JP5975438B2 - 電子ホログラフィ表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子的に生成されたホログラム（干渉縞）を用いて立体再生像を表示する電子ホログラフィ表示装置に関するものである。
現在、眼鏡を使う２眼式立体テレビや立体映画が普及しつつあり、眼鏡の不要な多眼式立体ディスプレイも開発されつつある。しかし、２眼式または多眼式の立体表示方式は、立体視要因（両眼視差、輻輳、焦点調節、運動視差）の一部しか用いておらず、特に焦点調節効果がないため、これらの方式で表示した立体映像を見ると、疲労が生じたり、頭痛が発生したりするなどの問題があると言われている。
一方、電子ホログラフィによる立体映像は、前記した立体視要因を全て満たすため、自然で人体にも負担のない立体映像の提供が可能と言われている。この電子ホログラフィでは、ＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）などの電気的な撮像素子を用いて直接ホログラムを撮影する方法や、被写体の３次元の空間情報からホログラムを計算するＣＧＨ（計算機ホログラム：Computer Generated Hologram）によってホログラムのデータを取得し、液晶パネルなどの空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）によって当該ホログラムを表示することで、立体再生像を表示する。
Y. Takaki and Y. Tanemoto,「Frameless hologram display module employing resolution redistribution optical system」, Proc. SPIE, vol.7619, 761902, 2010年
ここで、前記した空間光変調素子を用いた電子ホログラフィ表示装置では、一つの空間光変調素子で表示できる立体再生像の像サイズが小さいため、複数の空間光変調素子を並べる手法が考えられてきた。しかしながら、図４（ａ）に示すように、複数の空間光変調素子１３０同士を密着させて隙間なく並べることができず、例えば図４（ｂ）に示すように、それぞれの空間光変調素子を、当該空間光変調素子の大きさの３倍以上の間隔をあけて並べる必要があったため、立体再生像が所々欠けてしまうという問題があった。
上記の問題を解決するため、例えば非特許文献１の方法があるが、この方法では縦方向の視差を失ってしまうという問題があった。また、モジュールの外枠の厚みのために、わずかな量かもしれないが、原理的に立体再生像が所々欠けてしまうという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、複数の空間光変調素子を用いて立体再生像の像サイズを拡大する際に、縦方向の視差を失うことなく、欠けのない立体再生像を表示することができる電子ホログラフィ表示装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために請求項１に係る電子ホログラフィ表示装置は、電子的に生成されたホログラムから立体再生像を表示する電子ホログラフィ表示装置であって、平行光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から照射された光のうち、一部の偏光成分の光を反射するとともにその他の偏光成分の光を透過し、かつ、反射した方向からの光を透過する複数の偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターのそれぞれに対面して同一平面上に所定間隔をあけて配列され、前記偏光スプリッターによって反射されて垂直に入射した光を変調して出射する複数の空間光変調素子と、前記複数の空間光変調素子から出射されて前記複数の偏光ビームスプリッターを透過した光の光束径を拡大する拡大光学系と、前記拡大光学系から出射された光の光束径を縮小する縮小光学系と、を備え、前記拡大光学系が、前記空間光変調素子の出射側に配置されるとともに、当該空間光変調素子のそれぞれに対応して同一平面上に複数のレンズが配列された第１レンズアレーと、前記第１レンズアレーの出射側に配置されるとともに、当該第１レンズアレーを構成するレンズのそれぞれに対応して同一平面上に複数のレンズが配列され、かつ、当該第１レンズアレーよりも大きな焦点距離を有する第２レンズアレーと、を備え、前記縮小光学系が、前記第２レンズアレーの出射側に配置されるとともに、当該第２レンズアレーから出射された光が入射可能な口径を有する第３レンズと、前記第３レンズの出射側に配置されるとともに、当該第３レンズよりも小さな焦点距離を有する第４レンズと、を備え、前記空間光変調素子と前記第１レンズアレーとの間隔ａが、前記空間光変調素子の大きさに対する前記空間光変調素子間の間隔の比をｋとし、前記第１レンズの焦点距離をｆ０とした場合において、ａ＝（ｋ＋２）ｆ０／（ｋ＋１）である構成とした。
このような構成を備える電子ホログラフィ表示装置は、光照射手段から照射された平行光が複数の偏光ビームスプリッターに入射すると、その偏光成分に応じて分離され、所定の偏光成分（例えばＳ偏光）の光のみが複数の空間光変調素子に向けて反射される。このように偏光ビームスプリッターによって反射された光は、対応する空間光変調素子に垂直に入射し、当該空間光変調素子によってホログラムのデータに応じて変調される。また、空間光変調素子によって変調された光は、偏光ビームスプリッターを透過して拡大光学系に入射し、当該拡大光学系によって光束が拡大される。これにより、空間光変調素子による再生像が拡大されて再生像間の隙間がなくなり、隣接する再生像同士が連結されることになる。そして、拡大光学系によって光束が拡大された光は、縮小光学系に入射し、当該縮小光学系によって光束が縮小される。これにより、拡大光学系による像サイズの拡大と引き換えに狭くなった再生像の視域角が再度拡大されることになる。
また、電子ホログラフィ表示装置は、複数の空間光変調素子と第１レンズアレーとの間隔ａが、空間光変調素子の大きさに対する空間光変調素子間の間隔の比ｋと、第１レンズアレーの焦点距離をｆ０との関係で設定されているため、拡大光学系によって拡大された再生像（実像）を第２レンズアレーの位置に結像させることができ、空間光変調素子から出射された光を第２レンズアレーに漏れなく入射させることができる。
また、請求項２に係る電子ホログラフィ表示装置は、請求項１に係る電子ホログラフィ表示装置において、第１レンズアレーの焦点距離に対する第２レンズアレーの焦点距離の比と、第３レンズの焦点距離に対する第４レンズの焦点距離の比とが等しい構成とした。
このような構成を備える電子ホログラフィ表示装置は、拡大光学系の拡大倍率と縮小光学系の縮小倍率とを等しくすることで、複数の空間光変調素子による再生像をそのままの像サイズで連結して表示することができる。
また、請求項３に係る電子ホログラフィ表示装置は、請求項１に係る電子ホログラフィ表示装置において、第１レンズアレーの焦点距離に対する第２レンズアレーの焦点距離の比と、第３レンズの焦点距離に対する第４レンズの焦点距離の比とが異なる構成とした。
このような構成を備える電子ホログラフィ表示装置は、拡大光学系の拡大倍率と縮小光学系の縮小倍率とを相違させることで、複数の空間光変調素子による再生像の像サイズを拡大または縮小した状態で連結して表示することができる。
請求項１に係る発明によれば、複数の空間光変調素子が所定間隔をあけて配列されている場合であっても、縦方向の視差を失うことなく、当該複数の空間光変調素子が隙間なく配列されている場合と同様に、欠けのない立体再生像を表示することができる。
請求項２に係る発明によれば、空間光変調素子による元々の再生像と同じ像サイズおよび同じ視域角で欠けのない立体再生像を表示することができる。
請求項３に係る発明によれば、空間光変調素子による元々の再生像と異なる像サイズまたは異なる視域角で欠けのない立体再生像を表示することができる。
本発明の実施形態に係る電子ホログラフィ表示装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電子ホログラフィ表示装置における各構成の設置位置および立体再生像の表示位置を説明するための上面図である。 本発明の実施形態に係る電子ホログラフィ表示装置の動作を示すフローチャートである。 従来技術に係る電子ホログラフィ表示装置の空間光変調素子を示す概略図であり、（ａ）は、複数の空間光変調素子が隙間なく配列された状態を示す斜視図、（ｂ）は、複数の空間光変調素子が所定間隔をあけて配列された状態を示す斜視図、である。
［電子ホログラフィ表示装置の構成］
本発明の実施形態に係る電子ホログラフィ表示装置の構成について、図面を参照しながら説明する。以下では、まず図１を参照しながら電子ホログラフィ表示装置の各構成について説明した後、図２を参照しながら電子ホログラフィ表示装置の各構成の設置位置および立体再生像の表示位置について説明することとする。なお、以下の説明において、同一の構成については同一の名称および符号を付し、詳細説明を省略する。また、各図に示した電子ホログラフィ表示装置の各構成は、寸法や設置間隔を誇張して示している場合がある。
電子ホログラフィ表示装置１は、電子的に生成されたホログラムを用いて立体再生像を表示するものである。すなわち、電子ホログラフィ表示装置１は、図示しないホログラム生成手段から入力されるデータに従ってホログラムを表示し、当該ホログラムに再生照明光をあてることで立体再生像を表示する。なお、以下の説明では、「立体再生像」のことを単に「再生像」と省略して示す場合がある。
ここで、電子ホログラフィ表示装置１に入力されるホログラムの生成方法は特に限定されず、前記したように、ＣＣＤなどによって直接撮像されたホログラムが入力されてもよく、あるいは、ＣＧＨによってコンピュータ上で生成されたホログラムが入力されても構わない。また、電子ホログラフィ表示装置１に入力されるホログラムは、ハーフゾーンプレート法によって、被写体から拡散する光を半分に制限して生成されたものであり、後記する第１空間フィルタ４３または第２空間フィルタ５３において、シングルサイドバンド法によって物体光以外の不要光が除去されることを前提としている。
電子ホログラフィ表示装置１は、ここでは図１に示すように、光照射手段１０と、偏光ビームスプリッター２０と、空間光変調素子３０と、拡大光学系４０と、縮小光学系５０と、を備えている。以下、電子ホログラフィ表示装置１の各構成について説明する。
光照射手段１０は、ホログラムに対して再生照明光となる平行光を照射するものである。光照射手段１０は、図１に示すように、偏光ビームスプリッター２０の側方に配置されており、複数の偏光ビームスプリッター２０のそれぞれに対して平行光を照射するように構成されている。これにより、光照射手段１０は、偏光ビームスプリッター２０を介して、所定の偏光成分の光（ここではＳ偏光）を空間光変調素子３０に対して垂直に入射させることができる。光照射手段１０の具体例としては、コヒーレンスに優れた平行光を照射できるものであれば特に限定されないが、例えばヘリウム−ネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー、クリプトンイオンレーザー、ヘリウム−カドミウムレーザー、ネオジウム・ヤグ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザー、半導体レーザー、ルビーレーザーなどを用いることができる。
偏光ビームスプリッター２０は、偏光成分に応じて入射光を分離するものである。偏光ビームスプリッター２０は、図１に示すように、空間光変調素子３０の出射側において、当該空間光変調素子３０に対応して複数（ここでは９個）配置されている。また、偏光ビームスプリッター２０は、図１に示すように、それぞれの中心と、対応する空間光変調素子３０の光軸とが一致するように配置されている。そして、偏光ビームスプリッター２０は、側方に配置された光照射手段１０から出射された平行光のうちの一部の偏光成分、例えばＰ偏光についてはそのまま透過させるとともに、その他の偏光成分、例えばＳ偏光については対応する空間光変調素子３０に対して反射し、平行光を２つに分離する。また、偏光ビームスプリッター２０は、反射した方向からの光、すなわち空間光変調素子３０からの光を透過する。
ここで、図１では、複数の偏光ビームスプリッター２０が同一平面上に２次元状に配置された状態を図示しているが、偏光ビームスプリッター２０は、実際には光軸方向に所定個ずつずらして配置されている（後記する図２参照）。これにより、図１に示すように、側方に配置された光照射手段１０からの光を全ての空間光変調素子３０に行き届かせることができる。偏光ビームスプリッター２０の具体例としては、例えば４５°直角プリズムの斜面に誘電体偏光膜をコーティングして接着したキューブ状の形態などを用いることができる。
空間光変調素子３０は、ホログラムを示すデータに従って、入射光を空間的に変調するものである。空間光変調素子３０は、例えば複数の画素を備えた反射型液晶パネルであり、図１に示すように、偏光ビームスプリッター２０のそれぞれに対応して、同一平面上に互いに所定間隔をあけて複数（ここでは９個）配列されている。そして、空間光変調素子３０は、図示しないホログラム生成手段から入力されるデータに従ってホログラムをそれぞれ表示することで、偏光ビームスプリッター２０によって反射されて垂直に入射した光を変調し、再生光（回折光）として出射する。
ここで、空間光変調素子３０は、図１に示すように、同一平面上に配列されたそれぞれの空間光変調素子３０が、各々の位置に応じたホログラムの一部を表示する。つまり、空間光変調素子３０には、図示しないホログラム生成手段から、ホログラムの全体ではなく、各々の位置に応じたホログラムの一部を示すデータが入力される。そして、空間光変調素子３０は、それぞれがホログラムの一部を分担して表示することで、複数の空間光変調素子３０によって、１つのホログラムを表示するように構成されている。
空間光変調素子３０は、具体的には、それぞれがホログラムの一部を表示することで、入射光の偏光面を画素ごとに回転させて空間光変調を行い、当該変調後の光を再生光として、偏光ビームスプリッター２０に対して出射する。その際、空間光変調素子３０は、偏光ビームスプリッター２０によって分離されて入射したＰ偏光をＳ偏光に偏光変換し、偏光ビームスプリッター２０に向けて反射する。そして、このように空間光変調素子３０から反射されたＳ偏光は、偏光ビームスプリッター２０を透過して拡大光学系４０の第１レンズアレー４１に入射することになる。
拡大光学系４０は、再生像の像サイズを拡大するものである。拡大光学系４０は、図１に示すように、空間光変調素子３０から出射されて偏光ビームスプリッター２０を透過した光の光束径を拡大することで、再生像の像サイズを拡大する。拡大光学系４０は、ここでは図１に示すように、第１レンズアレー４１と、第２レンズアレー４２と、第１空間フィルタ４３と、を備えている。
第１レンズアレー４１は、空間光変調素子３０からの光を集光するものである。第１レンズアレー４１は、図１に示すように、空間光変調素子３０の出射側に所定間隔ａをあけて配置されている。この所定間隔ａは、後記するように、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０と第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１とに応じて決定されるが、詳しい説明は後記する。
第１レンズアレー４１は、図１に示すように、空間光変調素子３０に対応して同一平面上にアレー状に配列された複数（ここでは９個）のレンズ４１１から構成されている。このレンズ４１１は、ここでは図１に示すように長方形のレンズで構成され、隣接するレンズ４１１と隙間なく配置されている。また、第１レンズアレー４１は、図１に示すように、それぞれのレンズ４１１の光軸と、対応する空間光変調素子３０の光軸とが一致するように配置されている。そして、第１レンズアレー４１のそれぞれのレンズ４１１は、図１に示すように、空間光変調素子３０から出射されて偏光ビームスプリッター２０を透過した光を集光し、第２レンズアレー４２のそれぞれのレンズ４２１に対して出射する。
第２レンズアレー４２は、第１レンズアレー４１からの光を平行化するものである。第２レンズアレー４２は、第１レンズアレー４１の出射側に所定間隔ｆ０＋ｆ１をあけて配置されている。この所定間隔ｆ０＋ｆ１は、図１に示すように、それぞれ第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０と、第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１とを示している。
第２レンズアレー４２は、図１に示すように、空間光変調素子３０に対応して同一平面上にアレー状に配列された複数（ここでは９個）のレンズ４２１から構成されている。このレンズ４２１は、ここでは図１に示すように長方形のレンズで構成され、隣接するレンズ４２１と隙間なく配置されている。また、第２レンズアレー４２は、図１に示すように、それぞれのレンズ４２１の光軸と、対応する第１レンズアレー４１のレンズ４１１の光軸とが一致するように配置されている。そして、第２レンズアレー４２のそれぞれのレンズ４２１は、図１に示すように、第１レンズアレー４１のレンズ４１１から出射された光を平行化し、縮小光学系５０の第３レンズ５１に対して出射する。
ここで、拡大光学系４０の拡大倍率は、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０に対する第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１の比によって決定される。そして、第２レンズアレー４２を構成するそれぞれのレンズ４２１の焦点距離ｆ１は、第１レンズアレー４１を構成するそれぞれのレンズ４１１の焦点距離ｆ０よりも大きくなるように構成されている。これにより、拡大光学系４０は、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０に対する第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１の比の分だけ、再生像の像サイズを拡大することができる。
第１空間フィルタ４３は、再生光から物体光以外の不要光を除去するものである。第１空間フィルタ４３は、図１に示すように、第１レンズアレー４１の後側焦平面および第２レンズアレー４２の前側焦平面に配置されている。また、第１空間フィルタ４３には、図１に示すように、第１レンズアレー４１のレンズ４１１に対応して複数（ここでは９個）の開口部４３１が形成されている。
第１空間フィルタ４３に形成された複数の開口部４３１は、空間光変調素子３０の画素間隔ｇと焦点距離ｆ０、および、図示しないホログラム生成手段から空間光変調素子３０に入力されるホログラムを示すデータに基づいて形成されたものである。すなわち、本発明に係る電子ホログラフィ表示装置１の空間光変調素子３０には、前記したように、ハーフゾーンプレート法によって、被写体から拡散する光を半分に制限して生成されたホログラムを示すデータが入力される。これに対応して、第１空間フィルタ４３には、ホログラム生成時において光が制限されていない側に開口部４３１が形成されている。これにより、第１空間フィルタ４３は、前記した開口部４３１によって物体光（０次回折光）を通し、当該開口部４３１以外の部分で不要光（共役光、透過光、物体光・共役光・透過光の高次光）を遮断することができる。なお、このように不要光を遮断して物体光のみを取り出す方法をシングルサイドバンド法という。そして、本発明において用いられるハーフゾーンプレート法とシングルサイドバンド法としては、例えば「特開２００９−６３６８２号公報」において提案された方法を用いることができる。
縮小光学系５０は、再生像の像サイズを縮小するものである。縮小光学系５０は、図１に示すように、拡大光学系４０から出射された光の光束径を拡大することで、再生像の像サイズを縮小する。なお、このように縮小光学系５０を用いて、前記した拡大光学系４０によって拡大された光束径を再度縮小させるのは、画素数を変えることなく前記した拡大光学系４０によって再生像の像サイズのみを拡大すると、それと引き換えに再生像の視域角が狭くなるためである。従って、拡大光学系４０の出射側に縮小光学系５０を配置して再生像の像サイズを縮小することで、拡大光学系４０による像サイズの拡大と引き換えに狭くなった再生像の視域角を再度拡大することができる。縮小光学系５０は、ここでは図１に示すように、第３レンズ５１と、第４レンズ５２と、第２空間フィルタ５３と、を備えている。
第３レンズ５１は、第２レンズアレー４２からの光を集光するものである。第３レンズ５１は、図１に示すように、第２レンズアレー４２の出射側に所定間隔ｂをあけて配置されている。この所定間隔ｂは、特に限定されず、任意の値を用いることができる。
第３レンズ５１は、図１に示すように、第２レンズアレー４２を出射した光が入射可能な大きさの口径を有している。また、第３レンズ５１は、図１に示すように、当該第３レンズ５１の光軸と、第２レンズアレー４２の中心に配置されたレンズ４２１の光軸とが一致するように配置されている。そして、第３レンズ５１は、第２レンズアレー４２から出射された光を集光し、第４レンズ５２に対して出射する。
第４レンズ５２は、第３レンズ５１からの光を平行化するものである。第４レンズ５２は、図１に示すように、第３レンズ５１の出射側に所定間隔ｆ２＋ｆ３をあけて配置されている。この所定間隔ｆ２，ｆ３は、図１に示すように、それぞれ第３レンズ５１の焦点距離ｆ２と、第４レンズ５２の焦点距離ｆ３とを示している。
第４レンズ５２は、図１に示すように、第３レンズ５１を出射した光が入射可能な大きさの口径を有している。また、第４レンズ５２は、図１に示すように、当該第４レンズ５２の光軸と、第３レンズ５１の光軸とが一致するように配置されている。そして、第４レンズ５２は、第３レンズ５１から出射された光を平行化して出射する。
ここで、縮小光学系５０の縮小倍率は、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２に対する第４レンズ５２の焦点距離ｆ３の比によって決定される。そして、第４レンズ５２の焦点距離ｆ３は、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２よりも小さくなるように構成されている。これにより、縮小光学系５０は、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２に対する第４レンズ５２の焦点距離ｆ３の比の分だけ、再生像の像サイズを縮小することができる。
第２空間フィルタ５３は、再生光から物体光以外の不要光を除去するものである。第２空間フィルタ５３は、図１に示すように、第３レンズ５１の後側焦平面および第４レンズ５２の前側焦平面に配置されている。また、第２空間フィルタ５３には、図１に示すように、第３レンズ５１に対応して開口部５３１が形成されている。
第２空間フィルタ５３に形成された開口部５３１は、前記した第１空間フィルタ４３と同様に、シングルサイドバンド法によって不要光を遮断して物体光のみを取り出すためのものである。ここで、第２空間フィルタ５３の構成は、開口部５３１の数を除いて前記した第１空間フィルタ４３と同様であるため、詳しい説明は省略する。ここで、図１では、再生光から不要光を除去する空間フィルタとして、第１空間フィルタ４３および第２空間フィルタ５３の２つが設けられているが、いずれか一方を備えていればよい。
［各構成の設置位置および再生像の表示位置］
以下、電子ホログラフィ表示装置１の各構成の設置位置および再生像の表示位置について、図２を参照しながら説明する。ここで、以下では、空間光変調素子３０の大きさｈと空間光変調素子３０間の間隔ｇとの関係が１：３であり、かつ、空間光変調素子３０による再生像を等倍表示する場合の電子ホログラフィ表示装置１の各構成の設置位置および再生像の表示位置について、一例として説明する。なお、空間光変調素子３０の大きさｈとは、図２に示すように、空間光変調素子３０の縦横の幅のことを意味している。また、空間光変調素子３０の形状は、ここでは正方形を想定しており、縦横の幅がいずれもｈであることを前提としている。また、図２は、電子ホログラフィ表示装置１の各構成の設置位置を概念的に図示したものであるため、実際の設置位置とは異なっている。
まず、電子ホログラフィ表示装置１は、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０と第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１とを、以下の式（１）に示す関係とする。
ｆ１＝（１＋ｇ／ｈ）ｆ０ ・・・式（１）
ここで、前記した式（１）における「１＋ｇ／ｈ」は、拡大光学系４０の拡大倍率のことを示している。この拡大光学系４０の拡大倍率は、「ｇ／ｈ＝ｋ」とした場合、「ｋ＋１」で表すことができる。
そして、前記したように、空間光変調素子３０の大きさｈと空間光変調素子３０間の間隔ｇとの関係を１：３とした場合、前記した式（１）より、「ｆ１＝４ｆ０」となる。従って、図２の例では、第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１を第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０の４倍とし、拡大光学系４０の拡大倍率を４倍とする。なお、例えば空間光変調素子３０の大きさｈと空間光変調素子３０間の間隔ｇとの関係を１：１とする場合は、前記した式（１）より、第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１を第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０の２倍とし、拡大光学系４０の拡大倍率を２倍とすればよい。
また、電子ホログラフィ表示装置１は、空間光変調素子３０と第１レンズアレー４１との間隔ａは、以下の式（２）に示す値とする。
ａ＝ｆ０（ｆ０＋ｆ１）／ｆ１
＝（ｋ＋２）ｆ０／（ｋ＋１） ・・・式（２）
ここで、前記したように拡大光学系４０の拡大倍率「ｋ＋１」が４倍である場合、前記した式（２）より、「ａ＝１．２５ｆ０」となる。従って、図２の例では、空間光変調素子３０と第１レンズアレー４１との間隔ａを第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０の１．２５倍とする。
これにより、空間光変調素子３０による再生像は、拡大光学系４０によって４倍に拡大されるとともに、図２に示すように、Ｐ０の位置からＰ２の位置にシフトすることになる。そして、このように拡大光学系４０によって４倍に拡大された再生像は、図２に示すように、第２レンズアレー４２の位置Ｐ２にタイル状に並んで連結されるため、空間光変調素子３０間の隙間による像の欠けがなくなる。
次に、電子ホログラフィ表示装置１は、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２と第４レンズ５２の焦点距離ｆ３とは、以下の式（３）に示す関係とする。
ｆ３＝｛ｈ／（ｈ＋ｇ）｝ｆ２ ・・・式（３）
ここで、前記した式（３）における「ｈ／（ｈ＋ｇ）」は、縮小光学系５０の縮小倍率のことを示している。この縮小光学系５０の縮小倍率は、「ｇ／ｈ＝ｋ」とした場合、「１／（ｋ＋１）」で表すことができる。
そして、前記したように、空間光変調素子３０の大きさｈと空間光変調素子３０間の間隔ｇとの関係を１：３とした場合、前記した式（３）より、「ｆ３＝０．２５ｆ２」となる。従って、図２の例では、第４レンズ５２の焦点距離ｆ３を第３レンズ５１の焦点距離ｆ２の０．２５倍とし、縮小光学系５０の縮小倍率「１／（ｋ＋１）」を０．２５倍とする。
これにより、拡大光学系４０によって拡大された再生像は、縮小光学系５０によって０．２５倍に縮小されるとともに、図２に示すように、Ｐ２の位置からＰ３の位置にシフトすることになる。そして、このように縮小光学系５０によって０．２５倍に縮小された再生像は、図２に示すように、第４レンズ５２から間隔ｃをあけた位置Ｐ３にタイル状に並んで連結され、かつ、元の空間光変調素子３０を隙間なく配列した場合と同様の像サイズの再生像が表示される。なお、第２レンズアレー４２と第３レンズ５１との間隔ｂは、特に限定されず、任意の値とすることができる。また、第４レンズ５２とＰ３の位置の再生像との間隔ｃも、特定の値に限定されず、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２や第４レンズ５２の焦点距離ｆ３などによって変動する値となる。
このように、電子ホログラフィ表示装置１は、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０に対する第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１の比と、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２に対する第４レンズ５２の焦点距離ｆ３の比とを等しくして拡大光学系４０の拡大倍率と縮小光学系５０の縮小倍率とを等しくすることで、複数の空間光変調素子３０による再生像をそのままの像サイズで連結して表示することができるため、空間光変調素子３０による元々の再生像と同じ像サイズおよび同じ視域角で欠けのない立体再生像を表示することができる。
以上のような構成を備える電子ホログラフィ表示装置１は、光照射手段１０から照射された平行光が複数の偏光ビームスプリッター２０に入射すると、その偏光成分に応じて分離され、所定の偏光成分（例えばＳ偏光）の光のみが複数の空間光変調素子３０に向けて反射される。このように偏光ビームスプリッター２０によって反射された光は、対応する空間光変調素子３０に垂直に入射し、当該空間光変調素子３０によってホログラムのデータに応じて変調される。また、空間光変調素子３０によって変調された光は、偏光ビームスプリッターを透過して拡大光学系４０に入射し、当該拡大光学系４０によって光束が拡大される。これにより、空間光変調素子３０による再生像が拡大されて再生像間の隙間がなくなり、隣接する再生像同士が連結されることになる。そして、拡大光学系４０によって光束が拡大された光は、縮小光学系５０に入射し、当該縮小光学系５０によって光束が縮小される。これにより、拡大光学系４０による像サイズの拡大と引き換えに狭くなった再生像の視域角が再度拡大されることになる。
また、電子ホログラフィ表示装置１は、複数の空間光変調素子３０と第１レンズアレー４１との間隔ａが、空間光変調素子３０の大きさに対する空間光変調素子３０間の間隔の比ｋと、第１レンズアレー４１の焦点距離をｆ０との関係で設定されているため、拡大光学系４０によって拡大された再生像（実像）を第２レンズアレー４２の位置に結像させることができ、空間光変調素子３０から出射された光を第２レンズアレー４２に漏れなく入射させることができる。
そのため、このような電子ホログラフィ表示装置１によれば、複数の空間光変調素子３０が所定間隔をあけて配列されている場合であっても、縦方向の視差を失うことなく、当該複数の空間光変調素子３０が隙間なく配列されている場合と同様に、欠けのない立体再生像を表示することができる。
［電子ホログラフィ表示装置の動作］
以下、電子ホログラフィ表示装置１の動作について、図３を参照しながら簡単に説明する。まず、電子ホログラフィ表示装置１は、光照射手段１０によって、偏光ビームスプリッター２０に対して平行光を照射する（ステップＳ１）。次に、電子ホログラフィ表示装置１は、偏光ビームスプリッター２０によって、所定の偏光成分（ここではＳ偏光）を分離し、分離した偏光成分の光を複数の空間光変調素子３０に垂直に入射させる（ステップＳ２）。次に、電子ホログラフィ表示装置１は、複数の空間光変調素子３０によって、図示しないホログラム生成手段から入力されたホログラムのデータに従って、偏光ビームスプリッター２０から入射される光をそれぞれ変調し、拡大光学系４０に対して出射する（ステップＳ３）。次に、電子ホログラフィ表示装置１は、拡大光学系４０によって、複数の空間光変調素子３０から入射される光の光束径を拡大して再生像を拡大し、縮小光学系５０に対して出射する（ステップＳ４）。次に、電子ホログラフィ表示装置１は、縮小光学系５０によって、拡大光学系４０から入射される光の光束径を縮小して再生像を縮小する（ステップＳ５）。以上の工程により、電子ホログラフィ表示装置１は、複数の空間光変調素子３０が所定間隔ｇをあけて配列されている場合であっても欠けのない立体再生像を表示することができる。
以上、本発明に係る電子ホログラフィ表示装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
例えば、電子ホログラフィ表示装置１は、図１に示すように、９個の空間光変調素子３０を用いた構成を一例として示したが、当該空間光変調素子３０の個数は特に限定されず、任意の個数の空間光変調素子３０を用いることができる。また、空間光変調素子３０の大きさｈや、空間光変調素子３０間の間隔ｇについても特に限定されず、任意の大きさｈの空間光変調素子３０を任意の間隔ｇで配列することができる。
また、電子ホログラフィ表示装置１は、図２に示すように、第１レンズアレー４１と第２レンズアレー４２との間において、対応する各レンズ４１２，４２１同士をそれぞれの光路ごとに区切る遮光手段４４を備えていても構わない。電子ホログラフィ表示装置１は、このような遮光手段４４を備えることで、例えば、空間光変調素子３０間の隙間の固定枠や配線などのホログラムの非表示部分からの光を遮蔽し、再生像への影響を防止することができる。
また、電子ホログラフィ表示装置１は、前記した図２では、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０に対する第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１の比と、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２に対する第４レンズ５２の焦点距離ｆ３の比とを等しくすることで、空間光変調素子３０による再生像を等倍表示した例について説明したが、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０に対する第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１の比と、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２に対する第４レンズ５２の焦点距離ｆ３の比とを相違させることで、空間光変調素子３０による再生像を拡大表示または縮小表示させる構成としても構わない。この場合、電子ホログラフィ表示装置１は、例えば第３レンズ５１の焦点距離ｆ２と第４レンズ５２の焦点距離ｆ３とを決定する際に、前記した式（３）を用いずに、任意の焦点距離ｆ２，ｆ３を用いる。
電子ホログラフィ表示装置１は、例えば空間光変調素子３０による再生像を拡大表示する場合は、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２に対する第４レンズ５２の焦点距離ｆ３の比が、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０に対する第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１の比未満となるように、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２と第４レンズ５２の焦点距離ｆ３とを決定すればよい。これにより、電子ホログラフィ表示装置１は、空間光変調素子３０による元々の再生像よりも像サイズが拡大した再生像を表示することができる。なお、この場合、拡大光学系４０の拡大倍率よりも縮小光学系５０の縮小倍率のほうが小さくなるため、最終的に表示される再生像は、空間光変調素子３０による元々の再生像と比較して視域角が狭くなる。
一方、電子ホログラフィ表示装置１は、例えば空間光変調素子３０による再生像を縮小表示する場合は、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２に対する第４レンズ５２の焦点距離ｆ３の比が、第１レンズアレー４１の焦点距離ｆ０に対する第２レンズアレー４２の焦点距離ｆ１の比を超えるように、第３レンズ５１の焦点距離ｆ２と第４レンズ５２の焦点距離ｆ３とを決定すればよい。これにより、電子ホログラフィ表示装置１は、空間光変調素子３０による元々の再生像よりも像サイズが縮小した再生像を表示することができる。なお、この場合、拡大光学系４０の拡大倍率よりも縮小光学系５０の縮小倍率のほうが大きくなるため、最終的に表示される再生像は、空間光変調素子３０による元々の再生像と比較して視域角が大きくなる。
電子ホログラフィ表示装置１は、このように拡大光学系４０の拡大倍率と縮小光学系５０の縮小倍率とを相違させることで、複数の空間光変調素子３０による再生像の像サイズを拡大または縮小した状態で連結して表示することができるため、空間光変調素子３０による元々の再生像と異なる像サイズまたは異なる視域角で欠けのない立体再生像を表示することができる。
１ 電子ホログラフィ表示装置
１０ 光照射手段
２０ 偏光ビームスプリッター
３０，１３０ 空間光変調素子
４０ 拡大光学系
４１ 第１レンズアレー
４１１ レンズ
４２ 第２レンズアレー
４２１ レンズ
４３ 第１空間フィルタ
４３１ 開口部
４４ 遮光手段
５０ 縮小光学系
５１ 第３レンズ
５２ 第４レンズ
５３ 第２空間フィルタ
５３１ 開口部

Claims (3)

  1. 電子的に生成されたホログラムから立体再生像を表示する電子ホログラフィ表示装置であって、
    平行光を照射する光照射手段と、
    前記光照射手段から照射された光のうち、一部の偏光成分の光を反射するとともにその他の偏光成分の光を透過し、かつ、反射した方向からの光を透過する複数の偏光ビームスプリッターと、
    前記偏光ビームスプリッターのそれぞれに対面して同一平面上に所定間隔をあけて配列され、前記偏光スプリッターによって反射されて垂直に入射した光を変調して出射する複数の空間光変調素子と、
    前記複数の空間光変調素子から出射されて前記複数の偏光ビームスプリッターを透過した光の光束径を拡大する拡大光学系と、
    前記拡大光学系から出射された光の光束径を縮小する縮小光学系と、を備え、
    前記拡大光学系は、
    前記空間光変調素子の出射側に配置されるとともに、当該空間光変調素子のそれぞれに対応して同一平面上に複数のレンズが配列された第１レンズアレーと、
    前記第１レンズアレーの出射側に配置されるとともに、当該第１レンズアレーを構成するレンズのそれぞれに対応して同一平面上に複数のレンズが配列され、かつ、当該第１レンズアレーよりも大きな焦点距離を有する第２レンズアレーと、を備え、
    前記縮小光学系は、
    前記第２レンズアレーの出射側に配置されるとともに、当該第２レンズアレーから出射された光が入射可能な口径を有する第３レンズと、
    前記第３レンズの出射側に配置されるとともに、当該第３レンズよりも小さな焦点距離を有する第４レンズと、を備え、
    前記空間光変調素子と前記第１レンズアレーとの間隔ａは、前記空間光変調素子の大きさに対する前記空間光変調素子間の間隔の比をｋとし、前記第１レンズの焦点距離をｆ０とした場合において、ａ＝（ｋ＋２）ｆ０／（ｋ＋１）であることを特徴とする電子ホログラフィ表示装置。
  2. 前記第１レンズアレーの焦点距離に対する前記第２レンズアレーの焦点距離の比と、前記第３レンズの焦点距離に対する前記第４レンズの焦点距離の比とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の電子ホログラフィ表示装置。
  3. 前記第１レンズアレーの焦点距離に対する前記第２レンズアレーの焦点距離の比と、前記第３レンズの焦点距離に対する前記第４レンズの焦点距離の比とが異なることを特徴とする請求項１に記載の電子ホログラフィ表示装置。
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