JP2007011104A - 光線制御装置及びそれを用いた立体像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
上記の課題は、複数の光源(1)と、前記光源からのそれぞれの光線(2)の方向を制御する複数の光線制御素子(3)とを具備し、前記光線制御素子(3)は、前記光線(2)を反射して光線の方向を制御するミラー(4)と、当該ミラーの角度を制御するミラー角度制御素子(5)とを有する光線制御装置(10)により、解決することができる。
【選択図】図3
Description
複数の光源(1)と、
前記光源からのそれぞれの光線(2)の方向を制御する複数の光線制御素子(3)とを具備し、
前記光線制御素子(3)は、前記光線(2)を反射して光線の方向を制御するミラー(4)と、当該ミラーの角度を制御するミラー角度制御素子(5)とを有する光線制御装置(10)である。
複数の光源(1)と、
前記光源からのそれぞれの光線の方向を制御する複数の光線制御素子とを具備し、
前記光線制御素子は、屈折率を変化させて光線の方向を制御する電気光学結晶(6)と、当該電気光学結晶に電界を印加する電界印加素子(7)とを有する光線制御装置(20)である。
複数の光源(1)と、
前記光源からのそれぞれの光線の方向を制御する複数の光線制御素子とを具備し、
前記光線制御素子は、前記光線の位相を変調する光変調器(8)と、当該光変調器に変調信号を入力する変調信号発生器(9)とを有し、
位相が変調された複数の光線同士をモード干渉させて光線の方向を制御する光線制御装置(30)である。
(I)上記光線制御装置(10,20,30,40)を具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、体積表示法、インテグラルフォトグラフィ法又は光線再生法により、前記光線制御装置の前面及び後面の少なくとも一方に立体像(14,15)を表示させる立体像表示装置。
(II)上記光線制御装置(10,20,30,40)を具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、被加工体にレーザ加工を行うレーザ加工装置。
(III)上記光線制御装置(10,20,30,40)と、複数の光検出器(16)とを具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を前記光検出器で検出する光スイッチング装置。
(IV)上記光線制御装置(10,20,30,40)を具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を情報信号として各コンピュータ(17)により受信する無線LAN装置。
平面基板上に、配列間隔が1μm〜100μm間隔で2次元配列された複数の垂直共振器型面発光半導体レーザからなる光源(1)と、
前記光源からの複数の光線を同期させる回折格子(11)と、
前記同期させた複数の光線をそれぞれ反射して光線の方向を制御する複数のミラー(4)と、
当該複数のミラーの角度をそれぞれ変更する複数の圧電素子(5)と、
当該圧電素子に電圧を印加して、前記複数のミラーの角度をそれぞれ制御するように前記圧電素子における全部又は一部分に体積歪みを発生させる複数の電圧印加素子とを有する光線制御装置(10)を具備し、
当該光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、体積表示法、インテグラルフォトグラフィ法又は光線再生法により、前記光線制御装置の前面及び後面の少なくとも一方に立体像(14,15)を表示させる立体像表示装置である。
平面基板上に、配列間隔が1μm〜100μm間隔で2次元配列された複数の垂直共振器型面発光半導体レーザからなる光源(1)と、
前記光源からの複数の光線を同期させる回折格子(11)と、
屈折率を変化させて、前記同期させた複数の光線の方向をそれぞれ制御する複数の電気光学結晶(6)と、
当該電気光学結晶に電界を印加して、前記複数の光線の方向をそれぞれ制御するように前記電気光学結晶の屈折率を変化させる複数の電界印加素子(7)とを有する光線制御装置(20)を具備し、
当該光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、体積表示法、インテグラルフォトグラフィ法又は光線再生法により、前記光線制御装置の前面及び後面の少なくとも一方に立体像(14,15)を表示させる立体像表示装置である。
平面基板上に、配列間隔が1μm〜100μm間隔で2次元配列された複数の垂直共振器型面発光半導体レーザからなる光源(1)と、
前記光源からの複数の光線を同期させる回折格子(11)と、
屈折率を変化させて、前記同期させた複数の光線の方向をそれぞれ制御する複数の音響光学結晶と、
当該音響光学結晶に音波を印加して、前記複数の光線の方向をそれぞれ制御するように前記音響光学結晶の屈折率を変化させる複数の音波印加素子とを有する光線制御装置を具備し、
当該光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、体積表示法、インテグラルフォトグラフィ法又は光線再生法により、前記光線制御装置の前面及び後面の少なくとも一方に立体像(14,15)を表示させる立体像表示装置である。
平面基板上に、配列間隔が1μm〜100μm間隔で2次元配列された複数の垂直共振器型面発光半導体レーザからなる光源(1)と、
前記光源からの複数の光線を同期させる回折格子(11)と、
前記同期させた複数の光線の位相を変調する複数の光変調器(8)と、
前記位相が変調された複数の光線同士をモード干渉させて、前記複数の光線の方向をそれぞれ制御するように前記光変調器に変調信号を入力する複数の変調信号発生器(9)とを有する光線制御装置(30)を具備し、
当該光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、体積表示法、インテグラルフォトグラフィ法又は光線再生法により、前記光線制御装置の前面及び後面の少なくとも一方に立体像(14,15)を表示させる立体像表示装置である。
図1は、実施形態に係る立体像表示装置の概略構成図である。図1(A)は、立体像表示装置よりも観察者側に立体像(3次元実像)を形成する原理を示す概念図である。図1(B)は、立体像表示装置よりも遠くに立体像(3次元虚像)を形成する原理を示す概念図である。図1に示す立体像表示装置は、後述する第1〜第3の実施形態に係る光線制御装置(10,20,30,40)を具備し、当該光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、体積表示法、インテグラルフォトグラフィ法又は光線再生法により、光線制御装置の前面及び後面の少なくとも一方に立体像(14,15)を表示させる立体像表示装置である。
体積表示法は、基本的には、光線方向を制御する3次元的走査機構により空間中に複数の発光点を分布させて3次元像を形成することを原理としている。すなわち、複数の光線方向を制御して集束させることにより、観察者に対して実際にその点(集束点)が発光しているように見せることができる。そして、この発光点を被写体の各点に対応するよう形成して発光点群とすることにより、空間中に実物があるように見せることができる。体積表示法によれば、実際に形成されている3次元像を観察するので、光線情報を再現しなくても立体感に関する生理的な要因をすべて満たすことができる。
従来、立体表示方法として、非常に多くの視差画像を用いるインテグラルフォトグラフィ(IP)法或いは光線再生法と呼ばれる立体像を何らかの方法で記録しこれを再生する方法が知られている。ここで、インテグラルフォトグラフィ法及び光線再生法は、立体表示方法としてその用語の意味が正確には確立されていないがほぼ同一の原理に基づく。
に立体像を再生しているので、偏向めがねも必要がなく観察者の見る角度によって立体像の見える角度が変わるので、よりリアルであるといえる。
光源としては、公知の光源を採用できる。例えば、ダイオード、レーザーダイオードなどが挙げられ、特に面発光半導体レーザ(発光材料として、GaInAsP/InP、AlGaInAs/InP、GaAsSb/GaAs、GaInNAs/GaAs、GaInAs/GaAs、AlGaAs/GaAs、AlGaInP/GaAs、GaInN/GaNなどがある。)が好ましい。
図3は、第1の実施形態に係る光線制御装置(MEMS技術によるミラーアレイを利用した光線制御装置)を示す概略構成図である。
図3に示すように、本実施形態に係る光線制御装置(10)は、複数の光源(1)と、前記光源からのそれぞれの光線(2)の方向を制御する複数の光線制御素子(3)とを具備し、前記光線制御素子(3)は、前記光線(2)を反射して光線の方向を制御するミラー(4)と、当該ミラーの角度を制御するミラー角度制御素子(5)とを有する光線制御装置(10)である。前記ミラー角度制御素子(5)は、例えば、前記ミラーの角度を変更する圧電素子と、当該圧電素子に電圧を印加して、前記ミラーの角度を制御するように前記圧電素子の全部又は一部に体積歪みを発生させる電圧印加素子とを有する。
圧電素子とは電圧を印加することにより、機械的ひずみを生ずる素子であり、印加される電圧に応じて伸縮するアクチュエータとして機能する。板状の圧電素子一単位を多数積層して全体が形成された積層型圧電素子や、互いにたわみ方向が反対になるように2枚の板状素子を貼り合わせたもので、電圧の印加によりたわみ変形が発生するバイモルフ型圧電素子がある。バイモルフ型は、駆動力は小さいが、変位量を比較的大きくできる。これらとは異なり、1枚の圧電素子で構成する場合には、部分的に電圧を印加できる構造としておき、部分的に機械的ひずみを発生させるようにすればよい。Pb(Zr,Ti)O3系やPbTiO3系の圧電セラミックスや、LiNbO3圧電単結晶などの材料により形成される。
光源(1)から出力された光線(2)は、光線制御素子(3)のミラー(4)で反射して、制御された光線(13)となる。複数の制御された光線(13)により発光点が形成され、この発光点が複数集まった群となることにより、立体像(14)が形成される。
図4は、第2の実施形態に係る光線制御装置(電気光学結晶を利用した光線制御装置)の制御原理の概念図である。図5は、第2の実施形態に係る光線制御装置(電気光学結晶を利用した光線制御装置)の制御態様の一例を示す概略構成図である。図6は、第2の実施形態に係る光線制御装置(電気光学結晶を利用した光線制御装置)の制御態様の他の例を示す概略構成図である。なお、上記実施形態と重複する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図4に示すように、本実施形態に係る光線制御装置(20)は、複数の光源(1)と、前記光源からのそれぞれの光線の方向を制御する複数の光線制御素子とを具備し、前記光線制御素子は、屈折率を変化させて光線の方向を制御する電気光学結晶(6)と、当該電気光学結晶に電界を印加する電界印加素子(7)とを有する光線制御装置(20)である。制御態様としては、図5に示すように、1枚の電気光学結晶に複数の光源(1)を対応させる場合や、図6に示すように、1枚の電気光学結晶に1つの光源(1)を対応させる場合などが挙げられる。図5に示す場合、1枚の電気光学結晶に与える電界を一様に制御して、1枚の電気光学結晶に対応した複数の電源から出力される光線をすべて同方向となるように制御してもよいし、1枚の電気光学結晶に与える電界を部分ごとに異なるように制御(例えば、1枚の電気光学結晶に複数の電界印加素子(7)を設ける。)して、1枚の電気光学結晶に対応した複数の電源から出力される光線をそれぞれ異なる方向となるように制御してもよい。図6に示す例は、電気光学効果を有する素子や、音響光学効果を有する素子を各光源に集積し、光源自身が、出力する光線の方向を制御する機能を有するように構成した一例を示している。
光源(1)から出力された光線は、光線制御素子を構成する電気光学結晶(又は音響光学結晶)(6)で屈折して、制御された光線(13)となる。複数の制御された光線(13)により発光点が形成され、この発光点が複数集まった群となることにより、立体像(14)が形成される。
図7は、第3の実施形態に係る光線制御装置(モード干渉を利用した光線制御装置)を示す概略図である。図7(A)は、光線制御装置の制御態様の一例(基本モード)を示す概略図である。図7(B)は、光線制御装置の制御態様の他の例(高次モード)を示す概略図である。なお、上記実施形態と重複する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図7に示すように、本実施形態に係る光線制御装置(30)は、複数の光源(1)と、前記光源からのそれぞれの光線の方向を制御する複数の光線制御素子とを具備し、前記光線制御素子は、前記光線の位相を変調する光変調器(8)と、当該光変調器に変調信号を入力する変調信号発生器(9)とを有し、位相が変調された複数の光線同士をモード干渉させて光線の方向を制御する光線制御装置(30)である。制御態様としては、図7(A)に示すように、基本モードである一次の干渉作用を利用する場合や、図7(B)に示すように、高次モードである高次の干渉作用を利用する場合などが挙げられる。
光変調器とは、光の周波数、光の強度、及び光の位相のうち少なくともひとつに変調を加えるための装置である。このような光変調器として、周波数変調器、強度変調器、及び位相変調器があげられる。より具体的には、光変調器としては、マッハツェダー型光変調器、光単側波帯変調器(光SSB変調器)、光周波数シフトキーイング変調器(光FSK変調器)又は光搬送波抑圧両側波帯変調器(光DSB−SC変調器)などが挙げられる。
変調信号発生器(9)は、光変調器(8)の変調信号を発生させるものであり、一般に公知のものを用いることができる。例えば、RF(ラジオ周波数)信号を発生できる変調信号発生器などが挙げられる。また、光電気発振器の原理を利用して、光変調器(8)からの出力信号光を光検出器などにより電気信号に変換して、その中の所定の周波数成分を利用するようにした変調信号発生器でもよい。
光源(1)から出力された光線は、光線制御素子を構成する光変調器(8)で変調(強度変調、周波数変調、好ましくは位相変調)されて、制御された光線(13)となる。複数の制御された光線(13)により発光点が形成され、この発光点が複数集まった群となることにより、立体像が形成される。
本発明に係る光線制御装置は、例えば、高度な制御操作が必要となる立体像表示装置などに応用することができる。この場合、高度な光線制御操作を確実にするため、複数の光源からの光線を同期させることが好ましい。
上記実施形態に係る光線制御装置は、複雑な光線方向を精度よく制御することができるので、立体像表示装置への応用だけでなく、レーザ加工装置、光スイッチング装置、無線LAN装置などに応用することができる。
2 光線
3 光線制御素子
4 ミラー
5 ミラー角度制御素子
6 電気光学結晶
7 電界印加素子
8 光変調器
9 変調信号発生器
10,20,30,40 光線制御装置
11 光線制御素子
12 回折格子
13 制御された光線
14 立体像(3次元実像)
15 立体像(3次元虚像)
16 光検出器
17 コンピュータ(PC)
18 0次光(ゼロ次光)
19 1次光
21 画素
22 観察者
23 多層膜反射鏡
24 電流・光閉じ込め層
25 活性層
26 ミラーアレイ
Claims (27)
- 複数の光源(1)と、
前記光源からのそれぞれの光線(2)の方向を制御する複数の光線制御素子(3)とを具備し、
前記光線制御素子(3)は、前記光線(2)を反射して光線の方向を制御するミラー(4)と、当該ミラーの角度を制御するミラー角度制御素子(5)とを有する光線制御装置(10)。 - 請求項1に記載する光線制御装置(10)において、
前記ミラー角度制御素子(5)は、前記ミラーの角度を変更する圧電素子と、当該圧電素子に電圧を印加して、前記ミラーの角度を制御するように前記圧電素子の全部又は一部に体積歪みを発生させる電圧印加素子とを有する光線制御装置。 - 複数の光源(1)と、
前記光源からのそれぞれの光線の方向を制御する複数の光線制御素子とを具備し、
前記光線制御素子は、屈折率を変化させて光線の方向を制御する電気光学結晶(6)と、当該電気光学結晶に電界を印加する電界印加素子(7)とを有する光線制御装置(20)。 - 複数の光源を有し、
前記複数の光源を構成する各光源は、電気光学効果を有する素子が集積され、出力する光線の方向を制御する機能を有する光線制御装置。 - 請求項4に記載する光線制御装置において、
前記電気光学効果を有する素子は、屈折率を変化させて光線の方向を制御する電気光学結晶(6)と、当該電気光学結晶に電界を印加する電界印加素子(7)とを有する素子である光線制御装置。 - 請求項3又は5に記載する光線制御装置において、
前記電気光学結晶(6)は、BBO結晶、LiTaO3結晶、KTB結晶、LiNbO3結晶、MgOを添加したLiNbO3結晶、Feを添加したLiNbO3結晶、または、ZnOを添加したLiNbO3結晶である光線制御装置。 - 複数の光源と、
前記光源からのそれぞれの光線の方向を制御する複数の光線制御素子とを具備し、
前記光線制御素子は、屈折率を変化させて光線の方向を制御する音響光学結晶と、当該音響光学結晶に音波を印加する音波印加素子とを有する光線制御装置。 - 複数の光源を有し、
前記複数の光源を構成する各光源は、音響光学効果を有する素子が集積され、出力する光線の方向を制御する機能を有する光線制御装置。 - 請求項4に記載する光線制御装置において、
前記音響光学効果を有する素子は、屈折率を変化させて光線の方向を制御する音響光学結晶と、当該音響光学結晶に音波を印加する音波印加素子とを有する素子である光線制御装置。 - 請求項7又は9に記載する光線制御装置において、
前記音響光学結晶は、LiNbO3結晶、LiTaO3結晶、PbMoO4結晶、または、TeO2結晶である光線制御装置。 - 複数の光源(1)と、
前記光源からのそれぞれの光線の方向を制御する複数の光線制御素子とを具備し、
前記光線制御素子は、前記光線の位相を変調する光変調器(8)と、当該光変調器に変調信号を入力する変調信号発生器(9)とを有し、
位相が変調された複数の光線同士をモード干渉させて光線の方向を制御する光線制御装置(30)。 - 請求項11に記載する光線制御装置において、
前記光変調器(8)は、マッハツェダー型光変調器、光単側波帯変調器(光SSB変調器)、光周波数シフトキーイング変調器(光FSK変調器)又は光搬送波抑圧両側波帯変調器(光DSB−SC変調器)である光線制御装置。 - 複数の光源を有し、
前記複数の光源を構成する各光源は、それぞれ位相の関係が制御された複数のモードを同時に出力することにより、出力する光線の方向を制御する機能を有する光線制御装置。 - 請求項13に記載する光線制御装置において、
前記複数のモードの位相の関係は、前記光源の温度または印加電圧の調整により制御される光線制御装置。 - 請求項1〜14のいずれかに記載する光線制御装置において、
前記複数の光源は、平面基板上に2次元配列された複数の面発光半導体レーザである光線制御装置。 - 請求項15に記載する光線制御装置において、
前記面発光半導体レーザは、垂直共振器型、水平共振器型または曲がり共振器型の面発光半導体レーザである光線制御装置。 - 請求項15に記載する光線制御装置において、
前記面発光半導体レーザの配列間隔は、1μm〜100μm間隔であり、
前記光線制御素子の配列間隔は、1μm〜100μm間隔である光線制御装置。 - 請求項1〜14のいずれかに記載する光線制御装置(10,20,30)において、
前記光源(1)の出力側に設けられ、前記光源からの出力光の一部を反射させて前記複数の光源に対応する複数の反射光を結合し、当該結合部分を制御することにより、前記複数の光線同士を同期させる同期素子を具備する光線制御装置(40)。 - 請求項18に記載する光線制御装置(40)において、
前記同期素子は、回折格子(12)である光線制御装置(40)。 - 請求項19に記載する光線制御装置において、
前記回折格子(12)は、0.1μm〜0.6μm周期の回折格子である光線制御装置。 - 請求項1〜20のいずれかに記載する光線制御装置において、
前記複数の光源を構成する各光源は、単一色の光線を出力する光源であり、異なる単一色の光線を出力する各光源が複数集積されることにより、前記複数の光源は複数色の光線を出力することができる光線制御装置。 - 請求項1〜20のいずれかに記載する光線制御装置において、
前記複数の光源を構成する各光源は、複数色の光線を出力することができる光線制御装置。 - 請求項21又は22に記載する光線制御装置において、
前記複数の光源は、赤(R)、緑(G)又は青(B)を含む光線制御装置。 - 請求項1〜23のいずれかに記載する光線制御装置(10,20,30,40)を具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、体積表示法、インテグラルフォトグラフィ法又は光線再生法により、前記光線制御装置の前面及び後面の少なくとも一方に立体像(14,15)を表示させる立体像表示装置。 - 請求項1〜23のいずれかに記載する光線制御装置(10,20,30,40)を具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を用いて、被加工体にレーザ加工を行うレーザ加工装置。 - 請求項1〜23のいずれかに記載する光線制御装置(10,20,30,40)と、複数の光検出器(16)とを具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を前記光検出器で検出する光スイッチング装置。 - 請求項1〜23のいずれかに記載する光線制御装置(10,20,30,40)を具備し、
前記光線制御装置から出力される制御された光線(13)を情報信号として各コンピュータ(17)により受信する無線LAN装置。
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