(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の光路における電気的にアドレスできる空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）と、
入射光によって第１状態から第２状態へ変化される単安定な光変調特性を有する光学的にアドレスできる空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）と、
前記ＥＡＳＬＭから前記ＯＡＳＬＭのタイル状の領域の組のそれぞれに、光を順に誘導するように配置された光ガイド手段と
を含むホログラフィックディスプレイ。
【請求項２】
前記タイル状の領域は前記ＯＡＳＬＭの第１表面に存在し、装置は、前記第１表面の反対側の第２表面に光線を向けるように配置された第２の光源を含み、前記光線は変調後に前記第２表面から反射される、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
前記ＥＡＳＬＭはサブ−ホログラムのシーケンスによって順に駆動され、ともに完全なホログラム像フレームを形成し、前記光ガイド手段は前記サブ−ホログラムの使用により前記ＯＡＳＬＭのタイルのそれぞれにマップされるように、前記ＥＡＳＬＭのタイルアップデート率に同期するように配置されている請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
前記サブ−ホログラムは、前記ＯＡＳＬＭが物点に収束する離散した波面の組を生成する請求項３に記載のディスプレイ。
【請求項５】
前記ＯＡＳＬＭの変調特性における単安定な性質は、前記第２状態からおおよそ前記第１状態に、フレームアップデート率と同じオーダーの時間で低下する請求項１〜４のいずれか１項に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記ＯＡＳＬＭの変調特性は、おおよそ前記第１状態に、フレームアップデート率以下の時間で低下する請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】
ホログラムを表示する方法であり、その方法は、
コンピュータ生成ホログラムデータで、電気的にアドレスできる空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）を駆動する工程と、
前記ＥＡＳＬＭに光を向ける工程と、
前記ＥＡＳＬＭから単安定な光変調特性を有する光学的にアドレスできる空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）に光出力を誘導する工程であり、前記光は、順に前記ＯＡＳＬＭのタイル状の領域の組のそれぞれに誘導される工程と
を含むホログラムを表示する方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、ホログラフィックディスプレイに関するものであり、特に光学的にアドレスできる空間光変調器の上に投影するための変調した光を発生させる、電気的にアドレスできる空間光変調器を使用するホログラフィックディスプレイに関するものである。
【０００１】
３次元像は干渉パターンやホログラムを平らな表面に形成することによって提供されることがよく知られている。３次元像は、ホログラムが適切に照明されるときに目に見える。最近、関心はいわゆるコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨｓ）に生じており、このコンピュータ生成ホログラムは高い品質の像を表示する可能性を提供するが、このコンピュータ生成ホログラムは実物に基づく必要はなく、適切な深さ合図(cue)があり、ゴーグルで見る必要がない。関心はおそらく、現実的な視覚化技術が重要な医学やデザイン分野で最も強烈であろう。
【０００２】
典型的に、コンピュータ生成ホログラムはデータ値のマトリックスの生成を含み（それぞれのデータ値は光透過レベルに相当する）、このマトリックスはホログラムをシミュレートし、もしそうでなければ本物の平らな表面に形成される。マトリックスは電気的にアドレスできる空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）に適用され、このマトリックスは、例えば、液晶素子あるいは音響光学変調器の２次元アレイである。コヒーレント光は、例えば、レーザーの使用によってＥＡＳＬＭに向けられており、ＥＡＳＬＭから反射された、あるいはＥＡＳＬＭを透過された結果の出力が変調された光パターンである。
【０００３】
使用できる大きさと観察角の３次元像を生じさせるために、ＥＡＳＬＭは典型的に、例えば１０10の大きな画素数でなければならない。さらに、ＥＡＳＬＭの画素は高精度で互いに関連して位置してなければならない。装置はまた、コヒーレント光の変調が可能でなければならなく、例えば、レーザーで作り出されるようなコヒーレント光を変調することが可能でなければならない。これらの要件は非常に要求されており、実施に達成するには高価である。
【０００４】
代わりとなるアプローチがＧＢ２３３０４７１ＡにActive Tiling（登録商標）として言及し公開されおり、比較的小さいＥＡＳＬＭを、比較的大きい光学的にアドレスできる空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）と組み合わせて使用することが述べられている。ホログラフィックマトリックスは連続したタイルの組に細分され、それぞれのタイルのデータがＥＡＬＳＭを順に通過させられる。ＯＡＳＬＭは双安定液晶板を含み（１つの例としては、液晶が強誘電体液晶である）、入射光により第１状態から第２状態へ変化させられる。ＥＡＳＬＭとＯＡＳＬＭとの間に配置されるガイド光学は、ＯＡＳＬＭの表面を横切って進ませるＥＡＳＬＭの出力を引き起こす。ＯＡＳＬＭ液晶の双安定な性質は、像タイルが投影されるＯＡＳＬＭの部分が、ＯＡＳＬＭが電圧の適用によりリセットされる時まで像を記憶していることを意味する。リセット電圧の供給は完全なスキャンの終わりだけに適用され、ＯＡＳＬＭをリセットする直前に、完全なホログラムマトリックスのレプリカをそれに“記憶する”ことが評価される。
【０００５】
ＧＢ２３３０４７１ＡのディスプレイにおけるＯＡＳＬＭがメモリーを有する要件はかなり要求されており、実際に実行するには高価である。さらに、それぞれのスキャンの最後でＯＡＳＬＭをリセットする必要性は、表面電極の使用を必要とするために複雑さが加わり、それゆえホログラフィックディスプレイとしてはさらに高価となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記で述べた不利な点を克服する、あるいは少なくとも軽減することである。この目的と他の目的は、少なくともある程度はサブ−ホログラムを含み、上記ディスプレイは、ＯＡＳＬＭの変調特性が単安定なＯＡＳＬＭを有するコンピュータ生成ホログラムを表示するための、ホログラフィックディスプレイを提供することで達成される。
【０００７】
本発明の第一の局面によれば、ホログラフィックディスプレイを提供し、このホログラフィックディスプレイは、
光源と、
光源の光路における電気的にアドレスできる空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）と、
入射光によって第１状態から第２状態へ変化される単安定な光変調特性を有する光学的にアドレスできる空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）と、
ＥＡＳＬＭから、ＯＡＳＬＭのタイル状の領域の組のそれぞれに順に光を誘導するように配置された光ガイド手段とを含む。
【０００８】
本発明は人間の目に備わっている“メモリー”を利用している。ＯＡＳＬＭタイルのそれぞれからの光の出力の提供は、十分な振幅でもって変調されていて、見る人は、そのタイルから生成された像を、少なくともＯＡＳＬＭのスキャンを完全にする間は記憶している。
【０００９】
ＯＡＳＬＭで一時的に記録されるホログラフィック像データは、たくさんの異なる方法で読み出されるということで評価される。例えば、透過モードでは、“読み出し”光は“書く”光と同じ側からＯＡＳＬＭへ向けられ、ＯＡＳＬＭを通過する。読み出し光と書く光とは異なる波長にすることで、書く光が、光学フィルターによって見る人へ届くのを防いでいる。反射モードでは、読み出し光はＯＡＳＬＭを書く光よりもＯＡＳＬＭの反対側から照明している。書く光は、吸収層によりＯＡＳＬＭを通過するのを防いでいる。
【００１０】
本発明の一具体例では、ＥＡＳＬＭはサブ−ホログラムのシーケンスを順に駆動されるよう配置されており、共に（例えばタイル状のとき）完全なホログラフィック像フレームを形成する。光ガイド手段は、ＥＡＳＬＭのタイルアップデート率でもって同期され、サブ−ホログラムは、ＯＡＳＬＭのそれぞれのタイルにマップされる。ＯＡＳＬＭが物点に収束する離散した波面の組を生成するようなサブ−ホログラムであることが好ましい。
【００１１】
前記第２状態からおおよそ前記第１状態に、フレームアップデート率と同じオーダーの時間で低下するようなＯＡＳＬＭの変調特性の単安定な性質であることが好ましい。すなわち、サブ−ホログラムの完全な組を表示する時間である。変調特性は、おおよそ第１状態にフレームアップデート率以下の時間で低下することがより好ましい。変調特性の単安定な性質により、完全なスキャンの終わりに変調特性をリセットする必要性がない（すなわちフレームアップデートである）。また双安定なＯＡＳＬＭよりも、単安定なＯＡＳＬＭの有用性と入手可能性のほうが大きいことが評価される。
【００１２】
前記タイル状の領域は重なっていてもよく、または互いに連続していてもよく、あるいは離れて配置されていてもよい。
【００１３】
本発明の第二の局面によれば、ホログラムを表示する方法が提供されており、
その方法は、
コンピュータ生成ホログラムデータで電気的にアドレスできる空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）を駆動する工程と、
ＥＡＳＬＭに光を向ける工程と、
ＥＡＳＬＭから単安定な光変調特性を有する光学的にアドレスできる空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）に光出力とを誘導する工程であり、前記光は、ＯＡＳＬＭのタイル状の領域の組のそれぞれに順に誘導される工程とを含む。
【００１４】
本発明のより良い理解と、どのようにして同じことが効果的な参考として実行されるかについて、以下の添付する図によって例示される。
【００１５】
図１は、Active Tiling （登録商標）のホログラフィックディスプレイシステムを説明している。
【００１６】
図２は、３次元像がホーゲル(hogel)の組を使用することで構成されている、図１のディスプレイを使用した点のディスプレイを説明している。
【００１７】
図１ではActive Tiling（登録商標）ホログラフィックディスプレイを概略的に説明しており、ＯＡＳＬＭ（下記に記す）の性質とは別であることが知られている。ディスプレイは電気的にアドレスできる空間光変調器（ＥＡＳＬＭ）１を含み、上記ディスプレイはコンピュータ（図示せず）からホログラフィック像データを受けるように配置されている。ＥＡＳＬＭ１は、例えば、変調要素のマトリックスあるいは液晶要素のアレイに細分されている音響−光学変調器であってもよい。
【００１８】
コンピュータから受けとった像データは、一連のサブ−ホログラム（例えば、ホーゲル、ホログラフィック立体画、あるいは相が加わった立体画）を含み、それぞれは相変調データマトリックスから成り立っている。これらマトリックスが共にタイル状のときに、これらマトリックスはホログラムを定義する完全なデータアレイを提供する。サブ−ホログラムマトリックスは、シーケンスのようなラスタスキャン（すなわち各列毎に）においてＥＡＳＬＭ１を通過する。サブ−ホログラフィックマトリックスは、ＥＡＳＬＭ変調要素に順にマッピングされており、データ（あるいはむしろ相当する電圧）を有し、このデータはそれぞれのマトリックス点にて相当する変調要素に割り当てられる。例えばレーザー、あるいは発光ダイオード（図示せず）によって提供されるインコヒーレント光２の光線は、ＥＡＳＬＭ１の表面に向けられる。ＥＡＳＬＭ１を透過する光３は、ＥＡＳＬＭが通過する変調要素に適用される電圧によって決められた総量によって変調される。
【００１９】
ＥＡＳＬＭ１を透過した光３は、光ガイドシステム４の方向に向けられる。光ガイドシステム４は、５×５列の光方向レンズ５を含む。５×５列の電気的に制御されたシャッター６がレンズ５とＥＡＳＬＭ１との間に配置されている。シャッターアレイ６は、レンズアレイ５とともに一列に配置されており、ホログラフィック像データを生成するコンピュータから受けとった制御信号によって制御されている。制御信号は、コンピュータによってＥＡＳＬＭ１へ提供された像データと同期し、１つのシャッター６のみがいずれかの時間に開かれている。さらに、それぞれのシャッター６は、ＥＡＳＬＭにサブ−ホログラム像が表されている間は、おおよそ持続して開かれている。シャッター６は、左から右、各列毎に、ラスタスキャンシーケンスで開かれている。
【００２０】
レンズアレイ５のそれぞれのレンズは、一列にされているシャッター６を透過した光を、光学的にアドレスできる空間光変調（ＯＡＳＬＭ）８の相当する領域（“タイル”として言及する）７へ誘導するように配置されている。サブ−ホログラム間のＥＡＳＬＭ１のスイッチと、アレイ６のシャッター開きと同期の結果、それぞれのサブ−ホログラムが、ＯＡＳＬＭ８の相当するタイル７に順に投影される。
【００２１】
ＯＡＳＬＭ８は実質的に平面な装置であり、装置の表の面の入射光は、総量により変調され、装置の背面の相当する領域の入射光の振幅に依存する。このように、装置の表の面に入射するコヒーレント光８は、装置の背面の入射光の、空間パターンに相当する空間パターンによって変調される。より詳細には、ＯＡＳＬＭ８は、変調特性が単安定（双安定よりも）である。つまり、変調器の背面の入射光によって変調特性は第１状態から第２状態に変化させられる。レンズアレイ５の相当するレンズの後ろに置かれたシャッター６が閉じられ、そして光が相当するタイル７に入射しなくなると、変調特性は第１状態に低下する。この低下は、リセット電圧あるいは他のリセット信号を必要とせずに起こる。低下時間は、典型的に全ＯＡＳＬＭ８をスキャンするのにかかる時間以下である。この単安定な変調光特性は、例えば、従来のネマティック液晶を含む液晶装置を使用することで達成される。
【００２２】
もし像の彩度が充分によいならば、人間の目と脳は像が存在しなくなった後にも、短い時間像を記憶していることがよく知られている。画像の彩度が良くなるほど、記憶は長くなる。ここで述べたディスプレイ装置は、全ＯＡＳＬＭ８をスキャンするのにかかる全時間以下の時間に、ＯＡＳＬＭ８の単一タイル７を表示することによって知覚的な記憶を利用している。つまり、スキャン過程の間の与えられるどんな時間においても、タイル７の部分のみが実際には像を表している。フレームスキャンの最後に目は完全な像のフレームを知覚するが、フレームを作っているタイル７の部分のみが実際には像を表示している。
【００２３】
ここで記述した具体例は、特には“ホーゲル”（サブ−ホログラムの型）から成るホログラムに適していることが言及される。ホーゲルは、論文 “空間的なサブサンプリングを使用したホログラフィックバンド幅圧縮” M. Lucente, Optical Engineering, Vol. 35, No. 6, 1996年6月に記載されている。ホーゲルの使用は人間の目の有限な解像度を考慮に入れて、コンピュータ生成ホログラム（低解像度画像の結果となる）の情報内容を最小限にする。ホーゲルは潜在的に速い計算方法を提供する。
【００２４】
本質的に、それぞれのホーゲルはたくさんの方向への光線の回折として予想されることができる。それぞれの方向に、ルックアップテーブルから得られる対応する縞のパターンがある。いずれの方向における光線の明るさは（あるいは実際はいかなる光線であろうとなかろうと）、光線が３Ｄ物体の点を通過するかどうかと、その点における明るさとによって決められる。表示されるホーゲルは、これらの縞パターンすべての線形和であり、像において必要とされる彩度を提供するために適切に重みがついている。像の解像度は、ホーゲルの大きさによって適切に決められるために、この大きさが見る人の目の解像度に調和するかの試みがなされる。この解像度調和は、計算時間の最小化が達成されると予期されるところである。図２は３Ｄホーゲルの表示原理を説明している。
【００２５】
ホーゲル方法の一つの特徴は、それぞれのホーゲルがコヒーレント光で照明される必要がある一方で、ホーゲルは互いにインコヒーレントであることができることである。この議論の目的のために、用語離散コヒーレンス項（空間的コヒーレンスと取り違えられないように）が、この議論を述べるのに使用される。上記のような離散コヒーレント表示システムは像の斑点を減らすことが期待される。
【００２６】
ここでは、変更したActive Tiling（登録商標）システムは特に、離散してコヒーレントに照明されたホーゲルを提供するのに適していることが認識される。ホーゲルがコヒーレント光で照明され、時系列的であり、それゆえどのような時間でも、目がたった一つのホーゲルから光を受けるという概念が使われる。３Ｄ像は時間に亘ってすべてのホーゲルからの光の寄与を積分するときに目に集められる。これはインコヒーレントな過程である。Active Tiling（登録商標）システムのタイルごとの過程はもちろん時系列である。時系列照明の速度は、目の潜像（例えば、ビデオフレーム率）よりも速い必要がある。
【００２７】
本発明の範囲から離れることなく、上記で述べられた具体例はいろいろな変更がなされる当業者に評価されるであろう。例えば、上記の装置は、マルチ−チャンネルホログラフィックディスプレイの単一チャンネルを提供してもよい。つまり、多くのディスプレイ装置は出力が単一ホログラムを提供するようなアレイに配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  Active Tiling （登録商標）のホログラフィックディスプレイシステムである。
【図２】  ３次元像がホーゲルを使用することで構成されている、図１のディスプレイを使用した点のディスプレイである。
【図１】
0004576083.tif 000002
【図２】
0004576083.tif 000003