(57)【要約】  本発明は、シーンの物体光点(OLP)を三次元再構成するホログラフィック再構成システムに関し、照明手段(LQ1…Q4)の干渉が可能な光波を、少なくとも一つのビデオホログラムにより変調する空間光変調器手段(SLM)、並びに、変調された光波をフォーカスして、観察者の眼の少なくとも一つの眼の位置(EPR, EPL)に物体光点(OLP)を再構成する光学フォーカス手段(LA)を備える。システム制御器(SC)により制御される電気光学偏向手段(DM)は、物体光点を再構成する、変調光波を少なくとも一つの眼の位置にフォーカスし、眼の位置の変化に変調光波を追従させる。本発明によれば、電気光学偏向手段は、個別に制御可能なマイクロセル(DMC)からなる面が可変のレリーフ構造を有する制御可能な光回折格子である。前記マイクロセルは、互いにある距離をもってグリッド配置され、電気制御信号の影響の下、面のレリーフグリッドの回折スペクトル内の光回折効率を変化させる。【選択図】  図2
2010528332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーンの物体光点を三次元再構成するホログラフィック再構成システムであって、
照明手段(LQ1…Q4)が放射する干渉の発生が可能な光波を、少なくとも一つのビデオホログラムにより変調する空間光変調器手段(SLM)と、
前記変調された光波をフォーカスして、観察者の眼の少なくとも一つの眼の位置(EPR/EPL)に物体光点(OLP)を再構成する光学フォーカス手段(LA)と、
前記物体光点を再構成する、前記フォーカスされた変調光波を少なくとも一つの眼の位置（EPRまたはEPL）に誘導し、前記眼の位置の変化に前記変調光波を追従させる、システム制御器(SC)によって制御される電気光学偏向手段(DM)とを有し、
前記制御可能な電気光学偏向手段(DM)は、電気的にアドレス指定が可能なマイクロセル(DMC)であって、コヒーレント照明下で面が可変のレリーフ構造をもたらす制御可能な回折格子の機能を実現する、個別に制御可能な前記マイクロセル(DMC)の周期的な構造をもつセルグリッドを有する偏向手段のアレイであり、
前記システム制御器(SC)は、前記面のレリーフ構造の回折スペクトルにおける回折次数内の光回折挙動を変化させることを特徴とするホログラフィック再構成システム。
【請求項２】
前記偏向手段のアレイは、変調波場を誘導する際に、光損失を最小限にするため、位相格子として動作する請求項1に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項３】
前記システム制御器(SC)は、前記偏向手段のアレイの格子回折スペクトルにおける最大の回折効率を示す格子回折次数が現在の眼の位置(EP)のターゲット方向に最接近するように、前記偏向手段のアレイの前記電気的にアドレス指定可能なマイクロセル(DMC)のプリズム角を制御し、
前記システム制御器(SC)は、前記ターゲット方向からの前記格子回折次数の偏差を最小にするように、前記照明手段(LQ1…LQ4)の入射角を変動させて、干渉の発生が可能な、出力される波場を所望の眼の位置に誘導する請求項1に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項４】
前記制御器は、所望するターゲット方向からの前記格子回折次数の偏差を補償するために、前記光源(LQ1…LQ4)を移動する請求項3に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項５】
前記システム制御器は、優先間隔を低減して前記回折次数の間の偏向値を制御するために、制御可能な位相グリッドを形成するように複数のマイクロセルを組み合わせて、前記回折スペクトルにおける隣接する回折次数の間で干渉の発生が可能な前記光波の偏向を変動させる請求項3に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項６】
前記光学偏向手段のアレイは液的駆動セルを備える請求項1に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項７】
前記液的駆動セルの側壁は反射拡散光を吸収するように設計されている請求項6に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項８】
前記液的駆動セルの側壁は疎水性、かつ、電気絶縁性である請求項6に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項９】
前記液的駆動セルの間を静電遮蔽する手段を備える請求項6に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項１０】
前記液的駆動セルの蓋の役割を果たす透明導電手段を備える請求項6に記載されたホログラフィック再構成システム。
【請求項１１】
前記液的駆動セルを温度補償する手段を備する請求項6に記載されたホログラフィック再構成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィックコードを処理する空間光変調器手段(spatial light modulator means)と、その光変調器手段を照明する照明手段を有する、シーンを三次元再構成するためのホログラフィック再構成システムに関する。本発明は、主に、ビデオホログラムのシーケンスを使用する動画シーンのリアルタイムまたは略リアルタイムの再構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム信号プロセッサは、ビデオホログラムを計算し、干渉の発生が可能な照明手段によって照明される場合、ホログラフィック情報によって少なくとも一つの光波面(light wave front)を空間変調する空間光変調器手段の変調器セル構造上にビデオホログラムをエンコードする。変調された光波面は、光波の干渉によってシーンを再構成し、一人以上の観察者がシーンの三次元再構成として再構成物体光点(reconstructed object light points)を注視することができるように、眼の位置に向けてシーンを伝播する。これは、眼の位置の前方において、再構成物体光点が三次元的にシーンの光学的な見え(appearance)を再現することを意味する。空間光変調器手段の変調器セルの解像度が低く、ビデオホログラムを計算するための計算負荷が低減された再構成システムにおける変調光波面は、フォーカス手段により、数mm〜数cmの視界領域(visibility region)に縮小されることが好ましい。変調波面による再構成は、観察者の両眼によって同時に見ることができない。視差が異なる種々のビデオホログラムの時分割多重化表現または空間分割多重化表現において、観察者の両眼が役割を果たす。
【０００３】
数百万画素の解像度を有し、ビデオおよびTV装置またはプロジェクタにおいて画面に使用される高解像度のフラット光変調器は、例えば、とくに光変調器手段に適する。光変調器手段は、より大きい光回折角と、より小さい変調器セルの中心間の距離、つまり変調器ピッチを達成する。
【０００４】
再構成システムは、テレビおよびビデオ機器として知られる従来の解像度の液晶ディスプレイ(LCD)パネルを空間光変調に使用する国際公開第WO2004/044659号「Video hologram and device for reconstructing video holograms」によって知られている。この再構成システムは、照明手段と光変調器手段の間にフォーカス手段を有する。このフォーカス手段は、ビデオホログラムにはかなり低い、従来の液晶ディスプレイの変調器解像度により、空間光変調器と、眼の位置における視界領域の間に亘る再構成空間において、広い視野角、かつ、良好な解像度で優れた空間的奥行きをもつホログラフィック的に再構成されたシーンを少なくとも一人の観察者が観られるようにする。
【０００５】
そのような光変調器の一つの欠点は、変調器セルのピッチが相対的に小さいにも関わらず、観察者が両眼で再構成を見るには小さ過ぎる回折角を依然として有することである。
【０００６】
国際公開第WO2004/044659号にかかる再構成システムは、さらに、複数の視界領域の位置を誘導し追跡する可能性を開示する。とくに、再構成システムは、再構成を知覚するための視界領域を生成する光源像を変位させる可動ミラーまたは異なる位置に配置された複数光源を使用して、システムの光軸に対して横方向に、光源の機械的または電子的オフセットを実現する。
【０００７】
広い追跡範囲において、光がフォーカス手段を通過する際に生じる実質的な収差が空間シーンの再構成に悪い影響を与える不利益がある。
【０００８】
出願人は、国際公開第WO2006/119920号「Device for holographic reconstruction of three-dimensional scenes」に、再構成を観る眼の位置において、光変調器の変調器面(modulator surface)より狭い少なくとも一つの視界領域を使用するホログラフィック再構成システムを開示する。図1は、従来のシステムの機能原理を示す。
【０００９】
干渉の発生が可能で、マトリクスに構成され、面発光バックライトを形成する光源LQ1…LQ8のアレイは、空間光変調器SLMの変調器面を照明し、フォーカス手段LAのアレイは、機械的に結合された例えば凸レンズのような多数のイメージング素子を備える。フォーカス手段LAのアレイの各イメージング素子は、変調器面を共同で照明する照明ユニットの束(bundle)を生成するように、干渉の発生が可能な複数の光源に割り当てられ、各照明ユニットは変調器面のサブ領域のみをカバーする。照明ユニットにおいて干渉の発生が可能な光源は、切替可能な変調器マトリクスSMを使用して活性化され、フォーカス手段のアレイのイメージング素子は、それが割り当てられた光源を眼の位置に映し出す。各照明ユニットは、変調器面のサブ領域を介して光波の一部(partial light wave)を送り出し、個々のサブ領域による個別の変調の後、光波の一部(partial light waves)は眼の位置EPRにおいて共通の視界領域を形成するように重畳される。
【００１０】
眼の位置の変化に対する視界領域の位置の誘導と追跡は、例えば、所謂LCDシャッタアレイにより透過状態に切替可能な変調器セルを有する付加的なスイッチング変調器マトリクスSMによって実現される。システム制御器SCは、眼探知器EFによって探知される現在の眼の位置EPRまたはEPLに依存して、フォーカス手段のアレイのイメージング素子ごとに、イメージング素子によって眼の位置にフォーカスされ、干渉の発生が可能な光用の点形状の光出口IまたはIIを開く。これは、透過モードに切替可能な変調器セルのパターンを生成する。現在の眼の位置が横方向に変化する場合、システム制御器SCは、それに従い透過モードに切り替えた変調器セルのパターンを横方向に変位し、視界領域の位置が調整される。眼の位置が軸方向に変化する場合、システム制御器SCは、透過モードに切り替えたパターンの変調器セルの間の距離を修正する。上記文献は、光波場(light wave field)を誘導し追跡する上述した処理を実現するために、個別に制御可能な点光源を有す切替可能な光源アレイの使用も開示する。
【００１１】
しかし、上述した解決策に従い光波場の伝播を調整して視界領域の位置を誘導し追跡する処理は、収差と大きな光損失など、幾つかの欠点を示すことが知られている。
【００１２】
出願人は、国際公開第WO2006/119760号「Projection device and method for the holographic reconstruction of scenes」に、光変調器として対角数cmのマイクロディスプレイを使用するホログラフィック投影システムを記載する。この装置は、フォーカス面に干渉を発生可能な光を映し出すイメージング手段を有し、視界領域が眼の位置に生成される。第一のイメージング手段は、光変調器がエンコードするビデオホログラムを拡大してフォーカシング表示画面に映し出す。表示画面は、ビデオホログラムの空間周波数スペクトルを眼の位置に映し出す。シーンの光学的に拡大された再構成は、表示画面に向いた視界領域から観る場合、大きな視野角で可視である。視界領域は、ビデオホログラムのフーリエ平面における、使用回折次数の画像である。上述した再構成システムと同様、光変調器は、第二のイメージング手段の後方に連続するように、再構成空間をエンコードすることができる。
【００１３】
国際公開第WO2006/119760号に記載された投影システムは、さらに、視界領域の位置を誘導し追跡する特定の実施例において、機械的、電気的または光学的な誘導と追跡を実現する制御可能な偏向手段を有する。視界領域を横方向に、オプションとして軸方向に追跡するために、偏向手段は、第一のイメージング手段の近くに配置されてプリズムのように空間スペクトルを実質的に変位するか、表示画面の近くに配置されてプリズム関数を、オプションとしてレンズ関数を実現する。
【００１４】
上述した再構成システムのすべては、離散変調器セル構造で、ホログラフィックアプリケーションに対してはかなり低い解像度の光変調器手段を使用する。他方、一般的に知られているように、離散変調器セル構造は、回折間隔の他の回折次数におけるホログラフィック再構成の間欠的な再開(periodic continuation)に起因し、視界が損なわれる。他方、変調器セル構造の上記ピッチは、結果として相対的小さな回折角をもたらし、実際、数mm〜数cmの回折次数が非擾乱(undisturbed)視界領域に使用可能である。従って、そのような装置と、位置を検出し追跡するモジュールの組み合わせが有意義である。そのモジュールは、波追跡手段を使用して、変調光波を現在の眼の位置に誘導し、眼の位置に従い視界領域の位置を調整し、眼の位置が変化する度に視界領域の位置を追従させる。
【００１５】
一例として、国際公開第WO2004/044659号に記載された再構成システムは、視界領域の位置を誘導し追跡するために、光源を変位する方法を開示する。とくに、このシステムは、システムの光軸に対して横方向に、光源アレイのアクティブな光源を機械的または電子的に変位する。
【００１６】
上述した追跡システムのすべては、広い追跡範囲において、イメージング手段の収差が空間シーンの再構成に対する擾乱作用をもつ欠点がある。シーンを再構成するために眼の位置に依存して光が種々の角度でイメージング手段を通過し、収差が発生する。
【００１７】
さらに、光源を機械的に位置付ける必要があるか、光源の位置が電子的に制御される場合、光源界(light source field)の高い空間解像度が提供される必要がある。その場合、光源アレイは、イメージング手段のアレイのイメージング素子ごとに、多数の点光源を有する必要がある。
【００１８】
制御可能な電気光学セル、所謂液的駆動(electrowetting)セルが国際公開第WO2004/099847号「Electrowetting cell」によって知られている。これらセルは、静電位を用いて液体の表面張力を変化させ、光の屈折の挙動を制御するために、毛細管作用(capillary effect)と液的駆動作用の長所を利用する。液的駆動セルは、基本的に、電極間が油のような疎水性の液体と水に満たされたキャパシタを有し、一つの電極は疎水性の材料に覆われる。電界が加えられない場合、油は被覆電極を膜として覆い、電界が加えられると、電界が水面の双極子の分極を補償するため、水が油膜を変位させる。セルは、電子制御される光学レンズと、1mm2未満の表面積を有するプリズム素子を実現することができる。
【００１９】
国際公開第WO2004/075526号「Autostereoscopic display」にかかる裸眼立体(autostereoscopic)画像表示装置は、追跡装置なしに、多数の方向に水平に画像光点(image light points)を放射する。この画像表示装置は、画像再現装置の画像光点を介して、動的制御が可能な偏向挙動を行う光学偏向手段のアレイに向かって伝播する平行光を放射するバックライトを有する。とくに、光学素子は、制御可能なレンズとして使用され、動的に調整可能なビーム制御器を実現する液的駆動セルである。観察者の現在の眼の位置を追跡すべき画像再現を避けるため、システム制御器は、光学偏向手段の制御可能なアレイを使用して、各ビデオ画像期間に光の出射角と画像再現装置の画像コンテンツを頻繁に変更する。それにより、空間分割多重化と時分割多重化の組み合せを用いて各ビデオ画像期間に最大百の放射方向が提供され、放射方向は、水平方向に並行に近接し、画像セクタの形式を有するから、観察者の各眼は追跡を必要とせずに視差が異なるビデオ画像(images)を見ることができる。光学偏向手段は、並行に近接する多数の画像セクタに亘って、画像表現装置により時間的に異なる変調が施されたビームをパンする。この公開公報は、光学偏向手段のアレイを使用して干渉の発生が可能な変調波場(modulated wave field)を偏向することが可能なシステム制御器を説明する如何なる技術手段も開示しない。
【００２０】
本発明の主題とは異なり、国際公開第WO2004/075526号は、観察空間の三次元構成として、物体光点をホログラフィックに再構成しない裸眼立体画像表示装置に関連する。物体光点を再構成する代わりに、裸眼立体画像表示装置は、観察者の両眼に多数の画像情報を搬送する画像光点の形態を有する二次元画像を変調器平面(modulator plane)に表示する。上記公報は、光の回折または光の干渉がもつ画像再現に有用な如何なる機能も全く示唆しない。動的調整が可能なビーム制御器は、単純な方法で非干渉性光(incoherent light)の光束を偏向するように設計され、偏向光ビームの相互干渉の条件に関しては要求されない。互いに近接する光線の束は、とくに、寄生的な回折次数の光の入射を妨げることができない。
【００２１】
さらに、液的駆動セルの境界域における非線形な伝達挙動は、干渉の発生が可能な変調光波の伝播に影響を及ぼし、再構成システムの干渉挙動と、そして再構成の質を実質的に擾乱する。
【００２２】
この公報は、光学偏向手段のアレイを使用して干渉の発生が可能な変調波場を偏向するシステム制御器、および、寄生的な回折次数の影響を回避することができることを説明する如何なる技術手段も開示しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、光電子波(opto-electronic wave)追跡手段を有するホログラフィック再構成システムを提供することを目的とし、追跡範囲における観察者の現在の眼の位置に関係なく、変調光波が再構成システムを貫く広範に一定の光路に追従することでシステムの光学素子に対する要求が最小化され、再構成システムの大部分の光路は、静的な条件の下でシーンを再構成する前に、光波伝播の補正に組み込むことができる。さらに、可能であれば誘導処理中の光損失はなく、波追跡手段の光学部品の光伝達挙動を干渉の発生に必要な厳格な条件に適合させて、三次元シーンの物体光点を、シーン構造における局所的な位置と可能な限りオリジナルに近い光強度値に関して誤差なしに、再構成する。光変調器手段の変調器セルの構造を有する波追跡手段の精密な位置合わせは不要になる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、シーンの物体光点を三次元再構成するホログラフィック再構成システムに基づき、干渉の発生が可能で、少なくとも一つのビデオホログラムにより照明手段が放射する光波を変調する空間光変調器手段を有する。
【００２５】
光学フォーカス手段は、観察者の眼の少なくとも一つの眼の位置に再構成する物体光点の変調光波をフォーカスし、システム制御器は、電気光学偏向手段を使用して、少なくとも一つの眼の位置にフォーカスされた変調光波を誘導し、変調光波を眼の位置の変化に追従させる。光変調器手段は、光波の誘導と追跡に関係なく、眼の位置の前方に物体光点を再構成するように、光波を変調する。
【００２６】
本発明によれば、電気光学偏向手段は、少なくとも一つの、制御可能なマイクロセルによる偏向手段のアレイを有し、前記アレイは、個別に制御可能な光偏向が知られている、規則的に配置された多数の液的駆動セルを有する。
【００２７】
偏向手段のアレイにおける規則的に配置された液的駆動セルが数μmのセルピッチを示せば、マイクロセルのアレイは、コヒーレント照明下で変化する面のレリーフ構造を有する制御可能な回折格子(diffraction grating)のように機能する。この回折格子は、振幅格子構造、または、好ましくは回折次数が多次の周期的な回折スペクトルにおいてコヒーレント光を偏向する位相格子構造としての役割を果たすように、システム制御器によって制御される。光回折格子のうち、制御可能な位相格子は、光の振幅の代わりに光の位相に影響する利点を有する。理想的な位相格子において光強度は低下しない。光損失がないことが理想的である。
【００２８】
回折次数が多次の周期的な回折スペクトルにおけるコヒーレント光の回折は、そのような電気光学偏向手段が出力する波場の偏向角を連続的に制御できないという事実をもたらす。電界の制御により制御可能なマイクロセルのプリズム角を変動させる場合、出力される光波の個々の回折次数における回折効率が変化する。これは、光強度の分布が格子方程式(grating equation)により判定される角度に関係することを意味する。電界の制御に影響される、制御可能なマイクロセルにおけるプリズム角の変動、つまりプリズムの表面の傾きは、個々の回折次数における回折効率の変動に一致する。つまり、光波は離散的な方向にのみ伝播し、それら方向における光強度を変動させることができる。
【００２９】
制御可能なマイクロセルの、そのような格子構造における角度の離散的な切り替えにもかかわらず、干渉の発生が可能な出力される波場の偏向角を連続的に制御するために、格子構造が本発明の再構成システムに使用される。このため、システム制御器は、電界の制御を使用して、現在の眼の位置のターゲット方向に最も近い、最大の回折効率を示す格子回折次数があるようなプリズム角を実現して、ターゲット方向からの格子回折次数の偏差が補償され、干渉の発生が可能な出力される波場が望む眼の位置に誘導されるように、偏向手段のアレイのコヒーレント照明の入射角を変動させる。
【００３０】
連続的な追跡の代替方法は、光路に配置した離散位相シフト手段を使用して、隣接するマイクロセルの位相の伝達挙動を連続的に変化させ、格子中のマイクロセルの間隔を広げるために、隣接する制御可能なマイクロセルを組み合わせて複合セルを形成することである。格子の変更された間隔は、種々の偏向角を実現可能にする。
【００３１】
液的駆動セルの欠点は、光の大部分が拡散するため、偏向角が広がるに連れて伝達率が低下することである。ある傾斜角において異なる屈折率を示す光学媒体に光が入射すると、それら光学媒体は光の一部のみを伝達する。入射角が全反射角より大きい場合、光は全く伝達されない。プリズム角が増加するに連れ、マイクロセルにおいて、多数の反射により、その機能を擾乱する、さらに多くの拡散光が発生し、ホログラフィック再構成に悪影響を及ぼす。本発明によれば、マイクロセルの側壁は、所謂光トラップとして反射拡散光を吸収するように設計される。
【００３２】
本発明の特定の実施例において、可変マイクロセルの側壁は疎水性かつ電気絶縁性である。疎水性層は、表面粗さとともに必要な湿潤性を提供する。側壁の被覆に使用する材料は、吸収型が好ましい。吸収性を実現するさらなる特徴は、非常に薄い、つまり照明の波長λの何分の一の厚さの疎水性層で側壁を被覆することである。これは、例えば必要な湿潤性を示さない吸収物質が電極と疎水性層の間に配置されることを許容する。後者の実施例は、例えば多孔質のプラスチック材料に起因する不充分な電気絶縁を防ぐ付加的な利点を有す。
【００３３】
液的駆動セルのさらなる欠点は、その関数が無視できない温度依存性を示すことである。光学材料の屈折率は温度に依存し、つまりn=n(T)である。例えば、油は、考慮と補償が必要な屈折率の変化を示す。マイクロセルの温度変化は、マイクロセルを満たす材料の屈折率nも変化させる。これは、セルを通過する光の光路を変化させる。その結果、マイクロセルの温度変化は、位相挙動と光の伝播角に影響を及ぼす。屈折率の変化は、格子中のセルそれぞれの表面を跨いで実現される位相関数の勾配の変化に対応する。
【００３４】
望む追跡角を実現する回折次数に対して回折効率が最大になるように偏向手段のアレイが制御される場合、例えば、数度の温度変化は個々の回折次数の回折効率を変化させ、望む追跡方向に存在しない他の回折次数の強度の増加を示し、その結果は理想的なホログラム再構成を擾乱させる。
【００３５】
この欠点を補償するために、本発明にかかる再構成システムは次の技術的手段を備える。
・温度変化と、結果としての位相変化、つまり2πを法とする光路長を検出し、それらを補正する手段、
・補正テーブル、例えば関数n(T)の周知のカーブを使用して、セルアレイに使用される材料の屈折率の変化の補償を実現するために、温度Tおよび/または温度分布T(x, y)を測定する手段、
・実際の構成に対する関数T(x, y)の充分な測定精度を実現するために、光学走査または光学イメージングIRセンサを使用する偏向手段のアレイの面に配置された温度センサを使用して、温度および/または温度分布を測定する手段。
【００３６】
パネルに組み込むセンサは、例えば、考慮すべき温度範囲において関数R(T)の傾きが充分に大きい抵抗器の形態によって容易に実現される。
【００３７】
温度または温度分布の測定の代わりに、温度変化によって生じる光路長の変化、つまり位相変化φ=φ(T)を測定することができ、それら測定値に基づきプリズム角の補正を制御することが好ましい。
【００３８】
波面は、例えば波面センサを使用して測定されることが好ましく、それにより再構成の質をチェックする。波面を光路から横方向に導いて、動作中に測定と評価を行うことができる。
【００３９】
温度または温度分布の測定の代わりに、温度変化によって生じる光路長の変化、つまり光強度分布の変化I=I(φ(T))を介した位相変化の測定が可能であることが、さらに好ましい。これは、カメラにより検出される適切に選択された光強度分布が、再構成の機能の動的監視に役立つことを意味する。
【００４０】
再構成の質の監視に役立つ光強度分布は、例えば、非常に低い回折効率の格子を介してSLMの後面から横方向に分離される。投影型構成における横方向の分離は、例えば、共面プレート(coplanar plate)を用いて達成される。
【００４１】
補正は、反復を伴うことができる。方程式のシステムにおける両面性(ambivalence)は、追加導入された変数の集合、つまり、例えばφi(x, y)および/またはIi(x, y)により除去することができる。
【００４２】
コヒーレント光によって照明されるシステムの変調器セルと個々のマイクロセルの間で生じる相対的な位相を測定する直接的で単純な方法は、考慮される点により放射される一つまたは複数の球面波の干渉を評価することである。
【００４３】
隣接点から放射され、コヒーレントに重畳される球面波は、共通の重複領域において干渉パターンを作成する。例えば縞模様であるこのパターンは直接評価可能で、縞の位置が測定され、相対遅延(relative retardation)が導出される。その位置は、閾値の定義とエッジ検出の方法を用いて容易に見出される。あるいは、縞の位置は、フーリエ変換（搬送周波数法、carrier frequency method）を用いて見出される。例えば、i=1…5の五つの位相φi(x, y)の追加導入、つまり位相シフト干渉法の使用により、不確実さが2π/200未満の測定、つまり光路長差の不確実さがλ/200未満の測定が可能になる。
【００４４】
複数の点の間の相対的な位相は、再構成の画像シーケンスの間で判定され、つまり、例えば測定される点以外の全点には値0が与えられる。カメラは、結果としての光強度分布を同期的に記録することができる。位相シフト干渉法において、導入された位相シフトの間に、画像シーケンスが存在することが可能である。
【００４５】
極めて短い期間において、例えば、充分な数の点の相対的な位相が測定され、例えば温度変化のために必要になる位相補正を実行することができる。領域に亘る相対的な位相位置の統合は、結果として、一般に無視可能な不変部分を除いた考慮する面全体の位相分布を与える。部分波を分離する手段を有するホログラフィックディスプレイは、波面の変化の検出に使用される干渉計としての役割を果たす。位相分布を測定するこの方法は、一般に、例えば画像生成用の位相シフトされたセル素子を有するシステムにおいて有利である。
【００４６】
マイクロセルのさらなる問題は、マイクロセルの関数の印加電圧に対する依存性である。接触角(contact angle)とプリズム角は、印加電圧または電圧差に依存する。予測は、液体セルの角度範囲が少なくとも10ビット、つまり210=1024値で制御されることを示す。外部の干渉電界の影響を最小限に維持する必要がある。これは、本発明のさらなる特徴である、マイクロセルの静電遮蔽により達成される。これは、充分に透明であり、電荷の放電に適した、パネルの上面と底面の被覆によって達成されることが好ましい。これは、例えば、フォトリソグラフィックコーティングでもよい。マイクロセルの制御に関わる隣接する電極は相互に絶縁される必要があり、シールドの役目を果たす電極、つまりV=0の電位を帯びる電極はマイクロセルの間に配置される。
【００４７】
二次元偏向用のマイクロセルは、とくに印加電圧の差に依存する。プリズムウェッジ角は電圧差に依存するから、制御電極によって生成される電界は、2D偏向を実現するマイクロセルのセルのエッジの近くで重畳される。
【００４８】
2D偏向の場合、0Vなど、固定電位を帯びる追加電極を制御電極の間に配置することでクロストークを低減する。
【００４９】
高い表面エネルギ(surface energy)をもつ材料において、2D偏向に関する電極間に直接的または間接的に制御可能な電極（図4のUij(x, y)）を導入することにより、セルの縁領域(marginal area)に向かってより平坦な界面(planar interface)を実現する可能性が提供される。コーナにおいて、縁曲率(marginal curvature)または毛管動作(capillary action)を対象とする反作用(counteraction)を可能にする接触角が達成される。
【００５０】
製造工程にある理由により、液体セルは無視できない位相の変動(fluctuation)を示すことがある。液的駆動セルのアレイを液体成分で満たせば、例えば、一つの液晶のみを有する位相変調光変調器よりも、充填レベルが変動する傾向にある。個々のセルの間の位相または位相オフセットの変動は、物体の再構成に悪影響を及ぼす。二つの光学媒体による個々のマイクロセルの不均一な充填は、セルを貫通する光の不規則な光路に起因する。これは、マイクロセルの個々のコンポーネントの充填容量の変動が、セルを貫通して伝播する光の位相の変動に対応することを意味する。不均一に充填されたセルの偏向電界は、位相の不規則なシフトを実行する。
【００５１】
再構成システムは、個々のセルにおいて実現される位相、つまり2πを法とする光路長の変動を検出して、ホログラムのエンコード中に検出した変動を考慮する技術的手段を備える。
【００５２】
位相誤差の補償に、光路長を補正するような付加的な位相シフトを実現する位相シフト素子が光路に追加配置される。
【００５３】
スイッチング周波数が高い場合、液的駆動セルは固有共振(intrinsic resonance)を示すことがあり、通常、界面の振動を示す。これは、スイッチング周波数が高い場合、大きい振幅を有する界面の振動が発生し、セルが時間平均で規定された位相ウェッジのみを実現することを意味する。
【００５４】
振動は、適切な制御パルスU(t)、または、U1(t)とU2(t)を用いて低減することができる。パルス曲線は、共振を最大に抑制するために、ランプ関数の形態を選択しないことが好ましい。最適なパルス形状は、材料によって異なり、モデルを使用してまたは経験的に見出される。さらに、I(t)は、適切な値を有するように選択されるか、または、制限が与えられる。
【００５５】
温度依存性は、補正テーブルに格納され、温度に依存してパルス形状を補正するために使用される。
【００５６】
さらに、液的駆動セルは、例えば、化学反応に起因するエージング効果を示す。疎水性プラスチック材料は、500nm未満の考慮される層の厚さにおいて僅かに多孔質である。例えば、テフロン（登録商標）は油に触れると膨張を示す。これは、低下した電気絶縁に対応し、スイッチング周波数に依存して電力損失が増加し、つまり、液体セルの面における熱の発生に寄与する。
【００５７】
コスト削減と製造プロセスの簡略化のために、例えば銅の金属電極を使用することが好ましい。しかし、水および/または油との接触は、そのような電極の腐食に起因する。さらに、金属イオンなど、電極に拡散するイオンは化学ポテンシャルを変化させて、液的駆動セルの関数を変化させる。
【００５８】
拡散防止層の役割を果たす電極上の電気絶縁層の堆積は、電力損失を低減し、液的駆動セルの液体と電極の間で発生する酸化プロセスを防ぐ。
【００５９】
多孔質疎水性プラスチックコーティングの欠点は、そのようなプラスチック材料を使用しないことによって回避される。疎水性表面の特性は、例えば、プラズマ処理において生成される。例えば、修正されたエッチング処理を使用して酸化シリコン上に疎水性表面を生成することが可能であり、その表面はプラスチックコーティングの欠点を示さない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明にかかる手段なしに、干渉の発生が可能な光波場を追跡する、国際公開第WO2006/119920号によって知られているホログラフィック再構成システムを示す図。
【図２】スイッチングマトリクスSMの代わりに、干渉の発生が可能な光波場を追跡するための回折マイクロセル構造を有する偏向手段DMのアレイを使用する国際公開第WO2006/119920号にかかるホログラフィック再構成システムを示す図。
【図３】2D偏向の場合に、V=0など、固定電位を帯びた追加電極を制御電極の間に配置してクロストークを低減した単一のマイクロセルの構造を示す図。
【図４】セルの縁領域においても平坦な界面を実現するための、制御可能な電極のマイクロセルへの導入を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図2は本発明にかかる、シーンの物体光点の三次元再構成に対するホログラフィック再構成システムを示す。システムは次の構成を備える。
・照明手段LQ1〜LQ4により放射され、干渉の発生が可能な光波を、少なくとも一つのビデオホログラムにより変調する空間光変調器手段SLM、
・変調光波をフォーカスして、観察者の眼の少なくとも一つの眼の位置EPRまたはEPLに物体光点OLP（例示的な一つの物体光点を図に示す）を再構成するレンズアレイ形態の光学フォーカス手段LA。
【００６２】
図2において、再構成されるシーンは、単一の光点OLPによってのみ例示される。
【００６３】
システム制御器SCは、少なくとも一つの眼の位置EPRまたはEPLに再構成物体光点のフォーカスされた変調光波を誘導し、眼の位置が変化した場合はそれに変調光波を追従させる電気光学偏向手段DMを制御する。
【００６４】
本発明によれば、制御可能な電気光学偏向手段DMは、電気的にアドレス指定が可能なマイクロセルDMCを有する偏向手段のアレイであり、システムの光出口、つまり光路中の、光変調器SLMの後に配置されることが好ましい。
【００６５】
偏向手段のアレイは、コヒーレント照明下で面が可変なレリーフ構造をもたらす制御可能な回折格子の機能を実現する、個別に制御可能なマイクロセルの周期的な構造をもつセルグリッドを有する。システム制御器SCは、電気制御信号を使用して、面レリーフ構造の回折スペクトルにおいて回折次数内の光回折挙動を変化させることができる。偏向手段のアレイは、変調波場を誘導する際に、光損失を最小限にするため、位相格子として動作することが好ましい。
【００６６】
実施例において、偏向手段のアレイは、光を透過する液体により満たされた中空体の液的駆動セルを備える。液体の表面は、その中空体の壁に接触して特定の接触角を有する。
【００６７】
経時的に幾何学的な変化がない所定の材料と条件について、中空体における液体の接触角は一定であり、ヤングの式を使用して見出すことができる。例えば液体と中空体の一つの壁の間、または、中空体の対向する側壁の間の誘電系に電界が加えられると、平衡条件が変化して、液体の表面と中空体の側壁の間に形成される接触角が変化する。液的駆動効果はリップマンの式を使用して記述可能である。接触角と液体表面の形状は、一つまたは複数の電界を変動させることにより修正され、これにより、屈折光の法則に従い伝達される光ビームの偏向を変える。
【００６８】
例えば、中空体は、円柱形でもよいし、矩形の底面を有してもよく、対向する側壁はキャパシタの電極対を形成する。好ましくは親水性材料からなる電気絶縁層は、電極と電気的に接地された液体の間に配置される。キャパシタがオフにされると、液体はほぼ球面を示し、そのため、その表面の局所的曲率に従い、局所的に制限された光ビームのみが偏向される。
【００６９】
拡張された光線の束に関するプリズム関数を実現する場合、光線の束の全径に亘り、液的駆動セルの一定のプリズム角が要求される。これを達成するため、対向する電極の接触角は、ある電圧によって対向電極を制御することにより、互いに独立に調整される。制御電圧は、例えば、二つの対向する接触角がともに90度になるように選択される。その場合、プリズム効果、つまり共面素子としての液的駆動セル機能はない。例えば、二つの対向する接触角は異なるが、その合計が180度になるような制御電圧の他のペアがある。その場合、素子はプリズムのように機能する。x方向とy方向の偏向が実現されて、観察者に対して視界領域が二次元に追従するように、電極はペアでスイッチされることが好ましい。
【００７０】
別の実施例によれば、液的駆動セルは、光を透過する複数の不混和性(immiscible)液体により満たされた中空体をも備えることができる。液体の界面において屈折率が変化し、伝達される光が偏向される。複数の液体、好ましくは二つの液体を使用する利点は、液体が封入される(encapsulate)ことである。これは、セル本体が完全に閉じられ、液体によって完全に満たされることを意味する。さらに、適切な密度の液体を選択することによって重力の問題を防ぐことができる。これは、両方の液体がほぼ同じ密度をもつ場合、液的駆動セルが移動された場合、あるいは、衝撃または振動などが与えられた場合、セル本体内の液体の構成は重力によって変化しないか、僅かに変化するだけであることを意味する。さらに、セル本体の底面は必ずしも矩形である必要はなく、六角形または八角形でもよい。また、そのような液体セルを光の伝播方向に向かって直列接続すること、つまり複数の液体セルを前後に配置することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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