなわち振幅限定分布、あるいは輝度限定分布とみなされてもよい。入力画像２１０などの例は、写真、またはフレームの時系列を含む、１フレームの動画である。アルゴリズムの第１反復は、開始複素データセット（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｃｏｍｐｌｅｘ  ｄａｔａ  ｓｅｔ）を形成するために、ランダム位相分布（またはランダム位相シード）２３０を用いて、入力画像の各画素にランダム位相値を割り当てることを含む、データ形成ステップ２０２Ａから開始し、セットの各データ素子は、大きさおよび位相を含む。開始複素データセットは、空間領域における入力画像を表すと言ってもよい。
【００６４】
第１の処理ブロック２５０は、開始複素データセットを受けて複素フーリエ変換を行い、フーリエ変換された複素データセットを形成する。第２の処理ブロック２５３は、フーリエ変換された複素データセットを受けて、ホログラム２８０Ａを出力する。いくつかの実施形態では、ホログラム２８０Ａは、位相限定ホログラムである。このような実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、各位相値を量子化し、各振幅値を１に設定して、ホログラム２８０Ａを形成する。各位相値は、空間光変調器の画素で表現され得る位相レベルに従って量子化され、空間光変調器は、位相限定ホログラムを「表示する」ために用いられる。例えば、空間光変調器の各画素が、２５６の異なる位相レベルを提供する場合、ホログラムの各位相値は、２５６の可能な位相レベルのうち１つの位相レベルに量子化される。ホログラム２８０Ａは、入力画像を表現する、位相限定フーリエホログラムである。他の実施形態では、ホログラム２８０Ａは、受けたフーリエ変換複素データセットから得られた、（それぞれが振幅成分および位相成分を含む）複素データ値の配列を含む、完全複素ホログラムである。いくつかの実施形態では、第２の処理ブロック２５３は、ホログラム２８０Ａを形成するために、各複素データ値を、複数の許容可能な複素変調レベルうちの１つに制限する。制限するステップは、各複素データ値を、複素平面内の最も近い許容可能な複素変調レベルに設定することを含んでもよい。ホログラム２８０Ａは、スペクトル領域、またはフーリエ領域、あるいは周波数領域における入力画像を表現すると言ってもよい。いくつかの実施形態では、アルゴリズムはこの時点で停止する。
【００６５】
しかしながら、他の実施形態では、アルゴリズムは、図２Ａの点線矢印で示されているように継続する。言い換えれば、図２Ａの点線矢印に従ったステップは任意である（すなわち、すべての実施形態で必須というわけではない）。
【００６６】
第３の処理ブロック２５６は、第２の処理ブロック２５３から修正された複素データセットを受けて逆フーリエ変換を行い、逆フーリエ変換された複素データセットを形成する。逆フーリエ変換された複素データセットは、空間領域における入力画像を表すと言ってもよい。
【００６７】
第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットを受けて、大きさ値２１１Ａの分布、および位相値２１３Ａの分布を抽出する。必要に応じて、第４の処理ブロック２５９は、大きさ値２１１Ａの分布を評価する。具体的には、第４の処理ブロック２５９は、逆フーリエ変換された複素データセットの大きさ値２１１Ａの分布を入力画像２１０と比較してもよく、入力画像２１０は、それ自体が大きさ値の分布であることは言うまでもない。大きさ値２１１Ａの分布と、入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａを許容できると判断してもよい。つまり、大きさ値２１１Ａの分布と、入力画像２１０との間の差が十分に小さい場合、第４の処理ブロック２５９は、ホログラム２８０Ａが入力画像２１０を十分に正確に表現していると判断してもよい。いくつかの実施形態では、比較の目的のために、逆フーリエ変換された複素データセットの位相値２１３Ａの分布は無視される。大きさ値２１１Ａの分布と、入力画像２１０とを比較する別の方法がいくつ使用されてもよく、本開示がいかなる特定の方法にも限定されないことは理解されよう。いくつかの実施形態では、平均二乗偏差が計算され、平均二乗偏差が閾値未満の場合、ホログラム２８０Ａは、許容されるものとみなされる。第４の処理ブロック２５９が、ホログラム２８０Ａを許容できないと判断した場合、さらにアルゴリズムの反復が行われてもよい。しかしながら、この比較するステップは必須ではなく、他の実施形態では、行われるアルゴリズムの反復数は、予め決定されるか、または予め設定され、あるいはユーザによって定義される。
【００６８】
図２Ｂは、アルゴリズムの第２反復、およびそれ以上のアルゴリズムの反復を示す。前述した反復の、位相値２１３Ａの分布は、アルゴリズムの処理ブロックを介してフィードバックされる。大きさ値２１１Ａの分布は、入力画像２１０の大きさ値の分布を優先して拒絶される。第１反復では、データ形成ステップ２０２Ａは、入力画像２１０の大きさ値の分布を、ランダム位相分布２３０と結合することによって、第１の複素データセットを形成した。しかしながら、第２反復および後続の反復では、データ形成ステップ２０２Ｂは、（ｉ）前述したアルゴリズムの反復からの位相値２１３Ａの分布を、（ｉｉ）入力画像２１０の大きさ値の分布と結合することによって、複素データセットを形成することを含む。
【００６９】
図２Ｂのデータ形成ステップ２０２Ｂによって形成された複素データセットは、次に、図２Ａを参照して説明した方法と同様の方法で処理されて、第２反復のホログラム２８０Ｂを形成する。処理の説明は、したがってここでは繰り返さない。アルゴリズムは、第２反復のホログラム２８０Ｂが計算されたときに停止してもよい。しかしながら、任意の回数で、アルゴリズムのさらなる反復が行われてもよい。第３の処理ブロック２５６は、第４の処理ブロック２５９が必要とされる場合、あるいはさらなる反復が必要とされる場合にのみ必要になることは理解されよう。出力ホログラム２８０Ｂは通常、反復されるごとに良好になる。しかしながら、実際には、目に見える改善が見られない時点や、処理時間が増えることの悪影響が、さらなる反復を行うことの利益を上回る時点に達することが多い。したがって、アルゴリズムは、反復的かつ収束的なものとして説明される。
【００７０】
図２Ｃは、第２反復、および後続の反復の代替的な実施形態を示す。前述した反復の、位相値２１３Ａの分布は、アルゴリズムの処理ブロックを介してフィードバックされる。大きさ値２１１Ａの分布は、大きさ値の代替的な分布を優先して拒絶される。この代替実施形態では、大きさ値の代替的な分布は、前述した反復の大きさ値２１１の分布から得られる。具体的には、処理ブロック２５８は、入力画像２１０の大きさ値の分布を、前述した反復の大きさ値２１１の分布から差し引き、その差を利得係数αで拡大縮小し、拡大縮小された差を入力画像２１０から差し引く。これは以下の数式によって数学的に表され、下付きの文字および数字は、反復回数を示す。
Ｒｎ＋１［ｘ，ｙ］＝Ｆ’｛ｅｘｐ（ｉΨｎ［ｕ，ｖ］）｝
Ψｎ［ｕ，ｖ］＝∠Ｆ｛η・ｅｘｐ（ｉ∠Ｒｎ［ｘ，ｙ］）｝
η＝Ｔ［ｘ，ｙ］−α（｜Ｒｎ［ｘ，ｙ］｜−Ｔ［ｘ，ｙ］）
ここで、
Ｆ’は、逆フーリエ変換、
Ｆは、順フーリエ変換、
Ｒ［ｘ，ｙ］は、第３の処理ブロック２５６による複素データセット出力、
Ｔ［ｘ，ｙ］は、入力画像または対象画像、
∠は、位相成分、
Ψは、位相限定ホログラム２８０Ｂ、
ηは、大きさ値２１１Ｂの新しい分布、
αは、利得係数である。
【００７１】
利得係数αは、定数または変数であってもよい。いくつかの実施形態では、利得係数αは、入ってくる対象画像データの大きさおよび比率に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、利得係数αは、反復回数に依存する。いくつかの実施形態では、利得係数αは、単に反復回数の関数である。
【００７２】
図２Ｃの実施形態は、他のすべての点において、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態と同じである。位相限定ホログラムΨ（ｕ，ｖ）は、周波数領域またはフーリエ領域に、位相分布を含んでいると言ってもよい。
【００７３】
いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、空間光変調器を用いて行われる。具体的には、ホログラムデータは、屈折力を提供する第２のデータと組み合わされる。つまり、空間光変調用に書き込まれたデータは、物体を表すホログラムデータと、レンズを表すレンズデータとを含む。空間光変調器で表示され、光で照明されると、レンズデータは物理レンズを模倣する、つまり、対応する物理的光学素子と同じ方法で光を焦点に当てる。レンズデータは、したがって、屈折力、または集束力を提供する。このような実施形態では、図１の物理フーリエ変換レンズ１２０は、省略されてもよい。レンズを表すデータを計算する方法は、計算機合成ホログラフィの分野において知られている。レンズを表すデータは、ソフトウェアレンズと呼ばれてもよい。例えば、位相限定レンズは、その屈折率のため、および光路長が空間的に異なるためにレンズの各点で生じる、位相遅延を計算することによって形成されてもよい。例えば、凸レンズの中央の光路長は、レンズの縁部の光路長よりも長い。振幅限定レンズは、フレネルゾーンプレートによって形成されてもよい。レンズを表すデータをホログラムと組み合わせる方法もまた、計算機合成ホログラフィの分野の当業者に知られており、その結果、物理フーリエレンズを必要とすることなく、ホログラムのフーリエ変換を行うことができる。いくつかの実施形態では、レンズデータは、単純なベクトル加算などの簡単な加算によって、ホログラムと結合される。いくつかの実施形態では、物理レンズがソフトウェアレンズと併用されてフーリエ変換が行われる。あるいは、他の実施形態では、ホログラフィック再構成が遠視野で行われるように、フーリエ変換レンズは完全に省略される。別の実施形態では、ホログラムは、同様の方法で回折格子データと結合される、つまりデータは、ビームステアリングなどの回折格子機能を実行するように構成される。
【００７４】
これについても、このようなデータを計算する方法は、計算機合成ホログラフィの分野において知られている。例えば、位相限定回折格子は、ブレーズド回折格子の表面の各点で生じる、位相遅延をモデル化することによって形成されてもよい。振幅限定回折格子は、ホログラフィック再構成の角度ステアリングを行うために、単に振幅限定ホログラムに重ね合わせられてもよい。
【００７５】
いくつかの実施形態では、フーリエ変換は、物理フーリエ変換レンズと、ソフトウェアレンズとの共同によって行われる。つまり、フーリエ変換に寄与する屈折力の一部はソフトウェアレンズによって提供され、フーリエ変換に寄与する残りの屈折力は、１つまたは複数の物理光学素子によって提供される。
【００７６】
いくつかの実施形態では、画像データを受けて、アルゴリズムを用いてホログラムをリアルタイムに計算するように構成された、リアルタイムエンジンが提供される。いくつかの実施形態では、画像データは、一連の画像フレームを含む動画である。他の実施形態では、ホログラムは、予め計算され、コンピュータのメモリに記憶され、ＳＬＭに表示するために必要に応じて再現される。つまり、いくつかの実施形態では、所定のホログラムのリポジトリが提供される。
【００７７】
実施形態は、単なる例として、フーリエホログラフィ、およびＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎタイプのアルゴリズムに関する。本開示は、フレネルホログラフィ、ならびに点群方式に基づいたものなどの、他の技法で計算されたホログラムに同等に適用可能である。
【００７８】
光変調
空間光変調器は、計算機合成ホログラムを含む、回折パターンを表示するために使用されてもよい。ホログラムが位相限定ホログラムの場合は、位相を変調する空間光変調器が必要になる。ホログラムが完全複素ホログラムの場合は、位相および振幅を変調する空間光変調器が使用されてもよく、あるいは位相を変調する第１の空間光変調器と、振幅を変調する第２の空間光変調器とが使用されてもよい。
【００７９】
いくつかの実施形態では、空間光変調器の光変調素子（すなわち画素）は、液晶を含むセルである。つまり、いくつかの実施形態では、空間光変調器は、光学活性成分が液晶の、液晶装置である。各液晶セルは、複数の光変調レベルを選択的に提供するように構成される。つまり、各液晶セルは、どの時点においても、複数の可能な光変調レベルから選択された１つの光変調レベルで動作するように構成される。各液晶セルは、複数の可能な光変調レベルから、異なる光変調レベルに動的に再構成可能である。いくつかの実施形態では、空間光変調器は、シリコン上の反射型液晶（ＬＣＯＳ）空間光変調器であるが、本開示は、この種の空間光変調器に限定されない。
【００８０】
ＬＣＯＳ装置は、（例えば、幅数センチメートルの）小開口内に、光変調素子または画素の密集配列を設ける。画素は、通常は約１０ミクロン以下なので、回折角度が数度になり、光学系を小型にすることができる。他の液晶装置の大開口を照明するよりも、ＬＣＯＳ  ＳＬＭの小開口を適切に照明するほうが容易である。ＬＣＯＳ装置は、通常は反射型であり、つまり、ＬＣＯＳ  ＳＬＭの画素を駆動する回路は、反射面の下に埋め込むことができる。その結果、開口率が高くなる。言い換えれば、画素が密に詰まっており、画素間のデッドスペースが非常に小さいことを意味する。このことは、再生フィールドの光学ノイズが低減されるため有利である。ＬＣＯＳ  ＳＬＭはシリコンバックプレーンを使用し、利点として画素が光学的に平坦である。このことは、位相変調装置にとって特に重要である。
【００８１】
適切なＬＣＯＳ  ＳＬＭについては、図３を参照しながら、単なる例として以下で説明する。ＬＣＯＳ装置は、単一の結晶シリコン基板３０２を用いて形成される。これは、平面形状が正方形のアルミニウム電極３０１の２Ｄ配列を有し、アルミニウム電極３０１はギャップ３０１ａで離間され、基板の上面に配置されている。各電極３０１は、基板３０２に埋め込まれた回路３０２ａを介してアドレスすることができる。各電極は、それぞれの平坦な鏡を形成する。配向層３０３は、
【００８２】
電極の配列上に置かれ、液晶層３０４は、配向層３０３上に置かれる。第２の配向層３０５は、ガラスなどの平坦な透明層３０６上に置かれる。ＩＴＯなどの単一の透明電極３０７は、透明層３０６と、第２の配向層３０５との間に置かれる。
【００８３】
各方形電極３０１は、透明電極３０７の上方の領域と、介在する液晶材料とともに、しばしば画素と呼ばれる、制御可能な位相変調素子３０８を画定する。有効画素領域、すなわちフィルファクタは、画素同士の間の空間３０１ａを考慮に入れた、光学活性な総画素の割合である。透明電極３０７に対して、各電極３０１に印加される電圧を制御することによって、各位相変調素子の液晶材料の特性が変化する場合があり、これによって入射光に可変遅延がもたらされる。この効果は、波面に位相限定変調をもたらすものであり、すなわち振幅効果は生じない。
【００８４】
説明したＬＣＯＳ  ＳＬＭは、空間的に変調された光を反射させて出力する。反射型ＬＣＯＳ  ＳＬＭには、信号線、ゲート線、およびトランジスタが鏡面の下方にあることによって、フィルファクタが高く（通常は９０％よりも高い）、かつ解像度が高くなるという利点がある。反射型ＬＣＯＳ空間光変調器を使用することの別の利点は、液晶層の厚さを、透過装置が用いられた場合に必要な厚さの半分にできることである。これにより、液晶のスイッチング速度が飛躍的に向上する（動画を投影するための大きな利点となる）。しかしながら、本開示の教示は、透過型ＬＣＯＳ  ＳＬＭを使用して同等に実施されてもよい。
【００８５】
ホログラムのマッピング方式
単なる例として、図４Ａは、４行４列からなる［４×４］の規則配列で配置された１６のホログラム画素を含む、ホログラムを示す。以後、各画素に対して用いられる２桁の番号は、行番号と、その後の列番号とを含む。１桁目は行番号を表し、２桁目は列番号を表す。例えば、「２３」は、２行３列にあるホログラム画素値を表す。実際には、各ホログラムは、任意の数の画素、例えば、１０２４行、５１２列の画素を含んでもよいことは理解されよう。
【００８６】
前述のことから理解されるように、各ホログラム画素はホログラム画素値を有し、ホログラム画素値は、振幅値、位相値、あるいは振幅値と位相値とを有する複素数であってもよい。本明細書における、位相限定値を含むホログラム画素に対する参照は、いずれも単なる例である。例えば、各ホログラム画素値は、０〜２πラジアンの範囲の位相遅延値を表す場合がある。例えば、ホログラム画素「２３」は、π／２のホログラム画素値を有してもよい。ホログラム画素「２３」に入射する光は、π／２で遅延される。各ホログラム画素は、対応するホログラム画素値を「表示」するように個別に制御される。全体として、ホログラムは、入射光波面に位相遅延分布を適用する。
【００８７】
ホログラムは、空間光変調器に表示されてもよい。従来の構成では、ホログラム画素と、空間光変調器の光変調画素との間に、一対一相関（またはマッピング）がある。図４Ａは、したがって［４×４］のホログラムを表示させるために使用可能な、空間光変調器の光変調画素の［４×４］の配列を同等に表す。例えば、ホログラム画素「２３」（すなわち、前述の例のπ／２）のホログラム画素値は、［４×４］の光変調画素を含む空間光変調器の、光変調画素「２３」に書き込まれてもよい。より詳細には、光変調画素「２３」は、空間光変調器の画素「２３」の領域に入射する光がπ／２ラジアンで遅延されるように、局所的な液晶を駆動するようにアドレスされる。液晶セルを駆動することは、液晶セル全体に電圧を印加することを含み、これにより局所的な液晶に傾斜および／またはねじれが生じ、液晶の複屈折を利用して、電圧制御された屈折率を効果的に提供し、この液晶セルを通る光の伝播を、ソフトウェア制御された量で遅延させる。
【００８８】
図４Ｂは、光変調画素の規則配列を含む空間光変調器における、光変調画素４００などの光変調画素の配置を示す。各光変調画素は、画素サイズ４１０を有する。隣接する光変調画素は、規則的な画素間ギャップ４２０によって分離される。配列の周期４３０、および光変調画素の配列を照明するのに用いられる光の波長が、その配列の周期性によって回折角度を決定し、したがって空間光変調器から少し離れたホログラフィック再生フィールドのサイズが決定される。
【００８９】
ホログラフィック再生フィールドのサイズＩは、以下の式によって求められる。
Ｉ＝２Ｌｔａｎθ      （１）
ここで、Ｌは空間光変調器からホログラフィック再生平面までの距離、θは回折角度であり、
【数１】
2019204087.tif 000003
で定義される。
ここでδは、本明細書では「周期」（図４Ｂの参照符号４３０を参照）と呼ばれ、λは、ホログラフィック再構成の形成に用いられる光の波長である。周期δは、空間光変調器で表示できる最大空間周波数を表す。
【００９０】
再生フィールドに形成され得る最小の特徴は、「分解能素子（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」、「結像スポット」、または「画像画素」と呼ばれてもよい。四角形の開口のフーリエ変換はｓｉｎｃ関数であり、したがって空間光変調器の開口は、各画像画素をｓｉｎｃ関数と定義する。より詳細には、再生フィールド上の各画像画素の空間輝度分布は、ｓｉｎｃ関数である。各ｓｉｎｃ関数は、ピーク輝度の一次回折次数と、一次回折次数から半径方向に離れて延伸する、輝度が低下した一連の高次回折次数とを含むものとみなされてもよい。各ｓｉｎｃ関数のサイズ（すなわち、各ｓｉｎｃ関数の物理的または空間的範囲）は、空間光変調器のサイズ（すなわち、光変調素子、または空間光変調器画素の配列によって形成された、開口の物理的または空間的範囲）によって決定される。具体的には、光変調画素の配列によって形成された開口が大きいほど、画像画素は小さくなる。
【００９１】
色の異なるホログラフィック再構成同士のサイズが異なることによって、知覚されるカラー再構成の品質が著しく低下するが、これは、（１）異なるホログラフィック再構成の全体サイズの不整合、および（２）各ホログラフィック再構成における結像スポットの位置間不整合による。上記の背景技術で述べたように、本発明者は、各カラーチャネルに対して長さが異なるフーリエ経路を使用して、不整合に対処するための技術について以前に開示しており、例えば、英国特許第２，５４７，９２９号明細書を参照されたい。
【００９２】
図５〜図８はそれぞれ、本開示のいくつかの実施形態による、第１、第２、第３、および第４のホログラムマッピング方式を示す。説明される手法は、各ホログラム画素に割り当てられた、使用可能な光変調画素の数と、光変調画素の最大数とに応じて、任意の数のホログラムマッピング方式を含んでもよいことは理解されよう。ホログラムマッピング方式は、不整合の問題に対する代替的な解決策の一部として使用されてもよく、あるいはより広範には、ホログラフィック再生フィールドのサイズを動的に、切り替え可能に、または選択的に変更する方法の一部として使用されてもよい。各方法、および各実施形態で説明される個々の光変調画素は、同一で一定のサイズのものである。いくつかの実施形態において、光変調画素は、２０００ｎｍ未満、任意で５００ｎｍ未満または２５０ｎｍ未満などの１０００ｎｍ未満の画素サイズ（例えば、幅）を有する。
【００９３】
図５は、第１のホログラムマッピング方式の例を示し、図４Ａの［４×４］のホログラムを表示するために、［１６×１６］の光変調画素の配列が用いられる。各ホログラム画素値は、［４×４］のグループまたは組を形成する、１６の光変調画素に表示される。例えば、ホログラム画素「１１」のホログラム画素値は、最上段左端にある［４×４］の光変調画素のグループに表示される。例えば、ホログラム画素「４４」のホログラム画素値は、最下段右端にある［４×４］の光変調画素のグループの、全部で１６の光変調画素に表示される。光変調画素の配列は、最大限に使用されている。つまり、すべての使用可能な光変調画素が、ホログラムを表示するために使用される。
【００９４】
図６は、第２のホログラムマッピング方式の例を示し、［４×４］のホログラムを表示するために、［１６×１６］の光変調画素の代替的な使用を行う。第２のホログラムマッピング方式は、各ホログラム画素値を表示するために、第１のホログラムマッピング方式よりも少ない光変調画素を使用する。各ホログラム画素値は、［３×３］のグループまたは組を形成する、９個の光変調画素に表示される。例えば、ホログラム画素「１１」のホログラム画素値は、最上段左端にある［３×３］の光変調画素のグループの、全部で９個の光変調画素に表示される。
【００９５】
図７は、第３のホログラムマッピング方式の例を示し、［４×４］のホログラムを表示するために、［１６×１６］の光変調画素の代替的な使用を行う。第３のホログラムマッピング方式は、各ホログラム画素値を表示するために、第２および第１のホログラムマッピング方式よりも少ない光変調画素を使用する。各ホログラム画素値は、［２×２］のグループまたは組を形成する、４つの光変調画素に表示される。例えば、ホログラム画素「１１」のホログラム画素値は、最上段左端にある［２×２］の光変調画素のグループの、全部で４つの光変調画素に表示される。
【００９６】
図８は、第４のホログラムマッピング方式の例を示し、［４×４］のホログラムを表示するために、［１６×１６］の光変調画素の代替的な使用を行う。第４のホログラムマッピング方式は、各ホログラム画素値を表示するために、第３、第２、および第１のホログラムマッピング方式よりも少ない光変調画素を使用する。各ホログラム画素値は、１つの光変調画素に表示される。例えば、ホログラム画素「１１」のホログラム画素値は、最上段左端にある光変調画素に表示される。第４のホログラムマッピング方式は、従来の一対一のマッピング方式である。
【００９７】
第１、第２、および第３のホログラムマッピング方式では、各ホログラム画素のホログラム画素値は、複数の光変調画素に表示される、または書き込まれる。光変調画素の数は、したがってホログラム画素の数よりも多くなる。各ホログラム画素値を表示する複数の光変調画素は、配列上に連続的な領域を形成する。言い換えれば、各ホログラム画素値を表示する複数の光変調画素は、隣接したグループを形成する。各ホログラム画素値は、同じ数の光変調画素に表示される。光変調画素の隣接したグループのそれぞれは、より大きい単一の光変調画素として効果的に機能する。つまり、各ホログラム画素により大きい光変調領域が割り当てられる。第１、第２、および第３のホログラムマッピング方式は、より大きい画素でホログラムを表示するところが類似している。光変調画素の隣接したグループの各光変調画素は、「サブピクセル」と呼ばれてもよい。いくつかの実施形態では、光変調画素の隣接したグループのアスペクト比は、単一の光変調画素のアスペクト比と同じであるが、他の実施形態では、アスペクト比が異なる。有利には、アスペクト比の違いは、再生フィールドにより好ましい形状を与えるために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、隣接した光変調画素のグループは、長方形を形成する。つまり、隣接したグループは長方形の光変調領域を形成する。例えば、隣接したグループは、［ｘ×ｙ］の光変調画素を含んでもよく、［ｙ×ｘ］のアスペクト比を有する長方形の再生フィールドを提供するために、ｘ≠ｙになる。
【００９８】
第１、第２、第３、および第４のホログラムマッピング方式において、ホログラム画素は、再配置、またはシャッフルされていないことは理解されよう。各光変調画素、または光変調画素のグループの相対位置は、ホログラム画素の配列内の、対応するホログラム画素の相対位置と空間的に一致する。言い換えれば、各ホログラム画素値の行および列の相対位置が、表示中は維持される。各ホログラム画素の空間配置、または相対位置の情報が、ホログラムマッピング方式によって保存されると言ってもよい。
【００９９】
例示的な第２、第３、および第４のホログラムマッピング方式が図示しているように、ホログラムを表示するために、空間光変調器のすべての画素が使用されるわけではない。光変調画素の使用可能な配列が、完全に活用されているわけではないと言ってもよい。しかしながら、図示されていない他の実施形態では、使用されていない光変調画素は、以下で述べるタイリング方式で使用されてもよく、この方式では、ホログラムの少なくとも一部が繰り返される。
【０１００】
第１、第２、および第３のホログラムマッピング方式は、ホログラム画素と複数の光変調画素との間に一対多の画素相関が存在するように、複数の光変調画素の、光変調画素の隣接したグループに各ホログラム画素値を表示することによって、複数の光変調画素にホログラムを表示する例を提供する。
【０１０１】
一対多の画素相関を有する少なくとも１つのホログラムマッピング方式を含む、別のホログラムマッピング方式の使用は、例示的な赤色、緑色、および青色のホログラフィック再構成（または画像）のサイズが、数式１および数式２を用いて計算されている以下の例を見ると、さらによく理解することができる。
【０１０２】
空間光変調器は、光変調素子または画素の２Ｄ配列を含む。再生平面にホログラフ的に投影される画像は、２Ｄ画像になる。以下の例では、２つの寸法のうちの１つにおける、いくつかのサブピクセルまたは距離に対して、１つのサブピクセルおよび距離が参照される。説明されるパラメータは、２つの寸法（例えば、幅および高さ）に延伸することは理解されよう。例えば、ｎサブピクセルを使用するマッピング方式という言い方は、［ｎ×ｎ］のサブピクセルを含むサブピクセルの領域に対する省略表現として用いられる。同様に、本明細書におけるｙｍｍの画像サイズという言い方は、［ｙ×ｙ］ｍｍのサイズを有する２Ｄ画像の省略表現として用いられる。
【実施例１】
【０１０３】
以下の表１は、赤色（６３０ｎｍ）、緑色（５３２ｎｍ）、および青色（４５０ｎｍ）のホログラフィック再構成のサイズが、それぞれの対応するホログラム画素を表示するのに用いられるサブピクセルの数にどのように依存するかを示す。
【０１０４】
【表１】
2019204087.tif 000004
【０１０５】
表１の列１は、グループごとの光変調画素（またはサブピクセル）の数を表す。この例では、各光変調画素は、７５０ｎｍの画素サイズを有し、空間光変調器から再生平面までの距離Ｌは、１００ｍｍである。グループの合計サイズは、したがってグループごとのサブピクセルの数と、画素サイズとを乗算したものである。合計サイズは、各ホログラム画素値に割り当てられた、各光変調領域の大きさを表し、回折角度を決定する。表１の第４、第５、および第６の列は、表示されたホログラムがそれぞれ赤色、緑色、および青色光で照明されたときの、計算された画像サイズを示す。
【０１０６】
赤色、緑色、および青色のホログラフィック再構成（つまり、画像）に４サブピクセル（より詳細には、［４×４］サブピクセル）が使用される場合、最大画像（赤色）と、最小画像（青色）との間のサイズ不整合は、（幅および高さが）６．０７４ｍｍである。しかしながら、青色画像に３サブピクセル（すなわち、［３×３］）のみが使用される場合は、サイズ不整合が３．３１３ｍｍに低減され、これは青色画像のサイズが、（各方向へ）１．９４７ｍｍ増加して１９．０３３ｍｍになるため、緑色画像が最小画像になる。結像スポットの数はホログラムマッピング方式に影響されないので、これに対応して結像スポットの位置間不整合の改善も達成される。画像サイズが大きくなることによって、例えば、隣接する結像スポット同士の間隔が大きくなる（つまり、結像スポットの密度が減少する）。したがって、カラー画像同士の間の不整合が低減されるため、複合カラー画像の向上が達成される。この方法は、不整合を許容可能なレベルまで低減するために使用されてもよく、あるいは不整合を許容可能なレベルまで低減することと併せて使用される、他の方法に対する需要を低減するために使用されてもよい。したがって、第１のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために第１の数の光変調画素を使用し、第２のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために第２の数の光変調画素を使用するステップを含む方法が提供される。
【０１０７】
表１の例では、赤色、緑色、および青色画像に、一対多の画素相関が用いられる。しかしながら、他の例では、対応する第１の画像と第２の画像との間の不整合を低減するために、第１のホログラムは一対多の画素相関（例えば、図５、図６、または図７）を用いて光変調画素にマッピングされ、第２のホログラムは一対一の画素相関（例えば、図８）を用いて光変調画素にマッピングされてもよいことは理解されよう。したがって、本方法は、（ｉ）ホログラムと複数の光変調画素との間に一対多の画素相関が存在するように、光変調画素の隣接したグループに各ホログラム画素値を表示することによって、複数の光変調画素に第１のホログラムを表示するステップと、（ｉｉ）第２のホログラムと複数の光変調画素との間に一対一相関が存在するように、対応する光変調画素に第２のホログラム画素値のそれぞれを表示することによって、複数の光変調画素に第２のホログラムを表示するステップとを含んでもよい。
【実施例２】
【０１０８】
第２の例では、各光変調画素は、１０００ｎｍの画素サイズを有し、画素間ギャップは５０ｎｍであり、空間光変調器から再生平面までの距離Ｌは、３００ｍｍである。
【表２】
2019204087.tif 000005
【０１０９】
表２からは、赤色、緑色、および青色のホログラムにそれぞれ４サブピクセルが使用される場合、サイズ不整合（再生平面における最大画像と最小画像との間のサイズの相違）は１３．４２３ｍｍであることがわかる。しかしながら、各色に異なる数の光変調画素が使用されれば、サイズ不整合を低減することができる。この例では、赤色に６サブピクセルが使用され、緑色に５サブピクセルが使用され、青色に４サブピクセルが使用される場合、サイズ不整合（青色画像と赤色画像との間のサイズの相違）は、３３．３８５−３１．２８２ｍｍ＝２．１０３に低減され、これは６倍を上回る向上となる。
【０１１０】
実施形態では、ホログラフィック再生平面におけるサイズ不整合を減少させるために、各ホログラム画素を表示するために使用されるサブピクセルの数が、波長とともに増加する。実施形態では、赤色ホログラムの各ホログラム画素値を表示するために使用されるサブピクセルの数は、緑色ホログラムの各ホログラム画素値を表示するために使用されるサブピクセルの数よりも多く、かつ任意で、緑色ホログラムの各ホログラム画素値を表示するために使用されるサブピクセルの数は、青色ホログラムの各ホログラム画素値を表示するために使用されるサブピクセルの数よりも多い。
【０１１１】
また、本開示によるサブピクセルグループの使用により、図９Ａおよび図９Ｂを参照して理解できるように、多波長プロジェクタでホログラフ的に形成された画像画素数が、さらにうまく活用される。具体的には、図９Ａは、ＦＳＣ方式でホログラムを表示するように構成された、空間光変調器９２０を示す。赤色再生フィールド９００Ｒは、空間光変調器９２０に表示された、対応するホログラムによって回折された赤色光９３０Ｒを用いて、再生平面９４０に形成される。緑色再生フィールド９００Ｇは、緑色光９３０Ｇを用いて、同様に再生平面９４０に形成される。青色再生フィールド９００Ｂは、青色光９３０Ｂを用いて再生平面９４０に形成される。数式１および数式２に従って、赤色再生フィールド９００Ｒは、緑色再生フィールド９００Ｇよりも大きく、これは同様に、青色再生フィールド９００Ｂよりも大きい。これは、図９Ｂにさらに図示されている。
【０１１２】
前述のことから理解されるように、赤色画像は赤色再生フィールド９００Ｒ内でホログラフ的に再構築され、緑色画像は緑色再生フィールド９００Ｇ内でホログラフ的に再構築され、青色画像は青色再生フィールド９００Ｂ内でホログラフ的に再構築される。
【０１１３】
各画素が赤色、緑色、および青色光を含み得る複合カラー画像は、再生平面の重複領域を使用してのみ表示され得る。つまり、赤色、緑色、および青色画像のコンテンツが表示され得る領域である。重複領域は、最小の再生フィールドの領域、すなわち青色再生フィールド９００Ｂであることは言うまでもない。ＦＳＣ方式でフルカラー画像を表示するために重複領域が使用される場合、赤色および緑色の画素の一部が重複領域の外側になるために、赤色および緑色の画像が含む画素は青色画像よりも少ない。
【０１１４】
下の表３は、青色画像が１０２４×１０２４画像画素を含んでいる例を示す。具体的には、表３は、画像画素数および画像の品質を一層最適化するために、第１のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために第１の数の光変調画素を使用し、第２のホログラムの各ホログラム画素値を表示するために第２の数の光変調画素を使用する概念をどのように使用できるかを示している。赤色、緑色、および青色に対して異なる数のサブピクセルを使用することは、重複領域に赤色および緑色の画素がより多く形成されることを意味すると言える。
【表３】
2019204087.tif 000006
【０１１５】
表３からは、赤色および緑色の各ホログラム画素を表示するためにサブピクセルの数を増やすことによって、重複領域における赤色および緑色の画像画素の数がそれぞれ増加することがわかる。具体的には、重複領域の赤色の画素数は９５９−７３０画素＝２２９画素増加し、重複領域の緑色の画素数は９７０−８６５画素＝１０５画素増加する。これは、重複領域における赤色の画像画素の数が４０％増加し、重複領域における緑色の画像画素の数が１２％増加したことと等しい。
【０１１６】
各ホログラム画素値を表示するために使用されるサブピクセルの数によって、ホログラムの表示に必要な光変調画素の総数が決定する。ホログラムの表示に必要な光変調画素の総数によって、空間光変調器の光変調領域が画定される。各計算機合成ホログラム（赤色、緑色、または青色）は、例えば、１０２４×１０２４のホログラム画素値を含んでいてもよい。１μｍの画素ピッチ（画素サイズに画素間ギャップを加えたもの）を有する６つの光変調画素が、各赤色ホログラム画素値（すなわち、赤色のホログラム画素ごとに６×６サブピクセルが使用される）を表示するために使用される場合、赤色ホログラムを表示するために必要な光変調領域は、幅および高さが６×１０００×１０２４＝６．１ｍｍになる。サイズが１μｍの４つの光変調画素が、各青色ホログラム画素値を表示するために使用される場合、青色ホログラムを表示するために必要な光変調領域は、４．１×４．１ｍｍになる。したがって、実施例２などのいくつかの実施形態では、赤色の光変調領域（つまり、赤色のホログラムを表示するために使用される光変調領域）は、サイズ（例えば、幅および／または面積）が緑色の光変調領域よりも大きく、同様に青色の光変調領域よりも大きい。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、空間光変調器を照明する光点の直径は、対応するホログラムを表示するために用いられる、光変調領域の物理サイズ（例えば、ミリメートル単位の幅、および／またはミリメートル平方の面積）に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、光点の１つの寸法は、対応するホログラムの１つの寸法とほぼ一致する。例えば、光点の直径は、対応するホログラムを表示するために使用される光変調領域の幅と一致してもよい。いくつかの実施形態では、光変調領域の形状は、照明システムからくる光点の形状とほぼ同じであり、この実施形態では、光点のサイズは、光変調領域のサイズとほぼ等しくてもよい。他の実施形態では、光変調領域と光点とは形状が異なってもよいが、やはり一致していてもよい。一致させることは、ホログラフィック再構成の品質を良くするために、光変調領域の外側を照明して光のエネルギーを浪費することなく、光変調領域内の各光変調画素が確実に十分な光を受けるようにすることを含む。いくつかの実施形態では、光変調領域は四辺形（例えば、正方形または長方形）であり、各照明システムによる光点の出力は楕円形または円形である。光点のサイズは、光変調領域がわずかに過充填になるようなサイズにしてもよい。つまり、照明される領域は、光変調領域よりもわずかに大きい。光点のサイズは、光を受ける光変調領域の外側が、最小になるようなサイズにしてもよい。光点のサイズは、無駄になる光エネルギーの量が最小になるようなサイズにしてもよい。光点の輝度は、断面において不均一であってもよい。例えば、光点の空間輝度は、ガウシアンであってもよい。光点のサイズは、光変調領域を照明する光点の輝度が、光変調領域内のすべての点において、最大輝度の少なくとも１／ｅ２になるように選択されてもよい。あるいは、光点のサイズは、光点の輝度が、光変調領域の４つの角、または光変調領域を区切る４つの各辺の４つの中点など、光変調領域上の選択された点で、最大１／ｅ２になるように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、光点の直径は、光変調領域のサイズとともに大きくなる。
【０１１８】
図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、空間光変調器を照明する光点の直径が、照明光の波長に依存する、または波長の関数である実施形態を示す。図１０Ａは、ホログラム画素ごとに４サブピクセル（より詳細には［４×４］）を含む青色のホログラムを照明するのに適した青色光を出力するように構成された、第１の照明システムを示す。より詳細には、図１０Ａは、半角θを有する、発散する青色光を放射する、青色レーザーダイオード１０１０Ｂを示す。レンズ１０２０Ｂは、青色レーザーダイオード１０１０Ｂからの焦点距離Ｆ１に配置され、その結果、ビーム直径Ｄ１を有するコリメートされた青色光が、下流のレンズ１０２０Ｂで形成される。図１０Ｂは、ホログラム画素ごとに５サブピクセルを含む緑色のホログラムを照明するのに適した緑色光を出力するように構成された、第２の照明システムを示す。より詳細には、図１０Ｂは、半角θを有する、発散する緑色光を放射する、緑色レーザーダイオード１０１０Ｇを示す。レンズ１０２０Ｇは、緑色レーザーダイオード１０１０Ｇからの焦点距離Ｆ２に配置され、その結果、ビーム直径Ｄ２を有するコリメートされた緑色光が、下流のレンズ１０２０Ｇで形成される。図１０Ｃは、ホログラム画素ごとに６サブピクセルを含む赤色のホログラムを照明するのに適した赤色光を出力するように構成された、第３の照明システムを示す。より詳細には、図１０Ｃは、半角θを有する、発散する赤色光を放射する、赤色レーザーダイオード１０１０Ｒを示す。レンズ１０２０Ｒは、赤色レーザーダイオード１０１０Ｒからの焦点距離Ｆ３に配置され、その結果、ビーム直径Ｄ３を有するコリメートされた赤色光が、下流のレンズ１０２０Ｒで形成される。青色レーザーダイオード１０１０Ｂによって放射された青色光の発散角は、緑色レーザーダイオード１０１０Ｇによって放射された緑色光の発散角と同じであり、同様に、赤色レーザーダイオード１０１０Ｒによって放射された赤色光の発散角と同じである。言い換えれば、青色光システム（図１０Ａ）における半角θは、緑色光システム（図１０Ｂ）の半角θと同じであり、同様に、赤色光システム（図１０Ｃ）の半角θと同じである。この実施形態では、青色照明システムの開口数は、緑色照明システムの開口数とほぼ等しく、同様に、赤色照明システムの開口数とほぼ等しいと言ってもよい。図１０Ａ〜図１０Ｃは、完全に照明される（つまり、全直径にわたって照明される）コリメーティングレンズを示しているが、本開示は、コリメーティングレンズのアンダーフィリングにも同等に適用可能であり、この場合、３つの照明システムの動作開口数も同じであると言ってもよい。いくつかの実施形態では、赤色ホログラムの照明に用いられる赤色光点の直径Ｄ３は、緑色ホログラムの照明に用いられる緑色光点の直径Ｄ２よりも大きく、同様に、青色ホログラムを照明するのに用いられる青色光点の直径Ｄ１よりも大きい。
光変調領域のサイズが小さくなると、対応する照明システムからくる、必要とされるビーム直径Ｄが小さくなる。同様に、対応する照明システムの、必要とされるコリメーティングレンズの焦点距離Ｆが小さくなる。したがって、赤色ホログラムの表示に使用されるよりも、緑色および青色のホログラムの表示に使用されるサブピクセルが少ない場合、緑色照明システムのサイズ、および青色照明システムのサイズは、赤色照明システムのサイズよりも小さくてもよい。したがって、緑色および青色照明システムに必要な空間の物理容積が（赤色照明システムに比べて）削減され、より小型のプロジェクタが提供され得る。
【０１１９】
付加機能
図５〜図８の実施形態では、［４×４］のホログラムは、４つの異なるホログラムアドレス方式を用いて、同じ空間光変調器に表示される。いくつかの実施形態では、これはＦＳＣ方式で実施される。第１のフレームにおいて、第１のホログラムが、第１のホログラムアドレス方式を用いて空間光変調器にマッピングされ、第２のフレームにおいて、第２のホログラムが、第２のホログラムアドレス方式を用いて同じ空間光変調器にマッピングされてもよい。第１のフレームと第２のフレームとは、別の時間に表示されてもよい。第１のフレームおよび第２のフレームは、フレームの動画レートシーケンスなどの、一連のフレームのシーケンシャルフレームであってもよい。
【０１２０】
表１を参照した上述の例では、赤色および緑色ホログラムを表示するために図５のホログラムアドレス方式が用いられ、図６のホログラムアドレス方式は、青色ホログラムを表示するために用いられる。この場合も、いくつかの実施形態では、これはＦＳＣ方式で実施される。この事例では、第１の時間に第１のホログラムのホログラム画素値を表示し、第１の時間とは異なる第２の時間に第２のホログラムのホログラム画素値を表示するために、少なくとも１つの光変調画素が使用される。
【０１２１】
あるいは、別の第１のアドレス方式および第２のアドレス方式が、ＳＳＣ方式で使用されてもよい。このような実施形態では、第１のホログラムは第１の空間光変調器に表示され、第２のホログラムは第２の空間光変調器に表示される。これは、参照することによって本明細書に組み込まれる英国特許第２，５４７，９２９号明細書で開示されているような、３つの別のカラーチャネルが使用されるときに好ましい場合がある。言い換えれば、本明細書で開示されている方法は、不整合を低減するために、英国特許第２，５４７，９２９号明細書の方法と併せて用いられてもよい。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、本方法は、領域を有するホログラフィック再生フィールドを投影するために、波長を有する光で、表示されたホログラムを照明するステップと、第２の領域を有する第２のホログラフィック再生フィールドを投影するために、第２の波長を有する光で、第２の表示されたホログラムを照明するステップとをさらに含む。ホログラム、および第２のホログラムを表示するのに使用される光変調画素の数が異なることにより、領域と、第２の領域とがほぼ同じサイズになり得ることは理解されよう。異なる色成分同士の間の不整合が低減された複合カラー再生フィールドを形成するために、この領域と、第２の領域とは重ねられてもよい。
【０１２３】
他の実施形態では、本方法は、領域を有するホログラフィック再生フィールドを投影するために、波長を有する光で、表示されたホログラムを照明するステップと、第２の領域を有する第２のホログラフィック再生フィールドを投影するために、波長を有する光で、第２の表示されたホログラムを照明するステップとをさらに含む。ホログラムと、第２のホログラムとを表示するのに使用される光変調画素の数が異なることにより、ホログラフィック再構成のサイズが、動的に変化し得ることは理解されよう。したがって、サブピクセルの数を変更することを含む、画像サイズを変更する方法が提供される。
【０１２４】
実施形態では、単なる例として、電気的に作動するＬＣＯＳ空間光変調器に言及する。本開示の教示は、任意の電気的に作動するＳＬＭ、光学的に作動するＳＬＭ、デジタルマイクロミラー装置、またはマイクロ電気機械装置などの、本開示による計算機合成ホログラムを表示できる任意の空間光変調器で、同等に実施されてもよい。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、各照明はレーザーダイオードなどの、レーザーのような光源によって供給される。いくつかの実施形態では、ホログラフィック再構成または画像は、ディフューザ面またはスクリーン、例えば、ディフューザなどの受光面で形成される。
【０１２６】
ホログラフィック再構成の品質は、いわゆるゼロ次問題の影響を受ける場合があり、これは、画素化する空間光変調器を用いる際の回折する性質の結果である。このようなゼロ次光は「ノイズ」とみなすことができ、例えば、鏡面反射光、その他ＳＬＭからくる望ましくない光を含む。フーリエホログラフィの例では、この「ノイズ」は、ホログラフィック再構成の中心にある輝点につながる、フーリエレンズの焦点に集中する。ゼロ次光は、単に遮断されてもよいが、これは輝点が暗点に置き換わることを意味する。いくつかの実施形態は、ゼロ次のコリメートされた光線のみを除去するために、角度選択フィルタを備える。実施形態は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる欧州特許第２，０３０，０７２号明細書で説明されている、ゼロ次を管理する方法をさらに含む。
【０１２７】
図５の実施形態では、ホログラムが空間光変調器を満たす。つまり、ホログラムは空間光変調器の全画素を使用する。他の実施形態では（例えば、図６、図７、および図８）、ホログラムのサイズは、空間光変調器のサイズよりも小さい。このような他のいくつかの実施形態では、未使用の画素内で、ホログラムの一部（つまり、ホログラムの画素の隣接したサブセット）が繰り返される。この技法は、「タイリング」と呼ばれてもよく、これは、空間光変調器の表面領域がいくつかの「タイル」に分割され、そのそれぞれが、少なくとも１つのホログラムのサブセットを表す。各タイルは、したがって空間光変調器よりもサイズが小さい。いくつかの実施形態では、画像の品質を高めるために、「タイリング」の技法が実施される。具体的には、いくつかの実施形態は、ホログラフィック再構成に入れられる信号コンテンツの量を最大化しながら画像画素のサイズを最小化するために、タイリングの技法を実施する。いくつかの実施形態では、空間光変調器に書き込まれるホログラフィックパターンは、少なくとも１つの全タイル（つまり、完全なホログラム）、および少なくとも１つのタイルの断片（つまり、ホログラムの画素の連続するサブセット）を含む。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、一次再生フィールドのみが再生平面に伝播可能であり、システムは、高次再生フィールドがシステム全体に伝播するのを制限するために配置された、バッフルなどの物理ブロックを備える。
【０１２９】
例では、ＳＬＭを可視光で照明することについて説明しているが、当業者であれば、例えば、本明細書で開示されているように、光源およびＳＬＭは、赤外光、または紫外光を導くために同等に使用されてもよいことは理解されよう。例えば、当業者は、ユーザに情報を提供する目的で、赤外光、および紫外光を可視光に変換する技術を知っているであろう。例えば、本開示は、この目的のために、蛍光体および／または量子ドット技術を用いることを含む。
【０１３０】
いくつかの実施形態は、単なる例として、２Ｄホログラフィック再構成について説明する。他の実施形態では、ホログラフィック再構成は、３Ｄホログラフィック再構成である。つまり、いくつかの実施形態では、各計算機合成ホログラムは、３Ｄホログラフィック再構成を形成する。
【０１３１】
本開示によるホログラフィックプロジェクタは、ヘッドアップディスプレイ、または眼鏡型装置のような頭部装着式ディスプレイなどの、画像生成ユニットとして使用されてもよい。つまり、本開示によるホログラフィックプロジェクタを備える、ヘッドアップディスプレイ、頭部装着式ディスプレイ、および眼鏡型装置が提供される。いくつかの実施形態では、ホログラフィックプロジェクタを含む画像生成ユニットを有する、ヘッドアップディスプレイを備える乗物が提供される。乗物は、乗用車、トラック、バン、大型トラック、バイク、列車、航空機、ボート、または船であってもよい。
【０１３２】
本明細書で述べる方法および工程は、コンピュータ可読媒体で具体化されてもよい。「コンピュータ可読媒体」という用語は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、バッファメモリ、フラッシュメモリ、およびキャッシュメモリなどの、一時的または永久的にデータを記憶するように構成された媒体を含む。「コンピュータ可読媒体」という用語もまた、機械によって実行するための命令を記憶可能な任意の媒体、または複数の媒体の組み合わせを含むとみなされるものとし、その結果、命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されると、本明細書で説明した方法のうちの任意の１つ以上が、全体的に、または部分的に機械によって実行される。
【０１３３】
「コンピュータ可読媒体」という用語は、クラウドベースの記憶システムをさらに包含する。「コンピュータ可読媒体」という用語は、これに限定されないが、ソリッドステートメモリチップ、光学ディスク、磁気ディスク、またはこれらの任意の適切な組み合わせといった例示的な形態で、１つ以上の有形かつ非一時的なデータリポジトリ（例えば、データボリューム）を含む。いくつかの例示的な実施形態では、実行するための命令は、搬送媒体によって通信されてもよい。このような搬送媒体の例には、一時的な媒体（例えば、命令を通信する信号を伝播する）が含まれる。
【０１３４】
当業者には、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を加えられることは明らかであろう。本開示は、添付の特許請求の範囲、およびその均等物の範囲内のあらゆる修正および変更を包含する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【外国語明細書】
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