再構成空間拡大用ホログラフィック投影装置
本発明は、マイクロミラーの形のミラーエレメント（３）のアレイを備えたホログラフィック投影装置（１）に関する。ホログラフィック投影装置（１）は、再構成シーン用の再構成空間（１８）の拡大用ミラーエレメント（３）のアレイを含む少なくとも１つの光変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）を備える。個々のミラーエレメント（３）は少なくとも１つのアクチュエータ（４）と結合される。アクチュエータ（４）は、対応するミラーエレメント（３）をチルトさせるか、これらのミラーエレメントを少なくとも１つの方向に軸方向に変位させるかの少なくともいずれかを行う。これによって、再構成シーンを表示するための波面（Ｗ）が直接変調される。ホログラフィック投影装置（１）は、観察者の平面（１６）にある少なくとも１つの観察者用ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）の中へ変調済み波面（１２、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｌ）を投影するための光学システム（９）を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーエレメントのアレイを含むホログラフィック投影装置に関する。本発明はさらに、再構成された、好適には３次元シーンを観察するための再構成空間を拡大する方法に関するものであり、この再構成空間では、少なくとも１つの光源を備えた照明装置が十分にコヒーレントな光を放射する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィとは、波動光学による方法を用いてオブジェクトの３次元記録及び光学的表示を可能にするものである。ホログラフィック画像の再構成は、しばしば再構成と呼ばれ、コヒーレントな光によりキャリア媒体を照明することによってホログラムのタイプに応じて実現される。従来技術では、ホログラフィック投影装置の再構成空間又は視野角は特に３次元シーンを観察するには狭すぎる。
【０００３】
通常、再構成は直接見られるものである。すなわち観察者は、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ：Computer-Generated Hologram）を観察することになる。このコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）は、ホログラム値に従って符号化された、規則的に配列された画素から構成されている。偏向の効果に起因して、ＣＧＨの再構成は１つの周期性間隔の範囲内でのみ達成可能となるが、この間隔はＣＧＨの分解能により規定される。隣り合う周期性間隔において不規則性を示しながら再構成は通常反復して行われる。したがって、表示領域のサイズは分解能により制限を受けることになる。両眼でシーンを観ることができるように、ホログラムの分解能を実質的に高くして、少なくともある程度の視野角の拡大を図るようにする必要がある。
【０００４】
オブジェクトのホログラフィによる再構成のための拡張された再構成空間及び広視野角を得るという目的は、したがって、多数の極めて小さな画素を有するホログラムキャリ媒体を必要とすることになる。これらの画素は可能なかぎり小さなものであることが望ましい。また、これら画素の光学特性は個別に制御可能であることが望ましい。画素間の非常に短い距離（ピッチ）は分解能を記述するものであるが、この距離はマトリクスのためのコストのかかる製造工程を必要とするものである。
【０００５】
ＣＧＨ用の記録媒体には、入射光の位相と振幅を変調するＬＣＤ、ＬＣｏＳ、音響光学変調器、ＯＡＳＬＭ及びＥＡＳＬＭのような光変調器が含まれる。
【０００６】
特許文献１には、例えば、ホログラフィック表示における視野角の拡大のための光変調器を備えた装置についての記載がある。ホログラム用として使用される光変調器の分解能よりも高い分解能を持つ位相マスクが、光の伝播方向から見て光変調器の直ぐ後に配置されている。光変調器の個々の画素は位相マスクの４またはそれ以上のエレメントと関連づけられる。このため、位相マスクはより高い仮想分解能、したがって拡大された視野角を生成することになる。
【０００７】
しかし、これらの利点は追加のノイズの代償として得られるものである。その理由として、位相マスクが個々のオブジェクトについて同じであって、かつ、分解能を上げると、値のランダムな分布が生じるということが挙げられる。
【０００８】
さらに、光変調用マイクロミラーを備えた光変調器が知られている。このような光変調器は入射光の振幅と位相との少なくともいずれかを変調するために用いられる。
【０００９】
特許文献２には把持用ブラケットの４つの搬送アームに吊るされたマイクロミラーについての記載がある。このマイクロミラーは、設けられた電極へ電圧を供給することによって２つの軸に沿って移動することができる。画像の位相エラーを減らすために、又はこのエラーを最小化するためにマイクロミラーは軸方向に変位される。
【００１０】
特許文献３には、入射光の振幅と位相の変調とを行うための光変調器についての記載がある。この光変調器はマイクロミラーを備え、個々のマイクロミラーと光変調器のベースプレートとの間に屈曲エレメントが存在する。この屈曲エレメントは、静電力が印加されると、ベースプレートに対して相対的にマイクロミラーをチルトさせる（傾ける）か、軸方向に変位させる。振幅変調の場合、光変調器のベースプレートに付けられたマイクロミラーと電極との間に電圧を供給することによって光変調器のマイクロミラーはチルトされる。電圧がベースプレート上の２つの電極に対して同時に供給されると、静電力がマイクロミラーの軸方向の動きを引き起こし、その結果、位相変調をもたらすことになる。
【００１１】
再構成空間、したがって視野角は、画素数を増やすことによって、したがって、分解能を改善することによって、特許文献３により公知のものである光変調器を用いて専ら拡大することができる。さらに、前述の公報に記載がある光変調器は比較的大きなミラー（＞５０ｐｍ）に適用される。
【特許文献１】ＷＯ２００５１０５９６５９Ａ２
【特許文献２】ＵＳ６，０２８，６８９
【特許文献３】公報ＣＡ２ １９０ ３２９Ｃ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、好適には、従来方式の装置と比較して光変調装置の画素数を増やすことなく、かつ、画素制御を可能なかぎり簡単に保ちながら、可能なかぎり広い再構成空間又は視野角において３次元シーンのホログラフィック表示を得るための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、再構成シーン用の再構成空間を拡大するために、ミラーエレメントのアレイを備える少なくとも１つの波面変調装置を提供することにより本発明による方法で解決される。その場合、ミラーエレメントは、少なくとも１つのアクチュエータを有し、さらに、ミラーエレメントは、位相シフトに影響を与えるような少なくとも１つのアクチュエータによって少なくとも１つの方向に動かすことが可能であり、それによって、再構成シーンを表示するために波面を直接変調することが可能であり、さらに、観察者の平面にある少なくとも１つの観察者用ウィンドウの中へ上記波面を投影するための光学システムが提供される。
【００１４】
本発明による装置は、入射波面の変調用ミラーエレメントを含む少なくとも１つの波面変調装置を備える。このように変調された波面の助けによって、シーンの再構成が可能となる。これら多数のミラーエレメントは波面変調装置に配置され、チルトされる（傾ける）か、軸方向に変位されるかの少なくともいずれかが行われて、専ら光の位相が変調される。これらのミラーエレメントは、波面を変調するために、チルトされるか、軸方向に変位されるか、あるいはこの双方が行われるかのいずれかを行うことができる。このようにして、ミラーエレメントの正確な位置決めが行われて、所望のように波面を変調することが可能となる。ミラーエレメントは入射波面の位相変調のためにチルトされ、軸方向に変位される。しかし、このことは、光の位相が変調されても、すべてのミラーエレメントがチルトされ、軸方向に変位される必要があるわけではないことを意味する。所望の波面に応じて、別のミラーエレメントが両方の動き、すなわちチルトと軸方向への変位とを行いながら、いくつかのミラーエレメントのみをチルトさせたり、いくつかのミラーエレメントを軸方向に変位させたりすることも可能である。再構成シーンを表示する際には、すべてのミラーエレメントが制御される。入射波面の位相が変調され、画定された領域（いわゆる再構成空間）においてシーンが再構成された場合、同時に、又は、次々に迅速にミラーエレメントがチルトされ、軸方向に変位される。シーンが変化するか、別のシーンが再構成される場合、波面変調装置のいくつかのミラーエレメント又はすべてのミラーエレメントの制御値は変更され、それによってミラーエレメントは、別のチルト位置及び別の軸方向に変位された位置をとるようになる。ミラーエレメントは、ミラーエレメント当たり少なくとも１つのアクチュエータによって、位置決めを行うことができるが、好適にはミラーエレメント当たり２つのアクチュエータによって位置決めを行うことが望ましい。こうすることによって、ミラーエレメントにヒットする平らな波面は３次元オブジェクトを表示する所定の機能に従って直接変調されるようになる。したがって、このように変調された波面は、観察者の平面にある観察者用仮想ウィンドウ上に投影され、そこで観察者は、再構成シーン、特に３次元シーンを視ることになる。
【００１５】
このようにして、位相変調に基づく他の光変調器（ＳＬＭ）と比べて、所望の波面のさらに正確な位相再生が可能になる。本願において、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の計算のために求められる計算能力が最小化され、その結果、リアルタイム表示のための時間の節減が生じるという利点がある。さらに、波面変調装置の画素数（ここではミラーエレメントの数）を増やすことなく、また、ミラーエレメントのアクチュエータを複雑に制御することなくホログラフィック投影装置が提供され、このホログラフィック投影装置は、波面の位相のさらに正確な再生を通じて、分解能を実質的に上げ、それによって、再構成空間又は視野角が拡大されるという利点がある。
【００１６】
周期的継続が通常発生するが、これはミラーエレメントのチルトと軸方向への変位との組み合わせによって回避される。
【００１７】
この場合アクチュエータがミラーエレメントの下に配置され、それによって、ミラーエレメントを相互に最小限の距離に配設できるようになるという理由により、高い充填比の達成をさらに容易に行うことが可能となる。充填比とは、波面変調装置の総サイズに対するミラー表面の感光領域の比率である。ミラーエレメントの高い充填比は、軸方向に変位された場合、ホログラフィック投影装置において用いられると、それによって周期的継続が明らかに抑制されるという利点がある。しかしながら、ミラーエレメントをチルトさせ、軸方向に変位させると、周期的継続が生じなくなり、コントラストが強くなる。
【００１８】
上述の従来技術による位相マスクはすべてのオブジェクトに対して同じであり、また、分解能が高くなると、値がランダムに分布されるという理由により、異なるオブジェクトの符号化を行うとき、種々の強度のノイズが生じることになる。本発明は、固定位相マスクを採用するものではなく、個々のオブジェクトに対してミラーエレメントの制御を適合させ、それによってノイズを制御し、低減できるようにするものである。
【００１９】
ミラーエレメントは、好適にはＭＥＭＳ型マイクロミラー（マイクロ電気機械的システム）であることが望ましい。というのは、これらのミラーは高い精度で電気的に位置決めを行うことが可能であり、そして、非常に迅速に動くことができるからである。さらに、ミラーエレメントは非常に小型であり、かつ、アクチュエータの集中制御電子装置は大部分がＣＭＯＳ互換（互換相補型金属酸化膜半導体）である。さらにまた、マイクロミラーはほぼ９０％以上の反射率ｐを有する。この反射率は、従来使用されている液晶ベースの変調器の最大７０％の反射率と比較されるものである。この９０％以上という反射率は光損失がほとんど生じないことを意味する。
【００２０】
本発明の実施形態では、波面変調装置はさらに、２次元波面生成用偏向エレメントを備える１次元波面変調装置であってもよい。この場合前記偏向エレメントは、１つの波面変調装置に対して垂直方向の光偏向を実現する。この実現のために、本発明による装置は偏向エレメント、好適には検流計スキャナ（ミラー検流計）又は光ビームの迅速な偏向を行うための多角形ミラーを備えることができる。これは、３次元シーンの再構成のために２次元波面を生成するためのものである。したがって、２次元波面は一連の１次元波面から構成されることになる。（１次元波面変調装置が垂直方向に構成されているか、水平方向に構成されているかに応じて）列又は行の１次元波面は、偏向エレメントの助けによってまとめて１列に並べられることになる。波面変調装置は、対応する行又は列の形で所望の波面を生成できるほど十分高速なものとなる。上記波面変調装置内の偏向エレメントの個々の位置は、例えば、３次元シーンのセクションと一致する。
【００２１】
本発明の推奨実施形態では、特に、偏向エレメントは少なくとも１つの光源と波面変調装置との間に配置することができる。本発明による投影装置における偏向エレメントのこのような配置には、波面変調装置にヒットする波面がまだ符号化されていないために、２次元波面の生成エラーを広範に回避するか、又は、このエラーを最小化することができるという利点がある。
【００２２】
広い観察領域において観察者用ウィンドウを利用可能にするために、観察者は、位置検出システムを用いて、再構成シーンを見ながら、観察者の平面における１人の観察者又は複数の観察者の目の位置を検出することができる。
【００２３】
観察者が再構成シーンを見ている間、位置検出システムは１人の観察者又は複数の観察者の目の位置を追い、そして、観察者の目の位置の変化に従ってシーンを符号化する。これは、波面変調装置のミラーエレメントのチルトと軸方向への変位との少なくともいずれかを適宜行うことによって、再構成シーンの位置とコンテンツの少なくともいずれかを目の位置の変化に従って更新できるようにするのに特に利点となる。次いで、新たな目の位置に従って観察者用ウィンドウを追跡することが可能となる。
【００２４】
少なくとも１つの偏向手段を好適に提供して、目の位置に合わせて観察者用ウィンドウの追跡を行うようにすることができる。このような偏向手段は、音響光学エレメントのような機械エレメント、電気エレメント、磁気エレメント又は光学エレメントであってもよい。
【００２５】
本発明の方法の側面に関して、本発明の目的は、再構成シーンを観察するための再構成空間を拡大する方法によって解決される。このシーンは、光源により放射されるコヒーレント光によってスクリーン上へ投影される、ここで、少なくとも１つのアクチュエータによって、少なくとも１つの波面変調装置の少なくとも１つのミラーエレメントが動かされて、入射光を変調するために位相シフトを実行できるようにし、それによって、光源から発信し、観察者の平面にある再構成シーンに従って直接変調される波面を観察者用仮想ウィンドウの中へ投影する。
【００２６】
新規の方法によれば、十分にコヒーレントな光を放射する照明装置の光が、再構成空間又は視野角を拡大するために少なくとも１つの波面変調装置上へ向けられる。光はスクリーン上へ、好適にはミラー上へ投影される。波面変調装置のミラーエレメントは、ミラーエレメント当たり少なくとも１つの、好適には２つの制御可能なアクチュエータによって、チルトと軸方向への変位の少なくともいずれかを行うことにより入射光の変調を行う。少なくとも１つのミラーエレメントがこのように動かされて、ターゲット波面に応じて位相シフトを行うようにする。このようにして、ミラーエレメントは、オブジェクトから反射された後、平らな波面の形状を成すことになる。このとき、上記変調は、オブジェクトからの反射後、理想的波面近似になる。こうすることによって、波面への所望の近似が可能となる。すなわち、公知の位相変調光変調器の場合よりも正確な波面の位相再生を行うことが可能になる。次いで、この波面は、観察者の平面にある観察者用仮想ウィンドウの中へ好適に投影され、そこで、観察者は再構成シーンを２次元モード又は３次元モードで観察することになる。
【００２７】
波面を直接変調する方法の利点として、ターゲット波面を変換してホログラムに変えるステップが不要になり、その結果、従来技術による解決方法により求められる計算能力を小さくするこができるようになるという点が挙げられる。２つのアクチュエータの助けによるミラーエレメントの制御によって、個々にミラーエレメントをλ／２よりも大きい分だけ、好適には２λだけ変位させることが可能となる。ミラーエレメントのさらに大きなこの変位のお蔭で、分解能を仮想的に高くすることが可能となり、波面変調をさらに正確なものにすることが可能となる。その結果、さらに広い再構成空間又は視野角の達成が可能となる。この新規の方法により、少なくとも１人の観察者が観察する広い再構成空間又は視野角において真の奥行きを持つ３次元シーンの再構成が可能となる。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態によれば、ミラーエレメントをチルトさせることによってゼロ番目の回折次数でシーンをさらに再構成することができる。輝度はゼロ番目の回折次数で最大となるため、これは特に望ましいことである。
【００２９】
本発明のさらなる実施形態が他の従属クレームにより規定される。本発明の実施形態について以下詳細に説明し、添付図面と関連して例示する。単色光を持つホログラフィック再構成に基づいて本発明の原理について説明する。しかし、当業者であれば、個々の実施形態の説明で示されるようなカラーホログラフィック再構成にも本発明を同様に適用できると思うであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、個々の画素が変調波と基準波との間の或る一定の位相差を単に表示する従来技術の位相変調光変調器によって変調された波面を示す。このような光変調器によって変調された波面は、座標系において一連の二乗機能として理想化された形で表すことができる。光変調器上の波面を示す座標は横座標にプロットされ、位相差モジュロ２πが縦座標にプロットされる。したがって、０と２πの間の範囲で位相変調が行われる。このような光変調器のみを用いることにより、波面走査方法に従って近似値を得ることが可能となる。この近似値の精度の向上を図るために光変調器のさらに高い分解能又はさらに多数の画素数が必要になる。近似値の精度が高ければ高いほど、再構成空間を広くすることができる。
【００３１】
さらに正確な位相再生を達成するために、そして、それによって再構成空間又は視野角を拡大するために、本発明は、波面Ｗを変調するための、図２に図示のような波面変調装置２を備えるホログラフィック投影装置１を利用する。位相変調についての理解をさらに容易にするために、図２には、波面変調装置２のみが示されている。そして、ホログラフィック投影装置１全体は専ら図４ａに示されている。したがって、この図２は専ら波面Ｗの変調を概略的に示すものである。この場合波面変調装置２は本実施形態では一次元形式のものとなる。位相変調波面変調装置２である波面変調装置２は、例えば、平らな反射面を有するミラーエレメント３を備え、該ミラーエレメントは、好適には例えばマイクロミラー、特にＭＥＭ（マイクロ電気機械的システム）であることが望ましい。ミラーエレメント３は他の任意の反射面を有することも可能であることは言うまでもない。これらのミラーエレメント３は個々の画素を表示し、少なくとも１つのアクチュエータ４（本願では２つのアクチュエータ４）と結合され、これら個々のアクチュエータは波面変調装置２の基板５とミラーエレメント３との間に配置される。ミラーエレメント３は、上記アクチュエータ４のそれぞれの制御によって少なくとも１つの軸線の周りにチルトされる（傾ける）か、軸方向に変位されるかの少なくともいずれかを行うことができる。ミラーエレメント３のチルト及び軸方向への変位は図２にはっきりと観察することができる。ミラーエレメント３はミラーエレメント３の反射面の高い充填比を達成するために互いに近接して配置されることが望ましい。ミラーエレメント３は、例えば、５０ｐｍのピッチにおいて４９ｐｍのサイズを有する。すなわち、高い充填比（本例では９８％）を保持するために、隣り合う２つのミラーエレメント間の間隙は１ｐｍを超えないようにすることが望ましい。次に、波面変調装置２は、例えば、１次元波面変調装置では１×２０００のミラーエレメントのような、あるいは、２次元波面変調装置では２０００×２０００のミラーエレメントのような多数のミラーエレメント３を波面Ｗの位相を変調するために備える。２次元波面変調装置において、ミラーエレメント３は２つの軸線の周りでチルトすることができる。特許文献３などの従来技術の公報によってすでに公知であるため、ミラーエレメント３及び該ミラーエレメントの制御装置についてのさらなる説明は省略する。
【００３２】
波面変調装置２は、入射波面Ｗの位相変調のために照明装置（図示せず）の光源６により照明される。光源６により放射された波面Ｗは、図示のように、図２の段階１と２の平らな波面となる。矢印により示されるように、段階３においてこの平らな波面Ｗは波面変調装置２のミラーエレメント３にヒットし、そこで波面Ｗは変調され、次いで、チルトされ、軸方向に変位されたミラーエレメント３に従って、波面Ｗは反射される。これらのミラーエレメント３は、或るオブジェクトを表わす所定の機能に従って位置決めが行われる。段階４において、上記変調済み波面Ｗはミラーエレメント３から反射された後で表示される。このようにして、ミラーエレメント３は、或る一定の３次元シーンの再構成が可能となるように求められる平らな波面Ｗを成すことになる。
【００３３】
図３は、チルト可能でかつ変位可能なミラーエレメント３により変調が行われた後の波面の位相曲線を示す図である。曲線のセクション３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄはミラーエレメント３の所望の位置と一致する。これによって、例示の曲線のセクション３ｂのように、表わされた位相関数曲線の形で、対応するミラーエレメント３のエンドポイントが２πを超える位相差を持つことが可能となる。ミラーエレメント３のチルトと軸方向への変位との組み合わせのおかげで、所望の波面は、図１に図示のような波面変調装置を用いた場合に可能となるよりも高い精度でほぼ正確な近似を得ることが可能となる。これによって、分解能を仮想的に高めることができ、その結果、再構成空間又は視野角を拡大することが可能となる。
【００３４】
ミラーエレメント３は、ミラーエレメント３にヒットする入射波面Ｗの位相変調のためにチルトされ、次いで軸方向に変位される。波面Ｗは、チルト可能で、かつ、軸方向に変位可能なミラーエレメント３を有するＭＥＭにヒットすると、傾斜角に従って伝播方向に局所的に変えられ、ミラーエレメント３の軸方向の変位量に従って局所的に遅延される。これは個々のミラーエレメント３と、隣接するミラーエレメントの一次元配列又は線形配列の双方について当てはまる。すべてのミラーエレメント３が同じ反射率を示すため、これは単に入射波面の位相変調となる。
【００３５】
図４ａは、好適には３次元のシーンの再構成のためのホログラフィック投影装置１を概略的に示す平面図である。さらに理解し易くするために、透過装置としてのホログラフィック投影装置１が、以下に参照する図４ａに、単純化された態様で示されている。次に、ホログラフィック投影装置１の基本設定について説明する。この実施形態でわかるように、波面変調装置２は本例では垂直方向に配設された１次元波面変調装置である。波面変調装置２は照明装置７によって、より正確に述べれば、十分にコヒーレントな光を放射する線光源８によって照明される。本明細書においては、‘十分にコヒーレントな光’という用語は３次元シーンの再構成のために干渉を生成することができる光を示す。照明装置７の光源８は、レーザダイオード、ＤＰＳＳレーザ（ダイオードポンピング・ソリッドステートレーザ）又は別のレーザからつくることができる。十分にコヒーレントな光を放射する限り従来の光源を使用することも可能である。しかし、このような光源は、フィルタして、十分なコヒーレンスレベルを達成するようにすることが望ましい。ホログラフィック投影装置１は光学システム９をさらに備える。この光学システム９は投影手段１０とスクリーン１１とを備える。光学システム５は、例えば、図からわかるような、また、以下さらに詳細に説明するようなさらに別の光学エレメントを備えるものであってもよいことは言うまでもない。スクリーン１１は、好適にはミラー、特に凹面ミラーであることが望ましい。スクリーン１１は、例えば図示のようにレンズなどの投影用光学エレメントとすることも可能である。スクリーン１１が凹面ミラーである場合、ホログラフィック投影装置１の光学システムのサイズが、レンズのみを用いる透過装置のサイズよりも実質的にさらに小型になるという利点が生じることになる。スクリーン１１は、決して拡散面を持たないようにし、それによって波面変調装置２から反射される波面１２が破壊されないようにすることが望ましい。再構成シーンの２次元表示が所望であれば、スクリーン１１が拡散面を有するようにしてもよい。投影手段１０もまたミラー又はレンズである。波面変調装置２によって変調され、波面変調装置２から反射される単色波面１２は、レンズエレメント１９と２０によって偏向エレメント１３上へ投影され、３次元シーンを再構成するようになる。このような偏向エレメント１３は、検流計スキャナ、圧電スキャナ、共鳴スキャナ、ポリゴンスキャナ、マイクロミラーアレイ、あるいは同様の装置であってもよい。偏向エレメント１３は、波面変調装置２に対して垂直方向の波面１２の光偏向を実行して、２次元波面１４を生成するようにする。２次元波面１４は、上記偏向によって生成される一連の平行な１次元波面１４’、１４”、１４”’．．．から構成される。次いで、光学システム９は、観察者の平面１６に位置している観察者用仮想ウィンドウ１５へ２次元波面１４を投影する。このウィンドウにおける観察者の目は再構成シーンを観察することになる。光源８によって放射される十分にコヒーレントな光がスクリーン１１上へ投影される。これによって、波面１２のフーリエ変換ＦＴが、画像側焦面においてレンズエレメント１９と２０の間に生成される。次いで、光学システム９の投影手段１０は、画像側焦面１７におけるスクリーン１１上へフーリエ変換ＦＴを投影する。円錐台によって形成される拡大された再構成空間１８において、すなわち拡大された視野角６で、観察者は上記再構成シーンを観察することができる。この拡大された再構成空間１８は観察者用ウィンドウ１５とスクリーン１１との間で伸びる空間である。波面変調装置２の高い充填比のミラーエレメント３のおかげで、観察者の平面１６において再構成シーンの周期的継続が生じなくなる。
【００３６】
波面変調装置２のミラーエレメント３がアクチュエータ４によりチルトされる可能性があるため、変調済み波面１２が影響を受け、その結果、３次元シーンがゼロ番目の回折次数で再構成されることが考えられる。この再構成は、ゼロ番目の回折次数において輝度又は光度が最大になるという理由で特に望ましいことである。
【００３７】
さらに、偏向エレメント１３を波面変調装置２の中へ直接組み込むことも可能である。このことは、上記記載のようにミラーエレメント３の助けによって波面変調装置２が平らな波面Ｗを変調することを意味する。しかし、２次元波面１４を生成するために用いられる波面変調装置２は全体として変位される。レンズエレメント１９と２０はこの場合必要とされない。次いで、波面変調装置２は偏向エレメント１３に隣接して、すなわち投影手段１０のオブジェクト側焦面に配置される。この結果、例えば、カラー再構成のためのビームスプリッタ・エレメント２１を波面変調装置２と投影装置１０の間に配置することが可能となる。さらに、システム全体を変位させたり、チルトさせたりする代わりに、単にミラーエレメント３のアレイを変位させるか、チルトさせて、２次元波面を生成するようにすることも可能である。これを行うことによって、ホログラフィック投影装置１に対してさらにコンパクトな全体設計を行うことが可能となる。
【００３８】
しかし、オプションとして、ホログラフィック投影装置１はレンズエレメント１９と２０を光路に設けるようにしてもよい。ここで個々の焦点距離からわかるように、レンズエレメント１９と２０は収差を最小化するために同じ屈折力を有するようになっている。しかし、レンズエレメント１９と２０はまた、レンズエレメント２０が波面変調装置２と光学システム９との間に配置されている場合には、偏向エレメント１３上の１次元波面１２のサイズの修正又は最適化を行うために、異なる屈折力又は焦点距離を有するようにしてもよい。この場合レンズエレメント１９と２０には別の利点がある。これらのレンズエレメントは、波面変調装置２から反射された波面１２が偏向エレメント１３上へ投影されるように使用され、それによって２次元波面１４が生成されるようになることを保証するものである。レンズエレメント１９と２０によってここで表される無限焦点系は、波面１２を偏向エレメント１３上へ投影するために用いることができる。これによって、波面１２のフーリエ変換ＦＴがレンズエレメントの画像側焦面１９において生成される。このフーリエ変換ＦＴは、レンズエレメント２０と投影手段１０の助けによってスクリーン１１上へ投影される。
【００３９】
偏向エレメント１３は光源８と波面変調装置２との間に交互に配置することができる。この配置には、２次元波面１４の変調中の収差をできる限り除去するか、最小化することができるという利点がある。というのは、平らな波面Ｗは、波面変調装置２にヒットしたとき、まだ符号化されていないからである。
【００４０】
３次元シーンのカラー再構成もまたホログラフィック投影装置１の助けによって可能となる。図４ａに示すように、ビームスプリッタ・エレメント２１、好適にはプリズムブロックが光の伝播方向へ向かって投影手段１０の正面に配置される。ビームスプリッタ・エレメント２１は、好適には二色性層を備えたＸプリズムであり、このエレメントは、赤色光、緑色光及び青色光を分割して、３つの分離波面の中へ入れるか、これらの分離波面を再結合して、共通の波面を形成する。シーンのカラー再構成は３原色、ＲＧＢ（赤、緑、青）を同時に処理することにより達成される。本実施形態では、ビームスプリッタ・エレメント２１はレンズエレメント１９と２０との間に配置されるが、このビームスプリッタ・エレメント２１をホログラフィック投影装置１の別の位置に配置することも可能である。さらに、他の任意のビームスプリッタ・エレメントを使用してもよい。
【００４１】
図４ｂは図４ａのビームスプリッタ・エレメント２１を示す拡大詳細図である。３次元シーンの同時カラー再構成のために、３原色ＲＧＢの個々についてそれぞれ、３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂが提供される。これら３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂは３つの光源８Ｒ、８Ｇ及び８Ｂによって照明される。対応する波面変調装置２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂによって個々の波面１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂの変調が行われた後、これらの波面はビームスプリッタ・エレメント２１によってレンズエレメント２０へ投影され、共通の波面の再合成が図られる。唯一の光源、特に白色光源をカラー再構成用として使用することもさらに可能である。この配置構成では、ビームスプリッタ・エレメント２１もレンズエレメント１９と２０の間に配置される。しかし、追加の半透過ミラーか、別の偏向エレメントがビームスプリッタ・エレメント２１とレンズエレメント２０との間に配置される。光源によって放射された光は半透過ミラーへ向けられ、そこから、光はビームスプリッタ・エレメント２１によって３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ上へ投影され、これらの波面変調装置を照明し、次いで、対応する波面を変調する。ここでビームスプリッタ・エレメント２１は、３つの単色波面１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂに光を分割する。さらに、カラー再構成用として３つの波面変調装置の代わりに、唯一の波面変調装置を使用することも可能である。しかし、このオプションは本図には示されていない。上記波面変調装置は、異なる色の３つのＬＥＤ又は１つの白色光ＬＥＤから構成される１つの光源によって照明することができる。さらに、例えば、波面変調装置上へ異なる入射角で波面を投影する音響光学エレメントなどの少なくとも１つの光学エレメントが必要となる。
【００４２】
カラー再構成の代わりに、上述のように３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを用いて、少なくとも１つの波面変調装置の助けによって個々のカラーを順次再構成することも可能である。
【００４３】
観察者の片方の目のみに関連して上述のホログラフィック投影装置１について説明した。観察者の両方の目に対して機能できるように第２の波面変調装置２を提供することは理にかなったことである。既存のホログラフィック投影装置１の光学エレメントをこのために利用することができる。観察者が観察者の平面１６に位置していて、観察者用ウィンドウ１５を通して観察する場合、観察者は再構成空間１８に再構成された３次元シーンを観察することができる。そして、このシーンは、光の伝播方向から見てスクリーン１１の正面に、スクリーン１１上に又はスクリーン１１の後に再構成されることになる。しかしながら、水平方向に配置された唯一の波面変調装置２を用いて、再構成シーンを観察者の両方の目に提供することも可能である。
【００４４】
図５はホログラフィック投影装置１の別の実施形態を示す。装置１の一般的設計は図４ａに図示のものと同一である。その理由は、同じ構成要素を同じ参照番号により識別するためである。ここに示される投影装置１は、観察者の平面１６における観察者の目の位置の変化を検出するための位置検出システム２２をさらに含むものである。位置検出システム２２はカメラであってもよい。偏向手段２３は、観察者の目の位置の変化に従って観察者用仮想ウィンドウ１５を追跡するために、投影手段１０とスクリーン１１との間であって、好適には、投影手段１０の画像側焦面に配置される。偏向手段２３は個別に制御が可能であり、好適にはミラーであることが望ましい。観察者用ウィンドウ１５の適当な追跡には非常に正確に作動する偏向手段が必要となる。これは偏向手段２３が検流計スキャナである場合があるという理由に因る。ＭＥＭアレイ、圧電スキャナ又は同様の手段のような別の偏向手段を使用することも可能である。さらに、偏向手段２３は、少なくとも１つの方向、すなわち水平方向と垂直方向との少なくともいずれかの方向に偏向を行うことができる。このことは、偏向手段２３の一次元バージョンが、水平方向か、垂直方向かのいずれかの方向にのみ観察者用ウィンドウ１５を追跡することを意味する。偏向手段２３の２次元バージョンは水平方向と垂直方向の両方向に観察者用ウィンドウ１５を追跡することができる。偏向手段２３はＸＹ型検流計スキャナであってもよい。あるいは２つの検流計スキャナを互いの後に配設して、一方を水平方向の追跡用として使用し、他方を垂直方向の追跡用として使用するようにしてもよい。さらに、第２の投影手段２４は光の伝播方向から見て偏向手段２３の後に設けられる。スクリーン１１を充填するために必要とされる大きな倍率に起因して、第２の投影手段２４は単一のレンズの代わりにレンズシステムであってもよい。これは収差の防止又は最小化を図る。
【００４５】
次に、この実施形態の助けによって３次元シーンの再構成について説明する。光源８によって放射された波面Ｗはミラーエレメント３にヒットし、このミラーエレメント３は波面Ｗを変調し、次いで変調済み波面１２を反射する。この反射の後、変調された波面１２は、レンズエレメント１９と２０の中を通過し、これらのレンズエレメントは偏向エレメント１３上へ波面１２を投影する。同時に、レンズエレメント１９によって、波面１２のフーリエ変換ＦＴがレンズエレメント１９の画像側焦面に生成される。このフーリエ変換ＦＴの生成後に、２次元の変調済み波面１４が投影手段１０により偏向手段２３上へ投影される。位置検出システム２２は、観察者のいずれの動きも検出し、偏向手段２３を制御することによって観察者用ウィンドウ１５を適宜追跡することができる。投影手段１０と２４は、第２の投影手段２４の画像側焦面２５に変調済み２次元波面１４の画像を生成する。次いで、焦面２５におけるこの２次元画像はスクリーン１１を経由して観察者用仮想ウィンドウ１５の中へ投影される。同時に、フーリエ変換ＦＴの画像は投影手段１０の画像側焦面２６に生成される。次いで、第２の投影手段２４はフーリエ変換ＦＴの画像をスクリーン１１上へ投影する。
【００４６】
再言するが、観察者の両方の目に対して機能するように第２の波面変調装置２を提供することは理にかなったことである。観察者が観察者の平面１６に位置していて、観察者用ウィンドウ１５を通して観察する場合、観察者は再構成空間１８に再構成された３次元シーンを観察することができる。そして、このシーンは、光の伝播方向から見てスクリーン１１の正面に、スクリーン１１上に又はスクリーン１１の後に再構成されることになる。しかしながら、この場合でも、水平方向に配置された唯一の波面変調装置２を用いて、再構成シーンを観察者の両方の目に提供することも可能である。
【００４７】
ビームスプリッタ・エレメント２１を用いて上述のように３次元シーンをカラーで再構成することが可能となる。
【００４８】
さらに、投影装置１の任意の好適な位置において、光源８を備えた照明装置７を配置することができる。例えば、本実施形態の場合のように波面変調装置２が反射タイプのものである場合、放射された波面Ｗが反射ミラー又は半透過ミラーのような偏向エレメントによって波面変調装置２上へ投影されるように照明装置７を構成することも可能である。光源８が、偏向エレメントが在るフーリエ平面の中へ投影されれば好適である。偏向エレメントと波面変調装置２との間にレンズ、ミラー等のような少なくとも１つの光学エレメントを設けるようにしてもよい。図５を参照してわかるように、ビームスプリッタ・エレメント２１が以前使用されていたところにこのような偏向エレメントを配置することができる。ビームスプリッタ・エレメント２１は、このような事例ではレンズエレメント１９と偏向エレメントとの間か、あるいは、偏向エレメントとレンズエレメント２０との間に配置することができる。このようにして、さらにコンパクトな設計を投影装置１に与えることが可能となる。
【００４９】
図６はホログラフィック投影装置１の別の実施形態を示す図である。投影装置１の一般的設計は図５に図示のものと同一である。その理由は、同じ構成要素を同じ参照番号によって示すためである。しかし、図４ａ及び図５に示した装置とは対照的に、本図に示すホログラフィック投影装置１は複数の観察者によって用いられることを意図するものである。この図を理解できるようにするために、２人だけの観察者と観察者当たり１つだけの１次元波面とのための光路が本実施形態では示されている。しかし、一般に３以上の観察者が再構成された３次元シーンを観察することが可能である。文字Ｒによって示される観察者用ウィンドウは右眼用のウィンドウであり、文字Ｌによって示される観察者用ウィンドウは観察者の左眼用のウィンドウである。図示のホログラフィック投影装置１は、再構成された３次元シーンを提示するための２つの波面変調装置２を備える。これら２つの波面変調装置２の各々は、少なくとも１つの光源８を用いて少なくとも１つの照明装置７により照明される。光源８は互いに独立したものであり、異なる入射角を生じさせる。波面変調装置２当たりの光源８の数は、再構成シーンの観察者の数に依存し、再構成シーンの観察者の数によって決定される。３人以上の観察者が存在する場合には、ただ１つの波面変調装置２が使用される。すなわち、観察者の右眼用のすべての観察者用ウィンドウ用として、又は観察者の左眼用のすべての観察者用ウィンドウ用としてただ１つの波面変調装置２が使用されることになる。光源８は、異なる入射角で十分にコヒーレントな光を用いて波面変調装置２のミラーエレメント３を照明する。１人の観察者の両目用の観察者用ウィンドウ１５Ｒと１５Ｌに対する光源８の入射角は常にほとんど同一である。このことは、観察者用ウィンドウ１５Ｌと２８Ｌ用として変調される波面１２Ｌと２７Ｌを生成する光源８によって放射される光の入射角が異なることを意味する。両方の波面変調装置２用として、スクリーン１１、偏向エレメント１３、レンズエレメント１９と２０及び投影手段１０と２４を使用することができる。
【００５０】
図５とは対照的に、それぞれの観察者の目の位置に従って、少なくとも２つの、本例では３つの観察者用ウィンドウ１５Ｒ、１５Ｌ及び２８Ｌを追跡するために２つの偏向手段２３が提供される。偏向手段２３の数は観察者の数によって決められる。このことは、本例では観察者用ウィンドウ１５Ｒ及び１５Ｌに対して、観察者一人についてただ１つの偏向手段２３が両眼用として使用されることを意味する。第２の投影手段２４が集束エレメント３０と組み合わされ、光の伝播方向から見て偏向手段２３の後に配置される。ここで、第２の偏向手段２４として、波面１４Ｒと１４Ｌの視準を目的とするレンチキュラがある。右眼と左眼用のこれら２つの波面１４Ｒと１４Ｌは、第１の偏向手段２３に割り当てられている第２の偏向手段２４のレンチキュールの中を通って伸びている。一旦２つの波面１４Ｒと１４Ｌが第２の投影手段２４の対応するレンチキュールを通過すると、集束エレメント３０は、スクリーン１１上で波面１４Ｒと１４Ｌにオーバラップし、集束しようとする。別の偏向手段２３が、２次元波面２９Ｌ用の観察者用ウィンドウ２８Ｌを追跡するために提供される。図示の第３の偏向手段２３は、第３の観察者にサービスを提供するために使用される。一般に、４人以上の観察者が再構成された３次元シーンを観察することができる。第２の投影手段２４のレンチキュールの数は投影装置１の偏向手段２３の数と一致する。レンズのさらに複雑な配置構成によって集束エレメント３０を置き換えて、収差の最小化を図るようにしてもよい。集束エレメント３０は、例えば色収差のないレンズであってもよい。例えば、投影装置１における単一のレンチキュラとして、第２の投影手段２４と集束エレメント３０とを提供する可能性もまた存在する。
【００５１】
本実施形態では、ホログラフィック投影装置１が複数の観察者にサービスを提供するように設計されている点を除いて、図５と関連して既述したように３次元シーンが再構成される。そのため観察者用ウィンドウ１５Ｒ、１５Ｌ及び２８Ｌを追跡するための複数の偏向手段２３が存在することになる。上述のホログラフィック投影装置１は３つの観察者用ウィンドウに同時にサービスを提供することを可能にするものである。
【００５２】
異なる入射角で個々の波面変調装置２にヒットする十分にコヒーレントな光を放射する光源８を用いる代わりに、波面変調装置２当たりただ１つの光源８を使用することも可能である。この場合、波面の数は、波面変調装置２のミラーエレメント３による変調が行われた後で、かつ、該ミラーエレメント３からの反射が行われた後に増加する。この増加は、例えば格子（グリッド）エレメントの助けによって偏向エレメント１３の近傍で行われる場合がある。この解決方法には、単一光源８によって放射され、次いで波面変調装置２にヒットする波面の位相欠陥を補正できるという利点がある。
【００５３】
さらに、個々の光源８は、主光源（図示せず）からの少なくとも１つの光学エレメントにより生成することも可能である。
【００５４】
図５及び図６に関して、ミラーの形を有し、かつ、好適には検流計スキャナであることが望ましい偏向手段２３は光拡散層を有することができる。したがって、偏向手段２３は水平方向に光拡散を行うミラーであってもよい。これらの光拡散層はフォイルの形を有するものであってもよい。拡散された光又は波面は変調された１次元波面へ９０度の角度で伝播する必要がある。コヒーレンスがホログラフィック再構成にとって非常に重要であるという理由から、コヒーレンスは光拡散層の使用により影響を受けてはならない。しかしながら、非コヒーレント方向に観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌの拡大を行うことが可能であり、その一方で、回折次数の拡張により観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌはコヒーレント方向に制限を受けることになる。波面変調装置２が水平方向に配置されれば特に望ましい。このようにして、個々の観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌを垂直方向、すなわち非コヒーレント方向に拡大することが可能となる。これは、波面変調装置２のこの配置構成において、観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌを観察者の垂直方向の位置まで追跡する必要がもはやないという理由による。その理由として、観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌが垂直方向に大きく拡張しているということが挙げられる。さらに、この場合、投影及び結像を行う役割を果たすだけでなく、非コヒーレント方向への波面のフーリエ変換の拡散を行う役割も果たすことになるスクリーン１１上へ光拡散層を印加できるという可能性が存在する。
【００５５】
図４ａ、図５及び図６に従う本発明の実施形態は、少なくとも１つの入射波面を変調するための少なくとも１つの１次元波面変調装置２に常に関する。このような１次元波面変調装置２が図７ａの透視図に示されている。図からわかるように、ミラーエレメント３は一種の行又は列の形で基板５の上に配列される。アクチュエータはこの図には示されていない。
【００５６】
図７ｂからわかるように、本発明は２次元波面変調装置２を用いて実現することができる。本発明によって２次元波面の生成を目的とする偏向エレメントが不要になる。ミラーエレメント３は複数の行又は列の形で基板５上に配列される。少なくとも１つのアクチュエータによって２次元波面変調装置２のミラーエレメント３を１つ又は２つの軸線の周りで軸方向に変位するか、チルトするかの少なくともいずれかを各ミラーエレメントについて個々に行うことができる。
【００５７】
図８及び図９は、１次元波面変調装置２と共に偏向エレメント１３の助けによって２人以上の観察者Ｂ１、Ｂ２のために、再構成された３次元シーンの部分画像の２次元波面を実現するとき、変調済み波面１２の行又は列Ｓの時間的多重化が行われるいくつかの可能性について説明する図である。図８に示されているように、部分画像の２次元波面が、観察者Ｂ１のために、次いで、観察者Ｂ２のためにまず完全に生成される。図９に示されているように、個々の観察者Ｂ１とＢ２とに関連づけられた、部分画像の変調済み波面の行又は列が交互に提示される。
【００５８】
ホログラフィック投影装置１の可能な応用例には、例えば、コンピュータディスプレイ、ＴＶスクリーン、電子ゲームなどの私的な環境又は作業環境において、あるいは、情報を表示するための自動車関連産業において、娯楽産業において、医用工学において（特にこの分野では、体に最小限のメスを入れる外科手術への応用例として、又は断層撮影の確定情報の空間的表示用として）、さらに、軍事工学においては、表面形状の表示用として、２次元表示と３次元表示の少なくともいずれかが含まれる。当業者にとって投影装置１は上記で言及しなかった別の領域においても適用が可能であると考えられよう。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】二乗機能をまとめてストリング化することによる、従来技術の光位相変調器の助けによって波面変調を示す表示グラフである。
【図２】波面変調に用いられる本発明によるホログラフィック投影装置の波面変調装置を示すブロック図である。
【図３】図２に示す波面変調装置による波面変調を示す図である。
【図４ａ】３次元シーンの再構成のための本発明によるホログラフィック投影装置の作動原理を示す（平面図）。
【図４ｂ】図４ａに示された投影装置の拡大詳細図を示す。
【図５】人間の目の位置の変化を検知するための位置検出システムを備えた新規の投影装置の別の実施形態を示す（平面図）。
【図６】再構成シーンの少なくとも２人の観察者のための新規の投影装置の別の実施形態を示す（平面図）。
【図７ａ】１次元波面変調装置の作動原理を示す。
【図７ｂ】２次元波面変調装置の作動原理を示す。
【図８】１人以上の観察者のためにシーンを再構成する可能性を示す。
【図９】１以上の観察者のためにシーンを再構成する別の可能性を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーエレメントのアレイを含むホログラフィック投影装置に関する。本発明はさらに、再構成された、好適には３次元シーンを観察するための再構成空間を拡大する方法に関するものであり、この再構成空間では、少なくとも１つの光源を備えた照明装置が十分にコヒーレントな光を放射する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィとは、波動光学による方法を用いてオブジェクトの３次元記録及び光学的表示を可能にするものである。ホログラフィック画像の再構成は、しばしば再構成と呼ばれ、コヒーレントな光によりキャリア媒体を照明することによってホログラムのタイプに応じて実現される。従来技術では、ホログラフィック投影装置の再構成空間又は視野角は特に３次元シーンを観察するには狭すぎる。
【０００３】
通常、再構成は直接見られるものである。すなわち観察者は、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ：Computer-Generated Hologram）を観察することになる。このコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）は、ホログラム値に従って符号化された、規則的に配列された画素から構成されている。偏向の効果に起因して、ＣＧＨの再構成は１つの周期性間隔の範囲内でのみ達成可能となるが、この間隔はＣＧＨの分解能により規定される。隣り合う周期性間隔において不規則性を示しながら再構成は通常反復して行われる。したがって、表示領域のサイズは分解能により制限を受けることになる。両眼でシーンを観ることができるように、ホログラムの分解能を実質的に高くして、少なくともある程度の視野角の拡大を図るようにする必要がある。
【０００４】
オブジェクトのホログラフィによる再構成のための拡張された再構成空間及び広視野角を得るという目的は、したがって、多数の極めて小さな画素を有するホログラムキャリ媒体を必要とすることになる。これらの画素は可能なかぎり小さなものであることが望ましい。また、これら画素の光学特性は個別に制御可能であることが望ましい。画素間の非常に短い距離（ピッチ）は分解能を記述するものであるが、この距離はマトリクスのためのコストのかかる製造工程を必要とするものである。
【０００５】
ＣＧＨ用の記録媒体には、入射光の位相と振幅を変調するＬＣＤ、ＬＣｏＳ、音響光学変調器、ＯＡＳＬＭ及びＥＡＳＬＭのような光変調器が含まれる。
【０００６】
特許文献１には、例えば、ホログラフィック表示における視野角の拡大のための光変調器を備えた装置についての記載がある。ホログラム用として使用される光変調器の分解能よりも高い分解能を持つ位相マスクが、光の伝播方向から見て光変調器の直ぐ後に配置されている。光変調器の個々の画素は位相マスクの４またはそれ以上のエレメントと関連づけられる。このため、位相マスクはより高い仮想分解能、したがって拡大された視野角を生成することになる。
【０００７】
しかし、これらの利点は追加のノイズの代償として得られるものである。その理由として、位相マスクが個々のオブジェクトについて同じであって、かつ、分解能を上げると、値のランダムな分布が生じるということが挙げられる。
【０００８】
さらに、光変調用マイクロミラーを備えた光変調器が知られている。このような光変調器は入射光の振幅と位相との少なくともいずれかを変調するために用いられる。
【０００９】
特許文献２には把持用ブラケットの４つの搬送アームに吊るされたマイクロミラーについての記載がある。このマイクロミラーは、設けられた電極へ電圧を供給することによって２つの軸に沿って移動することができる。画像の位相エラーを減らすために、又はこのエラーを最小化するためにマイクロミラーは軸方向に変位される。
【００１０】
特許文献３には、入射光の振幅と位相の変調とを行うための光変調器についての記載がある。この光変調器はマイクロミラーを備え、個々のマイクロミラーと光変調器のベースプレートとの間に屈曲エレメントが存在する。この屈曲エレメントは、静電力が印加されると、ベースプレートに対して相対的にマイクロミラーをチルトさせる（傾ける）か、軸方向に変位させる。振幅変調の場合、光変調器のベースプレートに付けられたマイクロミラーと電極との間に電圧を供給することによって光変調器のマイクロミラーはチルトされる。電圧がベースプレート上の２つの電極に対して同時に供給されると、静電力がマイクロミラーの軸方向の動きを引き起こし、その結果、位相変調をもたらすことになる。
【００１１】
再構成空間、したがって視野角は、画素数を増やすことによって、したがって、分解能を改善することによって、特許文献３により公知のものである光変調器を用いて専ら拡大することができる。さらに、前述の公報に記載がある光変調器は比較的大きなミラー（＞５０ｐｍ）に適用される。
【特許文献１】ＷＯ２００５１０５９６５９Ａ２
【特許文献２】ＵＳ６，０２８，６８９
【特許文献３】公報ＣＡ２ １９０ ３２９Ｃ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、好適には、従来方式の装置と比較して光変調装置の画素数を増やすことなく、かつ、画素制御を可能なかぎり簡単に保ちながら、可能なかぎり広い再構成空間又は視野角において３次元シーンのホログラフィック表示を得るための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、再構成シーン用の再構成空間を拡大するために、ミラーエレメントのアレイを備える少なくとも１つの波面変調装置を提供することにより本発明による方法で解決される。その場合、ミラーエレメントは、少なくとも１つのアクチュエータを有し、さらに、ミラーエレメントは、位相シフトに影響を与えるような少なくとも１つのアクチュエータによって少なくとも１つの方向に動かすことが可能であり、それによって、再構成シーンを表示するために波面を直接変調することが可能であり、さらに、観察者の平面にある少なくとも１つの観察者用ウィンドウの中へ上記波面を投影するための光学システムが提供される。
【００１４】
本発明による装置は、入射波面の変調用ミラーエレメントを含む少なくとも１つの波面変調装置を備える。このように変調された波面の助けによって、シーンの再構成が可能となる。これら多数のミラーエレメントは波面変調装置に配置され、チルトされる（傾ける）か、軸方向に変位されるかの少なくともいずれかが行われて、専ら光の位相が変調される。これらのミラーエレメントは、波面を変調するために、チルトされるか、軸方向に変位されるか、あるいはこの双方が行われるかのいずれかを行うことができる。このようにして、ミラーエレメントの正確な位置決めが行われて、所望のように波面を変調することが可能となる。ミラーエレメントは入射波面の位相変調のためにチルトされ、軸方向に変位される。しかし、このことは、光の位相が変調されても、すべてのミラーエレメントがチルトされ、軸方向に変位される必要があるわけではないことを意味する。所望の波面に応じて、別のミラーエレメントが両方の動き、すなわちチルトと軸方向への変位とを行いながら、いくつかのミラーエレメントのみをチルトさせたり、いくつかのミラーエレメントを軸方向に変位させたりすることも可能である。再構成シーンを表示する際には、すべてのミラーエレメントが制御される。入射波面の位相が変調され、画定された領域（いわゆる再構成空間）においてシーンが再構成された場合、同時に、又は、次々に迅速にミラーエレメントがチルトされ、軸方向に変位される。シーンが変化するか、別のシーンが再構成される場合、波面変調装置のいくつかのミラーエレメント又はすべてのミラーエレメントの制御値は変更され、それによってミラーエレメントは、別のチルト位置及び別の軸方向に変位された位置をとるようになる。ミラーエレメントは、ミラーエレメント当たり少なくとも１つのアクチュエータによって、位置決めを行うことができるが、好適にはミラーエレメント当たり２つのアクチュエータによって位置決めを行うことが望ましい。こうすることによって、ミラーエレメントにヒットする平らな波面は３次元オブジェクトを表示する所定の機能に従って直接変調されるようになる。したがって、このように変調された波面は、観察者の平面にある観察者用仮想ウィンドウ上に投影され、そこで観察者は、再構成シーン、特に３次元シーンを視ることになる。
【００１５】
このようにして、位相変調に基づく他の光変調器（ＳＬＭ）と比べて、所望の波面のさらに正確な位相再生が可能になる。本願において、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の計算のために求められる計算能力が最小化され、その結果、リアルタイム表示のための時間の節減が生じるという利点がある。さらに、波面変調装置の画素数（ここではミラーエレメントの数）を増やすことなく、また、ミラーエレメントのアクチュエータを複雑に制御することなくホログラフィック投影装置が提供され、このホログラフィック投影装置は、波面の位相のさらに正確な再生を通じて、分解能を実質的に上げ、それによって、再構成空間又は視野角が拡大されるという利点がある。
【００１６】
周期的継続が通常発生するが、これはミラーエレメントのチルトと軸方向への変位との組み合わせによって回避される。
【００１７】
この場合アクチュエータがミラーエレメントの下に配置され、それによって、ミラーエレメントを相互に最小限の距離に配設できるようになるという理由により、高い充填比の達成をさらに容易に行うことが可能となる。充填比とは、波面変調装置の総サイズに対するミラー表面の感光領域の比率である。ミラーエレメントの高い充填比は、軸方向に変位された場合、ホログラフィック投影装置において用いられると、それによって周期的継続が明らかに抑制されるという利点がある。しかしながら、ミラーエレメントをチルトさせ、軸方向に変位させると、周期的継続が生じなくなり、コントラストが強くなる。
【００１８】
上述の従来技術による位相マスクはすべてのオブジェクトに対して同じであり、また、分解能が高くなると、値がランダムに分布されるという理由により、異なるオブジェクトの符号化を行うとき、種々の強度のノイズが生じることになる。本発明は、固定位相マスクを採用するものではなく、個々のオブジェクトに対してミラーエレメントの制御を適合させ、それによってノイズを制御し、低減できるようにするものである。
【００１９】
ミラーエレメントは、好適にはＭＥＭＳ型マイクロミラー（マイクロ電気機械的システム）であることが望ましい。というのは、これらのミラーは高い精度で電気的に位置決めを行うことが可能であり、そして、非常に迅速に動くことができるからである。さらに、ミラーエレメントは非常に小型であり、かつ、アクチュエータの集中制御電子装置は大部分がＣＭＯＳ互換（互換相補型金属酸化膜半導体）である。さらにまた、マイクロミラーはほぼ９０％以上の反射率ｐを有する。この反射率は、従来使用されている液晶ベースの変調器の最大７０％の反射率と比較されるものである。この９０％以上という反射率は光損失がほとんど生じないことを意味する。
【００２０】
本発明の実施形態では、波面変調装置はさらに、２次元波面生成用偏向エレメントを備える１次元波面変調装置であってもよい。この場合前記偏向エレメントは、１つの波面変調装置に対して垂直方向の光偏向を実現する。この実現のために、本発明による装置は偏向エレメント、好適には検流計スキャナ（ミラー検流計）又は光ビームの迅速な偏向を行うための多角形ミラーを備えることができる。これは、３次元シーンの再構成のために２次元波面を生成するためのものである。したがって、２次元波面は一連の１次元波面から構成されることになる。（１次元波面変調装置が垂直方向に構成されているか、水平方向に構成されているかに応じて）列又は行の１次元波面は、偏向エレメントの助けによってまとめて１列に並べられることになる。波面変調装置は、対応する行又は列の形で所望の波面を生成できるほど十分高速なものとなる。上記波面変調装置内の偏向エレメントの個々の位置は、例えば、３次元シーンのセクションと一致する。
【００２１】
本発明の推奨実施形態では、特に、偏向エレメントは少なくとも１つの光源と波面変調装置との間に配置することができる。本発明による投影装置における偏向エレメントのこのような配置には、波面変調装置にヒットする波面がまだ符号化されていないために、２次元波面の生成エラーを広範に回避するか、又は、このエラーを最小化することができるという利点がある。
【００２２】
広い観察領域において観察者用ウィンドウを利用可能にするために、観察者は、位置検出システムを用いて、再構成シーンを見ながら、観察者の平面における１人の観察者又は複数の観察者の目の位置を検出することができる。
【００２３】
観察者が再構成シーンを見ている間、位置検出システムは１人の観察者又は複数の観察者の目の位置を追い、そして、観察者の目の位置の変化に従ってシーンを符号化する。これは、波面変調装置のミラーエレメントのチルトと軸方向への変位との少なくともいずれかを適宜行うことによって、再構成シーンの位置とコンテンツの少なくともいずれかを目の位置の変化に従って更新できるようにするのに特に利点となる。次いで、新たな目の位置に従って観察者用ウィンドウを追跡することが可能となる。
【００２４】
少なくとも１つの偏向手段を好適に提供して、目の位置に合わせて観察者用ウィンドウの追跡を行うようにすることができる。このような偏向手段は、音響光学エレメントのような機械エレメント、電気エレメント、磁気エレメント又は光学エレメントであってもよい。
【００２５】
本発明の方法の側面に関して、本発明の目的は、再構成シーンを観察するための再構成空間を拡大する方法によって解決される。このシーンは、光源により放射されるコヒーレント光によってスクリーン上へ投影される、ここで、少なくとも１つのアクチュエータによって、少なくとも１つの波面変調装置の少なくとも１つのミラーエレメントが動かされて、入射光を変調するために位相シフトを実行できるようにし、それによって、光源から発信し、観察者の平面にある再構成シーンに従って直接変調される波面を観察者用仮想ウィンドウの中へ投影する。
【００２６】
新規の方法によれば、十分にコヒーレントな光を放射する照明装置の光が、再構成空間又は視野角を拡大するために少なくとも１つの波面変調装置上へ向けられる。光はスクリーン上へ、好適にはミラー上へ投影される。波面変調装置のミラーエレメントは、ミラーエレメント当たり少なくとも１つの、好適には２つの制御可能なアクチュエータによって、チルトと軸方向への変位の少なくともいずれかを行うことにより入射光の変調を行う。少なくとも１つのミラーエレメントがこのように動かされて、ターゲット波面に応じて位相シフトを行うようにする。このようにして、ミラーエレメントは、オブジェクトから反射された後、平らな波面の形状を成すことになる。このとき、上記変調は、オブジェクトからの反射後、理想的波面近似になる。こうすることによって、波面への所望の近似が可能となる。すなわち、公知の位相変調光変調器の場合よりも正確な波面の位相再生を行うことが可能になる。次いで、この波面は、観察者の平面にある観察者用仮想ウィンドウの中へ好適に投影され、そこで、観察者は再構成シーンを２次元モード又は３次元モードで観察することになる。
【００２７】
波面を直接変調する方法の利点として、ターゲット波面を変換してホログラムに変えるステップが不要になり、その結果、従来技術による解決方法により求められる計算能力を小さくするこができるようになるという点が挙げられる。２つのアクチュエータの助けによるミラーエレメントの制御によって、個々にミラーエレメントをλ／２よりも大きい分だけ、好適には２λだけ変位させることが可能となる。ミラーエレメントのさらに大きなこの変位のお蔭で、分解能を仮想的に高くすることが可能となり、波面変調をさらに正確なものにすることが可能となる。その結果、さらに広い再構成空間又は視野角の達成が可能となる。この新規の方法により、少なくとも１人の観察者が観察する広い再構成空間又は視野角において真の奥行きを持つ３次元シーンの再構成が可能となる。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態によれば、ミラーエレメントをチルトさせることによってゼロ番目の回折次数でシーンをさらに再構成することができる。輝度はゼロ番目の回折次数で最大となるため、これは特に望ましいことである。
【００２９】
本発明のさらなる実施形態が他の従属クレームにより規定される。本発明の実施形態について以下詳細に説明し、添付図面と関連して例示する。単色光を持つホログラフィック再構成に基づいて本発明の原理について説明する。しかし、当業者であれば、個々の実施形態の説明で示されるようなカラーホログラフィック再構成にも本発明を同様に適用できると思うであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、個々の画素が変調波と基準波との間の或る一定の位相差を単に表示する従来技術の位相変調光変調器によって変調された波面を示す。このような光変調器によって変調された波面は、座標系において一連の二乗機能として理想化された形で表すことができる。光変調器上の波面を示す座標は横座標にプロットされ、位相差モジュロ２πが縦座標にプロットされる。したがって、０と２πの間の範囲で位相変調が行われる。このような光変調器のみを用いることにより、波面走査方法に従って近似値を得ることが可能となる。この近似値の精度の向上を図るために光変調器のさらに高い分解能又はさらに多数の画素数が必要になる。近似値の精度が高ければ高いほど、再構成空間を広くすることができる。
【００３１】
さらに正確な位相再生を達成するために、そして、それによって再構成空間又は視野角を拡大するために、本発明は、波面Ｗを変調するための、図２に図示のような波面変調装置２を備えるホログラフィック投影装置１を利用する。位相変調についての理解をさらに容易にするために、図２には、波面変調装置２のみが示されている。そして、ホログラフィック投影装置１全体は専ら図４ａに示されている。したがって、この図２は専ら波面Ｗの変調を概略的に示すものである。この場合波面変調装置２は本実施形態では一次元形式のものとなる。位相変調波面変調装置２である波面変調装置２は、例えば、平らな反射面を有するミラーエレメント３を備え、該ミラーエレメントは、好適には例えばマイクロミラー、特にＭＥＭ（マイクロ電気機械的システム）であることが望ましい。ミラーエレメント３は他の任意の反射面を有することも可能であることは言うまでもない。これらのミラーエレメント３は個々の画素を表示し、少なくとも１つのアクチュエータ４（本願では２つのアクチュエータ４）と結合され、これら個々のアクチュエータは波面変調装置２の基板５とミラーエレメント３との間に配置される。ミラーエレメント３は、上記アクチュエータ４のそれぞれの制御によって少なくとも１つの軸線の周りにチルトされる（傾ける）か、軸方向に変位されるかの少なくともいずれかを行うことができる。ミラーエレメント３のチルト及び軸方向への変位は図２にはっきりと観察することができる。ミラーエレメント３はミラーエレメント３の反射面の高い充填比を達成するために互いに近接して配置されることが望ましい。ミラーエレメント３は、例えば、５０ｐｍのピッチにおいて４９ｐｍのサイズを有する。すなわち、高い充填比（本例では９８％）を保持するために、隣り合う２つのミラーエレメント間の間隙は１ｐｍを超えないようにすることが望ましい。次に、波面変調装置２は、例えば、１次元波面変調装置では１×２０００のミラーエレメントのような、あるいは、２次元波面変調装置では２０００×２０００のミラーエレメントのような多数のミラーエレメント３を波面Ｗの位相を変調するために備える。２次元波面変調装置において、ミラーエレメント３は２つの軸線の周りでチルトすることができる。特許文献３などの従来技術の公報によってすでに公知であるため、ミラーエレメント３及び該ミラーエレメントの制御装置についてのさらなる説明は省略する。
【００３２】
波面変調装置２は、入射波面Ｗの位相変調のために照明装置（図示せず）の光源６により照明される。光源６により放射された波面Ｗは、図示のように、図２の段階１と２の平らな波面となる。矢印により示されるように、段階３においてこの平らな波面Ｗは波面変調装置２のミラーエレメント３にヒットし、そこで波面Ｗは変調され、次いで、チルトされ、軸方向に変位されたミラーエレメント３に従って、波面Ｗは反射される。これらのミラーエレメント３は、或るオブジェクトを表わす所定の機能に従って位置決めが行われる。段階４において、上記変調済み波面Ｗはミラーエレメント３から反射された後で表示される。このようにして、ミラーエレメント３は、或る一定の３次元シーンの再構成が可能となるように求められる平らな波面Ｗを成すことになる。
【００３３】
図３は、チルト可能でかつ変位可能なミラーエレメント３により変調が行われた後の波面の位相曲線を示す図である。曲線のセクション３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄはミラーエレメント３の所望の位置と一致する。これによって、例示の曲線のセクション３ｂのように、表わされた位相関数曲線の形で、対応するミラーエレメント３のエンドポイントが２πを超える位相差を持つことが可能となる。ミラーエレメント３のチルトと軸方向への変位との組み合わせのおかげで、所望の波面は、図１に図示のような波面変調装置を用いた場合に可能となるよりも高い精度でほぼ正確な近似を得ることが可能となる。これによって、分解能を仮想的に高めることができ、その結果、再構成空間又は視野角を拡大することが可能となる。
【００３４】
ミラーエレメント３は、ミラーエレメント３にヒットする入射波面Ｗの位相変調のためにチルトされ、次いで軸方向に変位される。波面Ｗは、チルト可能で、かつ、軸方向に変位可能なミラーエレメント３を有するＭＥＭにヒットすると、傾斜角に従って伝播方向に局所的に変えられ、ミラーエレメント３の軸方向の変位量に従って局所的に遅延される。これは個々のミラーエレメント３と、隣接するミラーエレメントの一次元配列又は線形配列の双方について当てはまる。すべてのミラーエレメント３が同じ反射率を示すため、これは単に入射波面の位相変調となる。
【００３５】
図４ａは、好適には３次元のシーンの再構成のためのホログラフィック投影装置１を概略的に示す平面図である。さらに理解し易くするために、透過装置としてのホログラフィック投影装置１が、以下に参照する図４ａに、単純化された態様で示されている。次に、ホログラフィック投影装置１の基本設定について説明する。この実施形態でわかるように、波面変調装置２は本例では垂直方向に配設された１次元波面変調装置である。波面変調装置２は照明装置７によって、より正確に述べれば、十分にコヒーレントな光を放射する線光源８によって照明される。本明細書においては、‘十分にコヒーレントな光’という用語は３次元シーンの再構成のために干渉を生成することができる光を示す。照明装置７の光源８は、レーザダイオード、ＤＰＳＳレーザ（ダイオードポンピング・ソリッドステートレーザ）又は別のレーザからつくることができる。十分にコヒーレントな光を放射する限り従来の光源を使用することも可能である。しかし、このような光源は、フィルタして、十分なコヒーレンスレベルを達成するようにすることが望ましい。ホログラフィック投影装置１は光学システム９をさらに備える。この光学システム９は投影手段１０とスクリーン１１とを備える。光学システム５は、例えば、図からわかるような、また、以下さらに詳細に説明するようなさらに別の光学エレメントを備えるものであってもよいことは言うまでもない。スクリーン１１は、好適にはミラー、特に凹面ミラーであることが望ましい。スクリーン１１は、例えば図示のようにレンズなどの投影用光学エレメントとすることも可能である。スクリーン１１が凹面ミラーである場合、ホログラフィック投影装置１の光学システムのサイズが、レンズのみを用いる透過装置のサイズよりも実質的にさらに小型になるという利点が生じることになる。スクリーン１１は、決して拡散面を持たないようにし、それによって波面変調装置２から反射される波面１２が破壊されないようにすることが望ましい。再構成シーンの２次元表示が所望であれば、スクリーン１１が拡散面を有するようにしてもよい。投影手段１０もまたミラー又はレンズである。波面変調装置２によって変調され、波面変調装置２から反射される単色波面１２は、レンズエレメント１９と２０によって偏向エレメント１３上へ投影され、３次元シーンを再構成するようになる。このような偏向エレメント１３は、検流計スキャナ、圧電スキャナ、共鳴スキャナ、ポリゴンスキャナ、マイクロミラーアレイ、あるいは同様の装置であってもよい。偏向エレメント１３は、波面変調装置２に対して垂直方向の波面１２の光偏向を実行して、２次元波面１４を生成するようにする。２次元波面１４は、上記偏向によって生成される一連の平行な１次元波面１４’、１４”、１４”’．．．から構成される。次いで、光学システム９は、観察者の平面１６に位置している観察者用仮想ウィンドウ１５へ２次元波面１４を投影する。このウィンドウにおける観察者の目は再構成シーンを観察することになる。光源８によって放射される十分にコヒーレントな光がスクリーン１１上へ投影される。これによって、波面１２のフーリエ変換ＦＴが、画像側焦面においてレンズエレメント１９と２０の間に生成される。次いで、光学システム９の投影手段１０は、画像側焦面１７におけるスクリーン１１上へフーリエ変換ＦＴを投影する。円錐台によって形成される拡大された再構成空間１８において、すなわち拡大された視野角６で、観察者は上記再構成シーンを観察することができる。この拡大された再構成空間１８は観察者用ウィンドウ１５とスクリーン１１との間で伸びる空間である。波面変調装置２の高い充填比のミラーエレメント３のおかげで、観察者の平面１６において再構成シーンの周期的継続が生じなくなる。
【００３６】
波面変調装置２のミラーエレメント３がアクチュエータ４によりチルトされる可能性があるため、変調済み波面１２が影響を受け、その結果、３次元シーンがゼロ番目の回折次数で再構成されることが考えられる。この再構成は、ゼロ番目の回折次数において輝度又は光度が最大になるという理由で特に望ましいことである。
【００３７】
さらに、偏向エレメント１３を波面変調装置２の中へ直接組み込むことも可能である。このことは、上記記載のようにミラーエレメント３の助けによって波面変調装置２が平らな波面Ｗを変調することを意味する。しかし、２次元波面１４を生成するために用いられる波面変調装置２は全体として変位される。レンズエレメント１９と２０はこの場合必要とされない。次いで、波面変調装置２は偏向エレメント１３に隣接して、すなわち投影手段１０のオブジェクト側焦面に配置される。この結果、例えば、カラー再構成のためのビームスプリッタ・エレメント２１を波面変調装置２と投影装置１０の間に配置することが可能となる。さらに、システム全体を変位させたり、チルトさせたりする代わりに、単にミラーエレメント３のアレイを変位させるか、チルトさせて、２次元波面を生成するようにすることも可能である。これを行うことによって、ホログラフィック投影装置１に対してさらにコンパクトな全体設計を行うことが可能となる。
【００３８】
しかし、オプションとして、ホログラフィック投影装置１はレンズエレメント１９と２０を光路に設けるようにしてもよい。ここで個々の焦点距離からわかるように、レンズエレメント１９と２０は収差を最小化するために同じ屈折力を有するようになっている。しかし、レンズエレメント１９と２０はまた、レンズエレメント２０が波面変調装置２と光学システム９との間に配置されている場合には、偏向エレメント１３上の１次元波面１２のサイズの修正又は最適化を行うために、異なる屈折力又は焦点距離を有するようにしてもよい。この場合レンズエレメント１９と２０には別の利点がある。これらのレンズエレメントは、波面変調装置２から反射された波面１２が偏向エレメント１３上へ投影されるように使用され、それによって２次元波面１４が生成されるようになることを保証するものである。レンズエレメント１９と２０によってここで表される無限焦点系は、波面１２を偏向エレメント１３上へ投影するために用いることができる。これによって、波面１２のフーリエ変換ＦＴがレンズエレメントの画像側焦面１９において生成される。このフーリエ変換ＦＴは、レンズエレメント２０と投影手段１０の助けによってスクリーン１１上へ投影される。
【００３９】
偏向エレメント１３は光源８と波面変調装置２との間に交互に配置することができる。この配置には、２次元波面１４の変調中の収差をできる限り除去するか、最小化することができるという利点がある。というのは、平らな波面Ｗは、波面変調装置２にヒットしたとき、まだ符号化されていないからである。
【００４０】
３次元シーンのカラー再構成もまたホログラフィック投影装置１の助けによって可能となる。図４ａに示すように、ビームスプリッタ・エレメント２１、好適にはプリズムブロックが光の伝播方向へ向かって投影手段１０の正面に配置される。ビームスプリッタ・エレメント２１は、好適には二色性層を備えたＸプリズムであり、このエレメントは、赤色光、緑色光及び青色光を分割して、３つの分離波面の中へ入れるか、これらの分離波面を再結合して、共通の波面を形成する。シーンのカラー再構成は３原色、ＲＧＢ（赤、緑、青）を同時に処理することにより達成される。本実施形態では、ビームスプリッタ・エレメント２１はレンズエレメント１９と２０との間に配置されるが、このビームスプリッタ・エレメント２１をホログラフィック投影装置１の別の位置に配置することも可能である。さらに、他の任意のビームスプリッタ・エレメントを使用してもよい。
【００４１】
図４ｂは図４ａのビームスプリッタ・エレメント２１を示す拡大詳細図である。３次元シーンの同時カラー再構成のために、３原色ＲＧＢの個々についてそれぞれ、３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂが提供される。これら３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂは３つの光源８Ｒ、８Ｇ及び８Ｂによって照明される。対応する波面変調装置２Ｒ、２Ｇ及び２Ｂによって個々の波面１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂの変調が行われた後、これらの波面はビームスプリッタ・エレメント２１によってレンズエレメント２０へ投影され、共通の波面の再合成が図られる。唯一の光源、特に白色光源をカラー再構成用として使用することもさらに可能である。この配置構成では、ビームスプリッタ・エレメント２１もレンズエレメント１９と２０の間に配置される。しかし、追加の半透過ミラーか、別の偏向エレメントがビームスプリッタ・エレメント２１とレンズエレメント２０との間に配置される。光源によって放射された光は半透過ミラーへ向けられ、そこから、光はビームスプリッタ・エレメント２１によって３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ上へ投影され、これらの波面変調装置を照明し、次いで、対応する波面を変調する。ここでビームスプリッタ・エレメント２１は、３つの単色波面１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂに光を分割する。さらに、カラー再構成用として３つの波面変調装置の代わりに、唯一の波面変調装置を使用することも可能である。しかし、このオプションは本図には示されていない。上記波面変調装置は、異なる色の３つのＬＥＤ又は１つの白色光ＬＥＤから構成される１つの光源によって照明することができる。さらに、例えば、波面変調装置上へ異なる入射角で波面を投影する音響光学エレメントなどの少なくとも１つの光学エレメントが必要となる。
【００４２】
カラー再構成の代わりに、上述のように３つの波面変調装置２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを用いて、少なくとも１つの波面変調装置の助けによって個々のカラーを順次再構成することも可能である。
【００４３】
観察者の片方の目のみに関連して上述のホログラフィック投影装置１について説明した。観察者の両方の目に対して機能できるように第２の波面変調装置２を提供することは理にかなったことである。既存のホログラフィック投影装置１の光学エレメントをこのために利用することができる。観察者が観察者の平面１６に位置していて、観察者用ウィンドウ１５を通して観察する場合、観察者は再構成空間１８に再構成された３次元シーンを観察することができる。そして、このシーンは、光の伝播方向から見てスクリーン１１の正面に、スクリーン１１上に又はスクリーン１１の後に再構成されることになる。しかしながら、水平方向に配置された唯一の波面変調装置２を用いて、再構成シーンを観察者の両方の目に提供することも可能である。
【００４４】
図５はホログラフィック投影装置１の別の実施形態を示す。装置１の一般的設計は図４ａに図示のものと同一である。その理由は、同じ構成要素を同じ参照番号により識別するためである。ここに示される投影装置１は、観察者の平面１６における観察者の目の位置の変化を検出するための位置検出システム２２をさらに含むものである。位置検出システム２２はカメラであってもよい。偏向手段２３は、観察者の目の位置の変化に従って観察者用仮想ウィンドウ１５を追跡するために、投影手段１０とスクリーン１１との間であって、好適には、投影手段１０の画像側焦面に配置される。偏向手段２３は個別に制御が可能であり、好適にはミラーであることが望ましい。観察者用ウィンドウ１５の適当な追跡には非常に正確に作動する偏向手段が必要となる。これは偏向手段２３が検流計スキャナである場合があるという理由に因る。ＭＥＭアレイ、圧電スキャナ又は同様の手段のような別の偏向手段を使用することも可能である。さらに、偏向手段２３は、少なくとも１つの方向、すなわち水平方向と垂直方向との少なくともいずれかの方向に偏向を行うことができる。このことは、偏向手段２３の一次元バージョンが、水平方向か、垂直方向かのいずれかの方向にのみ観察者用ウィンドウ１５を追跡することを意味する。偏向手段２３の２次元バージョンは水平方向と垂直方向の両方向に観察者用ウィンドウ１５を追跡することができる。偏向手段２３はＸＹ型検流計スキャナであってもよい。あるいは２つの検流計スキャナを互いの後に配設して、一方を水平方向の追跡用として使用し、他方を垂直方向の追跡用として使用するようにしてもよい。さらに、第２の投影手段２４は光の伝播方向から見て偏向手段２３の後に設けられる。スクリーン１１を充填するために必要とされる大きな倍率に起因して、第２の投影手段２４は単一のレンズの代わりにレンズシステムであってもよい。これは収差の防止又は最小化を図る。
【００４５】
次に、この実施形態の助けによって３次元シーンの再構成について説明する。光源８によって放射された波面Ｗはミラーエレメント３にヒットし、このミラーエレメント３は波面Ｗを変調し、次いで変調済み波面１２を反射する。この反射の後、変調された波面１２は、レンズエレメント１９と２０の中を通過し、これらのレンズエレメントは偏向エレメント１３上へ波面１２を投影する。同時に、レンズエレメント１９によって、波面１２のフーリエ変換ＦＴがレンズエレメント１９の画像側焦面に生成される。このフーリエ変換ＦＴの生成後に、２次元の変調済み波面１４が投影手段１０により偏向手段２３上へ投影される。位置検出システム２２は、観察者のいずれの動きも検出し、偏向手段２３を制御することによって観察者用ウィンドウ１５を適宜追跡することができる。投影手段１０と２４は、第２の投影手段２４の画像側焦面２５に変調済み２次元波面１４の画像を生成する。次いで、焦面２５におけるこの２次元画像はスクリーン１１を経由して観察者用仮想ウィンドウ１５の中へ投影される。同時に、フーリエ変換ＦＴの画像は投影手段１０の画像側焦面２６に生成される。次いで、第２の投影手段２４はフーリエ変換ＦＴの画像をスクリーン１１上へ投影する。
【００４６】
再言するが、観察者の両方の目に対して機能するように第２の波面変調装置２を提供することは理にかなったことである。観察者が観察者の平面１６に位置していて、観察者用ウィンドウ１５を通して観察する場合、観察者は再構成空間１８に再構成された３次元シーンを観察することができる。そして、このシーンは、光の伝播方向から見てスクリーン１１の正面に、スクリーン１１上に又はスクリーン１１の後に再構成されることになる。しかしながら、この場合でも、水平方向に配置された唯一の波面変調装置２を用いて、再構成シーンを観察者の両方の目に提供することも可能である。
【００４７】
ビームスプリッタ・エレメント２１を用いて上述のように３次元シーンをカラーで再構成することが可能となる。
【００４８】
さらに、投影装置１の任意の好適な位置において、光源８を備えた照明装置７を配置することができる。例えば、本実施形態の場合のように波面変調装置２が反射タイプのものである場合、放射された波面Ｗが反射ミラー又は半透過ミラーのような偏向エレメントによって波面変調装置２上へ投影されるように照明装置７を構成することも可能である。光源８が、偏向エレメントが在るフーリエ平面の中へ投影されれば好適である。偏向エレメントと波面変調装置２との間にレンズ、ミラー等のような少なくとも１つの光学エレメントを設けるようにしてもよい。図５を参照してわかるように、ビームスプリッタ・エレメント２１が以前使用されていたところにこのような偏向エレメントを配置することができる。ビームスプリッタ・エレメント２１は、このような事例ではレンズエレメント１９と偏向エレメントとの間か、あるいは、偏向エレメントとレンズエレメント２０との間に配置することができる。このようにして、さらにコンパクトな設計を投影装置１に与えることが可能となる。
【００４９】
図６はホログラフィック投影装置１の別の実施形態を示す図である。投影装置１の一般的設計は図５に図示のものと同一である。その理由は、同じ構成要素を同じ参照番号によって示すためである。しかし、図４ａ及び図５に示した装置とは対照的に、本図に示すホログラフィック投影装置１は複数の観察者によって用いられることを意図するものである。この図を理解できるようにするために、２人だけの観察者と観察者当たり１つだけの１次元波面とのための光路が本実施形態では示されている。しかし、一般に３以上の観察者が再構成された３次元シーンを観察することが可能である。文字Ｒによって示される観察者用ウィンドウは右眼用のウィンドウであり、文字Ｌによって示される観察者用ウィンドウは観察者の左眼用のウィンドウである。図示のホログラフィック投影装置１は、再構成された３次元シーンを提示するための２つの波面変調装置２を備える。これら２つの波面変調装置２の各々は、少なくとも１つの光源８を用いて少なくとも１つの照明装置７により照明される。光源８は互いに独立したものであり、異なる入射角を生じさせる。波面変調装置２当たりの光源８の数は、再構成シーンの観察者の数に依存し、再構成シーンの観察者の数によって決定される。３人以上の観察者が存在する場合には、ただ１つの波面変調装置２が使用される。すなわち、観察者の右眼用のすべての観察者用ウィンドウ用として、又は観察者の左眼用のすべての観察者用ウィンドウ用としてただ１つの波面変調装置２が使用されることになる。光源８は、異なる入射角で十分にコヒーレントな光を用いて波面変調装置２のミラーエレメント３を照明する。１人の観察者の両目用の観察者用ウィンドウ１５Ｒと１５Ｌに対する光源８の入射角は常にほとんど同一である。このことは、観察者用ウィンドウ１５Ｌと２８Ｌ用として変調される波面１２Ｌと２７Ｌを生成する光源８によって放射される光の入射角が異なることを意味する。両方の波面変調装置２用として、スクリーン１１、偏向エレメント１３、レンズエレメント１９と２０及び投影手段１０と２４を使用することができる。
【００５０】
図５とは対照的に、それぞれの観察者の目の位置に従って、少なくとも２つの、本例では３つの観察者用ウィンドウ１５Ｒ、１５Ｌ及び２８Ｌを追跡するために２つの偏向手段２３が提供される。偏向手段２３の数は観察者の数によって決められる。このことは、本例では観察者用ウィンドウ１５Ｒ及び１５Ｌに対して、観察者一人についてただ１つの偏向手段２３が両眼用として使用されることを意味する。第２の投影手段２４が集束エレメント３０と組み合わされ、光の伝播方向から見て偏向手段２３の後に配置される。ここで、第２の偏向手段２４として、波面１４Ｒと１４Ｌの視準を目的とするレンチキュラがある。右眼と左眼用のこれら２つの波面１４Ｒと１４Ｌは、第１の偏向手段２３に割り当てられている第２の偏向手段２４のレンチキュールの中を通って伸びている。一旦２つの波面１４Ｒと１４Ｌが第２の投影手段２４の対応するレンチキュールを通過すると、集束エレメント３０は、スクリーン１１上で波面１４Ｒと１４Ｌにオーバラップし、集束しようとする。別の偏向手段２３が、２次元波面２９Ｌ用の観察者用ウィンドウ２８Ｌを追跡するために提供される。図示の第３の偏向手段２３は、第３の観察者にサービスを提供するために使用される。一般に、４人以上の観察者が再構成された３次元シーンを観察することができる。第２の投影手段２４のレンチキュールの数は投影装置１の偏向手段２３の数と一致する。レンズのさらに複雑な配置構成によって集束エレメント３０を置き換えて、収差の最小化を図るようにしてもよい。集束エレメント３０は、例えば色収差のないレンズであってもよい。例えば、投影装置１における単一のレンチキュラとして、第２の投影手段２４と集束エレメント３０とを提供する可能性もまた存在する。
【００５１】
本実施形態では、ホログラフィック投影装置１が複数の観察者にサービスを提供するように設計されている点を除いて、図５と関連して既述したように３次元シーンが再構成される。そのため観察者用ウィンドウ１５Ｒ、１５Ｌ及び２８Ｌを追跡するための複数の偏向手段２３が存在することになる。上述のホログラフィック投影装置１は３つの観察者用ウィンドウに同時にサービスを提供することを可能にするものである。
【００５２】
異なる入射角で個々の波面変調装置２にヒットする十分にコヒーレントな光を放射する光源８を用いる代わりに、波面変調装置２当たりただ１つの光源８を使用することも可能である。この場合、波面の数は、波面変調装置２のミラーエレメント３による変調が行われた後で、かつ、該ミラーエレメント３からの反射が行われた後に増加する。この増加は、例えば格子（グリッド）エレメントの助けによって偏向エレメント１３の近傍で行われる場合がある。この解決方法には、単一光源８によって放射され、次いで波面変調装置２にヒットする波面の位相欠陥を補正できるという利点がある。
【００５３】
さらに、個々の光源８は、主光源（図示せず）からの少なくとも１つの光学エレメントにより生成することも可能である。
【００５４】
図５及び図６に関して、ミラーの形を有し、かつ、好適には検流計スキャナであることが望ましい偏向手段２３は光拡散層を有することができる。したがって、偏向手段２３は水平方向に光拡散を行うミラーであってもよい。これらの光拡散層はフォイルの形を有するものであってもよい。拡散された光又は波面は変調された１次元波面へ９０度の角度で伝播する必要がある。コヒーレンスがホログラフィック再構成にとって非常に重要であるという理由から、コヒーレンスは光拡散層の使用により影響を受けてはならない。しかしながら、非コヒーレント方向に観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌの拡大を行うことが可能であり、その一方で、回折次数の拡張により観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌはコヒーレント方向に制限を受けることになる。波面変調装置２が水平方向に配置されれば特に望ましい。このようにして、個々の観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌを垂直方向、すなわち非コヒーレント方向に拡大することが可能となる。これは、波面変調装置２のこの配置構成において、観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌを観察者の垂直方向の位置まで追跡する必要がもはやないという理由による。その理由として、観察者用ウィンドウ１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌが垂直方向に大きく拡張しているということが挙げられる。さらに、この場合、投影及び結像を行う役割を果たすだけでなく、非コヒーレント方向への波面のフーリエ変換の拡散を行う役割も果たすことになるスクリーン１１上へ光拡散層を印加できるという可能性が存在する。
【００５５】
図４ａ、図５及び図６に従う本発明の実施形態は、少なくとも１つの入射波面を変調するための少なくとも１つの１次元波面変調装置２に常に関する。このような１次元波面変調装置２が図７ａの透視図に示されている。図からわかるように、ミラーエレメント３は一種の行又は列の形で基板５の上に配列される。アクチュエータはこの図には示されていない。
【００５６】
図７ｂからわかるように、本発明は２次元波面変調装置２を用いて実現することができる。本発明によって２次元波面の生成を目的とする偏向エレメントが不要になる。ミラーエレメント３は複数の行又は列の形で基板５上に配列される。少なくとも１つのアクチュエータによって２次元波面変調装置２のミラーエレメント３を１つ又は２つの軸線の周りで軸方向に変位するか、チルトするかの少なくともいずれかを各ミラーエレメントについて個々に行うことができる。
【００５７】
図８及び図９は、１次元波面変調装置２と共に偏向エレメント１３の助けによって２人以上の観察者Ｂ１、Ｂ２のために、再構成された３次元シーンの部分画像の２次元波面を実現するとき、変調済み波面１２の行又は列Ｓの時間的多重化が行われるいくつかの可能性について説明する図である。図８に示されているように、部分画像の２次元波面が、観察者Ｂ１のために、次いで、観察者Ｂ２のためにまず完全に生成される。図９に示されているように、個々の観察者Ｂ１とＢ２とに関連づけられた、部分画像の変調済み波面の行又は列が交互に提示される。
【００５８】
ホログラフィック投影装置１の可能な応用例には、例えば、コンピュータディスプレイ、ＴＶスクリーン、電子ゲームなどの私的な環境又は作業環境において、あるいは、情報を表示するための自動車関連産業において、娯楽産業において、医用工学において（特にこの分野では、体に最小限のメスを入れる外科手術への応用例として、又は断層撮影の確定情報の空間的表示用として）、さらに、軍事工学においては、表面形状の表示用として、２次元表示と３次元表示の少なくともいずれかが含まれる。当業者にとって投影装置１は上記で言及しなかった別の領域においても適用が可能であると考えられよう。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】二乗機能をまとめてストリング化することによる、従来技術の光位相変調器の助けによって波面変調を示す表示グラフである。
【図２】波面変調に用いられる本発明によるホログラフィック投影装置の波面変調装置を示すブロック図である。
【図３】図２に示す波面変調装置による波面変調を示す図である。
【図４ａ】３次元シーンの再構成のための本発明によるホログラフィック投影装置の作動原理を示す（平面図）。
【図４ｂ】図４ａに示された投影装置の拡大詳細図を示す。
【図５】人間の目の位置の変化を検知するための位置検出システムを備えた新規の投影装置の別の実施形態を示す（平面図）。
【図６】再構成シーンの少なくとも２人の観察者のための新規の投影装置の別の実施形態を示す（平面図）。
【図７ａ】１次元波面変調装置の作動原理を示す。
【図７ｂ】２次元波面変調装置の作動原理を示す。
【図８】１人以上の観察者のためにシーンを再構成する可能性を示す。
【図９】１以上の観察者のためにシーンを再構成する別の可能性を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再構成シーン用の再構成空間（１８）を拡大するために、ミラーエレメント（３）のアレイを有する少なくとも１つの波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）を備えたミラーエレメントのマトリクスを有するホログラフィック投影装置であって、
前記ミラーエレメント（３）は各々少なくとも１つのアクチュエータ（４）を有し、
前記ミラーエレメント（３）は、位相シフトが行われるように、前記少なくとも１つのアクチュエータ（４）の助けによって少なくとも１つの方向にチルトすることができ、それによって波面（Ｗ）を直接変調して前記再構成シーンを表示し、
観察者の平面（１６）にある少なくとも１つの観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）の中へ前記波面（１２、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｌ）を投影する光学システム（９）をさらに備える
ことを特徴とするホログラフィック投影装置。
【請求項２】
前記波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の前記ミラーエレメント（３）はマイクロミラーである
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項３】
前記ミラーエレメント（３）は、光の位相を変調するために軸方向に変位することができる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項４】
前記ミラーエレメント（３）は、光の位相を変調するためにチルトすることができる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項５】
前記ミラーエレメント（３）は、予め定められた再構成空間（１８）において前記シーンを再構成するためにチルトすることができる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項６】
前記光学システム（９）は、スクリーン（１１）と少なくとも１つの投影手段（１０、２４）とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項７】
１次元波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項８】
前記２次元波面（１４）を生成するための、前記波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）に対して９０度の角度で光偏向を行う偏向エレメント（１３）を備える
ことを特徴とする請求項７に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項９】
前記偏向エレメント（１３）は、少なくとも１つの光源（８、８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）と前記波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）との間に配置される
ことを特徴とする請求項８に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１０】
前記観察者の平面（１６）における少なくとも１人の観察者の目の位置を検出するために位置検出システム（２２）を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１１】
前記目の位置に従って少なくとも１つの観察者用ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）を追跡する少なくとも１つの偏向手段（２３）を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１２】
複数の観察者用の前記観察者用ウィンドウ（１１、１１Ｒ、１１Ｌ、２４Ｒ、２４Ｌ、２８Ｒ、２８Ｌ）を前記観察者のそれぞれの前記目の位置に従って追跡するために、観察者ごとに１つの偏向手段（２３）と、すべての偏向手段（２３）に共通の１つの視準用レンチキュラ（２４）と、共通の集束エレメント（３０）とが光の伝播方向に見て連続的に配置される
ことを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１３】
前記偏向手段（２３）はミラーである
ことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１４】
前記シーンをカラー再構成するために、ビームスプリッタ・エレメント（２１）が光の伝播方向に見て前記投影手段（１０、２４）の正面に配置される
ことを特徴とする請求項６に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１５】
前記スクリーン（１１）はミラー、特に凹面ミラーである
ことを特徴とする請求項６に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１６】
収差を減少させることを目的とする光路においてレンズエレメント（１９、２０）を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１７】
再構成シーンを観察するための再構成空間を拡大する方法であって、
少なくとも１つの光源が十分にコヒーレントな光を放射し、
前記十分にコヒーレントな光はスクリーン（１１）上へ投影され、
少なくとも１つの波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の少なくとも１つのミラーエレメント（３）が少なくとも１つのアクチュエータ（４）によって動かされて、入射光を変調するために位相シフトを実行するようにし、その結果、前記再構成シーンに従って前記光源（８、８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）から発信する波面（Ｗ）を直接変調し、次いで、観察者の平面（１６）にある観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）の中へ前記波面（Ｗ）を投影する
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記ミラーエレメント（３）は前記光の前記位相を変調するためにチルトされる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
光の位相を変調するために前記ミラーエレメント（３）は軸方向に変位される
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ミラーエレメント（３）がチルトされると、前記十分にコヒーレントな光の前記波面（Ｗ）は局所的に導かれる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ミラーエレメント（３）がチルトされると、前記シーンはゼロ番目の回折次数で再構成される
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
光学システム（９）が前記変調済み波面（１２、１２Ｒ、１２Ｌ、２７Ｌ）を前記観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）の中へ投影し、
前記光学システム（９）の少なくとも１つの投影手段（１０、２４）が前記変調済み波面（１２、１２Ｒ、１２Ｌ、２７Ｌ）のフーリエ変換をスクリーン（１１）上の該波面の画像側焦面（１７）の中へ投影する
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
位置検出システム（２２）が前記再構成シーンを観察する少なくとも１人の観察者の目の位置を検出する
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）は、前記観察者の目の前記検出された位置に従って追跡される
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの偏向手段（２３）が、前記観察者の平面（１６）における前記観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）を追跡する
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
２人以上の観察者のために、ただ１つの波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）が前記観察者のすべての左眼用として用いられ、そして、前記観察者のすべての右眼用として１つの波面変調装置が用いられ、複数の光源（８）が、光を異なる入射角で前記ミラーエレメント（３）へ向ける
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
偏向エレメント（１３）が、１次元波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）により変調される１次元波面（１２、１２Ｒ、１２Ｌ、２７Ｌ）から２次元波面（１４、１４Ｒ、１４Ｌ、２９Ｌ）を生成する
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記シーンのカラー再構成は、ビームスプリッタ・エレメント（２１）の助けによって３原色に対して同時に行われる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記シーンの前記同時のカラー再構成は３つの波面変調装置（２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の助けによって達成され、前記ビームスプリッタ・エレメント（２１）は、前記３つの波面変調装置（２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）により変調される３つの個々の波面（１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）を再合成する
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記シーンのカラー再構成は、前記３原色に対して順次行われる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記シーンの前記順次のカラー再構成は、少なくとも１つの波面変調装置（２）の助けによって達成される
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項１】
再構成シーン用の再構成空間（１８）を拡大するために、ミラーエレメント（３）のアレイを有する少なくとも１つの波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）を備えたミラーエレメントのマトリクスを有するホログラフィック投影装置であって、
前記ミラーエレメント（３）は各々少なくとも１つのアクチュエータ（４）を有し、
前記ミラーエレメント（３）は、位相シフトが行われるように、前記少なくとも１つのアクチュエータ（４）の助けによって少なくとも１つの方向にチルトすることができ、それによって波面（Ｗ）を直接変調して前記再構成シーンを表示し、
観察者の平面（１６）にある少なくとも１つの観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）の中へ前記波面（１２、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｌ）を投影する光学システム（９）をさらに備える
ことを特徴とするホログラフィック投影装置。
【請求項２】
前記波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の前記ミラーエレメント（３）はマイクロミラーである
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項３】
前記ミラーエレメント（３）は、光の位相を変調するために軸方向に変位することができる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項４】
前記ミラーエレメント（３）は、光の位相を変調するためにチルトすることができる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項５】
前記ミラーエレメント（３）は、予め定められた再構成空間（１８）において前記シーンを再構成するためにチルトすることができる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項６】
前記光学システム（９）は、スクリーン（１１）と少なくとも１つの投影手段（１０、２４）とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項７】
１次元波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項８】
前記２次元波面（１４）を生成するための、前記波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）に対して９０度の角度で光偏向を行う偏向エレメント（１３）を備える
ことを特徴とする請求項７に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項９】
前記偏向エレメント（１３）は、少なくとも１つの光源（８、８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）と前記波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）との間に配置される
ことを特徴とする請求項８に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１０】
前記観察者の平面（１６）における少なくとも１人の観察者の目の位置を検出するために位置検出システム（２２）を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１１】
前記目の位置に従って少なくとも１つの観察者用ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）を追跡する少なくとも１つの偏向手段（２３）を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１２】
複数の観察者用の前記観察者用ウィンドウ（１１、１１Ｒ、１１Ｌ、２４Ｒ、２４Ｌ、２８Ｒ、２８Ｌ）を前記観察者のそれぞれの前記目の位置に従って追跡するために、観察者ごとに１つの偏向手段（２３）と、すべての偏向手段（２３）に共通の１つの視準用レンチキュラ（２４）と、共通の集束エレメント（３０）とが光の伝播方向に見て連続的に配置される
ことを特徴とする請求項１１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１３】
前記偏向手段（２３）はミラーである
ことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１４】
前記シーンをカラー再構成するために、ビームスプリッタ・エレメント（２１）が光の伝播方向に見て前記投影手段（１０、２４）の正面に配置される
ことを特徴とする請求項６に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１５】
前記スクリーン（１１）はミラー、特に凹面ミラーである
ことを特徴とする請求項６に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１６】
収差を減少させることを目的とする光路においてレンズエレメント（１９、２０）を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック投影装置。
【請求項１７】
再構成シーンを観察するための再構成空間を拡大する方法であって、
少なくとも１つの光源が十分にコヒーレントな光を放射し、
前記十分にコヒーレントな光はスクリーン（１１）上へ投影され、
少なくとも１つの波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の少なくとも１つのミラーエレメント（３）が少なくとも１つのアクチュエータ（４）によって動かされて、入射光を変調するために位相シフトを実行するようにし、その結果、前記再構成シーンに従って前記光源（８、８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）から発信する波面（Ｗ）を直接変調し、次いで、観察者の平面（１６）にある観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）の中へ前記波面（Ｗ）を投影する
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記ミラーエレメント（３）は前記光の前記位相を変調するためにチルトされる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
光の位相を変調するために前記ミラーエレメント（３）は軸方向に変位される
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ミラーエレメント（３）がチルトされると、前記十分にコヒーレントな光の前記波面（Ｗ）は局所的に導かれる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記ミラーエレメント（３）がチルトされると、前記シーンはゼロ番目の回折次数で再構成される
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
光学システム（９）が前記変調済み波面（１２、１２Ｒ、１２Ｌ、２７Ｌ）を前記観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）の中へ投影し、
前記光学システム（９）の少なくとも１つの投影手段（１０、２４）が前記変調済み波面（１２、１２Ｒ、１２Ｌ、２７Ｌ）のフーリエ変換をスクリーン（１１）上の該波面の画像側焦面（１７）の中へ投影する
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
位置検出システム（２２）が前記再構成シーンを観察する少なくとも１人の観察者の目の位置を検出する
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）は、前記観察者の目の前記検出された位置に従って追跡される
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの偏向手段（２３）が、前記観察者の平面（１６）における前記観察者用仮想ウィンドウ（１５、１５Ｒ、１５Ｌ、２８Ｌ）を追跡する
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
２人以上の観察者のために、ただ１つの波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）が前記観察者のすべての左眼用として用いられ、そして、前記観察者のすべての右眼用として１つの波面変調装置が用いられ、複数の光源（８）が、光を異なる入射角で前記ミラーエレメント（３）へ向ける
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
偏向エレメント（１３）が、１次元波面変調装置（２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）により変調される１次元波面（１２、１２Ｒ、１２Ｌ、２７Ｌ）から２次元波面（１４、１４Ｒ、１４Ｌ、２９Ｌ）を生成する
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記シーンのカラー再構成は、ビームスプリッタ・エレメント（２１）の助けによって３原色に対して同時に行われる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記シーンの前記同時のカラー再構成は３つの波面変調装置（２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）の助けによって達成され、前記ビームスプリッタ・エレメント（２１）は、前記３つの波面変調装置（２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ）により変調される３つの個々の波面（１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ）を再合成する
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記シーンのカラー再構成は、前記３原色に対して順次行われる
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記シーンの前記順次のカラー再構成は、少なくとも１つの波面変調装置（２）の助けによって達成される
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００９−５２４０９６（Ｐ２００９−５２４０９６Ａ）
【公表日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５０８７７（Ｐ２００８−５５０８７７）
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／００１４７８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９９４５８
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（５０７２３０２６７）シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム (89)
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＥＲＥＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１５日（２００７．１．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／００１４７８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９９４５８
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（５０７２３０２６７）シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム (89)
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＥＲＥＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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