JP4894046B2

JP4894046B2 - カラー電子ホログラフィ表示装置

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Publication number: JP4894046B2
Application number: JP2007217079A
Authority: JP
Inventors: 孝憲妹尾; 智之三科
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-08-23
Also published as: JP2009053234A

Description

本発明は、ホログラムパターンから生じる不要光を除去してカラー電子ホログラフィ像を表示するカラー電子ホログラフィ表示装置に関する。

従来、カラー電子ホログラフィ像を表示する方法として、例えば、特許文献１で開示されている方法がある。この特許文献１に開示されている方法は、赤緑青の３色光源で、それぞれの色に対応するホログラムパターンが表示されたホログラム表示デバイスを照射し、得られた３色のホログラム光を光学的に合成して、カラー電子ホログラフィ像を表示するカラーホログラフィ装置を用いたものである。

また、この特許文献１には、カラーホログラフィ装置を小型化するために、光源に半導体レーザを用いることが開示されていると共に、当該半導体レーザの温度変化によるカラー電子ホログラフィ像の色ずれを補償するレーザ温度制御方法が併せて開示されている。

ここで、特許文献１に開示されているカラーホログラフィ装置について、図１５を参照して説明する。
図１５に示したように、カラーホログラフィ装置１００は、半導体レーザを構成する赤緑青の３色それぞれのレーザダイオード（赤ＬＤ、緑ＬＤ、青ＬＤ）１０１、１０２、１０３と、これらから照射されたレーザ光のビーム径を拡大するビーム拡大レンズ１１１、１１２、１１３と、液晶素子（ＬＣＤ）で構成され拡大された光により赤緑青の３色のホログラムパターンから各色のホログラム光（赤色の単色光、緑色の単色光、青色の単色光）を表示するＬＣＤ（ホログラム表示デバイス）１２１、１２２、１２３と、これらで表示された３色の単色光を合成して、カラー電子ホログラフィ像を出力するビーム合成光学系１３０と、を備えている。

なお、ビーム合成光学系１３０は、互いに直交するハーフミラーを正方形の対角線上に配置した構成であり、左右から入射した光を下方に反射させ、上方から入射した光を下方に透過させることで、各色の単色光を合成し、カラー電子ホログラフィ像を出力することができる。
また、カラーホログラフィ装置１００は、ホログラムパターンを予め記憶しており、ホログラム表示デバイス１２１、１２２、１２３に出力するホログラムメモリ１２４を備えている。

カラーホログラフィ装置１００では、ホログラムパターンから発生する共役光や、ホログラム表示デバイスを照射した０次光（レンズ系で曲がらない光）も同時出力されてしまうことになり、これらの光が単色光の中で被写体の像を成す物体光に重なる不要光となって、観視者がカラー電子ホログラフィ像を見づらくなる。

例えば、ホログラム表示デバイスが液晶素子の場合、当該液晶素子の間隔Ｐが光の波長λよりも１０倍程度大きく、ビーム拡大レンズ等で拡大された光（入射光）の入射方向と、ホログラムパターンにより回折されて物体光となる当該回折光との成す角度θは、ｓｉｎθ＝λ／２Ｐで与えられ、非常に小さくなる。この結果、被写体光と重なった入射光が、観視者の目に入り、カラー電子ホログラフィ像がほとんどみられないことになる。

また、ホログラムパターンは、複素数で記述される物体光の振幅及び位相の双方を、干渉縞のパターンの濃淡に変換して絶対値だけを記録したものであることに起因し、カラー電子ホログラフィ像を表示する際に、物体光の回折方向と逆方向に回折する共役光を発生させてしまう。この共役光の回折角度も小さいので、物体光に重なってしまい、不要光となり、カラー電子ホログラフィ像の品質を著しく劣化させることとなる。

そして、カラー電子ホログラフィ像を表示する際に、不要光を除去するための従来技術（不要光除去光学系）としては、凸レンズが入射された光をフーリエ変換して、当該光のエネルギを焦点位置に収束させる作用があることを利用するものがある（例えば、非特許文献１参照）。この不要光除去光学系を、図１６を参照して説明する。

この図１６に示すように、不要光除去光学系１４０は、焦点距離ｆのレンズ（凸レンズ）１４１及びレンズ（凸レンズ）１４３を、２ｆ離して配置し、双方の焦点距離位置に不要光を遮断して必要な物体光のみを透過させる遮光板１４２を配置したものである。そして、この不要光除去光学系１４０の外部には別途、ホログラムパターンを表示する表示デバイス１２０が配置されている。

この不要光除去光学系１４０では、共役光と物体光とが異なる位置に収束するようにホログラムパターンが求められている。このホログラムパターンは、被写体の各点から全方向に散乱反射される参照光（半導体レーザによるレーザ光）の中で図１６の被写体の各点ごとに水平より上側（遮光板１４２の無い側）の空間に散乱する光のみからなるものである。このような不要光除去光学系１４０による不要光の除去は、シングルサイドバンド法と呼ばれている。なお、ここで説明したホログラムパターンは、計算機シミュレーションでのみ取得可能であり、実際に、被写体にレーザ光を照射して、反射光をフィルムに記録するアナログホログラムでは、被写体の各点毎に水平より下に散乱する光を止める事は不可能なため、実現不可能である。

ここで、計算機シミュレーションによってホログラムパターンを求める求め方について説明する。まず、計算機シミュレーションでは、方向と位相の揃ったコヒーレントなレーザ光Ｒを想定し、このレーザ光Ｒが被写体上の点（ｕ，ｖ，ｗ）に当たると散乱して被写体光Ａ（ｕ，ｖ，ｗ）になるとし、被写体からｚ軸方向に距離ｚだけ離れた点（ｘ，ｙ，ｚ）における当該被写体光Ａ（ｕ，ｖ，ｗ）を、次に示す数式（１）を用いて求める。

Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ａ（ｕ，ｖ，ｗ）ｅｘｐ（−ｊ２πｄ／λ）／ｄ・・・数式（１）

この数式（１）において、ｊ＝虚数単位、π＝円周率、λ＝光の波長であり、ｄは次に示す数式（２）を用いて求める。

ｄ＝｛（ｚ−ｗ）^２＋（ｘ−ｕ）^２＋（ｙ−ｖ）^２｝^１／２・・・数式（２）

なお、被写体からｚ軸方向に距離ｚだけ離れた点（ｘ，ｙ，ｚ）では、被写体上の各点（ｕ，ｖ，ｗ）からの被写体光（散乱した光）がすべて到達しているので、到達しているすべての被写体光を加え合わせたものが、被写体からｚ軸方向に距離ｚだけ離れた点（ｘ，ｙ，ｚ）での物体光Ｏ（ｘ，ｙ，ｚ）となる。しかし、ここでは、シングルサイドバンド法を用いているので、被写体から上半分に散乱する光のみ（ｖ＜ｙ：被写体からｚ軸方向に距離ｚだけ離れた点の垂直方向における座標ｙが被写体の垂直方向における座標ｖよりも大きい部分に散乱する光のみ）を、次に示す数式（３）を用いて加える。

Ｏ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Σ_{ｕ，ｖ＜ｙ，ｗ}Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）・・・数式（３）

このようにして得られた物体光Ｏ（以下、被写体の各点から出た光を「被写体光」とし、この被写体光がホログラム面上で重なり合った光を「物体光」として区別することとする）は、一般に、振幅｜Ｏ（ｘ，ｙ，ｚ）｜と位相φ（ｘ，ｙ，ｚ）とで、次に示す数式（４）で表すことができる。

Ｏ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｜Ｏ（ｘ，ｙ，ｚ）｜ｅｘｐ｛−ｊφ（ｘ，ｙ，ｚ）｝
・・・数式（４）

そして、ホログラムパターンは、この光の振幅と位相とを干渉縞のパターンとして記録したものである。このため、前記したレーザ光Ｒを参照光としてこの光Ｏに重ねて照射すると、被写体からｚ軸方向に距離ｚだけ離れた点（ｘ，ｙ，ｚ）での光は、Ｏ＋Ｒとなり、この点にフィルム等のホログラムパターン記録材料を配置すれば、このホログラムパターン記録材料にＯ＋Ｒの絶対値の２乗Ｉが、干渉縞のパターンとして記録されることになる。このＩを次に示す数式（５）で表す。

Ｉ＝｜Ｒ＋Ｏ｜^２＝（Ｒ＋Ｏ）（Ｒ^＊＋Ｏ^＊）＝ＲＲ^＊＋ＯＯ^＊＋（ＲＯ^＊＋ＯＲ^＊）
＝｜Ｒ｜^２＋｜Ｏ｜^２＋２｜Ｒ｜｜Ｏ｜ｃｏｓ（φ）・・・数式（５）

この数式（５）において、Ｒ^＊はＲの複素共役項であり、Ｏ^＊はＯの複素共役項である共役光である。この数式（５）において、第３項は、元の被写体光の振幅｜Ｏ｜と位相φとが含まれているので、計算機シミュレーションではこの第３項の｜Ｏ｜ｃｏｓ（φ）のみを計算してホログラムパターンとしている。

このホログラムパターンに元の参照光（レーザ光）Ｒを照射した際の再生光をＰとすると、この再生光Ｐは次に示す数式（６）で表される。
Ｐ＝Ｒ｜Ｏ｜ｃｏｓ（φ）＝Ｒ｜Ｏ｜｛ｅｘｐ（−ｊφ）＋ｅｘｐ（ｊφ）｝／２
・・・数式（６）

この数式（６）において、再生光Ｐは、元の被写体の物体光Ｏ＝｜Ｏ｜ｅｘｐ（−ｊφ）と、この物体光Ｏの共役光Ｏ^＊＝｜Ｏ｜ｅｘｐ（ｊφ）とを含んだものである。

このようにして得られたホログラムパターンを、図１６に示した表示デバイス１２０に表示し、参照光を照射すると、元の物体光と共役光とを含んだ再生光が回折して出てくる。そして、物体光は図の上方向に回折して元の被写体から出た光と同じであり、共役光はこの再生光の複素共役成分であるため、図１６の点線で示した下方向に回折されて表示デバイス１２０に対して鏡像の位置に共役像を形成する。

これらの物体光と共役光とは、凸レンズ１４１を通ると収束されるが、物体光は焦点距離ｆの付近では、凸レンズ１４１の光軸より図中上の領域しか通らない。一方、共役光は、凸レンズ１４１の光軸より図中下の領域しか通らない。このため、この領域に遮光板を配置すれば、共役光は遮断されることとなる。

そして、表示デバイス１２０に照射した参照光は、凸レンズ１４１の光軸上の焦点距離ｆに収束するので、遮光板を光軸よりも少し高めに設置すれば遮断することができる。これにより、物体光の一部が遮断されるため視域がわずかに減じるが、再生光によって形成される再生像が欠けることはない。さらに、このようにして収束された物体光は、凸レンズ１４３を通ることにより、元の物体光（被写体から出て上半分に散乱する光）に戻される。

一般に、第１の凸レンズ（凸レンズ１４１）及び第２の凸レンズ（凸レンズ１４３）の焦点距離をそれぞれｆ、ｇとし、凸レンズ間の距離を２ｆとし、第１のレンズの前方の距離Ｄで光軸から距離Ａ離れた位置にある被写体上の点は、第２の凸レンズの後方の距離Ｚの位置に、光軸から距離Ｂ離れた位置に像を作るとすると、距離Ｚは次の数式（７）で、距離Ｂは数式（８）で表される。

Ｚ＝ｆｇ（２ｆ−Ｄ）／｛ｇ（Ｄ−ｆ）＋ｆ（２ｆ−Ｄ）｝・・・数式（７）
Ｂ＝Ａｆｇ／｛ｇ（Ｄ−ｆ）＋ｆ（２ｆ−Ｄ）｝・・・数式（８）

ここで、ｇ＝ｆの場合は、Ｚ＝２ｆ−Ｄ、Ｂ＝Ａとなる。すなわち、不要光除去光学系１４０を通った再生像は、位置が光軸方向に４ｆシフトするだけで、大きさや形状は不変であることになる。
特開平９−６８９１７号公報ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ，Ｎｏ．９３，ｐｐ．１４−１９，２００５．９（図３）

しかしながら、従来の不要光除去光学系１４０を、赤緑青色の各色のホログラム光（赤色の単色光、緑色の単色光、青色の単色光）を合成してカラー電子ホログラフィ像を表示するカラーホログラフィ装置に適用しようとした場合、次に述べる問題（１）〜（３）が生じる。

（１）従来の不要光除去光学系１４０に用いられるレンズの焦点距離は、レンズ媒質を通る光の色によって波長が異なるため、焦点距離も異なり、従来の不要光除去光学系１４０は、赤緑青色の各色のホログラム光に対して個別に挿入する必要があり、カラーホログラフィ装置を小型化することができない。

（２）各色のホログラム光を合成した合成光に対して、共通の不要光除去光学系１４０を挿入すると、図１７に示すように、光の色ごと（赤色の単色光、緑色の単色光、青色の単色光）に光の収束位置が異なるため、１つの遮光板では、１つの色にしか対応できず、他の色の参照光や共役光が漏れてしまう。

（３）各色の光に対して、レンズ間の距離が焦点距離の２倍では無くなるため、出力されるカラー電子ホログラフィ像の位置及びサイズが、ホログラムパターンに記録されている元の映像の位置及びサイズとは異なってしまい、カラー電子ホログラフィ像の色ずれが生じると共に、形状が歪んでしまう。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、装置を小型化しつつ、３色の光のそれぞれの参照光や共役光が漏れることなく、色ずれや歪みの生じることのないカラー電子ホログラフィ像を表示することができるカラー電子ホログラフィ表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置は、赤色、緑色及び青色の各々の色についての、被写体の各点からの光の拡散の範囲が半分に制限された物体光と、前記各々の色の光である色光との干渉縞のパターンであるホログラムパターンを用いて、当該被写体のカラー電子ホログラフィ像を表示するカラー電子ホログラフィ表示装置であって、光源と表示デバイスとを有するカラーホログラム光発生手段と、第１光学系と遮光板と第２光学系とを有するカラー不要光除去手段と、を備える構成とした。

かかる構成によれば、カラー電子ホログラフィ表示装置は、カラーホログラム光発生手段の光源によって、赤色、緑色、青色の３色の色光を発生させ、この光源からの光の光路上に設けられた表示デバイスによって、色光それぞれに対応したホログラムパターンを表示する。そして、カラー電子ホログラフィ表示装置は、カラー不要光除去手段の第１光学系によって、カラーホログラム光発生手段の表示デバイスに表示されたホログラムパターンに光源からの光が照射されることで発生した光を集光させ、遮光板によって、ホログラムパターンの生成時における被写体の各点からの光の拡散の制限の範囲に対応して、この第１光学系の像側焦点面上において、当該第１光学系の光軸を境界にして第１光学系から出射した光のうちの半分の所定の領域の光を遮断し、遮光板の後段に設置された第２光学系によって、第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光して、カラー電子ホログラフィ像を形成する。

ここで、カラー電子ホログラフィ表示装置は、第１光学系が、表示デバイスに表示されたホログラムパターンに光源からの光が照射されることで発生した光を集光する第１の集光レンズを有し、表示デバイスに表示されるホログラムパターンが、ひとつの色の色光における第１の集光レンズの焦点面の位置に対する、他の色光の色の違いに起因した第１の集光レンズの焦点面の位置のずれが補正されたパターンであるため、第１の集光レンズによる収束位置が３色すべての色の光で一致し、１つの遮光板で、すべての色の参照光や共役光を遮断することができる。

請求項２に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置は、請求項１に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置において、前記第２光学系が、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する凹面鏡と、この凹面鏡からの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更するミラーとを有することを特徴とする。

かかる構成によれば、カラー電子ホログラフィ表示装置は、カラーホログラム光発生手段によって発生された光から参照光や共役光が除去された物体光だけを第２光学系の凹面鏡で反射し、ハーフミラーを介して出力する。これによって、カラー電子ホログラフィ表示装置は、色ずれの生じないカラー電子ホログラフィ像を表示することができる。

請求項３に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置は、請求項１に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置において、前記第２光学系が、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する第２の集光レンズを有し、前記ホログラムパターンが、ひとつの色の前記色光を基準として他の色の前記色光について、前記第２の集光レンズにより形成される前記カラー電子ホログラフィ像の、色の違いに起因した位置及び大きさのずれが更に補正されたパターンであることを特徴とする。

かかる構成によれば、カラー電子ホログラフィ表示装置は、色が異なることより生じる、第２の集光レンズによって形成されるカラー電子ホログラフィ像の位置及び大きさのずれの補正が行われているホログラムパターンを用いる。これによって、カラー電子ホログラフィ表示装置は、色ずれの生じないカラー電子ホログラフィ像を表示することができる。

請求項４に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置は、赤色、緑色及び青色の各々の色についての、被写体の各点からの光の拡散の範囲が半分に制限された物体光と、前記各々の色の光である色光との干渉縞のパターンであるホログラムパターンを用いて、当該被写体のカラー電子ホログラフィ像を表示するカラー電子ホログラフィ表示装置であって、光源と表示デバイスとを有するカラーホログラム光発生手段と、第１光学系と遮光板と第２光学系とを有するカラー不要光除去手段と、を備える構成とした。

ここで、カラー電子ホログラフィ表示装置は、第１光学系が、表示デバイスからの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更するハーフミラーと、このハーフミラーからの光の光路上に設置され、この光を集光する第１の凹面鏡とを有する。そして、第１の凹面鏡では色の違いによる焦点距離のずれが生じないため、第１の凹面鏡による収束位置が３色すべての色の光で一致し、カラー電子ホログラフィ表示装置は、１つの遮光板で、すべての色の参照光や共役光を遮断することができる。

請求項５に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置は、請求項４に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置において、前記第２光学系が、前記第１の凹面鏡からの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更するハーフミラーと、このハーフミラーからの光路上に設置され、この光を集光する第２の凹面鏡とを有することを特徴とする。

かかる構成によれば、カラー電子ホログラフィ表示装置は、カラーホログラム光発生手段によって発生された光から参照光や共役光が除去された物体光だけを第２光学系のハーフミラーで反射し、第２の凹面鏡で集光して出力する。これによって、カラー電子ホログラフィ表示装置は、色ずれの生じないカラー電子ホログラフィ像を表示することができる。

請求項６に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置は、請求項４に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置において、前記第２光学系が、前記第１の凹面鏡からの光の光路上に設置され、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する第２の凹面鏡と、当該第２の凹面鏡からの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更する全反射ミラーとを有することを特徴とする。

かかる構成によれば、カラー電子ホログラフィ表示装置は、カラーホログラム光発生手段によって発生された光から参照光や共役光が除去された物体光だけを第２光学系の第２の凹面鏡で集光し、全反射ミラーで反射して出力する。これによって、カラー電子ホログラフィ表示装置は、色ずれの生じないカラー電子ホログラフィ像を表示することができる。

請求項７に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置は、請求項４または請求項５に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置において、前記第２光学系が、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する第２の集光レンズを有し、前記ホログラムパターンが、ひとつの色の前記色光を基準として他の色の前記色光について、前記第２の集光レンズにより形成される前記カラー電子ホログラフィ像の、色の違いに起因した位置及び大きさのずれが更に補正されたパターンであることを特徴とする。

請求項１〜７の発明によれば、装置を小型化しつつ、３色の色光のそれぞれの参照光や共役光が漏れることなく、色ずれや歪みの生じることのない、すなわち、不要光を除去して見やすくしたカラー電子ホログラフィ像を表示することができる。
また、請求項４〜６の発明によれば、第１及び第２光学系に色光を反射させる凹面鏡を用いることで、従来のホログラムパターンをそのまま用いて、不要光を除去して見やすくしたカラー電子ホログラフィ像を表示することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、カラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）のブロック図である。この図１に示したように、カラー電子ホログラフィ表示システムＳは、カラーホログラム光発生装置（カラーホログラム光発生手段）１０と、カラー不要光除去光学系（カラー不要光除去手段）２０とを備えている。

カラー電子ホログラフィ表示システムＳは、カラー電子ホログラフィ像を表示する際に、カラー不要光除去光学系を介すことで当該カラー電子ホログラフィ像に含まれてしまう不要光（共役光、参照光）を除去して表示するものである。

カラーホログラム光発生装置１０は、赤緑青の３色光源で、それぞれの色に対応するホログラムパターンが表示されたホログラム表示デバイスを照射し、得られた３色のホログラム光を光学的に合成して、カラー電子ホログラフィ像を表示するものである。なお、このカラーホログラム光発生装置１０は従来の構成であってもよく、詳細は後記する。

カラー不要光除去光学系２０は、カラーホログラム光発生装置１０で発生された３色のホログラム光から不要光を除去するものである。
以下、これらカラーホログラム光発生装置１０及びカラー不要光除去光学系２０を構成する要素を種々変更して組み合わせた６つの実施形態について、詳細に説明する。

（カラーホログラム光発生装置その１）
まず、カラーホログラム光発生装置１０の詳細を、図２を参照して説明する。図２に示すように、カラーホログラム光発生装置１０は、半導体レーザで構成され赤緑青の３色光源である赤ＬＤ１１、緑ＬＤ１２及び青ＬＤ１３と、３色それぞれの光（赤色光、緑色光、青色光）を拡大するビーム拡大レンズ１４、ビーム拡大レンズ１５及びビーム拡大レンズ１６と、赤色光、緑色光及び青色光を合成するビーム合成光学系１７と、ホログラム表示デバイスであるＬＣＤ１８と、このＬＣＤ１８に赤色、緑色、青色のそれぞれに対応したホログラムパターン（Ｒ，Ｇ，Ｂホログラムパターン）を記憶しているホログラムメモリ１９と、を備えている。これらの構成において、ビーム拡大レンズ１４、ビーム拡大レンズ１５及びビーム拡大レンズ１６と、ビーム合成光学系１７とが光整形光学系に該当する。

なお、このカラーホログラム光発生装置１０では、ホログラム表示デバイスであるＬＣＤ１８が１個備えられているのみであるので、まず、ホログラムメモリ１９から赤色、緑色、青色のそれぞれに対応したホログラムパターンを時分割多重して順に出力して、当該ＬＣＤ１８に表示させる。そして、それに合わせて赤ＬＤ１１、緑ＬＤ１２及び青ＬＤ１３のいずれかをＯＮにし、ビーム拡大レンズ１４、ビーム拡大レンズ１５及びビーム拡大レンズ１６のいずれかから出た光をビーム合成光学系１７で同じ光路を通るようにした後、照射させている。

（カラー不要光除去光学系その１）
次に、カラー不要光除去光学系２０の詳細を、図３を参照して説明する。図３に示すように、カラー不要光除去光学系２０は、第１光学系（凸レンズ２１）と、遮光板２２と、第２光学系（ハーフミラー２３及び凹面鏡２４）とを備えている。

ＬＣＤ１８は、図２に示したカラーホログラム光発生装置１０内のホログラム表示デバイスである。
第１光学系（凸レンズ２１；第１の集光レンズ）は、ＬＣＤ１８からの光軸上に設置される凸レンズからなり、ＬＣＤ１８からの光（ここで、青色の被写体光）を受け、この光の中に含まれている物体光とそれ以外の不要光とを空間的に異なる位置に集光させる（収束させる）ものである。

遮光板２２は、凸レンズ２１から所定の距離（焦点距離）だけ離れた位置に配置されたもので、後記するように、不要光を遮るものである。
ハーフミラー（ミラー）２３及び凹面鏡２４は、遮光板２２から更に所定の距離だけ離れた位置に設置されており、集光された物体光を元の物体光に戻すためのものである。そして、凹面鏡２４は、第１光学系２１の光軸上に設置されており、ハーフミラー２３は、凹面鏡２４からの光路上に設置されている。

第１光学系は凸レンズ２１であるため、受光した物体光及び不要光は当該凸レンズを通過することになる。そして、これらの物体光及び不要光は、当該凸レンズを通過する（凸レンズを構成するレンズ媒質を通過する）ことにより、当該物体光及び不要光の色の違いである波長の違いによってレンズの焦点距離が異なり、集光する位置が異なる。

このため、カラー不要光除去光学系２０では、例えば、赤色光の焦点距離ｆに合わせて遮光板２２が配置されていると、緑色光又は青色光の焦点距離ｇがｆより短くなるので、焦点距離ｆの位置に配置された遮光板２２によって、正確に不要光を遮断することができない。

そこで、カラー不要光除去光学系２０では、被写体と凸レンズ２１との間に焦点距離を補正するための仮想レンズ（焦点距離ｈ）を想定し、この仮想レンズの焦点距離ｈと緑色光又は青色光の焦点距離ｇとの合成焦点距離がｆとなるようにすると、次に示す数式（９）の関係が成立する。

１／ｆ＝１／ｇ＋１／ｈ
ｈ＝ｆｇ／（ｇ−ｆ）・・・数式（９）

この数式（９）において、ｇ＜ｆであるため、ｈ＜０となり、仮想レンズとしては、焦点距離ｈの凹レンズを想定すればよいことがわかる。この仮想レンズは、被写体とＬＣＤ１８との間に設置したと、ホログラムパターン作成時に想定し、この仮想レンズを通した物体光と参照光とからホログラムパターンを求めれば、合成焦点距離をｆとする補正がホログラムパターンに反映されることとなり、再生時に仮想レンズを挿入する必要はない。

なお、ホログラムパターンを求める際に、焦点距離ｈのレンズを通過した光は、入力光Ｏ（ｘ，ｙ，ｚ）に次に示す数式（１０）を掛けることで求められる。

ｅｘｐ｛ｊ２π（ｘ^２＋ｙ^２）／２ｈ｝・・・数式（１０）

この数式（１０）において、（ｘ，ｙ，ｚ）はレンズの中心を原点とする座標値、ｊは虚数単位を示している。また、この数式（１０）では、ｈ＜０であるため、レンズの中心から遠ざかるほど（ｘ，ｙ＞０）、位相が遅れることを示しており、レンズを通った光は拡散される。また、補正レンズを通った後の参照光と物体光から得られるホログラムパターンは、ホログラム面を仮想レンズの中心においた場合は、補正レンズを通る前のホログラムパターンと同じになるので、数式（１０）は使わなくてもよいが、ホログラム面の位置が限定される。再生時には、参照光を補正レンズに通した光をホログラムパターンに当てる必要があり、この参照光の整形は、以下に述べる様にビーム拡大レンズの間隔を調整する事で実現できる。

さらに、カラー不要光除去光学系２０では、再生時にホログラムパターンを照射する緑色又は青色の参照光について、カラーホログラム光発生装置１０のビーム拡大レンズ１５又はビーム拡大レンズ１６（図２参照）の間隔が調整されて、ビーム拡大レンズの間隔が狭すぎると遮光板の後ろで集光し、広すぎると手前で集光するので、丁度、遮光板上で参照光が１点に集光する様に間隔を調整すれば、第１光学系の焦点距離がｆに補正されたこととなる。このようにして、それぞれ、遮光板２２の位置ｆで１点に集光するようにしている。この結果、カラー不要光除去光学系２０では、ホログラムパターンを求めたときと同じ参照光が得られることとなり、ＬＣＤ１８から再生される赤緑青の被写体光がすべて遮光板２２の位置で共役光と分離され、単一の遮光板２２で不要光を除去することが可能となる。

しかし、このカラー不要光除去光学系２０において、第２光学系（ハーフミラー２３及び凹面鏡２４）を、従来のように凸レンズで構成してしまうと、この凸レンズで再度光の波長による焦点距離の変化が生じ、背景技術で説明したように、出力される映像の奥行とサイズが歪むことになってしまう。

そこで、このカラー不要光除去光学系２０では、第２光学系としてハーフミラー２３及び凹面鏡２４を用いることとしている。なお、この第２光学系において、光を集光させる役割を果たすのは、凹面鏡２４であり、ハーフミラー２３は、集光された光の方向を変更するものである。

凹面鏡２４では、凸レンズ２１からの光（遮光板２２で不要光が除かれた光）が、凸レンズのようにレンズの媒質を通らずに、放物面を形成した凹面鏡２４の表面である鏡面で反射されるので、焦点距離ｆは光の波長によって変化することがない。しかし、凹面鏡２４で反射された光は入射方向に戻り外部から観視することができないので、カラー不要光除去光学系２０では、ハーフミラー２３で射出方向を変えて、外部から観視できるようにしている。

この結果、カラー不要光除去光学系２０では、すべての色の光（赤色光、緑色光、青色光）に対し、焦点距離ｆのレンズを２ｆ離して設置したのと等価となり、元の映像の奥行やサイズを変えることなく（歪むことなく）、不要光を除去することができる。

（カラー不要光除去光学系その２）
次に、カラー不要光除去光学系２０の別の構成（その２；カラー不要光除去光学系２０Ａ）について、図４を参照して説明する（適宜、図３参照）。なお、図３を参照して説明したカラー不要光除去光学系２０では、凹面鏡２４で集光し反射した光（再生光）の方向を変えるのに、ハーフミラー２３を用いている。このため、この光は、凹面鏡入射時と出射時とで２回ハーフミラー２３を通過するので、当該光の強度が１／４に暗くなってしまう。

そこで、図４に示すように、カラー不要光除去光学系２０Ａは、ハーフミラー２３の代わりに、全反射ミラー２５を備えている。この全反射ミラー（ミラー）２５は、凹面鏡２４からの光路上に設置されている。なお、このカラー不要光除去光学系２０Ａにおいて、図３に示したカラー不要光除去光学系２０と同様の構成は同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例では、青色の被写体と凸レンズ２１の間の距離が焦点距離ｆの付近になるようにＬＣＤ１８の位置を設定することにより、凸レンズ２１を通った光は太い平行光となり、全反射ミラーを越えて凹面鏡２４に達する。凹面鏡２４で反射された光は集光光となり、全反射ミラーの付近に集光するので、小さなミラーでその光を外部に取り出すことができる。

このカラー不要光除去光学系２０Ａにおいて、全反射ミラーで一部の光がさえぎられるため、像が若干暗くなるが、像の一部が欠ける事はない。全反射ミラーの面積は十分小さく出来るので、ハーフミラーより明るい像が得られ、光量の減少を抑えることができる。

（カラー不要光除去光学系その３）
次に、カラー不要光除去光学系２０の別の構成（その３；カラー不要光除去光学系２０Ｂ）について、図５を参照して説明する（適宜、図３及び図４参照）。カラー不要光除去光学系２０及びカラー不要光除去光学系２０Ａでは、第１光学系を凸レンズとしたため、当該凸レンズの光の波長に対する焦点距離の変化をホログラムパターンの加工で補正する必要がある。

そして、これらカラー不要光除去光学系２０及びカラー不要光除去光学系２０Ａを、静止カラー電子ホログラフィ像ではなく、動画（動画ホログラフィ）に適用しようとした場合、ホログラムパターンを加工する処理時間が長くなってしまうので、高いフレームレートの動画ホログラフィに適用するのが困難になる。そこで、図５に示すように、カラー不要光除去光学系２０Ｂでは、第１光学系及び第２光学系を共に、ハーフミラー及び凹面鏡を用いて構成している。すなわち、カラー不要光除去光学系２０Ｂでは、第１光学系として、ハーフミラー２６及び凹面鏡（第１の凹面鏡）２７が採用され、第２光学系として、ハーフミラー２３及び凹面鏡（第２の凹面鏡）２４が採用されている。

そして、第１光学系のハーフミラー２６は、ＬＣＤ１８の光路上に設置されており、凹面鏡２７は、このハーフミラー２６からの光路上に設置されている。また、第２光学系のハーフミラー２３は、凹面鏡２７の光軸上に設置されており、凹面鏡２４はハーフミラー２３からの光路上に設置されている。

この構成により、カラー不要光除去光学系２０Ｂでは、第１光学系及び第２光学系による焦点距離の変化がなくなるので、ホログラムパターンの補正が必要なくなり、処理時間が長くなることなく高速にホログラムパターンを求めることが可能となり、高いフレームレートの動画ホログラフィに適用することができる。

（カラー不要光除去光学系その４）
さらに、このカラー不要光除去光学系２０の別の構成（その４；カラー不要光除去光学系２０Ｃ）について、図６を参照して説明する（適宜、図３〜図５参照）。図５に示したカラー不要光除去光学系２０Ｂでは、高いフレームレートの動画ホログラフィに適用することができるものの、第２光学系でハーフミラー２３を採用しているため、カラー不要光除去光学系２０と同じように、凹面鏡入射時と出射時とで２回ハーフミラー２３を通過し、通過する光の強度が１／４に暗くなってしまうという問題がある。そこで、カラー不要光除去光学系２０Ｃでは、第２光学系のハーフミラー２３を、全反射ミラー２５にする構成としている。

そして、第１光学系を構成するハーフミラー２６は、ＬＣＤ１８の光路上に設置されており、凹面鏡２７は、このハーフミラー２６からの光路上に設置されている。また、第２光学系の凹面鏡２４は、凹面鏡２７の光軸上に設置されており、全反射ミラー２５は凹面鏡２４からの光路上に設置されている。また、ＬＣＤ１８は、凹面鏡２７からその焦点距離ｆだけ離れた位置に被写体が来るように設置される。

このように構成することで、カラー不要光除去光学系２０Ｃにおいて、カラー不要光除去光学系２０Ａと同様に、焦点距離ｆを通過した光は、太い平行光のまま、凹面鏡２４に当たった後、再度全反射ミラー２５に当たるが、その時点で十分狭い範囲に集光しているので、当該全反射ミラー２５は小さくてよく、これで遮られる光は一部分であり、大部分の光は全反射ミラー２５の周りを通過して凹面鏡２４に届くので、光量の減少を抑えることができる。

ちなみに、第１光学系として採用しているハーフミラー２６を全反射ミラーに置き換えることも想定できるが、ハーフミラー２６を全反射ミラーに置き換えようとすると、当該全反射ミラーを凹面鏡２７から、当該凹面鏡２７の焦点距離ｆだけ離した位置に配置しなければならず、この位置にはカラーホログラム光発生装置１０が設置されているので、置き換えることは困難である。

（カラーホログラム光発生装置その２）
これら実施例３、４の場合、カラーホログラム光発生装置１０は、図２に示したように構成する必要が無く、図７に示すように構成してもよい。この図７に示したように、カラーホログラム光発生装置１０Ａは、電源スイッチ（スイッチ）３０と、光源３１と、ビーム拡大レンズ３２と、ＬＣＤ１８と、ホログラムメモリ１９Ａとを備えている。なお、図２に示したカラーホログラム光発生装置１０の構成と同様の構成は同一の符号を付してその説明を省略する。

電源スイッチ３０は、電源（図示せず）との接続を切り替えることで、光源３１に備えられた赤緑青色の発光素子（図７、Ｒ，Ｇ，Ｂ）からビーム拡大レンズ３２への出力（発光させる色）を制御するものである。

光源３１は、赤緑青色の発光素子を互いに近接させた単一の半導体レーザ（以下、ＲＧＢＬＤ３１ともいう）で構成されており、時分割多重により赤緑青色の光を順に発生するものである。なお、この光源３１はこれに限定されず、赤緑青色のカラーフィルタの並んだ回転円板に単一の半導体レーザなどで構成された発光器で発生させた白色光を通過させることにより、赤緑青色の光を順に取り出す構成でもよい。

ビーム拡大レンズ３２は、赤緑青色の光それぞれに対応して設けられたものではなく、赤緑青色の光に対して共通に設けられたもので、光源３１で発生された赤緑青色の光を順次拡大して、ＬＣＤ１８に出力するものである。なお、このビーム拡大レンズ３２は、異なる材質のレンズを組み合わせて構成されており、赤緑青色の焦点距離の変化を相殺するように形成されている。この理由は、ビーム拡大レンズ２３を単一のレンズ材質で構成してしまうと、赤緑青色により焦点距離が変化し、これら赤緑青色の光が正確な平行ビームにならないからである。

ホログラムメモリ１９Ａは、１つの色を基準に他の色に焦点距離が補正されていないホログラムパターンを記憶しているものである。

このカラーホログラム光発生装置１０Ａでは、赤緑青色に切り替えられた光が、ビーム拡大レンズ３２を通過した後、赤緑青色用のホログラムパターンが光源の色に同期して表示された、ＬＣＤ１８に照射される。そして、カラーホログラム光発生装置１０Ａは、ＬＣＤ１８から順次、赤緑青色のホログラム光を出力し、これらのホログラ光を光学的に合成することなく、カラー電子ホログラフィ像を表示することができる。

このようにカラーホログラム光発生装置１０Ａを構成することで、光源やホログラム表示デバイスが各１個ですむので、装置全体を更に小型化することができる。

（カラー不要光除去光学系その５）
さらにまた、このカラー不要光除去光学系２０の別の構成（その５；カラー不要光除去光学系２０Ｄ）について、図８を参照して説明する（適宜、図３〜図６参照）。図８に示したカラー不要光除去光学系２０Ｄは、第１光学系及び第２光学系を双方とも凸レンズで構成している。すなわち、カラー不要光除去光学系２０Ｄでは、第１光学系として凸レンズ２１、第２光学系として凸レンズ（第２の集光レンズ）２８を採用している。

これにより、カラー不要光除去光学系２０Ｄでは、ハーフミラーによる光量の減少がなくなるが、双方の凸レンズによる光の波長に依存した焦点距離の変化が生じるので、これに応じたホログラムパターンを用いる必要がある。すなわち、このホログラムパターンは、第１光学系の凸レンズ２１と第２光学系の凸レンズ２８との焦点距離の変化を補正したものである。

この焦点距離の変化を２度補正したホログラムパターンは、凸レンズ２１の焦点距離の変化による補正と、凸レンズ２８の焦点距離の変化による補正とを施したものである。そして、第１光学系（凸レンズ２１）の焦点距離の変化による補正については、カラー不要光除去光学系２０のところで説明しているので省略し、ここでは、第２光学系（凸レンズ２８）の焦点距離の変化による補正について説明する。

なお、第２光学系の凸レンズ２８の焦点距離が第１光学系と異なっている場合（焦点距離ｆと焦点距離ｇ）の場合については、背景技術のところで説明しているので省略する。ここでは、第２光学系の凸レンズ２８の後方で、前記した数式（７）（８）に示すＺ及びＢの位置に出来る像の位置が、基準となる色光（例えば赤色）での位置２ｆ−Ｄ及び、光軸からの距離Ａとなるように、ホログラムパターンを補正する際の被写体の位置Ｄ′を求めると、次に示す数式（１１）の関係が成立する。

２ｆ−Ｄ＝Ｚ＝ｆｇ（２ｆ−Ｄ′）／｛ｇ（Ｄ′−ｆ）＋ｆ（２ｆ−Ｄ′）｝
・・・数式（１１）

この数式（１１）より、被写体の位置Ｄ′は、次に示す数式（１２）のようになる。
Ｄ′＝ｆ｛４ｆ（ｇ−ｆ）＋Ｄ（２ｆ−ｇ）｝／｛ｆ（３ｇ−２ｆ）＋Ｄ（ｆ−ｇ）｝
・・・数式（１２）

この場合、ホログラム光で構成される出力像の光軸からの距離ＢがＡと同じになればよいので、次に示す数式（１３）が得られる。
Ａ＝Ｂ＝Ａ′ｆｇ／｛ｇ（Ｄ′−ｆ）＋ｆ（２ｆ−Ｄ′）｝・・・数式（１３）

この数式（１３）から、被写体の光軸からの距離Ａ′は次に示す数式（１４）で表される。
Ａ′＝Ａ｛ｇ（Ｄ′−ｆ）＋ｆ（２ｆ−Ｄ′）｝／ｆｇ・・・数式（１４）

これにより、焦点距離の変化を２度補正したホログラムパターンは、まず、被写体の各点の位置を補正した（ｕ，ｖ，ｗ）を、これら被写体の位置Ｄ′及び被写体の光軸からの距離Ａ′から求めた後、この補正された被写体から出た光（被写体光）と参照光とを焦点距離ｈの仮想レンズを通して求めればよいことになる。

そして、カラー不要光除去光学系２０Ｄでは、この焦点距離の変化を２度補正したホログラムパターンに、それぞれ赤緑青色に応じて整形された参照光を照射することで得られた赤緑青色の光が第１光学系の凸レンズ２１によって、焦点距離ｆの位置に集光される。続いて、カラー不要光除去光学系２０Ｄでは、赤緑青色の光に対し共通して不要光を除去する遮光板２２により、当該不要光が遮断され、第２光学系の凸レンズ２８を通過した光が同じ位置に同じ大きさの像（カラー電子ホログラフィ像）を形成することとなる。

この結果、カラー不要光除去光学系２０Ｄによれば、焦点距離の変化を２度補正したホログラムパターンを用いることで、凸レンズで構成された第１光学系及び第２光学系により装置を小型に構成することができると共に、光量が減少することのない明るいカラー電子ホログラフィ像を表示することができる。なお、カラー不要光除去光学系２０Ｄにおいて、第１光学系を、凸レンズ２１ではなく凹面鏡（第１の凹面鏡）２７とハーフミラー２６（図５及び図６参照）によって構成することとしてもよい。このとき用いられるホログラムパターンは、凸レンズ２１の焦点距離の変化による補正は行わず、凸レンズ２８の焦点距離の変化による補正のみを施したものである。

ここまで、カラーホログラム光発生装置１０、１０Ａ（その１、その２）及びカラー不要光除去光学系２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ（その１〜その５）について、改良した順に説明してきたが、請求項との対応関係について触れ、さらに、これらを包含したカラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の動作について、図９〜図１４に示したフローチャートを参照して説明する。

図２又は図７に示したカラーホログラム光発生装置１０，１０Ａと図３又は図４に示したカラー不要光除去光学系２０，２０Ａとが請求項２に記載したカラー電子ホログラフィ表示装置に対応しており、図２に示したカラーホログラム光発生装置１０と図３に示したカラー不要光除去光学系２０との動作は図９に示したフローチャート（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その１）に対応している。また、図２に示したカラーホログラム光発生装置１０と図４に示したカラー不要光除去光学系２０Ａとの動作は図１０に示したフローチャート（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その２）に対応している。

また、図２又は図７に示したカラーホログラム光発生装置１０，１０Ａと図５に示したカラー不要光除去光学系２０Ｂとが請求項５に記載したカラー電子ホログラフィ表示装置に対応しており、図２に示したカラーホログラム光発生装置１０と図５に示したカラー不要光除去光学系２０Ｂとの動作は図１１に示したフローチャート（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その３）に対応している。図２又は図７に示したカラーホログラム光発生装置１０，１０Ａと図６に示したカラー不要光除去光学系２０Ｃとが請求項６に記載したカラー電子ホログラフィ表示装置に対応しており、図２に示したカラーホログラム光発生装置１０と図６に示したカラー不要光除去光学系２０Ｃとの動作は図１２に示したフローチャート（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その４）に対応している。また、図７に示したカラーホログラム光発生装置１０Ａと図５又は図６に示したカラー不要光除去光学系２０Ｂ，２０Ｃとの動作は図１４に示したフローチャート（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その６）に対応している。

図２又は図７に示したカラーホログラム光発生装置１０，１０Ａと図８に示したカラー不要光除去光学系２０Ｄとが請求項３に記載したカラー電子ホログラフィ表示装置に対応しており、図２に示したカラーホログラム光発生装置１０と図８に示したカラー不要光除去光学系２０Ｄとの動作は図１３に示したフローチャート（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その５）に対応している。

（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その１）
次に、カラー電子ホログラフィ表示システムＳの動作（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その１）について、図９に示したフローチャートを参照して説明する（適宜、図２、３参照）。なお、ここでは、時分割で赤色、緑色、青色が送られてくるが、一例として青色の被写体光について説明する。
まず、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラーホログラム光発生装置１０は、焦点距離の補正を行ったホログラムパターンをＬＣＤ１８に表示し、ホログラム光を合成することで、カラー電子ホログラフィ像を表示する（ステップＳ１）。

続いて、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラー不要光除去光学系２０は、第１光学系の凸レンズ２１で集光し（ステップＳ２）、遮光板２２で不要光を除去する。そして、カラー不要光除去光学系２０は、不要光が除去された光を、第２光学系のハーフミラー２３を通過させ、凹面鏡２４によって元のカラー電子ホログラフィ像を構成する拡散光にし、ハーフミラー２３を介して出力する（ステップＳ３）。

（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その２）
次に、カラー電子ホログラフィ表示システムＳの動作（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その２）について、図１０に示したフローチャートを参照して説明する（適宜、図２、４参照）。
まず、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラーホログラム光発生装置１０は、焦点距離の補正を行ったホログラムパターンをＬＣＤ１８に表示し、ホログラム光を合成することで、カラー電子ホログラフィ像を表示する（ステップＳ１１）。

続いて、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラー不要光除去光学系２０Ａは、第１光学系の凸レンズ２１で集光し、遮光板２２で不要光を除去する（ステップＳ１２）。このとき、凸レンズ２１を通った光は平行光となり、全反射ミラーを越えて凹面鏡２４に達する。そのため、ハーフミラーを使用した構成に比較して明るい画像が得られる状態となる。そして、カラー不要光除去光学系２０Ａは、不要光が除去された光を、第２光学系の凹面鏡２４によって集光し、全反射ミラー２５で反射させて出力する（ステップＳ１３）。集光点を過ぎた光は、元のカラー電子ホログラフィ像を構成する拡散光となる。

（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その３）
次に、カラー電子ホログラフィ表示システムＳの動作（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その３）について、図１１に示したフローチャートを参照して説明する（適宜、図２、５参照）。
まず、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラーホログラム光発生装置１０は、焦点距離の補正を行っていないホログラムパターンをＬＣＤ１８に表示し、ホログラム光を合成することで、カラー電子ホログラフィ像（再生光）を表示する（ステップＳ２１）。

続いて、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラー不要光除去光学系２０Ｂは、第１光学系のハーフミラー２６で再生光を反射させ、凹面鏡２７で集光し、ハーフミラー２６を通過させ、遮光板２２で不要光を除去する（ステップＳ２２）。そして、カラー不要光除去光学系２０Ｂは、不要光が除去された光を、第２光学系のハーフミラー２３で反射させ、凹面鏡２４によって元のカラー電子ホログラフィ像を構成する拡散光にして、ハーフミラー２３を介して出力する（ステップＳ２３）。

（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その４）
次に、カラー電子ホログラフィ表示システムＳの動作（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その４）について、図１２に示したフローチャートを参照して説明する（適宜、図２、６参照）。
まず、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラーホログラム光発生装置１０は、焦点距離の補正を行っていないホログラムパターンをＬＣＤ１８に表示し、ホログラム光を合成することで、カラー電子ホログラフィ像（再生光）を表示する（ステップＳ３１）。

続いて、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラー不要光除去光学系２０Ｃは、第１光学系のハーフミラー２６で再生光を反射させ、凹面鏡２７で平行光にし、ハーフミラー２６を通過させ、遮光板２２で不要光を除去する（ステップＳ３２）。そして、カラー不要光除去光学系２０Ｃは、不要光が除去された光を、第２光学系の凹面鏡２４によって集光し、全反射ミラー２５で反射させ、出力する（ステップＳ３３）。集光点を過ぎた光は、元のカラー電子ホログラフィ像を構成する拡散光となる。

（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その５）
次に、カラー電子ホログラフィ表示システムＳの動作（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その５）について、図１３に示したフローチャートを参照して説明する（適宜、図２、８参照）。なお、ここでは、第１光学系および第２光学系による動作を一つのステップとしてまとめて説明する。
まず、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラーホログラム光発生装置１０は、赤ＬＤ１１、緑ＬＤ１２及び青ＬＤ１３の３つのＬＤを用いてレーザ光を照射し、位置とサイズ補正を行ったホログラムパターン（焦点距離の変化を２度補正したホログラムパターン）をＬＣＤ１８に表示し、ホログラム光を合成することで、カラー電子ホログラフィ像（再生光）を表示する（ステップＳ４１）。

続いて、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラー不要光除去光学系２０Ｄは、第１光学系の凸レンズ２１で再生光を通過させ、遮光板２２で不要光を除去し、第２光学系の凸レンズ２８を介して出力する（ステップＳ４２）。

（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その６）
次に、カラー電子ホログラフィ表示システムＳの動作（カラー電子ホログラフィ表示装置の動作その６）について、図１４に示したフローチャートを参照して説明する（適宜、図５、６、７参照）。なお、ここでは、第１光学系および第２光学系による動作を一つのステップとしてまとめて説明する。
まず、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラーホログラム光発生装置１０Ａは、ＲＧＢＬＤ３１の１つのＬＤを用いてレーザ光を照射し、位置とサイズ補正を行ったホログラムパターン（焦点距離の変化を１度補正したホログラムパターン）をＬＣＤ１８に表示し、ホログラム光を合成することで、カラー電子ホログラフィ像（再生光）を表示する（ステップＳ５１）。

続いて、カラー電子ホログラフィ表示システムＳのカラー不要光除去光学系２０Ｄは、第１光学系を構成する凹面鏡２７で再生光を反射させ、遮光板２２で不要光を除去し、第２光学系を構成する凹面鏡２４を介して出力する（ステップＳ５２）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、光源（赤ＬＤ１１、緑ＬＤ１２、青ＬＤ１３、ＲＧＢＬＤ３１）は半導体レーザを用いたが、ガスレーザでもよい。また、ホログラムパターンとして、被写***置とホログラム面とが近接したイメージホログラムを用いる場合は、光源は発光ダイオード、白色ランプ又は自然光などの光の位相の整合度があまり高くないものでもよい。
さらに、ホログラム表示デバイスであるＬＣＤ１８には透過型の液晶素子を用いたが、反射型の表示デバイスを用いてもよい。

さらに、カラーホログラム光発生装置１０のビーム合成光学系１７にハーフミラーを用いたが、プリズムを組み合わせて同じ機能を実現させたものであってもよい。また、凸レンズ２１、２８の代わりに、凸レンズや凹レンズを組み合わせた集光レンズや、屈折率が同心円状に変化するガラス円柱を用いた屈折率分布レンズや、数式（１０）から求めたホログラムパターンにより光を集光させるホログラムレンズなどを用いてもよい。

そして、カラー不要光除去光学系２０、２０Ａ、２０Ｄでは、赤色の光を基準にして、焦点距離の変化を補正しているが、緑色又は青色の光を基準にしてもよい。この場合、ホログラムパターンを求める際に想定する仮想レンズの一部又は全部が凸レンズとなるが、同様のやり方で求めることができる。

本発明の実施形態に係るカラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の概略図である。カラーホログラム光発生装置（その１）の概略図である。カラー不要光除去光学系（その１）の概略図である。カラー不要光除去光学系（その２）の概略図である。カラー不要光除去光学系（その３）の概略図である。カラー不要光除去光学系（その４）の概略図である。カラーホログラム光発生装置（その２）の概略図である。カラー不要光除去光学系（その５）の概略図である。カラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の動作（その１）を示したフローチャートである。カラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の動作（その２）を示したフローチャートである。カラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の動作（その３）を示したフローチャートである。カラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の動作（その４）を示したフローチャートである。カラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の動作（その５）を示したフローチャートである。カラー電子ホログラフィ表示システム（カラー電子ホログラフィ表示装置）の動作（その６）を示したフローチャートである。従来のカラーホログラフィ装置の概略図である。従来の不要光除去光学系の概略図である。従来の不要光除去光学系の問題点を説明するための概略図である。

符号の説明

１０、１０Ａカラーホログラム光発生装置
１１赤ＬＤ（赤色光源）
１２緑ＬＤ（緑色光源）
１３青ＬＤ（青色光源）
１４、１５、１６、３２ビーム拡大レンズ
１７ビーム合成光学系
１８ＬＣＤ（ホログラム表示デバイス）
１９、１９Ａホログラムメモリ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄカラー不要光除去光学系
２１凸レンズ（第１光学系）
２２遮光板
２３ハーフミラー（第１光学系）
２６ハーフミラー（第２光学系）
２４凹面鏡（第２光学系）
２７凹面鏡（第１光学系）
２５全反射ミラー（第２光学系）
２８凸レンズ（第２光学系）
３０電源スイッチ（スイッチ）
３１光源

Claims

赤色、緑色及び青色の各々の色についての、被写体の各点からの光の拡散の範囲が半分に制限された物体光と、前記各々の色の光である色光との干渉縞のパターンであるホログラムパターンを用いて、当該被写体のカラー電子ホログラフィ像を表示するカラー電子ホログラフィ表示装置であって、
赤色、緑色及び青色の３色の前記色光を発生する光源と、
この光源からの光の光路上に設けられ、前記色光それぞれに対応した前記ホログラムパターンを表示する表示デバイスと、
を有するカラーホログラム光発生手段と、
このカラーホログラム光発生手段の表示デバイスに表示された前記ホログラムパターンに前記光源からの光が照射されることで発生した光を集光する第１光学系と、
前記ホログラムパターンの生成時における前記被写体の各点からの光の拡散の制限の範囲に対応して、この第１光学系の像側焦点面上において、当該第１光学系の光軸を境界にして前記第１光学系から出射した光のうちの半分の所定の領域の光を遮断できるように配置された遮光板と、
この遮光板の後段に設置され、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光して、カラー電子ホログラフィ像を形成する第２光学系と、
を有するカラー不要光除去手段と、
を備え、
前記第１光学系が、前記表示デバイスに表示された前記ホログラムパターンに前記光源からの光が照射されることで発生した光を集光する第１の集光レンズを有し、
前記ホログラムパターンが、ひとつの色の前記色光における前記第１の集光レンズの焦点面の位置に対する、他の前記色光の色の違いに起因した前記第１の集光レンズの焦点面の位置のずれが補正されたパターンであることを特徴とするカラー電子ホログラフィ表示装置。
前記第２光学系が、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する凹面鏡と、この凹面鏡からの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更するミラーとを有することを特徴とする請求項１に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置。
前記第２光学系が、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する第二の集光レンズを有し、
前記ホログラムパターンが、ひとつの色の前記色光を基準として他の色の前記色光について、前記第二の集光レンズにより形成される前記カラー電子ホログラフィ像の、色の違いに起因した位置及び大きさのずれが更に補正されたパターンであることを特徴とする請求項１に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置。
赤色、緑色及び青色の各々の色についての、被写体の各点からの光の拡散の範囲が半分に制限された物体光と、前記各々の色の光である色光との干渉縞のパターンであるホログラムパターンを用いて、当該被写体のカラー電子ホログラフィ像を表示するカラー電子ホログラフィ表示装置であって、
赤色、緑色及び青色の３色の前記色光を発生する光源と、
この光源からの光の光路上に設けられ、前記色光それぞれに対応した前記ホログラムパターンを表示する表示デバイスと、
を有するカラーホログラム光発生手段と、
このカラーホログラム光発生手段の表示デバイスに表示された前記ホログラムパターンに前記光源からの光が照射されることで発生した光を集光する第１光学系と、
前記ホログラムパターンの生成時における前記被写体の各点からの光の拡散の制限の範囲に対応して、この第１光学系の像側焦点面上において、当該第１光学系の光軸を境界にして前記第１光学系から出射した光のうちの半分の所定の領域の光を遮断できるように配置された遮光板と、
この遮光板の後段に設置され、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光して、前記カラー電子ホログラフィ像を形成する第２光学系と、
を有するカラー不要光除去手段と、
を備え、
前記第１光学系が、前記表示デバイスからの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更するハーフミラーと、このハーフミラーからの光の光路上に設置され、この光を集光する第１の凹面鏡とを有することを特徴とするカラー電子ホログラフィ表示装置。
前記第２光学系が、前記第１の凹面鏡からの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更するハーフミラーと、このハーフミラーからの光路上に設置され、この光を集光する第２の凹面鏡とを有することを特徴とする請求項４に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置。
前記第２光学系が、前記第１の凹面鏡からの光の光路上に設置され、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する第２の凹面鏡と、当該第２の凹面鏡からの光の光路上に設置され、当該光の出射方向を変更する全反射ミラーとを有することを特徴とする請求項４に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置。
前記第２光学系が、前記第１光学系から出射した光のうち前記遮光板によって遮断されない光を集光する第二の集光レンズを有し、
前記ホログラムパターンが、ひとつの色の前記色光を基準として他の色の前記色光について、前記第二の集光レンズにより形成される前記カラー電子ホログラフィ像の、色の違いに起因した位置及び大きさのずれが更に補正されたパターンであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のカラー電子ホログラフィ表示装置。