(57)【要約】  本発明は、ホログラフィ画像表示システム（２００）、ならびに関連する方法およびプロセッサ制御コードに関する。画像をホログラフィにより表示する方法であって、表示のために前記画像を定義する表示画像データを入力することと、前記画像データの第１の空間周波数部分を表す第１の画像データおよび前記画像データの第２の空間周波数部分を表す第２の画像データ（２０６）を決定するために前記画像データを処理することであって、前記第２の空間周波数は前記第１の空間周波数よりも高いことと、ホログラフィにより生成された中間実画像を形成するために空間光変調器（ＳＬＭ１）に前記第１の画像データのホログラム（２０４）を表示することと、前記画像を表示するために前記第２の画像データ（２０６）を使用して前記中間実画像の輝度を変調する第２の空間光変調器（ＳＬＭ２）と、を備える方法。
2011528132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像をホログラフィにより表示する方法であって、
表示のために前記画像を定義する表示画像データを入力することと、
前記画像データの第１の空間周波数成分を表す第１の画像データおよび前記画像データの第２の空間周波数成分を表す第２の画像データを決定するために前記画像データを処理することであって、前記第２の空間周波数は前記第１の空間周波数よりも高いことと、
ホログラフィにより生成された中間実画像を形成するために空間光変調器（ＳＬＭ）に前記第１の画像データのホログラムを表示することと、
前記画像を表示するために前記第２の画像データを使用して前記中間実画像を変調することと、を備える方法。
【請求項２】
前記ホログラムを前記表示することは、前記第１の画像データから前記画像データの前記第１の空間周波数成分を表すホログラム・データを生成することを備え、前記第２の画像データを前記決定することは、前記ホログラム・データから中間画像データを決定することであって、前記中間画像データは前記ホログラムによって形成された前記中間実画像を表すことと、前記中間画像データおよび前記表示画像データを処理して前記第２の画像データを決定することとを備える請求項１に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項３】
前記第１の画像データから前記画像データの前記第１の空間周波数成分を表すホログラム・データを前記生成することは、前記画像データの縮小解像度バージョンを形成することと、前記画像データの前記縮小解像度バージョンのピクセルに対して、ピクセルごとに置換値を識別することと、前記置換ピクセル値から前記ホログラム・データを生成することとを備える請求項２に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項４】
前記置換ピクセル値はピーク・ピクセル値を備える請求項３に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項５】
前記ホログラムを前記表示することは、前記空間光変調器を使用してレーザー光源からの光を位相変調することを備え、前記中間実画像を前記変調することは、第２の空間光変調器を使用して前記中間実画像を輝度変調することを備える請求項１から４のいずれかに記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項６】
前記変調することは、前記第２の空間光変調器を駆動させるための変調データを前記第２の画像データから決定することを備え、前記変調データを前記決定することは、輝度変調の光学効率を高めるように前記変調データを調整することを備える請求項５に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項７】
前記調整することは、前記第２の画像データのピクセル値を増大させるように前記第２の画像データを拡大縮小することを備える請求項６に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項８】
前記拡大縮小を補償するために前記レーザー光源からの前記光の輝度を制御することをさらに備える請求項７に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項９】
前記画像を表示するために前記変調中間実画像からの光を投射することをさらに備え、前記投射することは第２の中間実画像をディフューザに形成することを含む請求項１から８のいずれかに記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項１０】
前記第１の画像データの前記ホログラムを前記表示することは、複数の一時ホログラフィ・サブフレームを生成することおよび表示することを備え、第１の前記サブフレームの後の前記サブフレームは各々、１つまたは複数の以前の前記サブフレームにノイズを少なくとも部分的に補償するノイズを含む請求項１から９のいずれかに記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項１１】
前記画像はフルカラー画像を備える請求項１から１０に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項１２】
画像をホログラフィにより表示する方法であって、前記画像を前記画像のより低い解像度表現およびより高い解像度表現に分割することと、前記画像の前記より低い解像度表現のホログラムを空間光変調器に表示することと、前記画像の前記より低い解像度表現の中間実画像を生成するために前記ホログラムを照射することと、前記画像を表示するために前記画像の前記より高い解像度表現を使用して前記中間実画像の輝度を変調することとを備える方法。
【請求項１３】
前記画像の前記より高い解像度表現は、前記ホログラフィにより生成された前記画像のより低い解像度表現および前記画像の前記より高い解像度表現の組合せが前記画像に近似するように決定される請求項１２に記載の画像をホログラフィにより表示する方法。
【請求項１４】
画像をホログラフィにより表示するためのシステムであって、
表示のために前記画像を定義する表示画像データを受信する入力部と、
前記画像データの第１の空間周波数成分を表す第１の画像データおよび前記画像データの第２の空間周波数成分を表す第２の画像データを決定するために前記画像データを処理するプロセッサであって、前記第２の空間周波数は前記第１の空間周波数よりも高いプロセッサと、
ホログラフィにより生成された中間実画像を形成するために空間光変調器（ＳＬＭ）に前記第１の画像データのホログラムを表示するためのデータを出力する出力部と、
前記第２の画像データを使用して前記中間実画像を変調し、それにより前記画像を表示するためのデータを出力する出力部と、を備えるシステム。
【請求項１５】
画像をホログラフィにより表示するためにデータを処理する方法であって、
表示のために前記画像を定義する表示画像データを入力することと、
前記画像データの第１の空間周波数成分を表す第１の画像データおよび前記画像データの第２の空間周波数成分を表す第２の画像データを決定するために前記画像データを処理することであって、前記第２の空間周波数は前記第１の空間周波数よりも高いことと、
ホログラフィにより生成された中間実画像を形成するために空間光変調器（ＳＬＭ）に前記第１の画像データのホログラムを表示するためのデータを生成することと、
前記第２の画像データを使用して前記中間実画像を変調し、それにより前記画像を表示するためのデータを生成することと、を備える方法。
【請求項１６】
実行中に、請求項１５に記載の方法を実施するプロセッサ制御コードを搬送するためのキャリア。
【請求項１７】
ホログラフィ画像投射システムであって、
少なくとも１つのレーザー光源と、
前記少なくとも１つのレーザー光源からの光を変調する第１の空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記第１のＳＬＭのホログラムによって生成された実画像が形成される中間実画像プレーンを提供する中間光学素子と、
前記実画像を輝度変調するために前記中間実画像プレーンに位置する第２のＳＬＭと、
前記輝度変調された実画像の画像を投射する出力光学素子と、を備え、
前記第２のＳＬＭの解像度は前記第１のＳＬＭの解像度よりも大きいシステム。
【請求項１８】
前記第１および前記第２のＳＬＭの１つまたは両方は反射ＳＬＭを備え、前記第１および前記第２のＳＬＭの１つまたは両方は関連するビーム・スプリッタを有し、前記レーザー光源から前記出力光学素子への光学距離は折り返し光学距離を備える請求項１７に記載のホログラフィ画像投射システム。
【請求項１９】
前記出力光学素子は第２の中間実画像プレーンを提供するように構成され、前記出力光学素子は前記第２の中間実画像プレーンにディフューザを含む請求項１７または１８に記載のホログラフィ画像投射システム。
【請求項２０】
前記ディフューザは圧電作動式ディフューザである請求項１９に記載のホログラフィ画像投射システム。
【請求項２１】
前記第１のＳＬＭの作用面積は前記第２のＳＬＭの作用面積よりも小さい請求項１７、１８、１９、または２０に記載のホログラフィ画像投射システム。
【請求項２２】
前記第１のＳＬＭの前記作用面積は、１ｍｍ未満または０．５ｍｍ未満の最大横寸法を有する請求項２１に記載のホログラフィ画像投射システム。
【請求項２３】
前記第１のＳＬＭは少なくとも３つの量子化位相レベルを持つ多相ＳＬＭを備える請求項１７から２２のいずれか一項に記載のホログラフィ画像投射システム。
【請求項２４】
異なる波長の３つの前記レーザー光源を備え、各前記３つの波長が共通光学距離に沿って前記第１のＳＬＭに提供されるように光学素子を含み、それにより前記ホログラフィ画像投射システムはフルカラー表示を提供することができる請求項１７から２３のいずれか一項に記載のホログラフィ画像投射システム。
【請求項２５】
表示のために画像を定義する画像データを入力し、ホログラムを表示して第１の空間解像度で前記中間画像プレーンに前記実画像を形成するように前記第１のＳＬＭを制御し、前記実画像を第２のより高い空間解像度で輝度変調して表示のために前記画像を複製するように前記第２のＳＬＭを制御するコントローラをさらに備える請求項１７から２４のいずれか一項に記載のホログラフィ画像投射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィ画像表示システム、ならびに関連する方法およびプロセッサ制御コードに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに、ホログラフィにより画像を表示する技法について説明してきたが、たとえば、ＷＯ２００５／０５９６６０（Ｎｏｉｓｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｏｎｅ  Ｓｔｅｐ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ）、ＷＯ２００６／１３４３９８（Ｈａｒｄｗａｒｅ  ｆｏｒ  ＯＳＰＲ）、ＷＯ２００７／０３１７９７（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｎｏｉｓｅ  Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、ＷＯ２００７／１１０６６８（Ｌｅｎｓ  Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）、ＷＯ２００７／１４１５６７（Ｃｏｌｏｕｒ  Ｉｍａｇｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を参照されたい。これらはいずれも、全体として本願に引用して援用される。背景となる従来技術は、米国特許第３７７９４９２号、ＥＰ１６９７８０１、ＥＰ１３３２４７５に記載されている。
【０００３】
ホログラフィ画像表示技法の利点は、標準的な表示システムと比較して、コンパクトな光学システム、および高められた光学効率を含む。しかし、これまでに説明してきた技法は、高解像度の画像を表示する場合には計算処理上比較的高価であり、ハードウェア（ＡＳＩＣ）実施においては解像度がハードウェア構成と密接な関係にある。複数の空間的に同時の一時ホログラフィ・サブフレームが画像フレームごとに表示されるＯＳＰＲタイプの手法において、二相変調ではなく多相変調を採用することにより消費電力が低減されうるが、さらなる省電力化が望ましい。技法の実施態様に応じて、画像ピクセルとして見られるよりも多くのＳＬＭ（空間光変調器：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）ピクセルが採用されることもあるが、これは費用を増大させて縮小化を困難にするおそれもある。高コントラスト画像表示はまた、達成することが難しい可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、ホログラフィ画像表示システムの効率および画質を増強することができ、さらにシステムのサイズを縮小できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明の第１の態様によれば、ホログラフィにより画像を表示する方法が提供され、この方法は、表示のために前記画像を定義する表示画像データを入力することと、前記画像データの第１の空間周波数部分または成分を表す第１の画像データおよび前記画像データの第２の空間周波数部分または成分を表す第２の画像データを決定するために前記画像データを処理することであって、前記第２の空間周波数は前記第１の空間周波数よりも高いことと、ホログラフィにより生成された中間実画像を形成するために空間光変調器（ＳＬＭ）に前記第１の画像データのホログラムを表示することと、前記画像を表示するために前記第２の画像データを使用して前記中間実画像を変調することとを備える。
【０００６】
この方法の実施形態において、ホログラムを表示するＳＬＭの解像度は、比較的低く（中間実画像を輝度変調するＳＬＭの解像度よりも低い）、そのため、特にＡＤＯＳＰＲ（適応ＯＳＰＲ）のようなＯＳＰＲタイプの手法を使用する場合、ホログラムの計算が単純になる。ハードウェア実施態様において、小型で安価な非常に低電力のＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）が採用されうる。シミュレーションは、６４×６４またはそれよりもさらに低いＳＬＭ解像度であっても、ホログラムには十分でありうることを示している。
【０００７】
この方法の実施形態において、ホログラムを表示するＳＬＭの解像度は、画像の望ましい解像度とは実質的に無関係に選択されうる。したがって、ＳＬＭホログラムの解像度は、その低周波数成分内に含まれる画像エネルギーの典型的な比率に単に依存して選択されうる。ビデオ画像の解像度を高めることは、高周波数成分にエネルギーを追加するが、低周波数の内容を大幅に変化させることはない。したがって、この方法を具現する画像投射システムの解像度は、たとえばホログラムＳＬＭまたは関連するホログラム・データ処理を変更することなく増大されるなど、変更されてもよい。したがって、ホログラム・データ処理がＡＳＩＣのような専用のハードウェアによって実行される実施形態において、投射器の解像度は、ＡＳＩＣを変更することなく、または大幅に変更することなく増大されうる。
【０００８】
この方法の実施形態は、低エネルギーであるが知覚的に重要である残留バックグラウンド・ノイズが大幅にブロックされ、画像処理ＳＬＭが第２の画像データを使用して中間実画像を変調するので、高コントラスト表示をもたらすことができる。この方法の実施形態において、バックグラウンド・ノイズを低減するために（以前の特許出願において説明してきたような）エラー拡散は採用されないので、さらに計算コストを減少させる。
【０００９】
この方法を具現しているホログラフィ画像投射器は、容易に小型化可能にされうる。それは、ホログラムを表示するＳＬＭが、低解像度である（画像解像度よりも小さい）ことにより比較的小さい作用面積を有し、そのため物理的に小さい照明光学素子が採用されうるからである。さらに、照明光学素子を縮小するために、ホログラムを表示するＳＬＭのピクセルが非常に小さい横寸法を有する必要性は特にない。したがって、たとえば、照明光学素子は、たとえば５．６２μｍピクセルを備えるＳＬＭの現行世代の場合であっても、非常に小さいものでありうる。
【００１０】
ホログラムを表示する位相変調ＳＬＭより高い解像度の輝度変調ＳＬＭによる実施形態においては、中間実画像は輝度変調されるので、複数の実施形態においては、画像を形成するために、中間実画像の光の一部は画像処理（輝度変調）ＳＬＭによってブロックされる。しかし、これは標準的な画像処理システムにおいてブロックされる光よりもはるかに少なく、たとえシステムが「純粋な」ホログラフィ投射器よりもわずかに光学効率に劣っているとしても、全体的なシステム効率は、大幅に低減された計算要件により、著しく高まる可能性がある。
【００１１】
（後段においてさらに説明されるように）この方法を具現するホログラフィ画像投射器の実施形態において、ホログラムを表示するＳＬＭと、ホログラムによって生成される中間実画像を変調するＳＬＭとの間の調整は重要である。非常に大まかに言うと、ホログラムは、ホログラムによって形成された画像には存在しない高周波数空間成分を追加するためにより高い解像度ＳＬＭを使用して輝度変調される低解像度の中間実画像を形成する。したがって、理想的には、輝度変調ＳＬＭとホログラムを表示するＳＬＭとの間の調整は、輝度変調ＳＬＭの１から２ピクセル内である必要がある、すなわち、高周波数成分を追加する輝度変調ＳＬＭは、ホログラムを表示することによって形成される中間実画像のピクセル境界と１から２ピクセル以内で並ぶピクセルを有する必要がある。しかし、実際には、機械的な調整の要件は、ホログラムＬＳＭによって形成された中間実画像を輝度変調ＳＬＭの表面上の正しい位置に軸方向および横方向に移動するために、ホログラムＳＬＭ上のホログラムに焦点外れおよび／または位相勾配を追加することで緩和されうる（特にＯＳＰＲタイプのホログラフィ画像投射システムの光学素子の１つまたは複数のレンズをエンコードするコンテキストにおける、レンズ能力をホログラムにエンコードするための技法は、ＷＯ２００７／１１０６６８において説明され、その説明は本願に引用して援用される）。
【００１２】
この方法の実施形態において、第１（低解像度）および第２（高解像度）の画像データを提供するために、画像データの低および高空間周波数成分が抽出される。ホログラムがホログラムＳＬＭに表示されるときに、画像の低空間周波数を備える低解像度の画像データのバージョンを複製するように、ホログラムは低解像度の画像データから生成される。実施形態において、ホログラムを表示することは、画像データの低空間周波数成分のバージョンを与えるようにノイズ平均化して、中間実画像を提供する複数の一時サブフレームを表示することを備えることを、当業者は理解するであろう。一般に、中間実画像は、関連するノイズを有するので、画像データの低空間周波数部分または成分の厳密に正確な複製にはならない。したがって、この方法の好ましい実施形態は、期待される中間実画像（ノイズを含む）を計算し、輝度変調ＳＬＭに表示されるべき画像データの高空間周波数成分を、中間実画像から残される画像データの（高空間周波数）部分または成分として決定する。輝度変調は、実質的に、中間実画像に輝度変調ＳＬＭ上のパターン（第２の画像データ）を掛ける乗算を備える。したがって、低空間周波数成分のホログラフィ表示から残された高空間周波数成分を決定するため、実施形態において、画像データは、表示されたホログラムによって形成されるように計算される中間実画像で除算される。
【００１３】
輝度変調ＳＬＭは（光をブロックすることにより）中間実画像から光のみを除去するので、一部の好ましい実施形態において、ホログラムＳＬＭに表示されるホログラムが生成される第１の画像データは、画像データの減少された解像度を備え、各々減少された解像度ピクセルは導き出される画像ピクセルによって決まる値を有するが、好ましくは（ただし必須ではない）この値は導き出される画像ピクセル値のピーク値である。ピーク値を使用することにより、表示に望ましい画像のピクセルの値が、光をブロックすることにより正確に表されるようにすることができるが、その他の実施態様において、その他の統計が追加的または代替的に採用されてもよい。たとえば、この方法の実施形態において、エッジ効果を補償するために中間実画像がホログラフィにより生成される第１の画像データのピクセルに使用されるピーク値を変更することが有用となりうる。したがって、すべての画像ピクセルが、説明されるような置換ピクセル値を有する必要はない。
【００１４】
前述のように、中間実画像は一般に、特定量のノイズを有する。第２の（高空間周波数）画像データを正確に表すために、中間実画像のピクセルの最低瞬時レベルを決定してから、それに応じて（中間実画像のこのブロック・ピクセルは望ましい画像の対応する部分を表示するために最大光出力を効果的に制限するので）輝度変調ＳＬＭに表示される高空間周波数情報を拡大縮小する必要があると考えられうる。しかし、ノイズの統計的特性に応じて、たとえばノイズが特に低い明度を有する１つの中間画像ピクセルを結果としてもたらす場合、これは比較的に非効率的なシステムとなる可能性がある。この理由により、画像の正確なレンディションと光学効率のバランスを取ることが好ましいので、画像の領域の最大光出力を必ずしも、画像のその領域の実際に達成可能な明度を下まわるように低下させなくてもよい。その代わり、これを行うことにより全体的な光学効率が増大されうる場合は、表示される画像の一部のピクセルが理想値よりも低い値を有することができるようにすることは許容されてもよい。このことを達成する１つの方法は、（ノイズを伴う）中間実画像の計算されたバージョンを使用して第２の（高周波数）画像データの倍率を決定し、次いで微量の「クリッピング」を取り入れることを犠牲にして、ブロックする光を全体に少なくすることにより光学効率を増大させるように、この倍率を拡大縮小することである。しかし、当業者は、同様の結果を達成するためにその他の技法が採用されうることを理解するであろう。
【００１５】
この方法の一部の好ましい実施形態において、ホログラムを表示するためにＯＳＰＲタイプの技法が採用される、すなわちホログラムは、各々が再生時に概ね同じ空間カバレッジを有する複数のホログラフィ・サブフレームを、望ましい結果まで平均化するように間断なく表示することによって表示される。これは計算処理上、その他の技法よりもはるかにコストを低く抑える。しかし、適応ＯＳＰＲタイプの技法を採用することが特に好ましく、これは各々連続する一時サブフレームの（意図的に導入された）ノイズが、１つまたは複数の以前の一時サブフレームの表示から生じる再生画像のノイズを少なくとも部分的に補償することを目指すものである。この手法は、上記で説明されるように、表示される画像の光のベースライン・レベルを押し下げる効果を有する可能性もあるノイズの「スパイク」のリスクを低減する上で役立つので有用である。低レベルの「リップル」タイプのノイズは、中間実画像において中央値使用可能光レベルに比較的近いベースライン・レベルを可能にするが、スパイクはベースライン・レベル、ひいてはシステムの光学効率を押し下げ、および／またはノイズ（実質的に無視される場合）を取り込む傾向がある。
【００１６】
一部の好ましい実施形態において、画像は、輝度変調ＳＬＭから画面に向けて光を投射することによって表示される。好ましくは、スペックルの影響を低減するために、投射光学素子は、さらなる中間実画像プレーンにおいてディフューザを含み、特にプレーンは輝度変調ＳＬＭによって変調されたホログラムＳＬＭからの実画像を備える。ディフューザの拡散角度により、スペックルの低減と最終投射画像の被写界深度との間にはトレードオフがあり、角度が大きくなればスペックルは減少するが、被写界深度もまた減少する（０度の拡散角度は、実質的にディフューザが存在しない場合、投射器から概ねすべての距離において十分に焦点が合った投射画像をもたらす）。一部の特に好ましい実施形態において、ディフューザは、特に、たとえば二相ディフューザと併せて圧電アクチュエータを使用して、機械的に駆動される。好ましくは、ディフューザの最小機構サイズまたはピクセル・ピッチは、（ディフューザにおける）さらなる中間実画像のピクセル・ピッチよりも小さい。このようにして、スペックルは、それ以外の場合に比べて増大した空間周波数において軽減されうる（より大きいピクセル・ピッチで、ディフューザはさらに多くのＯＳＰＲタイプのサブフレームを追加する効果を得ることができる）。ディフューザが位置する中間画像のピクセルよりも小さいピクセルでスペックル低減ディフューザを使用してＯＳＰＲタイプのホログラフィ画像表示システムにおいて、視覚ノイズ低減の相乗効果が観察された。実施形態において、圧電アクチュエータは、少なくとも５μｍ、さらに好ましくは少なくとも１０μｍのストロークを有することができる（および／またはディフューザは好ましくは、１つまたは複数の一時サブフレームを備える画像フレームの継続期間内に２、５、または１０よりも多くのディフューザ・ピクセルによって移動される）。ＯＳＰＲベースおよびその他のタイプのホログラフィ画像表示システムへのディフューザの適用のさらなる詳細は、本願に引用して援用される先の２００８年１月７日の英国特許出願第ＧＢ０８００１６７．９号に記載されている。
【００１７】
好ましい実施形態において、マルチカラー、好ましくはフルカラー画像表示が提供される。これは、赤色、緑色、および青色レーザー（たとえば、大まかに言えば６００ｎｍよりも大きい、５００〜６００ｎｍ、および５００ｎｍ未満の波長）から光を組み合わせることにより達成されうる。これらは組み合わされて、単一の色時間マルチプレックスのビームとしてホログラムＳＬＭに提供されうる。実施形態において、ホログラムＳＬＭは、たとえば（ｘおよび／またはｙ方向に）５１２、２５６、１２８、６４、または３２ピクセルと等しいかまたはそれよりも小さい、比較的少数のピクセルを有することができるので、ホログラムＳＬＭの作用面積は、たとえば１ｍｍ未満の最大横寸法など比較的小さくなりうる。これは、ホログラムＳＬＭを照射する光学素子の縮小を促し、ひいてはホログラフィ画像表示の実施形態を縮小化する。
【００１８】
関連する態様において、本発明は、画像をホログラフィにより表示する方法を提供し、この方法は、前記画像を前記画像のより低い解像度表現およびより高い解像度表現に分割することと、前記画像の前記より低い解像度表現、さらに詳細には前記画像の前記より低い解像度表現の中間実画像を生成するために、前記画像の前記より低い解像度表現のホログラムを空間光変調器、好ましくは位相変調器に表示することと、前記画像を表示するために前記画像の前記より高い解像度表現を使用して前記中間実画像（前記画像の前記より低い解像度表現）の輝度を変調することと、を備える。
【００１９】
前述のように、一部の好ましい実施形態において、画像のより高い解像度表現は、ホログラフィにより生成された画像のより低い解像度表現および画像のより高い解像度表現の組合せが、表示に望ましい画像に近似するように決定される。表示される画像のピクセルの一部を「クリッピング」することによってシステムの全体的な光学効率を増大させるために、意図的に少量のノイズを取り入れることが望ましい（そうしない場合、ホログラフィにより生成された画像のノイズが全体的な表示画像の明度の低下に影響する）ことがあるので、近似化は厳密に正確である必要はない。
【００２０】
さらなる関連する態様において、前述の方法の態様および実施形態を実施するための手段を備えるホログラフィ画像表示システムが提供される。
【００２１】
したがって、１つの態様において、そのようなシステムは、表示画像データを入力し、望ましい画像を表示するために、それを処理して低空間周波数画像を表示するためのホログラム・データおよび表示に望ましい画像のより高い空間周波数成分を持つ低空間周波数画像を変調するための輝度変調データを決定する手段を備える。
【００２２】
もう１つの関連する態様において、本発明は、画像のより低い解像度表現およびより高い解像度表現に画像を分割する手段と、およびより低い解像度表現でホログラムを表示する手段と、画像を表示するために、表示されたホログラム（または複数のホログラフィ・サブフレーム）から再生された画像の輝度を変調する手段とを含むホログラフィ画像表示システムを提供する。
【００２３】
もう１つのさらなる関連する態様において、本発明は、画像をホログラフィにより表示するためのシステムを提供し、このシステムは、表示のために前記画像を定義する表示画像データを受信する入力と、前記画像データの第１の空間周波数部分または成分を表す第１の画像データおよび前記画像データの第２の空間周波数部分または成分を表す第２の画像データを決定するために前記画像データを処理するプロセッサであって、前記第２の空間周波数は前記第１の空間周波数よりも高いプロセッサと、ホログラフィにより生成された中間実画像を形成するために空間光変調器（ＳＬＭ）に前記第１の画像データのホログラムを表示するためのデータを出力する出力と、前記第２の画像データを使用して前記中間実画像を変調し、それにより前記画像を表示するためのデータを出力する出力とを備える。
【００２４】
前述のシステムの実施形態は、ハードウェアまたはソフトウェアもしくはその２つの組合せにより実施されてもよい。ホログラムを表示して中間実画像を変調するためのそれぞれの位相および輝度変調空間光変調器を駆動するために、共通の出力または別個の出力が採用されてもよい。
【００２５】
もう１つのさらなる関連する態様において、本発明は、画像をホログラフィにより表示するためにデータを処理する方法を提供し、この方法は、表示のために前記画像を定義する表示画像データを入力することと、前記画像データの第１の空間周波数部分または成分を表す第１の画像データおよび前記画像データの第２の空間周波数部分または成分を表す第２の画像データを決定するために前記画像データを処理することであって、前記第２の空間周波数は前記第１の空間周波数よりも高いことと、ホログラフィにより生成された中間実画像を形成するために空間光変調器（ＳＬＭ）に前記第１の画像データのホログラムを表示するためのデータを生成することと、前記第２の画像データを使用して前記中間実画像を変調し、それにより前記画像を表示するためのデータを生成することとを備える。
【００２６】
実施形態において、第２の（高空間周波数）画像データを決定することは、表示されたホログラムの再構成を計算することと、次いで、たとえばこの計算されたデータで除算して第２の（より高い空間周波数）画像を決定するなど、計算されたデータを使用して画像データを処理すること、すなわち画像データの残りの空間周波数成分がホログラフィにより生成された中間実画像に追加されて望ましい画像が複製されることとを備える。
【００２７】
関連する態様において、本発明は、上記で説明される方法を実施するためのプロセッサ制御コードを搬送するキャリアを提供する。
【００２８】
キャリアは、たとえば、ディスク、ＣＤまたはＤＶＤ−ＲＯＭ、もしくは読み取り専用メモリのようなプログラムされたメモリ（ファームウェア）であってもよい。コード（および／またはデータ）は、たとえば汎用コンピュータ・システムまたはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）用の、Ｃまたはアセンブリ・コードのような標準的なプログラミング言語（解釈済みまたはコンパイル済み）のソース、オブジェクト、または実行可能コードを備えることができるか、もしくはコードはＡＳＩＣ（特殊用途向け集積回路）またはＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ）をセットアップまたは制御するためのコード、またはＶｅｒｉｌｏｇ（商標）またはＶＨＤＬ（超高速集積回路ハードウェア記述言語：Ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ  ｓｐｅｅｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｈａｒｄｗａｒｅ  Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）のようなハードウェア記述言語のコードを備えることができる。当業者であれば理解するであろうように、そのようなコードおよび／またはデータは、相互に通信する複数の結合されたコンポーネント間で分散されてもよい。
【００２９】
もう１つのさらなる態様において、本発明は、少なくとも１つのレーザー光源と、前記少なくとも１つのレーザー光源からの光を変調、好ましくは位相変調する第１の空間光変調器（ＳＬＭ）と、前記第１のＳＬＭのホログラムによって生成された実画像が形成される中間実画像プレーンを提供する中間光学素子と、前記実画像を輝度変調するために前記中間実画像プレーンに位置する第２のＳＬＭと、前記輝度変調された実画像の画像を投射する出力光学素子とを備え、前記第２のＳＬＭの解像度は前記第１のＳＬＭの解像度よりも大きいホログラフィ画像投影システムを提供する。
【００３０】
動作中、前記第１のＳＬＭのホログラムによって生成された実画像は、投射された画像よりも低い解像度を有する。好ましい実施形態において、出力光学素子は、上記で説明されるように、ディフューザに第２の中間実画像プレーンを提供するように構成される。実施形態において、第１の（位相変調）ＳＬＭは、たとえば第２の（輝度変調）ＳＬＭのサイズの半分よりも小さい作用面積を有する。一部の好ましい実施形態において、第１のＳＬＭの作用面積は、１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満の最大横寸法を有する。一部の好ましい実施形態において、第１のＳＬＭは、効率のために二相ＳＬＭではなく、多相ＳＬＭ（少なくとも３つの量子化位相レベルを備える）である（これは共役のホログラフィにより生成された中間実画像の抑制を可能にする）。
【００３１】
好ましい実施形態において、システムは、フルカラー表示を提供するために、時間マルチプレックスの光源からの赤色、緑色、および青色レーザー光を組み合わせる結合光学素子を含む。システムは、上記で説明されるようにホログラフィ画像投射器を提供するためにコントローラと組み合わされてもよい。実施形態において、コントローラは、上記で説明される機能を提供し、１つまたは複数のレーザー光源からの光パワーを、特にホログラムＳＬＭからの計算された中間実画像に依存して、およびシステムの光学（回折）効率を増大するように適用された任意の拡大縮小に依存して、制御するようにさらに構成される。
【００３２】
大まかに言えば、上記で説明される態様の例および本発明の実施形態において、画像データは、１つは画像を表すより低い周波数空間データを備え、もう１つは画像を表すより高い周波数空間データを備える２つ（またはそれ以上）の部分に分割される。さらに詳細には、第１の部分／成分は、限られた空間周波数を有し、第２の部分／成分は任意の空間周波数を有する。したがって、第１の部分／成分は、空間周波数の第１のレンジを有し、第２の部分／成分はより高い空間周波数に及ぶレンジを有する。たとえばガンマ補正などのような追加の処理があってもよいので、データは、入力画像の空間周波数と必ずしも正確に等しくなくてもよく、画像の空間周波数の関数である。位相変調器を使用することは必須ではなく、振幅変調器も機能するが、効率のために位相変調器が好ましい。
【００３３】
本発明の上記およびその他の態様は単に例示として、添付の図面を参照し、これ以降さらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】例示の画像（左）および対応する電力スペクトル（右）を示す図である。
【図２】本発明によるホログラフィ画像投射システムの実施形態を示す図である。
【図３ａ】ホログラム・データ計算システムを示すブロック図である。
【図３ｂ】ホログラム・データ計算システムのハードウェア・ブロック内で実行される操作を示すブロック図である。
【図３ｃ】ランダム位相マトリクスによる乗算の前後のサンプル画像のエネルギー・スペクトルを示す図である。
【図３ｄ】複素ホログラフィ・サブフレーム・データの実数成分および虚数成分からの２つのサブフレームの同時生成のための並行量子化器を備えるホログラム・データ計算システムの例を示す図である。
【図４ａ】適応ＯＳＰＲタイプのシステムを示す概略ブロック図である。
【図４ｂ】同システムの例示の実施態様の詳細を示す図である。
【図５ａ】カラー・ホログラフィ画像投射システムを示す図である。
【図５ｂ】同システムの操作を表す画像、ホログラム（ＳＬＭ）、および表示画面プレーンを示す図である。
【図５ｃ】同システムの操作を表す画像、ホログラム（ＳＬＭ）、および表示画面プレーンを示す図である。
【図６ａ】増強された解像度の画像を表示するＮサブフレーム・ホログラムを生成するための手順およびシステムを示す図である。
【図６ｂ】増強された解像度の画像を表示するＮサブフレーム・ホログラムを生成するための手順およびシステムを示す図である。
【図７ａ】回折効率増強パラメータの効果を示す概略図である。
【図７ｂ】本発明の実施形態によるデュアル空間周波数位相、輝度ホログラフィ投射システム・コントローラの実施形態のソフトウェア実施態様を示す図である。
【図７ｃ】本発明の実施形態によるデュアル空間周波数位相、輝度ホログラフィ投射システム・コントローラの実施形態のハードウェア実施態様を示す図である。
【図８】位相ＳＬＭに表示された１６ホログラム・サブフレームにより形成された再生フィールドＩを示し（左）、フィールドＩを変調して図１のマスタングの画像を複製するために輝度変調ＳＬＭ２に表示する対応する高周波数画像を示す（右）図である。
【図９ａ】回折効率増強パラメータ値Ｄ（Ｄ＝１．０）に対するマスタングの画像の例を示す図である。
【図９ｂ】回折効率増強パラメータ値Ｄ（Ｄ＝１．３）に対するマスタングの画像の例を示す図である。
【図９ｃ】回折効率増強パラメータ値Ｄ（Ｄ＝１．５）に対するマスタングの画像の例を示す図である。
【図９ｄ】回折効率増強パラメータ値Ｄ（Ｄ＝２．０）に対するマスタングの画像の例を示す図である。
【図９ｅ】回折効率増強パラメータ値Ｄ（Ｄ＝４．０）に対するマスタングの画像の例を示す図である。
【図９ｆ】回折効率増強パラメータ値Ｄ（Ｄ＝８．０）に対するマスタングの画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の好ましい実施形態は、ＯＳＰＲタイプのホログラム生成手順を使用し、したがってそのような手順の例を後段で説明する。しかし、本発明の実施形態は、そのようなホログラム生成手順に限定されることはなく、Ｇｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ手順（Ｒ．Ｗ．ＧｅｒｃｈｂｅｒｇおよびＷ．Ｏ．Ｓａｘｔｏｎ、“Ａ  ｐｒａｃｔｉｃａｌ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｈａｓｅ  ｆｒｏｍ  ｉｍａｇｅ  ａｎｄ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｐｌａｎｅ  ｐｉｃｔｕｒｅｓ”Ｏｐｔｉｋ  ３５、２３７−２４６（１９７２））、またはその変形、Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｓｅａｒｃｈ（Ｍ．Ａ．Ｓｅｌｄｏｗｉｔｚ、Ｊ．Ｐ．ＡｌｌｅｂａｃｈおよびＤ．Ｗ．Ｓｗｅｅｎｅｙ、“Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｈｏｌｏｇｒａｍｓ  ｂｙ  ｄｉｒｅｃｔ  ｂｉｎａｒｙ  ｓｅａｒｃｈ”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．２６、２７８８−２７９８（１９８７））、シミュレートされたアニーリング（たとえば、Ｍ．Ｐ．Ｄａｍｅｓ、Ｒ．Ｊ．Ｄｏｗｌｉｎｇ、Ｐ．ＭｃＫｅｅ、およびＤ．Ｗｏｏｄ、“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ｔｏ  ｇｅｎｅｒａｔｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｗｅｉｇｈｔｅｄ  ｓｐｏｔ  ａｒｒａｙｓ：ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３０、２６８５−２６９１（１９９１）を参照）、またはＰＯＣＳ（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｏｎｔｏ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｓｅｔｓ）手順（たとえば、Ｃ．−Ｈ．Ｗｕ、Ｃ．−Ｌ．Ｃｈｅｎ、およびＭ．Ａ．Ｆｉｄｄｙ、“Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ  ｆｏｒ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ−ｈｏｌｏｇｒａｍ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ”Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３２、５１３５−（１９９３）を参照）を含むその他のタイプのホログラム生成手順で採用されてもよいが、これらに限定されることはない。
【００３６】
ＯＳＰＲ
大まかに言えば、好ましい方法において、ＳＬＭは、表示されるべき画像のホログラムを近似化するホログラフィ・データで変調される。しかし、このホログラフィ・データは、特別な方法で選択され、表示される画像は、それぞれのサブフレーム・ホログラムでＳＬＭを変調することによって各々生成される複数の一時サブフレームで構成され、各々が再生フィールド内で空間的に重複する（実施形態において、各々表示される画像の空間的範囲を有する）。
【００３７】
各サブフレームは、たとえば画像データのホログラフィ変換による位相量子化によってノイズが追加されるため、個々に表示されるときに比較的ノイズを多発するように見える。しかし、高速で連続表示される場合、再生フィールドの画像は共に平均化されて、視聴者の目には低ノイズ画像の印象を与える。連続する一時サブフレーム内のノイズは疑似乱数（ほぼ独立）であってもよいか、または少なくとも部分的にノイズを低減する目的で、サブフレーム内のノイズは１つまたは複数個前のサブフレーム内のノイズに依存してもよいか、または組合せが採用されてもよい。そのようなシステムは、たとえ各サブフレームが個別に表示された場合に比較的ノイズを多発するように見えるとしても、視覚的に高品質の表示をもたらすことができる。
【００３８】
手順は、各静止フレームまたはビデオ・フレームＩ＝Ｉｘｙについて、Ｎの二相ホログラムｈ（１）．．．ｈ（Ｎ）のセットを生成する方法である。実施形態において、そのようなホログラムのセットは、互いに独立した相加性ノイズを呈する再生フィールドを形成することができる。例は以下に示される。
【００３９】
１．
【数１】
2011528132.tif 000003
とする、ただし
【数２】
2011528132.tif 000004
は、１≦ｎ≦Ｎ／２かつ１≦ｘ，ｙ≦ｍの場合、０と２πの間で均一に分布される。
２．
【数３】
2011528132.tif 000005
とする、ただしＦ−１は、１≦ｎ≦Ｎ／２の場合、２次元逆フーリエ変換演算子を表す。
３．
１≦ｎ≦Ｎ／２の場合、
【数４】
2011528132.tif 000006
とする
４．
１≦ｎ≦Ｎ／２の場合、
【数５】
2011528132.tif 000007
とする
５．
【数６】
2011528132.tif 000008
とする、ただし
【数７】
2011528132.tif 000009
かつ１≦ｎ≦Ｎである
【００４０】
ステップ１は、供給される輝度ターゲットＩｘｙの振幅と等しいが、独立し識別されて分布している（ｉ．ｉ．ｔ．）一様ランダム位相を備える、Ｎターゲット
【数８】
2011528132.tif 000010
を形成する。ステップ２は、Ｎ個の対応する完全複素フーリエ変換ホログラム
【数９】
2011528132.tif 000011
を計算する。ステップ３およびステップ４はそれぞれ、ホログラムの実数部および虚数部を計算する。次いで、ステップ５において、ホログラムのそれぞれ実数部および虚数部の２値化が実行され、
【数１０】
2011528132.tif 000012
の中央値前後のしきい値処理は、等しい数の−１および１ポイントがホログラムに存在することを保証し、（定義により）ＤＣバランスおよびさらに最小の再構成エラーを達成する。
【数１１】
2011528132.tif 000013
の中央値は、感知される画質への影響が最小のゼロであると仮定されてもよい。
【００４１】
ＷＯ２００６／１３４３９８からの図３ａは、この手順を実施するように構成されたホログラム・データ計算システムのブロック図を示す。システムへの入力は、好ましくは、コンピュータのようなソースからの画像データであるが、その他のソースも同様に適用可能である。入力データは、１つまたは複数の入力バッファに一時的に格納され、このプロセスの制御信号はシステム内の１つまたは複数のコントローラ・ユニットから供給される。入力（および出力）バッファは、好ましくは、同時にデータがバッファに書き込まれ、データがバッファから読み出されうるように、デュアルポート・メモリを備える。制御信号は、タイミング、初期化、およびフロー制御情報を備え、好ましくは、ビデオ・フレーム周期あたり１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームが生成されて、ＳＬＭに送信されることを保証する。
【００４２】
入力からの出力は、Ｉとラベル付けされた画像フレームを備え、これはハードウェア・ブロックへの入力となる（ただし、その他の実施形態において、処理の一部または全部はソフトウェアにおいて実行されてもよい）。ハードウェア・ブロックは、前述の画像フレームＩの各々に一連の操作を実行し、各フレームごとに１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームｈを生成するが、これは１つまたは複数の出力バッファに送信される。サブフレームは、出力バッファから、オプションでドライバ・チップを介して、ＳＬＭのような表示デバイスに供給される。
【００４３】
図３ｂは、図３ａのハードウェア・ブロックの詳細を示し、これは、ブロックに供給される各画像フレームに対して１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームを生成するように設計された要素のセットを備える。好ましくは、１つの画像フレームＩｘｙが入力として、ビデオ・フレーム周期あたり１つまたは複数回供給される。次いで、各フレームＩｘｙは、位相変調ステージ、空間周波数変換ステージ、および量子化ステージのうちの１つまたは複数を備える操作のセットを用いて、１つまたは複数のホログラフィ・サブフレームを生成するために使用される。実施形態において、Ｎサブフレームのセットは（Ｎは１と等しいかまたは１よりも大きい）、前述の操作の１つの順次セット、または異なるサブフレームで並行して動作するそのような操作の複数セット、またはそれらの２つの手法の混合のいずれかを使用することにより、フレーム周期ごとに生成される。
【００４４】
位相変調ブロックの目的は、後の操作を実行した後に最終画質の改善が得られるように、空間周波数領域内で入力フレームのエネルギーを再分布することである。図３ｃは、サンプル画像のエネルギーが、疑似ランダム位相分布が使用される位相変調ステージの前後に、どのように分布されるかの例を示す図である。そのような位相分布により画像を変調することは、空間周波数領域全体を通じてさらに均一にエネルギーを再分布させる効果をもたらすことが認められる。疑似ランダム二相変調データが生成されうる多くの方法（たとえば、フィードバックによるシフト・レジスタ）があることを、当業者は理解するであろう。
【００４５】
量子化ブロックは、先行の空間周波数変換ブロックの出力として生成される複素ホログラム・データをとり、それを値の制限付きセットにマップするが、この値はターゲットＳＬＭで達成されうる実際の変調レベルに対応する（異なる量子化位相遅延レベルが正規の分布を有する必要はない）。量子化レベルの数は、たとえば各ピクセルにおいて０またはπのＳＬＭ生成位相遅延の場合、２で設定されてもよい。
【００４６】
実施形態において、量子化器は、ホログラフィ・サブフレーム・データの実数成分および虚数成分を個別に量子化して、出力バッファに対して各々２（またはそれ以上）の位相遅延レベルを備えるホログラフィ・サブフレームのペアを生成するように構成される。図３ｄは、そのようなシステムの例を示す。離散的にピクセル化されたフィールドに関して、複素ホログラフィ・サブフレーム・データの実数成分および虚数成分は無相関であることが示されることが可能であり、これは、実数成分および虚数成分を別々に扱って、２つの無相関のホログラフィ・サブフレームを生成することが有効である理由である。
【００４７】
適切な二相ＳＬＭの例は、ＣＲＬ  Ｏｐｔｏ（Ｆｏｒｔｈ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  Ｌｉｍｉｔｅｄ、英国スコットランド）により製造されたＳＸＧＡ（１２８０×１０２４）反射二相変調強誘電性液晶ＳＬＭ（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｂｉｎａｒｙ  ｐｈａｓｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ  ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ＳＬＭ）である。強誘電性液晶ＳＬＭは、その高速な切り替え時間により有利である。二相デバイスは便利であるが、この方法の一部の好ましい実施形態においては、二相空間光変調器（つまり、ピクセルが２つの位相遅延値のうちの１つしか持たないバイナリ・デバイスとは対照的に、ピクセルに３つ以上の異なる選択可能な位相遅延値を有するＳＬＭ）とは異なるものとして、いわゆる多相空間光変調器を使用する。多相ＳＬＭ（３つまたはそれ以上の量子化位相を備えるデバイス）は連続位相ＳＬＭを含むが、デジタル回路によって駆動されるとき、これらのデバイスは必然的に多数の離散的な位相遅延値に量子化される。バイナリ量子化は、結果として共役画像をもたらすが、二相を超える位相の使用は共役画像を抑制する（ＷＯ２００５／０５９６６０を参照）。
【００４８】
適応ＯＳＰＲ
上記で説明してきたＯＳＰＲの手法において、サブフレーム・ホログラムは独立して生成され、それゆえに独立したノイズを呈する。制御用語では、これはオープンループ・システムである。しかし、その代わりに、各サブフレームの生成プロセスが、以前のサブフレームによって生成されたノイズを消去するために、このノイズを考慮に入れた場合、より良好な結果が得られ、事実上、アルゴリズムのステージｎ＋１まで、たとえばｎ  ＯＳＰＲフレーム後に形成された認知画像を「フィードバック」するものと期待することもできる。制御用語では、これはクローズドループ・システムである。
【００４９】
この手法の１つの例は、適応ＯＳＰＲアルゴリズムを備え、アルゴリズムの各ステージｎは以前生成されたホログラムＨ１からＨｎ−１により生じるノイズを計算し、このノイズをホログラムＨｎの生成の要素に入れてそれを消去する、というフィードバックを使用する。その結果、ノイズ分散は１／Ｎ２のように低下することが示されうる。例示の手順は、入力としてターゲット画像Ｔ、および生成するホログラム・サブフレームの望ましい数を指定するパラメータＮをとり、適切な速度で順次表示される場合、高品質と認知されるＴの視覚表現を遠視野画像として形成するＮ個のホログラムＨ１からＨＮのセットを出力する。
【００５０】
オプションの前処理ステップは、Ｔ（ｘ，ｙ）１．３を計算することにより、ＣＲＴ表示を適合させるようにガンマ補正を実行する。次いで、（Ｎステージの）各ステージｎにおいて、アレイＦ（手順の開始時点でゼロ）は、ノイズが評価されて、後続のステージ、Ｆ（ｘ，ｙ）：＝Ｆ（ｘ，ｙ）＋｜Ｆ［Ｈｎ−１（ｘ，ｙ）］｜２で考慮に入れられうるように、以前のホログラムＨ１からＨｎ−１によって形成された画像エネルギーの「現行総計」（望ましい画像にノイズを付加）を追跡する。各ステージにおいて、ランダム位相係数φがターゲット画像の各ピクセルに追加され、ターゲット画像は以前のステージからのノイズを考慮に入れるように調整され、ノイズを多発する「現行総計」エネルギーＦの輝度をターゲット画像エネルギー（Ｔ’）２と一致させるように倍率αを計算する。以前のｎ−１ステージからの合計ノイズ・エネルギーは、関係
【数１２】
2011528132.tif 000014
に従って、αＦ−（ｎ−１）（Ｔ’）２によって与えられ、その結果このステージにおけるターゲット・エネルギーは、この反復における望ましいターゲット・エネルギーとそのノイズを消去するために存在する以前のノイズとの間の差によって与えられる、すなわち（Ｔ’）２−［αＦ−（ｎ−１）（Ｔ’）２］＝ｎ（Ｔ’）２＋αＦ。これは、このエネルギー値の平方根と等しいターゲット振幅｜Ｔ”｜を与える、すなわち、
【数１３】
2011528132.tif 000015
【００５１】
各ステージｎにおいて、Ｈは、ターゲットＴ”から形成された中間完全複素ホログラムを表し、逆フーリエ変換操作を使用して計算される。これは二相に量子化された、出力ホログラムＨｎを形成する、すなわち、
【数１４】
2011528132.tif 000016
【００５２】
図４ａはこの方法の概略を示し、図４ｂは、上記で説明される例示の実施態様の詳細を示す。
【００５３】
したがって、大まかに言うと、（単一のノイズ低減画像として認知されるように正しいテンポで順次表示される複数のホログラフィにより生成された一時サブフレームを使用して、表示された画像データにより定義される）画像を表示するためにデータを生成するＡＤＯＳＰＲタイプの方法は、サブフレームの再生が画像に見えるように各サブフレームのホログラフィ・データを表示された画像データから生成することと、サブフレームのホログラフィ・データを生成するときに、ホログラフィにより生成された一連のサブフレームの１つまたは複数の以前のサブフレームから生じる表示画像のノイズを補償することとを備える。実施形態において、補償することは、サブフレームのノイズ補償フレームを決定することと、サブフレームのホログラフィ・データを生成する前に、ノイズ補償フレームを使用して表示された画像データの調整済みバージョンを決定することとを備える。実施形態において、調整することは、以前のサブフレーム・データを周波数領域から空間領域に変換することと、変換されたデータを表示された画像データから派生したデータから減算することとを備える。
【００５４】
ハードウェア実施態様を含むさらなる詳細は、本願に引用して援用されるＷＯ２００７／１４１５６７に記載されている。
【００５５】
カラー・ホログラフィ画像投射
画像の合計フィールド・サイズは、ＳＬＭを照射するために採用される光の波長で拡大縮小し、赤色光は青色光よりもＳＬＭのピクセルによってより多く回折されるので、より大きい合計フィールド・サイズを生じさせる。単純に、カラー・ホログラフィ投射システムは、単に３つの光チャネル、赤色、青色、および緑色を重畳することによって構築されうるが、それは異なるカラー画像が調整される必要があるので困難である。より良好な手法は、赤色、緑色、および青色光を備える結合ビームを作成して、これを共通ＳＬＭに提供し、画像のサイズを相互に一致するように拡大縮小することである。
【００５６】
図５ａは、例示のカラー・ホログラフィ画像投射システム１０００を示し、ここでシステム１０００はホログラフィにより生成された画像を画面１０１６に投射する縮小光学素子１０１４を含む。画像はホログラフィにより生成されるので、光学素子１０１４から概ねすべての距離において焦点が合っている。システムは、たとえば、時間マルチプレックス式で駆動される６３８ｎｍ、５３２ｎｍ、および４４５ｎｍの波長で、赤色１００２、緑色１００６、および青色１００４の平行レーザー・ダイオード光源を備える。各光源は、レーザー・ダイオード１００２、および必要に応じて、平行レンズおよび／またはビーム拡大器を備える。オプションで、ビームのそれぞれのサイズは、後段で説明されるように、ホログラムのそれぞれのサイズに拡大縮小される。赤色、緑色、および青色光ビームは、２つの二色性ビーム分割器１０１０ａ、１０１０ｂに結合され、結合されたビームは（この例において）反射空間光変調器１０１２に提供されるが、図は赤色フィールドの範囲が青色フィールドの範囲よりも大きいことを示す。表示される画像の合計フィールド・サイズは、ＳＬＭのピクセルサイズによって決まるが、ＳＬＭに表示されるホログラムのピクセル数には左右されない。
【００５７】
図５ｂは、青色、緑色、および赤色画像プレーンの異なる空間範囲の３つのカラー・プレーンを生成するため、初期入力画像にゼロでパディングすることを示す。次いで、ホログラフィ変換はこれらのパディングされた画像プレーンに実行されて、サブプレーンごとにホログラムが生成され、ホログラム内の情報はピクセルの完全セットにわたり分布される。オプションで、ホログラム・プレーンは、対応して拡大縮小されたビームによって照射され、表示画面に異なるサイズのそれぞれのフィールドを投射する。図５ｃは、青色画像プレーンを赤色波長の青色波長に対する比率（６３８／４４５）に比例して、および緑色画像プレーンを赤色波長の緑色波長に対する比率（６３８／５３２）に比例して、入力画像を拡大することを示す（赤色画像は変更されない）。次いで、オプションで、拡大された画像が、ＳＬＭ内のピクセル数までゼロでパディングされてもよい（好ましくは、エッジ効果を減らすためにエッジ周囲にわずかな空間を残す）。赤色、緑色、および青色のフィールドは、異なるサイズを有するが、各々概ね同数のピクセルで構成される、しかしホログラムを生成する前に青色、および緑色画像が拡大されたので、入力画像の所与のピクセル数が赤色、緑色、および青色プレーンの同じ空間範囲を占有する。ここで、たとえば各方向に８または１６ピクセルの倍数など、都合のよいホログラフィ変換手順のために画像サイズを選択する可能性がある。
【００５８】
超解像度ＡＤＯＳＰＲ
２Ｄホログラフィビデオ投射システムにおいて、再生フィールドの出力画像がマイクロディスプレイ（高精細表示装置）でのホログラムのフーリエ変換であるため（
【数１５】
2011528132.tif 000017
Ｍ×Ｍから
【数１６】
2011528132.tif 000018
Ｍ×Ｍへの全単射マッピング）、出力解像度は通常、最大限でもマイクロディスプレイの解像度である。さらに、二相変調器が、たとえばＭ×Ｍピクセルで、マイクロディスプレイとして採用される場合、共役画像の存在はアドレス可能出力解像度をＭ×Ｍ／２ポイントまでに制限する。しかし、発明者は、解像度を増大させるために、ピクセル間干渉が活用されうることを認識した。出力内の各ポイントは、ホログラム・アパーチャのフーリエ変換のコピーである（たとえば、アパーチャが正方形であり、照度が均一である場合、これは出力内の正弦形状のピクセルに対応する）。そのような正弦関数の主ローブは、出力内のピクセル間距離よりも幅が広いので、隣接するピクセルが相互に干渉することになる。通常、これは好ましくないが、効果を有利に活用することは可能である。
【００５９】
目はフィールド振幅Ｆではなく、その輝度｜Ｆ｜２を認知するので、位相の操作により、サンプリング・グリッド間のピクセル値に影響を与えて増大した空間周波数で構造体を作成することができる。超解像度は、ＡＤＯＳＰＲタイプの手順を使用して、ホログラムの解像度の２倍（各寸法の）の解像度、つまり２Ｍ×２Ｍ（二相変調器の場合２Ｍ×Ｍ）で、画像複製を形成する解像度Ｍ×ＭのＯＳＰＲホログラム・セットを生成するように実施されてもよい。
【００６０】
Ｍ×Ｍサンプリング・ポイント（ｘ，ｙ）の各々に存在する複製エラーをフィード・フォワードすることに加えて、ステージＮ−１後、つまり（ｘ１／２，ｙ）、（ｘ，ｙ１／２）、および（ｘ１／２，ｙ１／２）における、サンプリング・ポイント間に存在するエラーもフィード・フォワードされて、ステージＮのホログラムＨＮを計算する場合に補償されるように、ＡＤＯＳＰＲ手順を拡張する。実施形態において、これは変更されたピクセル間フーリエ変換操作を使用して、サンプルごとではなく、半分のサンプルごとに周波数成分を評価する。半分のサンプルの評価の代替として、そのような変換は、たとえば、ゼロのマトリクスに埋め込むことにより各Ｍ×Ｍホログラムを２Ｍ×２Ｍまでパディングすることによって実施されてもよいが、いずれの場合も、これをＦ２Ｍ×２Ｍ［Ｈ（ｘ，ｙ）］と表す。次いで、このパディングされたホログラムのフーリエ変換を行うことは、２Ｍ×２Ｍフィールドを生成し、これが２Ｍ×２Ｍホログラムを得るために逆フーリエ変換を行う前に要求通りにエラーに応じて調整されうるが、これは次いで出力ＯＳＰＲセットで次のＭ×Ｍホログラムを形成するように低域制限される。
【００６１】
ホログラムは画像の周波数スペクトルであるので、位相ホログラム（どこでも均一の振幅を有する）は、均一で、フラットな周波数スペクトルで画像を形成する。固定された振幅ターゲットの画像の場合、これは、画像ピクセルに事実上ランダムな位相が必要であることを意味するが、これはピクセル間干渉を使用することと相容れないように見受けられる。しかし、ＯＳＰＲ−ｗｉｔｈ−ｆｅｅｄｂａｃｋ（フィードバックを伴うＯＳＰＲ）の手法により、位相制御は、それぞれ個々に概ねフラットな疑似ランダム位相スペクトルを有するサブフレーム・ホログラムのセットにわたり達成されうるようになる。１つの例示の超解像度ＯＳＰＲ−ｗｉｔｈ−ｆｅｅｄｂａｃｋの手順において、変数は以下のとおりである。
−  Ｎは生成するＯＳＰＲサブフレームの数である。
−  Ｔは解像度２Ｍ×２Ｍの入力ビデオ・フレームである。
−  各ステージの終わりに生成されたＭ×ＭピクセルのホログラムＨ１．．．ＨＮは、出力ＯＳＰＲホログラム・セットを形成する。
−  アルゴリズムの各ステージにおいて、φ（ｘ，ｙ）は、均一に分布されたランダム位相の２Ｍ×２Ｍアレイに再初期化される。コヒーレント最適化サブアルゴリズムのＱ回の反復は、エラー最小に向けてこれらの位相を調整するために採用される。
−  Ｆ（ｘ，ｙ）は、これまで計算されてきたホログラム・サブフレームの効果の動的に更新された２Ｍ×２Ｍピクセルの再構成を保持する。
−  γは望ましい表示出力ガンマである（２．２は標準ＣＲＴにおおよそ対応する）。
【００６２】
次に、以下の定義を行う。
【表１】
2011528132.tif 000019
【００６３】
変更された（ピクセル間）フーリエ変換は、以下のように、中間画像ポイントでフーリエ（または逆フーリエ）変換を効果的に評価する。
【数１７】
2011528132.tif 000020
【００６４】
図６ａは、後段において詳細に説明される手順ステップの概略を示す。
【００６５】
処理
【数１８】
2011528132.tif 000021
【００６６】
ステージ１
【数１９】
2011528132.tif 000022
【００６７】
ステージ２
【数２０】
2011528132.tif 000023
【００６８】
上記において、Ｆ（ｘ，ｙ）が変換または逆変換Ｆ（上付き文字を持つ）とは異なることに留意されたい。
【００６９】
ステージＮ
Ｆ（ｘ，ｙ）：＝Ｆ（ｘ，ｙ）＋｜Ｆ２Ｍ×２Ｍ［ＨＮ−１（ｘ，ｙ）］｜２
動的出力推定値を更新する
【数２１】
2011528132.tif 000024
【数２２】
2011528132.tif 000025
【００７０】
図６ｂを参照すると、これは、上記の手順に従って、解像度が増強された画像を表示するために複数（Ｎ）のサブフレーム・ホログラムを生成するシステムの詳細ブロック図を示す。図において、上記で説明される操作は、矢印および
【数２３】
2011528132.tif 000026
が示すブロックによる結果データ（通常、２次元マトリクス）、
【数２４】
2011528132.tif 000027
複素値データ、および｛−１，１｝量子化（ここでは２値化）データに関連付けられている。２Ｄマトリクスに関連付けられている変数は、ブロックと並んで示され、マトリクスの寸法は矢印によって指示される。図において、ブロック（マトリクス）は正方形であるが、長方形の画像マトリクスもまた使用されてもよい。
【００７１】
さらなる詳細については、本願に引用して援用されるＷＯ２００７／０８５８７４が参照されてもよい。
【００７２】
サブセグメントＯＳＰＲ
概して、これは再生フィールドを複数の空間的にインターレースされた領域に細分すること、および再生フィールドの隣接するピクセル間の干渉が低減されるように、インターレースされた領域の各々についてホログラムを表示することを伴う。したがって、インターレースされた各領域は、再生フィールドのピクセルのセットを備えることができ、そこで各ピクセルは、たとえば間にスペースを空けた規則的なグリッドなど、実質的にゼロ光度のピクセルによって囲まれている。インターレースされた領域のホログラムは、（０，０）、（０，１）、（１，０）、および（１，１）の前記再生フィールドの（ピクセルの）横変位をもたらすために、計算された位相シフトで表示されてもよい。
【００７３】
Ｍ×Ｍピクセル画像Ｔ（またはフルカラー・システムの単一カラー・プレーン）は、たとえば偶偶、偶奇、奇偶、奇奇座標を持つ（ｘ、ｙ）座標ピクセルを選択することによって、複数のインターレースされた領域に分割される。サブフィールド画像は、以下のように、Ｔ００、Ｔ０１、Ｔ１０、およびＴ１１と称される。
【数２５】
2011528132.tif 000028
−  Ｔ００は偶ｘおよび偶ｙ座標を持つ画像ピクセルを含む
−  Ｔ０１は奇ｘおよび偶ｙ座標を持つ画像ピクセルを含む
−  Ｔ１０は偶ｘおよび奇ｙ座標を持つ画像ピクセルを含む
−  Ｔ１１は奇ｘおよび奇ｙ座標を持つ画像ピクセルを含む
【００７４】
次いで、これらのサブセグメントの各々について、対応する
【数２６】
2011528132.tif 000029
ピクセル・サブフィールド・ホログラムＨ００、Ｈ０１、Ｈ１０、およびＨ１１が計算される。ＳＳＯＳＰＲ（サブセグメントＯＳＰＲ）と称するＡＤＯＳＰＲアルゴリズムの変形は、（後段において詳細に説明されるように）サブフィールド・ホログラムのＮサブフレームを計算するために使用されてもよい。
【００７５】
インターレースされた各領域の完全（疑似複製された）ホログラムＨ’００、Ｈ’０１、Ｈ’１０、およびＨ’１１は、前記サブフィールド・ホログラムの複数の実質的なレプリカを同時に前記ＳＬＭに表示することによって形成される。Ｈ’００、Ｈ’０１、Ｈ’１０、およびＨ’１１は、以下のように定義される。
【数２７】
2011528132.tif 000030
【００７６】
Ｈ’００は、ホログラムの各象限（またはタイル）に１つずつ、サブフィールド・ホログラムＨ００の４つのレプリカを備える。Ｈ’００を表示装置に表示することで、ゼロを複製の他の場所に持ち、正しい位置に偶ｘおよび偶ｙ座標を持つ画像ピクセルのみをもたらす。同様に、Ｈ’０１は、ホログラムの各象限に１つずつ、サブフィールド・ホログラムＨ０１の４つのレプリカを備え、データは右側の象限で反転される。Ｈ’０１は、ゼロを他の場所に持ち、奇ｘおよび偶ｙ座標を持つ画像ピクセルのみをもたらす、というように以下同様に続く。その結果、ホログラムＨ’００、Ｈ’０１、Ｈ’１０、Ｈ’１１を時間系列にした場合、全画像は４つのインターレースされた領域の（肉眼には）矛盾する合算を通じて形成される。
【００７７】
各サブフィールド画像を処理する前に、４つの複素位相シフト・マトリクスは、それらの複素共役と共に計算される。これらは、再生フィールドに、（０，０）、（０，１）、（１，０）、および（１，１）ピクセルの横変位をもたらす。マトリクスは固定されており、原理上は事前格納されてもよいか、またはそれらの要素はデータがＦＦＴエンジンを通過する際にオンザフライで生成されてもよい。
【００７８】
これらの位相シフト・マトリクスは、
【数２８】
2011528132.tif 000031
のサイズであり、以下に示す要素を備える。
【数２９】
2011528132.tif 000032
ここで
【数３０】
2011528132.tif 000033
であり、ｖはホログラム空間の縦座標を表し、ｕは横座標を表す。
【００７９】
ターゲット・セグメントＴｑｐは各々、独立して、並行して、または（おそらくは好ましくは）順次処理されてもよい。用語を以下のように定義する。
【００８０】
−  ループ変数ｉは現在のサブフレーム数を表す
−
【数３１】
2011528132.tif 000034
は、座標（ｘ、ｙ）における、サブセグメントｑｐの入力画像の振幅を表す
−
【数３２】
2011528132.tif 000035
は、サブフレームｉ、サブセグメントｑｐのターゲット画像エネルギーを表す
−
【数３３】
2011528132.tif 000036
は、再構成フィールド輝度エラーの常時更新される推定値を表す
−
【数３４】
2011528132.tif 000037
は、存在する輝度エラーＥに応じて調整された、望ましいターゲット画像フィールドを表す
−
【数３５】
2011528132.tif 000038
は、アルゴリズムによって生成された、量子化されていないホログラムおよび量子化されたホログラムをそれぞれ表す
−  Ｐｑｐは、上記で説明される位相シフト・マトリクスを表し、
【数３６】
2011528132.tif 000039
はそれらの複素共役を表す
−  ループ変数ｑは、コヒーレント最適化ループの反復数を表す（Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈ）
−
【数３７】
2011528132.tif 000040
は、完全複素再構成フィールドを表す
−
【数３８】
2011528132.tif 000041
は、再構成フィールド
【数３９】
2011528132.tif 000042
へのエラー低減変更を表す
−
【数４０】
2011528132.tif 000043
は、肉眼により認知される再構成フィールドの瞬時輝度を表す
−  αおよびκはフーリエ変換拡大縮小定数を表す
−  γ１およびγ２は、固定のアルゴリズム定数を表し、最終値は未定である（現在γ１＝２およびγ２＝１）
【００８１】
続くアルゴリズムは、各セグメントｑｐに対して全体として実行され、ここでｑｐは００、０１、１０、または１１である。アルゴリズム変数を初期化する第１のステップは、以下のように設定する。
【数４１】
2011528132.tif 000044
【００８２】
フィールド・エラー推定値Ｅは、最初にゼロに設定され、後の反復において詳細化される。
【００８３】
フィールド・エラーＥに応じて調整されたターゲット・フィールドは、以下のように計算される。
【数４２】
2011528132.tif 000045
【００８４】
ホログラムへの第１の近似は、ターゲット・フィールドを位相変調して、つまりｅｊθで乗算して、変換する、つまり逆フーリエ変換を適用し、適切な位相シフト・マトリクスＰで点別に乗算することにより生成される。位相変調および変換のステップは、上記で説明されるＯＳＰＲ手順において使用されるものと同じである。変形は、位相シフト・マトリクスＰによる乗算の導入である。
【数４３】
2011528132.tif 000046
【００８５】
上記で説明されるＯＳＰＲ手順におけるように、次いで、完全複素ホログラムはオプションで、以下のように二相に量子化される。
【数４４】
2011528132.tif 000047
【００８６】
二相量子化が説明されているが、多相量子化は代替の手法である。第１の近似は、たとえばＬｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈアルゴリズムまたは別の類似したサブアルゴリズムの４つのステップを適用することにより、詳細化されてもよい。
【００８７】
Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈアルゴリズムのステップ１は、たとえば２値化ホログラムの以下の式を適用することによって、ｉ番目のホログラムのＦＦＴを計算することである。
【数４５】
2011528132.tif 000048
【００８８】
ステップ２は、指定された信号ウィンドウＷのコヒーレント・ノイズ補償で取得されたフィールドを更新することである。定数は、γ１＝２、γ２＝１（変更される場合がある）
【数４６】
2011528132.tif 000049
【００８９】
ステップ３は、次いでオプションで２値化されることもある改善されたホログラムの第１の反復を計算することである。
【数４７】
2011528132.tif 000050
【数４８】
2011528132.tif 000051
【００９０】
ステップ４は、終了Ｑ反復が完了するまで、改善されたホログラムの各反復を供給して、Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムの次のループを完了することである。
ｑ＝ｑ＋１
ｑ＜Ｑの場合、Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈアルゴリズムのステップ１に進む。
【００９１】
次いで、Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムの最終反復によって生成されたホログラムは、表示装置に送信される。Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムは、等価のサブアルゴリズムで置換されてもよい標準的なサブアルゴリズムであり、そのようなサブアルゴリズムが使用されることは必須ではない。Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムは、２値化のステップが省略される場合は、改善されたホログラムを生成するように変更されてもよい。
【００９２】
Ｌｉｕ−Ｔａｇｈｉｚａｄｅｈサブアルゴリズムが完了すると、ホログラムの輝度は、位相シフト・マトリクスの複素共役で乗算され、その高速フーリエ変換が計算される。言い換えれば、上記で詳説される変換および位相シフトは反転される。
【数４９】
2011528132.tif 000052
【００９３】
上記の式は２値化されたホログラムを示すが、式は、２値化されていないホログラムの輝度を計算するように修正されてもよい。
【００９４】
輝度エラー推定値は、以下のように、この時点において肉眼により認知されるノイズを補償するように計算される。
【数５０】
2011528132.tif 000053
【００９５】
計算された輝度エラーは、第２のステップに供給される、つまりターゲット・フィールドを計算し、アルゴリズムのすべての後続のステップが再計算される。アルゴリズムは、すべてのＮ個のホログラムが生成されるまでループを続ける。
【００９６】
アルゴリズムは、４つのサブセグメントの各々について実行され、
【数５１】
2011528132.tif 000054
によって与えられる、合計４Ｎのホログラム・サブフレームを生成する。次いで、これらのホログラムが処理されて、上記で定義された疑似複製ホログラム
【数５２】
2011528132.tif 000055
が（好ましくは表示装置で内部的に）形成され、次いで表示される。
【００９７】
サブフィールド・ホログラムは独立しているので、順次計算されてもよい。各サブフィールド・ホログラムは、Ｍ×Ｍではなく、わずか
【数５３】
2011528132.tif 000056
のサイズのフーリエ変換しか必要としないので、変換ステップに必要なメモリ・サイズは、４分の１に縮小される。上記の手順は、計算処理上比較的複雑であるが、後段で説明する技法は比較的低い解像度のホログラムＳＬＭしか採用しないので、これは問題にする必要はない。しかし、ビデオの場合、ｉフレームおよびｓフレームの概念が採用されうる（初期フレームは、ホログラムが最初から生成される新しい着信ビデオを表し、後続のフレームは初期推定値として以前のビデオ・フレームに生成されたホログラムを使用する）。
【００９８】
さらなる詳細については、本願に引用して援用される２００７年１２月１１に出願されたＧＢ０７２４１６１．５が参照されてもよい。
【００９９】
デュアル変調アーキテクチャ
これ以降、デュアルＳＬＭ変調、つまり低解像度位相変調およびより高い解像度の振幅（輝度）変調を採用する改善されたアーキテクチャを説明する。これは、以前説明してきた手法に大幅な改善をもたらすことができ、特に、画質、解像度、コントラスト、明度、消費電力、および物理サイズのうちの１つまたは複数における改善をもたらすことができる。
【０１００】
通常のビデオ画像のエネルギーのほとんどは、低空間周波数に集中している。このことは、例示の画像（左）および対応する電力スペクトル（右）を示す図１に説明されている。
【０１０１】
画像処理に対するホログラフィ投射の１次ゲインはエネルギー効率の１つであるので、高効率を維持するためにホログラフィにより描画される必要があるのは画像の低空間周波数のみであると判断することができる。ホログラムの解像度は、対応する画像に表されうる最大空間周波数を決定するので、エネルギーのほとんどを表すビデオ画像の低空間周波数を正確に描画するためには、非常に低い解像度のホログラムしか必要ないということになる。次いで、高周波数成分は、輝度変調画像処理パネルで描画され、ホログラムＳＬＭに共役のプレーンに配置されてもよい。効果的には、ホログラムＳＬＭデバイス（ＳＬＭ１）からの回折光は、画像処理ＳＬＭデバイス（ＳＬＭ２）を照射するために使用される。高周波数成分は比較的わずかなエネルギーしか含まないので、画像処理ＳＬＭによってブロックされた光は、標準的な画像処理システムの場合とは異なり、システムの効率を大きく減少させることはない。
【０１０２】
ホログラムＳＬＭは、好ましくは、高回折効率のために、高速多相デバイスである必要がある。画像処理ＳＬＭとして高速バイナリ・デバイス（ＦＬＣ）または低速アナログ・デバイス（ネマチック）のいずれかを用いたシミュレーションにおいて、良好な結果が得られた。そのような手法は、前述のように、多数の関心を集める特徴を有する。これらの特徴には、計算の縮小により大幅に低減された消費電力、解像度に応じてスケーラブルなシステム、投射器解像度を高めることが望ましいとき、新しいＡＳＩＣまたはホログラムＳＬＭの必要はないこと、画像処理ＳＬＭに既存の高解像度ＦＬＣ（強誘電性液晶）／ネマチック・パネルまたはＤＬＰ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）さえも使用できる能力、ＡＮＳＩコントラストの増強（潜在的に１０００：１、１５００：１、または２０００：１よりも大きい、画像処理ＳＬＭ単独で達成可能なコントラストの１０倍）、レーザー・ビームが現在著しく小さいホログラムＳＬＭを照射して実質的に照射光学素子を小型化することによる大幅なサイズ縮小、を含む。システムの実施形態はまた、比較的低速のＰＷＭ（パルス幅変調）レーザー変調（たとえば、１〜２ｋＨｚ）を有する。別に、非常に小さい動作のディフューザの実施形態において、画像を形成するために使用される可動部品はないので、システムは衝撃および振動に対して堅固であってもよく、８ビット輝度解像度が可能である。
【０１０３】
図２は、本発明の実施形態によるホログラフィ画像投射システム２００の参照の光学素子の配置を示す。図２のフルカラー・ホログラフィ画像投射器には、赤色Ｒ、緑色Ｇ、および青色Ｂレーザーがある。システムはまた、以下の追加の要素も含む。
−  ＳＬＭ１は、ホログラムＬＳＭ（空間光変調器）であり、可能なサイズ３２×３２または６４×６４ピクセル、ピクセルピッチΔである。
−  Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３はそれぞれ、Ｒ、Ｇ、およびＢレーザーの視準レンズである。５．６２μｍピクセルで６４×６４ピクセルのホログラムＳＬＭの場合、ＳＬＭ作用面積は約０．３６ｍｍ×０．３６ｍｍであるので、非常に低速の発光体設計を採用することが可能である。
−  Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３は、対応するダイクロイック・ミラーである。この場合も同様に、レーザー・ビーム・ウェスト（０．３６ｍｍ）よりもほんのわずか大きくする必要がある。
−  ＰＢＳ１（偏光ビーム・スプリッタ１）は、入射照明をＳＬＭ１に伝達する。次いで、９０度だけ偏光で自然に（液晶ＳＬＭで）回転される、ＳＬＭ１によって生成された回折光は、Ｌ４に向けてＰＢＳ１によって反射される。ＰＢＳ１は、少なくともＳＬＭ１の作用面積と同じ大きさの開口部を有する必要がある。
−  ＳＬＭ２は画像処理ＳＬＭであり、ターゲット画像解像度（たとえば、８５４×４８０）と等しいサイズである。
−  レンズＬ４は、ＳＬＭ２の表面上に中間画像プレーンを形成する。その焦点距離ｆは、ｆλ／Δが画像処理ＳＬＭの作用面積のサイズと等しくなるように設定される。それは、この画像を変調するＳＬＭ２の作用面積に収まる／カバーするＳＬＭ１上のホログラムからの中間実画像である。実施形態において、Ｌ４は、たとえばＷＯ２００７／１１０６６８に説明されている技法を使用して、ＳＬＭ１上のホログラムにエンコードされてもよい。
−  ＰＢＳ２（偏光ビーム・スプリッタ２）は、入射光をＳＬＭ２に伝達し、発生した光を出力光学素子のパスに反射する。ＰＢＳ２は、少なくともＳＬＭ２の作用面積と同じ大きさの開口部を有する必要がある。
−  レンズＬ５およびＬ６は、ホログラフィ投射器に関して以前説明したように、出力望遠鏡（縮小光学素子）を形成する。出力投射角は、Ｌ６の焦点距離に対するＬ５の焦点距離の比率に比例する。
−  Ｄ１は、たとえばＧＢ０８００１６７．９において説明した、スペックルを減らすための圧電作動式ディフューザである。
【０１０４】
システム・コントローラ２０２は、後段でさらに説明されるように、専用ハードウェア、またはソフトウェア、またはこの２つの組合せにおいて、信号処理を実行する。したがって、コントローラ２０２は、画像データを入力して、低空間周波数ホログラム・データ２０４をＳＬＭ１に提供し、より高い空間周波数輝度変調データ２０６をＳＬＭ２に提供する。コントローラはまた、レーザー光輝度制御データ２０８を、３つのレーザーの各々に提供する。
【０１０５】
実施形態において、ＳＬＭ１は、ＤｉｓｐｌａｙＴｅｃｈ（登録商標）社製の反射電荷駆動型９０°強誘電性液晶ＳＬＭで、ピクセル・ミラー・レイヤと液晶材料との間に４分の１波長板を備えるものであってもよい。代替として、Ｑｕａｌｃｏｍｍ  Ｉｎｃ社製のＭｉｒａｓｏｌ（登録商標）ＳＬＭが使用されてもよい。
【０１０６】
例示の手順
これ以降、本発明の実施形態を実施する例示の手順を説明する。この例示の手順は超解像度ＡＤＯＳＰＲに基づくが、たとえばＡＤＯＳＰＲおよびサブセグメントＡＤＯＳＰＲに基づく手法が採用されてもよい。一般に、技法は、ＯＳＰＲタイプのホログラム生成手順と共に使用するよう限定されることはないが、これは計算処理上効率的である。手順は、高速位相変調（二相または多相）ホログラムＳＬＭ、および（より低速の）ネマチック画像処理ＳＬＭを仮定しているが、その他の画像処理技術が同等に適切でありうることを当業者は理解するであろう。
【０１０７】
すべての場合において、ＳＬＭの照度入射は、ＳＬＭのエッジにおいて１／ｅ２輝度のガウスであると仮定される。
【０１０８】
変数
１．ホログラムＳＬＭのサイズはＭ×Ｍピクセルである。
２．入力画像ターゲットの振幅Ｔは、Ｐ×Ｐピクセルのサイズである。入力の振幅レンジは０（黒）および１（白）の間である。
３．Ｎ個のＡＯＳＰＲサブフレームが生成される。
４．Ｄは、再構成エラーと回折効率との間のトレードオフを制御する回折効率増強パラメータである。１．０の値は、理論的に完全な再構成をもたらし、より大きいＤの値は、ノイズの増大を犠牲にして光学効率を高める。シミュレートされた画像の外観に基づいて、Ｄの実際的な最大値は、たとえば約１．５のように、２未満であると見られる（以下を参照）。
【０１０９】
手順の流れ
１．ホログラム生成のために、画像のブロックのピーク値を備える２Ｍ×２Ｍターゲット画像を形成する。入力（Ｐ×Ｐ）画像Ｔを、各々Ｐ／２Ｍ×Ｐ／２Ｍのサイズの、２Ｍ×２Ｍブロックに細分する。ターゲットＲの各ピクセルを、画像の対応するＰ／２Ｍ×Ｐ／２Ｍブロック内の画像データのピーク振幅になるように設定する。
２．ＲからサイズＭ×ＭのＮ個のホログラムのホログラム・セットＨを生成する。この例において、上記で説明される超解像度ＡＤＯＳＰＲアルゴリズムが採用され、オプションで、たとえばＧｅｒｃｈｂｅｒｇ−Ｓａｘｔｏｎ手順を使用して、ホログラムを繰り返して最適化する。
３．Ｐ×Ｐピクセルにオーバーサンプリングされた、ホログラム・セットの再構成輝度Ｉを計算する。Ｎ個のホログラムの各々の再構成の輝度を合計し、最終輝度をＮで除算する（ホログラム・データからの画像の再構成の例は、ＡＤＯＳＰＲ手順の一部として、上記で説明されている）。
４．画像処理ＳＬＭに表示するために、輝度画像Ｆを計算する。Ｆの各ピクセルを、ターゲット画像輝度Ｔ２の対応するピクセルに設定する。Ｆの各ピクセルを、Ｉの対応するピクセル輝度で除算する。ｍを新しいフィールドＦの最大値にする。次いで、Ｆの各ピクセルをＤ／ｍで乗算する。最後に、Ｆの１より大きいすべてのピクセルを１に設定する。
５．このフレームを表示するために使用される相対レーザー出力Ｋは、ｍ／Ｄによって与えられる。
【０１１０】
これ以降、ホログラムＳＬＭにＮ個のホログラム・サブフレームを順次表示している間、画像は、画像処理ＳＬＭにＦを表示することにより投射されうる。３０Ｈｚのフルカラー・ビデオ入力のカラー・プレーンあたりＮ＝１６ホログラムの場合、ホログラムおよび画像処理ＳＬＭでそれぞれ１．４４ｋＨｚおよび９０Ｈｚのレートが必要とされる。色割れを回避するため、たとえばこれらのレート（２．８８ｋＨｚ／１８０Ｈｚ）を２倍にして、必要に応じてフレームを重複し、増大させることが好ましい場合もある。図７ａは、回折効率増強パラメータＤの効果を概略的に示す。
【０１１１】
図７ｂは、上記で説明される手順を実施するためにプロセッサ制御コード（フラッシュ・メモリのような記憶媒体で提供されうる）の制御のもとに動作するデジタル信号プロセッサ２１０を含む、ホログラフィ投射システム・コントローラ２０２の第１の例示の実施態様を示す。図７ｃは、専用ハードウェアにおけるホログラフィ投射システム・コントローラ２０２の実施形態の代替の実施態様を示す。図７ｃにおいて、画像データは入力バッファ２１２に提供され、そこから、実施するためのハードウェアを備えるハードウェア処理モジュール２１４に提供され、このモジュール２１４は、ホログラム・ターゲット発生器、（上記で説明される）超解像度ＡＤＯＳＰＲモジュール、ホログラフィ画像再構成モジュール、画像処理ＳＬＭに表示するデータを決定するための輝度画像決定モジュール、および好ましくは相対レーザー出力決定モジュールを備える。ハードウェア処理モジュールは、作業メモリ２１６に結合され、出力データを出力バッファ２１８に提供するが、出力バッファ２１８はデータ出力を提供してＳＬＭを駆動し、レーザー出力を制御する。入力および出力バッファ、ハードウェア処理モジュール、および作業メモリは、タイミングおよび制御ブロック２２０の制御のもとに動作する。
【０１１２】
シミュレーション結果
上記で説明される手順は、６４０×６４０ピクセルのサイズのマスタング画像に対してホログラム／画像ペアを形成するために使用され（図１左を参照）、シミュレートされた再構成が計算された。一次回折効率、ＲＭＳ再構成エラー、およびピーク再構成エラーが測定された。回折効率は、図５ａに示されるタイプの理論上の連続位相ホログラフィ投射アーキテクチャと相対的に与えられる。
【０１１３】
例示のＳＬＭ１再生フィールド（ＳＬＭ２表面の入射）およびＳＬＭ２データ
−  ８位相レベル
−  Ｍ＝３２×３２ピクセルＳＬＭ
−  Ｎ＝１６サブフレーム
−  Ｄ＝１
【０１１４】
図８は、左側で、約３２×３２ピクセルＳＬＭの、位相ＳＬＭに表示された１６ホログラム・サブフレームによって形成された再生フィールドＩを示し、再生フィールドはＳＬＭ１のフーリエ変換である。図８の右側は、輝度変調ＳＬＭ２に表示する対応する高周波数画像を示す。輝度ＩおよびＦの積は、ゼロの再構成エラーおよび０．３３３の回折効率で、元のマスタング画像輝度（図１）を与える。
【０１１５】
パフォーマンスに対するＳＬＭ位相レベルの効果
−  Ｍ＝３２×３２ピクセルＳＬＭ
−  Ｎ＝１６サブフレーム
−  Ｄ＝１
【表２】
2011528132.tif 000057
【０１１６】
パフォーマンスに対するＳＬＭ解像度の効果
−  ８位相レベル
−  Ｎ＝１６サブフレーム
−  Ｄ＝１
【表３】
2011528132.tif 000058
【０１１７】
パフォーマンスに対するＤの効果
−  ８位相レベル
−  Ｎ＝１６サブフレーム
−  Ｍ＝３２×３２ピクセルＳＬＭ
【表４】
2011528132.tif 000059
【０１１８】
パフォーマンスに対するサブフレーム・カウントＮの効果（Ｄ＝１）
−  ８位相レベル
−  Ｍ＝３２×３２ピクセルＳＬＭ
−  Ｄ＝１
【表５】
2011528132.tif 000060
【０１１９】
パフォーマンスに対するサブフレーム・カウントＮの効果（Ｄ＝１．６）
−  ８位相レベル
−  Ｍ＝３２×３２ピクセルＳＬＭ
−  Ｄ＝１．６
【表６】
2011528132.tif 000061
【０１２０】
変化するＤの画質に対する視覚効果
−  ８位相レベル
−  Ｎ＝１６サブフレーム
−  Ｍ＝３２×３２ピクセルＳＬＭ
【０１２１】
視覚効果は、図９ａから図９ｆにおいてそれぞれ、Ｄ＝１．０、１．３、１．５、２．０、４．０、および８．０について示される。Ｄ＝２において画質が劣化するが、Ｄ＝１．５では良好な回折効率で高品質画像を生成することが認められる。上記の表は、用途に応じて、たとえばＤ＝１．５から１．６などの、レンジＤ＝１．４から１．８の回折効率拡大縮小パラメータ値Ｄの値が、良好な画質−回折効率のバランスを表しうることを示唆している。
【０１２２】
上記で説明されるシステムの用途は、限定されることなく、コントロール室の表示装置、データ投射、携帯電話、ＰＤＡ、ラップトップ、デジタル・カメラ、デジタル・ビデオ・カメラ、ゲーム・コンソール、車載シネマ、ナビゲーション・システム（車載用、または腕時計ＧＰＳのようなパーソナル用）、自動車および航空機用のヘッドアップおよびヘルメット搭載表示装置、腕時計、パーソナル・メディア・プレイヤー（たとえば、ＭＰ３プレイヤーまたはパーソナル・ビデオ・プレイヤー）、ダッシュボード搭載の表示装置、レーザー光線ショー・ボックス、パーソナル・ビデオ・プロジェクタ（「ビデオｉＰｏｄ（登録商標）」の概念）、広告および看板システム、コンピュータ（デスクトップを含む）、リモート制御ユニット、ホログラフィ画像表示システムを組み込む作り付け装備品、および、さらに一般的に、写真を共有すること、および／または複数の人々が画像を同時に見ることが望ましい場合の任意のデバイスを含む。
【０１２３】
おそらく数多くのその他の効果的な代替が、当業者には考案されるであろう。本発明が、説明されている実施形態に限定されることはなく、本明細書に添付の特許請求の範囲の精神および範囲内にある当業者には明らかな変更を包括的に含むことが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
2011528132.tif 000073
【図６ｂ−１】
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【図６ｂ−２】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９ａ】
2011528132.tif 000080
【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【図９ｆ】
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【国際調査報告】
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