JP2010008822A - Hologram display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大画面化と広視域角化を同時に可能とするホログラム表示技術に関し、具体的には、アナモルフィック光学系を用いて空間光変調器の出力を垂直方向に拡大するとともに水平方向に縮小した縦長の変調光を水平方向に走査することで、水平画素ピッチを小さくして水平視域角を拡大できるとともに、ホログラム画像の大画面化を可能とするホログラム表示装置に関する。 The present invention relates to a holographic display technology that enables a large screen and a wide viewing angle at the same time. Specifically, the output of a spatial light modulator is expanded in the vertical direction using an anamorphic optical system, and also horizontally. The present invention relates to a holographic display device that can horizontally expand the horizontal viewing angle by reducing the horizontal pixel pitch by scanning the vertically modulated light reduced in the direction in the horizontal direction, and can increase the screen size of the hologram image.
ホログラム表示技術として、空間光変調器（ＳＬＭ）を用いて干渉縞を表示する技術、音響光学素子（ＡＯＭ）を用いてホログラム走査線の分布を進行超音波として流してレーザ光を変調する技術、高フレームレートディスプレイと光書き込み型空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）を用いた技術が知られている。
たとえば、図５に示すホログラム表示装置７では、ＳＬＭ７１に光の波長オーダの干渉縞Ｉを表示し、この干渉縞Ｉに、レーザ光ＬＢを照射することで、再生波Ｘを発生させ、観察者の眼Ｅに、理論上、立体像を再現することができる。ＳＬＭ７１は、入射した光に空間的な変調を与える光学装置であり、光の振幅、位相、あるいはその両方を電気的入力情報Ａにより任意にコントロールすることができる。
As a hologram display technique, a technique for displaying interference fringes using a spatial light modulator (SLM), a technique for modulating laser light by flowing a distribution of hologram scanning lines as traveling ultrasonic waves using an acousto-optic element (AOM), A technique using a high frame rate display and an optical writing type spatial light modulator (OASLM) is known.
For example, in the hologram display device 7 shown in FIG. 5, the interference fringe I having the wavelength order of the light is displayed on the SLM 71, and the interference fringe I is irradiated with the laser beam LB, thereby generating the reproduction wave X and the observer. Theoretically, a stereoscopic image can be reproduced on the eye E. The SLM 71 is an optical device that applies spatial modulation to incident light, and can arbitrarily control the amplitude, phase, or both of the light by electrical input information A.
しかし、実際には、光の波長オーダ（１μｍオーダ）の分解能（画素ピッチ）を有するＳＬＭ７１は存在せず、したがって、実用できるホログラム表示装置は提供されていない。ＳＬＭ７１としては液晶表示パネルが有名であるが、液晶層の厚さが少なくても３μｍ程度は必要であり、これより小さな画素ピッチを実現することは原理的に困難である。 However, in practice, there is no SLM 71 having a resolution (pixel pitch) of light wavelength order (1 μm order), and therefore a practical hologram display device is not provided. A liquid crystal display panel is well known as the SLM 71, but a liquid crystal layer thickness of at least about 3 μm is necessary, and it is theoretically difficult to realize a pixel pitch smaller than this.
また、従来の二次元ディスプレイでは、画面サイズを拡大したい場合には、画素ピッチを拡大すればよいが、ホログラム表示装置では、干渉縞Ｉを利用しているが故に、画面サイズを大きくするために、ＳＬＭ７１の画素ピッチを拡大するといった手法を採用できない。このため、ＳＬＭ７１には膨大な画素数が必要になる。たとえば、フレネル型ホログラム表示を行う図５のホログラム表示装置では、ＳＬＭ７１の画素ピッチが立体像の視域角を決め、画素数が画面サイズを決めるが、画素ピッチをｐ、画素数をＮ×Ｍ、レーザ光の波長をλとすると、視域角は２ｓｉｎ-1（λ／２ｐ）であり、画面サイズはＮｐ×Ｍｐとなる。たとえば、視域角が３０°で画面サイズが２０インチのホログラム画像の表示を実現するためには、画素ピッチが０．９７μｍで画素数が４２１，０００×３１６，０００の超高精細で莫大な画素数を有するＳＬＭ７１が必要になる。現実にはこのようなＳＬＭを作製することはできない。 In addition, in the conventional two-dimensional display, when it is desired to increase the screen size, the pixel pitch may be increased. However, since the hologram display device uses the interference fringe I, in order to increase the screen size. Therefore, it is not possible to employ a method of enlarging the pixel pitch of the SLM 71. For this reason, the SLM 71 requires an enormous number of pixels. For example, in the hologram display device of FIG. 5 that performs Fresnel hologram display, the pixel pitch of the SLM 71 determines the viewing angle of the stereoscopic image, and the number of pixels determines the screen size, but the pixel pitch is p and the number of pixels is N × M. When the wavelength of the laser beam is λ, the viewing zone angle is 2 sin −1 (λ / 2p), and the screen size is Np × Mp. For example, in order to realize the display of a hologram image with a viewing angle of 30 ° and a screen size of 20 inches, the pixel pitch is 0.97 μm and the number of pixels is 421,000 × 316,000, which is extremely high definition and enormous. An SLM 71 having the number of pixels is required. In reality, such an SLM cannot be produced.
また、たとえば音響光学素子（ＡＯＭ）により、光の波長オーダの回折格子を形成し、この回折格子に、レーザ光を照射することで、ホログラム画像を再現することもできる。ＡＯＭは、入射した光を振幅変調あるいは位相変調する光学装置であり、光の振幅あるいは位相を電気的入力情報により、任意にコントロールすることができる。ＡＯＭを用いたホログラフィでは、垂直視差を放棄することで、垂直方向の画素ピッチおよび画素数を、通常の二次元表示ディスプレイと同じにすることができる。このように垂直視差を放棄し水平視差のみをもつホログラムはＨＰＯ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｐａｒａｌｌａｘ Ｏｎｌｙ）ホログラムと称される。具体的には、水平走査線を１次元ホログラム（ここでは、これをホログラム走査線と呼ぶ）とし、これらを垂直方向に並べてホログラム画像を表示する。 Further, for example, a hologram image can be reproduced by forming a diffraction grating having a wavelength order of light by an acousto-optic element (AOM) and irradiating the diffraction grating with laser light. The AOM is an optical device that modulates the amplitude or phase of incident light, and can arbitrarily control the amplitude or phase of light according to electrical input information. In holography using AOM, by discarding the vertical parallax, the pixel pitch and the number of pixels in the vertical direction can be made the same as those of a normal two-dimensional display. A hologram that abandons vertical parallax and has only horizontal parallax in this way is called an HPO (Horizontal Parallax Only) hologram. Specifically, the horizontal scanning lines are one-dimensional holograms (herein, they are called hologram scanning lines), and these are arranged in the vertical direction to display a hologram image.
具体的には、図６に示すホログラム表示装置８では、ＡＯＭ８１にホログラム走査線の分布を進行超音波として流してレーザ光ＬＢを変調し、ポリゴンミラー８３で高速に水平走査してホログラム走査線を表示するとともに、ガルバノミラー８２で垂直方向に走査することで、レンズ８４を介して、スクリーン８５上に垂直方向に並ぶホログラム走査線を発生させる。この方法は、ＳＬＭによる干渉縞の表示とは、異なる方法でホログラム画像を表示する点に特徴があり、空間走査により、画素数を増やしていると考えることができる。 Specifically, in the hologram display device 8 shown in FIG. 6, the laser beam LB is modulated by causing the hologram scanning line distribution to flow through the AOM 81 as traveling ultrasonic waves, and the polygon mirror 83 scans the hologram scanning line at high speed. In addition to the display, the galvano mirror 82 scans in the vertical direction to generate hologram scanning lines arranged in the vertical direction on the screen 85 via the lens 84. This method is characterized in that a hologram image is displayed by a method different from the display of interference fringes by SLM, and it can be considered that the number of pixels is increased by spatial scanning.
さらに、アクティブ・タイリングと呼ばれる表示手法も提案されている。図７に示すホログラム表示装置９では、多重結像系により、高フレームレートディスプレイ（ＳＬＭ９１）の縮小画像を、レンズ９２とレンズアレイ９３を介して光導電体と液晶からなる光書込み型空間光変調器ＯＡＳＬＭ９５上に複数発生させ、対応するシャッタアレイ９４で縮小画像を選択して光書込み型空間光変調器ＯＡＳＬＭ９５に記録する。高速に表示画像を切り替えながらシャッタを開閉することで、小さな画素ピッチと膨大な画素数を実現できる。この方法の特徴は、時間多重化により画素数を増やしている点にある。 Furthermore, a display method called active tiling has been proposed. In the hologram display device 9 shown in FIG. 7, a reduced image of a high frame rate display (SLM 91) is converted into a photo-written spatial light modulation composed of a photoconductor and liquid crystal via a lens 92 and a lens array 93 by a multiple imaging system. A plurality of images are generated on the unit OASLM 95, and a reduced image is selected by the corresponding shutter array 94 and recorded in the optical writing type spatial light modulator OASLM 95. A small pixel pitch and an enormous number of pixels can be realized by opening and closing the shutter while switching display images at high speed. The feature of this method is that the number of pixels is increased by time multiplexing.
図５のホログラム表示装置７では、可動部分がなく構造が簡単であるが、波長オーダの画素ピッチと莫大な画素数を有するＳＬＭは実際には存在しない。
また、図６のホログラム表示装置８では、立体像表示のフレームレートと水平走査線数の積で水平走査周波数が与えられるが、これが非常に高い周波数になることが問題である。これに加え、図６のホログラム表示装置８では、水平走査および垂直走査の２次元的な機械走査機構を必要とするため、装置が複雑になるなどの問題がある。
さらに、図７のホログラム表示装置９では、複雑な構成をもつ多重結像系を用いる必要がある、シャッタアレイ９４のうち開いていのは常に１個のシャッタだけであるため光の利用効率が低い、という問題がある。
In the hologram display device 7 of FIG. 5, there is no movable part and the structure is simple. However, there is actually no SLM having a pixel pitch of a wavelength order and an enormous number of pixels.
Further, in the hologram display device 8 of FIG. 6, the horizontal scanning frequency is given by the product of the frame rate of the stereoscopic image display and the number of horizontal scanning lines, but there is a problem that this becomes a very high frequency. In addition to this, the hologram display device 8 of FIG. 6 requires a two-dimensional mechanical scanning mechanism of horizontal scanning and vertical scanning, which causes problems such as complexity of the device.
Further, in the hologram display device 9 of FIG. 7, it is necessary to use a multiple imaging system having a complicated configuration, and since only one shutter is always open in the shutter array 94, the light use efficiency is low. There is a problem.
本発明の目的は、大画面化と広視域角化を同時に可能とし、鮮明なホログラム表示技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、機械走査周波数を低く抑え、複雑な光学系を必要としないホログラム表示技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a clear hologram display technique that enables a large screen and a wide viewing zone angle at the same time.
Another object of the present invention is to provide a hologram display technique that suppresses the mechanical scanning frequency and does not require a complicated optical system.
本発明のホログラム表示装置は、（１）から（１０）を要旨とする。
（１）
レーザ光を入射し当該レーザ光をホログラムの干渉縞情報に基づき順次変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの変調光を順次入射し、当該変調光を、光軸に垂直でかつ相互に交差する二方向の倍率が異なるようにスケール変更して順次出力するアナモルフィック光学系と、
前記アナモルフィック光学系内に設置されスケール変更された変調光を、前記二方向のうちスケール変更の倍率が小さい方向に、要素ホログラムとして順次並べる要素ホログラム走査系と、
を備えたことを特徴とするホログラム表示装置。
The hologram display device of the present invention is summarized as (1) to (10).
(1)
A spatial light modulator that injects laser light and sequentially modulates the laser light based on interference fringe information of the hologram;
An anamorphic optical system that sequentially enters modulated light from the spatial light modulator, and sequentially outputs the modulated light by changing the scale so that the magnifications in two directions perpendicular to the optical axis and intersecting each other are different; ,
An element hologram scanning system that sequentially arranges modulated light that is installed and scaled in the anamorphic optical system as an element hologram in a direction in which the scale change magnification is small in the two directions,
A holographic display device comprising:
空間光変調器は、ＭＥＭＳを使用したもの、液晶を使用したものを用いることができる。
光軸に垂直でかつ相互に交差する二方向は、直交する二方向とすることができる。
空間光変調器からの変調光は、二方向での倍率（典型的には水平方向と垂直方向との倍率）が、一方向では縮小、他方向では拡大となるようにスケール変更することができる。
本発明における、ホログラムの干渉縞情報は、物体で拡散・反射された物体波と参照波を光学的に干渉させてイメージセンサで撮影する、あるいは、コンピュータで干渉をシミュレーションすることで生成できる。干渉縞を空間光変調器に表示し、レーザ光を空間光変調器で変調して生じる再生波が立体像を発生する。
As the spatial light modulator, one using MEMS or one using liquid crystal can be used.
Two directions perpendicular to the optical axis and intersecting each other can be two orthogonal directions.
The modulated light from the spatial light modulator can be scaled so that the magnification in two directions (typically the magnification in the horizontal and vertical directions) is reduced in one direction and enlarged in the other direction. .
In the present invention, the interference fringe information of the hologram can be generated by optically interfering the object wave diffused / reflected by the object with the reference wave and photographing with an image sensor, or by simulating the interference with a computer. Reproduction waves generated by displaying interference fringes on the spatial light modulator and modulating the laser light with the spatial light modulator generate a stereoscopic image.
本来、「ホログラム」は、干渉縞が記録された「物」（光学的なホログラムではホログラム乾板）を意味すべきものであるが、本発明ではアナモルフィック光学系が順次生成するスケール変更された変調光を要素ホログラムと称する。これらの要素ホログラムが並列することで１フレームのホログラムが構成される。要素ホログラムは、隙間がないように繋ぎ合わせてもよいし、一部を重ね合わせるように並列させてもよい。この１フレームのホログラムから回折された再生波が立体像を発生する。
アナモルフィック光学系は、光軸に垂直でかつ相互に直交する方向の、一方向について拡大、他方向について縮小するように構成できる。この場合には、変調光は拡大後に縮小されてもよいし、縮小後に拡大されてもよい。
一方向のスケール変更の倍率を大きくし、スケール変更の倍率が小さい方向へ走査することで、画面サイズの拡大と、スケール変更の倍率の小さい方向の画素ピッチの縮小による視域角拡大が可能になる。
Originally, “hologram” should mean “object” with interference fringes recorded (hologram plate in the case of an optical hologram), but in the present invention, the anamorphic optical system sequentially generates a scaled modulation. Light is called an element hologram. These element holograms are arranged in parallel to form a one-frame hologram. The element holograms may be connected so that there is no gap, or may be arranged in parallel so as to partially overlap. A reproduction wave diffracted from this one-frame hologram generates a three-dimensional image.
The anamorphic optical system can be configured to expand in one direction and contract in the other direction in directions perpendicular to the optical axis and perpendicular to each other. In this case, the modulated light may be reduced after enlargement or may be enlarged after reduction.
By increasing the scale change magnification in one direction and scanning in the direction where the scale change magnification is smaller, the viewing angle can be expanded by expanding the screen size and reducing the pixel pitch in the direction of smaller scale change magnification. Become.
（２）
前記アナモルフィック光学系が、空間光変調器からの変調光を、垂直方向に拡大して出射する垂直方向拡大系と、水平方向に縮小して出射する水平方向縮小系とを備えたことを特徴とする（１）に記載のホログラム表示装置。
アナモルフィック光学系は、上記のように典型的には垂直方向拡大系と水平方向縮小系とにより構成される。垂直方向拡大系および水平方向縮小系は、ともに、シリンドリカルレンズ系（１つまたは複数のレンズ系）により構成することができる。
また、垂直方向拡大系および／または水平方向縮小系を、１つまたは複数のシリンドリカルレンズと１つまたは複数の球面レンズとの複合系とすることもできる。たとえば、垂直方向拡大系を複数のシリンドリカルレンズと１つの球面レンズにより構成し、水平方向拡大系を１つの球面レンズにより構成することができる。
垂直方向に拡大することで画面の垂直幅の拡大と、水平方向に縮小することで水平画素ピッチの縮小による水平視域角拡大が可能になる。
(2)
The anamorphic optical system includes a vertical expansion system for expanding and emitting modulated light from a spatial light modulator in the vertical direction, and a horizontal direction reduction system for reducing and emitting the light in a horizontal direction. The hologram display device according to (1), which is characterized.
As described above, the anamorphic optical system is typically composed of a vertical expansion system and a horizontal reduction system. Both the vertical magnifying system and the horizontal reduction system can be constituted by cylindrical lens systems (one or a plurality of lens systems).
In addition, the vertical expansion system and / or the horizontal reduction system may be a composite system of one or more cylindrical lenses and one or more spherical lenses. For example, the vertical magnifying system can be constituted by a plurality of cylindrical lenses and one spherical lens, and the horizontal magnifying system can be constituted by one spherical lens.
By enlarging in the vertical direction, the vertical width of the screen can be enlarged, and by reducing in the horizontal direction, the horizontal viewing zone angle can be enlarged by reducing the horizontal pixel pitch.
（３）
要素ホログラム走査系が、前記スケール変更された変調光を順次並列させるミラースキャナーを備えたことを特徴とする（１）または（２）に記載のホログラム表示装置。
ミラースキャナーとして、振動ミラーや回転ミラーなどを使用することができる。ミラーの振動の行きと帰りの両方で変調光を並列させることで、ミラーの振動周波数を立体像の表示周波数の半分にできる。
要素ホログラムを走査することで、走査方向への画面サイズの拡大が可能になる。
(3)
The hologram display apparatus according to (1) or (2), wherein the element hologram scanning system includes a mirror scanner that sequentially arranges the modulated light whose scale has been changed.
As a mirror scanner, a vibrating mirror or a rotating mirror can be used. By making the modulated light parallel in both the direction of return and return of the mirror, the vibration frequency of the mirror can be reduced to half the display frequency of the stereoscopic image.
By scanning the element hologram, it is possible to enlarge the screen size in the scanning direction.
（４）
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光が並列される方向に当該変調光を偏向する出射レンズを備えたことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載のホログラム表示装置。
出射レンズとして、シリンドリカルレンズあるいは球面レンズを使用することができる。
出射レンズを用いることで、前記ミラースキャナーや回転ミラーなどで外向きに偏向させた変調光を観察者側に向けることができる。
(4)
4. The hologram display device according to any one of (1) to (3), wherein the anamorphic optical system includes an exit lens that deflects the modulated light in a direction in which the modulated light is parallel.
As the exit lens, a cylindrical lens or a spherical lens can be used.
By using the exit lens, the modulated light deflected outward by the mirror scanner or the rotating mirror can be directed to the observer side.
（５）
前記アナモルフィック光学系が、前記アナモルフィック光学系からのスケール変更された変調光を、前記二方向のうちスケール変更の倍率が大きい方向に拡散する一方向拡散板を備えていることを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載のホログラム表示装置。
前記一方向拡散板として、多数のシリンドリカルレンズで構成されるレンチキュラシート、あるいはホログラフィックデフューザなどを使用することができる。
前記一方向拡散板を用いることで、スケール変更の倍率が大きい方向の視域を拡大することができる。
(5)
The anamorphic optical system includes a unidirectional diffuser that diffuses scaled modulated light from the anamorphic optical system in a direction in which the scale change magnification is large in the two directions. The hologram display device according to any one of (1) to (4).
As the unidirectional diffuser, a lenticular sheet composed of a large number of cylindrical lenses, a holographic diffuser, or the like can be used.
By using the unidirectional diffuser plate, it is possible to enlarge the viewing zone in the direction in which the scale change magnification is large.
（６）
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光の光路上に、少なくとも光軸を含んで前記変調光のほぼ半分を遮蔽する遮光板を備えていることを特徴とする（１）から（５）の何れかに記載のホログラム表示装置。
アナモルフィック光学系が、垂直方向拡大系と、水平方向縮小系とを備えている場合には、垂直方向拡大系，水平方向縮小系の何れかおいて、光路の、上半分または下半分の領域、あるいは右半分または左半分の領域を光軸を含んで遮蔽することができる。
この遮蔽により、ホログラム画像の表示に不要な共役像とゼロ次光を除去することができる。
(6)
(1) to (5), wherein the anamorphic optical system includes a light shielding plate that shields substantially half of the modulated light including at least an optical axis on an optical path of the modulated light. The hologram display device according to any one of the above.
When the anamorphic optical system includes a vertical expansion system and a horizontal reduction system, the upper half or the lower half of the optical path in either the vertical expansion system or the horizontal reduction system The region, or the right half region or the left half region can be shielded including the optical axis.
By this shielding, it is possible to remove the conjugate image and zero-order light that are unnecessary for displaying the hologram image.
（７）
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光の光路上に、前記変調光の中心部分を透過し周辺部分を遮蔽する遮光板を備えていることを特徴とする（１）から（６）の何れかに記載のホログラム表示装置。
アナモルフィック光学系内に、水平方向と垂直方向に光が透過する部分を限定することができる。
この光の透過部分の限定により、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光を除去することができる。
(7)
Any one of (1) to (6), wherein the anamorphic optical system includes a light shielding plate that transmits a central portion of the modulated light and shields a peripheral portion on an optical path of the modulated light. The holographic display device according to claim 1.
In the anamorphic optical system, it is possible to limit a portion through which light is transmitted in the horizontal direction and the vertical direction.
By limiting the light transmission portion, higher-order diffracted light generated due to the pixel structure of the spatial light modulator can be removed.
（８）
前記レーザ光が、前記空間光変調器の順次変調に同期したパルス光であることを特徴とする（１）から（７）の何れかに記載のホログラム表示装置。
前記パルス光の発生は、レーザに半導体レーザを用いた場合には電流変調による直接変調で、気体レーザや固体レーザを用いた場合には光強度変調器による外部変調で実現できる。
このパルス光の発生により、要素ホログラム走査系による要素ホログラムの走査方向へのボケを低減できる。
(8)
The hologram display device according to any one of (1) to (7), wherein the laser light is pulsed light synchronized with sequential modulation of the spatial light modulator.
Generation of the pulsed light can be realized by direct modulation by current modulation when a semiconductor laser is used as the laser, or by external modulation by a light intensity modulator when a gas laser or solid-state laser is used.
Generation of this pulsed light can reduce blur in the scanning direction of the element hologram by the element hologram scanning system.
（９）
前記レーザ光が、前記空間光変調器の順次変調に同期して光強度が変化するあるいはパルス幅が変化することを特徴とする（１）から（８）の何れかに記載のホログラム表示装置。
光強度の変化は、レーザに半導体レーザを用いた場合には電流変調による直接変調で、気体レーザや固体レーザを用いた場合には光強度変調器による外部変調で実現できる。また、光強度を変える代りに、レーザ光のパルス幅を変えることで、光強度変調したのと同等の効果が得られる。
要素ホログラムを並列させる際に、要素ホログラム間に重なりがある場合には、それぞれの要素ホログラム表示時のレーザ光の光強度あるいはレーザ光のパルス幅を変えることで、要素ホログラムの重なり部分での表示階調数を増やすことができ、立体像の表示階調数を増やすことができる。
(9)
The hologram display device according to any one of (1) to (8), wherein the laser light changes in light intensity or pulse width in synchronization with sequential modulation of the spatial light modulator.
The change in light intensity can be realized by direct modulation by current modulation when a semiconductor laser is used as the laser, and by external modulation by a light intensity modulator when a gas laser or solid-state laser is used. Further, by changing the pulse width of the laser light instead of changing the light intensity, the same effect as that obtained by modulating the light intensity can be obtained.
When there are overlaps between element holograms when element holograms are arranged in parallel, display at the overlapped part of element holograms by changing the light intensity of laser light or the pulse width of laser light when displaying each element hologram The number of gradations can be increased, and the number of display gradations of a stereoscopic image can be increased.
（１０）
前記アナモルフィック光学系で、スケール変更の倍率が小さい方向の結像位置を要素ホログラムの表示位置とし、スケール変更の倍率が大きい方向の結像位置を一方向拡散板の位置とすることを特徴とする（１）から（９）の何れかに記載のホログラム表示装置。
このホログラム表示は、アナモルフィック光学系の光軸に垂直でかつ相互に直交する方向の結像位置を異なる位置にすることで実現できる。
水平視差型のホログラム表示では、水平方向（スケール変更の倍率が小さい方向）には光が立体像の位置に集光しシャープな立体像となるが、垂直方向（スケール変更の倍率が大きい方向）には一方向拡散板で光が拡散されるので垂直方向の結像位置を立体像の表示位置付近としてここに一方向拡散板を設置することで垂直方向にもシャープな立体像を得ることができる。
(10)
In the anamorphic optical system, an imaging position in a direction with a small scale change magnification is set as a display position of an element hologram, and an imaging position in a direction with a large scale change magnification is set as a position of a unidirectional diffusion plate. The hologram display device according to any one of (1) to (9).
This hologram display can be realized by setting the imaging positions in the directions perpendicular to the optical axis of the anamorphic optical system and orthogonal to each other to different positions.
In the horizontal parallax type hologram display, light is condensed at the position of the stereoscopic image in the horizontal direction (the direction in which the scale change magnification is small) to form a sharp stereoscopic image, but in the vertical direction (the direction in which the scale change magnification is large). In this case, light is diffused by a unidirectional diffuser, so that a sharp three-dimensional image can also be obtained in the vertical direction by setting the unidirectional diffuser here with the vertical imaging position near the stereoscopic image display position. it can.
本発明は、空間走査と時間多重化により画素数を増やすことで、本発明の効果を奏している。
すなわち、本発明では、直交方向に異なる倍率でスケール変更された変調光（光軸に垂直な断面が細長い光）を発生し、この変調光を走査するようにした。したがって、汎用の空間光変調器（画素数がＳＶＧＡ（８００×６００ｐｉｘｅｌｓ）程度、画素密度２０μｍ／ｐｉｘ程度）を使用して鮮明ながホログラム画像を得ることができる。
The present invention achieves the effects of the present invention by increasing the number of pixels by spatial scanning and time multiplexing.
That is, in the present invention, modulated light (light having a narrow cross section perpendicular to the optical axis) scaled at different magnifications in the orthogonal direction is generated, and the modulated light is scanned. Therefore, a clear hologram image can be obtained using a general-purpose spatial light modulator (the number of pixels is about SVGA (800 × 600 pixels) and the pixel density is about 20 μm / pix).
また、走査方向を一次元とすることができるので、機械部品点数を減らすことができ、構造も簡単にできるので、製造コストを低く抑えることができ、故障率を低減することができる。
本発明では、空間光変調器からの変調光を、垂直方向に拡大しているので、要素ホログラムの垂直幅を大きくでき、これを水平走査することで、ホログラム画像の大画面化が可能となる。
Further, since the scanning direction can be made one-dimensional, the number of machine parts can be reduced and the structure can be simplified, so that the manufacturing cost can be kept low and the failure rate can be reduced.
In the present invention, since the modulated light from the spatial light modulator is expanded in the vertical direction, the vertical width of the element hologram can be increased, and a large screen of the hologram image can be achieved by horizontally scanning this. .
図１は本発明のホログラム表示装置の基本構成を示す説明図である。図１において、ホログラム表示装置１は、空間光変調器１１と、アナモルフィック光学系１２と、要素ホログラム走査系１３とを備えている。
空間光変調器１１は、レーザ光ＬＢを入射し、レーザ光ＬＢをホログラムの干渉縞情報に基づき順次変調する。空間光変調器１１は、ＭＥＭＳを使用したもの、液晶を使用したものが使用できるがこれには限定されない。
FIG. 1 is an explanatory view showing a basic configuration of a hologram display device of the present invention. In FIG. 1, the hologram display device 1 includes a spatial light modulator 11, an anamorphic optical system 12, and an element hologram scanning system 13.
The spatial light modulator 11 receives the laser light LB, and sequentially modulates the laser light LB based on the interference fringe information of the hologram. The spatial light modulator 11 can be one using MEMS or one using liquid crystal, but is not limited to this.
アナモルフィック光学系１２は、空間光変調器１１からの変調光ＬＭ（ｋ）（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）を順次入射し、変調光ＬＭ（ｋ）を水平方向と垂直方向との倍率が異なるように（縦方向では拡大、他方向では縮小するように）スケール変更した要素ホログラムＨＥ（ｋ）を順次出力する。ここで、Ｎは１フレームを構成する要素ホログラムＨＥ（ｋ）の数である。
図１では、アナモルフィック光学系１２は、垂直方向拡大系１２１と水平方向縮小系１２２と出射レンズ１２３と一方向拡散板１２４とから構成されている。
垂直方向拡大系１２１は入射光を垂直方向に拡大して、水平方向縮小系１２２は入射光を水平方向に縮小して要素ホログラムＨＥ（ｋ）として出射する。
The anamorphic optical system 12 sequentially enters the modulated light LM (k) (k = 1, 2,..., N) from the spatial light modulator 11, and the modulated light LM (k) is perpendicular to the horizontal direction. The element holograms HE (k) whose scale has been changed so that the magnification with the direction is different (enlarged in the vertical direction and reduced in the other direction) are sequentially output. Here, N is the number of element holograms HE (k) constituting one frame.
In FIG. 1, the anamorphic optical system 12 includes a vertical expansion system 121, a horizontal reduction system 122, an exit lens 123, and a unidirectional diffuser 124.
The vertical enlargement system 121 enlarges the incident light in the vertical direction, and the horizontal reduction system 122 reduces the incident light in the horizontal direction and emits it as an element hologram HE (k).
要素ホログラム走査系１３は、アナモルフィック光学系１２でスケール変更された要素ホログラムＨＥ（ｋ）を並列させることで全体のホログラムを形成する。図１では、要素ホログラム走査系１３は、振動ミラー１３１（ガルバノスキャナー）を備えている。 The element hologram scanning system 13 forms an entire hologram by juxtaposing the element holograms HE (k) scaled by the anamorphic optical system 12. In FIG. 1, the element hologram scanning system 13 includes a vibrating mirror 131 (galvano scanner).
また、図１では、出射レンズ１２３は、要素ホログラムＨＥ（ｋ）が並列される方向に当該変調光を偏向するシリンドリカルレンズであり、スクリーンと解することもできる。図１では、このシリンドリカルレンズにより、要素ホログラム走査系１３で外向きに偏向させた変調光を観察者側に向けることができる。要素ホログラムＨＥ（ｋ）の表示方向が拡散しないようにできる。出射レンズ１２３としては、球面レンズを用いることもできる。
また、出射レンズ１２３には、変調光を、スケール変更に際して変調光が拡大する向きに拡散させるための一方向拡散板１２４を貼り着けることができる。これにより、垂直方向の視域を拡大することができる。
In FIG. 1, the exit lens 123 is a cylindrical lens that deflects the modulated light in the direction in which the element holograms HE (k) are arranged in parallel, and can be understood as a screen. In FIG. 1, this cylindrical lens can direct the modulated light deflected outward by the element hologram scanning system 13 toward the viewer. The display direction of the element hologram HE (k) can be prevented from diffusing. A spherical lens can also be used as the exit lens 123.
In addition, a unidirectional diffusion plate 124 for diffusing the modulated light in a direction in which the modulated light is enlarged when the scale is changed can be attached to the emission lens 123. Thereby, the viewing area in the vertical direction can be enlarged.
アナモルフィック光学系１２には、水平スリット１４１が備わっている。これは、光軸を含んで変調光のほぼ下半分を遮蔽する下側遮光板１４１１と、変調光ＬＭ（ｋ）の周辺部を遮蔽する上側遮光板１４１２で構成される。下側遮光板１４１１は、ホログラム表示に不要な共役像とゼロ次光を除去する働きをもつ。ゼロ次光は光軸付近に分布し、共役像は光軸と対称な位置に存在する。上側遮光板１４１２は、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光の垂直方向成分を除去する働きをもつ。高次回折光は変調光の周辺部に存在する。下側遮光板１４１１は、高次回折光の垂直方向成分の除去の役割も持つ。なお、ここでは、共役像とゼロ次光の除去と、高次回折光の除去を１つの水平スリットで行う例を示したが、共役像とゼロ次光の除去を行う光軸を含む変調光のほぼ半分を遮蔽する遮蔽板と、高次回折光の除去を行う変調光の中心部分を透過し周辺部分を遮蔽する遮蔽板に分けて設置することもできる。 The anamorphic optical system 12 includes a horizontal slit 141. This includes a lower light-shielding plate 1411 that shields substantially the lower half of the modulated light including the optical axis, and an upper light-shielding plate 1412 that shields the periphery of the modulated light LM (k). The lower light-shielding plate 1411 has a function of removing a conjugate image and zero-order light unnecessary for hologram display. Zero-order light is distributed near the optical axis, and the conjugate image exists at a position symmetrical to the optical axis. The upper light shielding plate 1412 has a function of removing a vertical component of high-order diffracted light generated due to the pixel structure of the spatial light modulator. High-order diffracted light exists in the periphery of the modulated light. The lower light-shielding plate 1411 also has a role of removing a vertical component of high-order diffracted light. Although an example in which the conjugate image and the zero-order light are removed and the high-order diffracted light is removed by one horizontal slit is shown here, the modulated light including the optical axis for removing the conjugate image and the zero-order light is shown. A shield plate that shields almost half of the light and a shield plate that transmits the central portion of the modulated light that removes the higher-order diffracted light and shields the peripheral portion can be provided.
アナモルフィック光学系１２には、一対の遮蔽板からなる垂直スリット１４２が備わっている。これは、変調光の周辺部を遮蔽する右側遮光板と左側遮光板で構成され、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光の水平方向成分を除去する働きをもつ。 The anamorphic optical system 12 includes a vertical slit 142 composed of a pair of shielding plates. This is composed of a right-side light shielding plate and a left-side light shielding plate that shield the periphery of the modulated light, and has a function of removing a horizontal component of high-order diffracted light generated due to the pixel structure of the spatial light modulator.
レーザ光ＬＢは、空間光変調器１１の変調信号（画像更新信号）に合わせてパルス変調される。要素ホログラムを水平走査する際に、レーザ光が連続発光していると、走査方向に画像ボケが生じる。そこで、レーザ光をパルス変調しレーザ光の発光時間を短くすることで、画像ボケを低減できる。
画像更新が高速な空間光変調器１１を用いた場合には、表示する要素ホログラムの間に重なりが生じる。この場合には、それぞれの要素ホログラム表示時のレーザ光の光強度を変えることで、あるいは、レーザ光のパルス幅を変化させることで、要素ホログラムの重なり部分での表示階調数を増やすことができる。そのため、立体像の表示階調数を増やすことができる。
The laser beam LB is pulse-modulated according to the modulation signal (image update signal) of the spatial light modulator 11. When the element hologram is scanned horizontally, if the laser beam is continuously emitted, image blur occurs in the scanning direction. Therefore, image blur can be reduced by pulse-modulating the laser light to shorten the emission time of the laser light.
When the spatial light modulator 11 that updates images at high speed is used, an overlap occurs between element holograms to be displayed. In this case, it is possible to increase the number of display gradations at the overlapping portion of the element holograms by changing the light intensity of the laser light at the time of displaying each element hologram, or by changing the pulse width of the laser light. it can. Therefore, the number of display gradations of the stereoscopic image can be increased.
図１は、アナモルフィック光学系の水平方向と垂直方向の結像位置が一致している場合を示している。しかし、これは必ずしも一致する必要はない。水平視差型のホログラム表示では、水平方向には光が立体像の位置に集光しシャープな立体像となるが、垂直方向には一方向拡散板で光が拡散されるので垂直方向の結像位置を立体像の表示位置付近としてここに一方向拡散板を設置することで垂直方向にもシャープな立体像を得ることができる。 FIG. 1 shows a case where the horizontal and vertical imaging positions of the anamorphic optical system coincide. However, this need not necessarily match. In the horizontal parallax type hologram display, light is focused at the position of the three-dimensional image in the horizontal direction to form a sharp three-dimensional image, but in the vertical direction, light is diffused by a one-way diffusion plate, so vertical imaging A sharp three-dimensional image can also be obtained in the vertical direction by installing a unidirectional diffuser plate near the display position of the three-dimensional image.
以下、ホログラム画像が鮮明に表示されるためのコヒーレンスについて考察する。
図２の平面図に示すように、観察者（眼Ｅ）により、瞳Ｐを通して再生された立体像Ｇを見ることを考える。立体像Ｇの各点の形成に寄与するのは出射レンズ１２３の出射面Ｓ上の限られた範囲（要素ホログラムＨＥ（ｋ）の範囲）であり、この範囲でコヒーレンスが保たれていればよく、出射面Ｓ全体でコヒーレンスが保たれている必要はない。
Hereinafter, coherence for displaying a holographic image clearly will be considered.
As shown in the plan view of FIG. 2, consider that an observer (eye E) views a three-dimensional image G reproduced through the pupil P. What contributes to the formation of each point of the stereoscopic image G is a limited range (the range of the element hologram HE (k)) on the exit surface S of the exit lens 123, and it is sufficient that coherence is maintained within this range. The coherence does not need to be maintained throughout the exit surface S.
瞳孔径をｄで表し、出射面Ｓから瞳Ｐまでの距離（観察距離）をＬで、出射面Ｓから立体像の１点までの距離をｚで表わすと、出射面Ｓでコヒーレンスが必要な範囲の幅Ｗは｜ｄｚ／（Ｌ−ｚ）｜で与えられる。たとえば、観察距離Ｌが６００ｍｍで、出射面Ｓから２００ｍｍの距離ｚに立体像を表示する場合、瞳孔径ｄを５ｍｍとすると、コヒーレンスが必要な幅は２．５ｍｍとなる。要素ホログラムＨＥ（ｋ）の水平幅Ｗは、コヒーレンスが必要な領域の幅Ｗより大きくする（たとえば、２．５ｍｍとする）。
以上のように、人間が観察する際に必要なコヒーレントな領域を確保するホログラム表示を、ここでは、疑似コヒーレント表示と呼ぶことにする。
When the pupil diameter is represented by d, the distance (observation distance) from the exit surface S to the pupil P is represented by L, and the distance from the exit surface S to one point of the stereoscopic image is represented by z, coherence is required on the exit surface S. The width W of the range is given by | dz / (Lz) |. For example, when a stereoscopic image is displayed at a distance z of 200 mm from the exit surface S when the observation distance L is 600 mm, if the pupil diameter d is 5 mm, the width requiring coherence is 2.5 mm. The horizontal width W of the element hologram HE (k) is made larger than the width W of the region requiring coherence (for example, 2.5 mm).
As described above, a hologram display that secures a coherent area necessary for human observation is referred to as a pseudo-coherent display here.
図１では、空間光変調器１１からの変調光を、垂直方向に拡大しているので、要素ホログラムの垂直幅を大きくでき、これを水平走査することで、ホログラム画像の大画面化を実現している。また、スケール変更された変調光を、水平方向に縮小しているので、要素ホログラムＨＥ（ｋ）の水平画素ピッチが小さくなり、ホログラム画像を見るときの水平視域角が拡大される。 In FIG. 1, since the modulated light from the spatial light modulator 11 is expanded in the vertical direction, the vertical width of the element hologram can be increased, and a large screen of the hologram image is realized by horizontally scanning this. ing. In addition, since the scaled modulated light is reduced in the horizontal direction, the horizontal pixel pitch of the element hologram HE (k) is reduced, and the horizontal viewing angle when viewing the hologram image is enlarged.
図６に示した従来技術では、ＡＯＭ８１が、１本ずつのホログラム走査線を出射していたのに対して、図１に示したＳＬＭ１１では複数のホログラム走査線を一括して出射すると考えることもできる。したがって、図１に示したホログラム表示装置では、高速な水平走査（たとえば、ＮＴＳＣの水平走査に相当する）を必要とせず、動画表示のフレームレート（６０Ｈｚ）に等しい低速な周波数で足りる。フリッカのない立体表示を実現するためには、水平走査周波数は６０Ｈｚ以上にすることが好ましい。 In the prior art shown in FIG. 6, the AOM 81 emits one hologram scanning line at a time. On the other hand, the SLM 11 shown in FIG. it can. Therefore, the hologram display device shown in FIG. 1 does not require high-speed horizontal scanning (e.g., equivalent to NTSC horizontal scanning), and a low frequency equal to the frame rate (60 Hz) for moving image display is sufficient. In order to realize stereoscopic display without flicker, the horizontal scanning frequency is preferably 60 Hz or more.
図３（Ａ），（Ｂ）に本発明のより具体的な実施形態を示す。図３（Ａ）はホログラム表示装置１の平面図、図３（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ方向側面図である。図３では、レーザ光ＬＢは、波長６３５ｎｍであり、ＳＬＭ１１としてＭＥＭＳを用いた空間光変調器であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤｉｓｃｏｖｅｒｙＴＭ３０００）を用いた。このＳＬＭ１１の解像度は１，０２４×７６８で、画素ピッチは１３．６８μｍである。表示画像サイズは１４．０ｍｍ×１０．５ｍｍである。 3A and 3B show more specific embodiments of the present invention. 3A is a plan view of the hologram display device 1, and FIG. 3B is a side view in the F direction in FIG. In FIG. 3, the laser beam LB has a wavelength of 635 nm, and a DMD (Digital Micro-mirror Device: DiscoveryTM3000) which is a spatial light modulator using MEMS as the SLM 11 is used. The resolution of the SLM 11 is 1,024 × 768 and the pixel pitch is 13.68 μm. The display image size is 14.0 mm × 10.5 mm.
アナモルフィック光学系１２は、垂直方向拡大系１２１と、水平方向縮小系１２２とからなり、垂直方向拡大系１２１は３枚のシリンドリカルレンズ１２１１，１２１２，１２１３と球面レンズ１２５により構成し、水平方向縮小系１２２は球面レンズ１２５により構成した。本実施形態では、球面レンズ１２５は、垂直方向拡大系１２１の一部を構成するとともに
水平方向縮小系１２２を構成している。
The anamorphic optical system 12 includes a vertical expansion system 121 and a horizontal reduction system 122. The vertical expansion system 121 includes three cylindrical lenses 1211, 1212 and 1213 and a spherical lens 125, and the horizontal direction. The reduction system 122 is composed of a spherical lens 125. In the present embodiment, the spherical lens 125 constitutes a part of the vertical enlargement system 121 and the horizontal reduction system 122.
垂直方向は、シリンドリカルレンズ１２１１，１２１２，１２１３と球面レンズ１２５で２つの４ｆ結像系を構成し、１段目の４ｆ結像系（シリンドリカルレンズ１２１１、１２１２で構成される）の倍率を３．００倍とし、２段目の４ｆ結像系（シリンドリカルレンズ１２１３と球面レンズ１２５で構成される）の倍率を１．６７倍として、全体で５．００倍に拡大した結像を行う。水平方向は、球面レンズ１２５で、倍率０．１８３倍の縮小結像を行う。そのため、要素ホログラムＨＥ（ｋ）の大きさは２．５６ｍｍ×５２．５ｍｍとなる。この場合、立体像Ｇの表示位置ｚを０．３３９×Ｌ以内とした場合に（ｚ，Ｌについては図２参照）、疑似コヒーレント表示条件が成り立つ。水平方向の画素ピッチは２．５μｍに縮小されるため、ホログラム表示の水平視域角は１４．６°となる。 In the vertical direction, the cylindrical lenses 1211, 1212, and 1213 and the spherical lens 125 constitute two 4f imaging systems, and the magnification of the first-stage 4f imaging system (comprising cylindrical lenses 1211 and 1212) is set to 3. The magnification is 00 ×, the magnification of the second stage 4f imaging system (comprised of the cylindrical lens 1213 and the spherical lens 125) is 1.67 ×, and the image is enlarged to 5.00 × as a whole. In the horizontal direction, the spherical lens 125 performs reduction imaging with a magnification of 0.183. Therefore, the size of the element hologram HE (k) is 2.56 mm × 52.5 mm. In this case, when the display position z of the stereoscopic image G is within 0.339 × L (see FIG. 2 for z and L), the pseudo-coherent display condition is satisfied. Since the pixel pitch in the horizontal direction is reduced to 2.5 μm, the horizontal viewing angle for hologram display is 14.6 °.
水平走査に用いた振動ミラー１３１の回転角は±５°とし、回転周波数は３０Ｈｚとした。このとき、要素ホログラムの走査角は±１０°となる。水平走査の行き帰りの両方で表示を行うため、ホログラム表示のフレームレートは６０Ｈｚとなる。振動ミラー１３１とスクリーンの間隔は２００ｍｍとした。したがって、画面サイズは７３．１ｍｍ×５２．５ｍｍとなる。また、出射レンズ１２３として焦点距離２００ｍｍの球面レンズを用い、垂直方向の視域を拡大するため、出射レンズ１２３には一方向拡散板１２４としてレンチキュラシートを貼り付け垂直方向に光を拡散した。 The rotation angle of the vibrating mirror 131 used for horizontal scanning was ± 5 °, and the rotation frequency was 30 Hz. At this time, the scanning angle of the element hologram is ± 10 °. Since the display is performed both on and off the horizontal scanning, the frame rate of the hologram display is 60 Hz. The distance between the vibrating mirror 131 and the screen was 200 mm. Therefore, the screen size is 73.1 mm × 52.5 mm. In addition, a spherical lens having a focal length of 200 mm was used as the exit lens 123, and a lenticular sheet was attached to the exit lens 123 as a unidirectional diffuser plate 124 to diffuse light in the vertical direction in order to enlarge the vertical viewing area.
ＳＬＭ１１（ＤＭＤ）のフレームレート（１つの要素ホログラムＨＥ（ｋ）に対応する変調信号を出力する周期）は１３．３３３ｋＨｚに設定し、２２２枚の要素ホログラムＨＥ（ｋ）（ｋ＝１，２，・・・，２２２）を用いてフレームレート６０Ｈｚでホログラム表示を行った。要素ホログラムＨＥ（ｋ）の水平表示ピッチは０．３２ｍｍとした。したがって、要素ホログラムは互いに重なりをもつ。ＳＬＭ１１（ＤＭＤ）には、フレームレートと階調数の間にトレードオフの関係があり、図３（Ａ），（Ｂ）の実施形態では、フレームレートが１３．３３３ｋＨｚの高フレームレート表示を行うため階調は２値表示とした。レーザ光ＬＢは、ＳＬＭ１１の変調信号（画像更新信号）に合わせてパルス駆動した。パルス幅をＳＬＭ１１のフレーム時間の半分とすることで、水平走査による水平方向の画像ボケを低減した。 The frame rate of SLM11 (DMD) (the period for outputting a modulation signal corresponding to one element hologram HE (k)) is set to 13.333 kHz, and 222 element holograms HE (k) (k = 1, 2, .., 222) were used to display a hologram at a frame rate of 60 Hz. The horizontal display pitch of the element hologram HE (k) was 0.32 mm. Therefore, the element holograms overlap each other. The SLM 11 (DMD) has a trade-off relationship between the frame rate and the number of gradations. In the embodiment of FIGS. 3A and 3B, a high frame rate display with a frame rate of 13.333 kHz is performed. Therefore, the gradation is displayed in binary. The laser beam LB was pulse-driven in accordance with the modulation signal (image update signal) of the SLM 11. By setting the pulse width to half the frame time of the SLM 11, horizontal image blur due to horizontal scanning was reduced.
４ｆ結像系のフーリエ面に水平スリット１４１を設置した。これは、光軸を含む下半分を遮蔽する下側遮蔽板１４１１と、上側周辺部を遮蔽する上側遮光板１４１２で構成される。下側遮蔽板１４１１はゼロ次光と共役像の除去、および、空間光変調器１１の画素構造に起因して発生する高次回折光の垂直方向成分の除去を行う役割をもつ。変調光ＬＭ（ｋ）を垂直方向に半分除去するため、垂直方向の解像度は半分に減少し、ホログラム走査線の本数はＳＬＭ１１の垂直解像度の半分の３８４になる。上側遮蔽板１４１２は、高次回折光の垂直方向成分を除去する役割をもつ。
球面レンズ１２５の位置に垂直スリット１４２を設置した。これは、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光の水平方向成分を除去する役割をもつ。
A horizontal slit 141 was installed on the Fourier plane of the 4f imaging system. This includes a lower shielding plate 1411 that shields the lower half including the optical axis, and an upper shielding plate 1412 that shields the upper peripheral portion. The lower shielding plate 1411 has a role of removing zero-order light and a conjugate image, and removing a vertical component of high-order diffracted light generated due to the pixel structure of the spatial light modulator 11. Since half of the modulated light LM (k) is removed in the vertical direction, the resolution in the vertical direction is reduced to half, and the number of hologram scanning lines is 384, which is half of the vertical resolution of the SLM 11. The upper shielding plate 1412 has a role of removing a vertical component of high-order diffracted light.
A vertical slit 142 was installed at the position of the spherical lens 125. This has a role of removing a horizontal component of high-order diffracted light generated due to the pixel structure of the spatial light modulator.
以上の水平走査型ホログラム表示の表示パラメータを表１に示す。
(表１)
画面サイズ ７３．１×５２．５ｍｍ2（３．５”）
水平視域角 １４．６°
フレームレート ６０Ｈｚ
要素ホログラムサイズ ２．５６×５２．５ｍｍ2
要素ホログラム数 ２２２
要素ホログラム水平ピッチ ０．３２ｍｍ
Table 1 shows the display parameters of the above horizontal scanning hologram display.
(Table 1)
Screen size 73.1 × 52.5mm 2 (3.5 ”)
Horizontal viewing angle 14.6 °
Frame rate 60Hz
Element hologram size 2.56 × 52.5 mm 2
Number of element holograms 222
Element hologram horizontal pitch 0.32mm
実際のホログラム表示により得られた再生像の写真を図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図では、３本線，菱形，×印をスクリーン手前の５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍの位置にそれぞれ表示してあり、写真撮影に際しては三次元像の大きさがわかるように、人間の手を同時に撮影した。図４（Ａ）は右側の視点位置から撮影した再生像の写真、図４（Ｂ）は中央の視点位置から撮影した再生像の写真、図４（Ｃ）は左側の視点位置から撮影した再生像の写真である。
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）から、見る方向によって、視差が得られていることがわかる。すなわち、再生像は両眼で立体視可能であった。
FIGS. 4A, 4B, and 4C show photographs of reproduced images obtained by actual hologram display. In the figure, three lines, rhombuses, and x marks are displayed at positions of 50 mm, 100 mm, and 150 mm in front of the screen, respectively, and a human hand was photographed at the same time so that the size of the three-dimensional image can be understood during photography. . 4A is a photograph of a reproduced image taken from the right viewpoint position, FIG. 4B is a photograph of a reproduced image photographed from the central viewpoint position, and FIG. 4C is a reproduction photographed from the left viewpoint position. It is a picture of the statue.
4A, 4B, and 4C, it can be seen that parallax is obtained depending on the viewing direction. That is, the reproduced image can be viewed stereoscopically with both eyes.
１ ホログラム表示装置
１１ 空間光変調器
１２ アナモルフィックレンズ系
１３ 要素ホログラム走査系
１２１ 垂直方向拡大系
１２２ 水平方向縮小系
１２３ 出射レンズ
１２４ 一方向拡散板
１３１ 振動ミラー
１４１ 水平スリット
１４２ 垂直スリット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hologram display device 11 Spatial light modulator 12 Anamorphic lens system 13 Element hologram scanning system 121 Vertical expansion system 122 Horizontal reduction system 123 Outgoing lens 124 Unidirectional diffuser 131 Vibration mirror 141 Horizontal slit 142 Vertical slit
Claims (10)
前記空間光変調器からの変調光を順次入射し、当該変調光を、光軸に垂直でかつ相互に交差する二方向の倍率が異なるようにスケール変更して順次出力するアナモルフィック光学系と、
前記アナモルフィック光学系内に設置されスケール変更された変調光を、前記二方向のうちスケール変更の倍率が小さい方向に、要素ホログラムとして順次並べる要素ホログラム走査系と、
を備えたことを特徴とするホログラム表示装置。 A spatial light modulator that injects laser light and sequentially modulates the laser light based on interference fringe information of the hologram;
An anamorphic optical system that sequentially enters modulated light from the spatial light modulator, and sequentially outputs the modulated light by changing the scale so that the magnifications in two directions perpendicular to the optical axis and intersecting each other are different; ,
An element hologram scanning system that sequentially arranges modulated light that is installed and scaled in the anamorphic optical system as an element hologram in a direction in which the scale change magnification is small in the two directions,
A holographic display device comprising:
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