JP2012514214A - ホログラフィック投影による実時間３次元表示システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、デジタルホログラフィック表示原理及び一般的な撮影・投影装置アレイシステムにより実現される実時間カラーホログラフィック３次元表示システム及び方法に関する。
【解決手段】表示すべきオブジェクトＯに対して、その任意の空間スペクトル面Ｓにおいて、空間サンプリング角度をω_ｍｎとするサンプリング密度で、オブジェクトＯに対応する空間におけるある基準点ＲにアンカーされたＭ＊Ｎ個のビデオカメラのアレイにより、空間スペクトルのサンプリングと取り込みを行う。それぞれの得られた空間スペクトルの投影図画像Ｉ_ｍｎが、対応するＭ＊Ｎ個の投影機のアレイにより、それぞれの空間スペクトルの取り込み方向に沿って元のオブジェクトＯの３次元情報の還元に必要な対応する基準面Ｐ_Ｒに投影される。基準面Ｐ_Ｒに配置されたホログラフィック機能スクリーンの、それぞれの離散的空間スペクトルに画像情報を入力するための空間スペクトルの有限拡張機能により、オブジェクトＯの完全な空間スペクトルの出力が実現され、複雑な波面の回復を目的とするデジタルホログラフィック表示が達成される。
【選択図】図３１

Description

本発明は、実時間３次元画像の取り込み装置と、投影装置と、表示スクリーンとを備えるホログラフィック投影により実現された実時間３次元表示システム、並びに、実時間３次元表示方法、実時間３次元画像の取り込み方法、投影表示方法、及び表示スクリーンの製作方法に関するものである。

本発明は、「デジタルスペックルホログラムの製作方法及び装置」という中国発明特許ＺＬ２００４１００２２１９３．７、及び、「ホログラフィック投影スクリーン及びその製作方法、システムと応用」という中国発明特許ＺＬ２００５１００２２４２５．３を全体で引用により組み込んでいる。

前世紀の初期から、科学者たちは、「３次元結像」という難題を解决するための適当な方法を求めてきた。前世紀の中期において立体映画館及びレンズボード立体写真の実用化は、ある程度の突破を象徴しているが、人間は、大自然の３次元情報の直観的な転送及び表示、即ち、視覚空間の搬送を効果的に実現するというスーパードリームからまだ遠く離れている。これらの従来技術は、結像品質の分解能への要求の犠牲により３次元現実に対する有限な主観的感受を得る偽りの立体感（例えば、視聴者は映画館でいかに移動しても、全く同じ画像を見る。）、及びその複雑なプロセスという共通の致命的な欠点があり、その中には、煩わしい特別なメガネを必要とするものもある。

ホログラフィーの発明は、斬新な人間視覚的媒体の誕生を象徴し、ホログラフィーにより、視覚的情報を３次元で自然に転送・表示することが可能になる。しかしながら、それらは、カラー実時間ホログラフィック３次元視覚空間の移送表示からはまだ遠く離れている。パルスホログラフィー、コンビネーションホログラフィックステレオグラム、レインボーホログラフィーは、現在世界中に流行っているホログラフィック印刷とパッキング産業の誕生を促進し、ファイルやブランドの安全性の偽造防止・身元保証のために偽造防止用象徴づけをすることをそのコアとする。デジタルホログラフィック印刷技術は、従来の計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）技術よりも合理的な方法をもたらし、煩雑な計算とコーディングの代わりに、もっと有効なホログラフィック記録方式を採用することにより、振幅及び位相の回復を目的とする出力が困難である問題を解消した。しかし、デジタルホログラフは、今でも、ホログラムの印刷・表示に制限されている。

実時間３次元表示について、ホログラフィーの発明の前後にも多くの方案が提出されたが、この問題に対する主観的視覚処理方式、並びに、適切な理論の支持及び実験条件の欠乏のために、それらの方案は更なる発展がなされていない。

最近では、テレビ情報技術の発展及び空間光変調器（ＳＬＭ）の活用により、３次元ホログラフィックテレビの方案が実時間３次元表示のために提出されてきたが、映画やテレビ番組のように、これらの方法は、何れも、厳格な意味でのテレビ情報をホログラフィックに表現する真のホログラフィックテレビではなく、残像効果により空間の３次元情報を時間割に走査・出力して３次元表示を実現するものである。また、ＳＬＭに電気的に書き込まれたホログラムを直接に再現して３次元実時間表示を実現することや、視野角の増大、カラー表示の実現などの技術を提出する方法が多くあるが、従来のＳＬＭ空間的帯域幅積による制限のために、これらの方法の何れもが明らかに実用化から外れており、一方、上記空間的帯域幅積の向上は、電子チップ集積能力を現すいわゆるムーアの法則に制限されている。最近では、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４５１／７ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００８／６９４−６９８に発表された「Ａｎ ｕｐｄａｔａｂｌｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｄｉｓｐｌａｙ」は、ホログラフィックテレビに希望を与えたように見えるが、そのような新たなホログラフィック材料の実用化はやはり想像し難い。

事実上、大自然は、もともと真の３次元形式で我々人間に展示している。２次元の画像情報により、物事の一方面しか把握できないため、人々の物事の本質に対する全面的な認識をかなり制限している。我々は、この３次元の世界に住んでいるというものの、人間の科学技術は２次元でそれを表現するしかできず、例えば、写真、映画、又はテレビ番組により、２０世紀が残ってくれた人間視覚的情報を有効に転送する主なメディアを構成している。一定の規則に従って取り込まれた前記大量の画像情報を真の３次元で改めて解釈して表示することにより、その表現しようとする真の３次元世界を還元することができるか、どうすれば、前記大量の画像情報の３次元再構築及び表示を実現することができるか、２次元画像と３次元表示との間に一体どんな科学的関連性があるか、というような問題は、２１世紀の科学技術の発展によって人々が必然的に考えることになる。

本発明は、人間が長期にわたって求めていた真の３次元表示を実現するために、ホログラフィック投影による実時間３次元表示システム及び方法を提供する。

そのため、本発明は、３次元表示すべきオブジェクトＯに対してその任意の空間スペクトル面ＳにおいてＭ＊Ｎ個の空間スペクトルのサンプリングと取り込みを行うためのＭ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎを備え、それぞれのサンプリング点Ｓ_ｍｎは、オブジェクトＯの１つのホクセルＨ_ｍｎに対応し、それぞれの画像取り込みユニットＣ_ｍｎに取り込まれた情報は、前記ホクセルＨ_ｍｎに対応する空間スペクトル投影図Ｉ_ｍｎに相当し、それで、オブジェクトＯのＭ＊Ｎ個のアレイのサンプリング空間スペクトル画像情報が得られ、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎは、空間スペクトル面Ｓにおいて所定の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、そのそれぞれの結像光軸が、オブジェクトＯに対応する空間の同一の基準点Ｒにアンカーされ、それぞれの画像取り込みユニットは、対応する空間スペクトルの方向における明らかな投影図Ｉ_ｍｎが得られるように前記方向のオブジェクトＯの可視表面にフォーカスされる、カラー実時間ホログラフィック３次元画像情報の撮影取り込み装置と、取り込まれたＭ＊Ｎ個のホクセルＨ_ｍｎでの対応するアレイサンプリング投影図Ｉ_ｍｎを、取り込む時に対応するアンカー関係によって元のオブジェクトＯに対応する還元空間におけるある基準面Ｐ_Ｒにそれぞれ同時に投影結像するとともに、前記基準面におけるそれぞれの投影図画像の射影パターンを元のオブジェクトＯの前記方向における空間スペクトル射影パターンに一致するためのＭ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎを備え、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎは、前記空間スペクトル面Ｓの還元空間における対応面Ｓ'で、取り込む時と同様の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、それぞれの投影ユニットＰ_ｍｎの結像光軸が、前記基準点Ｒの還元空間における対応点Ｒ'にアンカーされ、ただし、Ｍ、Ｎ、ｍ、ｎは自然数であり、且つＭ及びＮのうちの少なくとも一方が２よりも大きい実時間ホログラフィック画像情報の投影還元装置と、前記基準面Ｐ_Ｒに配置され、それぞれの投影図Ｉ_ｍｎの出力空間スペクトル分布がオーバーラップすることなく互いに接続されるように、それぞれの単一の空間スペクトルに担持される投影図Ｉ_ｍｎの入力情報に対して空間サンプリング角度ω_ｍｎに対応する空間スペクトルの拡張を行うことにより、回復される３次元空間情報のデジタルホログラフィック空間スペクトルが連続的に完全に還元出力され、即ち、前記ホログラフィック機能スクリーンにおけるそれぞれのホクセルＨ_ｊｋに対して、空間的片方向の入力光線の拡張角がちょうど前記空間サンプリング角度ω_ｍｎになることを確保し、複雑な波面の回復を目的とするホログラフィック３次元表示を達成させるホログラフィック機能スクリーンとを備えるカラー実時間ホログラフィック３次元表示システムを提供する。

本発明は、さらに、下記の好適な技術的特徴を備える。

前記撮影取り込み装置の前記取り込みユニットは、それぞれ、前記投影還元装置の前記投影ユニットと１対１で対応し、それぞれの取り込みユニットに取り込まれた画像情報は、前記具体的な画像情報に対して実質的にコーディング及び組み換えを行うことなく、任意のデジタル画像伝送フォーマットでこの取り込みユニットに対応する前記投影ユニットに直接又は間接に転送することができる。

Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎにより、３次元表示すべきオブジェクトＯに対してその任意の空間スペクトル面ＳにおいてＭ＊Ｎ個の空間スペクトルのサンプリングと取り込みを行い、それぞれのサンプリング点Ｓ_ｍｎは、オブジェクトＯの１つのホクセルＨ_ｍｎに対応し、それぞれの画像取り込みユニットＣ_ｍｎに取り込まれた情報は、前記ホクセルＨ_ｍｎに対応する空間スペクトル投影図Ｉ_ｍｎに相当し、それで、オブジェクトＯのＭ＊Ｎ個のアレイのサンプリング空間スペクトル画像情報が得られ、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎは、空間スペクトル面Ｓにおいて所定の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、そのそれぞれの結像光軸が、オブジェクトＯに対応する空間の同一の基準点Ｒにアンカーされ、それぞれの画像取り込みユニットは、対応する空間スペクトル方向の明らかな投影図Ｉ_ｍｎが得られるように前記方向のオブジェクトＯの可視表面にフォーカスされるステップを含む、カラー実時間ホログラフィック３次元画像情報の撮影取り込み工程と、Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎにより、取り込まれたＭ＊Ｎ個のホクセルＨ_ｍｎでの対応するアレイサンプリング投影図Ｉ_ｍｎを、取り込む時に対応するアンカー関係によって元のオブジェクトＯに対応する還元空間におけるある基準面Ｐ_Ｒにそれぞれ同時に投影結像するとともに、前記基準面におけるそれぞれの投影図画像Ｉ'_ｍｎの射影パターンを元のオブジェクトＯの前記方向における空間スペクトル射影パターンに一致し、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎは、前記空間スペクトル面Ｓの還元空間における対応面Ｓ'で、取り込む時と同様の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、それぞれの投影ユニットＰ_ｍｎの結像光軸が、前記基準点Ｒの還元空間における対応点Ｒ'にアンカーされるステップを含み、ただし、Ｍ、Ｎ、ｍ、ｎは自然数であり、且つＭ及びＮのうちの少なくとも一方が２よりも大きい、実時間ホログラフィック画像情報の投影還元工程と、前記ホログラフィック機能スクリーンを前記基準面Ｐ_Ｒに配置して、それぞれの投影図Ｉ_ｍｎの出力空間スペクトル分布がオーバーラップすることなく互いに接続されるように、それぞれの単一の空間スペクトルに担持される投影図Ｉ_ｍｎの入力情報に対して空間サンプリング角度ω_ｍｎに対応する空間スペクトルの拡張を行うことにより、還元される３次元空間情報のデジタルホログラフィック空間スペクトルが連続的に完全に還元出力され、即ち、前記ホログラフィック機能スクリーンにおけるそれぞれのホクセルＨ_ｊｋに対して、空間的片方向の入力光線の拡張角がちょうど前記空間サンプリング角度ω_ｍｎになることを確保し、複雑な波面の回復を目的とするホログラフィック３次元表示を達成させるステップを含む、ホログラフィック機能スクリーンの有限拡張工程とを含むことを特徴とするホログラフィック３次元表示方法である。

前記取り込み工程における前記取り込みユニットは、前記投影還元工程における前記投影ユニットと１対１で対応し、それぞれの取り込みユニットに取り込まれた画像情報は、前記具体的な画像情報に対して実質的にコーディング及び組み換えを行うことなく、任意のデジタル画像伝送フォーマットでこの取り込みユニットに対応する前記投影ユニットに直接又は間接に転送することができる。

それぞれの取り込み・投影ユニットは、空間位置のキャリブレーション以外に、入出力情報の実時間還元の迫真度を確保するために、対応する時間同期及び色や輝度のキャリブレーションも行う。

前記投影アレイは、いずれの方式のカラー実時間ホログラフィック３次元表示も実現されるように、実情に応じて空間における任意の曲面又は曲線に配列可能であり、還元された３次元空間は、元の３次元空間を拡大又は縮小したものであってもよい。

前記基準面Ｐ_Ｒは、様々なカラー実時間ホログラフィック３次元表示の要求に対応するために、いずれの曲面であってもよく、前記それぞれの投影ユニットは、前記基準面Ｐ_Ｒにおいて明らかで認識可能な具体的な画像情報を呈するとともに、それぞれ対応する必要な図形の歪みの補正を完成している。

前記空間スペクトルの空間サンプリング角度ω_ｍｎ、又は前記システムの空間サンプリング密度の逆数１／ω_ｍｎにより、前記システムの、３次元空間の明らかで認識可能な情報を回復可能な能力、即ち、前記基準面Ｐ_ＲからΔＺ離れている場所において、前記ホログラフィック機能スクリーンが、前記スクリーンにおけるそれぞれの空間スペクトルの入力画像の平面画素の大きさに相当する大きさの１つの実像又は虚像のスポットを出力することができることが決められる。

前記それぞれの取り込み・投影ユニットの結像品質は、視野角、分解能、輝度、コントラスト、色階調、及び彩度などを含み、従来の一般的な２次元画像表示の基準を適用することができる。

前記それぞれの取り込み・投影ユニットのアンカー原則としては、１）それぞれの取り込み・投影ユニットに処理される投影図画像は、アンカー点Ｒ（Ｒ'）とサンプリング点Ｓ_ｍｎ（Ｓ'_ｍｎ）とを結んだ線により決められる空間スペクトル方向における前記３次元オブジェクトＯの幾何学的投影を代表し、即ち、画像平面は、それぞれの取り込み・投影方向の法平面であること、２）それぞれの投影図画像は、前記画像平面内においてそれぞれの取り込み・投影ユニットの結像光軸方向に沿って回転することがないことにある。

それぞれの取り込み・投影ユニットに処理される空間スペクトルの投影図情報に対して、対応する図形の歪み及びフォーカスの調整を行う。

本発明の効果は、ホログラフィック実時間３次元表示が実現されることにある。

光子の離散的なエネルギー分布と波動関数を示す図である。 位置ベクトルｒと伝播ベクトルｋを示す図である。 ベクトル変数の積分軌跡を示す図である。 点源放射の波動関数表現を示す図である。 電磁放射の時間スペクトルの構成を示す図である。 太陽光とタングステンランプの時間スペクトルとの比較を示す図である。 空間におけるある点（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）での波動関数を示す図である。 リップマンカラー撮影の原理を示す図である。 オブジェクトＯの等位相面及びホログラムを示す図である。 ２次元離散的なエネルギー分布の等位相面及び４ｆシステムによる結像を示す図である。 ピンホールによる結像を示す図である。 ホクセルの定義を示す図である。 空間スペクトルの定義を示す図である。 ２つの閉曲面における空間スペクトル言語による我々の面する大自然の視覚的情報の処理を示す図である。 ３種類の透視方式を示す図である。 オブジェクト空間、空間スペクトル面、観察空間を示す図である。 平面空間スペクトル面を示す図である。 ホクセルを示す図である。 空間スペクトルの取り込みを示す図である。 空間の３次元情報の還元を示す図である。 人間の目で見られるＭ＊Ｎ個の点光源を示す図である。 ホクセルにおける離散的空間スペクトルを示す図である。 空間スペクトルが大角度で均一に拡張出力されることを示す図（単一空間スペクトル入力）である。 空間スペクトルが大角度で均一に拡張出力されることを示す図（Ｍ＊Ｎ空間スペクトル入力）である。 機能スクリーンの投影出力を示す図である。 水平視差による投影出力を示す図である。 単一スペクトルとフルスペクトルの拡張関係を示す図である。 定方向スペックル法による機能スクリーンの製作を示す図である。 デジタルスペックルの発生の基本的原理を示す図である。 定方向デジタルスペックルの発生の基本的原理を示す図である。 本発明の実施形態におけるデジタルスペックルホログラムの製作方法及び装置を示す図である。 ホログラフィックレンズ法による機能スクリーンの製作を示す図である。 本発明の実施形態におけるホログラフィックレンズ投影スクリーンの製作システムの光学的構造を示す図である。 本発明の実施形態におけるホログラフィックレンズ情報の記録原理を示す図である。 本発明の実施形態におけるホログラフィック投影スクリーンの製作方法の基本的な製作の流れを示す図である。 本発明の実施形態におけるホログラフィック投影スクリーンの製作方法の具体的な製作の流れを示す図である。 還元迫真度を示す図である。 本発明における１つの実験システムを示す図である。 実験システムにおける空間スペクトルのサンプリング装置を示す図である。 実験システムにおける投影装置を示す図である。 実験システムにおいて異なる視角から撮影された前記機能スクリーンにおける写真である。 曲面空間スペクトルのサンプリングを示す図である。 曲面基準面の還元を示す図である。 ３６０度の内向き柱面での空間スペクトルのサンプリングを示す図である。 ３６０度柱面で内方に向かって空間情報の還元を観察することを示す図である。 ３６０度の外向き柱面での空間スペクトルのサンプリングを示す図である。 ３６０度で外方に向かって空間情報の還元を観察することを示す図である。 ３６０度のアーチ状空間スペクトルの取り込みを示す図である。 ３６０度プラットフォームの空間情報の還元を示す図である。 還元すべきオブジェクトと基準点の空間的関係を示す図である。 内方に向かってアンカーする場合を示す図である。 外方に向かってアンカーする場合を示す図である。 空間の還元比例関係を示す図である。 幾何光学的結像を示す図である。 アンカー方法を示す図である。 台形補正を示す図である。 曲面基準面の選定方法を示す図である。

以下、具体的な実施形態により、図面を参照しながら本発明を更に詳しく説明する。

本発明に係る実施形態は、新たな理論の発見によりなされたものであるので、実施形態を説明する前に、先に本発明に係る実施形態に関連する理論を紹介しておく。

一、波動関数の４次元フーリエ変換
光は、光子からなるものであり、それぞれの光子は、何れも、その最小の電磁放射エネルギーε＝ｈｖを有し、ただし、ｈは、プランク定数ｈ＝６．６２６×１０^−３４Ｊ・ｓであり、ｖは、波長λ＝ｃ／ｖである前記光子の振動周波数であり、ｃは、真空における光速の不変定数であり、ｃ＝２．９９７９２４５８×１０^８ｍ／ｓである。前記光子の相応する運動量は、ｐ＝ｈｋであり、ただし、ｋは、伝播ベクトルであり、且つｋ＝１／λである。これらは、全て特殊相対性理論に合致し、ここで、粒子の質量と、エネルギーと、運動量との関係が、ε＝［（ｃｐ）^２＋（ｍｃ^２）^２］^１／２である。光子に対しては、ｍ＝０であるため、ε＝ｃｐとなる。

今、１つの３次元オブジェクトＯを考えよう。それは、自然界における何れの光反射オブジェクトの一部であってもよく、電磁放射光源自身であってもよい。前記オブジェクトは、ある３次元座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の原点の付近に設けられ、且つその寸法がΔｘ，Δｙ，Δｚ内にあることを仮定すると、ｔ時点に異なる状態の大量の光子が、前記オブジェクトから出射され、前記オブジェクトを取り囲む光子の離散的なエネルギーの確率分布Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を形成し、図１に示すように、前記オブジェクトは、我々の感知可能な現実的な世界を現すことになる。

前記光子の離散的なエネルギーの確率分布の波動関数または確率振幅は、複素関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）に定義され、且つ
である。
前記波動関数の４次元フーリエ変換は、
に定義され、
その逆変換が、
であり、
また、光子の離散的なエネルギーの確率分布は、
に定義されることがあり、
ただし、ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，及びｋ_ｚは、空間周波数と呼ばれ、光子伝播ベクトルｋのｘ，ｙ及びｚ方向における成分であり、ここで、ｋ＝１／λ＝ｖ／ｃであり、ｖは、同じエネルギー状態を有する光子の対応する振動周波数であり、且つ、ε＝ｈｖ及びλｖ＝ｃである。

（１）〜（４）における時間及び周波数が−∞から＋∞まで積分されるのは、時間及び周波数が負数になり得ないことから、不思議なことのようであるが、ベクトル表現に変えることにより、積分を０から＋∞までにして物理的に合理化することができる。

ベクトル表現形式で（１）（２）（３）（４）を書き直すと、時間空間領域において、
周波数領域において、
になり、
ただし、図２に示すように、ｒは、３次元空間の位置ベクトルであり、ｒ^２＝ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２，ｘ＝ｒｃｏｓа，ｙ＝ｒｃｏｓβ，ｚ＝ｒｃｏｓγであり、ｋは、光子の伝播ベクトルであり、ｋ＝１／λ，ｋ^２＝ｋ^２ _ｘ＋ｋ^２ _ｙ＋ｋ^２ _ｚ，ｋ_ｘ＝ｋｃｏｓа，ｋ_ｙ＝ｋｃｏｓβ，ｋ_ｚ＝ｋｃｏｓγであり、（а，β，γ）は、ベクトルの直交座標系のｘ，ｙ，ｚ軸に対する方位角であり、ｃｏｓ^２а＋ｃｏｓ^２β＋ｃｏｓ^２γ＝１であり、且つ、ｋ・ｒ＝ｋ_ｘｘ＋ｋ_ｙｙ＋ｋ_ｚｚである。ｋ・ｒ前の負号は、光子が外から内へ集まってオブジェクトになるのではなく、オブジェクトから外へ出射することを示すので、空間における何れの光子の位相も、常にオブジェクト表面における光子の初期位相より遅れている。０から＋∞までのあるベクトル変数関数に対する積分は、前記関数の、そのベクトル変数に対する空間の全体におけるそれぞれの点における線形重畳を意味し、前記ベクトル変数の振幅及び位相を含み、すなわち、原点を取囲むと共にベクトル変数により走査されてなる、何れかの閉曲面に沿うことを意味する。同一方向のベクトル変数に対する積分は、図３に示すように、積分が前記４次元関数の線形重畳であることを確保するために、時間空間座標（ｒ，ｔ）及びそれに対応する周波数座標（ｋ，ｖ）のうちの他の２つのスカラー変数ｔ及びｖに発現される。

明らかなことに、公式（１）〜（８）は、光子の離散的なエネルギーの確率分布Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）という複雑な４変数関数の単純な数学処理であるが、豊かな物理的意義を含んでいる。（１）〜（３）における時間及び周波数が−∞から＋∞まで積分されるのは、時間及び周波数が負数になり得ないことから、不思議なことのようであるが、その対応するベクトル表現（４）〜（６）は、積分が０から＋∞までであるため、物理的に合理になる。実際には、現代情報技術における１次元信号、２次元画像、乃至３次元ホログラフィーの基本的概念及び処理方法が、何れも、これらの公式により導出可能で、または、これらの公式に遡及可能である。前記４次元フーリエ変換理論を下記のような幾つかの場合に分けて具体化すれば、幾つかの本々熟知されている既存の理論を導き出すことができる。

１、球面波及び１次元フーリエ変換対：オブジェクトを１点の放射源とすれば、空間方向のいずれにおいても異なるエネルギー状態の光子を有し、即ち、ｔ＝０の時点に、Δｘ＝Δｙ＝Δｚ→０であり、図４に示すように、
になる。
これは、波長がλ＝１／ｋである典型的な球面波複素振幅の標準表現であり、時間空間座標（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）又は（ｒ，ｔ）における全ての方向に沿って伝播する。ｔ時点において、波動関数の表現は、
になり、ただし、ｒ＝ｃｔ，ｋｒ＝（１／λ）（ｃｔ）＝（ｃ／λ）ｔ＝ｖｔであり、これにより、関数ｆ（ｒ，ｔ）は、自然にｆ'（ｔ）になり、時間だけに関連している。このように、公式（５）、（６）、（７）及び（８）は、以下のように１次元形式に変換可能である。
これは、通信理論における時間信号処理に用いられる伝統的な１次元フーリエ変換対であり、その電磁放射スペクトル又は光学スペクトルは、図５に示すように、その可視光の波長域が非常に狭い。これにより、伝統的な分光学における光学スペクトルの概念は、光振動周波数に従う放射照度（単位時間あたり及び単位面積あたりの平均エネルギー）の分布に定義することができる。これは、太陽、月や更に遠い星、及び無線通信又はテレビ送信タワーを見ている場合にも類似する。

伝統的な分光学における光学スペクトルの概念は、これにより、光振動周波数に従う放射照度（単位時間あたり及び単位面積あたりの平均エネルギー）の分布に定義することができる。図６は、太陽光とタングステンランプについての上記分布の比較を示す。

２、ピンホールによる結像：ある時点ｔ＝ｔ_０に、空間におけるある点ｘ＝ｘ_０，ｙ＝ｙ_０，ｚ＝ｚ_０の場合に、（１）〜（４）は、以下のように簡素化される。

この場合は、図７に示すようにピンホールによる結像工程に相当し、この場合の波動関数は、ピンホールにおいて（１６）で表わされるディラックのデルタ関数δ（ｘ−ｘ_０，ｙ−ｙ_０，ｚ−ｚ_０，ｔ−ｔ_０）ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）と同様である。公式（１８）は、（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０，ｔ_０）におけるデルタ関数のフーリエ変換の典型的な表現であり、デルタ関数は、時間空間座標における（０，０，０，０）から（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０，ｔ_０）までの変位を、その周波数スペクトル座標における位相ドリフトｅｘｐ［−ｊ２л（ｋ_ｘｘ_０＋ｋ_ｙｙ_０＋ｋ_ｚｚ_０＋ｖｔ_０）］に変換するものである。公式（１６）は、ｔ_０時点におけるオブジェクトＯの前記点（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）又はｒ_０に対するエネルギー貢献が、一連の異なる振動周波数ｖの単色平面波の異なる伝播方向に沿う前記点での重畳であることを意味し、これは、（１６）のベクトル表現（１９）から明らかに発現され、この場合、ｋは、大きさ及び方向が何れも変化しているベクトル変数であり、且つ、ｒ_０は、オブジェクトの内部に含まれる可能性がある。

図７において調べられるオブジェクトにおけるそれぞれの点Ｐから放出された光子は、Ｐと（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）とを結んだ線に沿う光子のみが、前記検討される点に到達し、前記点にエネルギーを供給可能でする。この連結線は、「１本の光線」とされ、異なるエネルギー状態又は振動周波数の光子からなるが、厳密に空間での同一方向に沿って伝播する。本発明において同一の空間方向に沿って伝播する光子は、光の空間スペクトル（その概念が、後で詳細に説明される。）に定義され、図８において、リップマンカラー撮影原理を利用してピンホール撮影により形成された２次元カラー写真がその物質的な表現形式である。写真におけるそれぞれの点は、１つの干渉光フィルターに対応し、物点とその鏡像点により平均波長λ_ａ（Ｐ）で形成された干渉縞を介して構成される。

３、伝統的なホログラフィー：単色光照明を考えると、即ち、ｖ＝ｖ_０であると、公式（１）、（２）、（３）及び（４）は、下記のように簡素化される。

そのベクトル表現（５）、（６）、（７）及び（８）は、下記のように簡素化される。

この場合は、図９に示すように、伝統的なホログラフィーにおいて波長がλ_０＝１／ｋ_０であるレーザによりオブジェクトを照明することに類似する。ｋ_０は、方向の変化のみを有するノルムベクトル変数であり、図３におけるｋの積分軌跡は、半径がｋ_０に等しい閉球面であるため、（２６）は、波動関数ｆ（ｒ）が、一連の伝播ベクトルがｋ_０であると共に空間における全ての方向に沿う単色平面波Ｆ（ｋ_０）ｅｘｐ（ｊ２лｋ_０・ｒ）の重畳であることを示し、ｋ_０が０から＋∞まで積分されるのは、ｒがオブジェクトの内部にあり得るので、この箇所における波動関数が、オブジェクト全体の空間における全ての方向に沿うそれぞれの単色平面波の重畳になることがあるからであり、（２８）で表される波動関数ｆ（ｒ）のフーリエ変換Ｆ（ｋ_０）である波動関数が、空間でのある方向における単色平面波の分布も、図３に示す前記波動関数が任意の空間での閉曲面上におけるそれぞれの点ｒの前記方向に対する貢献に決められ、ｒは、０から＋∞まで積分されるのも、同様に、ｒがオブジェクトの内部に位置する可能性があるからである。仮に、ｒ_０がオブジェクト表面における位置ベクトルであると、ｆ（ｒ_０）は、オブジェクト表面からの光子の出射の波動関数となり、Ｉ（ｒ_０）＝｜ｆ（ｒ_０）｜^２であり、時間と関係ないので、ｆ（ｒ_０）は、前記オブジェクトの複素振幅とも呼ばれる。前記オブジェクトから出射された光波は、全ての光子が同一のオブジェクトから来るから、同様の位相光子の確率振幅を有すると記述可能である。図９において、これらのいわゆる同位相光子の確率振幅の等位相面は、オブジェクト表面上においてそれぞれの点の法線方向に沿って外へ広げ、その距離がλ_０の整数倍であり、それらの法線が無い点は、この点を円心とする円弧に接続され、その半径もλ_０の整数倍である。

これらの公式（２５）〜（２８）で表わされるいわゆる等位相面は、時間と関係なく、検討されるオブジェクトの客観的な現実として存在し、前記オブジェクトの複雑な波面とも呼ばれる。これらの等位相面上におけるそれぞれの点は、何れも、その振幅｜ｆ（ｒ_０）｜／ｍλ_０及び位相２лｍλ_０が、オブジェクト表面におけるある点に対応するが、
になり、
これは、ｒ_０における一連の単色平面波Ｆ（ｋ_０）ｅｘｐ（ｊ２лｋ_０・ｒ_０）の重畳であり、オブジェクト表面の法線方向に沿って伝播する場合に、（２９）は、
と記される。

明らかに、（３０）は、ｒ_０が１点の光源として出射した一連の単色平面波の１つの成分のみであり、ただし、ｋ_０ｎは、オブジェクト表面のｒ_０において法線方向に沿って伝播する単色平面波の伝播ベクトルであり、オブジェクトの等位相面の形成を決める。

光照度Ｉ（ｒ_０）及びその対応する空間分布により定義されたオブジェクトから放出された離散的なエネルギー分布Ｉ（ｒ）は、（２５）〜（２８）で表わすことができ、且つその複雑さ及び精密さが、現在の科学及び技術により計算及び測量し難いものであるが、図９において、ｋ_Ｒ方向に沿って伝播する参照光と呼ばれる同じ振動周波数ｖ_０及び振動方向の単色平面波Ｒを簡単に導入すると、前記オブジェクトの波面は、ホログラフィーによりホログラフィックに記録可能である。図９において一連の距離がλ_０である平行平面が（２１）に表現された検討されるオブジェクトＯの波面と交差して形成された一連の断面により発生された干渉縞からなる複雑なエネルギー分布は、
に表現され、
（３１）は、適当な方式で記録されると、オブジェクトＯのホログラムＨと呼ばれる。元の参照光ＲでＨを照明すると、検討されるオブジェクトＯの波面、即ち、（２９）で表わされるオブジェクトにおけるそれぞれの点から放出された対応する単色平面波の重畳、即ち、図９に示すオブジェクトＯの等位相面を、完全に復元することが可能であるので、オブジェクトＯの光照度Ｉ（ｒ_０）及びその対応する空間分布ｆ（ｒ_０）の記述を直接に復元することができる。

４、伝統的なフーリエ光学：オブジェクトが単色照明（ｖ＝ｖ_０）の２次元離散的なエネルギー分布Ｉ（ｘ，ｙ）であると、公式（１６）〜（１８）は、
と記され、
それらは、４ｆ結像形成システムと結合すると、フーリエ光学の基本的内容を構成し、オブジェクト面、スペクトル面及び像面を明らかに定義すると共に、変調転送関数（ＭＴＦ：ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、角スペクトルｋ_０ｘｙ、空間周波数（ｋ_０ｘ，ｋ_０ｙ）及び空間フィルターリングなどの概念を導入することで、結像システムの結像品質を向上させる。図１０は、このような場合の等位相面を示す図であり、ただし、像Ｏ'は、異なる空間周波数の情報（ｋ_０ｘ，ｋ_０ｙ）からなり、これらの情報は、結像システムにより取り込まれたオブジェクトＯを、角スペクトル（光学格子）により発生される一連の異なる方向の単色平面波とすることから来るものである。

二、本発明による光の時間スペクトル及び空間スペクトルの概念

１、光の時間スペクトル
光の時間スペクトルは、現代分光学における光学スペクトルと同様の意味を有し、電磁波放射強度のその振動周波数に従う分布関数Ｉ（ｖ）と定義されてもよく、この電磁放射を構成する周波数成分と理解されてもよい。通信搬送波となる無線電波、マイクロ波、さらに赤外レーザーの光学スペクトル域内において、そのエネルギー分布が空間パラメータと関係ないため、公式（１１）〜（１４）に示すように、この放射強度は、その放射源のパワーとされることが可能である。

可視光の狭いスペクトル域において、前記放射強度は、色の現れ、即ち、表１に示すそれぞれの振動周波数に対するスペクトル色に対応する。色は、光自身の特性ではなく、目、神経及び脳の電気化学センシングシステムの具体的な表現である。パワー又はエネルギーの出力が光の振動周波数の変化に従って連続的に調整可能なレーザー機は、まだ発明されていないが、三原色の重畳により自然の色彩を回復することができ、しかも、多種類の選択可能な三原色レーザー機が存在している。実際には、大自然において、我々が識別可能な色は、表１に示すスペクトル色ではなく、一つ一つの識別可能な時間スペクトル分布であるため、リップマンカラー写真に反映されるスペクトル色よりも豊かに表現する。三原色は、早くからこのカラフルな世界の色の復元に用いられてきて、画像表示の白黒からカラーへの革命をもたらしたとともに、３次元世界の真色彩を復元するために、公式（１）〜（８）のｖに対する積分の代わりに、赤、緑、青の三原色レーザーまたはそれより多くの単スペクトル色の重畳を利用するという、現在のカラーホログラフィーの研究内容ともなる簡単な方法を提供した。

２、光の空間スペクトル
本発明は、光の空間スペクトルにより、電磁波放射強度のその空間伝播方向に従う分布関数、つまり、光のポインティング・ベクトル（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ Ｖｅｃｔｏｒ）分布関数Ｉ（ｋ）と定義されてもよく、空間でのある方向におけるある発光オブジェクトの放射強度投影分布、即ち、このオブジェクトの２次元画像に形象的に表現されることに理解されてもよい。（５）〜（８）及び図７に戻ると、離散的なエネルギー確率分布Ｉ（ｒ，ｔ）の波動関数または確率振幅ｆ（ｒ，ｔ）は、検討されるオブジェクトの表面上におけるある点Ｐからの、一連の異なる方向及び異なる振動周波数の単色平面波Ｆ（ｋ，ｖ）ｅｘｐ［ｊ２л（−ｋ・ｒ＋ｖｔ）］の重畳であり、前記オブジェクトは、放射強度Ｉ（ｒ_Ｐ）＝｜ｆ（ｒ_Ｐ）｜^２を有し、ただし、ｆ（ｒ_Ｐ）がオブジェクトの表面の複素振幅であり、オブジェクトにおけるそれぞれの点は、１つの前記点の時間スペクトルの平均波長λ_ａ（Ｐ）に対応する、という結果が容易に認められる。さらに分かりやすくするために、下記の３つの方式で光の空間スペクトルについての同様の意味を表現する。

（１）幾何光学理論を援用すると、検討されるオブジェクトの空間スペクトルは、それがあるピンホールを通過した投影図と定義され、図１１に示す前記オブジェクトのピンホールによる結像に表現される。ピンホールは、オブジェクト空間において、１つのブラックホールであり、永遠にオブジェクトからの光を吸収してオブジェクトの像を形成するのに対し、像空間においては、１つの点光源であり、オブジェクトの時間スペクトル情報を担持する。つまり、像空間においてピンホールを見る場合、観察方向を変更すれば、ピンホールでの光強度Ｉ（λ_ａ）の変化を識別することができ、この変化は、オブジェクトにおける対応する点の光強度Ｉ（ｒ_Ｐ）及びその固有の平均波長λ_ａ（Ｐ）に対応する。ピンホールに近づけると、オブジェクトの投影図は、人の目がピンホールを通過した全ての光線を受けてオブジェクトの全体を明らかに見るまで、益々多くの細部を示しつつある。実際には、ピンホールによる結像原理は、幾何光学の基本的法則である光の直線伝播論から来たものであり、カメラ、ビデオカメラの結像におけるレンズの導入は、その集光性により、更に多くの光線を集光することで、結像工程を更に容易に実現することのみを目的とし、これにより、オブジェクト面と像面の概念、及び同一の基本的原理による結像公式が発生する。ここで、ピンホールは、レンズの中心点に取替えられ、より多くの光線が、レンズの開口数及びその前後の焦点による制限を介して結像に寄与することになる。レンズの結像工程は、３次元のものであるが、その結像の実際出力は、依然として、余儀なく対応する像面の２次元光強度分布上に制限され、三原色と結合して高品質のカラー写真、さらに現在の高分解能のデジタル画像を構成する。今まで、我々が自然界から得た全ての画像情報についての表示は、我々がこの世界を感じられる１つの空間スペクトルに過ぎないといえる。

（２）波動光学理論を援用すると、検討されるオブジェクトの空間スペクトルは、同一の空間方向に沿って伝播するが、様々な振動周波数より構成される単色平面波の集合と定義され、この方向に沿う結像システムの前記オブジェクトに対する結像に示される。実際には、これは、波動光学における単色平面波及び幾何光学におけるピンホールと同様に、単に空間スペクトルの１つの理論的定義のみであり、ホログラフィー実験におけるピンホールは、単一空間スペクトル及び単一時間スペクトルの細かい表現及び検証であり、ビーム拡大器に拡大されたレーザースポットにおける「スマット」の「除去」に用いられる。（３２）〜（３５）及び図１０に示されるフーリエ光学は、結像工程への素敵な解釈を提供しているが、ある周波数で振動する単色光のみに関わり、その一方、空間周波数（ｋ_０ｘ，ｋ_０ｙ）は、ちょうど、その対応する空間スペクトルと、結像方向（ここでは、Ｚ方向）に沿う空間スペクトルとの交差線の空間密度である。

（３）量子光学を援用すると、検討されるオブジェクトの空間スペクトルは、その同一方向に沿って放出された異なるエネルギー状態の光子により形成された離散的なエネルギー分布と定義され、オブジェクト表面の光強度が数学的にある平面に平行に透視されるように形象的に表示され、異なるエネルギー状態εを有する同一方向光子運動量状態ｐの有効表現と見なされてもよい。

三、本発明によるホクセルの概念及びそれと空間スペクトルとの関係
実際に、公式（５）〜（８）は、光子という大自然での最精細な表現形式での大自然自身に対する２種類の基本的表現を提供しているとともに、光に関する波動・粒子の二重性という永遠の主題の内部関連を提供している。

１、公式（５）及び（６）は、自然を描くための粒子言語または時間空間言語を提供してくれた。このような言語において、時間空間にある点の離散的なエネルギーの確率分布Ｉ（ｒ，ｔ）は、図１２に示すように、多数の同じ状態の光子からなる異なる方向における単色平面波Ｆ（ｋ，ν）ｅｘｐ［ｊ２л（−ｋ・ｒ＋νｔ）］の重畳によるものである。この点は、前記自然物のホクセル（ｈｏｘｅｌ）と定義され、また、リップマンカラー撮影技術により確認された（ここでは、ホクセル自身の物理的意義、即ち、図面に示すホクセル内におけるエネルギー分布規則が、既に著名なリップマンカラー撮影技術により確認されたことを言う。）。本発明において、それぞれの光線は、オブジェクトにおけるある点の放射照度Ｉ（ｒ_ｎ）の平均波長λ_ｎに対応する単色平面波と見なされ、リップマンカラー写真における関連する点に干渉光フィルターによる色の現れを発生させる。

２、公式（７）及び（８）は、自然を描くための波動言語または周波数スペクトル言語を提供してくれた。この言語において、オブジェクトからの同一方向における離散的なエネルギー確率分布Ｉ（ｋ，ν）は、多数のオブジェクトの近くのホクセル（ｈｏｘｅｌ）により、空間における異なる位置に応じて重畳されてなるものである。図１３に示すように、これらのｆ（ｒ，ｔ）ｅｘｐ［−ｊ２л（−ｋ・ｒ＋νｔ）］で表わされるホクセルＨ（ｒ_ｎ）は、空間における同一方向に沿って、それぞれの同じ状態の光子を出射し、この方向におけるオブジェクトの２次元放射照度パターンＰ（λｎ）を構成する。前記放射照度パターンは、定義された前記自然物の空間スペクトル（ｓｐａｔｉａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）であり、それは、図１２に示すピンホールによる結像工程により実現されると共に、現代情報技術により、デジタル形式の高解像度２次元カラー画像へ改良して発展される。

３、それぞれのホクセルの寸法が光子程度と小さくなると、つまり、大自然に対する離散サンプリングがハイゼンベルクの不確定性原理を満たすと、空間スペクトルは、相変わらず厳密に同一の光子状態からなる単色平面波である。これは、ホログラフィーにより確認されており、ホログラフィーにおいて、複雑なオブジェクトの光波の波面が、干渉縞に得られたホログラムの形式で記録・再現される一連の単色平面波の重畳により構成されるからである。

４、図１４に示すように、２つの閉曲面における空間スペクトル言語を利用し、我々の面する大自然の視覚的情報を処理し、つまり、曲面Ｓ１におけるホクセルを介して内へ見る一方、Ｓ２におけるホクセルを介して外へ見ることができる。同様に、内へと外への視覚的情報は、何れも、アレーの形でＳ１又はＳ２曲面に設置されると共に同一の基準点ＲにアンカーされるＭ＊Ｎ個の独立撮影・投影装置により、空間スペクトルの取り込み及び復元を行うことができる。アンカーとは、それぞれの独立撮影・投影装置の結像光軸が同一点に交差することである。

四、上述した新たな概念に基づく本発明の光に対する新たな記述
放射照度は、現在、電磁放射のただ一つの測量可能なパラメータであり、特に、可視光範囲において、光のただ一つの表現形式、即ち、種々の光子状態における光強度である。光の時間スペクトル及び空間スペクトルは、それぞれ、放射照度の光振動周波数と光伝播方向に従う分布関数Ｉ（ν）及びＩ（ｋ）に対応すると既に定義されたが、今、この概念を利用し、大自然が光を有するために呈する現実の３次元表現について具体的な解釈を提出し、現代科学技術によりそれを復元する合理的な方法を見出す。

仮に、オブジェクトＯが、大自然の全ての空間表現形式から構成されると、それは、自発的にまたは受動的に電磁エネルギーを放射している地球、月、太陽、又は任意の他の天体、さらに宇宙の全体であってもよく、任意の人工光源や他の自発光現象を有する物質であってもよく、又は、他の任意の物質的形態が、その光の種々の光子状態の照明に対して同時に発生した「新たな放射源」または「ブラックホール」効果の作用で製造された我々の生存に頼られる世界であってもよい。数学的には、１５世紀中期におけるイタリア建築士フィリッポ・ブルネレスキ（Ｆｉｌｉｐｐｏ Ｂｒｕｎｅｌｌｅｓｃｈｉ）による透視の発明に遡ると、図１５に示すように、オブジェクトＯの透視図を取得可能な方式が３種類ある。それらは、ピンホールとレンズにより物理的に実現され、波動光学とフーリエ光学の指導の下で、現在の高品質のデジタルカメラに発展された。オブジェクトＯにおけるそれぞれの点は、少なくとも１つの方向において、その投影図における対応する点に対応し、それぞれの投影図において現れた点は、この投影図方向におけるオブジェクトの最先端の点に対応する。

仮に、他の閉曲面ＳがオブジェクトＯを取り囲んでおり、ＳをオブジェクトＯの空間スペクトル面と定義すると、前記オブジェクトの空間スペクトルの全体が、Ｓにおけるそれぞれの点Ｐを通して反映されたＯの投影図に含まれているからである。理論的には、Ｓは、平面、円柱面、球面又は他の何れの形状の曲面であってもよく、対応する空間スペクトルを取り込むためのサンプリング面に用いられる。図１６に示すように、一般的なレンズの結像工程と同様に、Ｓ内部をオブジェクト空間と定義し、Ｓ外部を観察空間と定義する。Ｓにおける１つの点Ｐを考えると、観察空間は、いわゆる像空間となり、そこに、オブジェクトＯの対応する空間スペクトルは、観察空間においてその対応する投影図の像を形成し、結像システムが導入されると、結像面において１枚の図像写真が現れる。結像システムの作用は、実質的にこの投影図の写真を得ることを図り、それは、ピンホールより多くの光線を取り込むことが可能であり、この時のピンホールは、システムの開口絞りとなり、いくら大きな開口数のシステムで多くのオブジェクト情報を取り込んでも、最後に得られた投影図は、結果的に、システムがオブジェクトの対応する平面にフォーカスされた１枚の投影写真に過ぎず、その分解能がこの結像システムに固有のエアリーディスク（Ａｉｒｙ Ｄｉｓｃ）に決められる。それは、やはり、検討されるオブジェクトのある方向における単一空間スペクトル表現に過ぎず、その３次元特性が、結像システムの同一方向に沿う異なる集束に間接断層的に表わされる。実際には、Ｓ面におけるそれぞれの点Ｐで取り込まれた単一空間スペクトルは、最後に、結像システムのオブジェクトＯ内部のある固定点への集束による高品質画像により表現される。これは、エアリーディスクに決められる２次元離散的なエネルギー分布であるが、今、取り込まれた検討されるオブジェクトＯの空間スペクトル全体により前記オブジェクト情報の３次元表示を復元可能であることを論証する。

１つの簡単な試験により、我々が検討されるオブジェクトＯの３次元表現をどのように感じ、かつ、復元するかを説明しよう。解析を簡素化すると共に工程を分かりやすくするために、前記空間スペクトル面Ｓは、１つの平面と設定され、図１７に示すように、観察空間において１つの透明窓ガラスを介して検討されるオブジェクトを見るようである。

仮に、図１８に示すように、前記仮想窓ガラスに仮想ピンホールを設置すると、前記ピンホールは、検討されるオブジェクトの空間スペクトルサンプルとされてもよく、その大きさが、対応するプローブ（例えば、人の目）の分解能により決められ、我々に、検討されるオブジェクトＯの「ホクセル」と呼ばれ、英文名「ｈｏｘｅｌ」と名付けられ、それは、公式（６）の当該点における具体的な物理表現であり、即ち、ホクセルの波動関数は、オブジェクトＯ上面から放出した一連の単色平面波の重畳である。観察空間において、ピンホールが白光発光のスポット放射光源であることしか認識できず、このオブジェクトの情報は、その投影図としてピンホールを介して符号化されて行ったが、ピンホールをよく見たところ、前記点光源の色彩と輝度が観察空間での上下左右における我々の移動に従って変化すること、つまり、ホクセルの空間スペクトルが空間方向に従って変更することを発見し、これは、公式（８）の前記点における具体的な物理表現である。ビデオ周波数の速度でピンホールを移動して窓ガラスの全体に走査を行えば、検討されるオブジェクトが３次元の形式で我々の前に現れることが見られ、我々が直接窓ガラスを開けたようであり、窓に一層のピンホールのような大きさのホクセルと呼ばれる格子が被られており、それらは、２次元平面デジタル画像における画素（Ｐｉｘｅｌ）に対応するものである。すなわち、窓ガラスにおけるそれぞれのホクセルを、その元の空間スペクトル表現に対応するように復元すれば、窓ガラスを介して検討されるオブジェクトの３次元表現を見ることができ、ここで、それぞれのホクセルは、その元のオブジェクトＯと同様な透視方式でその投影図と関連付けられ、すなわち、ホクセルは、オブジェクトＯのある視点である。無論、「窓ガラス」は、オブジェクトから一定の距離で離れた薄い平面に限られず、何れの形状で、何れの場所において、ひいてはオブジェクトと互いに交差する一定の厚さを有する何れの曲面であってもよく、この見ることも触れることもできない「窓ガラス」において、ホクセルは、オブジェクト空間に対する作用のみが１つの「ブラックホール」に相当するが、観察空間に対しては、１つの「新たな放射源」に相当し、それは、検討されるオブジェクトＯの透視情報をもっている。従って、ホクセルは、検討されるオブジェクトＯに出射された光子の離散的なエネルギー分布の空間サンプリング情報と見なすことができ、それは、空間の全体における何れの位置にも存在し、見ることも触れることもできないが、現実に存在している。これは、著名なマクスウェル方程式において仮定された変位電流密度に非常に類似し、このような仮定だけに、数学的に電磁波の客観的存在を推論・記述することができた。空間におけるある曲面での空間スペクトルのサンプリング及び復元により、ホクセルの物理表現を実現し、検討されるオブジェクトＯの３次元再構築及び表示を回復することができる。

ホクセルに集めているエネルギー情報は、以下の２種類の異なる方式により、同一種類の形態の物質的空間分布形式で技術的に表現される。

１）感光材料または素子に検出された、検討されるオブジェクトにおいてそれぞれの対応する点が前記ホクセルを介して直接出射した光強度空間分布により、前記オブジェクトの写真が構成される。

２）オブジェクトが時間スペクトルによりサンプリングされる（単一時間スペクトルのみがオブジェクトにより反応され、或いは、オブジェクトが十分に良い時間干渉性を有するレーザーにより照明される）場合に、前記ホクセルに参照光を導入し、前記参照光の空間スペクトルが、前記ホクセルに寄与する全ての前記オブジェクトの空間スペクトルの外にあると、前記ホクセルにおけるエネルギー分布が、適当な感光材料または素子に記録されば、前記オブジェクトに対応する投影図のフーリエ変換ホログラムが形成される。これも、現在のホログラフィーデータ記憶及びデジタル・ホログラフィー印刷技術の基本的ユニットである。実際には、本発明に係る空間スペクトル理論により解釈すれば、ホログラフィーは、一番目の、光波のコヒーレント干渉を利用し、完全的な空間スペクトル形式で３次元空間情報を復元する実用技術であり、デジタル・ホログラフィーは、この工程をデジタル化してホログラフィックに個別のホログラフィー画像を印刷するものである。

これにより、以下の結論を得て、光が大自然情報の基本的キャリアとなることを記述することができる。

１）大自然が人間に与えた情報自身は、４次元またはホログラフィックのものであり、それは、光子サンプリングによる時間スペクトルと空間スペクトルとからなる。宇宙における光子の離散的なエネルギー分布は、その波動関数または確率振幅により、その完全な空間スペクトルと時間スペクトルでホログラフィックに表現され、その具体的な表現形式であるホクセルは、人間に脳を介してホログラフィックに受けられて感知される。

２）撮影技術（リップマンカラー撮影）は、単一空間スペクトル（ピンホールカメラ）により、全体的な時間スペクトル（カラー）のエネルギー分布の物質的な表現形式、つまり、この宇宙のある方向における投影図のカラー写真を技術的に実現し、今日の電子信号の１次元処理による２次元画像表示の文明基礎を構成している。

３）ホログラフィーは、単一時間スペクトル（レーザー）により、全体的な空間スペクトル（ピンホールによる結像の空間スペクトル面における畳み込み）のエネルギー分布の物質的な表現形式であるホログラムを技術的に実現している。

４）本発明の実施形態に係るデジタル・ホログラフィーの実時間３次元表示は、現代の電子文明と将来の光子知能を有効に結合し、ｅ−ＩＴ（電子情報技術）からｐ−ＩＴ（光情報技術）への文明交替のドアを開け、人間を次世代の文明へのラストスパートをかけるマラソン競技のスタートラインに立たせるものであり、前世紀において前例のない成功となった光電パルス信号の時間またはスカラー量１次元処理に止まらず、光情報（ポインティング・ベクトル）の空間またはベクトルホログラフィー処理であることを特徴とする。

五、本発明の理論の実施―前記理論に基づく空間スペクトルの取り込み及び還元
本発明に係る前記理論を紹介した後、以下、本発明に係るホログラフィー３次元表示システム及び方法について説明する。このホログラフィー３次元表示システム及び方法は、空間的３次元情報の撮影取り込み、投影還元、及び投影還元の際に特別なホログラフィック機能スクリーンで行われる有限拡張を備える。

１、空間的３次元情報の取り込み
図１７において、窓ガラスをＭ＊Ｎ（Ｍ≧１，Ｎ≧１）個の小さなユニットに分け、それは、図１９に示すように、検討されるオブジェクトＯのスペクトル面Ｓにおける空間スペクトルのサンプリングに相当し、無論、スペクトル面Ｓは、必ずしも平面ではなく、最終的な３次元情報の還元手段及び表現方式により決められる。それぞれのユニットの中心点Ｓ_ｍｎは、検討されるオブジェクトＯのスペクトル面Ｓにおける空間スペクトルのサンプリングを代表し、それは、オブジェクトＯの１つの投影図Ｉ_ｍｎに対応し、本発明によれば、Ｍ＊Ｎ個の同じパラメータのデジタルビデオカメラにより、スペクトル面ＳにおけるＳ_ｍｎに対応する位置でオブジェクトＯにおける同一の点にフォーカスして得られるものであり、前記焦点Ｒは、空間基準点と名付けられる。ＭとＮの数は、３次元空間還元の迫真度を決めており、伝統的なホログラフィーには、ＭとＮの数が単一光子量子のサンプリングに近いほど物凄く大きく、これにより、スペクトル面Ｓにおける空間スペクトルが殆ど連続的かつ均一に分布し、オブジェクトＯに占められた３次元空間を最大限に還元することになる。デジタル印刷ホログラフィーには、このＭ＊Ｎ枚のデジタル写真のそれぞれの画素に分解・組み換えを行い、スペクトル面においてその元の情報を反映可能な他の空間コードパターンを形成すれば、このパターンのフーリエ変換ホログラムを１点ずつ印刷し、対応するデジタルホログラフィー表示を構成することができる。Ｍ＝Ｎ＝１の時、現在の２次元平面表示に対応する伝統的な撮影・画像取り込み工程に相当し、Ｍ＝１、Ｎ＝２の時、従来のステレオ写真対撮影及び両眼立体視結像技術に相当し、Ｍ＝１、Ｎ＞２の時、下記の実施形態における地平視差のみの（ＨＰＯ）立体結像技術に相当する。

２、空間的３次元情報の還元
図２０に示すように、取り込んで得られたオブジェクトＯのＭ＊Ｎ個の投影図Ｉ_ｍｎをＭ＊Ｎ個の同じパラメータのデジタル投影機で元のオブジェクトＯに対応するある平面に投影し、且つ、それぞれの投影図投影の基準点Ｒをこの平面において重畳すると、この平面は、基準面Ｐ_Ｒと名付けられる。無論、それぞれの投影図Ｉ_ｍｎは、元のオブジェクトＯの拡大または縮小像であってもよく、基準面Ｐ_Ｒも、必ずしも平面ではなく、同様に、最終的な３次元情報の還元手段及び表現方式により決められる。図２０において、基準面Ｐ_Ｒにおける光情報分布は、元のオブジェクトＯの、スペクトル面ＳにおけるＭ＊Ｎ個の空間スペクトルに復元された情報の還元に相当し、その具体的な工程は、公式（５）、（６）、（７）、（８）から変更された離散的なフーリエ変換中に表現される。ここで、離散工程は、主に、元のオブジェクトＯに対する空間スペクトルのサンプリングに関わる投影図デジタル工程であって、それぞれの投影図のデジタル結像の平面画素数Ｊ＊Ｋ、現在、最も典型的なのは、１０２４＊７６８として表現する投影図デジタル工程と、元のオブジェクトＯの空間的３次元情報を復元するために取り込むべき空間スペクトル数、すなわち、ここでいうＭ＊Ｎとを含む。無論、さらに、時間に関する離散工程があるが、これは、三原色の重畳による色の復元である。

元のオブジェクトＯのそれぞれの空間スペクトル投影図の平面画素Ｐ_ｍｎｊｋの大きさと同様で、且つ、望ましくは、完全に重ねるように、参考面Ｐ_ＲをＪ＊Ｋ個のホクセルＨ_ｊｋに分解する。今、参考面Ｐ_Ｒにおける光情報分布の基本的特徴及び物理現象表現を解析しよう。

１）Ｐ_Ｒに図１７に示すような１つの透明な「窓ガラス」を設置すると、図２１のように、この「窓ガラス」を介して、Ｍ＊Ｎ個のオブジェクト情報付きの点光源が人の目で見られ、この場合、Ｐ_ＲにおけるそれぞれのホクセルＨ_ｊｋの空間スペクトルは、図２２に示すように、対応するＭ＊Ｎ個の方向において離散的に分布される。従って、Ｍ＊Ｎの空間スペクトルのサンプリング密度が、それぞれのデジタル投影図の画素数Ｊ＊Ｋに相当すれば、ホクセルがＪ＊Ｋである３次元空間情報を直接復元することができる。しかし、現在の情報技術レベルから言えば、Ｍ＊ＮがＪ＊Ｋより遥かに小さいので、Ｍ＊Ｎ個の画素数がＪ＊Ｋである投影図情報が完全にＰ_Ｒに反映されているとはいえ、Ｍ＊Ｎ個の元のオブジェクトＯの空間スペクトルにおけるほんの一部しか人の目で同時に受けられず、それらにより、前記Ｍ＊Ｎ個のオブジェクト情報付きの点光源が構成される。

２）Ｐ_Ｒに１つの一般的な散漫散乱スクリーンを設置すると、Ｍ＊Ｎ個の投影機における何れの単独投影Ｉ_ｍｎも、オブジェクトに対応する前記空間スペクトル方向の全体的かつ明らかな投影図、つまり、従来の平面２次元表示の全ての特徴を示しており、それは、それぞれの平面画素に対応する空間スペクトルが単方向性小空間角入力から均一的散乱大空間角出力に変換されることにより、図２３に示すように、それぞれの平面画素の出力空間スペクトルの拡張幅が互いに重ねられ、かなり大きな空間的観察領域が形成されるからである。Ｍ＊Ｎ個の投影機が同時に対応するＭ＊Ｎ個の空間スペクトル方向の明らかな投影図を投影すると、それぞれの投影図の同一ホクセルＨ_ｊｋ位置における平面画素Ｈ_ｊｋの光強度が一致していないため、互いに重ねると、図２４に示すように、一団の暈けた重畳影像が現れる。そのため、現代デジタル画像表示技術は、電気も光も、単一空間スペクトル入力であり、前記画像の独立画素のそれぞれに対しては、均一に拡張された大視角があり、即ち、同一空間スペクトル情報の狭帯域入力及び広帯域出力により、それぞれの画素が全ての空間方向において同様の色と輝度を保持することになる。

３）図２５に示すように、１）において見られたＭ＊Ｎ個のオブジェクト情報付きの点光源が、ちょうど、それぞれの投影機に占められたユニット面積Ａ_ｍｎになるように散乱されると共に、Ｍ＊Ｎ個の空間的投影図の情報がスペクトル面において均一な光の背景として接続されるように完全に接続される（或いは、少しだけ重ねられる）ように、Ｐ_Ｒに１つの本発明による機能表示スクリーンを設置すると、それぞれのホクセルＨ_ｊｋの出力空間スペクトルは、デジタルホログラフィック・プリントと一致するので、全視差の完璧な３次元空間情報の還元を実現することが可能であり、その還元の迫真度は、Ｍ＊Ｎにより決められた空間スペクトルのサンプリング密度により決められる。

４）Ｍ＝１、Ｎ＞２であり、且つ、Ｐ_Ｒに１つの水平的拡張幅がサンプリングピッチＤ_ｍｎであるストリップ形散乱スクリーンを設置すると、図２６に示すように、１つの地平視差のみの（ＨＰＯ）完璧な３次元空間情報の還元を得ることが可能できる。

３、本発明３次元空間情報の還元の迫真度
シャノン（Ｓｈａｎｎｏｎ）のサンプリング定理は、現代デジタル情報時代に重要な理論的基礎を打ち立てており、それとフーリエ変換理論との結合により、現代デジタル信号通信及び画像処理などの情報技術における最新成果の豊かな内容、さらにデジタルホログラフィーを構成している。以下、空間サンプリング角ω_ｍｎによる３次元空間情報の還元迫真度への影響を検討しよう。

１）人の目の角分解能は、１．５＊１０^−４ラジアン程度であることが知られている。これは、光子サンプリングの大自然に対して、我々それぞれの目のそれぞれが、空間スペクトルプローブのように、ホクセルの海洋において前記肉眼分解能で勝手に何れかの１点にフォーカスして注目することを意味する。すなわち、ω_ｍｎ＝ω_Ｅであると、肉眼で認識可能な全ての３次元空間情報は、完璧で迫真的に復元され、我々は、完璧で迫真的な空間的３次元情報の再構築を得ることができる。これは、かなり遠く離れているように見えるが、本発明に係る基本的思想を従来のナノメートル技術及び材料と結合する研究は、この将来におけるＩＴの終極目標を実現するための有効な現実的経路である。

２）空間サンプリング角がω_ｍｎ＞＞ω_Ｅであると、明らかに表示する最終的な基準は、ホクセルの寸法Δｈが、基準面のホログラフィック機能スクリーンにおけるそれぞれの単一空間スペクトル投影画像の平面画素と同等であることにある。図３０に示すように、機能スクリーンにおけるそれぞれの点は、その単一空間スペクトル情報をサンプリング空間角ω_ｍｎ内において出射すると適当に考えられてもよく、これにより、機能スクリーン上から離れた他の情報は、大きさがΔＺ＊ω_ｍｎであるスペックルからなるものと見なされることになり、ここで、ΔＺは、機能スクリーンから離れている前方、または後方の距離である。Δｈ＝ΔＺ＊ω_ｍｎであると、その対応するホクセル寸法迫真度の空間復元能力は、
と考えられる。

表２は、一目瞭然に結果を示しており、何れのホログラフィー３次元表示工程の設計にも寄与してくれる。無論、表における厳格な根拠は、ホクセルであり、実用の場合に複数倍も拡大してもよい。

これにより、本発明は、
３次元表示すべきオブジェクトＯに対してその任意の空間スペクトル面ＳにおいてＭ＊Ｎ個の空間スペクトルのサンプリングと取り込みを行うためのＭ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎを備え、それぞれのサンプリング点Ｓ_ｍｎは、オブジェクトＯの１つのホクセルＨ_ｍｎに対応し、それぞれの画像取り込みユニットＣ_ｍｎに取り込まれた情報は、前記ホクセルＨ_ｍｎに対応する空間スペクトル投影図Ｉ_ｍｎに相当し、それで、オブジェクトＯのＭ＊Ｎ個のアレイのサンプリング空間スペクトル画像情報が得られ、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎは、空間スペクトル面Ｓにおいて所定の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、そのそれぞれの結像光軸が、オブジェクトＯに対応する空間の同一の基準点Ｒにアンカーされ、それぞれの画像取り込みユニットは、対応する空間スペクトルの方向における明らかな投影図Ｉ_ｍｎが得られるように前記方向のオブジェクトＯの可視表面にフォーカスされる、カラー実時間ホログラフィック３次元画像情報の撮影取り込み装置と、
取り込まれたＭ＊Ｎ個のホクセルＨ_ｍｎでの対応するアレイサンプリング投影図Ｉ_ｍｎを、取り込む時に対応するアンカー関係によって元のオブジェクトＯに対応する還元空間におけるある基準面Ｐ_Ｒにそれぞれ同時に投影結像するとともに、前記基準面におけるそれぞれの投影図画像の射影パターンを元のオブジェクトＯの前記方向における空間スペクトル射影パターンに一致するためのＭ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎを備え、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎは、前記空間スペクトル面Ｓの還元空間における対応面Ｓ'で、取り込む時と同様の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、それぞれの投影装置Ｐ_ｍｎの結像光軸が、前記基準点Ｒの還元空間における対応点Ｒ'にアンカーされ、
ただし、Ｍ、Ｎ、ｍ、ｎは自然数であり、且つＭ及びＮのうちの少なくとも一方が２よりも大きい実時間ホログラフィック画像情報の投影還元装置と、
前記基準面Ｐ_Ｒに配置され、それぞれの投影図Ｉ_ｍｎの出力空間スペクトル分布がオーバーラップすることなく互いに接続されるように、それぞれの単一の空間スペクトルに担持される投影図Ｉ_ｍｎの入力情報に対して空間サンプリング角度ω_ｍｎに対応する空間スペクトルの拡張を行うことにより、回復される３次元空間情報のデジタルホログラフィック空間スペクトルが連続的に完全に還元出力され、即ち、前記ホログラフィック機能スクリーンにおけるそれぞれのホクセルＨ_ｊｋに対して、空間的片方向の入力光線の拡張角がちょうど前記空間サンプリング角度ω_ｍｎになることを確保し、複雑な波面の回復を目的とするホログラフィック３次元表示を達成させるホログラフィック機能スクリーンと
を備えるカラー実時間ホログラフィック３次元表示システムを提出する。

空間スペクトルのアレーサンプリングと投影の特徴の他、ホログラフィック機能スクリーンの定方向散乱機能が本発明のもう１つ重要な面であることが見られ、図２７は、ホログラフィック機能スクリーンを介して、離散的な空間スペクトル情報を入力した単一空間スペクトルと完全な空間スペクトル出力との関係を示す図である。前記ホログラフィック機能スクリーンは、規則性の分布の微細な空間構造を有し、前記分布は、前記ホログラフィック機能スクリーンに入射されたそれぞれの方向の入力光線が、１つの対応するフルスペクトル空間拡張出力を有するようにし、その空間拡張角が、所定の空間的３次元情報を復元するために必要な空間サンプリング角ω_ｍｎである。

１つの実施形態において、前記Ｍ＝１、Ｎ＞２、図２６に示すように、前記ホログラフィック機能スクリーンは、水平方向に有限拡張角ω_ｎがあることに対応し、水平方向において均一に配列するそれぞれの投影図Ｉｎの出力空間スペクトル分布が完全十分に互いに接続され、垂直方向における散乱角ω_ｍは、一般的な投影表示スクリーンと同様に、かなり大きい角度であり、即ち、前記ホログラフィック機能スクリーンは、水平方向において有限拡張幅がある垂直定方向散乱スクリーンである。図３１に示すように、本実施形態に係るホログラフィック機能スクリーンの、カラー実時間ホログラフィック３次元画像表示システムの１つの実験例における適用が示されており、ただし、Ｍ＝１，Ｎ＞２であり、即ち、出力空間スペクトルは、水平方向のみにおいて有限拡張を行い、この時、Ｃ_ｍｎ、Ｐ_ｍｎは、Ｃ_ｎ、Ｐ_ｎに表示されてもよい。

本発明は、さらに、以下の幾つかのホログラフィック機能スクリーンを製作する方法を提供する。以下、我々は、幾つかの前記ホログラフィック機能スクリーンの原理及び製作方案を提供する。

ａ）定方向スペックル法
「デジタルスペックルホログラムの作成方法及び装置」という中国発明特許ＺＬ２００４１００２２１９３．７により、前記ホログラフィック機能スクリーンとして機能する定方向散乱型型打ちホログラフィックマザーボードを製作するために、種々のデジタル又は非デジタル方法がある。その基本的原理は、レーザーにより散漫散乱体を照射した後に発生したスペックル粒子の寸法及び分布のパラメータの制御により、対応するパラメータの散乱空間角を得ることにあり、これは、作製工程において、適切な形状及び大きさの通光開口を加入することにより実現可能であり、図２８に示すように、通光開口とホログラフィック機能スクリーンとからなる空間角は、約ω_ｍｎ／２である。図２６に示す水平視差ホログラフィック投影表示に対しては、図２８における通光開口が１つのストリップ形であり、その幅のホログラフィック機能スクリーンに対する開き角がω_ｍｎ／２である（Ｍ＝１であると、ωｎ／２に表示される）。

図２８１〜２８３は、定方向スペックル法により機能スクリーンを製造する１つの実施形態を示す。

図２８１に示すように、デジタルスペックルの発生の基本的原理は、１つの中心波長がλであり、バンド幅がΔλであるレーザー光源１〜２０が、大きさがδｕ＊δｖである散漫散乱体に照射し、散漫散乱体の特徴光学的不平坦度がｌｄであり、散漫散乱ユニットの大きさがΔｕ＊Δｖである。ｈで離れているｘｙ平面において見ると、見られたスペックルパターンは、
（１）Δλ≪ｌｄであると、スペックルのコントラストが１であり、
（２）スペックルの大きさ：δｘ＝λｈ／δｕ………（１ａ）
δｙ＝λｈ／δｖ………（１ｂ）
（３）スペックルが覆う領域の大きさ：Δｘ＝λｈ／Δｕ…（２ａ）
Δｙ＝λｈ／Δｖ…（２ｂ）
（４）スペックル放射度パターンの自己相関関数は、その形状が、散漫散乱体において放射度パターンのフーリエ変換のようである。

図２８１及び公式（１ａ）（１ｂ）から、散漫散乱体の大きさがδｕ≪δｖであると、スペックル図において、δｘ≫δｙであり、スペックルは、ストリップ形のスペックルであり、即ち、定方向スペックルであることが見られる。

図２８２に示すように、光照射が図面に示すスペックル図のようになると、その光線がスペックルと垂直した方向に沿って散乱し、即ち、散乱光が方向選択性を有する。

図２８３に示すように、本発明に係るデジタルスペックルホログラムの作成方法は、
（１）、先ず、レーザー光源１−１０、レンズ１−３１、１−３２、１−３３、シャッター１−４０、散漫散乱スクリーン１−５０、絞り素子１−６０、乾板１−７０、及び乾板台１−８０を備える光学結像システム１を設け、前記レンズ１−３１は、レーザー光源１−１０とシャッター１−４０との間に設けられ、シャッター１−４０の他、レンズ１−３２、散漫散乱スクリーン１−５０、絞り素子１−６０、レンズ１−３３、乾板１−７０、及び乾板台１−８０を順に設け、前記乾板１−７０は、乾板台１−８０の上に固定されるステップと、
（２）、次に、レーザー光源１−１０をオンにしてビーム１−２０を出射し、ビームは、レンズ１−３１の焦点１−２４におけるシャッター１−４０を通過してから散乱し、さらに、レンズ１−３２を通過して、再びスペックル１−２５になるようにフォーカスされ、スペックル１−２５は、散漫散乱スクリーン１−５０において散乱し、散乱光が絞り素子１−６０とレンズ１−３３を通過してから、乾板１−７０においてスペックル１−２７になるようにフォーカスされて結像し、ただし、スペックルの発生を制御する通光開口がストリップ形であり、その幅の乾板に対する開き角がω_ｎ／２であるステップと、
（３）さらに、幹板台１−８０を何度も移動し、絞り素子１−６０を回動し、シャッター１−４０のスイッチに合わせて、乾板１−７０におけるそれぞれの点を露光して結像するステップと、
を含む。

前記スペックル１−２５の大きさは、レンズ１−３１、１−３２の間の距離を調整することにより得られる。

本実施形態においては、サーボシステム１−２がさらに設けられる。

好ましくは、前記移動乾板台１−８０は、サーボシステム１−２において幹板台ドライバー１−９８がマイクロコンピューター１−１００に制御されることにより駆動され、前記回動絞り素子１ー６０は、サーボシステム１−２において絞り素子ドライバー１−９６がマイクロコンピューター１−１００に制御されることにより駆動され、前記シャッター１−４０のスイッチは、サーボシステム１−２においてシャッタードライバー１−９４がマイクロコンピューター１−１００に制御されることにより駆動され、前記マイクロコンピューター１−１００においては、制御ソフトを固定化し、スペックルの形態と配列規則は、ソフトにより制御される。絞り素子ドライバー１−９６は、絞り素子１−６０を回動する際に、長絞り１−６１と丸絞り１−６３をそれぞれ回動する。

本方法によれば、必要な空間スペクトルの拡張角ω_ｍｎは、復元時に投影ヘッドの中心ピッチの人の目に対する開き角によって決められ、スペックルを発生する開口数ω_ｍｎ／２を制御することにより、機能スクリーンの必要な拡張角ω_ｍｎが得られる。

本発明の欠点は、製作されるスクリーンの散乱空間角の分布しか定性的に反映することができず、その空間スペクトルの拡張を厳密に定量的に表現することができないことにあるが、本発明に係る実施形態の現実の階段の応用にしては、十分すぎるほどである。

ｂ）ホログラフィックレンズ法
「ホログラフィック投影スクリーン及びその製作方法、システムと応用」という中国発明特許ＺＬ２００５１００２２４２５．３により、前記ホログラフィック機能スクリーンとして機能する軸外れ式定方向回折型型打ちホログラフィックマザーボードを製作するために、種々のデジタル又は非デジタル方法がある。その基本的原理は、図２９に示すように、ホログラフィックマイクロレンズアレーの製作工程におけるそれぞれの微小ホログラフィックレンズの空間拡散角を、ω_ｍｎになるように厳しく制御することにある。図２６に示す水平視差ホログラフィック投影表示に対しては、図２９における通光開口がストリップ形であり、その幅の機能スクリーンの開き角がω_ｍｎである（Ｍ＝１であると、ω_ｎに表示される）。

図２９１〜２９４は、ホログラフィックレンズ法によりこの機能型の定方向散乱スクリーンを製作する一例を示している。

図２９１に示すように、この実施形態の製作システムは、コンピューター２−１、レーザー機２−２、シャッター２−３、ビームスプリッター２−４、フォトレジストプレート２−５、レンズ２−６１、２−６２、絞り２−７、空間フィルター２−８、及び平面反射鏡２−９１、２−９２を備える。

レーザー機２−２は、レーザービームを出射し、レーザービームは、ビームスプリッター２−４により二分され、その一方がレンズ２−６１のオブジェクト光を獲得し、他方が参照光となり、オブジェクト光と参照光は、１夾角でフォトレジストプレート２−５に集中入射し、オブジェクト光と参照光との光路においては、何れも、空間フィルター２−８が設置され、空間フィルター２−８は、ビーム拡大レンズ２−８１と、ピンホール２−８２とを備え、ビーム拡大レンズ２−８１は、ピンホール２−８２の前に設けられ、２つの空間フィルター２−８は、それぞれ、オブジェクト光と参照光とに対して、対応するフィルター処理を行う。

シャッター２−３は、レーザービームの前に設けられ、オブジェクト光と参照光とのフォトレジストプレート２−５における露光を制御し、コンピューター２−１は、シャッター２−３の開閉及びフォトレジストプレート２−５の移動が調和するように、シャッター２−３の開閉、露光量、及びフォトレジストプレート２−５の移動を制御する。

オブジェクト光の光路は、下記の通りである。

レーザー機２−２→シャッター２−３→ビームスプリッター２−４→平面反射鏡２−９２→空間フィルター２−８→レンズ２−６１→絞り２−７→レンズ２−６２→フォトレジストプレート２−５。

参照光の光路は、下記の通りである。

レーザー機２−２→シャッター２−３→ビームスプリッター２−４→平面反射鏡２−９１→空間フィルター２−８→フォトレジストプレート２−５。

図２９２に示すように、オブジェクト光Ｏは、レンズＬを介して焦点Ｏ'にフォーカスされ、レンズＬの開口数はＤであり、焦点距離はｆである。ホログラフィック記録材料Ｈを焦点Ｏ'の付近における焦点Ｏ'からの距離がｆ'である所に設け、Ｈにおけるオブジェクト光のスペックル直径をｄとし、参照光Ｒを入射角Ａで記録ホログラムに入射し、このように記録されたホログラムは、開口数がｄであり、焦点距離がｆ'であり、還元角がＡであるホログラフィックレンズに似ており、その視野角θがレンズＬと同様であり、即ち、２ｔｇθ＝Ｄ／ｆ＝ｄ／ｆ'である。図４３に示す光路に従って、ｘ及びｙ方向に沿ってホログラフィック材料Ｈを移行し、移行距離は、ホログラフィックレンズの開口数ｄであり、順に露光すると、ホログラフィックレンズアレーＨであるホログラフィックスクリーンが得られ、その最小認識距離が、ホログラフィックレンズの大きさｄである。

図２９１及び図２９３に示すように、本発明の基本的な製作フローは、下記の通りである。

Ｉ）フォトレジストプレート２−５においてオブジェクト光及び参照光により露光することにより、ホログラフィックレンズ情報を記録する。

ＩＩ）露光されたフォトレジストプレートに対して金属化処理を行い、電鋳、スプライシングによりホログラフィックレンズアレーマザーボードを形成する。

ＩＩＩ）前記マザーボードにより熱可塑性材料に対して型打ちを行い、ホログラフィックレンズアレー情報を付設したスクリーン体を得る。

図２９１及び図２９４に示すように、本実施形態の具体的な製作フローは、下記の通りである。

１、レーザー機２−２から出射したレーザービームは、ビームスプリッター２−４により二分され、その一方がレンズ２−６１のオブジェクトライトを獲得し、他方が参照光となり、前記オブジェクト光と参照光は、１夾角でフォトレジストプレート２−５に集中入射して露光する。

２、シャッター２−３の開閉及びフォトレジストプレート２−５の移動が調和して、フォトレジストプレート２−５に均一に複数のホログラフィックレンズの情報を記録するように、コンピューター２−１により、シャッター２−３の開閉及びフォトレジストプレート２−５の移動を制御し、本発明において、コンピューター１は、シャッター２−３の露光時間、露光量などを制御することができるとともに、コンピューター２−１は、フォトレジストプレート２−５のｘ方向とｙ方向における変位を制御し、例えば、精密ステッピング・モーターの回動を制御することにより、フォトレジストプレート２−５の移動を駆動する。

３、１つの位置で露光した毎に、コンピューター２−１により、フォトレジストプレート２−５を次の位置へ移動するように制御し、露光を行い、このように繰り返すことにより、フォトレジストプレート２−５に、複数のホログラフィックレンズの情報を均一に記録し、ホログラフィック投影スクリーンを形成し、ただし、ビームをフォトレジストプレートに達するように制御する通光開口は、ストリップ形であり、その幅のフォトレジストプレートに対する開き角がω_ｎである。

４、露光されたフォトレジストプレートに対して金属化処理を行い、電鋳、スプライシングによりホログラフィックレンズアレーマザーボードを形成する。

５、前記マザーボードにより、熱可塑性材料に対して型打ちを行い、熱可塑性材料は、透明材料を採用し、熱可塑性材料は、ポリエステル（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Ｐｏｌｙｒｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、又は二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ：Ｂｉａｘｉａｌ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）などであってもよく、材料の型打ちは、硬質板型又は薄膜型であってもよい。

６、型打ちされた熱可塑性材料のホログラフィックレンズアレーの上に保護層をめっきし、保護層は、例えば、硫化亜鉛ＺｎＳや二酸化ケイ素ＳｉＯ_２などの透明又は半透明な媒体保護層を採用してもよく、金属反射材料保護層（例えば、アルミニウム、銅などをめっきすること）を採用してもよく、最後に、熱可塑性材料をベース材料とするスクリーン体が得られ、前記スクリーン体には、ホログラフィックレンズアレー情報が付設される。

この方法で機能表示スクリーンを製作すると、絞り寸法及びそれのスクリーンに形成される開き角ω_ｍｎを調整することにより、発生されたホログラフィックレンズの空間発散角を調整し、空間スペクトルの拡張角を調整することができる。

本発明は、製作されるスクリーンの空間拡散角の分布を精確に制御可能であるという利点がある一方、斜め入射投影であるため、散乱による色の歪みを解消し難いという欠点があるが、このような歪み現象は、水平視差ホログラフィック投影表示への影響が大きくない。本方法は、さらに透明結像特徴という優れた利点があり、これにより、その画像表示が空中に浮ぶことになり、３次元表示の魅力をさらに有する。

ｃ）計算ホログラフィー法
前記同軸式定方向回折型ホログラフィック機能スクリーンに対する製作は、実際に、回折効率が極めて高い同軸フーリエ変換ホログラム型打ちホログラフィックマザーボードの製作に等価し、前記ホログラムは、スペクトル面において、それぞれの投影機に占められたユニット面積Ａ_ｍｎにおける均一な光強度の分布にちょうど表現される。前記フーリエ変換ホログラムは、完全に、計算ホログラフィック理論、及び従来の電子ビーム露光、またはダイヤモンド精密数値制御彫刻出力プロセスにより得られる。

ｄ）射出成形マイクロレンズ法
曲率半径の変更により、空間発散角がω_ｍｎであるマイクロレンズ金型を設計し、次に、射出成形方法により、そのアレー金型で対応するプラスチック板マイクロレンズアレーをコピーすれば、前記機能型発散スクリーンを有効に製作することができ、マイクロレンズの大きさは、３次元表示の明らかさを決め、発散角ω_ｍｎは、投影機の配列パラメータにより決められる。

ｅ）モアレ縞拡張法原理及び方案
ａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）のうちの何れか１つの方式で製作されたホログラフィック機能スクリーンに備えられる有限拡張機能が、それぞれの投影画像出力空間スペクトルを十分に接続できない場合に、同様に２セットの出力離散的空間スペクトルパターンにより構成されるモアレ縞が、完全な空間スペクトルの出力要求を満たすように、このようなスクリーンを重ねてもよい。

本発明に係る３次元実時間ホログラフィック表示実験システム
下記の実験装置を利用し、実時間ホログラフィック実時間表示方案を論証した。ここでホログラフィック思想しか利用していないが、従来避けられないホログラフィック記録材料及び干渉工程を有効に回避することが可能になる。

図３１に示すように、実験工程を簡素化するために、３０セットの撮影・投影装置を直線アレーになるように配置することにより、水平視差の実時間３次元現実を実現する。図３２は、空間スペクトル取り込み装置であり、図面におけるそれぞれのカメラの分解能が４８０＊６４０画素である。それらは、何れも、それぞれのカメラに撮影された空間における同一基準点Ｒにアンカーされて集束される。それぞれのカメラに取り込まれた信号用の一般的なＡＶ信号線は、それに対応する投影機に直接に繋がり、構成された投影アレーは、図３３の写真に示す。それぞれの投影機に投影された画像の分解能は、何れも、４８０＊６４０個の画素であり、且つ、これらの画像は、適当なアラインメント及び補正により、基準面Ｐ_Ｒの平面において厳密にアンカーされて重ね合わせられ、前記平面には、我々が自制したストリップ形のスペックルホログラフィック機能スクリーンが設置され、その寸法が４８ｃｍ＊６４ｃｍである。

図３４は、２群の異なる視角から撮影された前記機能スクリーンにおける写真を提供し、ここでは、一人の本物の人が、復元すべき３次元空間にいる。我々の実験においては、１：１の明らかな還元空間が得られ、それは、前後に約５０ｃｍの深さで明らかに基準面を超えている。基準面Ｐ_Ｒにおける最終的な光情報は、巨大な開口数（ここでは約２ｍ）の結像システムにより得られる元のオブジェクトの実像に非常に類似するが、それは、前記独特な光電構造により特別に形成された巨大な４ｆシステムによる、前記空間の３０個の水平サンプリング空間スペクトルが表現しようとする光情報に対する厳密な還元である。最終的な３次元表示の品質は、単一の４８０＊６４０画素投影画像の品質よりもずっと良く、それは、それぞれのホクセルにおいて３０倍にも達する情報が含まれ、同様にさらに明るくなるからである。３次元表示の特徴以外、他の付加的な欠陥が無く、まるで真実空間内における実時間出演を見ているようである。初めてこの奇跡を見る場合、その場にいる人は、誰でもびっくりすることになる。

本発明の適用―ホログラフィック情報技術工学化
大自然に身を置いた我々は、このホログラフィック自然における１つ１つの独立した総合的知能プローブのように、我々自身をそのホクセルの海洋の中に沈没し、それぞれのホクセルは、何れも、我々それぞれの思想を基準点とする前記大自然情報のフーリエ変換ホログラムと見なされてもよいが、それは、光強度の空間分布という同一情報の物質的な表現形式で、画像とホログラフィックという２種類の異なる視覚的情報を表現する。そのため、我々は、本世紀の近い未来にホログラフィック情報技術時代が実現されるように、図１４に示す原則に従う空間スペクトルの任意の取り込み及び復元により、新たなホログラフィック情報技術（ＨＩＴ−Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）工学を開発することを期待している。

以下は、幾つかの確実に実行可能な連想的方案である。

１、曲面軌跡での空間スペクトルのサンプリング及び還元
図３５及び図３６は、我々が曲面において空間スペクトルを取り込み及び還元する略図を示す。曲面は、サンプリング面積及び密度により比較的に大きい空間情報範囲を得ることができるという利点を有するである。このような空間情報サンプリング及び復元方式は、フルスペクトル映画、テレビ番組の作成及び既存のＩＴのあらゆる平面表示方式の３次元アップデートに適用可能であり、医学結像、遠隔感知・遠隔測定、航空撮影などの任意画像３次元情報の実時間３次元再構築および表示に用いられてもよく、無論、各種類の特別な仮想空間を作り、ネットワークの仮想現実を現実の生活に導入すると共にそれと混同して協働を行うことに用いられてもよい。

２、３６０^０の内向き柱面の軌跡での空間スペクトルのサンプリング及び還元
このような３次元空間情報のサンプリング及び還元方式は、図３７及び図３８に示す通りである。３６０^０の組合ホログラムのように、それによれば、人々は円柱形基準面の示唆下で、前記円柱形において中軸線付近の３次元空間情報の復元を見ることができる。これは、我々が検討されるオブジェクトを全方位的に実時間に了解し、現代顕微技術と結合し、微小オブジェクトの３次元形態に対して直観的な深い認識をもつようにすることができる新たなホログラフィック表示工具を生み出すことになる。

３、３６０^０の外向き柱面軌跡での空間スペクトルのサンプリング及び還元
このような３次元空間情報のサンプリング及び還元方式は、図３９及び図４０に示す通りである。これは、従来の円形スクリーン映画に類似し、空間スペクトルの取り込み密度及び還元拡張分布が適切であれば、同様に円柱形基準面の示唆下で、人々は、円柱形内から外に向って復元された３次元空間情報を見ることができる。これは、人々に何れかの仮想空間に身を置かせてその現実的存在を感じさせ、現実的なホクセルの作用下で、歴史の還元及び未来の展望を有効に行うと共に、現代電波天体望遠鏡の補助下で、地球を原点とする宇宙空間星図を有効に作成することができる他の新たなホログラフィック表示工具を生み出すことにもなる。

４、３６０^０アーチ状軌跡での空間スペクトルのサンプリング及び還元
このような３次元空間情報のサンプリング及び還元方式は、図４１及び図４２に示す通りであり、その投影復元基準面が平面であると共に、前記基準面におけるそれぞれのホクセルの有効な空間スペクトルの拡張により、３６０^０アーチ状軌跡での空間スペクトルのサンプリングに表現される３次元空間情報を完全に復元することができることにおいて２、３と異なっている。これは、未来の３次元表示媒体の主な表現方式の一つともなり、即ち、サッカー試合の全過程を比例的に縮小してデスクトップに置いて見せることである。

要するに、本発明に係る実施形態は、我々に感じられた光を大自然の離散エネルギーの確率分布の客観的な現実として処理を行うものである。前記光子離散エネルギーの確率分布の波動関数または確率振幅に対する４次元フーリエ変換により、従来の結像システムにおいて空間周波数の概念を、大自然自身に備えられる空間スペクトルに広げるとともに、ホログラフィーにおける複雑な波面（振幅及び位相）の記録及び還元の概念を、大自然自身が固有する時間スペクトル及び空間スペクトルを復元することに広げるように、光に対する新たな記述である時間スペクトル及び空間スペクトルを提出している。本発明に係る実施形態の物理的実質は、伝統的なホログラフィー撮影理論を基にしたデジタルホログラフィック表示であり、従来のデジタルホログラフィック印刷技術と比べると、ホログラフィーが３次元空間情報を復元するために採用される高い情報余裕度の干渉光学的手段を避け、検討されるオブジェクトＯの全体的な空間スペクトルに対して対応する適切なＭ＊Ｎ離散的空間スペクトルのサンプリング及び拡張を行うことにより、現代デジタル情報技術の最新成果を利用して、前記空間スペクトルのサンプリングの表現可能な空間的３次元情報を完璧に復元し、実時間ホログラフィック表示を実現し、時間・空間を有効に凝固することにおいて根本的に異なっている。

本発明の実施形態においてアンカーに関する原則及び方法
一、アンカー原則
１、基準点Ｒ（Ｒ'）の選定の原則
１）図４３に示すように、基準点Ｒ（Ｒ'）は、還元すべき３次元空間Ｏ（Ｏ'）を決定する座標原点であり、選定されると、還元すべき３次元空間情報Ｏ（Ｏ'）と基準点Ｒ（Ｒ'）との空間的対応関係が完全に決定され、即ち、基準点Ｒ（Ｒ'）から対応する空間の各サンプリング方向において、前記還元すべき３次元空間情報Ｏ（Ｏ'）の離散的空間スペクトルの投影図Ｉ（Ｉ'）_ｍｎが完全に決定され、ここで、（ｍ，ｎ）は、図１９において前記任意の空間スペクトル面における取り込み点Ｓ_ｍｎの位置座標に対応し、Ｉ_ｍｎは、図１２及び図１３に示す還元すべき３次元空間ＯのＳ_ｍｎにおけるホクセルＨ_ｍｎに対応する空間スペクトル表現投影図に相当し、前記投影図に表現される空間スペクトル方向は、基準点Ｒをそれぞれの投影図のアンカー中心に常に位置するための基準点Ｒと取り込み点Ｓ_ｍｎとの直線的接続方向であり、隣接する２つの離散的空間スペクトル方向の夾角は、図２７に示す空間サンプリング角ω_ｍｎである。

２）図４４に示すように、それぞれの撮影・投影ユニットＣ（Ｐ）_ｍｎの固有する視野角またはサンプリング角（θ_ｍｎと記す）が、還元すべき３次元空間情報Ｏ（Ｏ'）の全視野投影図表現を取り込むことができると、基準点Ｒが還元すべき３次元空間情報Ｏ（Ｏ'）内に選定され、即ち、図４４に示す内向きの観察状況のように、全ての撮影・投影ユニットが内方に向って基準点Ｒにアンカーされる。

３）図４５に示すように、それぞれの撮影・投影ユニットの固有する視野角またはサンプリング角θ_ｍｎが、還元すべき３次元空間情報Ｏ（Ｏ'）の全視野投影図表現を十分に取り込むことができず、前記全視野投影図の一部しか取り込むことができないと、基準点Ｒ（Ｒ'）が還元すべき３次元空間情報Ｏ（Ｏ'）の外に選定され、即ち、図４５に示す外向きの観察に状況のように、全ての撮影・投影ユニットが外方に向って基準点Ｒにアンカーされる。

４）図４６に示すように、還元３次元空間Ｏ'と元の３次元空間Ｏの寸法の比例関係は、空間拡大係数Ｍ_ｓと呼ばれ、空間スペクトル還元距離ｄ'_ｍｎと、空間スペクトル取り込み距離ｄ_ｍｎとの比例値に同等であり、即ち、Ｍ_ｓ＝ｄ'_ｍｎ／ｄ_ｍｎであり、図面において、ＲとＲ'は、それぞれ、元の３次元空間Ｏと還元３次元空間Ｏ'に対応する基準点である。

２、空間スペクトル情報Ｉ_ｍｎの取得の原則
１）基準点Ｒが選定されると、基準点Ｒから対応する空間の各方向において前記還元すべき３次元空間情報Ｏの空間スペクトルに対応して表現される投影図情報が既に決定され、図４４に示すそれぞれの撮影装置は、還元すべき３次元空間Ｏの各サンプリング方向における離散的空間スペクトルに対応する投影図表現情報Ｉ_ｍｎを有効かつ明らかに取り込む機能を果たす。

２）図４４及び図４５において、取り込み点Ｓ_ｍｎに位置するそれぞれの取り込みユニットＣ_ｍｎは、その対応する被写界深度と視野角のパラメータを有し、且つ、各空間スペクトル方向における明らかな画像情報Ｉ_ｍｎが得られるように、内方または外方に向って基準点Ｒにアンカーされる。

３）内向きのアンカーの場合は、図１９に示すように、前記還元すべき３次元空間Ｏにおいて、基準点Ｒが各投影図Ｉ_ｍｎの同一中心点位置に対応する以外、他の各点は、何れも、その対応する空間スペクトル方向（ｍ，ｎ）における射影位置（ｊ，ｋ）に、それぞれの対応する平面画素Ｐ_ｍｎｊｋが見つかる。

４）外向きのアンカーの場合は、図４５に示すように、それぞれの投影図Ｉ_ｍｎは、前記還元すべき３次元空間Ｏがその対応する空間スペクトル方向（ｍ，ｎ）での投影図における視野角θ_ｍｎ内の一部であり、隣接する２つの投影図の中心点は、ちょうど、元の３次元空間Ｏにおいて空間サンプリング角ω_ｍｎで前記空間基準点Ｒにアンカーされる対応点情報Ｒ_ｍｎに対応する。

３、還元空間基準面Ｐ_Ｒの選定の原則
１）原則２によって取り込まれたそれぞれの空間スペクトル投影図情報Ｉ_ｍｎは、対応する投影ユニットＰ_ｍｎで、そのそれぞれの取り込み方向（正方向または逆方向）に沿って、前記画像を還元空間基準面Ｐ_Ｒに投影してもよく、還元３次元空間Ｏがその対応する空間スペクトル方向（ｍ，ｎ）における対応する投影図情報は、図２２の通りである。

２）基準面Ｐ_Ｒは、任意の曲面であってもよいが、この曲面には、元の３次元空間Ｏの、その対応する空間スペクトル方向（ｍ，ｎ）における対応する投影図情報の明らかな投影図画像の光強度分布が含まれている。これは、それぞれの投影ユニットＰ_ｍｎに投影された画像は、基準面Ｐ_Ｒに明らかな結像を有する必要があるほか、元の３次元空間Ｏの前記空間スペクトル方向（ｍ，ｎ）に沿うＰ_Ｒにおける投影図投影に合わせるように、前記結像に必要な歪みの補正を行わなければならない。

３）基準面Ｐ_Ｒは、実際に、前記還元すべき３次元空間Ｏを完全に復元するために必要な空間スペクトル情報のホログラムと見なされてもよく、このホログラムは、基準点Ｒを還元空間Ｏ'の原点とし、元の空間Ｏの、そのそれぞれの対応する空間スペクトル方向（ｍ，ｎ）における対応する投影図情報の明らかな射影画像光強度分布を忠実に反映すると共に、ホログラフィック機能スクリーンの作用下で、これらの離散的空間スペクトル情報を完全にデジタルホログラフィック表示方式で表現する。

４）等価幾何光学的結像状態
図４７は、前記アンカー原則を満たした場合に、模擬図３１に構成される特別な光電混合処理システムの幾何光学的結像状況を示す。図面において、Ｏ_０とＩ_０は、厳密物像の対応面におけるある点に対応し、ホログラフィック機能スクリーンは、基準面Ｐ_Ｒに設置され、厳密像面であり、Ｏ_＋１とＩ_＋１は、物または像平面の前におけるある点に対応し、且つ、レンズ結像関係を満たし、基準面Ｐ_Ｒに対しては、Ｉ_＋１は実像であり、Ｏ_−１とＩ_−１は、物または像平面の後ろにおけるある点に対応し、且つ、レンズ結像関係を満たし、基準面Ｐ_Ｒに対しては、Ｉ_−１は虚像であることが見られる。全ての結像光線は、ホログラフィック機能スクリーンを通過した後、何れも、ホログラフィック機能スクリーンにおけるある点を頂点として、空間サンプリング角ω_ｍｎを立体錐角にする錐形光線空間分布になり、前記分布で構成される無数の元のオブジェクト空間の光情報のサンプリングの基本的ユニットにより、復元すべき空間のホログラフィック表現形式が構成されることが見られる。

二、アンカー方法
還元すべき３次元空間Ｏは、コンピューターの補助設計により発生される仮想３次元空間であると、各種の３Ｄソフトを利用すれば、基準点位置及びビデオカメラのパラメータを便利に選択し、各種の３次元空間表示を満たす対応する空間スペクトル投影図Ｉ_ｍｎを得ることができる。

１、空間スペクトル取り込み撮影システムのアンカー方法
現実的な３次元空間情報の空間スペクトル取り込み方式は、コンピューターの模擬的光線の単純な幾何学的投影処理と異なり、さらに、それぞれの撮影・投影ユニットの複雑な結像工程及び規則と関わりがあり、以下のステップにより行われる。

１）図４８に示すように、元の空間基準点Ｒを選定し、空間サンプリング角がω_ｍｎであるという規則でＭ＊Ｎ個の空間スペクトルのサンプリング点Ｓ_ｍｎを選定した後、それぞれの取り込みユニットＣ_ｍｎの入射瞳中心とＳ_ｍｎとを重畳し、且つ、それぞれの取り込みユニットＣ_ｍｎの結像光軸Ａ_ｍｎを基準点Ｒと空間スペクトルサンプリング点Ｓ_ｍｎとの連結線に位置し、即ち、基準点Ｒが、それぞれの取り込みユニットＣ_ｍｎに取り込まれる２次元画像Ｉ_ｍｎにおいて前記画像の視野中心に対応する。

２）１）によって固定されたるＭ＊Ｎ個の取り込みユニットＣ_ｍｎからなる全体的なシステム装置は、その対応する３次元空間情報の内向きアンカー空間スペクトルの取り込みに用いられ、それぞれの取り込みユニットＣ_ｍｎをその結像光軸方向に沿って１８０度回転すると、前記装置は、その対応する３次元空間情報の外向きアンカー空間スペクトルの取り込みにも用いられる。

３）前記装置で空間スペクトルの取り込みを行う際に、場合に応じて、それぞれの取り込みユニットＣ_ｍｎに焦点距離の調整を行うことにより、それぞれの空間スペクトル投影図を明らかで認識可能にする。

２、空間スペクトル還元投影システムのアンカー方法
還元すべき３次元空間Ｏの離散的空間スペクトル投影図情報Ｉ_ｍｎが決定されると、Ｍ＊Ｎ個の投影ユニットＰ_ｍｎからなる空間スペクトル還元投影システムにより、前記３次元空間をホログラフィックに復元して表示することができる。以下は、前記Ｍ＊Ｎ個の投影ユニットＰ_ｍｎのアンカー方法である。

１）還元空間基準点Ｒ'を選定し、空間サンプリング角がω_ｍｎである規則でＭ＊Ｎ個の空間スペクトルのサンプリング点Ｓ'_ｍｎを選定した後、それぞれの投影ユニットＰ_ｍｎの出射瞳中心とＳ'_ｍｎとを重畳し、また、それぞれの取り込みユニットＰ_ｍｎの結像光軸を基準点Ｒ'と空間スペクトルサンプリング還元点Ｓ'_ｍｎとの連結線に位置し、即ち、基準点Ｒ'が、それぞれの撮影ユニットＰ_ｍｎに投射される２次元画像Ｉ_ｍｎにおいて前記画像の視野中心に対応する。

２）１）によって固定されたＭ＊Ｎ個の投影ユニットＰ_ｍｎからなる全体的なシステム装置は、その対応する３次元空間情報の内向きアンカー空間スペクトルの還元に用いられ、それぞれの撮影ユニットＰ_ｍｎをその結像光軸方向に沿って１８０度回転すると、前記装置は、その対応する３次元空間情報の外向きアンカー空間スペクトルの還元にも用いられる。

３）前記装置で空間スペクトルの還元を行う際に、場合に応じて、それぞれの撮影ユニットＰ_ｍｎに焦点距離の調整を行い、且つ、それぞれの空間スペクトル投影図が、何れも基準面Ｐ_Ｒにおいてその明らかで認識可能な元の空間に対応する幾何学的射影を有するように、それぞれの投影図に対応する歪みの補正を行う必要がある。

３、基準面Ｐ_Ｒの選定方法
従来の科学技術の発展レベルは、人の目角の分解能ω_Ｅを空間サンプリング角ω_ｍｎとして前記空間スペクトルの取り込み及び還元工程を行える程度に遥かに達しておらず、還元工程においては、適当な還元基準面Ｐ_Ｒを選択し、前記還元された離散的空間スペクトル情報が正確にフルスペクトルで表示されるように前記基準面において対応するホログラフィック機能スクリーンを設置する必要がある。

１）平面基準面の選定方法及び歪みの補正
図４４に示す全視野の還元にしても図４５に示す部分的視野の還元にしても、その還元基準面は、何れも平面であってもよく、図４９に示すように、ある空間スペクトル投影図Ｉ_ｍｎの正面を選定して結像面を投影する。この場合、前記正面投影ユニットＰ_ｍｎ以外、ほかの各投影ユニットのＰ_Ｒにおける投影図投影は、元の３次元空間に比べて、この方向における空間スペクトルの投影図射影が、いずれも台形歪みを補正する必要があり、これは、投影点が無限遠ではなくなるからである。この点は、特に、図４１及び図４２に示す場合にさらに重要である。

２）曲面基準面の選定方法及び主旨
図３５から図４０に挙げられたそれぞれの場合における曲面基準面の選定は、それがそれぞれの還元空間スペクトル投影図の明らかな画像面からなる包絡面であることを趣旨とし、この趣旨は、以下の２つの事実に基づくものである。

ａ）図５０に示すように、サンプリング角がω_ｍｎであるそれぞれの還元投影ユニットＰ_ｍｎは、正投影の場合に、何れも、前記包絡面の切断面において、発散角θ_ｍｎでその投影図の明らかな投影図画像Ｉ_ｍｎを見つけることが可能であり、無論、斜めの入射投射が回避できないと、台形歪みの補正を行わなければならない。

ｂ）元の投影ユニットは、前記包絡面における明らかな空間スペクトル投影図射影と元の空間スペクトル表現との合致を満たすために、十分な明らかな投影被写界深度を具備しなければならない。

本発明は、光子に担持される認識可能な情報である２次元画像を基本的な手掛かりとし、光子の離散エネルギー分布に対する客観的な記述である波動関数の４次元フーリエ変換により、ホクセルと空間スペクトルという大自然において客観的に存在する1対の物理学での新しい概念を定義したと共に、２次元画像の物理的実質が３次元空間がホクセルを介して物理的に実現される前記空間のある方向における幾何学的射影であること、即ち、空間スペクトルの物理的表現形式を明らかにした。空間スペクトルの取り込み、還元及び表示により、カラー実時間ホログラヒック３次元表示の目的が完璧に実現され、その対応するキーワードは、復元すべき３次元空間情報の連続的な空間スペクトルに対して、離散的サンプリング、明らかな還元及び完全な表示を行い、それに対応して採用される有効な対策は、同期的アンカー、アラインメント補正及び有限拡張である。

本発明は、現代デジタル画像情報技術の発展による豊かなソフトウェア及びハードウェアの資源を利用し、伝統的なホログラフィーにおける波面記録及び輝かしい思想の還元を、実時間デジタル化で実現する。デジタルホログラフィック印刷技術の基本的原理及び実現手段を参考し、３次元表示すべき空間情報に対して、２次元画像アレー（Ｍ＊Ｎ；ＭとＮのうちの少なくとも一方が２より大きい）で、サンプリングを行い、前記アレーサンプリング画像情報アレーを特製したホログラフィック機能スクリーンに投影し、前記ホログラフィック機能スクリーンは、アレー画像サンプリングが表現しようとする複雑な空間波面を復元し、複雑な波面の復元を目的とする完璧なホログラフィック３次元表示を得る機能を果たす。投影アレーにおいて、それぞれの投影ユニットの画像が、何れも、それぞれ現代情報技術の成果を利用し、実時間の転送及び処理を有効に行えるため、完璧なカラー実時間ホログラフィック３次元表示を実現し、人間が数百年以来２次元画像によるその思想及び交流に対する根本的な束縛から徹底的に脱出するように、２１世紀での新世代の人間視覚的伝播スーパーメディアであるホログラフィック映画テレビを生み出すすることが可能になる。

本発明によれば、画像情報を大自然の空間スペクトルの１つとして、ホクセルによりデジタルベクトル処理を行い、３次元現実情報を復元することが可能になる。

本発明によれば、「スペクトル領域の範疇」において、現代情報技術による豊かなソフトウェア及びハードウェア資源を利用して、伝統的なホログラフィックの固有の高情報余裕度の特徴から脱出し、ホログラフィーを新たに検討することが可能になり、それは、合理的な空間スペクトルのサンプリングを利用し、ホログラフィック機能スクリーンにおける対応するホクセルにより、大自然の３次元表示を復元することを要とする。

本発明は、Ｍ＊Ｎの画像取り込み・投影システムを利用して、空間スペクトルからなる雑然たる光線を整え、ホクセルでそれを順に組み付けることができるため、ホログラフィック機能スクリーンを利用して実時間ホログラフィック表示を実現することが可能であり、ここで、ホログラフィックの思想は、Ｍ＊Ｎのチャンネルの既存のＩＴ成果に簡単に累積されば実現可能になる。これは、ホログラフィーが近い未来に新たな発展段階を迎えることになり、つまり、従来の情報技術産業を整えるプロセスにおいて、人間の３次元通信の終極的な夢が実現されることを意味する。画像が既存の光電技術により上手に制御される空間スペクトルに過ぎず、ホログラフィック思想の指導下で、世界全体が既存の３次元通信のＭ＊Ｎ倍の海に沈没することになる、光子時代での新世代の文明の表現形式を期待しよう。

Claims (11)

1. ３次元表示すべきオブジェクトＯに対してその任意の空間スペクトル面ＳにおいてＭ＊Ｎ個の空間スペクトルのサンプリングと取り込みを行うためのＭ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎを備え、それぞれのサンプリング点Ｓ_ｍｎは、オブジェクトＯの１つのホクセルＨ_ｍｎに対応し、それぞれの画像取り込みユニットＣ_ｍｎに取り込まれた情報は、前記ホクセルＨ_ｍｎに対応する空間スペクトル投影図Ｉ_ｍｎに相当し、それで、オブジェクトＯのＭ＊Ｎ個のアレイのサンプリング空間スペクトル画像情報が得られ、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎは、空間スペクトル面Ｓにおいて所定の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、そのそれぞれの結像光軸が、オブジェクトＯに対応する空間の同一の基準点Ｒにアンカーされ、それぞれの画像取り込みユニットは、対応する空間スペクトルの方向における明らかな投影図Ｉ_ｍｎが得られるように前記方向のオブジェクトＯの可視表面にフォーカスされる、カラー実時間ホログラフィック３次元画像情報の撮影取り込み装置と、
   取り込まれたＭ＊Ｎ個のホクセルＨ_ｍｎでの対応するアレイサンプリング投影図画像Ｉ_ｍｎを、取り込む時に対応するアンカー関係によって元のオブジェクトＯに対応する還元空間におけるある基準面Ｐ_Ｒにそれぞれ同時に投影結像するとともに、前記基準面におけるそれぞれの投影図画像Ｉ'_ｍｎの射影パターンを元のオブジェクトＯの前記方向における空間スペクトルの射影パターンに一致するためのＭ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎを備え、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎは、前記空間スペクトル面Ｓの還元空間における対応面Ｓ'で、取り込む時と同様の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、それぞれの投影ユニットＰ_ｍｎの結像光軸が、前記基準点Ｒの還元空間における対応点Ｒ'にアンカーされる、実時間ホログラフィック画像情報の投影還元装置と、
   前記基準面Ｐ_Ｒに配置され、それぞれの投影図Ｉ_ｍｎの出力空間スペクトル分布がオーバーラップすることなく互いに接続されるように、それぞれの単一の空間スペクトルに担持される投影図Ｉ_ｍｎの入力情報に対して空間サンプリング角度ω_ｍｎに対応する空間スペクトルの拡張を行うことにより、回復される３次元空間情報のデジタルホログラフィック空間スペクトルが連続的に完全に還元出力され、即ち、ホログラフィック機能スクリーンにおけるそれぞれのホクセルＨ_ｊｋに対して、空間的片方向の入力光線の拡張角がちょうど前記空間サンプリング角度ω_ｍｎになることを確保し、複雑な波面の回復を目的とするホログラフィック３次元表示を達成させるホログラフィック機能スクリーンと
   を備え、
   前記Ｍ、Ｎ、ｍ、及びｎは自然数であり、且つ前記Ｍ及びＮのうちの少なくとも一方が２よりも大きいことを特徴とするホログラフィック３次元表示システム。
2. 前記撮影取り込み装置の前記取り込みユニットは、前記投影還元装置の前記投影ユニットと１対１で対応し、それぞれの取り込みユニットに取り込まれた画像情報は、具体的な画像情報に対してコーディング及び組み換えを行うことなく、任意のデジタル画像伝送フォーマットでこの取り込みユニットに対応する前記投影ユニットに直接又は間接に転送することができ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３次元表示システム。
3. Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎにより、３次元表示すべきオブジェクトＯに対してその任意の空間スペクトル面ＳにおいてＭ＊Ｎ個の空間スペクトルのサンプリングと取り込みを行い、それぞれのサンプリング点Ｓ_ｍｎは、オブジェクトＯの１つのホクセルＨ_ｍｎに対応し、それぞれの画像取り込みユニットＣ_ｍｎに取り込まれた情報は、前記ホクセルＨ_ｍｎに対応する空間スペクトル投影図Ｉ_ｍｎに相当し、それで、オブジェクトＯのＭ＊Ｎ個のアレイのサンプリング空間スペクトル画像情報が得られ、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像取り込みユニットＣ_ｍｎは、空間スペクトル面Ｓにおいて所定の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、そのそれぞれの結像光軸が、オブジェクトＯに対応する空間の同一の基準点Ｒにアンカーされ、それぞれの画像取り込みユニットは、対応する空間スペクトル方向の明らかな投影図Ｉ_ｍｎが得られるように前記方向のオブジェクトＯの可視表面にフォーカスされるステップを含む、ホログラフィック３次元画像情報の撮影取り込み工程と、
   Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎにより、取り込まれたＭ＊Ｎ個のホクセルＨ_ｍｎでの対応するアレイサンプリング投影図Ｉ_ｍｎを、取り込む時に対応するアンカー関係によって元のオブジェクトＯに対応する還元空間におけるある基準面Ｐ_Ｒにそれぞれ同時に投影結像するとともに、前記基準面におけるそれぞれの投影図画像の射影パターンを元のオブジェクトＯの前記方向における空間スペクトル射影パターンに一致し、前記Ｍ＊Ｎ個のカラー２次元画像投影ユニットＰ_ｍｎは、前記空間スペクトル面Ｓの還元空間における対応面Ｓ'で、取り込む時と同様の空間サンプリング角度ω_ｍｎで配列され、それぞれの投影ユニットＰ_ｍｎの結像光軸が、前記基準点Ｒの還元空間における対応点Ｒ'にアンカーされるステップを含む、実時間ホログラフィック画像情報の投影還元工程と、
   ホログラフィック機能スクリーンを前記基準面Ｐ_Ｒに配置し、それぞれの投影図Ｉ_ｍｎの出力空間スペクトル分布がオーバーラップすることなく互いに接続されるように、それぞれの単一の空間スペクトルに担持される投影図Ｉ_ｍｎの入力情報に対して空間サンプリング角度ω_ｍｎに対応する空間スペクトルの拡張を行うことにより、還元される３次元空間情報のデジタルホログラフィック空間スペクトルが連続的に完全に還元出力され、即ち、前記ホログラフィック機能スクリーンにおけるそれぞれのホクセルＨ_ｊｋに対して、空間的片方向の入力光線の拡張角がちょうど前記空間サンプリング角度ω_ｍｎになることを確保し、複雑な波面の回復を目的とするホログラフィック３次元表示を達成させるステップを含む、ホログラフィック機能スクリーンの有限拡張工程と
   を含み、
   前記Ｍ、Ｎ、ｍ、及びｎは自然数であり、且つ前記Ｍ及びＮのうちの少なくとも一方が２よりも大きいことを特徴とするホログラフィック３次元表示方法。
4. 前記取り込み工程における前記取り込みユニットは、前記投影還元工程における前記投影ユニットと１対１で対応し、それぞれの取り込みユニットに取り込まれた画像情報は、具体的な画像情報に対してコーディング及び組み換えを行うことなく、任意のデジタル画像伝送フォーマットでこの取り込みユニットに対応する前記投影ユニットに直接又は間接に転送することができることを特徴とする請求項３に記載のホログラフィック３次元表示方法。
5. それぞれの取り込みユニット及び前記それぞれの投影ユニットの少なくとも一方は、空間位置のキャリブレーション以外に、入出力情報の実時間還元の迫真度を確保するために、対応する時間同期及び色や輝度のキャリブレーションも行うことを特徴とする請求項３又は４に記載のホログラフィック３次元表示方法。
6. 前記アレイは、いずれの方式のホログラフィック３次元表示も実現されるように、実情に応じて空間における任意の曲面又は曲線に配列可能であり、還元された３次元空間は、元の３次元空間を拡大又は縮小したものであってもよいことを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載のホログラフィック３次元表示方法。
7. 前記基準面Ｐ_Ｒは、様々なホログラフィック３次元表示の要求に対応するために、いずれの曲面であってもよく、前記それぞれの投影ユニットは、前記基準面Ｐ_Ｒにおいて明らかで認識可能な具体的な画像情報を呈するとともに、それぞれ対応する必要な図形の歪みの補正を完成していることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載のホログラフィック３次元表示方法。
8. 前記空間スペクトルの空間サンプリング角度ω_ｍｎ、又はシステムの空間サンプリング密度の逆数１／ω_ｍｎにより、前記システムの、３次元空間の明らかで認識可能な情報を回復可能な能力、即ち、前記基準面Ｐ_ＲからΔＺ離れている場所において、前記ホログラフィック機能スクリーンが、前記スクリーンにおけるそれぞれの空間スペクトルの入力画像の平面画素の大きさに相当する大きさの１つの実像又は虚像のスポットを出力することができることが決められることを特徴とする請求項３から７の何れか１項に記載のホログラフィック３次元表示方法。
9. 前記それぞれの取り込みユニット及び前記それぞれの投影ユニットの少なくとも一方の結像品質は、視野角、分解能、輝度、コントラスト、色階調、及び彩度などを含み、従来の一般的な２次元画像表示の基準を適用することができることを特徴とする請求項３から８の何れか１項に記載のホログラフィック３次元表示方法。
10. 前記それぞれの取り込みユニット及び前記それぞれの投影ユニットの少なくとも一方のアンカー原則は、１）それぞれの取り込み・投影ユニットに処理される投影図画像は、アンカー点Ｒ（Ｒ'）とサンプリング点Ｓ_ｍｎ（Ｓ'_ｍｎ）とを結んだ線により決められる空間スペクトル方向における３次元オブジェクトＯの幾何学的投影を代表し、即ち、画像平面は、それぞれの取り込み・投影方向の法平面であること、２）それぞれの投影図画像は、前記画像平面内においてそれぞれの取り込み・投影ユニットの結像光軸方向に沿って回転することがないことにあることを特徴とする請求項３から９の何れか１項に記載のホログラフィック３次元表示方法。
11. それぞれの取り込みユニット及びそれぞれの投影ユニットの少なくとも一方に処理される空間スペクトルの投影図情報に対して、対応する図形の歪み及びフォーカスの調整を行うことを特徴とする請求項３から１０の何れか１項に記載のホログラフィック３次元表示方法。