JP2016520852A - Stereoscopic image forming method and apparatus using planar optical waveguide circuit - Google Patents
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Abstract
平面光導波路回路の立体画像形成方法及び装置である。画像形成方法は以下のステップを含む。コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源はランダムに分布しており、同時に、立体画像を大量のボクセルに離散化すると共に、ボクセルの輝度に基づいて高い方から低い方へ複数のグループに分け、各グループの各ボクセルに対し、各点光源の距離に基づいて各点光源の位相調整量を算出し、各点光源から放射された光波が各ボクセルに到達した時に同じ位相になるようにし、各点光源が各ボクセルを生成するためにすべき複素振幅調整量を累加し、各点光源の振幅調整器と位相調整器を駆動し、建設的干渉に基づいて各グループのボクセルを生成する。画像形成装置は、コヒーレント光源(1)、平面光導波路回路(2)、導電ガラス前面板(3)、背部駆動回路(4)によって組成されており、コンピュータやテレビの三次元ディスプレイや、三次元ヒューマン・マシン・インタラクション(HMI)や、マシンビジョンの分野に広く応用できる。【選択図】図1A method and apparatus for forming a three-dimensional image of a planar optical waveguide circuit. The image forming method includes the following steps. The coherent light emitted from the coherent light source is converted into a two-dimensional point light source array, and each point light source in the two-dimensional light source array is randomly distributed. At the same time, the stereoscopic image is discretized into a large number of voxels, Divide into multiple groups from high to low based on voxel brightness, calculate the phase adjustment amount of each point light source based on the distance of each point light source for each voxel in each group, and radiate from each point light source So that each point light source accumulates the complex amplitude adjustment amount to be generated to generate each voxel, and the amplitude adjuster and the phase adjuster of each point light source are added. Drive and generate each group of voxels based on constructive interference. The image forming apparatus is composed of a coherent light source (1), a planar optical waveguide circuit (2), a conductive glass front plate (3), and a back drive circuit (4). It can be widely applied in the field of human-machine interaction (HMI) and machine vision. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、三次元画像形成分野に属し、具体的には、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置に関する。 The present invention belongs to the field of three-dimensional image formation, and specifically relates to a stereoscopic image forming method and apparatus using a planar optical waveguide circuit.
三次元ディスプレイは、疑似三次元ディスプレイと真性三次元ディスプレイに分けられる。前者は、両眼の視差に基づく立体表示であり、2つの異なる視角の画面を観察者の左右の眼それぞれで見ることによって立体の幻覚を生じさせるものであるが、長時間見ると疲れやすい。後者は、空中に真の三次元画像を直接形成し、観察者は何らかの補助眼鏡をかける必要が無く、より快適に自然に見る事が出来る。 Three-dimensional displays can be divided into pseudo three-dimensional displays and intrinsic three-dimensional displays. The former is a stereoscopic display based on the parallax of both eyes, and produces a stereoscopic hallucination by viewing a screen with two different viewing angles with the left and right eyes of the observer. The latter forms a true three-dimensional image directly in the air, and the observer does not need to wear any auxiliary glasses and can view it more comfortably and naturally.
真性三次元立体ディスプレイは、画像統合技術や体画像形成技術などのインコヒーレント方法で実現可能であるし、ホログラフィ技術などのコヒーレント方法でも実現可能である。インコヒーレント方法とコヒーレント方法の最大の違いは、前者がインコヒーレント光源を用いて光波の位相情報を利用しないのに対し、後者はコヒーレント光源を用いて光波の位相を十分に利用できる、ということである。光波の位相情報は物体の形状と位置の情報を含む。インコヒーレント方法は、光波の位相情報を捨ててしまうので、定額外の、往々にして複雑である機械走査或いは光学装置に頼る事しかできず、三次元空間で画像形成し、それの従う幾何光学画像形成原理自身の制限なので、限られた被写界深度内しか受け入れる画像形成解像度に達成することができない。コヒーレント方法は、光波位相が有している形状と位置の情報を十分利用可能なので、往々にして構造が簡単であり、また、波動の光学画像形成原理の力を借り、画像形成の被写界深度が深く、解像度が高い。例えば、簡単な一つのホログラフィ乾板は空中に三次元画像を形成するのに、何らかの光学レンズや機械走査装置を必要としない。しかし、大型の物体に対しては、ホログラフィの干渉縞がサブミクロンレベルで、平面ディスプレイの画素サイズよりはるかに小さくなってしまう。また、容量が非常に大きな干渉縞のデータが、リアルタイムの数字収集、処理、記憶、転送、表示に非常に大きな困難をもたらす。 An intrinsic three-dimensional display can be realized by an incoherent method such as an image integration technique or a body image forming technique, or by a coherent method such as a holography technique. The biggest difference between the incoherent method and the coherent method is that the former does not use the phase information of the light wave using the incoherent light source, whereas the latter uses the phase of the light wave sufficiently using the coherent light source. is there. The light wave phase information includes information on the shape and position of the object. The incoherent method discards the phase information of the light wave, so it can only rely on off-the-line, often complex mechanical scanning or optical devices, and it forms an image in three-dimensional space and follows the geometric optics Because of the limitations of the image forming principle itself, it is possible to achieve an image forming resolution that accepts only within a limited depth of field. The coherent method can use the information of the shape and position of the light wave phase sufficiently, so the structure is often simple, and with the help of wave optical imaging principle, the field of image formation Deep depth and high resolution. For example, a simple holographic plate does not require any optical lens or mechanical scanning device to form a three-dimensional image in the air. However, for large objects, holographic interference fringes are at the submicron level, much smaller than the pixel size of flat displays. Also, the very large capacity of fringe fringe data presents tremendous difficulties in real-time digit collection, processing, storage, transfer and display.
当業者の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫(特許文献1)では、新たな三次元画像形成に関する方法が開示されている。その核心的思想は以下のとおりであり、一つの二次元点光源アレイ構造であり、これらの点光源からの球面波が相互に合流し、建設的干渉により空中に光スポット、即ち立体ボクセル(略称はボクセルであり、二次元平面ディスプレイの画素に対応する)を形成することにより、大量のボクセルによって離散立体画像を形成する。動的表示を実現するため、上記二次元点光源アレイの各点光源の振幅と位相に対して独立したリアルタイム調整をする必要があり、また高回折による多重像を抑制するため、点光源の位置はランダムな分布を呈する。上記画像形成原理に基づき、各ボクセルの位置と輝度さえわかれば、各点光源の振幅と位相の調整量を確定することができ、各点光源の振幅と位相を調整することにより、これらの点光源からの球面波が空間内の所定位置に到達した時に同じ位相になるようにする。このように、建設的干渉によって所定位置にボクセルを形成することにより、大量のボクセルによって離散立体画像を形成する。これが意味するのは、二次元平面ディスプレイに比べ、奥深くの情報を定額外に知りさえすれば、空中に三次元画像を形成することができ、情報の増加量は約30%に過ぎず、これは三次元データのリアルタイム記憶、転送、表示に大変な利便性をもたらす、ということである。上記発明特許は、異なるタイプの液晶ディスプレイによって二次元点光源アレイを生じる装置も開示している。しかし、液晶材料は液晶分子の機械的転動によって光波の振幅と位相を調整することが必須であり、応答時間は一般的にミリ秒レベルである。 Invented by a person skilled in the art, << 3D display method and apparatus using random constructive interference >> (Patent Document 1) discloses a new method related to 3D image formation. The core idea is as follows, which is a two-dimensional point light source array structure, and spherical waves from these point light sources merge with each other, and light spots, that is, three-dimensional voxels (abbreviated names) in the air by constructive interference. Is a voxel and corresponds to a pixel of a two-dimensional flat display), thereby forming a discrete stereoscopic image with a large number of voxels. In order to realize dynamic display, it is necessary to make independent real-time adjustments to the amplitude and phase of each point light source of the above two-dimensional point light source array, and to suppress multiple images due to high diffraction, the position of the point light source Exhibits a random distribution. Based on the above image forming principle, if the position and brightness of each voxel are known, the adjustment amount of the amplitude and phase of each point light source can be determined, and these points can be determined by adjusting the amplitude and phase of each point light source. When the spherical wave from the light source reaches a predetermined position in the space, the same phase is set. In this way, by forming voxels at predetermined positions by constructive interference, a discrete stereoscopic image is formed by a large number of voxels. This means that a 3D image can be formed in the air as long as you know deep information outside the fixed amount compared to a 2D flat display, and the increase in information is only about 30%. Is a great convenience for real-time storage, transfer and display of 3D data. The invention patent also discloses an apparatus for producing a two-dimensional point source array with different types of liquid crystal displays. However, it is essential for liquid crystal materials to adjust the amplitude and phase of light waves by mechanical rolling of liquid crystal molecules, and the response time is generally on the order of milliseconds.
本発明の目的は、上記現状に対し、画像のリフレッシュレートが高く、且つディスプレイが軽くて薄くて安定した、平面光導波路回路を用いる立体画像形成方法及び装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a stereoscopic image forming method and apparatus using a planar optical waveguide circuit, which has a high image refresh rate and a light, thin and stable display with respect to the above situation.
本発明の目的を実現するための方式は、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法であって、
A、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、p個目の点光源の位置をrpとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップと、
B、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップAで生成した各点光源の最初の振幅Ap−0と最初の位相Φp−0を測定するとともに記録するステップと、
C、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Avがその輝度の平方根と設けられ、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをQ組に分けるステップと、
D、ステップCにおける一組のボクセルを選択するステップと、
E、ステップDで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置rvと位相Φvを取得するステップと、
F、ステップEにおける一つのボクセルvを選択するステップと、
G、ステップAで生成した各点光源pに対し、それの放射する光円錐がステップFで選定したボクセルvをカバーすれば、点光源pからボクセルvへの距離|rp−rv|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルvに到達した時の位相を、ステップEで設定した位相Φvにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|rp−rv|とボクセルvの振幅Avの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルvが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
なお、式(1)において、Pはボクセルvを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、
ボクセルvが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
で表示するステップと、
H、ステップDで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップFからGを繰り返すステップと、
I、ステップAで生成した各点光源pに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップDからステップHで得た点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量Ap−vを累加して、点光源pが全部でV個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Apを得るステップ、即ち
J、ステップAで生成した各点光源pに対し、ステップIで確定した総振幅調整量ApをステップBで確定した該点光源の最初の振幅Ap−0で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ap−F=Ap/Ap−0を得て、ステップIで確定した総位相調整量ΦpからステップBで確定した該点光源の最初の位相Φp−0を引くとともに、点光源pの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ap-Fによってもたらされる付加位相増量Φp−Aを引いて、該点光源の最終位相調整量Φp−F=Φp−Φp−0−Φp−Aを得るステップと、
K、ステップJで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ap−Fと最終位相調整量Φp−Fに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップと、
L、ステップCで確定したすべてのQ組のボクセルに対し、ステップDからKを繰り返すステップと、を含む。
A method for realizing the object of the present invention is a stereoscopic image forming method using a planar optical waveguide circuit,
A, a planar optical waveguide circuit is designed and created, coherent light emitted from a coherent light source is converted into a two-dimensional point light source array, and the position of each point light source in the two-dimensional light source array has a random distribution, an amplitude adjuster for performing independent adjustment on the amplitude and phase of each point light source for each point light source in the planar optical waveguide circuit at the same time as the position of the p-th point light source; Design and manufacture a phase adjuster,
B, measuring and recording the first amplitude A p-0 and the first phase Φ p-0 of each point light source generated in step A when the drive voltage of each amplitude adjuster and phase adjuster becomes zero When,
Principles and C, discretizing the three-dimensional image should be displayed, with the position and intensity of each voxel, the amplitude A v of each voxel is provided with square root of the brightness, to lower from the side luminance is high Divide all voxels into Q pairs based on
D, selecting a set of voxels in step C;
E, for each voxel in the set of voxels selected in step D, one random deviation amount is added to the position, and the random deviation amount is smaller than the average interval between adjacent voxels before the deviation. together, the steps of: imparting a random phase, to obtain the final position r v and the phase [Phi v of each voxel,
F, selecting one voxel v in step E;
G, for each point light source p generated in step A, if the light cone radiating it covers the voxel v selected in step F, the distance | r p −r v | calculated, setting the phase adjustment amount of the point light source based on the distance, the phase when the light wave emitted from the point light source p reaches the voxel v, the phase [Phi v set in step E, at the same time, the the amplitude adjustment amount of the point light source distance | r p -r v | set and that is directly proportional to the multiplication of the amplitude a v of the voxel v, the complex amplitude adjustment amount by comprehensively the phase adjustment amount and amplitude adjustment amount, voxels If v is located in front of the secondary point light source array, the complex amplitude adjustment amount that the point light source p should produce in order to generate the voxel v is
In Equation (1), P is the number of all point light sources that participate in generating voxel v,
If the voxel v is located behind the two-dimensional point light source array, the complex amplitude adjustment amount that the point light source p should generate in order to generate the voxel v is
Steps to display in
H, repeating steps F through G for all voxels included in the set of voxels selected in step D;
I, for each point light source p generated at step A, based on the complex amplitude superposition principle, the complex amplitude adjustment amount A p that the point light source p obtained at step D to step H should generate to generate the voxel v and accumulate the -v, to obtain a total complex amplitude adjustment amount a p required to point source p to generate the V voxels in total, i.e.,
J, to the point light sources p generated in step A, by dividing the total amplitude adjustment amount A p that is determined in step I the first amplitude A p-0 of the point light sources determined in step B, point light source The final amplitude phase adjustment amount A pF = A p / A p-0 is obtained, and the initial phase Φ p-0 of the point light source determined in step B from the total phase adjustment amount Φ p determined in step I is obtained. And subtracting the additional phase increase Φ p-A caused by the final amplitude adjustment amount A p-F generated by the amplitude adjuster of the point light source p to obtain the final phase adjustment amount Φ p−F = Φ of the point light source obtaining p −Φ p−0 −Φ p−A ;
K, based on the final amplitude phase adjustment amount Ap-F and the final phase adjustment amount Φp -F of each point light source determined in step J, the amplitude adjuster and the phase adjuster are driven, and the final light source is supplied to each point light source. Generating an amplitude phase adjustment amount and a phase adjustment amount;
L, repeating steps D to K for all Q sets of voxels determined in step C.
前記立体画像形成方法を実現する、平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
コヒーレント光源と、平面光導波路回路と、導電ガラス前面板と、背部駆動回路とによって組成されており、導電ガラス前面板と背部駆動回路がそれぞれ平面光導波路回路の両側を覆っており、平面光導波路回路は光導波路主線とN個の光導波路支線を含んでおり、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、N個の光導波路支線は光導波路主線に沿って分布しており、
各光導波路支線は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置し、
前記カプラは、方向性カプラ又はリング共振器カプラを採用しており、
前記位相調整器は、一段の、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させ、
前記垂直転向器は、第1の垂直転向器と第2の垂直転向器の二種類を備えており、第1の垂直転向器は、マイクロ平面リフレクタによって構成されており、マイクロ平面リフレクタの反射面と平面光導波路回路の夾角は45°である。
A stereoscopic image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit that realizes the stereoscopic image forming method,
It is composed of a coherent light source, a planar optical waveguide circuit, a conductive glass front plate, and a back drive circuit, and the conductive glass front plate and the back drive circuit each cover both sides of the planar optical waveguide circuit. The circuit includes an optical waveguide main line and N optical waveguide branch lines, the optical waveguide main line receives light waves emitted from the coherent light source, and the N optical waveguide branch lines are distributed along the optical waveguide main line,
Each optical waveguide branch line is composed of a coupler, an amplitude adjuster, a phase adjuster, and a vertical diverter that are sequentially connected and integrated, and the coupler is coupled to a part of optical energy from the optical waveguide main line, The back drive circuit drives the amplitude adjuster and phase adjuster, couples to the optical waveguide branch line, adjusts the amplitude and phase for the advancing light wave, sends it to the vertical diverter, and changes the direction with the vertical diverter After that, radiate perpendicularly to the planar optical waveguide circuit, generate one point light source, and install the position of the vertical diverter so that the position of the generated point light source is randomly distributed,
The coupler employs a directional coupler or a ring resonator coupler,
The phase adjuster is a single-mode optical waveguide made of a photoelectric material in one stage, the refractive index of the photoelectric material is modified by the back drive circuit, and the phase of the light wave is modified,
The vertical diverter includes two types of a first vertical diverter and a second vertical diverter, and the first vertical diverter is configured by a microplanar reflector, and the reflective surface of the microplanar reflector The depression angle of the planar optical waveguide circuit is 45 °.
本発明は、本出願人の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫を基礎にして形成されたものであり、如何に平面光導波路回路を採用して二次元点光源アレイを構造し、そして各点光源の振幅と位相の独立した調整を実現するのを解決する。 The present invention is formed on the basis of the present invention's invention patent «three-dimensional display method and apparatus by random constructive interference», and how a two-dimensional point is adopted by adopting a planar optical waveguide circuit. A light source array is constructed and solved to achieve independent adjustment of the amplitude and phase of each point light source.
本発明は、平面光導波路回路全体を光導波路主線と光導波路支線に分け、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波をスクリーンの各領域に導き、その後、光導波路主線両側に分布する大量の光導波路支線によって光波を光導波路主線からカップリングし、各光導波路支線が一つの点光源を生成するとともに、光導波路支線において光電材料で振幅調整器と位相調整器を製作して点光源の振幅と位相を調整する。それによって、平面光導波路回路を用いて大型の二次点光源アレイを構成することができ、そして各点光源の振幅と位相の独立した調整を実現する。 The present invention divides the entire planar optical waveguide circuit into an optical waveguide main line and an optical waveguide branch line, the optical waveguide main line guides the light wave emitted from the coherent light source to each area of the screen, and then a large amount distributed on both sides of the optical waveguide main line. A light wave is coupled from the optical waveguide main line by the optical waveguide branch line, and each optical waveguide branch line generates one point light source, and an amplitude adjuster and a phase adjuster are manufactured with photoelectric materials in the optical waveguide branch line, thereby generating the amplitude of the point light source. And adjust the phase. Thereby, a large-scale secondary point light source array can be formed using a planar optical waveguide circuit, and independent adjustment of the amplitude and phase of each point light source is realized.
本発明は、従来技術、特に、本出願人の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫と比較し、以下の有益な効果を具備する。
1、光電材料で液晶材料に代替し、光波の振幅と位相の調整を実現する。光電材料の応答時間はナノ秒クラスに達し、さらに高い頻度でのリフレッシュ周期を実現し、画像が更に早く安定し、高速運動の画像の遅延抑制に有利である。
2、平面光導波路回路を採用しているので、照明光学システムを簡略化し、ディスプレイは非常に軽くて薄くて安定する。
3、光波が平面光導波路回路に沿って伝わるので、液晶ディスプレイスクリーンのように透明な前後面板が必要なく、前面板上に透光性の小さな孔を設ければそれでよく、特に後面板上の駆動回路を透明なガラス状に作成する必要が無く、例えばプラスチック基板といった適切な材料上に制作することが可能である。よって、駆動回路の速度を更に早く、精度をさらに高くすることが出来る。
The present invention has the following beneficial effects as compared with the prior art, in particular, <the 3D display method and apparatus by random constructive interference> which is the patent of the present applicant.
1. A photoelectric material is substituted for a liquid crystal material, and the adjustment of the amplitude and phase of the light wave is realized. The response time of the photoelectric material reaches the nanosecond class, realizes a refresh cycle with a higher frequency, stabilizes the image more quickly, and is advantageous for suppressing delay of an image of high-speed movement.
2. Since the planar optical waveguide circuit is adopted, the illumination optical system is simplified and the display is very light, thin and stable.
3. Since light waves are transmitted along a planar optical waveguide circuit, there is no need for transparent front and rear face plates like a liquid crystal display screen, and it is sufficient if a small light-transmitting hole is provided on the front face plate, especially on the rear face plate. The drive circuit does not need to be formed in a transparent glass shape, and can be manufactured on an appropriate material such as a plastic substrate. Therefore, the speed of the drive circuit can be further increased and the accuracy can be further increased.
本発明は特にコンピュータやテレビのディスプレイスクリーンに適しているが、ヒューマン・マシン・インタラクション、マシンビジョンなど、教育、科学研究、娯楽、広告などの領域に幅広く応用することが出来る。 The present invention is particularly suitable for display screens of computers and televisions, but can be widely applied to areas such as education, scientific research, entertainment, and advertising, such as human-machine interaction and machine vision.
以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明の三次元ディスプレイスクリーンは、コヒーレント光源1と、平面光導波路回路2と、導電ガラス前面板3と、背部駆動回路4によって組成されており、導電ガラス前面板3と背部駆動回路4がそれぞれ平面光導波路回路2の両側を覆っている。さらに図2から図7に示すように、平面光導波路回路2は光導波路主線6と光導波路支線7とを含んでいる。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional display screen of the present invention is composed of a coherent
光導波路主線6は、シリアル配置でも良いし、パラレル配置でも良い。
The optical waveguide
シリアル配置を採用した光導波路主線6は、1本又は3本の光波束によって組成され、前記1本または3本の光導波路はZ型配置又は螺旋型配置の方法で、平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。
The optical waveguide
図2に示すように、1本の光導波路は螺旋型を呈した環状線で平面光導波路回路2の全体を覆っている。カラー三次元表示を実現するため、波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色は、シーケンスに従って左下から同一の光導波路に順番に入力し、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。
As shown in FIG. 2, one optical waveguide covers the whole of the planar
図3に示すように、3本の平行の光導波路はZ型を呈して折れ曲がってディスプレイスクリーン全体を覆っている。カラー三次元表示を実現するため、波長のそれぞれλ1、λ2、λ3の三原色は、左上から3本の光導波路にそれぞれ入力され、各光導波路が一種類の原色を転送し、三次元画像の各カラー成分を同時に表示する。 As shown in FIG. 3, the three parallel optical waveguides are Z-shaped and bent to cover the entire display screen. In order to realize color three-dimensional display, the three primary colors of wavelengths λ1, λ2, and λ3 are input to the three optical waveguides from the upper left, respectively, and each optical waveguide transfers one primary color, Display color components simultaneously.
シリアル配置のメリットは構造が簡単なことであり、デメリットは光導波路全体の長さがあまりにも長いので、比較的大きな伝送損が起こる可能性があることである。大きなサイズの三次元ディスプレイスクリーンを制作する際、光導波路主線6は、例えば石英ガラス光導波路といった、消耗が極めて少ない光導波路材料によって制作する必要ある。
The advantage of the serial arrangement is that the structure is simple, and the disadvantage is that the entire length of the optical waveguide is too long, so that a relatively large transmission loss may occur. When producing a three-dimensional display screen having a large size, it is necessary to produce the optical waveguide
パラレル配置では、一つの平行光導波路アレイでディスプレイスクリーン全体を覆っており、鍵は、各平行光導波路に光波を如何に導くかということである。一般的には、Y型ビームスプリッタや、スターカプラや、方向性カプラや、リング共振器カプラや、ラスターや、マルチモード光干渉(MMI)デバイスなどによって、光波を各平行光導波路に導くことができる。この中で、Y型ビームスプリッタとスターカプラは波長と無関係であり、方向性カプラや、リング共振器カプラや、ラスターや、マルチモード光干渉デバイス等は、波長と関係がある。波長と関係するカプラは、異なる波長に基づいて異なる構造パラメータを設計する必要がある。パラレル配置のメリットは光導波路全体の長さが比較的短いことであるので、例えばポリマー材料といった、消耗が比較的低い光導波路材料によって制作することが可能である。 In the parallel arrangement, the entire display screen is covered with one parallel optical waveguide array, and the key is how to guide the light wave to each parallel optical waveguide. In general, a light wave can be guided to each parallel optical waveguide by a Y-type beam splitter, a star coupler, a directional coupler, a ring resonator coupler, a raster, or a multimode optical interference (MMI) device. it can. Among these, the Y-type beam splitter and the star coupler are independent of the wavelength, and the directional coupler, the ring resonator coupler, the raster, the multimode optical interference device, and the like are related to the wavelength. Couplers associated with wavelengths need to design different structural parameters based on different wavelengths. The merit of the parallel arrangement is that the entire length of the optical waveguide is relatively short, so that it is possible to produce the optical waveguide material with relatively low consumption such as a polymer material.
パラレル配置を採用した光導波路主線6は、一つの平行光導波路アレイとY型ビームスプリッタ8又はスターカプラ9を備える。前記平行光導波路アレイは、平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。コヒーレント光源1から放射された光波をY型ビームスプリッタ8又はスターカプラ9によって平行光導波路アレイの各光導波路に平均して分配する。
The optical waveguide
図4に示すようにパラレル配置を採用した光導波路主線6は、8本の水平光導波路によって組成される平行光導波路アレイと一つのY型ビームスプリッタを備え、平行光導波路アレイが平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。前記Y型ビームスプリッタ8は、1/2型のY型ビームスプリッタであり、全部で七つの1/2型のY型ビームスプリッタを採用している。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色の光波は、シーケンスに従って左から1/2型のY型ビームスプリッタを通して前記8本の水平光波に平均して分配され、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。光導波路主線6が1024本の水平平行光導波路を含む場合、10級の1/2型のY型ビームスプリッタが必要である。当然、1/4型、1/8型のY型ビームスプリッタなどによってY型ビームスプリッタの級数を減少することにより、Y型ビームスプリッタが占める定額外の面積を減少することも可能である。
As shown in FIG. 4, the optical waveguide
図5に示すようにパラレル配置を採用した光導波路主線6はスターカプラ9と8本の水平光導波路によって組成された平行光導波路アレイを備えている。スターカプラ9は、3/8型のスターカプラである。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色の光波は、シーケンスに従って左から一つの3/8型のスターカプラを通して8本の水平光波に平均して分配され、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。光導波路主線6が非常に多くの水平平行光導波路を含む場合、例えば1024本である場合、多級のスターカプラを採用する必要があるかもしれない。図5の3/8型のスターカプラ9の左側の3本の入力光導波路は中間の1本だけを採用すればよく、甚だしきは全部不要なので、コヒーレント光源からの光波は中間光導波路の位置から直接入力され、このように1本の光導波路内に高すぎる光量が転送されるのを避ける。
As shown in FIG. 5, the optical waveguide
図6に示すように、パラレル配置を採用した光導波路主線6は、一つの平行光導波路アレイとそれに垂直な1本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイの各光導波路は一つのリング共振器10によって直線光導波路とカップリングする。平行光導波路アレイは平面光導波路2の全体を平均して覆っている。直線光導波路はコヒーレント光源1から放射された三原色光波を受け取り、各リング共振器10の構造パラメータを設計して直線光導波路に転送された三原色光波を平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
As shown in FIG. 6, the optical waveguide
図6は、9本の縦方向の光導波路によって組成された平行光導波路アレイと、それに垂直な1本の水平直線光導波路を採用しており、平行光導波路アレイの各縦方向の光導波路は一つのリング共振器10によって水平直線光導波路とカップリングする。前記縦方向の平行光導波路アレイは平面光導波路2の全体を平均して覆っている。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色は、左上から水平直線光導波路に同時に入力され、波長λ1、λ2、λ3に対して異なる半径のリング共振器10を設計し、水平直線光導波路の転送された三原色光波を9本の縦方向の光導波路に順にカップリングさせ、三次元画像の各カラー成分を同時に表示する。また、1本の光導波路内に高すぎる光量が転送されるのを避けるため、スターカプラを採用してコヒーレント光源1から放射された光波を複数本のシングルモード光導波路にカップリングして、各シングルモード光導波路が一つの図6に示す光導波路回路に接続しても良い。
FIG. 6 employs a parallel optical waveguide array composed of nine vertical optical waveguides and one horizontal linear optical waveguide perpendicular thereto, and each vertical optical waveguide of the parallel optical waveguide array is Coupling with the horizontal linear optical waveguide is performed by one
図7に示すように、パラレル配置を採用した光導波路主線6は一つの平行光導波路アレイと3本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイと3本の直線光導波路は互いに垂直であり、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されている。平行光導波路アレイの各光導波路は方向性カプラ11によって3本の直線光導波路のうちの1本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは、平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。3本の直線光導波路はそれぞれコヒーレント光源1から放射された三原色光波を受け取り、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、3本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
As shown in FIG. 7, the optical waveguide
図7は、9本の縦方向の光導波路によって組成された平行光導波路アレイと、3本の水平直線光導波路による。平行光導波路アレイと3本の水平直線光導波路は互いに垂直で、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されている。平行光導波路アレイの各縦方向の光導波路は方向性カプラ11によって3本の水平直線光導波路中の1本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。3本の水平直線光導波路は、コヒーレント光源1から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色光波をそれぞれ受け取って、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、3本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
FIG. 7 shows a parallel optical waveguide array composed of nine vertical optical waveguides and three horizontal straight optical waveguides. The parallel optical waveguide array and the three horizontal linear optical waveguides are formed on two adjacent planes that are perpendicular to each other. Each of the longitudinal optical waveguides of the parallel optical waveguide array is coupled with one linear optical waveguide in the three horizontal linear optical waveguides in order by the
光導波路が交差するのを避けるため、平行光導波路アレイと3本の水平直線光導波路はそれぞれ二つの隣接する平面に作成される。例えば、3本の水平直線光導波路を導電ガラス前面板3に作成することができる。なお、3本の水平直線光導波路を破線で表した。コヒーレント光源1から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色光波は、左上から3本の水平直線光導波路に同時にそれぞれ入力され、波長λ1、λ2、λ3に対して異なるパラメータの方向性カプラを設計し、3本の水平平行直線光導波路に転送された三原色光波を9本の縦方向の光導波路に順次カップリングする。二つの平面上にそれぞれ光導波路を作成する必要があるので、後の組み立て時は、厳密な照準合せや二つの平面の間の間隔を厳密に制御する必要があり、作成と組み立ての難度を高くする。
In order to avoid the crossing of the optical waveguides, the parallel optical waveguide array and the three horizontal linear optical waveguides are each formed in two adjacent planes. For example, three horizontal straight optical waveguides can be formed on the conductive
光波がスクリーン全体に導かれるようにするため、平面光導波路回路2は非常に多くのコーナリングがある。光波を常に光導波路のコア層に制限するために、コーナリング半径は比較的大きい必要がある。コア層と被覆層の屈折率の差が小さくなるほどコーナリング半径は大きくなるので、ディスプレイスクリーンサイズが大きくなり、密集点光源アレイの形成に不利である。ディスプレイスクリーンサイズを小さくし、密集点光源アレイを形成するためには、平面光導波路回路2の全てにフォトニック結晶光導波路を採用することが可能であるし、例えばコーナリング個所や分岐個所などの重点箇所だけにフォトニック結晶光導波路を採用することも可能である。
The planar
位置がランダムに分布した点光源アレイを生成するため、平面光導波路回路2は光導波路主線6とN個の光導波路支線7を含んでおり、光導波路主線6がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、N個の光導波路支線7は光導波路主線6に沿って分布している。各光導波路支線7は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線6から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路4が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線7にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路2に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置する。
In order to generate a point light source array whose positions are randomly distributed, the planar
垂直転向器は、第1の垂直転向器15と、第2の垂直転向器22の二種類がある。
There are two types of vertical diverters: a first
図8に示すように、各光導波路支線7は、順次連結されて一体となっているカプラ12と振幅調整器13と位相調整器14と垂直転向器15によって組成されている。カプラ12は方向性カプラを採用している。カプラ12は光導波路主線6から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路4が振幅調整器13と位相調整器14を駆動し、光導波路支線7にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、第1の垂直転向器15に送り、第1の垂直転向器15で向きを変えた後、平面光導波路回路2に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させる。
As shown in FIG. 8, each optical
図8の振幅調整器13は、隣接して設けられており且つ互いに平行である、第1の入力シングルモード光導波路16と第1の出力シングルモード光導波路17によって組成されており、第1の入力シングルモード光導波路16又は第1の出力シングルモード光導波路17の部分は、光電材料によって作成される。図8は、第1の出力シングルモード光導波路の空心線部分を光電材料によって作成している。背部駆動回路4が光電材料の屈折率を改変することにより、第1の入力シングルモード光導波路と第1の出力シングルモード光導波路の間のカップリング係数を改変して、第1の出力シングルモード光導波路17から出力される光波の振幅を改変する。
The
位相調整器14は一段(図では空心線分)であり、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路4によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させる。必須の注意点として、振幅調整器13が振幅を調整するとき、位相にも同時に改変が生じるので、位相調整器14のすべき位相調整量は、振幅調整器13が振幅を調整するときに付帯して生じる位相調整量をさらに補償すべきである。
The
図9に示すように、光導波路支線7は、一つのカプラ19と、一つの振幅調整器20と、一つの位相調整器21と、一つの第2の垂直転向器22によって組成されており、順次連結されて一体となっているカプラ19と振幅調整器20と位相調整器21と第2の垂直転向器22によって組成されている。カプラ19はリング共振器カプラを採用している。
As shown in FIG. 9, the optical
図9において、振幅調整器20は第2の入力シングルモード光導波路23と第2の出力シングルモード光導波路24と環状シングルモード光導波路18によって組成されており、環状シングルモード光導波路18は第2の入力シングルモード光導波路23と第2の出力シングルモード光導波路24の間に位置している。環状シングルモード光導波路18は光電材料によって作成されており、第2の入力シングルモード光導波路23に転送された光波が環状シングルモード光導波路18によって第2の出力シングルモード光導波路24にカップリングされる。背部駆動回路4によって光電材料の屈折率が改変されることによって、第2の入力シングルモード光導波路23と第2の出力シングルモード光導波路24の間のカップリング係数が改変され、第2の出力シングルモード光導波路24から出力される光波の振幅を改変する。
In FIG. 9, the
図8から9に示すように、一つの光導波路支線7は、振幅と位相を独立して調整することが可能な点光源を生成可能である。二次元光源アレイを生成するためには、おびただしい数の光導波路支線7が必要になる。これらの光導波路支線は光導波路主線6に沿って分布されている。図4から7には、一部の光導波路支線7の分布状況を記載した。光導波路支線7の全てを記載するなら、それらは光導波路回路2の全体を覆っている。
As shown in FIGS. 8 to 9, one optical
光波の位相の唯一性を保証するため、光導波路支線7はシングルモード光導波路を採用すべきであり、そのコア径はわずか数マイクロメートルであるので、その射出端が一つの点光源に相当する。位相の単一性を保証するため、光導波路主線6はできるだけシングルモード光導波路を採用すべきである。光導波路主線6に転送された光波が非常に強い場合、マルチモード光導波路を採用する必要があり、この時、光導波路主線6は基本モードの状態で作動する。
In order to guarantee the uniqueness of the phase of the light wave, the optical
図10に示すように、第1の垂直転向器15はマイクロ平面リフレクタ25によって構成されており、マイクロ平面リフレクタ25の反射面と平面光導波路の夾角は45°である。マイクロ平面リフレクタ25の背面は空気であり、こうして完全放射により位相調整器14から水平光シングルモード導波路に沿って送られた光波を90°偏向させた後、導電ガラス前面板3と垂直に放射する。水平シングルモード光導波路から射出する光波が反射面全反射臨界角より大きいなら、反射面背部に金属の反射フィルムを蒸着させることができる。光導波路支線7をポリマー材料で制作すると、反射面はホットブリケッティングすることができる。
As shown in FIG. 10, the first
図11に示すように、第2の垂直転向器22は一つの表面ラスター27によって組成されており、ラスター27の構造パラメータを設計して、位相調整器14から出力された光波を90°偏向した後、平面光導波路2と垂直に外へ向って放射する。
ラスター27はマイクロ平面リフレクタ25のように位相調整器21からのすべての光波を90°偏向させるのが難しい。効率を上げるため、垂直転向器22の底部に、例えばブラッグ反射層などの反射層を追加することができる。
As shown in FIG. 11, the second
The
図10、図11、図12に示すように、透明な導電ガラス前面板3は金属導電フィルム26を蒸着した透明平板ガラスによって組成されており、金属導電フィルム26は平面光導波路回路2と隣接する側に蒸着されており、金属導電フィルム26にN個の透光性の小さな孔28がエッチングされている。各透光性の小さな孔は、一つの第1の垂直転向器15又は第2の垂直転向器22と正確に合わさっていると共に、第1の垂直転向器又は第2の垂直転向器の真正面に位置しており、第1の垂直転向器又は第2の垂直転向器から放射された光波が導電ガラス前面板3を貫通できるようにする。位置がランダムに分布する点光源アレイを生成するため、小さな透光性孔28の位置はランダムに分布されているべきである。
As shown in FIGS. 10, 11, and 12, the transparent conductive
本発明において、きめ細かく滑らかな三次元立体画像を表示するために、点光源のコヒーレント干渉によって多くのボクセルを同時に生成する必要がある。点光源からの球面波は四方に拡散するので、それは、一つのボクセルを生成すると同時に、その他のボクセルが一定の背景を作るのを同時にもたらすことができる。多くのボクセルが作った背景を重ね合わせることにより一つの明瞭な背景を形成可能であり、三次元立体画像のコントラストを顕著に低下させる。立体画像のコントラストを高めるため、時間分割方法或いは空間分割方法を取ることが可能である。時間分割方法は、立体画像のボクセルを輝度に基づいて高い方から低い方へ複数のグループに分け、各グループのボクセルを時間順に表示する。時間分割方法により、同時に表示するボクセル数を二倍も低下可能であり、それによって背景強度が累加し過ぎるのを避けるとともに、低輝度ボクセルが高輝度ボクセルに埋没するのを避ける。いわゆる空間分割方法はハードウェアを用いた方法であり、即ち一つのマイクロレンズを用いて複数の点光源を同時に覆って、各点光源から放射される光円錐に小さな部分の現像空間だけを覆うようにさせる方法である。空間分割方法は一つの点光源から放射された光波を一つの小さな円錐角の範囲に制限することが可能なので、該小さな円錐角の範囲外のボクセルには何も影響しないし、同様に背景強度が累加し過ぎるのを避けることができる。 In the present invention, in order to display a fine and smooth three-dimensional stereoscopic image, it is necessary to simultaneously generate many voxels by coherent interference of a point light source. Since the spherical wave from the point source diffuses in all directions, it can produce one voxel and at the same time produce the other background with a constant background. A clear background can be formed by superimposing backgrounds created by many voxels, and the contrast of a three-dimensional stereoscopic image is significantly reduced. In order to increase the contrast of the stereoscopic image, a time division method or a space division method can be employed. In the time division method, the voxels of a stereoscopic image are divided into a plurality of groups from higher to lower based on luminance, and the voxels of each group are displayed in time order. By the time division method, the number of voxels to be displayed simultaneously can be reduced by a factor of two, thereby avoiding excessive accumulation of background intensity and avoiding low-luminance voxels being buried in high-luminance voxels. The so-called spatial division method is a method using hardware, that is, a single microlens is used to simultaneously cover a plurality of point light sources, and a light cone emitted from each point light source covers only a small part of the development space. It is a method to make it. Since the space division method can limit the light wave emitted from one point light source to a range of one small cone angle, it does not affect voxels outside the range of the small cone angle, and similarly the background intensity. Can be avoided.
よって、空間分割方法によって立体画像形成のコントラストを高めるため、本発明は導電ガラス前面板3の前にはマイクロレンズアレイ板29が装備されており、各マイクロレンズの構造パラメータを設計して、それが2個以上の点光源を覆うようにしている。
Therefore, in order to increase the contrast of stereoscopic image formation by the space division method, the present invention is equipped with a
図13に示すように、導電ガラス前面板3の前には、マイクロレンズアレイ板29が装備されており、各マイクロレンズがディスプレイスクリーンの3個の点光源を覆っている。ディスプレイスクリーンにおける9個の点光源から放射された光波は、3個のマイクロレンズを経過した後、C1から9の九つの光円錐に形成される。また、図13ではマイクロレンズのパラメータをこまやかに設計する必要があり、各マイクロレンズが覆う点光源から放射される光円錐を統合することにより画像形成空間の全体をできるだけ上手く覆うことができるようにする。例えば、三つの光円錐C1から3を統合することにより画像形成空間の全体をちょうど覆うことができるべきである。各点光源から放射される光円錐が画像形成空間の小さな部分だけを覆うので、画像形成空間全体の全てのボクセルが変わらない前提で、各点光源が生成すべきボクセルの全数量は倍になって比較的少なくなる。例えば図13の立体画像5のボクセル30は、ディスプレイスクリーンにおける上から下へ数えて第1個目、第5個目、第9個目の点光源が生成しており、それらから放射される光円錐C1、C5、C9はともにボクセル30を覆っているからである。他の点光源は、ボクセル30に貢献がなく、ボクセル30の近くの背景強度にも影響がない。これは、他の点光源から放射した光波がボクセル30を覆っていないからである。また、高次回析像を抑制するため、点光源の位置及び/又はマイクロレンズの光軸中心位置は、ランダムに分布されているべきである。
As shown in FIG. 13, a
以上のように、図1に示す装置によって、位置がランダムな分布を呈するとともに、振幅と位相を独立して調整可能な二次元光源アレイを生成可能である。各点光源の位相を設置すると、各点光源から放射された球面波が所定位置に到達した時に同じ位相になるようにし、コヒーレント干渉により、所定位置に一つのボクセルを形成可能である。 As described above, the apparatus shown in FIG. 1 can generate a two-dimensional light source array that exhibits a random distribution of positions and can independently adjust the amplitude and phase. If the phase of each point light source is set, it is possible to form the same phase when the spherical wave radiated from each point light source reaches a predetermined position, and one voxel can be formed at the predetermined position by coherent interference.
以下、画像形成方法について具体的に述べる。それは、以下の12のステップを含む。 The image forming method will be specifically described below. It includes the following 12 steps.
A、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、p個目の点光源の位置をrpとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップ。 A, a planar optical waveguide circuit is designed and created, coherent light emitted from a coherent light source is converted into a two-dimensional point light source array, and the position of each point light source in the two-dimensional light source array has a random distribution, an amplitude adjuster for performing independent adjustment on the amplitude and phase of each point light source for each point light source in the planar optical waveguide circuit at the same time as the position of the p-th point light source; Design and manufacture a phase adjuster.
B、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップAで生成した各点光源の最初の振幅Ap−0と最初の位相Φp−0を測定するとともに記録するステップ。 B, measuring and recording the first amplitude A p-0 and the first phase Φ p-0 of each point light source generated in step A when the drive voltage of each amplitude adjuster and phase adjuster becomes zero .
C、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Avがその輝度の平方根と設けられ、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをQ組に分けるステップ。 Principles and C, discretizing the three-dimensional image should be displayed, with the position and intensity of each voxel, the amplitude A v of each voxel is provided with square root of the brightness, to lower from the side luminance is high Dividing all voxels into Q sets based on
D、ステップCにおける一組のボクセルを選択するステップ。 D, selecting a set of voxels in step C.
E、ステップDで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置rvと位相Φvを取得するステップ。 E, for each voxel in the set of voxels selected in step D, one random deviation amount is added to the position, and the random deviation amount is smaller than the average interval between adjacent voxels before the deviation. together, to impart a random phase, to obtain the final position r v and the phase [Phi v of each voxel steps.
F、ステップEにおける一つのボクセルvを選択するステップ。 F, selecting one voxel v in step E.
G、ステップAで生成した各点光源pに対し、それの放射する光円錐がステップFで選定したボクセルvをカバーすれば、点光源pからボクセルvへの距離|rp−rv|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルvに到達した時の位相を、ステップEで設定した位相Φvにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|rp−rv|とボクセルvの振幅Avの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルvが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、式(1)で表示する。
なお、式(1)において、Pはボクセルvを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、二次元点光源アレイの前方の任意の位置rにある光波はすべてのP個の点光源から放射した球面波が重ね合されたものであり、その複素振幅は、式(2)で表示する。
ボクセルvがある位置rvにおいて、式(1)中の指数項と式(2)の指数項は互いに相殺され、式(2)は一つの極大値U(rv)=Avexp(iΦv)に達し、言い換えれば、すべての点光源から放射された球面波が位置rvへ到達した際は同じ位相であり、コヒーレント干渉によって空中に一つの光スポット、即ちボクセルvが生成される。位置rvに離れると、光の強度が急速に比較的少なくなる。よって式、一旦、式(1)に基づいて各点光源pの複素振幅を設定すれば、スクリーンの前方位置rvにボクセルvを生成可能である。 In the position r v that voxel v, the exponential term of exponential terms and expressions in the formula (1) (2) are canceled each other, the formula (2) is one maximum value U (r v) = A v exp (iΦ v ), in other words, when spherical waves emitted from all point light sources reach the position rv, they have the same phase, and one light spot, i.e., a voxel v, is generated in the air by coherent interference. When away position r v, the intensity of light is rapidly becomes relatively small. Thus equation, once, by setting the complex amplitude of each point light source p based on equation (1), it is possible to produce a voxel v in the forward position r v of the screen.
ボクセルvが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、式(3)で表示する。
式(3)の物理的意味を理解するため、一つの薄レンズを二次元点光源アレイの所在した平面に置くと仮定できる。式(3)と薄レンズが導入した位相変化に基づいて、薄レンズに前方を置いて一つの実体ボクセルを形成すると推定することができるが、該実体ボクセルに達する光線は全て薄レンズが後方に置かれての一つの虚像ボクセルvからである。薄レンズを取った後、実体ボクセルを再生成することはできないが、虚像ボクセルvは依然として存在する。よって、一旦、式(3)に基づいて各点光源pの複素振幅を設置すれば、スクリーン後方位置rvにボクセルvを生成可能であるステップ。 In order to understand the physical meaning of Equation (3), it can be assumed that one thin lens is placed on the plane where the two-dimensional point light source array is located. Based on Equation (3) and the phase change introduced by the thin lens, it can be estimated that a single voxel is formed by placing the front side of the thin lens. From one virtual image voxel v placed. After taking a thin lens, the actual voxel cannot be recreated, but the virtual image voxel v still exists. Therefore, Once the installation complex amplitude of each point light source p based on equation (3), it is possible to produce a voxel v to screen rear position r v step.
H、ステップDで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップFからGを繰り返すステップ。 H, repeating steps F to G for all voxels included in the set of voxels selected in step D.
I、ステップAで生成した各点光源pに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップDからステップHで得た点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量Ap−vを累加して、点光源pが全部でV個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Apを得るステップ、即ち
J、ステップAで生成した各点光源pに対し、ステップIで確定した総振幅調整量ApをステップBで確定した該点光源の最初の振幅Ap−0で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ap−F=Ap/Ap−0を得て、ステップIで確定した総位相調整量ΦpからステップBで確定した該点光源の最初の位相Φp−0を引くとともに、点光源pの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ap-Fによってもたらされる付加位相増量Φp−Aを引いて、該点光源の最終位相調整量Φp−F=Φp−Φp−0−Φp−Aを得るステップ。 J, to the point light sources p generated in step A, by dividing the total amplitude adjustment amount A p that is determined in step I the first amplitude A p-0 of the point light sources determined in step B, point light source The final amplitude phase adjustment amount A pF = A p / A p-0 is obtained, and the initial phase Φ p-0 of the point light source determined in step B from the total phase adjustment amount Φ p determined in step I is obtained. And subtracting the additional phase increase Φ p-A caused by the final amplitude adjustment amount A p-F generated by the amplitude adjuster of the point light source p to obtain the final phase adjustment amount Φ p−F = Φ of the point light source obtaining p −Φ p−0 −Φ p−A .
K、ステップJで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ap−Fと最終位相調整量Φp−Fに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップ。 K, based on the final amplitude phase adjustment amount Ap-F and the final phase adjustment amount Φp -F of each point light source determined in step J, the amplitude adjuster and the phase adjuster are driven, and the final light source is supplied to each point light source. Generating an amplitude phase adjustment amount and a phase adjustment amount;
L、ステップCで確定したすべてのQ組のボクセルに対し、ステップDからKを繰り返すステップ。 L, Steps D to K are repeated for all Q sets of voxels determined in Step C.
上記ステップにおいて、ステップAとステップBは、二次元点光源アレイを得ると共に各点光源の最初の振幅と最初の位相を標定するためのものである。各立体表示装置に対し、ステップAとステップBを出荷前に完成しておく必要がある。ステップCは、表示しようとする立体画像を離散し、各ボクセルの位置及び振幅を獲得するとともに、すべてのボクセルをその輝度分布に基づいて幾つかのグループに分けて時間分割表示しやすいようにするためのものである。ステップEで各ボクセルに一つのランダム位相及び一つのランダム偏移量を付加するのは、生成したボクセルがもう一度点光源として、二次ボクセルとなって不要なノイズが生じるのを避けるためのものである。ステップFからステップIは、各グループのボクセルが生成されるため各点光源が必要な複素振幅調整量を確定するものである。ステップJは、各点光源の最初の位相及び最初の振幅を補うとともに、振幅調整器が生成する付加位相を補償して、各点光源が必要な最終振幅調整量と位相調整量償を獲得するためのものである。レーザの輝度を考慮し、各点光源が必要な最終振幅調整量は一つの比例因子を乗算する必要があり、理解しやすいよう、ここではこの因子を1と仮定する。ステップKは、駆動電圧を各振幅調整器と位相調整器に印加し、各点光源に前記最終振幅調整量と位相調量を生成させるためのものである。ステップKが完了した後、一組のボクセルが空中の所定位置に出現する。ステップLは、すべてのQ組のボクセルを時間分割表示するためのものである。 In the above steps, Step A and Step B are for obtaining a two-dimensional point light source array and locating the initial amplitude and initial phase of each point light source. For each stereoscopic display device, step A and step B must be completed before shipment. In step C, the stereoscopic image to be displayed is discrete, the position and amplitude of each voxel are acquired, and all the voxels are divided into several groups based on their luminance distributions so that they can be displayed in a time-division manner. Is for. The reason for adding one random phase and one random shift amount to each voxel in step E is to prevent the generated voxel from becoming a secondary voxel once again as a point light source and generating unnecessary noise. is there. Steps F to I determine the amount of complex amplitude adjustment required for each point light source since voxels of each group are generated. Step J supplements the initial phase and initial amplitude of each point light source and compensates for the additional phase generated by the amplitude adjuster to obtain the final amplitude adjustment amount and the phase adjustment amount compensation each point light source requires. Is for. In consideration of the laser brightness, the final amplitude adjustment amount required for each point light source needs to be multiplied by one proportional factor, and this factor is assumed to be 1 for easy understanding. In step K, a driving voltage is applied to each amplitude adjuster and phase adjuster to cause each point light source to generate the final amplitude adjustment amount and the phase adjustment amount. After step K is completed, a set of voxels appears at a predetermined position in the air. Step L is for time division display of all Q sets of voxels.
本発明と発明特許(特許文献1)で示した方法とを比較し、本発明は空間分割方法と時間分割方法を増やすことにより、更に良好な画像コントラストを得ることを可能としている。また、本発明は各ボクセルにランダム位相及びランダム偏移量を付加するので、二次ノイズボクセルの生成を抑制する。さらに、本発明は各ボクセルの位置に対して補償を行うことにより、遠近の異なるボクセルの全てを所定の輝度に到達させている。さらに、本発明は光電材料を採用した振幅調整器に、位相の補償などを行っている。 Comparing the present invention with the method shown in the invention patent (Patent Document 1), the present invention makes it possible to obtain a better image contrast by increasing the space division method and the time division method. In addition, since the present invention adds a random phase and a random shift amount to each voxel, generation of secondary noise voxels is suppressed. Further, according to the present invention, compensation is performed for the position of each voxel, so that all the different voxels in the near and far directions reach a predetermined luminance. Furthermore, the present invention performs phase compensation and the like on an amplitude adjuster employing a photoelectric material.
本発明は、三次元画像形成分野に属し、具体的には、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法及び装置に関する。 The present invention belongs to the field of three-dimensional image formation, and specifically relates to a stereoscopic image forming method and apparatus using a planar optical waveguide circuit.
三次元ディスプレイは、疑似三次元ディスプレイと真性三次元ディスプレイに分けられる。前者は、両眼の視差に基づく立体表示であり、2つの異なる視角の画面を観察者の左右の眼それぞれで見ることによって立体の幻覚を生じさせるものであるが、長時間見ると疲れやすい。後者は、空中に真の三次元画像を直接形成し、観察者は何らかの補助眼鏡をかける必要が無く、より快適に自然に見る事が出来る。 Three-dimensional displays can be divided into pseudo three-dimensional displays and intrinsic three-dimensional displays. The former is a stereoscopic display based on the parallax of both eyes, and produces a stereoscopic hallucination by viewing a screen with two different viewing angles with the left and right eyes of the observer. The latter forms a true three-dimensional image directly in the air, and the observer does not need to wear any auxiliary glasses and can view it more comfortably and naturally.
真性三次元立体ディスプレイは、画像統合技術や体画像形成技術などのインコヒーレント方法で実現可能であるし、ホログラフィ技術などのコヒーレント方法でも実現可能である。インコヒーレント方法とコヒーレント方法の最大の違いは、前者がインコヒーレント光源を用いて光波の位相情報を利用しないのに対し、後者はコヒーレント光源を用いて光波の位相を十分に利用できる、ということである。光波の位相情報は物体の形状と位置の情報を含む。インコヒーレント方法は、光波の位相情報を捨ててしまうので、定額外の、往々にして複雑である機械走査或いは光学装置に頼る事しかできず、三次元空間で画像形成し、それの従う幾何光学画像形成原理自身の制限なので、限られた被写界深度内しか受け入れる画像形成解像度に達成することができない。コヒーレント方法は、光波位相が有している形状と位置の情報を十分利用可能なので、往々にして構造が簡単であり、また、波動の光学画像形成原理の力を借り、画像形成の被写界深度が深く、解像度が高い。例えば、簡単な一つのホログラフィ乾板は空中に三次元画像を形成するのに、何らかの光学レンズや機械走査装置を必要としない。しかし、大型の物体に対しては、ホログラフィの干渉縞がサブミクロンレベルで、平面ディスプレイの画素サイズよりはるかに小さくなってしまう。また、容量が非常に大きな干渉縞のデータが、リアルタイムの数字収集、処理、記憶、転送、表示に非常に大きな困難をもたらす。 An intrinsic three-dimensional display can be realized by an incoherent method such as an image integration technique or a body image forming technique, or by a coherent method such as a holography technique. The biggest difference between the incoherent method and the coherent method is that the former does not use the phase information of the light wave using the incoherent light source, whereas the latter uses the phase of the light wave sufficiently using the coherent light source. is there. The light wave phase information includes information on the shape and position of the object. The incoherent method discards the phase information of the light wave, so it can only rely on off-the-line, often complex mechanical scanning or optical devices, and it forms an image in three-dimensional space and follows the geometric optics Because of the limitations of the image forming principle itself, it is possible to achieve an image forming resolution that accepts only within a limited depth of field. The coherent method can use the information of the shape and position of the light wave phase sufficiently, so the structure is often simple, and with the help of wave optical imaging principle, the field of image formation Deep depth and high resolution. For example, a simple holographic plate does not require any optical lens or mechanical scanning device to form a three-dimensional image in the air. However, for large objects, holographic interference fringes are at the submicron level, much smaller than the pixel size of flat displays. Also, the very large capacity of fringe fringe data presents tremendous difficulties in real-time digit collection, processing, storage, transfer and display.
当業者の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫(特許文献1)では、新たな三次元画像形成に関する方法が開示されている。その核心的思想は以下のとおりであり、一つの二次元点光源アレイ構造であり、これらの点光源からの球面波が相互に合流し、建設的干渉により空中に光スポット、即ち立体ボクセル(略称はボクセルであり、二次元平面ディスプレイの画素に対応する)を形成することにより、大量のボクセルによって離散立体画像を形成する。動的表示を実現するため、上記二次元点光源アレイの各点光源の振幅と位相に対して独立したリアルタイム調整をする必要があり、また高回折による多重像を抑制するため、点光源の位置はランダムな分布を呈する。上記画像形成原理に基づき、各ボクセルの位置と輝度さえわかれば、各点光源の振幅と位相の調整量を確定することができ、各点光源の振幅と位相を調整することにより、これらの点光源からの球面波が空間内の所定位置に到達した時に同じ位相になるようにする。このように、建設的干渉によって所定位置にボクセルを形成することにより、大量のボクセルによって離散立体画像を形成する。これが意味するのは、二次元平面ディスプレイに比べ、奥深くの情報を定額外に知りさえすれば、空中に三次元画像を形成することができ、情報の増加量は約30%に過ぎず、これは三次元データのリアルタイム記憶、転送、表示に大変な利便性をもたらす、ということである。上記発明特許は、異なるタイプの液晶ディスプレイによって二次元点光源アレイを生じる装置も開示している。しかし、液晶材料は液晶分子の機械的転動によって光波の振幅と位相を調整することが必須であり、応答時間は一般的にミリ秒レベルである。 Invented by a person skilled in the art, << 3D display method and apparatus using random constructive interference >> (Patent Document 1) discloses a new method related to 3D image formation. The core idea is as follows, which is a two-dimensional point light source array structure, and spherical waves from these point light sources merge with each other, and light spots, that is, three-dimensional voxels (abbreviated names) in the air by constructive interference. Is a voxel and corresponds to a pixel of a two-dimensional flat display), thereby forming a discrete stereoscopic image with a large number of voxels. In order to realize dynamic display, it is necessary to make independent real-time adjustments to the amplitude and phase of each point light source of the above two-dimensional point light source array, and to suppress multiple images due to high diffraction, the position of the point light source Exhibits a random distribution. Based on the above image forming principle, if the position and brightness of each voxel are known, the adjustment amount of the amplitude and phase of each point light source can be determined, and these points can be determined by adjusting the amplitude and phase of each point light source. When the spherical wave from the light source reaches a predetermined position in the space, the same phase is set. In this way, by forming voxels at predetermined positions by constructive interference, a discrete stereoscopic image is formed by a large number of voxels. This means that a 3D image can be formed in the air as long as you know deep information outside the fixed amount compared to a 2D flat display, and the increase in information is only about 30%. Is a great convenience for real-time storage, transfer and display of 3D data. The invention patent also discloses an apparatus for producing a two-dimensional point source array with different types of liquid crystal displays. However, it is essential for liquid crystal materials to adjust the amplitude and phase of light waves by mechanical rolling of liquid crystal molecules, and the response time is generally on the order of milliseconds.
本発明の目的は、上記現状に対し、画像のリフレッシュレートが高く、且つディスプレイが軽くて薄くて安定した、平面光導波路回路を用いる立体画像形成方法及び装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a stereoscopic image forming method and apparatus using a planar optical waveguide circuit, which has a high image refresh rate and a light, thin and stable display with respect to the above situation.
本発明の目的を実現するための方式は、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法であって、
A、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、p個目の点光源の位置をrpとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップと、
B、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップAで生成した各点光源の最初の振幅Ap−0と最初の位相Φp−0を測定するとともに記録するステップと、
C、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Avがその輝度の平方根と設けられ、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをQ組に分けるステップと、
D、ステップCにおける一組のボクセルを選択するステップと、
E、ステップDで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置rvと位相Φvを取得するステップと、
F、ステップEにおける一つのボクセルvを選択するステップと、
G、ステップAで生成した各点光源pに対し、それの放射する光円錐がステップFで選定したボクセルvをカバーすれば、点光源pからボクセルvへの距離|rp−rv|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルvに到達した時の位相を、ステップEで設定した位相Φvにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|rp−rv|とボクセルvの振幅Avの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルvが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
式(1)で表示し、
なお、式(1)において、Pはボクセルvを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、
ボクセルvが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
で表示するステップと、
H、ステップDで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップFからGを繰り返すステップと、
I、ステップAで生成した各点光源pに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップDからステップHで得た点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量Ap−vを累加して、点光源pが全部でV個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Apを得るステップ、即ち
であるステップと、
J、ステップAで生成した各点光源pに対し、ステップIで確定した総複素振幅調整量ApをステップBで確定した該点光源の最初の振幅Ap−0で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ap−F=Ap/Ap−0を得て、ステップIで確定した総位相調整量ΦpからステップBで確定した該点光源の最初の位相Φp−0を引くとともに、点光源pの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ap-Fによってもたらされる付加位相増量Φp−Aを引いて、該点光源の最終位相調整量Φp−F=Φp−Φp−0−Φp−Aを得るステップと、
K、ステップJで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ap−Fと最終位相調整量Φp−Fに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップと、
L、ステップCで確定したすべてのQ組のボクセルに対し、ステップDからKを繰り返すステップと、を含む。
A method for realizing the object of the present invention is a stereoscopic image forming method using a planar optical waveguide circuit,
A, a planar optical waveguide circuit is designed and created, coherent light emitted from a coherent light source is converted into a two-dimensional point light source array, and the position of each point light source in the two-dimensional light source array has a random distribution, an amplitude adjuster for performing independent adjustment on the amplitude and phase of each point light source for each point light source in the planar optical waveguide circuit at the same time as the position of the p-th point light source; Design and manufacture a phase adjuster,
B, measuring and recording the first amplitude A p-0 and the first phase Φ p-0 of each point light source generated in step A when the drive voltage of each amplitude adjuster and phase adjuster becomes zero When,
Principles and C, discretizing the three-dimensional image should be displayed, with the position and intensity of each voxel, the amplitude A v of each voxel is provided with square root of the brightness, to lower from the side luminance is high Divide all voxels into Q pairs based on
D, selecting a set of voxels in step C;
E, for each voxel in the set of voxels selected in step D, one random deviation amount is added to the position, and the random deviation amount is smaller than the average interval between adjacent voxels before the deviation. together, the steps of: imparting a random phase, to obtain the final position r v and the phase [Phi v of each voxel,
F, selecting one voxel v in step E;
G, for each point light source p generated in step A, if the light cone radiating it covers the voxel v selected in step F, the distance | r p −r v | calculated, setting the phase adjustment amount of the point light source based on the distance, the phase when the light wave emitted from the point light source p reaches the voxel v, the phase [Phi v set in step E, at the same time, the the amplitude adjustment amount of the point light source distance | r p -r v | set and that is directly proportional to the multiplication of the amplitude a v of the voxel v, the complex amplitude adjustment amount by comprehensively the phase adjustment amount and amplitude adjustment amount, voxels If v is located in front of the secondary point light source array, the complex amplitude adjustment amount that the point light source p should produce in order to generate the voxel v is
Displayed by equation (1),
In Equation (1), P is the number of all point light sources that participate in generating voxel v,
If the voxel v is located behind the two-dimensional point light source array, the complex amplitude adjustment amount that the point light source p should generate in order to generate the voxel v is
Steps to display in
H, repeating steps F through G for all voxels included in the set of voxels selected in step D;
I, for each point light source p generated at step A, based on the complex amplitude superposition principle, the complex amplitude adjustment amount A p that the point light source p obtained at step D to step H should generate to generate the voxel v and accumulate the -v, to obtain a total complex amplitude adjustment amount a p required to point source p to generate the V voxels in total, i.e.,
And a step that is
J, to the point light sources p generated in step A, by dividing the total complex amplitude adjustment amount A p that is determined in step I the first amplitude A p-0 of the point light sources determined in step B, the point The final amplitude phase adjustment amount A p−F = A p / A p−0 of the light source is obtained, and the initial phase Φ p− of the point light source determined in step B from the total phase adjustment amount Φ p determined in step I. While subtracting 0 , an additional phase increase Φ p-A caused by the final amplitude adjustment amount A p-F generated by the amplitude adjuster of the point light source p is subtracted to obtain the final phase adjustment amount Φ p−F = Obtaining Φ p −Φ p−0 −Φ p−A ;
K, based on the final amplitude phase adjustment amount Ap-F and the final phase adjustment amount Φp -F of each point light source determined in step J, the amplitude adjuster and the phase adjuster are driven, and the final light source is supplied to each point light source. Generating an amplitude phase adjustment amount and a phase adjustment amount;
L, repeating steps D to K for all Q sets of voxels determined in step C.
前記立体画像形成方法を実現する、平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置であって、
コヒーレント光源と、平面光導波路回路と、導電ガラス前面板と、背部駆動回路とによって組成されており、導電ガラス前面板と背部駆動回路がそれぞれ平面光導波路回路の両側を覆っており、平面光導波路回路は光導波路主線とN個の光導波路支線を含んでおり、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、N個の光導波路支線は光導波路主線に沿って分布しており、
各光導波路支線は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置し、
前記カプラは、方向性カプラ又はリング共振器カプラを採用しており、
前記位相調整器は、一段の、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させ、
前記垂直転向器は、第1の垂直転向器と第2の垂直転向器の二種類を備えており、第1の垂直転向器は、マイクロ平面リフレクタによって構成されており、マイクロ平面リフレクタの反射面と平面光導波路回路の夾角は45°である。
A stereoscopic image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit that realizes the stereoscopic image forming method,
It is composed of a coherent light source, a planar optical waveguide circuit, a conductive glass front plate, and a back drive circuit, and the conductive glass front plate and the back drive circuit each cover both sides of the planar optical waveguide circuit. The circuit includes an optical waveguide main line and N optical waveguide branch lines, the optical waveguide main line receives light waves emitted from the coherent light source, and the N optical waveguide branch lines are distributed along the optical waveguide main line,
Each optical waveguide branch line is composed of a coupler, an amplitude adjuster, a phase adjuster, and a vertical diverter that are sequentially connected and integrated, and the coupler is coupled to a part of optical energy from the optical waveguide main line, The back drive circuit drives the amplitude adjuster and phase adjuster, couples to the optical waveguide branch line, adjusts the amplitude and phase for the advancing light wave, sends it to the vertical diverter, and changes the direction with the vertical diverter After that, radiate perpendicularly to the planar optical waveguide circuit, generate one point light source, and install the position of the vertical diverter so that the position of the generated point light source is randomly distributed,
The coupler employs a directional coupler or a ring resonator coupler,
The phase adjuster is a single-mode optical waveguide made of a photoelectric material in one stage, the refractive index of the photoelectric material is modified by the back drive circuit, and the phase of the light wave is modified,
The vertical diverter includes two types of a first vertical diverter and a second vertical diverter, and the first vertical diverter is configured by a microplanar reflector, and the reflective surface of the microplanar reflector The depression angle of the planar optical waveguide circuit is 45 °.
本発明は、本出願人の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫を基礎にして形成されたものであり、如何に平面光導波路回路を採用して二次元点光源アレイを構造し、そして各点光源の振幅と位相の独立した調整を実現するのを解決する。 The present invention is formed on the basis of the present invention's invention patent «three-dimensional display method and apparatus by random constructive interference», and how a two-dimensional point is adopted by adopting a planar optical waveguide circuit. A light source array is constructed and solved to achieve independent adjustment of the amplitude and phase of each point light source.
本発明は、平面光導波路回路全体を光導波路主線と光導波路支線に分け、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波をスクリーンの各領域に導き、その後、光導波路主線両側に分布する大量の光導波路支線によって光波を光導波路主線からカップリングし、各光導波路支線が一つの点光源を生成するとともに、光導波路支線において光電材料で振幅調整器と位相調整器を製作して点光源の振幅と位相を調整する。それによって、平面光導波路回路を用いて大型の二次点光源アレイを構成することができ、そして各点光源の振幅と位相の独立した調整を実現する。 The present invention divides the entire planar optical waveguide circuit into an optical waveguide main line and an optical waveguide branch line, the optical waveguide main line guides the light wave emitted from the coherent light source to each area of the screen, and then a large amount distributed on both sides of the optical waveguide main line. A light wave is coupled from the optical waveguide main line by the optical waveguide branch line, and each optical waveguide branch line generates one point light source, and an amplitude adjuster and a phase adjuster are manufactured with photoelectric materials in the optical waveguide branch line, thereby generating the amplitude of the point light source. And adjust the phase. Thereby, a large-scale secondary point light source array can be formed using a planar optical waveguide circuit, and independent adjustment of the amplitude and phase of each point light source is realized.
本発明は、従来技術、特に、本出願人の発明特許である≪ランダムな建設的干渉による三次元表示方法及び装置≫と比較し、以下の有益な効果を具備する。
1、光電材料で液晶材料に代替し、光波の振幅と位相の調整を実現する。光電材料の応答時間はナノ秒クラスに達し、さらに高い頻度でのリフレッシュ周期を実現し、画像が更に早く安定し、高速運動の画像の遅延抑制に有利である。
2、平面光導波路回路を採用しているので、照明光学システムを簡略化し、ディスプレイは非常に軽くて薄くて安定する。
3、光波が平面光導波路回路に沿って伝わるので、液晶ディスプレイスクリーンのように透明な前後面板が必要なく、前面板上に透光性の小さな孔を設ければそれでよく、特に後面板上の駆動回路を透明なガラス状に作成する必要が無く、例えばプラスチック基板といった適切な材料上に制作することが可能である。よって、駆動回路の速度を更に早く、精度をさらに高くすることが出来る。
The present invention has the following beneficial effects as compared with the prior art, in particular, <the 3D display method and apparatus by random constructive interference> which is the patent of the present applicant.
1. A photoelectric material is substituted for a liquid crystal material, and the adjustment of the amplitude and phase of the light wave is realized. The response time of the photoelectric material reaches the nanosecond class, realizes a refresh cycle with a higher frequency, stabilizes the image more quickly, and is advantageous for suppressing delay of an image of high-speed movement.
2. Since the planar optical waveguide circuit is adopted, the illumination optical system is simplified and the display is very light, thin and stable.
3. Since light waves are transmitted along a planar optical waveguide circuit, there is no need for transparent front and rear face plates like a liquid crystal display screen, and it is sufficient if a small light-transmitting hole is provided on the front face plate, especially on the rear face plate. The drive circuit does not need to be formed in a transparent glass shape, and can be manufactured on an appropriate material such as a plastic substrate. Therefore, the speed of the drive circuit can be further increased and the accuracy can be further increased.
本発明は特にコンピュータやテレビのディスプレイスクリーンに適しているが、ヒューマン・マシン・インタラクション、マシンビジョンなど、教育、科学研究、娯楽、広告などの領域に幅広く応用することが出来る。 The present invention is particularly suitable for display screens of computers and televisions, but can be widely applied to areas such as education, scientific research, entertainment, and advertising, such as human-machine interaction and machine vision.
以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明の三次元ディスプレイスクリーンは、コヒーレント光源1と、平面光導波路回路2と、導電ガラス前面板3と、背部駆動回路4によって組成されており、導電ガラス前面板3と背部駆動回路4がそれぞれ平面光導波路回路2の両側を覆っている。さらに図2から図7に示すように、平面光導波路回路2は光導波路主線6と光導波路支線7とを含んでいる。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional display screen of the present invention is composed of a coherent
光導波路主線6は、シリアル配置でも良いし、パラレル配置でも良い。
The optical waveguide
シリアル配置を採用した光導波路主線6は、1本又は3本の光導波路によって組成され、前記1本または3本の光導波路はZ型配置又は螺旋型配置の方法で、平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。
Light guide
図2に示すように、1本の光導波路は螺旋型を呈した環状線で平面光導波路回路2の全体を覆っている。カラー三次元表示を実現するため、波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色は、シーケンスに従って左下から同一の光導波路に順番に入力し、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。
As shown in FIG. 2, one optical waveguide covers the whole of the planar
図3に示すように、3本の平行の光導波路はZ型を呈して折れ曲がってディスプレイスクリーン全体を覆っている。カラー三次元表示を実現するため、波長のそれぞれλ1、λ2、λ3の三原色は、左上から3本の光導波路にそれぞれ入力され、各光導波路が一種類の原色を転送し、三次元画像の各カラー成分を同時に表示する。 As shown in FIG. 3, the three parallel optical waveguides are Z-shaped and bent to cover the entire display screen. In order to realize color three-dimensional display, the three primary colors of wavelengths λ1, λ2, and λ3 are input to the three optical waveguides from the upper left, respectively, and each optical waveguide transfers one primary color, Display color components simultaneously.
シリアル配置のメリットは構造が簡単なことであり、デメリットは光導波路全体の長さがあまりにも長いので、比較的大きな伝送損が起こる可能性があることである。大きなサイズの三次元ディスプレイスクリーンを制作する際、光導波路主線6は、例えば石英ガラス光導波路といった、消耗が極めて少ない光導波路材料によって制作する必要ある。
The advantage of the serial arrangement is that the structure is simple, and the disadvantage is that the entire length of the optical waveguide is too long, so that a relatively large transmission loss may occur. When producing a three-dimensional display screen having a large size, it is necessary to produce the optical waveguide
パラレル配置では、一つの平行光導波路アレイでディスプレイスクリーン全体を覆っており、鍵は、各平行光導波路に光波を如何に導くかということである。一般的には、Y型ビームスプリッタや、スターカプラや、方向性カプラや、リング共振器カプラや、ラスターや、マルチモード光干渉(MMI)デバイスなどによって、光波を各平行光導波路に導くことができる。この中で、Y型ビームスプリッタとスターカプラは波長と無関係であり、方向性カプラや、リング共振器カプラや、ラスターや、マルチモード光干渉デバイス等は、波長と関係がある。波長と関係するカプラは、異なる波長に基づいて異なる構造パラメータを設計する必要がある。パラレル配置のメリットは光導波路全体の長さが比較的短いことであるので、例えばポリマー材料といった、消耗が比較的低い光導波路材料によって制作することが可能である。 In the parallel arrangement, the entire display screen is covered with one parallel optical waveguide array, and the key is how to guide the light wave to each parallel optical waveguide. In general, a light wave can be guided to each parallel optical waveguide by a Y-type beam splitter, a star coupler, a directional coupler, a ring resonator coupler, a raster, or a multimode optical interference (MMI) device. it can. Among these, the Y-type beam splitter and the star coupler are independent of the wavelength, and the directional coupler, the ring resonator coupler, the raster, the multimode optical interference device, and the like are related to the wavelength. Couplers associated with wavelengths need to design different structural parameters based on different wavelengths. The merit of the parallel arrangement is that the entire length of the optical waveguide is relatively short, so that it is possible to produce the optical waveguide material with relatively low consumption such as a polymer material.
パラレル配置を採用した光導波路主線6は、一つの平行光導波路アレイとY型ビームスプリッタ8又はスターカプラ9を備える。前記平行光導波路アレイは、平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。コヒーレント光源1から放射された光波をY型ビームスプリッタ8又はスターカプラ9によって平行光導波路アレイの各光導波路に平均して分配する。
The optical waveguide
図4に示すようにパラレル配置を採用した光導波路主線6は、8本の水平光導波路によって組成される平行光導波路アレイと一つのY型ビームスプリッタを備え、平行光導波路アレイが平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。前記Y型ビームスプリッタ8は、1/2型のY型ビームスプリッタであり、全部で七つの1/2型のY型ビームスプリッタを採用している。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色の光波は、シーケンスに従って左から1/2型のY型ビームスプリッタを通して前記8本の水平光導波路に平均して分配され、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。光導波路主線6が1024本の水平平行光導波路を含む場合、10級の1/2型のY型ビームスプリッタが必要である。当然、1/4型、1/8型のY型ビームスプリッタなどによってY型ビームスプリッタの級数を減少することにより、Y型ビームスプリッタが占める定額外の面積を減少することも可能である。
As shown in FIG. 4, the optical waveguide
図5に示すようにパラレル配置を採用した光導波路主線6はスターカプラ9と8本の水平光導波路によって組成された平行光導波路アレイを備えている。スターカプラ9は、3/8型のスターカプラである。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色の光波は、シーケンスに従って左から一つの3/8型のスターカプラを通して8本の水平光導波路に平均して分配され、三次元画像の各カラー成分を順次表示する。光導波路主線6が非常に多くの水平平行光導波路を含む場合、例えば1024本である場合、多級のスターカプラを採用する必要があるかもしれない。図5の3/8型のスターカプラ9の左側の3本の入力光導波路は中間の1本だけを採用すればよく、甚だしきは全部不要なので、コヒーレント光源からの光波は中間光導波路の位置から直接入力され、このように1本の光導波路内に高すぎる光量が転送されるのを避ける。
As shown in FIG. 5, the optical waveguide
図6に示すように、パラレル配置を採用した光導波路主線6は、一つの平行光導波路アレイとそれに垂直な1本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイの各光導波路は一つのリング共振器10によって直線光導波路とカップリングする。平行光導波路アレイは平面光導波路2の全体を平均して覆っている。直線光導波路はコヒーレント光源1から放射された三原色光波を受け取り、各リング共振器10の構造パラメータを設計して直線光導波路に転送された三原色光波を平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
As shown in FIG. 6, the optical waveguide
図6は、9本の縦方向の光導波路によって組成された平行光導波路アレイと、それに垂直な1本の水平直線光導波路を採用しており、平行光導波路アレイの各縦方向の光導波路は一つのリング共振器10によって水平直線光導波路とカップリングする。前記縦方向の平行光導波路アレイは平面光導波路2の全体を平均して覆っている。コヒーレント光源から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色は、左上から水平直線光導波路に同時に入力され、波長λ1、λ2、λ3に対して異なる半径のリング共振器10を設計し、水平直線光導波路の転送された三原色光波を9本の縦方向の光導波路に順にカップリングさせ、三次元画像の各カラー成分を同時に表示する。また、1本の光導波路内に高すぎる光量が転送されるのを避けるため、スターカプラを採用してコヒーレント光源1から放射された光波を複数本のシングルモード光導波路にカップリングして、各シングルモード光導波路が一つの図6に示す光導波路回路に接続しても良い。
FIG. 6 employs a parallel optical waveguide array composed of nine vertical optical waveguides and one horizontal linear optical waveguide perpendicular thereto, and each vertical optical waveguide of the parallel optical waveguide array is Coupling with the horizontal linear optical waveguide is performed by one
図7に示すように、パラレル配置を採用した光導波路主線6は一つの平行光導波路アレイと3本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイと3本の直線光導波路は互いに垂直であり、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されている。平行光導波路アレイの各光導波路は方向性カプラ11によって3本の直線光導波路のうちの1本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは、平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。3本の直線光導波路はそれぞれコヒーレント光源1から放射された三原色光波を受け取り、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、3本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
As shown in FIG. 7, the optical waveguide
図7は、9本の縦方向の光導波路によって組成された平行光導波路アレイと、3本の水平直線光導波路からなる。平行光導波路アレイと3本の水平直線光導波路は互いに垂直で、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されている。平行光導波路アレイの各縦方向の光導波路は方向性カプラ11によって3本の水平直線光導波路中の1本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは平面光導波路回路2の全体を平均して覆っている。3本の水平直線光導波路は、コヒーレント光源1から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色光波をそれぞれ受け取って、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、3本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする。
Figure 7 is a parallel optical waveguide arrays composition by nine longitudinal direction of the optical waveguide, consisting of three horizontal straight waveguide. The parallel optical waveguide array and the three horizontal linear optical waveguides are formed on two adjacent planes that are perpendicular to each other. Each of the longitudinal optical waveguides of the parallel optical waveguide array is coupled with one linear optical waveguide in the three horizontal linear optical waveguides in order by the
光導波路が交差するのを避けるため、平行光導波路アレイと3本の水平直線光導波路はそれぞれ二つの隣接する平面に作成される。例えば、3本の水平直線光導波路を導電ガラス前面板3に作成することができる。なお、3本の水平直線光導波路を破線で表した。コヒーレント光源1から放射された波長のそれぞれλ1、λ2、λ3となる三原色光波は、左上から3本の水平直線光導波路に同時にそれぞれ入力され、波長λ1、λ2、λ3に対して異なるパラメータの方向性カプラを設計し、3本の水平平行直線光導波路に転送された三原色光波を9本の縦方向の光導波路に順次カップリングする。二つの平面上にそれぞれ光導波路を作成する必要があるので、後の組み立て時は、厳密な照準合せや二つの平面の間の間隔を厳密に制御する必要があり、作成と組み立ての難度を高くする。
In order to avoid the crossing of the optical waveguides, the parallel optical waveguide array and the three horizontal linear optical waveguides are each formed in two adjacent planes. For example, three horizontal straight optical waveguides can be formed on the conductive
光波がスクリーン全体に導かれるようにするため、平面光導波路回路2は非常に多くのコーナリングがある。光波を常に光導波路のコア層に制限するために、コーナリング半径は比較的大きい必要がある。コア層と被覆層の屈折率の差が小さくなるほどコーナリング半径は大きくなるので、ディスプレイスクリーンサイズが大きくなり、密集点光源アレイの形成に不利である。ディスプレイスクリーンサイズを小さくし、密集点光源アレイを形成するためには、平面光導波路回路2の全てにフォトニック結晶光導波路を採用することが可能であるし、例えばコーナリング個所や分岐個所などの重点箇所だけにフォトニック結晶光導波路を採用することも可能である。
The planar
位置がランダムに分布した点光源アレイを生成するため、平面光導波路回路2は光導波路主線6とN個の光導波路支線7を含んでおり、光導波路主線6がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、N個の光導波路支線7は光導波路主線6に沿って分布している。各光導波路支線7は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線6から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路4が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線7にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路2に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置する。
In order to generate a point light source array whose positions are randomly distributed, the planar
垂直転向器は、第1の垂直転向器15と、第2の垂直転向器22の二種類がある。
There are two types of vertical diverters: a first
図8に示すように、各光導波路支線7は、順次連結されて一体となっているカプラ12と振幅調整器13と位相調整器14と垂直転向器15によって組成されている。カプラ12は方向性カプラを採用している。カプラ12は光導波路主線6から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路4が振幅調整器13と位相調整器14を駆動し、光導波路支線7にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、第1の垂直転向器15に送り、第1の垂直転向器15で向きを変えた後、平面光導波路回路2に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させる。
As shown in FIG. 8, each optical
図8の振幅調整器13は、隣接して設けられており且つ互いに平行である、第1の入力シングルモード光導波路16と第1の出力シングルモード光導波路17によって組成されており、第1の入力シングルモード光導波路16又は第1の出力シングルモード光導波路17の部分は、光電材料によって作成される。図8は、第1の出力シングルモード光導波路の空心線部分を光電材料によって作成している。背部駆動回路4が光電材料の屈折率を改変することにより、第1の入力シングルモード光導波路と第1の出力シングルモード光導波路の間のカップリング係数を改変して、第1の出力シングルモード光導波路17から出力される光波の振幅を改変する。
The
位相調整器14は一段(図では空心線分)であり、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路4によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させる。必須の注意点として、振幅調整器13が振幅を調整するとき、位相にも同時に改変が生じるので、位相調整器14のすべき位相調整量は、振幅調整器13が振幅を調整するときに付帯して生じる位相調整量をさらに補償すべきである。
The
図9に示すように、光導波路支線7は、一つのカプラ19と、一つの振幅調整器20と、一つの位相調整器21と、一つの第2の垂直転向器22によって組成されており、順次連結されて一体となっているカプラ19と振幅調整器20と位相調整器21と第2の垂直転向器22によって組成されている。カプラ19はリング共振器カプラを採用している。
As shown in FIG. 9, the optical
図9において、振幅調整器20は第2の入力シングルモード光導波路23と第2の出力シングルモード光導波路24と環状シングルモード光導波路18によって組成されており、環状シングルモード光導波路18は第2の入力シングルモード光導波路23と第2の出力シングルモード光導波路24の間に位置している。環状シングルモード光導波路18は光電材料によって作成されており、第2の入力シングルモード光導波路23に転送された光波が環状シングルモード光導波路18によって第2の出力シングルモード光導波路24にカップリングされる。背部駆動回路4によって光電材料の屈折率が改変されることによって、第2の入力シングルモード光導波路23と第2の出力シングルモード光導波路24の間のカップリング係数が改変され、第2の出力シングルモード光導波路24から出力される光波の振幅を改変する。
In FIG. 9, the
図8から9に示すように、一つの光導波路支線7は、振幅と位相を独立して調整することが可能な点光源を生成可能である。二次元光源アレイを生成するためには、おびただしい数の光導波路支線7が必要になる。これらの光導波路支線は光導波路主線6に沿って分布されている。図4から7には、一部の光導波路支線7の分布状況を記載した。光導波路支線7の全てを記載するなら、それらは光導波路回路2の全体を覆っている。
As shown in FIGS. 8 to 9, one optical
光波の位相の唯一性を保証するため、光導波路支線7はシングルモード光導波路を採用すべきであり、そのコア径はわずか数マイクロメートルであるので、その射出端が一つの点光源に相当する。位相の単一性を保証するため、光導波路主線6はできるだけシングルモード光導波路を採用すべきである。光導波路主線6に転送された光波が非常に強い場合、マルチモード光導波路を採用する必要があり、この時、光導波路主線6は基本モードの状態で作動する。
In order to guarantee the uniqueness of the phase of the light wave, the optical
図10に示すように、第1の垂直転向器15はマイクロ平面リフレクタ25によって構成されており、マイクロ平面リフレクタ25の反射面と平面光導波路の夾角は45°である。マイクロ平面リフレクタ25の背面は空気であり、こうして完全放射により位相調整器14から水平光シングルモード導波路に沿って送られた光波を90°偏向させた後、導電ガラス前面板3と垂直に放射する。水平シングルモード光導波路から射出する光波が反射面全反射臨界角より大きいなら、反射面背部に金属の反射フィルムを蒸着させることができる。光導波路支線7をポリマー材料で制作すると、反射面はホットブリケッティングすることができる。
As shown in FIG. 10, the first
図11に示すように、第2の垂直転向器22は一つの表面ラスター27によって組成されており、ラスター27の構造パラメータを設計して、位相調整器14から出力された光波を90°偏向した後、平面光導波路2と垂直に外へ向って放射する。
ラスター27はマイクロ平面リフレクタ25のように位相調整器21からのすべての光波を90°偏向させるのが難しい。効率を上げるため、垂直転向器22の底部に、例えばブラッグ反射層などの反射層を追加することができる。
As shown in FIG. 11, the second
The
図10、図11、図12に示すように、透明な導電ガラス前面板3は金属導電フィルム26を蒸着した透明平板ガラスによって組成されており、金属導電フィルム26は平面光導波路回路2と隣接する側に蒸着されており、金属導電フィルム26にN個の透光性の小さな孔28がエッチングされている。各透光性の小さな孔は、一つの第1の垂直転向器15又は第2の垂直転向器22と正確に合わさっていると共に、第1の垂直転向器又は第2の垂直転向器の真正面に位置しており、第1の垂直転向器又は第2の垂直転向器から放射された光波が導電ガラス前面板3を貫通できるようにする。位置がランダムに分布する点光源アレイを生成するため、小さな透光性孔28の位置はランダムに分布されているべきである。
As shown in FIGS. 10, 11, and 12, the transparent conductive
本発明において、きめ細かく滑らかな三次元立体画像を表示するために、点光源のコヒーレント干渉によって多くのボクセルを同時に生成する必要がある。点光源からの球面波は四方に拡散するので、それは、一つのボクセルを生成すると同時に、その他のボクセルが一定の背景を作るのを同時にもたらすことができる。多くのボクセルが作った背景を重ね合わせることにより一つの明瞭な背景を形成可能であり、三次元立体画像のコントラストを顕著に低下させる。立体画像のコントラストを高めるため、時間分割方法或いは空間分割方法を取ることが可能である。時間分割方法は、立体画像のボクセルを輝度に基づいて高い方から低い方へ複数のグループに分け、各グループのボクセルを時間順に表示する。時間分割方法により、同時に表示するボクセル数を二倍も低下可能であり、それによって背景強度が累加し過ぎるのを避けるとともに、低輝度ボクセルが高輝度ボクセルに埋没するのを避ける。いわゆる空間分割方法はハードウェアを用いた方法であり、即ち一つのマイクロレンズを用いて複数の点光源を同時に覆って、各点光源から放射される光円錐に小さな部分の現像空間だけを覆うようにさせる方法である。空間分割方法は一つの点光源から放射された光波を一つの小さな円錐角の範囲に制限することが可能なので、該小さな円錐角の範囲外のボクセルには何も影響しないし、同様に背景強度が累加し過ぎるのを避けることができる。 In the present invention, in order to display a fine and smooth three-dimensional stereoscopic image, it is necessary to simultaneously generate many voxels by coherent interference of a point light source. Since the spherical wave from the point source diffuses in all directions, it can produce one voxel and at the same time produce the other background with a constant background. A clear background can be formed by superimposing backgrounds created by many voxels, and the contrast of a three-dimensional stereoscopic image is significantly reduced. In order to increase the contrast of the stereoscopic image, a time division method or a space division method can be employed. In the time division method, the voxels of a stereoscopic image are divided into a plurality of groups from higher to lower based on luminance, and the voxels of each group are displayed in time order. By the time division method, the number of voxels to be displayed simultaneously can be reduced by a factor of two, thereby avoiding excessive accumulation of background intensity and avoiding low-luminance voxels being buried in high-luminance voxels. The so-called spatial division method is a method using hardware, that is, a single microlens is used to simultaneously cover a plurality of point light sources, and a light cone emitted from each point light source covers only a small part of the development space. It is a method to make it. Since the space division method can limit the light wave emitted from one point light source to a range of one small cone angle, it does not affect voxels outside the range of the small cone angle, and similarly the background intensity. Can be avoided.
よって、空間分割方法によって立体画像形成のコントラストを高めるため、本発明は導電ガラス前面板3の前にはマイクロレンズアレイ板29が装備されており、各マイクロレンズの構造パラメータを設計して、それが2個以上の点光源を覆うようにしている。
Therefore, in order to increase the contrast of stereoscopic image formation by the space division method, the present invention is equipped with a
図13に示すように、導電ガラス前面板3の前には、マイクロレンズアレイ板29が装備されており、各マイクロレンズがディスプレイスクリーンの3個の点光源を覆っている。ディスプレイスクリーンにおける9個の点光源から放射された光波は、3個のマイクロレンズを経過した後、C1から9の九つの光円錐に形成される。また、図13ではマイクロレンズのパラメータをこまやかに設計する必要があり、各マイクロレンズが覆う点光源から放射される光円錐を統合することにより画像形成空間の全体をできるだけ上手く覆うことができるようにする。例えば、三つの光円錐C1から3を統合することにより画像形成空間の全体をちょうど覆うことができるべきである。各点光源から放射される光円錐が画像形成空間の小さな部分だけを覆うので、画像形成空間全体の全てのボクセルが変わらない前提で、各点光源が生成すべきボクセルの全数量は倍減になる。例えば図13の立体画像5のボクセル30は、ディスプレイスクリーンにおける上から下へ数えて第1個目、第5個目、第9個目の点光源が生成しており、それらから放射される光円錐C1、C5、C9はともにボクセル30を覆っているからである。他の点光源は、ボクセル30に貢献がなく、ボクセル30の近くの背景強度にも影響がない。これは、他の点光源から放射した光波がボクセル30を覆っていないからである。また、高次回析像を抑制するため、点光源の位置及び/又はマイクロレンズの光軸中心位置は、ランダムに分布されているべきである。
As shown in FIG. 13, a
以上のように、図1に示す装置によって、位置がランダムな分布を呈するとともに、振幅と位相を独立して調整可能な二次元光源アレイを生成可能である。各点光源の位相を設置すると、各点光源から放射された球面波が所定位置に到達した時に同じ位相になるようにし、コヒーレント干渉により、所定位置に一つのボクセルを形成可能である。 As described above, the apparatus shown in FIG. 1 can generate a two-dimensional light source array that exhibits a random distribution of positions and can independently adjust the amplitude and phase. If the phase of each point light source is set, it is possible to form the same phase when the spherical wave radiated from each point light source reaches a predetermined position, and one voxel can be formed at the predetermined position by coherent interference.
以下、画像形成方法について具体的に述べる。それは、以下の12のステップを含む。 The image forming method will be specifically described below. It includes the following 12 steps.
A、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、p個目の点光源の位置をrpとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップ。 A, a planar optical waveguide circuit is designed and created, coherent light emitted from a coherent light source is converted into a two-dimensional point light source array, and the position of each point light source in the two-dimensional light source array has a random distribution, an amplitude adjuster for performing independent adjustment on the amplitude and phase of each point light source for each point light source in the planar optical waveguide circuit at the same time as the position of the p-th point light source; Design and manufacture a phase adjuster.
B、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップAで生成した各点光源の最初の振幅Ap−0と最初の位相Φp−0を測定するとともに記録するステップ。 B, measuring and recording the first amplitude A p-0 and the first phase Φ p-0 of each point light source generated in step A when the drive voltage of each amplitude adjuster and phase adjuster becomes zero .
C、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Avがその輝度の平方根と設けられ、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをQ組に分けるステップ。 Principles and C, discretizing the three-dimensional image should be displayed, with the position and intensity of each voxel, the amplitude A v of each voxel is provided with square root of the brightness, to lower from the side luminance is high Dividing all voxels into Q sets based on
D、ステップCにおける一組のボクセルを選択するステップ。 D, selecting a set of voxels in step C.
E、ステップDで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置rvと位相Φvを取得するステップ。 E, for each voxel in the set of voxels selected in step D, one random deviation amount is added to the position, and the random deviation amount is smaller than the average interval between adjacent voxels before the deviation. together, to impart a random phase, to obtain the final position r v and the phase [Phi v of each voxel steps.
F、ステップEにおける一つのボクセルvを選択するステップ。 F, selecting one voxel v in step E.
G、ステップAで生成した各点光源pに対し、それの放射する光円錐がステップFで選定したボクセルvをカバーすれば、点光源pからボクセルvへの距離|rp−rv|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルvに到達した時の位相を、ステップEで設定した位相Φvにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|rp−rv|とボクセルvの振幅Avの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルvが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、式(1)で表示する。
なお、式(1)において、Pはボクセルvを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、二次元点光源アレイの前方の任意の位置rにある光波はすべてのP個の点光源から放射した球面波が重ね合されたものであり、その複素振幅は、式(2)で表示する。
ボクセルvがある位置rvにおいて、式(1)中の指数項と式(2)の指数項は互いに相殺され、式(2)は一つの極大値U(rv)=Avexp(iΦv)に達し、言い換えれば、すべての点光源から放射された球面波が位置rvへ到達した際は同じ位相であり、コヒーレント干渉によって空中に一つの光スポット、即ちボクセルvが生成される。位置rvに離れると、光の強度が急速に小さくなる。よって、一旦、式(1)に基づいて各点光源pの複素振幅を設定すれば、スクリーンの前方位置rvにボクセルvを生成可能である。 In the position r v that voxel v, the exponential term of exponential terms and expressions in the formula (1) (2) are canceled each other, the formula (2) is one maximum value U (r v) = A v exp (iΦ v ), in other words, when spherical waves emitted from all point light sources reach the position rv, they have the same phase, and one light spot, i.e., a voxel v, is generated in the air by coherent interference. When away position r v, the intensity of light is rapidly reduced. Therefore, once, by setting the complex amplitude of each point light source p based on equation (1), it is possible to produce a voxel v in the forward position r v of the screen.
ボクセルvが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、式(3)で表示する。
式(3)の物理的意味を理解するため、一つの薄レンズを二次元点光源アレイの所在した平面に置くと仮定できる。式(3)と薄レンズが導入した位相変化に基づいて、薄レンズの前方に一つの実体ボクセルを形成すると推定することができるが、該実体ボクセルに達する光線は全て薄レンズの後方の一つの虚像ボクセルvからである。薄レンズを取った後、実体ボクセルを再生成することはできないが、虚像ボクセルvは依然として存在する。よって、一旦、式(3)に基づいて各点光源pの複素振幅を設置すれば、スクリーン後方位置rvにボクセルvを生成可能であるステップ。 In order to understand the physical meaning of Equation (3), it can be assumed that one thin lens is placed on the plane where the two-dimensional point light source array is located. Based on Equation (3) and the phase change introduced by the thin lens, it can be estimated that one solid voxel is formed in front of the thin lens, but all the rays reaching the solid voxel are one in the rear of the thin lens. From the virtual image voxel v. After taking a thin lens, the actual voxel cannot be recreated, but the virtual image voxel v still exists. Therefore, Once the installation complex amplitude of each point light source p based on equation (3), it is possible to produce a voxel v to screen rear position r v step.
H、ステップDで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップFからGを繰り返すステップ。 H, repeating steps F to G for all voxels included in the set of voxels selected in step D.
I、ステップAで生成した各点光源pに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップDからステップHで得た点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量Ap−vを累加して、点光源pが全部でV個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Apを得るステップ、即ち
であるステップ。
I, for each point light source p generated at step A, based on the complex amplitude superposition principle, the complex amplitude adjustment amount A p that the point light source p obtained at step D to step H should generate to generate the voxel v and accumulate the -v, to obtain a total complex amplitude adjustment amount a p required to point source p to generate the V voxels in total, i.e.,
Is a step.
J、ステップAで生成した各点光源pに対し、ステップIで確定した総複素振幅調整量ApをステップBで確定した該点光源の最初の振幅Ap−0で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ap−F=Ap/Ap−0を得て、ステップIで確定した総位相調整量ΦpからステップBで確定した該点光源の最初の位相Φp−0を引くとともに、点光源pの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ap-Fによってもたらされる付加位相増量Φp−Aを引いて、該点光源の最終位相調整量Φp−F=Φp−Φp−0−Φp−Aを得るステップ。 J, to the point light sources p generated in step A, by dividing the total complex amplitude adjustment amount A p that is determined in step I the first amplitude A p-0 of the point light sources determined in step B, the point The final amplitude phase adjustment amount A p−F = A p / A p−0 of the light source is obtained, and the initial phase Φ p− of the point light source determined in step B from the total phase adjustment amount Φ p determined in step I. While subtracting 0 , an additional phase increase Φ p-A caused by the final amplitude adjustment amount A p-F generated by the amplitude adjuster of the point light source p is subtracted to obtain the final phase adjustment amount Φ p−F = Obtaining Φ p −Φ p−0 −Φ p−A .
K、ステップJで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ap−Fと最終位相調整量Φp−Fに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップ。 K, based on the final amplitude phase adjustment amount Ap-F and the final phase adjustment amount Φp -F of each point light source determined in step J, the amplitude adjuster and the phase adjuster are driven, and the final light source is supplied to each point light source. Generating an amplitude phase adjustment amount and a phase adjustment amount;
L、ステップCで確定したすべてのQ組のボクセルに対し、ステップDからKを繰り返すステップ。 L, Steps D to K are repeated for all Q sets of voxels determined in Step C.
上記ステップにおいて、ステップAとステップBは、二次元点光源アレイを得ると共に各点光源の最初の振幅と最初の位相を標定するためのものである。各立体表示装置に対し、ステップAとステップBを出荷前に完成しておく必要がある。ステップCは、表示しようとする立体画像を離散し、各ボクセルの位置及び振幅を獲得するとともに、すべてのボクセルをその輝度分布に基づいて幾つかのグループに分けて時間分割表示しやすいようにするためのものである。ステップEで各ボクセルに一つのランダム位相及び一つのランダム偏移量を付加するのは、生成したボクセルがもう一度点光源として、二次ボクセルとなって不要なノイズが生じるのを避けるためのものである。ステップFからステップIは、各グループのボクセルが生成されるため各点光源が必要な複素振幅調整量を確定するものである。ステップJは、各点光源の最初の位相及び最初の振幅を補うとともに、振幅調整器が生成する付加位相を補償して、各点光源が必要な最終振幅調整量と位相調整量償を獲得するためのものである。レーザの輝度を考慮し、各点光源が必要な最終振幅調整量は一つの比例因子を乗算する必要があり、理解しやすいよう、ここではこの因子を1と仮定する。ステップKは、駆動電圧を各振幅調整器と位相調整器に印加し、各点光源に前記最終振幅調整量と位相調量を生成させるためのものである。ステップKが完了した後、一組のボクセルが空中の所定位置に出現する。ステップLは、すべてのQ組のボクセルを時間分割表示するためのものである。 In the above steps, Step A and Step B are for obtaining a two-dimensional point light source array and locating the initial amplitude and initial phase of each point light source. For each stereoscopic display device, step A and step B must be completed before shipment. In step C, the stereoscopic image to be displayed is discrete, the position and amplitude of each voxel are acquired, and all the voxels are divided into several groups based on their luminance distributions so that they can be displayed in a time-division manner. Is for. The reason for adding one random phase and one random shift amount to each voxel in step E is to prevent the generated voxel from becoming a secondary voxel once again as a point light source and generating unnecessary noise. is there. Steps F to I determine the amount of complex amplitude adjustment required for each point light source since voxels of each group are generated. Step J supplements the initial phase and initial amplitude of each point light source and compensates for the additional phase generated by the amplitude adjuster to obtain the final amplitude adjustment amount and the phase adjustment amount compensation each point light source requires. Is for. In consideration of the laser brightness, the final amplitude adjustment amount required for each point light source needs to be multiplied by one proportional factor, and this factor is assumed to be 1 for easy understanding. In step K, a driving voltage is applied to each amplitude adjuster and phase adjuster to cause each point light source to generate the final amplitude adjustment amount and the phase adjustment amount. After step K is completed, a set of voxels appears at a predetermined position in the air. Step L is for time division display of all Q sets of voxels.
本発明と発明特許(特許文献1)で示した方法とを比較し、本発明は空間分割方法と時間分割方法を増やすことにより、更に良好な画像コントラストを得ることを可能としている。また、本発明は各ボクセルにランダム位相及びランダム偏移量を付加するので、二次ノイズボクセルの生成を抑制する。さらに、本発明は各ボクセルの位置に対して補償を行うことにより、遠近の異なるボクセルの全てを所定の輝度に到達させている。さらに、本発明は光電材料を採用した振幅調整器に、位相の補償などを行っている。 Comparing the present invention with the method shown in the invention patent (Patent Document 1), the present invention makes it possible to obtain a better image contrast by increasing the space division method and the time division method. In addition, since the present invention adds a random phase and a random shift amount to each voxel, generation of secondary noise voxels is suppressed. Further, according to the present invention, compensation is performed for the position of each voxel, so that all the different voxels in the near and far directions reach a predetermined luminance. Furthermore, the present invention performs phase compensation and the like on an amplitude adjuster employing a photoelectric material.
Claims (11)
A、平面光導波路回路を設計作成し、コヒーレント光源から放射されたコヒーレント光を二次元点光源アレイに変換し、且つ、二次元光源アレイにおける各点光源の位置はランダムな分布を呈しており、p個目の点光源の位置をrpとし、同時に、平面光導波路回路に、各点光源のために、各点光源の振幅と位相に対して独立した調整を行うための、振幅調整器と位相調整器を設計製作する、ステップと、
B、各振幅調整器と位相調整器の駆動電圧がゼロとなる時、ステップAで生成した各点光源の最初の振幅Ap−0と最初の位相Φp−0を測定するとともに記録するステップと、
C、表示する必要がある三次元立体画像を離散化し、各ボクセルの位置と輝度を得て、各ボクセルの振幅Avがその輝度の平方根と設けられ、輝度が高い方から低い方への原則に基づいて、すべてのボクセルをQ組に分けるステップと、
D、ステップCにおける一組のボクセルを選択するステップと、
E、ステップDで選択した一組のボクセルにおける各ボクセルに対し、その位置に対して一つのランダム偏移量を付加し、ランダム偏移量は偏移前の隣接するボクセル間の平均間隔より小さいとともに、一つのランダム位相を付与し、各ボクセルの最終位置rvと位相Φvを取得するステップと、
F、ステップEにおける一つのボクセルvを選択するステップと、
G、ステップAで生成した各点光源pに対し、それの放射する光円錐がステップFで選定したボクセルvをカバーすれば、点光源pからボクセルvへの距離|rp−rv|を算出し、該距離に基づいて該点光源の位相調整量を設定し、点光源pから放射した光波がボクセルvに到達した時の位相を、ステップEで設定した位相Φvにし、同時に、該点光源の振幅調整量を距離|rp−rv|とボクセルvの振幅Avの乗算に正比例するよう設定し、前記位相調整量と振幅調整量を総合して複素振幅調整量とし、ボクセルvが二次点光源アレイの前方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
なお、式(1)において、Pはボクセルvを生成するのに参与するすべての点光源の数であり、
ボクセルvが二次元点光源アレイの後方に位置するなら、点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量は、
H、ステップDで選択した一組のボクセルに含まれるすべてのボクセルに対し、ステップFからGを繰り返すステップと、
I、ステップAで生成した各点光源pに対し、複素振幅の重ね合わせ原理に基づき、ステップDからステップHで得た点光源pがボクセルvを生成するためにすべき複素振幅調整量Ap−vを累加して、点光源pが全部でV個のボクセルを生成するのに必要な総複素振幅調整量Apを得るステップ、即ち
J、ステップAで生成した各点光源pに対し、ステップIで確定した総振幅調整量ApをステップBで確定した該点光源の最初の振幅Ap−0で除して、該点光源の最終振幅位相調整量Ap−F=Ap/Ap−0を得て、ステップIで確定した総位相調整量ΦpからステップBで確定した該点光源の最初の位相Φp−0を引くとともに、点光源pの振幅調整器が生成する最終振幅調整量Ap-Fによってもたらされる付加位相増量Φp−Aを引いて、該点光源の最終位相調整量Φp−F=Φp−Φp−0−Φp−Aを得るステップと、
K、ステップJで確定した各点光源の最終振幅位相調整量Ap−Fと最終位相調整量Φp−Fに基づき、各振幅調整器と位相調整器を駆動し、各点光源に前記最終振幅位相調整量と位相調整量を生成するステップと、
L、ステップCで確定したすべてのQ組のボクセルに対し、ステップDからKを繰り返すステップと、
を含む、平面光導波路回路を用いた立体画像形成方法。 A stereoscopic image forming method using a planar optical waveguide circuit,
A, a planar optical waveguide circuit is designed and created, coherent light emitted from a coherent light source is converted into a two-dimensional point light source array, and the position of each point light source in the two-dimensional light source array has a random distribution, an amplitude adjuster for performing independent adjustment on the amplitude and phase of each point light source for each point light source in the planar optical waveguide circuit at the same time as the position of the p-th point light source; Design and manufacture a phase adjuster,
B, measuring and recording the first amplitude A p-0 and the first phase Φ p-0 of each point light source generated in step A when the drive voltage of each amplitude adjuster and phase adjuster becomes zero When,
Principles and C, discretizing the three-dimensional image should be displayed, with the position and intensity of each voxel, the amplitude A v of each voxel is provided with square root of the brightness, to lower from the side luminance is high Divide all voxels into Q pairs based on
D, selecting a set of voxels in step C;
E, for each voxel in the set of voxels selected in step D, one random deviation amount is added to the position, and the random deviation amount is smaller than the average interval between adjacent voxels before the deviation. together, the steps of: imparting a random phase, to obtain the final position r v and the phase [Phi v of each voxel,
F, selecting one voxel v in step E;
G, for each point light source p generated in step A, if the light cone radiating it covers the voxel v selected in step F, the distance | r p −r v | calculated, setting the phase adjustment amount of the point light source based on the distance, the phase when the light wave emitted from the point light source p reaches the voxel v, the phase [Phi v set in step E, at the same time, the the amplitude adjustment amount of the point light source distance | r p -r v | set and that is directly proportional to the multiplication of the amplitude a v of the voxel v, the complex amplitude adjustment amount by comprehensively the phase adjustment amount and amplitude adjustment amount, voxels If v is located in front of the secondary point light source array, the complex amplitude adjustment amount that the point light source p should produce in order to generate the voxel v is
In Equation (1), P is the number of all point light sources that participate in generating voxel v,
If the voxel v is located behind the two-dimensional point light source array, the complex amplitude adjustment amount that the point light source p should generate in order to generate the voxel v is
H, repeating steps F through G for all voxels included in the set of voxels selected in step D;
I, for each point light source p generated at step A, based on the complex amplitude superposition principle, the complex amplitude adjustment amount A p that the point light source p obtained at step D to step H should generate to generate the voxel v and accumulate the -v, to obtain a total complex amplitude adjustment amount a p required to point source p to generate the V voxels in total, i.e.,
J, to the point light sources p generated in step A, by dividing the total amplitude adjustment amount A p that is determined in step I the first amplitude A p-0 of the point light sources determined in step B, point light source The final amplitude phase adjustment amount A pF = A p / A p-0 is obtained, and the initial phase Φ p-0 of the point light source determined in step B from the total phase adjustment amount Φ p determined in step I is obtained. And subtracting the additional phase increase Φ p-A caused by the final amplitude adjustment amount A p-F generated by the amplitude adjuster of the point light source p to obtain the final phase adjustment amount Φ p−F = Φ of the point light source obtaining p −Φ p−0 −Φ p−A ;
K, based on the final amplitude phase adjustment amount Ap-F and the final phase adjustment amount Φp -F of each point light source determined in step J, the amplitude adjuster and the phase adjuster are driven, and the final light source is supplied to each point light source. Generating an amplitude phase adjustment amount and a phase adjustment amount;
L, repeating steps D to K for all Q sets of voxels determined in step C;
A three-dimensional image forming method using a planar optical waveguide circuit.
コヒーレント光源と、平面光導波路回路と、導電ガラス前面板と、背部駆動回路とによって組成されており、導電ガラス前面板と背部駆動回路がそれぞれ平面光導波路回路の両側を覆っており、平面光導波路回路は光導波路主線とN個の光導波路支線を含んでおり、光導波路主線がコヒーレント光源から放射された光波を受け取り、N個の光導波路支線は光導波路主線に沿って分布しており、
各光導波路支線は、順次連結されて一体となっているカプラと振幅調整器と位相調整器と垂直転向器によって組成されており、カプラは光導波路主線から一部の光エネルギーにカップリングし、背部駆動回路が振幅調整器と位相調整器を駆動し、光導波路支線にカップリングして進出した光波に対して振幅と位相を調整した後、垂直転向器に送り、垂直転向器で向きを変えた後、平面光導波路回路に対して垂直に放射し、一つの点光源を発生させ、生成した点光源の位置がランダムに分布するように、垂直転向器の位置を設置し、
前記カプラは、方向性カプラ又はリング共振器カプラを採用しており、
前記位相調整器は、一段の、光電材料によって作成されたシングルモード光導波路であり、背部駆動回路によって光電材料の屈折率が改変され、光波の位相に改変を発生させ、
前記垂直転向器垂直転向器は、第1の垂直転向器と第2の垂直転向器の二種類を備えており、第1の垂直転向器は、マイクロ平面リフレクタによって構成されており、マイクロ平面リフレクタの反射面と平面光導波路回路の夾角は45°である
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit that realizes the stereoscopic image forming method according to claim 1,
It is composed of a coherent light source, a planar optical waveguide circuit, a conductive glass front plate, and a back drive circuit, and the conductive glass front plate and the back drive circuit each cover both sides of the planar optical waveguide circuit. The circuit includes an optical waveguide main line and N optical waveguide branch lines, the optical waveguide main line receives light waves emitted from the coherent light source, and the N optical waveguide branch lines are distributed along the optical waveguide main line,
Each optical waveguide branch line is composed of a coupler, an amplitude adjuster, a phase adjuster, and a vertical diverter that are sequentially connected and integrated, and the coupler is coupled to a part of optical energy from the optical waveguide main line, The back drive circuit drives the amplitude adjuster and phase adjuster, couples to the optical waveguide branch line, adjusts the amplitude and phase for the advancing light wave, sends it to the vertical diverter, and changes the direction with the vertical diverter After that, radiate perpendicularly to the planar optical waveguide circuit, generate one point light source, and install the position of the vertical diverter so that the position of the generated point light source is randomly distributed,
The coupler employs a directional coupler or a ring resonator coupler,
The phase adjuster is a single-mode optical waveguide made of a photoelectric material in one stage, the refractive index of the photoelectric material is modified by the back drive circuit, and the phase of the light wave is modified,
The vertical diverter includes two types of a first vertical diverter and a second vertical diverter, and the first vertical diverter includes a microplanar reflector, and the microplanar reflector A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit characterized in that an angle between the reflection surface of the planar optical waveguide circuit and the planar optical waveguide circuit is 45 °.
光導波路主線(6)は、シリアル配置又はパラレル配置であり、シリアル配置を採用した光導波路主線(6)は、1本又は3本の光導波路によって組成され、1本または3本の光導波路はZ型配置又は螺旋型配置の方法で、平面光導波路回路(2)の全体を平均して覆っている
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2,
The optical waveguide main line (6) has a serial arrangement or a parallel arrangement, and the optical waveguide main line (6) adopting the serial arrangement is composed of one or three optical waveguides, and the one or three optical waveguides are A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit, wherein the entire planar optical waveguide circuit (2) is averaged and covered by a Z-type arrangement or a helical arrangement method.
パラレル配置を採用した光導波路主線(6)は、一つの平行光導波路アレイとY型ビームスプリッタ(8)又はスターカプラ(9)を備え、
前記平行光導波路アレイは、平面光導波路回路(2)の全体を平均して覆っており、
コヒーレント光源(1)から放射された光波をY型ビームスプリッタ(8)又はスターカプラ(9)によって平行光導波路アレイにおける各光導波路に平均して分配する
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2 or 3,
The optical waveguide main line (6) adopting the parallel arrangement includes one parallel optical waveguide array and a Y-type beam splitter (8) or a star coupler (9).
The parallel optical waveguide array covers the entire planar optical waveguide circuit (2) on average,
A planar optical waveguide circuit characterized in that light waves radiated from a coherent light source (1) are averaged and distributed to each optical waveguide in a parallel optical waveguide array by a Y-type beam splitter (8) or a star coupler (9). 3D image forming apparatus.
パラレル配置を採用した光導波路主線(6)は、一つの平行光導波路アレイとそれに垂直した1本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイの各光導波路は一つのリング共振器(10)によって直線光導波路とカップリングし、
平行光導波路アレイは平面光導波路(2)の全体を平均して覆っており、
直線光導波路はコヒーレント光源(1)から放射された三原色光波を受け取り、各リング共振器(10)の構造パラメータを設計して直線光導波路に転送された三原色光波を平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2 or 3,
The optical waveguide main line (6) adopting the parallel arrangement includes one parallel optical waveguide array and one linear optical waveguide perpendicular to the parallel optical waveguide array, and each optical waveguide of the parallel optical waveguide array includes one ring resonator (10). ) To couple with a straight optical waveguide,
The parallel optical waveguide array covers the entire planar optical waveguide (2) on average,
The linear optical waveguide receives the three primary color light waves emitted from the coherent light source (1), designs the structural parameters of each ring resonator (10), and transmits the three primary color light waves transferred to the linear optical waveguide in different parallel optical waveguide arrays. A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit, which is sequentially coupled to each other.
パラレル配置を採用した光導波路主線(6)は、一つの平行光導波路アレイと3本の直線光導波路を備えており、平行光導波路アレイと3本の直線光導波路は互いに垂直であり、且つ二つの隣接する平面にそれぞれ作成されており、平行光導波路アレイの各光導波路は方向性カプラ(11)によって3本の直線光導波路のうちの1本の直線光導波路と順番にカップリングし、平行光導波路アレイは、平面光導波路回路(2)の全体を平均して覆っており、
3本の直線光導波路はそれぞれコヒーレント光源(1)から放射された三原色光波を受け取り、各方向性カプラの構造パラメータを設計して、3本の平行直線光導波路に転送された三原色光波を、平行光導波路アレイの異なる光導波路に順次カップリングする
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2 or 3,
The optical waveguide main line (6) adopting the parallel arrangement includes one parallel optical waveguide array and three linear optical waveguides, and the parallel optical waveguide array and the three linear optical waveguides are perpendicular to each other, and two Each of the optical waveguides of the parallel optical waveguide array is coupled to one of the three linear optical waveguides in order by the directional coupler (11), and is parallel to each other. The optical waveguide array covers the entire planar optical waveguide circuit (2) on average,
The three linear optical waveguides respectively receive the three primary color light waves emitted from the coherent light source (1), design the structural parameters of each directional coupler, and parallelize the three primary color light waves transferred to the three parallel linear optical waveguides. A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit, wherein the optical waveguide array is sequentially coupled to different optical waveguides.
振幅調整器(13)は、隣接して設けられており且つ互いに平行である、第1の入力シングルモード光導波路(16)と第1の出力シングルモード光導波路(17)によって組成されており、第1の入力シングルモード光導波路(16)又は第1の出力シングルモード光導波路(17)の一部は、光電材料によって作成されており、
背部駆動回路が光電材料の屈折率を改変することにより、第1の入力シングルモード光導波路(16)と第1の出力シングルモード光導波路(17)の間のカップリング係数を改変して、第1の出力シングルモード光導波路(17)から出力される光波の振幅を改変する
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2,
The amplitude adjuster (13) is composed of a first input single-mode optical waveguide (16) and a first output single-mode optical waveguide (17) that are provided adjacent to each other and parallel to each other. A part of the first input single mode optical waveguide (16) or the first output single mode optical waveguide (17) is made of a photoelectric material,
The back drive circuit modifies the refractive index of the photoelectric material, thereby modifying the coupling coefficient between the first input single mode optical waveguide (16) and the first output single mode optical waveguide (17). A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit, wherein the amplitude of a light wave output from one output single mode optical waveguide (17) is modified.
振幅調整器(20)は第2の入力シングルモード光導波路(23)と第2の出力シングルモード光導波路(24)と環状シングルモード光導波路(18)によって組成されており、環状シングルモード光導波路(18)は第2の入力シングルモード光導波路(23)と第2の出力シングルモード光導波路(24)の間に位置しており、環状シングルモード光導波路(18)は光電材料によって作成されており、第2の入力シングルモード光導波路(23)に転送された光波が環状シングルモード光導波路(18)によって第2のングルモード光導波路(24)にカップリングされ、背部駆動回路によって光電材料の屈折率が改変されることによって、第2の入力シングルモード光導波路(23)と第2出力シングルモードの光導波路(24)の間のカップリング係数が改変され、第2の出力シングルモード光導波路(24)から出力される光波の振幅を改変する
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2,
The amplitude adjuster (20) is composed of a second input single mode optical waveguide (23), a second output single mode optical waveguide (24), and an annular single mode optical waveguide (18). (18) is located between the second input single-mode optical waveguide (23) and the second output single-mode optical waveguide (24), and the annular single-mode optical waveguide (18) is made of a photoelectric material. The light wave transferred to the second input single-mode optical waveguide (23) is coupled to the second noodle-mode optical waveguide (24) by the annular single-mode optical waveguide (18), and the refraction of the photoelectric material is performed by the back drive circuit. By changing the rate, the second input single mode optical waveguide (23) and the second output single mode optical waveguide (24) Coupling factor between the modified stereoscopic image forming apparatus that uses the planar lightwave circuit, wherein modifying the amplitude of the light wave output from the second output single-mode optical waveguide (24).
第2の垂直転向器(22)は一つの表面ラスター(27)によって組成されており、表面ラスター(27)の構造パラメータを設計して、位相調整器(14)から出力された光波を90°偏向した後、平面光導波路(2)と垂直に外へ向って放射する
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2,
The second vertical diverter (22) is composed of one surface raster (27), and the structural parameters of the surface raster (27) are designed so that the light wave output from the phase adjuster (14) is 90 °. A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit characterized in that, after being deflected, it radiates outwards perpendicularly to the planar optical waveguide (2).
透明な導電ガラス前面板(3)は金属導電フィルム(26)を蒸着した透明平板ガラスによって組成されており、金属導電フィルム(26)は平面光導波路回路(2)と隣接する側に蒸着されており、金属導電フィルム(26)にN個の透光性の小さな孔(28)がエッチングされており、
各透光性の小さな孔は、一つの第1又は第2の垂直転向器と正確に合わさっていると共に、第1又は第2の垂直転向器の真正面に位置しており、第1又は第2の垂直転向器から放射された光波が導電ガラス前面板(3)を貫通できるようにする
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2 or 9,
The transparent conductive glass front plate (3) is composed of transparent flat glass on which a metal conductive film (26) is deposited, and the metal conductive film (26) is deposited on the side adjacent to the planar optical waveguide circuit (2). N transparent small holes (28) are etched in the metal conductive film (26),
Each translucent small hole is precisely aligned with one first or second vertical turner and is located directly in front of the first or second vertical turner, the first or second A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit, characterized in that a light wave radiated from a vertical diverter can pass through the conductive glass front plate (3).
導電ガラス前面板(3)の前にはマイクロレンズアレイ板(29)が装備されており、各マイクロレンズの構造パラメータを設計して、それが2個以上の点光源を覆うようにしている
ことを特徴とする平面光導波路回路を用いた立体画像形成装置。 A stereoscopic image forming apparatus using the planar optical waveguide circuit according to claim 2,
A microlens array plate (29) is provided in front of the conductive glass front plate (3), and structural parameters of each microlens are designed so that it covers two or more point light sources. A three-dimensional image forming apparatus using a planar optical waveguide circuit.
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