JP2000259068A - 空間光変調装置及びホログラフィー装置 - Google Patents

空間光変調装置及びホログラフィー装置

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JP2000259068A
JP2000259068A JP11057319A JP5731999A JP2000259068A JP 2000259068 A JP2000259068 A JP 2000259068A JP 11057319 A JP11057319 A JP 11057319A JP 5731999 A JP5731999 A JP 5731999A JP 2000259068 A JP2000259068 A JP 2000259068A
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JP
Japan
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optical system
spatial light
light modulator
display pattern
light
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JP11057319A
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Tomio Sonehara
富雄 曽根原
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来にない高精細かつ大面積な空間光変調器、
ならびにホログラフィックな像再生装置を提供するこ
と。 【解決手段】光感度を有する空間光変調器101に表示
パターン発生器102の画像が多眼結像光学系103に
よって光学的に縮小投影され、この投影画像群104に
対応した位相あるいは振幅分布が電気光学媒体に形成さ
れる。読み出し光105を該空間光変調器に照射すると
記録された分布にしたがって読み出し光の波面が変調さ
れる。読み出し光にコヒーレント光を用いると、表示パ
ターンの応じたホログラム再生が可能となる装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空間光変調装置お
よびホログラフィックな像再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のリアルタイムで任意な位相パター
ン、振幅パターンを書き換えられる空間光変調器は、J
apan Display‘92、p.315に示すよ
うに電気アドレス型であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,このよ
うな従来の電気アドレス型空間光変調器にあっては,感
光性ポリマーや銀塩写真に匹敵する高精細な変調画素を
得るのが困難であるという問題があった。また視野の広
いホログラフィックな像再生にあっては大面積な空間光
変調器が不可欠である。しかしこのような高精細かつ大
面積な空間光変調器は、莫大な数の変調画素を要し、従
来のアドレス法では全画素にリアルタイムに変調情報を
与えることができないという問題があった。
【0004】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、大面積かつ高精
細な変調画素を有する空間光変調装置を提供し、あわせ
てこれを用いたホログラフィー装置を提供する点にあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、少なくとも、光感度を有する空間光変調器と表示パ
ターン発生器、表示パターンを縮小投影する多眼結像光
学系を備えて成る空間光変調装置であることを特徴とす
る。
【0006】これによれば、光感度を有する空間光変調
器に表示パターンを光学的に縮小投影し、実時間書き換
えができ、かつ高密度で画素数の多い空間変調器を構成
可能とする。
【0007】また、請求項2に係る発明には、請求項1
において、前記多眼結像光学系は少なくともマイクロレ
ンズアレイを備えて成ることを特徴とする。
【0008】これによれば、前記表示パターン発生器の
像を光感度を有する空間光変調器上に投影像群として縮
小投影し、高密度画素を実現できる。
【0009】さらに、請求項3に係る発明は、請求項1
において、前記光感度を有する空間光変調器は光導電体
の導電率変化に誘起された液晶層の配向変化によって光
制御する空間光変調器であることを特徴とする。
【0010】これによれば、実時間で線形に位相、振幅
を変化できる。
【0011】また、請求項4に係る発明は、請求項1に
おいて前記表示パターン発生器は単一の液晶パネルであ
ることを特徴とする。
【0012】これによれば、ホログラフィック再生に必
要な情報量を削減させることができる。
【0013】さらに、請求項5に係る発明によれば、コ
ヒーレント光により波面再生を行うホログラフィー装置
であって、少なくとも光感度を有する空間光変調器と表
示パターン発生器、多眼結像光学系、コヒーレント読み
出し光学系を備えて成ることを特徴とするホログラフィ
ー装置が提供される。
【0014】これによれば、大面積で視野の広い、かつ
高精細な変調画素であることから大きな再生像を観察で
きる。
【0015】また、請求項6に係る発明は、請求項5に
おいて前記多眼結像光学系はアフォーカル光学系と結像
レンズアレイから成ることを特徴とする。
【0016】これによれば、大面積に高密度表示パター
ンを書き込むことができる。
【0017】また、請求項7に係る発明は、請求項5に
おいて前記コヒーレント読み出し光学系は少なくともレ
ーザー光源、コリメート装置を備えて成る斜め入射光学
系であることを特徴とする。
【0018】これによれば、簡便に位相、振幅パターン
を読み出すことを可能とする。
【0019】さらに、請求項7に係る発明は、請求項5
において前記コヒーレント読み出し光学系は少なくとも
レーザー光源、コリメート装置、偏光ビームスプリッタ
ーを備えて成ることを特徴とする。
【0020】これによれば、垂直方向でありながら容易
に位相、振幅パターンを読み出すことを可能とする。
【0021】
【発明の実施の形態】(実施例1)以下、本発明の実施
の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【0022】図1は本発明の概要を示す図である。光感
度特性を有する空間光変調器101に表示パターン発生
器102の画像が多眼結像光学系103によって光学的
に縮小投影され、この投影像群104に対応した位相分
布が電気光学媒体に形成される。読み出し光105を該
空間光変調器に照射すると記録された位相分布にしたが
って読み出し光の波面が変調される。読み出し光にコヒ
ーレント光を用いると、表示パターンの応じたホログラ
ム再生が可能となる。
【0023】より具体的な実施例である図2では光感度
を有する空間光変調器として光導電体と液晶からなる光
書き込み型の空間光変調器(OASLM)201と投影
画像群の単位画像表示器として透過型液晶パネル20
2、複数の画像を投影するために多眼結像光学系203
を用いた。図2では凸レンズ作用を持つレンズアレイ2
03を用いた。204と205は拡大光学系として用い
たアフォーカル光学系を構成する、第1レンズと第2レ
ンズである。なお、読み出し光側は省略している。
【0024】本実施例で使用したデバイスを表1に示
す。
【0025】
【表1】
【0026】本実施例で用いたOASLMはホモジニア
ス配向のECB(電界制御複屈折)モードで、光の位相
変調が可能である。例えばSID’90 DIGES
T,327に詳細な記述があるが、ここでその構造と動
作について簡単に触れる。
【0027】図3に本実施例で使用した光書き込み型液
晶空間光変調器の構成を示す。TFT液晶パネルの像を
アモルファスシリコン層301に投影する。すると光強
度に応じて各点の導電率が変化し、液晶層302に印加
される電圧が変わる。この電圧によって液晶の配向状態
を変化させて光を制御する。
【0028】本実施例では、光書き込み型液晶空間光変
調器はホモジニアス配向であり、ネマティック液晶をツ
イストせずに使用している。このため電圧印加により液
晶分子の傾きが変わり、液晶の複屈折のために光の位相
を変化させることができる。本実施例の光書き込み型液
晶空間光変調器はほぼ線形に2π以上位相を変化させる
ことができた。また、303は書き込み光と読み出し光
を分離するための誘電体ミラー、304は透明電極であ
る。
【0029】OASLMに描かれる位相パターンは接続
されたコンピューターで計算され、これをTFT−LC
Dに出力する。ここで光強度パターンとなった表示パタ
ーンは、レンズアレイによってアレイ数に対応した微少
画像としてOASLMに結像している。すなわちTFT
−LCDには0から2πの位相を0から1の透過率に変
換して記録し、この振幅分布をOASLMに投影すると
光強度に応じて読み出し光の位相を変調できることにな
る。こうしてOASLM上にホログラムを記録できる。
【0030】表示パターンはAppl.Opt.12
(1973)2328に記載のような反復計算法や高速
フーリエ変換を用いて生成できる。本実施例ではホログ
ラムとしてキノフォームを用いた。キノフォームとは原
画像にランダムな位相を乗せてフーリエ変換し、位相成
分だけを取り出したものである。
【0031】また計算されるパターンは、実像を形成す
る場合と、虚像を形成する場合があるが、本実施例では
実像を再生するよう計算を行った。
【0032】また、計算するパターンはOASLM全面
を仮定した画素数で行い、その一部を切り取る手法や、
再生像の解像点数を減らして計算時間を短縮短縮するこ
とができる。
【0033】本実施例の縮小投影光学系は、アフォーカ
ル光学系と結像レンズアレイから成る図2に示すシステ
ムである。表2に概仕様を示す。
【0034】
【表2】
【0035】本実施例ではTFT液晶パネル5分の1に
縮小投影した。したがって、TFT−LCDの画素ピッ
チが16μmであるのでOASLM上の画素ピッチは約
3μmとなった。図4は縮小投影された表示パターン群
である。401が一つのTFT−LCDに対応した投影
パターンである。レンズピッチが3mmで25×25の
マイクロレンズアレイを試作したので、総画素数256
25×19200、大きさが75mm×75mmであ
る。再生は前述したように反射系で行った。読み出し光
は偏光したHe−Neレーザ光をコリメートしビームイ
クスパンダで拡大して照射する。焦点距離500mmの
結像レンズを用いると50mmの大きさの再生像を得
た。マイクロレンズアレイのピッチは3mmであるが、図
4、図5に示すようにOASLMに結像したパターン4
01,501間に間隔が空いてもホログラム再生を行う
ことができる。
【0036】読み出し光は、偏光ビームスプリッタを用
いて垂直入射を行うこともできる。図6はOASLM6
02からの垂直読み出しの例である。読みだし光603
とその反射光604の偏光方向が直交できるので、偏光
ビームスプリッタ601を用いて垂直方向に容易に光路
分離できた。
【0037】また、OASLMの液晶層の配向軸と偏光
ビームスプリッタの偏光軸を調整することによって、振
幅変調機能を持たせることができる。
【0038】さらに本実施例の空間光変調器を用いたホ
ログラフィー装置は、実時間で書き換え可能なホログラ
ムなので容易に動画が実現できる。
【0039】また、赤、青、緑の3原色のレーザを高速
で切り替え、それに同期してホログラムを書き換えれ
ば、カラーの3次元動画再生が可能である (実施例2)実施例2は、光導電体と光変調層間の書き
込み読み出し光の分離機能体をなくしたものである。具
体的にはOASLMとして実施例1の誘電体ミラーを取
り去った。したがって本実施例は、誘電体ミラーに起因
する解像度の低下がない。このため表2のマイクロレン
ズの縮小率を上げ、1/8とすることができた。これに
よりOASLM上の画素ピッチは2μmとなり、大きな
回折角を得ることができ、再生像を大きくすることがで
きる。また、読み出し光波長を光導電体に対し低感度で
あり、さらに光導電体層で反射する波長とした。本実施
例では光導電体にa−Siを用いて読み出し光を比較的
低感度な833nmの半導体レーザ光を用いた。
【0040】以上本発明の実施例について述べてきた
が、本発明はこのほかにも、広く光情報処理や表示装置
などに応用が可能である。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、より精細な位相分
布やフリンジパターンをSLMに描きながら、大きな面
積を確保し、全面の表示データを計算することなく、繰
り返しパターンを縮小投影することによりホログラフィ
ック再生に必要な情報量を削減させることができる。
【0042】また、再生に必要な情報量を削減できるこ
とから、実時間で書き換えが可能となる。
【0043】さらに複数の干渉パターンがランダムに重
なり合うことでホログラフィック再生特有のスペックル
ノイズを低減できる効果も有している。
【0044】本発明によれば、レーザスキャンの方法と
違って、常に書き込みデータがアモルファスシリコン層
に照射されているので、メモリ性を持たないネマティッ
ク液晶を用いることができる。これにより書き込みの光
強度に応じて位相を連続的に変調することができる。ま
た、スキャニングのための可動部がなく、取扱いやすい
という効果もある。
【0045】さらに、光学系の倍率を変えれば画素ピッ
チを細かくできる。これにより、大きくて解像度の高い
ホログラフィ再生像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかるホログラフィー装
置の模式的説明図である。
【図2】本発明の実施の形態にかかる空間光変調装置の
構成図である。
【図3】本発明の実施の形態にかかるOASLMの説明
図である。
【図4】本発明の実施の形態にかかる縮小投影された表
示パターン群である。
【図5】本発明の実施の形態にかかる縮小投影された別
の表示パターン群である。
【図6】本発明の実施の形態にかかるホログラフィー装
置の別の読み出し構成を示す図である。
【符号の説明】
101 光感度を有する空間光変調器 102 表示パターン発生器 103 多眼結像光学系 104 投影像群 105 読み出し光 201 OASLM 202 透過型液晶パネル 203 レンズアレイ 301 アモルファスシリコン層 302 液晶層 303 誘電体ミラー 304 透明電極 401、501 投影LCDパターン 601 偏光ビームスプリッタ 602 OASLM 603 読みだし光 604 反射光

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも、光感度を有する空間光変調
    器と表示パターン発生器、該表示パターンを縮小投影す
    る多眼結像光学系を備えて成ることを特徴とする空間光
    変調装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記多眼結像光学系
    は少なくともマイクロレンズアレイを備えて成ることを
    特徴とする空間光変調装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記光感度を有する
    空間光変調器は光導電体の導電率変化に誘起された液晶
    層の配向変化によって光制御する空間光変調器であるこ
    とを特徴とする空間光変調装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記表示パターン発
    生器は単一の液晶パネルであることを特徴とする空間光
    変調装置。
  5. 【請求項5】 コヒーレント光により波面再生を行うホ
    ログラフィー装置において、少なくとも光感度を有する
    空間光変調器と表示パターン発生器、多眼結像光学系、
    コヒーレント読み出し光学系を備えて成ることを特徴と
    するホログラフィー装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において前記多眼結像光学系は
    アフォーカル光学系と結像レンズアレイから成ることを
    特徴とするホログラフィー装置。
  7. 【請求項7】 請求項5において前記コヒーレント読み
    出し光学系は少なくともレーザー光源、コリメート装置
    を備えて成る斜め入射光学系であることを特徴とするホ
    ログラフィー装置。
  8. 【請求項8】 請求項5において前記コヒーレント読み
    出し光学系は少なくともレーザー光源、コリメート装
    置、偏光ビームスプリッターを備えて成ることを特徴と
    するホログラフィー装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007513457A (ja) * 2003-12-08 2007-05-24 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ ホログラフィック装置
JP2008541159A (ja) * 2005-05-13 2008-11-20 シーリアル、テクノロジーズ、ゲーエムベーハー シーンのホログラフィック再構成を行う投影装置及び方法
JP2010508539A (ja) * 2006-10-26 2010-03-18 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム 小型ホログラフィック・ディスプレイ装置
JP2013114205A (ja) * 2011-11-30 2013-06-10 Dainippon Printing Co Ltd 表示装置
US9454131B2 (en) 2011-10-19 2016-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for fast generation of hologram

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