JP4988705B2 - 制御可能照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、プライマリ光源のバックライトを有する照明マトリクスと、制御可能光変調器とから構成される制御可能な照明装置であって、これにより、画像形成マトリクスが、該光変調器の光を、光が完全に透過する再生成マトリクス（reproduction matrix）を経由して、少なくとも１人の観察者に対して束状に導く、照明装置に関する。再生成マトリクスは、モノスコピック情報又はステレオスコピック（立体）情報を有する、ステレオスコピック・ディスプレイ又はホログラフィック・ディスプレイとすることができる。プライマリ光源は、点形状光源、線形状光源、又は、線光源ごとに少なくとも１つの光放射エレメントを有する面形状光源としてもよい。

２次元表示用ディスプレイは、一般に、再生成マトリクスを照明する、いわゆるバックライトを備えている。画像の輝度を一様にするために、バックライトは、再生成マトリクスと少なくとも同程度の大きさの、均一な輝度を持つ表面領域を有していることが必要である。これに対して、立体視を実現する自動立体３次元ディスプレイ（ＡＳＤ：Autostereoscopic 3D display）においては、再生成マトリクスも均一に照明する必要があるが、観察空間に対しては必要ない。ここでは、観察者の左右の眼がオブジェクトの異なるビューを観察するように、再構成されたオブジェクトの異なる透視ビュー（perspective view）が観察空間の隣接する領域へ別個に導かれ、これにより観察者は３次元の再構成を知覚する。従って、このような方向付けられた照射を実現するために、周期的に配列された円筒形状のレンズを有する画像形成マトリクスが、しばしば、線光源を経由して照明される。

１以上の観察者が移動した場合、好適には彼らの位置の変化が検知され、これにより対応するビューが追跡されて、立体の印象が観察者に対して維持される。このため、光源の距離と位置との少なくともいずれかは、可変としてもよい。自動立体ディスプレイの代えて、ホログラフィック・ディスプレイが再生成マトリクスとして使用される場合、観察可能な領域を追跡可能とするために、線形状光源の配置を可変とすることも必要である。このことは、特許文献１の出願人が開示しているように、追跡ビュー・ウィンドウを有するホログラフィック・ディスプレイが使用された場合に特に当てはまる。

特許文献２の出願人が説明しているように、有向照明装置が一般的に使用している大面積バックライトは、強度制御を行うために、通常、シャッタとして動作するＬＣＤパネルと組み合わされている。このシャッタは、大面積バックライトが放射した光を所望の位置でのみ通過させる、制御可能な透過・吸収領域の規則的な配置から構成される。透過領域は、上述の透視ビューを追跡可能にするために適切な態様で移動される。このため、シャッタ上の透過な行または列は制御することができる。光の大部分は、シャッタの、あまり透過的でない領域、または全く透過的でない領域により吸収される。このように光の大部分が吸収されることにもかかわらず十分な画像の明るさを達成するために、非常に強力なバックライトが必要になる。このような強力なバックライトは、購入コストという点でもエネルギー消費という点でも高価である。さらに、吸収された光はディスプレイを非常に加熱する。また、シャッタの拡散光は、ステレオ（画像）のコントラストの減退を導いてしまう。

特許文献３には、光を空間中の観察者の目に対して集光する他の装置が開示されている。これは、３次元的に位置決め可能なバックライトを採用している。複数の構成が説明されている。３次元バックライト中で作動可能な光源は、画像形成システムにより観察者の眼において像形成され、観察者の移動に応じて追跡される。従って、観察者への経路中で、光は再生成マトリクスを透過し、再生成マトリクスは観察者の左右の眼に対して交互に画像を提供する。この方法の欠点は、３次元バックライトがもたらす自動立体ディスプレイの奥行きが非常に大きいことと、画像形成レンズの直径が極めて大きいことである。光軸の外でそのような大きなレンズの収差を制限するために、十分に大きな焦点距離を選択しなければならず、これにより装置の奥行きが非常に大きくなってしまう。さらに、装置は非常に重く、３次元的に位置決め可能なバックライト製造が困難である。

また、制御可能なシャッタマスクではなく、有向光を生成するホログラムを使用している、モノスコピック・自動立体ディスプレイ照明システムが知られている。特許文献４には、コリメート（並行）・バックライトと、一方が他方の背面に設けられた２つのホログラムとから構成される照明システムが記載されている。この空間的にインタリーブされた２つのホログラムは、１人の観察者に対して左右の観察可能な領域を生成する。インタリーブされたホログラムのピッチは、情報ディスプレイのピッチにより定義され、記録処理中は固定である。しかしながら、このような構成のために、例えば、観察者が横に移動した場合、この照明システムは、観察領域を追跡するのに必要となるであろう制御を行うことができない。観察領域を追跡可能とするのに必要となるであろう、ホログラムの再符号化は行われない。

特許文献５に記載された照明システムは、光源と、一方が他方の背面に設けられた多数のホログラムとから構成されている。これらのホログラムは、衝突する光が回折するアクティブ状態と、回折効果が全くないパッシブ状態との間で切り替え可能なように制御される。ホログラムを再符号化することによって可変光源パターンを生成することはこの発明の主題ではない。

また、特許文献６は、反射型照明の配置と組み合わせて制御可能なホログラフィック光学エレメント（ＨＯＥ：Holographic Optical Element）を使用することを説明している。情報ディスプレイの光学パスは、従って、２つの別個の可視領域へ分割される。このようにして、情報ディスプレイの透過型照明のための方向付けられていないバックライトと共に、２次元モードと３次元モードとの間での切り替えが可能となっている。

さらに、上述のホログラムを採用している装置及び方法は、主要な照明システムに作用しないが、バックライトにより放射された光全体を常に補正する。従って、電力消費が大きく、発熱するという欠点は解決されていない。
ＤＥ１０３５３４３９ ＯＳ１０３３９０７６Ａ１ ＷＯ０３／０５３０７２ ＷＯ０２／１２９３０Ａ１ ＷＯ００／４３８４１ ＧＢ２４０４９９１Ａ

本発明の目的は、表面領域全体から光を放射しない３次元ディスプレイにおいて、構造化された照明手段を生成する制御可能照明装置であって、該照明装置は、３次元表現のステレオコントラストが大きくなるように、再生成マトリックスを均一に照明するために用いられる、制御可能照明装置を提供することを目的とする。同時に、制御可能照明装置は、使用される画像形成マトリクスの光学収差（optical aberration）を補正するとともに、便利な多ユーザ動作を実現するために、提供することも意図されている。

上記の目的は、プライマリ光源のマトリクスと制御可能光変調器とを有し、光を、再生成マトリクスを介して、観察平面内の観察者の左右の眼に対して交互に導く、照明装置による発明的態様において達せられる。本発明のコンテキストにおいては、「制御可能光変調器」という用語は、２次元マトリクスにおける座標に基づいて、光の位相と振幅との少なくともいずれかを変調する光変調器を示している。

本発明の第１の特徴によれば、プライマリ光源のマトリクスは、制御可能光源上でコンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ：Computer-Generated Hologram）を符号化することによって、構造化された照明マトリクスを生成し、これにより、観察者の眼の位置に基づいて構成可能な照明を実現するために、可変パラメータを用いた符号化が実行される。プライマリ光源のマトリクスは上記のＣＧＨを照明する。本発明の第２の特徴によれば、ＣＧＨは、再生成マトリクスを照明するセカンダリ配光を有し、観察者の個々の眼に光束を集束させる、セカンダリ光源のマトリクスを、後方の少なくとも一つの平面内で再構成する。

これにより、プライマリ光源のプライマリ配光を、観察者の位置に基づくセカンダリ光源の必要なセカンダリ配光へ変換することが可能となる。プライマリ光源は、点形状光源、線形状光源、あるいは面形状光源としてもよい。再構成されたセカンダリ光源は、セカンダリ配光を有する、点光エレメント、線光エレメント、あるいは、面光エレメントを任意に備えるマトリクスを形成する。

例えば、移動している観察者を追跡したり、複数の観察者に光を供給したりするために、観察可能領域を、好適には複数の手法を用いて、オン／オフを切り替えたり、移動させたり、あるいは追跡したりすることができる。また、全マトリクスのプライマリ光源、または、このマトリクスの選択された光源の、位置又は強度を、特定のホログラム符号化を維持しながら変化させたり、あるいは、プライマリ光源を変化させずに、符号化されたＣＧＨを修正したりすることができる。さらには、これらの２つの手法を組み合わせることもできる。これらの手法によれば、セカンダリ光源を複数の平面上で同時に好適に再構成することができ、これによりいわゆる３次元バックライトが形成される。このようにして、多数の観察者に対して、光束、つまり３次元シーンを、同時に提供することができる。あるいは別の構成では、所望の情報を、一方の観察者には３次元モードで提供し、他方の観察者にはモノスコピック・ビューで提供する。セカンダリ配光は、マトリクスのセカンダリ光源の、構成、数、及び、強度により修正することができる。

画像形成マトリクスの画像形成エレメントの像面湾曲（field curvature）等の光学収差は、ＣＧＨを符号化するときにそのような収差を補正することにより、好適に防止することができる。符号化に使用されるＳＬＭは、透過型又は反射型にすることと、光の位相及び振幅の少なくともいずれかを変調することが可能な、回折光学エレメント（ＤＯＥ：diffractive optical element）である。これは更にほぼ位相型（phase-mostly）又はほぼ振幅型（amplitude-mostly）のＣＧＨとしてもよい。個々の実施形態では、光束を形作り、曲折させ、または、遮るために使用される光学エレメントを、光変調器の正面又は背面に設けてもよい。さらなる実施形態では、拡散光と回折次数の高い光を吸収し、セカンダリ光源の広がりを制限するために、他の透過型制御可能光変調器の後に制御可能光変調器を設けることができる。

実際に使用されるディスプレイの画像形成マトリクスは、並行に配置されたレンチキュールを有するレンチキュラ、レンズアレイ、または、ホログラフィック光学エレメント（ＨＯＥ：holographic optical element）としてもよい。画像形成マトリクスのエレメントは、調整可能としてもよい。ホログラフィック・ディスプレイに情報を表示するために、ホログラムにより符号化された再生成マトリクスが使用された場合、ホログラムを再構成可能とするために、プライマリ光源とセカンダリ光源との、十分な空間的コヒーレンスと時間的コヒーレンスを保証するための注意を払う必要がある。他の好適な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本明細書で上述した手段の構成によれば、光の効率的な使用を実現する自動立体ホログラフィック・ディスプレイにおいて照明手段として使用される、設定変更可能で制御可能な光源が提供される。セカンダリ光源を生成する際に広く吸収するエレメントを避けることによって、光の使用エネルギーの損失が最小限になる。これにより、低強度のプライマリ光源をバックライトとして使用することが実質的に可能となり、従って、低消費電力と低熱生成が実現される。従来技術の装置と比較すると、光量が低減化されており、これによって、拡散する光が減少し、他方の眼へのクロストークが最小限になるため立体コントラストが改善する。従って、本発明に係る照明装置は、従来のバックライトにみられた欠点を回避しており、画像形成マトリクスが生成した光学収差を補正するという付加的オプションをも備えている。

プライマリ光源と再生成マトリクスとの距離を変えることなく、複数平面内での再構成を通してセカンダリ光源の３次元的位置を継続的に変化させることを可能にしたことは、従来技術の装置のプライマリ光源の３次元的構成と比較して技術的及び経済的に大きな改善点である。このことは、マルチユーザ・ディスプレイと組み合わせた場合に、特に利点となる。

以下、本発明に係る照明装置を詳細に説明する。全ての図面は上面図である。

本発明に係る制御可能照明装置について、再生成マトリクスにより画像情報がシーケンシャルに提供され、レンチキュラを有する自動立体ディスプレイを画像形成マトリクスとして使用して、以下、説明する。自動立体ディスプレイがマルチユーザ・ディスプレイであり、照明マトリクスが、例えば、再生成マトリクスを照明し、観察者の眼に対して光束を導く、線形状光源を有するならば、第１の観察者の左右の眼のための線形状光源に加えて、さらなる観察者の眼のためにさらなる線形状光源が必要となるだろう。このような種類の照明は、本発明に係る解決手法により実現される。

図１は、本発明に係る制御可能照明装置の詳細を模式的に示す図である。具体的には、プライマリ光源のマトリクス１の一部と、部分ホログラム（ＣＧＨ）が符号化される光変調器（ＳＬＭ）の一部と、セカンダリ光源のマトリクス２の一部とが示されている。光源１１, ..., １ｎを有するプライマリ光源のマトリクス１において、光源１ｈが作動しており、部分ホログラムを照明している。この部分ホログラムは、例示の一つの平面に等距離で全てが配置された光源２１, ..., ２ｎを有する、セカンダリ光源のマトリクス２を再構成する。

１つのプライマリ光源の代わりに、異なる強度を有する複数のプライマリ光源を作動させてもよい。複数のプライマリ光源により部分ホログラムを同時に照明してもよい。

選択されたプライマリ光源１ｈと部分ホログラムを用いて、図２は、横に移動している観察者を追跡するために、プライマリ光源１ｈによって、セカンダリ光源２ｈがどのように置き換えることができるかを示す図である。簡単のため、同図では、一つのプライマリ光源１ｈと一つのセカンダリ光源２ｈ、および、移動後のプライマリ光源１ｉと対応して再構成されたセカンダリ光源２ｉだけを示している。

図３は、セカンダリ光源のマトリクス２により放射され、画像形成マトリクスを構成するレンチキュラ３を通過する光束を示している。画像形成マトリクスは、光束を、自動立体ディスプレイの再生成マトリクス４を経由して、観察者の左眼Ｅｌに導いている。レンチキュラのレンチキュールに対する再構成されたセカンダリ光源２１, ..., ２ｎ（図１参照）の位置および距離は、これらのレンチキュールにより放射された光束が観察者の左眼Ｅｌ上に適合するように選択される。異なる位置にセカンダリ光源２１, ..., ２ｎを生成することによって、他の眼も同時に照明することができる。さらなる光源を作動させることによって、他方の眼Ｅｒに対し異なる画像情報を同時に提供することができる。

図４は、本発明に係る制御可能照明装置を備える自動立体マルチユーザ・ディスプレイの詳細を模式的に示す図である。図４では、再生成マトリクス４において画像情報が提供される観察者の右眼Ｅｒに対する、ディスプレイ中の光学経路も示されている。光束または拡散光を形成、屈折、または、部分的な吸収を行う追加的な光学エレメントを、ＣＧＨの正面または背面における複数の平面に設けてもよい。あるいは、例えば、マトリクス２のセカンダリ光源を置き換えることによって、図２に例示した方法も左眼Ｅｌを照明するために用いることができ、これにより左眼は同時又は逐次的に情報を受け取ることができる。

図５は、ＣＧＨの詳細と、それにより再構成された、光源２ｇ、２’ｅを有するセカンダリ光源のマトリクス２、２’を模式的に示す図である。これらの２つのマトリクスの後には、レンチキュラ３と、異なる観察平面に存在する２人の観察者の右眼Ｅｒ１、Ｅｒ２とが存在する。

以下、制御可能照明装置の動作原理について詳細に説明する。図面はどれも、部分ホログラム等のように、個々のコンポーネントの一部しか示していない。しかし、以下の説明は、ホログラム等のように、エレメント全体を常に参照する。

図１において、プライマリ光源のマトリクス１はＳＬＭ内に設けられたＣＧＨを照明する。このマトリクスは光源１１, ..., １ｎから構成され、各光源は１以上の光放射エレメントにより実現される。これらの光源は、点形状光源としても、線形状光源としても、あるいは、面形状光源としてもよい。プライマリ光源のマトリクス１は、ＣＧＨ上に衝突する配光が変化可能なように制御される。従って、全てのプライマリ光源１１, ..., １ｎを作動させる必要はない。しかし、ＣＧＨは、プライマリ光源のマトリクス１全体で照明することもできる。このような照明を行う場合は、ＣＧＨを再構成するのに用いられるプライマリ光源１が放射する光が空間的及び時間的にコヒーレントであることが前提である。

ＣＧＨを符号化するのに用いられるＳＬＭは、典型的には、制御可能回折光学エレメントであり、これは伝播又は反射において動作することができる。これは、好適には、セル上に衝突する光の位相と振幅との少なくともいずれかに作用するセルのマトリクスから構成される。これらのセルは液晶セル又は微小機械鏡（micro-mechanical mirror）としてもよい。あるいは、音響光学的アドレス可能空間光変調器（ＡＯＳＬＭ：acousto-optically addressable spatial light modulator）等の、連続的に変化可能なＳＬＭをホログラム符号化に用いてもよい。ＤＯＥにＣＧＨの複雑な振幅値を表現させるために、広く知られた方法が用いられる。照明手段の使用を最小限にしつつ輝度の最大化を実現することが目的であるため、好適には、光の位相のみ、又は、ほぼ位相のみが作用するようにＤＯＥが使用される。したがって、好適には、いわゆる位相ホログラムが示される。さらに、位相変調エレメントと振幅変調エレメントとを組み合わせることもできる。例えば、振幅変調ＤＯＥは、隣接するＤＯＥセルに異なる位相を割り当てる位相マスクと組み合わせることができる。

ＣＧＨは、プライマリ光源のマトリクス１により放射された光を用いて、セカンダリ光源のマトリクス２を再構成する。このセカンダリ光源のマトリクス２は、自動立体ディスプレイ又はホログラフィック・ディスプレイの透過型再生成マトリクス４を照明するために必要な、所望のセカンダリ配光を出力する。セカンダリ光源は、点形状光源、線形状光源、又は、面形状光源を形成する必要があるかもしれない、１以上の光放射エレメントを有している。これらは再生成マトリクス４に適合するように選択される。例えば、線形状光源は、レンチキュラを画像形成マトリクスとして使用する自動立体ディスプレイにおいて好適である。観察者に対する均質な配光を実現するために、ＣＧＨは、例えば、互いに隣接する位置に存在する複数の平行な線形状光源を再構成する。画像形成マトリクス等を有する自動立体ディスプレイは水平視差（horizontal parallax）を示すだけである。これに対して、セカンダリ点形状光源のマトリクスは、水平視差及び垂直視差を示す自動立体ディスプレイに必要である。

自動立体ディスプレイがマルチユーザ・ディスプレイとして使用される場合、全てのセカンダリ光源２１, ..., ２ｎが同一平面内で再構成されるわけではない。図５に示すように、（ここで一例として選択されている）セカンダリ光源２ｇ及び２’ｅは、ＣＧＨによって２つの異なる平面内で再構成され、これらの光束は、レンチキュラ３のレンチキュールを通過して、異なる観察平面内に存在する２人の観察者の眼Ｅｒ１及びＥｒ２に対して同時に導かれる。セカンダリ光源２ｇ及び２’ｅを異なる平面内に再構成することが可能であることから、光束の側方の開きを変化させることができる。従って、観察平面内における光束の側方の開きは、レンチキュラ３の焦点距離と、セカンダリ光源とレンチキュラとの距離、及び、レンチキュラと眼の存在する平面との距離のそれぞれと、の両方により規定される。従って、観察者の軸方向の移動、すなわち、ディスプレイから離れる、又は、近づくような移動に基づいて光束を追跡するために、観察平面内の光束の広がりを調整することが必要になってもよい。説明している例のように、再生成マトリクス４（不図示）に対して異なる距離に複数の観察者が存在する場合、各観察者に対してセカンダリ光源を同時に再構成することによって、セカンダリ光源の３次元マトリクスが生成される。このようにして、制御された３次元の照明が実現される。観察者の眼は必要な量の光を受け取り、画像情報のクロストークは防止される。

観察者の数及び位置と、使用されるレンチキュラの焦点距離や、システムの個々の光学的コンポーネント間の距離などのシステムパラメータに基づいて、ＣＧＨは計算され、後方の平面内でセカンダリ光源のマトリクス２を生成する。光束が観察者へ追跡される場合、変更されたＣＧＨがＳＬＭ内で符号化されるだろう。図２に示すように、他の追跡オプションによって少なくとも一つのプライマリ光源１ｈが位置１ｉへ置き換えられ、これによりセカンダリ光源２ｈが再構成される。言い換えれば、プライマリ光源１ｉを作動し、１ｉにより放射された光がＣＧＨによって変調され、これによりセカンダリ光源２ｉが再構成される。さらに、これら２つの手法を組み合わせることもできる。

セカンダリ光源２１, ..., ２ｎの距離及び形状は、実際に計算されたホログラムとプライマリ光源１１, .., １ｎの形状とにより規定される。ホログラムを再計算することによって、セカンダリ光源２１, ..., ２ｎをマトリクス全体として又は個別に置き換えることと、個々のセカンダリ光源２１, ..., ２ｎの間の距離を変更することと、その数を変更することとが可能である。また、セカンダリ光源のマトリクス２全体を置き換えることは、ＣＧＨを変更せずに、プライマリ光源のマトリクス１を置き換えることによっても実現可能である。実際には、このような置き換えによって、光束は、一方の眼から他方の眼へ再設定されることになる。

ＣＧＨを計算する場合、観察者の左右の眼の位置の周囲の十分大きな領域が照明されることと、観察者は再生成マトリクスを均質な明るさで観察することに注意を払う必要がある。このような要件に基づくと、ホログラムを計算する場合、例えば、光行差を補正するための補正措置だけでなく、セカンダリ光源２１, ..., ２ｎの位置及び強度分布を考慮しなければならない。

セカンダリ光源を軸方向に置き換えることによって、レンチキュラ４のレンチキュールの像面湾曲を補正することができる。光束がレンチキュール又はレンズ上にその光軸の角度で衝突する場合、像面湾曲は作用する。このような光行差を補正するために、これに応じて、対応するセカンダリ光源の再構成を軸方向に置き換えることが可能である。これは、光軸に対する光束の入射角度に基づいてホログラムを適切に変更することにより実行される。さらに、セカンダリ光源２１, ..., ２ｎを生成する光束の開口角を、観察位置に基づいて変更してもよい。

照明装置の他の実施形態は、プライマリ配光及びセカンダリ配光を前処理及び後処理するための、ＣＧＨの正面又は背面の平面内に設けられた、追加的な光学エレメントにより規定される。これらのエレメントは、回折するための屈折性を有していても、あるいは、アパーチャ（開口）として作用してもよい。例えば、ホログラムをより効率的に照明するために、プライマリ光源のマトリクス１とＣＧＨとの間に、レンズを設けてもよい。

プライマリ光源のマトリクス１それ自体にすでにあるように、例えば線光源を形成する、成形された（prefabricated）ＤＯＥを用いて、光源を形作ってもよい。さらに、光束の向きを変える（リダイレクトする）エレメントは、ホログラム２とセカンダリ光源のマトリクス３との間に設けてもよい。このようなリダイレクトエレメントは、発散した光束を平行な又は集束している光束へ変換する。

さらに、回折していない残りの光や望ましくない高次の回折次数を排除するアパーチャを、ＣＧＨと、セカンダリ光源のマトリクス２との間に設けてもよい。個々の光源の間で位置と距離との少なくともいずれかが変化する場合は、これらのアパーチャはセカンダリ光源のマトリクスに対して調整する必要がある。このため、設定変更可能なアパーチャを、例えば、個々のセルが可変透過率を有する透過型ＬＣＤパネルの形態において、この目的で使用することは好適である。必要ならば、設定変更可能なアパーチャを、セカンダリ光源２の広がりを制限するために使用してもよい。

制御可能照明装置の他の実施形態においては、ＳＬＭは、これに応じて構成が変化するプライマリ光源１によって照明される反射型ＳＬＭとすることができる。

セカンダリ光源のマトリクス２が、ホログラフィック・ディスプレイ内でホログラフィック符号化された再生成マトリクス４を照明するために使用されている場合、セカンダリ光源の必要な空間的及び時間的なコヒーレンスに注意する必要がある。

実際には、対応するセカンダリ配光が再構成される多数の観察者の眼の位置を考慮して、自動立体ディスプレイまたはホログラフィック・ディスプレイとともに制御可能照明装置を実現する場合は、個々のＣＧＨを事前に計算しておき、ルック・アップ・テーブル（ＬＵＴ）に格納しておくことが好適である。

プライマリ光源と、作動中の光源に照明され、平面内にセカンダリ光源を再構成するホログラムと、を有する照明装置を示す図である。 プライマリ光源の位置を変えることによってセカンダリ光源のマトリクスをどのように修正することができるかを示す、プライマリ光源と対応するセカンダリ光源とを示す図である。 セカンダリ光源から放射され、画像形成マトリクスを形成するレンチキュラを経由して導かれ、自動立体ディスプレイの再生成マトリクスと観察者の左目を照明する、光束を示す図である。 本発明に係る照明装置を有する自動立体マルチユーザ・ディスプレイの一般的な設計を模式的に示す図である。本図はディスプレイにおける観察者の右眼への光学経路も示している。 異なる観察平面に存在する２人の観察者に対する、ＣＧＨが再構成したセカンダリ光源を示す図である。

Claims (17)

1. 再生成マトリクスと画像形成マトリクスとを有する３次元ディスプレイのための制御可能照明装置であって、
   光源ごとに少なくとも１つの光放射エレメントを有するプライマリ光源の照明マトリクスと、
   光が、前記再生成マトリクスを照射し、前記画像形成マトリクスから観察平面内の観察者の各眼に対して束状に導かれる、制御可能光変調器（ＳＬＭ）と、
   を備え、
   コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）が、前記制御可能光変調器（ＳＬＭ）内で符号化され、プライマリ光源（１１, ..., １ｎ）により照明され、
   前記符号化は、観察者の眼の位置に基づいて設定可能な照明を実現するために可変パラメータを用いて実行され、
   前記制御可能光変調器（ＳＬＭ）の後方の少なくとも１つの平面内で、セカンダリ配光を有するセカンダリ光源のマトリクス（２）が前記コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）により再構成される
   ことを特徴とする制御可能照明装置。
2. 前記再生成マトリクス（４）は、自動立体ディスプレイまたはホログラフィック・ディスプレイである、請求項１に記載の制御可能照明装置。
3. 前記プライマリ光源のプライマリ配光は、前記観察者の位置に応じて、前記セカンダリ光源のセカンダリ配光へ変換される、ことを特徴とする請求項１に記載の制御可能照明装置。
4. 所定のホログラム符号化を維持しながらマトリクス全体における前記プライマリ光源または当該マトリクスの選択された光源の位置または強度を変化させることと、前記プライマリ光源を変化させずに符号化された前記コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）を修正することと、の少なくともいずれかを実行することを特徴とする請求項１に記載の制御可能照明装置。
5. 前記セカンダリ光源は複数の平面上で同時に再構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の制御可能照明装置。
6. 前記セカンダリ光源（２１, ..., ２ｎ）は、セカンダリ配光を有する、点形状光エレメント、線形状光エレメント、または、面形状光エレメントを任意に備えるマトリクスを形成する、請求項１に記載の制御可能照明装置。
7. 前記セカンダリ配光は、前記プライマリ光源（１１, ..., １ｎ）を変更することと、前記コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）の前記符号化を変更することと、の少なくともいずれかにより修正される、請求項１に記載の制御可能照明装置。
8. 前記セカンダリ配光は、セカンダリ光源（２１, ..., ２ｎ）の数と、個々の光源間の距離とに関して可変である、請求項１に記載の制御可能照明装置。
9. 前記セカンダリ光源（２１, ..., ２ｎ）は、横方向だけでなく軸方向にも移動可能である、請求項１に記載の制御可能照明装置。
10. ホログラム符号化を行う前記制御可能光変調器（ＳＬＭ）は、透過型エレメントまたは反射型エレメントである、請求項１に記載の制御可能照明装置。
11. 前記制御可能光変調器（ＳＬＭ）の前方または後方には、光束を、形成、屈折、または、除去する、さらなる光学エレメントが存在する、請求項１に記載の制御可能照明装置。
12. 符号化されたＣＧＨを有する前記制御可能光変調器の後方には、拡散光と回折次数の高い光を除去するとともに、前記セカンダリ光源の広がりを制限するための可変開口部を有する、他の透過型制御可能光変調器が存在する、請求項１に記載の制御可能照明装置。
13. 前記画像形成マトリクスは、並行に配置されたレンチキュールを有するレンチキュラ、レンズアレイ、または、ホログラフィック光学エレメント（ＨＯＥ）のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の制御可能照明装置。
14. 前記制御可能光変調器（ＳＬＭ）は、伝播または反射において動作する制御可能回折光学エレメント（ＤＯＥ）、セル上に衝突する光の位相と振幅との少なくともいずれかに作用するセルのマトリクス、または、音響光学的アドレス可能空間光変調器（ＡＯＳＬＭ）のような連続的に変化可能な制御可能光変調器、のいずれかである、ことを特徴とする請求項１に記載の制御可能照明装置。
15. 多数の観察者の眼の位置に対応する前記セカンダリ配光と、個々の前記コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）は、事前計算されてルック・アップ・テーブル（ＬＵＴ）に格納される、請求項１に記載の制御可能照明装置。
16. 前記３次元ディスプレイは、前記再生成マトリクス（４）としてホログラフィック・ディスプレイを有し、
    前記再生成マトリクス（４）のホログラムを再構成するために使用される、前記プライマリ光源及び前記セカンダリ光源は、十分な空間的及び時間的コヒーレンスを示す、
    請求項２に記載の制御可能照明装置。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の制御可能照明装置を備える３次元ディスプレイ。