(57)【要約】回折固有（ＤＳ）コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）を表示するための手順は、画像ボリューム内に投影することができる各点ごとに復号された完全なフリンジを記憶するように、改変された新規な回折テーブル（ＤＴ）を提供することを含む。ＤＳ  ＣＧＨを生成するとき、投影すべき画像に関するデータを保持する回折テーブルが生成される。従来技術では、ＣＧＨ上に表示すべき各点に関する１組の基本フリンジを選択するために使用する１組のホーゲルベクトルを、この回折テーブルに記憶する。すなわち、ある特定のホーゲルベクトルに対応する各基本フリンジは、完全なフリンジが生成される前に、他のすべてと一緒に重ね合わされなければならない。本発明にしたがってフリンジをあらかじめ計算することにより、表示すべき画像の情報なしに新しいＤＴがオフラインで生成されるので、画像を生成するオンライン処理の要件がかなり軽減される。
2004517353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
概念的に複数のホーゲルに分割される光回折面と、画像ボリューム空間と、画像計算手段とを少なくとも備えるコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステムであって、前記画像計算手段が、回折テーブルを組み込み、該回折テーブルが、画像点を形成するために前記画像ボリューム空間に向かって投影される波面を直接再構築するホーゲルに書き込むことができるフリンジ情報を各ホーゲルごとに記憶する、コンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項２】
画像要素が表示される前に、前記回折テーブルに記憶されるフリンジが計算される、請求項１に記載のコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項３】
ある特定のホーゲルに関連するホーゲルベクトルが、表示すべき点から前記ホーゲルに投影される計算された波面の実数成分をフーリエ変換することによって計算される、請求項１または２に記載のコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項４】
前記ホーゲルベクトルを空間領域に変換することによって、前記ホーゲルに書き込まれるホーゲルフリンジが生成される、請求項３に記載のコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項５】
前記画像計算手段が、完全視差を有する画像を全体として構成する複数の画像点を計算するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項６】
前記画像計算手段が、水平視差だけを有する画像を全体として構成する複数の画像点を計算するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項７】
概念的に複数のホーゲルに分割される光回折面と、画像ボリューム空間と、画像計算手段とを少なくとも備えるコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステムを表示する方法であって、前記画像計算手段に回折テーブルを組み込むステップと、各ホーゲルごとにあらかじめ計算されたフリンジ情報を前記回折テーブルに記憶するステップと、画像点を形成するために、前記画像ボリューム空間に向かって投影される波面を直接再構築する各ホーゲルに前記フリンジ情報を書き込むステップとを含む方法。
【請求項８】
前記画像計算手段が、表示すべき対象物の幾何形状から導出された情報に基づいて、所与のホーゲルに対する適切な回折テーブルエントリーをルックアップする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
光源と、
関連するフレーム更新速度を有し、前記光源からの光を変調する第１空間光変調器手段と、
前記第１空間光変調器手段からの光の経路内にあり、前記第１空間光変調器手段からの変調光を誘導するリレー光学手段と、
関連するフレーム読出し速度を有し、前記リレー光学手段からの前記誘導光の経路内にあり、表示用の実際の画像を生成するように構成された第２空間光変調器とを備え、
前記第１空間光変調器手段の更新速度が、前記第２空間光変調器手段のフレーム読出し速度よりも速い、請求項１に記載のコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の方法を使用して、３次元対象物を表現することができるコンピュータプログラム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のコンピュータプログラムを含むキャリア。
【請求項１２】
図６および図７を参照して本明細書で実質的に記載したような、コンピュータ生成ホログラムディスプレイシステム。
【請求項１３】
図６および図７を参照して本明細書で実質的に記載したような、コンピュータ生成ホログラムを表示する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、３次元（３Ｄ）ディスプレイおよび関連する画像生成手段の改善に関する。より詳細には、回折固有（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ）コンピュータ生成ホログラフィ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ、ＣＧＨ）アルゴリズムを使用して画像データを生成する際に、必要とされる計算時間および能力を節減するディスプレイシステムおよび方法に関する。
【０００２】
序論
ホログラフィディスプレイは、通常の２次元ディスプレイまたは他の多くのタイプの３Ｄディスプレイでは得られない奥行きの刺激を提供するので、現実感のある３Ｄ画像を生成する潜在的に最良の手段とみなすことができる。遠近調節の奥行きの刺激は、たとえば、観察者の目が異なる距離のそれぞれに焦点を合わせるときに脳が受け取る刺激であり、距離にして約３ｍまで重要である。これは、もちろん、実際の対象物を見るときに使われる刺激になるが、現在利用可能な３Ｄ表示技術のうちでは、目がその遠近調節能力を使うことができる３Ｄ画像を提供するのは、真のホログラムだけである。コンピュータが保持するデータから画像を生成できるように、再構成可能なホログラフィディスプレイを電子的に生成できることが望ましい。これにより、通常は画像生成に伴う時間と費用がかかるステップを経る必要なく、実在する物体または実在しない物体のホログラフィ画像を生成する柔軟性が得られる。
【０００３】
残念ながら、このような画像を電子的に生成することは極めて難しい。単なる生成の方法はあるが、現在は大量の計算時間と専用の表示ハードウェアが必要となる。
【０００４】
ＣＧＨを計算するこうした方法の１つでは、回折固有（ＤＳ）アルゴリズムとして知られているものを使用する。ＤＳ  ＣＧＨは、（ホログラフィ立体画像の変形とは異なり）真のＣＧＨであるが、干渉に基づく真のＣＧＨアルゴリズムよりも計算負荷が少ない。その理由は、ＤＳアルゴリズムが、ＣＧＨの情報内容を制御し、人間の目では見ることができない不必要な細部まで画像を解像しないようにする点で、現在最も効果的だからである。
【０００５】
ＤＳアルゴリズムの主要コンセプトは、空間領域およびスペクトル領域でＣＧＨを量子化することである。これにより、ＣＧＨのデータ量または情報内容が制御できるようになり、計算負荷が軽減される。ＣＧＨは、ホーゲル（ｈｏｇｅｌ）として知られている複数の領域に分割され、各ホーゲルはその中に複数の画素を含む。各ホーゲルの周波数スペクトルは、ホーゲルが、ホーゲルベクトル要素として知られている複数の周波数要素を有するように量子化される。
【０００６】
ＣＧＨ自体は、制御された形で光を回折するようにプログラムすることができるパネル上に表示される。通常、このパネルは空間光変調器である。本明細書では、「回折パネル」という用語は、回折情報が書き込まれる前のパネルを言い表すために使用するが、回折情報が書き込まれた後の回折パネルは、ＣＧＨと交換可能に呼ばれることに留意されたい。
【０００７】
３Ｄ画像ボリュームは、１組のホーゲル全体による光の回折によって形成される。回折プロセスでは、下記に説明するように、どのホーゲルベクトル要素が選択されるかに応じて、ホーゲルの１つから光が複数の離散方向に放出される。
【０００８】
所与の画像は、画像の構成要素を正しく表示するために、適切なホーゲル内に選択された正しいホーゲルベクトル要素を備えなければならない。回折テーブルにより、この選択を正しく行うことができる。回折テーブルは、画像ボリューム内の位置を、所与のホーゲルとそのホーゲルの必要とされるホーゲルベクトル要素とにマッピングする。これらの位置すなわちノードは、３Ｄ画像の要求解像度に応じて選択される。ノードが多いほど解像度が良好になるが、表示を生成するために、より高い計算能力を必要とするであろう。したがって、ノードを制御すると、処理時間を短縮するために画質が犠牲にされる。従来技術では、３Ｄ画像情報を構築するために、ホーゲルベクトルにより、所与のホーゲルがどの基本フリンジを必要とするかが選択される。
【０００９】
必要とされる回折テーブルエントリーの選択は、表示すべき３Ｄ画像または３Ｄシーンに基づいて、データから計算される。画像の幾何表現は、コンピュータシステム内に記憶されている。この幾何情報は、標準のコンピュータグラフィックス技術を使用してレンダリングされ、奥行きマップも記憶される。レンダリングフラスタム（ｆｒｕｓｔｕｍ）は、ＣＧＨ再生システムの光学パラメータから計算される。レンダリングされた画像および奥行きマップを使用して、全３Ｄ画像のどの部分がある特定のホーゲルに見えるかが３次元で規定される。この部分により、どの回折テーブルエントリーを使用してホーゲルベクトルを計算すべきかが規定される。
【００１０】
最後に、完全なＣＧＨを生成するために、基本フリンジ（ｂａｓｉｓ  ｆｒｉｎｇｅ）を使用して、ホーゲルベクトルが復号される。基本フリンジは、関連するホーゲルと同じ空間範囲を有し、所与のホーゲルベクトル要素に中心がある有限の周波数成分を有する。基本フリンジは、あらかじめ計算され、対象物の幾何形状に無関係である。その計算は１組の複合的な制約に基づいており、１組の基本フリンジ全体（各ホーゲルベクトル要素につき１つ）に重みを付けて線形的に重ね合わせると、擬似連続スペクトルをもつ完全なホーゲルが得られる。このプロセスを、ＣＧＨを構成する各ホーゲルごとに繰り返す。
【００１１】
この手順は、参照文献１、２、および３により詳細に出ている。
【００１２】
しかし、この方法には問題がある。上記ステップを行うのに必要な処理の労力は、小さい画像のほかはどれも生成するには大きすぎる。ＤＳアルゴリズムは、ＣＧＨの生成に使用される最も効率的なものであるが、依然として高性能のコンピュータシステムでも各画像ごとに必要とされる処理を行うにはかなりの時間がかかる。
【００１３】
発明の記述
本発明によれば、概念的に複数のホーゲルに分割される光回折面と、画像ボリューム空間と、画像計算手段とを少なくとも備えるコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステムであって、その画像計算手段が、回折テーブルを組み込み、この回折テーブルが、画像点を形成するために画像ボリューム空間に向かって投影される波面を直接再構築するホーゲルに書き込むことができるフリンジ情報を各ホーゲルごとに記憶する、コンピュータ生成ホログラムディスプレイシステムが提供される。
【００１４】
したがって、従来技術では、光回折面に書き込む前に、基本フリンジによって復号する必要がある１組のホーゲルベクトル要素を回折テーブルに記憶していたのに対し、本発明では、回折面に直接書き込むことができる完全に復号されたフリンジを回折テーブルに記憶する。この結果、ホログラムの生成がはるかに速くなる。従来技術の復号プロセスは、オンラインで、すなわち、実際のＣＧＨの計算中に、対象物の異なる幾何形状ごとに行わなければならないからである。
【００１５】
本発明では、回折テーブルをオフラインで生成し、その生成に際して、表示すべき対象物に関する情報は必要ない。
【００１６】
本発明では、いまや回折テーブルが、光回折パネルに書き込まれる形で完全に復号されたホーゲルフリンジを記憶するので、基本フリンジが全く不要になる。本明細書では、完全に復号されたフリンジを、ホーゲルフリンジと呼ぶことに留意されたい。
【００１７】
本発明では、ホーゲルベクトルを復号するステップはもはや必要ない。従来技術では、最終ホログラムデータを生成するために、ホーゲルベクトルにあらかじめ計算された基本フリンジを乗算する必要があった。本発明では、この復号プロセスを、単に各ホーゲルごとのホーゲルフリンジデータを含む回折テーブルの適切な部分を選ぶだけのルックアップ段階で置き換える。
【００１８】
このルックアップ段階では、どんな対象物を表示しようとする場合でも、その幾何的データに関する情報が必要である。光学再生用の幾何的形態を使用して、各ホーゲルごとに３Ｄ空間で一連のフラスタム（ｆｒｕｓｔｕｍ）を計算する。このフラスタムをレンダリングすると、奥行き情報をもつ２Ｄ画像が得られ、所与のホーゲルがどの画像ボリューム点を生成しなければならないのかを計算するために使用される。そのように必要とされる点に対応し、ＤＴに記憶されたホーゲルフリンジを使用してホーゲルに配置する。これは、各画像ボリューム点ごとに回折テーブルエントリーを重ね合わせて、重ね合わされた最終のホーゲルフリンジにすることによって行われる。
【００１９】
実際には、処理のオフライン部分を行う際に、人間の目の解像力の限界と、このディスプレイを使おうとする用途の要件とを考慮して、画像ボリュームをある適当な解像度で空間的にサンプリングする。したがって、本発明の回折テーブルは、表示すべき画像を形成する点だけでなく、画像ボリューム内のあらゆる点に関する情報を記憶する。システムが所与の対象物を表示する必要があるとき、上記のように、対象物の画像の詳細を使用して、対象物表面上の各点に関するホーゲルフリンジ情報をルックアップする。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、概念的に複数のホーゲルに分割される光回折面と、画像ボリューム空間と、画像計算手段とを少なくとも備えるコンピュータ生成ホログラムディスプレイシステムを表示する方法が提供される。この方法は、画像計算手段に回折テーブルを組み込むステップと、各ホーゲルごとにあらかじめ計算されたフリンジ情報を回折テーブルに記憶するステップと、画像点を形成するために、画像ボリューム空間に向かって投影される波面を直接再構築する各ホーゲルにフリンジ情報を書き込むステップとを含む。
【００２１】
本発明は、任意の適当なコンピュータシステムで実施することができる。特に、コンピュータシステムは、単一のコンピュータに統合することもできるし、またはネットワークを使用して互いに接続された分散形要素を含むこともできる。
【００２２】
本発明の方法は、コンピュータシステム上で動作するコンピュータプログラムとして実施することができる。このプログラムは、キャリア、たとえば、ハードディスクシステム、フロッピー（登録商標）ディスクシステム、または他の適当なキャリア上に記憶することができる。コンピュータシステムは、単一のコンピュータに統合することもできるし、またはネットワーク全域で互いに接続された分散形要素を含むこともできる。
【００２３】
次に本発明を、例としてのみ以下の図を参照して、詳細に説明する。
【００２４】
詳細な説明
図１に、本発明を実施することができるシステムを含む、一般のＣＧＨシステムの再生光学系を示す。図では、回折パネル１が、回折コーン５によって包含される１組の平面波７をフーリエレンズ３を通して透過させ、フーリエレンズ３で、波面７が、画像ボリューム２に向かって屈折される。コーン５で与えられる平面波の回折範囲が、画像ボリューム２のサイズを規定することがわかる。回折波７は回折パネル１から対称に放射されるので、画像ボリューム２に隣接して共役な画像ボリューム６も形成される。図１には、パネル１の一領域から放射される平面波７しか示していないが、もちろん実際には、パネル１上の各ホーゲルからこのような波面が放射されている。回折パネル１に、所与のホログラムについて適切なフリンジデータが正しく書き込まれた場合、観察ゾーン４にいる観察者は、画像ボリューム２内の真の３Ｄ画像、ならびにボリューム６内の共役画像を見ることになろう。実際には、共役画像６は、一般にはマスキングされる。
【００２５】
フーリエレンズ３と回折パネル１とを隔てる距離は、処理を簡略化するために、できるだけ短く保たれる。下記に示すホーゲルベクトル成分を計算する際に関与するステップでは、この距離をゼロと仮定している。
【００２６】
図２に、回折パネル１を２Ｄアレイホーゲルに空間的に量子化したものを示す。図には、２次元で複数の画素を有する各ホーゲル（たとえば８）を示す。したがって、そのように分割された回折パネル１は、完全視差（Ｆｕｌｌ  Ｐａｒａｌｌａｘ、ＦＰ）システムを実施するのに適しているはずである。図で、それぞれのホーゲル（たとえば８）内にある画素の数は、象徴的に示したものにすぎない。実際には、各ホーゲルの寸法内には約２０００〜４０００の画素があるはずである。水平視差だけ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｐａｒａｌｌａｘ  Ｏｎｌｙ、ＨＰＯ）のシステムでは、各ホーゲルの垂直寸法は１画素だけであるが、水平寸法は約２０００〜４０００画素となるはずである。
【００２７】
本実施形態では、計算要件を緩和するために、ＨＰＯシステムに限定する。ＨＰＯシステムは、１次元、通常は水平次元のみで回折するフリンジパターンをもたらすために計算される。これにより画素数を減らすことができ、したがって、計算がより速くなる。アナモルフィック光学系を、こうしたホログラムの再生に使用することもできる。
【００２８】
図３に、各ホーゲルごとに記憶される典型的なホーゲルベクトルのスペクトル要素９を示す。従来技術による回折テーブルは、システム内の各ホーゲルごとにこうしたホーゲルベクトルを保持する。これが従来技術による方法である。ベクトルの各成分は、当該ホーゲルに書き込まれる復号された最終フリンジに存在する空間周波数を表わす。
【００２９】
図４に、従来技術では、どのようにして図３のホーゲルベクトルを、連続スペクトル１０をもつ形に変換するかを示す。これが光回折パネル１に書き込まれる復号された最終フリンジのスペクトルである。図３に示すスペクトル要素に類似のベクトルの各要素に、そのスペクトル要素についてあらかじめ計算された基本フリンジ１１を乗算して、図４の右側に示すような滑らかな出力スペクトルを生成する。これらすべてにはかなりの量の処理を要し、その結果、より高い計算能力、またはより長い画像処理時間が必要になる。
【００３０】
図５に、あるＤＣ  ＣＧＨについてフリンジデータを生成するために、従来技術で必要な計算の段階を示す。表示すべき対象物に関するデータ、および他の入力パラメータ、たとえば、要求解像度、ホーゲルパラメータ、光の波長、および光学再生系のパラメータが、コードへの入力となる。回折テーブル生成器は、ホーゲルを画像ボリューム空間内の点に関係付ける１組のあらかじめ計算されたホーゲルベクトル要素を保持する。完全な対象物を形成するためにどの点が必要とされるかに応じて、適切なホーゲルベクトル要素が、ホーゲルベクトル計算器によって選択される。これらの点は、本明細書中の他の箇所で論じた３Ｄ幾何形状によって与えられる。ホーゲルベクトル計算器によって選択されたホーゲルベクトルは、次いで、ホーゲルベクトル復号器に入力され、この復号器により、各ホーゲルベクトル要素ごとに、適切な基本フリンジを選択し重ね合わせることによって、復号されたフリンジスペクトルが生成される。得られた復号済みフリンジにより、最終ＣＧＨの一部が形成され、それが回折パネル上に表示される。
【００３１】
図６に、本発明で必要な計算の段階を示す。入力情報は前と同様であるが、ＣＧＨフリンジを生成するのに必要な計算の段階は少なくなっている。本発明は、従来技術の形式のホーゲルベクトル要素の代わりに、復号されたホーゲルフリンジ全体を保持する回折テーブルを有する。このホーゲルフリンジは、所与のホーゲルについてどの点が必要とされるかに応じて、ホーゲル計算器によって選択され、そのホーゲルにより、画像ボリューム内に、そのホーゲルからの回折光が観察者の目に入射する角度で、ＣＧＨを観察する観察者に見える点が構築される。その結果、回折パネル上の適切なホーゲル位置に書き込むように準備された、完全に復号されたホーゲルフリンジが得られる。
【００３２】
得られたホログラムを読み取るのに使用する光の波長は、回折テーブルに記憶される復号されたホーゲルフリンジを計算するときに考慮すべきパラメータであることに留意されたい。本実施形態では、単一波長しか使用しないことを前提としているが、波長は、所与の用途に適する任意のものでよい。波長を変更する必要が生じた場合、必要なことは回折テーブルのオフラインの事前計算だけである。回折テーブルは、同時に複数の波長について計算された復号済みホーゲルフリンジを含むように拡張することができる。このようにして、このシステムは、様々な読出し波長の間で迅速に切り替え、または多波長読出し用ホログラムを生成することができる。
【００３３】
図７に、その幾何的形態により、どのようにして各ホーゲルごとにフラスタム１２が生じるかを示す。レンダリングされたフラスタム１２は、次いで、フラスタム内の各点の奥行きを記録した情報と一緒に、当該の特定ホーゲルから見える３Ｄ対象物の２Ｄ画像をもたらす。この作業は、多点レンダラー（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｐｏｉｎｔ  Ｒｅｎｄｅｒｅｒ）と呼ぶルーチンを使用して、図６に示すホーゲル計算器によって行われる。
【００３４】
本発明の回折テーブルに記憶されるホーゲルフリンジは、下記のように計算される。
【００３５】
所与の光学的な幾何形態およびＣＧＨで、サンプリング点の解像度が、典型的な観察距離に対する解像度よりも大きいように、許容可能な画像ボリュームが空間的にサンプリングされる。これらの点を使用して、回折テーブル（ＤＴ）を構築する。これらの点を回折テーブル点（ＤＴＰ）と称する。理想的な状況で、ｚ＝０と仮定して、あるホーゲルにおけるＤＴＰの波面は、式（１）で与えられる（［２］を参照のこと）。
【数１】
2004517353.tif 000003
【数２】
2004517353.tif 000004
ａｐは点の振幅である。
ｘｐ、ｚｐは点ｐの位置である。
しかし、一般に、波面はより複雑であり、実際には、たとえば光線追跡によって決まる。
【００３６】
次いで、任意に、各ホーゲル画素位置で、この波面を再生光学構成要素を介してサンプリングし、またはあらかじめホーゲルベクトルを計算し、次いで、それを前もって復号する。複数の方法でこれを行うことができる。計算上最も効率のよい方法は、計算された波面の実数成分をフーリエ変換することである。開発者が、フーリエ変換を伴うことがあるサンプリングアーティファクトを回避するよう注意する限り、これにより直接ホーゲルベクトルが得られる。
【００３７】
代替方法を適用することもできる。これには、各ホーゲルベクトル成分ｍごとにフーリエ級数を使用し、ホーゲル範囲全体でフーリエ成分を数値積分することが挙げられる。
【数３】
2004517353.tif 000005
ただし、ｘｍｉｎおよびｘｍａｘはホーゲルの範囲を規定する。
【数４】
2004517353.tif 000006
【００３８】
一般に、ＣＧＨは振幅変調器なので、この式の実数部だけが重要である。したがって、この積分の実数部は次のようになる。
【数５】
2004517353.tif 000007
【００３９】
シンプソンの公式を使用して、この積分を求めることができる。
【００４０】
あるいは、計算上より効率のよい方法は、ＦＦＴ技術を使用して積分を求めることである。したがって、その場合は、次の形の積分が必要になる。
【数６】
2004517353.tif 000008
【００４１】
（８）を整理し直して、次式が得られる。
【数７】
2004517353.tif 000009
【００４２】
別のＦＦＴベースの技術は、値を求めることができるＦＦＴ対を形成するために、（７）を整理し直すものであり、その結果を適切に整理し直す。これを下記に示す。式（７）を次のように整理し直すことができる。
【数８】
2004517353.tif 000010
【００４３】
これら４つの積分は、２つのＦＦＴ対に整理することができる。ＦＦＴ積分の結果、独立に取り扱うことができる実部と虚部が得られる。したがって、次のようになる。
【数９】
2004517353.tif 000011
【００４４】
第１に、（１１ａ）の正弦部を無視し（ｎｅｇａｔｅ）、第２に、（１１ａ）および（１１ｂ）の実部と虚部を互いに加算することによって、（７）の最終結果を得ることができる。実際には、実数成分だけを求めればよい。この技術は、（８）に示すように、（７）の実部と虚部に関して、シンプソンの公式と完全に一致することが示されている。
【００４５】
これら異なる技術を用いた結果、ホーゲルベクトル（ＨＶ）が得られる。画像ボリューム空間内の情報内容および得られた点の質は、ＨＶ要素の数を減らすことによって操作することができる。ＤＴＰを適切にサンプリングするのに必要とされるＨＶ要素の最小限の数は、ホーゲル全体での波面の最大変化率を見つけることによって推定することができる。この値を使用して、余分なＨＶ要素を無視することができる。
【００４６】
ホーゲルベクトルは、逆フーリエ変換によって復号することができる。
【００４７】
これは、最も直接的で計算上効率のよい方法である。代替方法は、復号ステップにおいて基本フリンジを使用することである。これは、依然としてオフライン計算として行うことができ、画質の操作および制御の点で有利なことがある。
【００４８】
本発明は、下記にトップレベルの擬似コードで示す、基本ルーチンを使用するソフトウェアにおいて実施されている。
【００４９】
ホログラムの各ラインごとに、
そのラインに沿う各ホーゲルごとに、
ホーゲルフリンジバッファをゼロにリセットする
適切な多観察点レンダラー（Ｍｕｌｔｉ  Ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ  Ｒｅｎｄｅｒｅｒ）の強度／奥行きファイルを開く
各ホーゲルの横方向解像位置ごとに、
対応する多観察点レンダラーの画像の画素の奥行きを読み込む
対応し画像の奥行きに最も近い奥行きを有するＤＴＰを見つける
対応する多点観察点レンダラーの画像の画素の強度を読み込む
各ＤＴＰ画素ごとに、
画素の振幅を読み込む
ＤＴＰ画素の振幅にレンダリングされた画像の画素の強度を乗算する
結果をホーゲルフリンジバッファに重ねる
次のＤＴＰ画素
次のホーゲルの横方向位置
ホーゲルフリンジを出力する
次のホーゲル
次のホログラムライン
ホログラムを出力する。
【００５０】
本発明は、Ａｃｔｉｖｅ−Ｔｉｌｉｎｇ（商標登録）コンピュータ生成ホログラムディスプレイシステムで実施されている。ＣＧＨを生成するのに使用するこのコンピュータシステムは、スタンドアローンユニットとすることもできるし、またはネットワークで接続された遠隔要素を有することもできるはずである。
【００５１】
Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｉｌｉｎｇシステムは、ホログラフィアニメーションの複数の異なるフレームを高速に再生することによって、ホログラフィ動画像を生成する手段である。Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｉｌｉｎｇシステムは、本質的に、光源からの光を第１ＳＬＭ（空間光変調器）手段上に向けるとともに、第１高速ＳＬＭ手段からの変調光の複数のＳＬＭサブフレームを空間複合体である第２ＳＬＭ上にリレーするためのシステムを備える。ＣＧＨは、第２ＳＬＭから投影される。
【００５２】
完全なＣＧＨパターンは、画素数が第１ＳＬＭの複合率に等しいサブフレームに分割される。これらのフレームは、第１ＳＬＭ上に時系列に表示され、各フレームは第２ＳＬＭの別々の部分に投影される。したがって、完全な画像は、第２ＳＬＭ上に経時的に作り上げられる。第１ＳＬＭ手段は、第１ＳＬＭのアレイを備え、各第１ＳＬＭのアレイは、個々のサブフレームを第２ＳＬＭ上のそれぞれの領域の上に並べる。
【００５３】
アレイ内のＳＬＭからの光が、意図されない第２ＳＬＭの複数部分に迷光として入射してはならない。これを防止するために、シャッタを、第１ＳＬＭ手段と第２ＳＬＭとの間に配置して、現在書込み中でない第２ＳＬＭの領域をマスキングすることができる。あるいは、画像を書き込むよう求められていない領域を覆う第２ＳＬＭ上の電極に、単に駆動電圧を供給しないこともできる。そのため、これらの領域内で第２ＳＬＭに当たる光は、変調層に影響を及ぼさないようになる。こうすると、シャッタシステムが必要なくなる。こうしたシステムの第１ＳＬＭは、第２ＳＬＭと比べて、変調パターンを迅速に変更することができるタイプのものである。したがって、第１ＳＬＭのフレーム更新速度は、第２ＳＬＭのフレーム読出し速度よりも速いものである。
【００５４】
Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｉｌｉｎｇシステムには、第１ＳＬＭアレイよりもずっと遅い速度でアドレスされる第２ＳＬＭで生成される画像が、第１ＳＬＭの動作によって効果的に制御されるという利点がある。このことより、ＳＬＭアレイ内で使用する高速フレームＳＬＭで利用可能な時間的情報と、第２ＳＬＭとして現在の光学的にアドレスされるＳＬＭを使用して実現できる高空間解像力とのトレードオフが可能となる。このようにして、高空間解像力画像を、低解像力画像シーケンスを使用してＳＬＭに高速に書き込むことができる。
【００５５】
ａｃｔｉｖｅ  ｔｉｌｉｎｇシステムの完全な説明に関しては、ＰＣＴ／ＧＢ９８／０３０９７を参照されたい。
【００５６】
参照文献
１．Ｍ．Ｌｕｃｅｎｔｅの「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｆｒｉｎｇｅ  ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」、Ｄｏｃｔｏｒａｌ  ｔｈｅｓｉｓ  ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ、ＭＩＴ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、１９９４年９月
２．Ｍ．Ｌｕｃｅｎｔｅの「Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ」、ＩＢＭ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ、１９９６年１０月
３．Ｍ．Ｌｕｃｅｎｔｅの「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｓｐａｔｉａｌ  ｓｕｂ  ｓａｍｐｌｉｎｇ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、１９９６年６月
４．特許出願、Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｉｍａｇｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍｓ（コンピュータ生成ホログラムによる画像の収差制御）−ＰＣＴ／ＧＢ００／０１８９８
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＣＧＨ再生光学系の幾何的配置を示す図である。
【図２】
領域のホーゲルへの分割を示すＣＧＨの図である。
【図３】
典型的なホーゲルベクトルを示す図である。
【図４】
従来技術によるホーゲルベクトルの復号プロセスを示す図である。
【図５】
従来技術で使用される回折固有ＣＧＨを計算するのに必要とされるステップの論理的内訳を示すブロック図である。
【図６】
本発明による縮約ステップを示すブロック図である。
【図７】
本発明の再生光学系の配置と、単一のホーゲルについてレンダリングされるフラスタムとを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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