JP2023008330A - Holography reproduction illumination light irradiation device and holographic display - Google Patents

Holography reproduction illumination light irradiation device and holographic display Download PDF

Info

Publication number
JP2023008330A
JP2023008330A JP2021111809A JP2021111809A JP2023008330A JP 2023008330 A JP2023008330 A JP 2023008330A JP 2021111809 A JP2021111809 A JP 2021111809A JP 2021111809 A JP2021111809 A JP 2021111809A JP 2023008330 A JP2023008330 A JP 2023008330A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
incident
phased array
optical phased
holographic display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021111809A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
雅人 三浦
Masato Miura
芳邦 平野
Yoshikuni Hirano
裕司 宮本
Yuji Miyamoto
諒 東田
Ryo Higashida
祐太 山口
Yuta Yamaguchi
賢一 青島
Kenichi Aoshima
純一 柴崎
Junichi Shibazaki
賢司 町田
Kenji Machida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP2021111809A priority Critical patent/JP2023008330A/en
Publication of JP2023008330A publication Critical patent/JP2023008330A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a holography reproduction illumination irradiation device and display that make it possible for a plurality persons to view a reproduction image of hologram simultaneously, and can solve a problem of a conventional art like a vision area is narrow.SOLUTION: The present holographic display 10 comprises a vertical emission type Optical Phased Array (OPA) 13 that: causes light from a light source 11 to be incident laterally, and causes zero-order light of the incident light 12 to propagate laterally on a reverse side while causing the zero-order light thereof be iteratively reflected internally on a front and rear face; and emits, to an external air layer, light to be used as reproduction light 16 of light incident upon an interface between a space light modulation element (SLM) 14 and the front face or rear face in accordance with a hologram pattern to be displayed on the SLM 14 to be disposed in close contact with the front face or rear face. The vertical emission type OPA 13 has a grating structure that extends in a propagation direction of the zero-order light and diffracts and emits the incident light in both of the front and rear directions.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、コンパクトな再生照明光学系を備えたホログラフィ用再生照明光照射装置およびホログラフィックディスプレイに関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a holographic reconstruction illumination light irradiation device and a holographic display having a compact reconstruction illumination optical system.

ホログラフィは、観察している物の状態をそのまま再現し得る3次元映像技術である。3次元映像情報を記憶するホログラムの記録時には、光源からの光を2系に分け、一方を被写体に照射して物体光とするとともに、他方を参照光とし、両者を記録媒体に入射させ、これら物体光と参照光を干渉させて、生成された干渉縞を記録媒体内にホログラムとして記録する。また、ホログラムの再生時には、記録時に用いた参照光を再生照明光としてホログラムに入射せしめることにより、物体光(再生光:被写体からの波面)が再現される。 Holography is a three-dimensional image technology that can reproduce the state of an observed object as it is. When recording a hologram that stores three-dimensional image information, light from a light source is divided into two systems, one of which is applied to an object as object light, and the other is used as reference light, both of which are made incident on a recording medium. The object beam and the reference beam are caused to interfere with each other, and the generated interference fringes are recorded as a hologram in the recording medium. When reproducing the hologram, the object light (reconstruction light: wavefront from the object) is reproduced by causing the reference light used during recording to enter the hologram as reconstruction illumination light.

従来、上記ホログラフィックディスプレイは、再生照明光学系が大きく、装置の小型化・薄型化が難しいという課題があった。この課題を解決するため、再生照明光学系に、ボリュームホログラムによるホログラフィック光学素子を用いる手法が提案されている。
この手法では、表示面の側方から入射した光をホログラフィック光学素子により回折させ、平面波として出射させた光を再生照明光として使用する。このようにすることで、ホログラフィックディスプレイの小型化・薄型化が可能となる。
Conventionally, the above-mentioned holographic display has a problem that the reproducing illumination optical system is large, and it is difficult to reduce the size and thickness of the device. In order to solve this problem, a technique has been proposed in which a holographic optical element using a volume hologram is used in the reconstruction illumination optical system.
In this method, light incident from the side of the display surface is diffracted by a holographic optical element, and the light emitted as plane waves is used as reproduction illumination light. By doing so, it is possible to reduce the size and thickness of the holographic display.

さらに、最近では、光導波路型グレーティングを用いることにより、ホログラフィックディスプレイの側部から入射した光を垂直方向に取り出し、その光をホログラムの再生照明光として使用することにより、小型・薄型のホログラフィックディスプレイを構築できることが知られている。
一方、このシステムには画素間隔が疎となる振幅変調型空間光変調器が用いられており、3次元映像を適正に見ることのできる範囲(視域)が狭い、との問題があることから、その問題を解決するため、このシステムには視野レンズが搭載され、視点追従技術を適用している。すなわち、視点追従技術によって観察者の眼の位置付近を検出し、その位置から3次元映像を見ることができるようにホログラムデータをリアルタイム生成することにより、視域が狭いという問題をある程度解決している。
また、振幅変調型空間光変調器を用いたことにより、変調されずに透過してくる0次光が必ず発生することになるが、このシステムでは上記視点追従技術を使用することで、観察者の眼に0次光が入射しないように調整される(下記非特許文献1を参照)。
Furthermore, recently, by using an optical waveguide grating, the incident light from the side of the holographic display is taken out in the vertical direction, and the light is used as the reconstruction illumination light for the hologram. It is known that displays can be constructed.
On the other hand, this system uses an amplitude-modulation spatial light modulator with sparse pixel spacing, and there is a problem that the range (viewing zone) in which 3D images can be properly viewed is narrow. , To solve that problem, this system is equipped with a field lens and applies viewpoint tracking technology. That is, by detecting the vicinity of the position of the observer's eyes using viewpoint tracking technology and generating hologram data in real time so that a 3D image can be viewed from that position, the problem of a narrow viewing zone is solved to some extent. there is
In addition, since the amplitude modulation type spatial light modulator is used, the 0th order light that is transmitted without being modulated is always generated. are adjusted so that the 0th-order light does not enter the eye (see Non-Patent Document 1 below).

J. An et al., “Slim-panel holographic video display,” Nature Communications 11, 5568 (2020).J. An et al., “Slim-panel holographic video display,” Nature Communications 11, 5568 (2020).

しかしながら、上記非特許文献1に記載された手法においては、視点追従技術が用いられており、1人の眼の視点位置を検出して再生光をその一点に集束させるようにすることはできても、複数人の眼の視点位置を検出して、各人の視点位置に再生光を集束させることは困難であるため、結局、ホログラフィックディスプレイが1人用に限定されてしまう、という問題があった。
また、上記非特許文献1に記載された手法においては、上述した視点追従技術が用いられており、ホログラムデータをリアルタイム生成しているため、観察者が速いタイミングで左右に移動すると、立体映像の再現範囲を外れてしまいやすいことから、結局、視域が狭いという問題が依然として生じている、ことになる。
However, in the method described in Non-Patent Document 1, a viewpoint tracking technique is used, and it is not possible to detect the viewpoint position of one person's eye and focus the reproduced light on that one point. However, since it is difficult to detect the viewpoint positions of the eyes of a plurality of people and focus the reproduced light on the viewpoint position of each person, the holographic display is limited to one person. there were.
In addition, in the method described in Non-Patent Document 1, the above-described viewpoint tracking technology is used, and hologram data is generated in real time. Since it is easy to deviate from the reproducible range, the problem of a narrow viewing zone still exists.

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ホログラムの再現映像を同時に複数人で視認することができ、かつ視域が狭いという従来技術の問題を解決し得るホログラフィ用再生照明光照射装置およびホログラフィックディスプレイを提供することを目的とするものである。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and provides a holographic reproduction illumination light irradiation apparatus that enables a plurality of people to view a reproduced image of a hologram at the same time and solves the problem of the prior art that the viewing zone is narrow. The object is to provide a holographic display.

すなわち、本発明のホログラフィ用再生照明光照射装置においては、
光源と、
該光源からの光を側方から入射させ、かつ入射した該光のうちの0次光を表面および裏面で繰り返し内面反射させつつ前記光の入射側とは逆側の側方に伝搬させるとともに、前記表面または前記裏面に密着して配される空間光変調素子に表示されるホログラムパターンに応じ、内側から該空間光変調素子との界面に入射した前記光のうち再生光として利用される光を、前記表面側の外部の空気層に出射する光フェーズドアレイとを備え、
前記光フェーズドアレイは、前記0次光の伝搬方向に延びるグレーティング構造を有し、該光フェーズドアレイに入射した光を、前記表面方向および前記裏面方向に、所定角度で回折するように構成されていることを特徴とするものである。
また、前記グレーティング構造のグレーティング周期が、下式(A)を満足することが好ましい。
|n-λ/Λ|>1 ……(A)
ただし、λは入射した光の波長、Λはグレーティング周期、nはグレーティングの実効屈折率である。
That is, in the reproduction illumination light irradiation device for holography of the present invention,
a light source;
The light from the light source is incident from the side, and the 0th order light of the incident light is repeatedly internally reflected on the front surface and the back surface and propagated to the side opposite to the incident side of the light, According to the hologram pattern displayed on the spatial light modulation element arranged in close contact with the front surface or the back surface, the light that is used as the reproduction light from the light incident on the interface with the spatial light modulation element from the inside is selected. , and an optical phased array that emits to an air layer outside the surface side,
The optical phased array has a grating structure extending in the propagation direction of the 0th order light, and is configured to diffract the light incident on the optical phased array at a predetermined angle in the front surface direction and the back surface direction. It is characterized by having
Moreover, it is preferable that the grating period of the grating structure satisfies the following formula (A).
|n e −λ/Λ|>1 (A)
is the wavelength of the incident light, .LAMBDA . is the grating period, and ne is the effective refractive index of the grating.

次に、本発明のホログラフィックディスプレイは、
上述したいずれかのホログラフィ用再生照明光照射装置と、前記空間光変調素子を備えたことを特徴とするものである。
このホログラフィックディスプレイにおいて、前記空間光変調素子が前記光フェーズドアレイの前記表面側に密着された透過型の空間光変調素子とすることが可能である。この場合において、前記光フェーズドアレイ側からの回折光のうち、この光フェーズドアレイと前記透過型の空間光変調素子の界面に内側から入射した0次光は、この界面において全反射するように、一方、該界面に内側から入射した、再生光として利用される光は、該空間光変調素子を透過して、前記光フェーズドアレイの前記表面側の空気層に出射するように、構成されていることが好ましい。
Next, the holographic display of the present invention is
The present invention is characterized by comprising any one of the reproduction illumination light irradiation devices for holography described above and the spatial light modulation element.
In this holographic display, the spatial light modulating element can be a transmissive spatial light modulating element in close contact with the surface side of the optical phased array. In this case, out of the diffracted light from the optical phased array side, the 0th order light incident from the inside on the interface between the optical phased array and the transmissive spatial light modulator is totally reflected at the interface. On the other hand, the light that enters the interface from the inside and is used as the reproduction light is configured to pass through the spatial light modulator and exit to the air layer on the surface side of the optical phased array. is preferred.

また、本発明のホログラフィックディスプレイにおいて、前記空間光変調素子が前記光フェーズドアレイの前記裏面側に密着された反射型の空間光変調素子とすることが可能である。この場合において、前記光フェーズドアレイ側からの回折光のうち、この光フェーズドアレイと前記反射型の空間光変調素子の界面に内側から入射した0次光は、この界面において全反射するように、一方、該界面に内側から入射した、再生光として利用される光は、該空間光変調素子により反射されて、前記光フェーズドアレイの前記表面側から空気層に出射するように、構成されていることが好ましい。 Moreover, in the holographic display of the present invention, the spatial light modulation element can be a reflective spatial light modulation element in close contact with the back side of the optical phased array. In this case, out of the diffracted light from the optical phased array side, the 0th order light incident from the inside on the interface between the optical phased array and the reflective spatial light modulator is totally reflected at the interface. On the other hand, the light that enters the interface from the inside and is used as the reproduction light is reflected by the spatial light modulator and emitted from the surface side of the optical phased array to the air layer. is preferred.

また、本発明のホログラフィックディスプレイにおいて、前記光フェーズドアレイは、パッシブ型またはアクティブ型のいずれかとされている。 Also, in the holographic display of the present invention, the optical phased array is either passive or active.

本発明のホログラフィ用再生照明光照射装置およびホログラフィックディスプレイによれば、光フェーズドアレイの内表面に照射された0次光が全反射するような入射角度で該内表面に照射するように設定されており、0次光が観察者の眼に入射することを防止することができるため、従来技術のように視点追従技術を用いることは必要とされない。
したがって、視点追従技術を用いた場合の問題とされていた、多人数で観察することができない、および視域が狭い、という点を解決することができる。すなわち、ホログラムの再生像を複数人で同時に視認することができるとともに、観察者が速いタイミングで左右に移動してもホログラムの再現映像可能範囲から外れてしまう、との問題の発生を防止することができる。
According to the reproduction illumination light irradiation device for holography and the holographic display of the present invention, the 0-order light irradiated on the inner surface of the light phased array is set to be irradiated to the inner surface at an incident angle such that the light is totally reflected. Therefore, it is possible to prevent the zero-order light from entering the observer's eyes, so it is not necessary to use the viewpoint tracking technique as in the prior art.
Therefore, it is possible to solve the problems that many people cannot observe and that the viewing area is narrow, which are problems in the case of using the viewpoint tracking technology. That is, it is possible to allow a plurality of people to visually recognize the reproduced image of the hologram at the same time, and to prevent the occurrence of the problem that even if the observer moves left or right at a rapid timing, the reproduced image of the hologram is deviated from the possible range of the reproduced image of the hologram. can be done.

本発明の実施形態に係るホログラフィックディスプレイの前提となる構成を説明するための概念図(A)、およびそのうちの垂直出射型OPAを概念的に示す拡大図(B)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a conceptual diagram (A) for demonstrating the structure which becomes the premise of the holographic display which concerns on embodiment of this invention, and an enlarged view (B) which shows notionally the vertical emission type OPA of them. 第1の実施形態に係るホログラフィックディスプレイ(透過型SLMを用いた場合)の主要部を説明するための概略図である。1 is a schematic diagram for explaining the main parts of a holographic display (when a transmissive SLM is used) according to a first embodiment; FIG. 本実施形態に係るホログラフィックディスプレイの作用効果を説明するための概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the effects of the holographic display according to this embodiment; 第2の実施形態に係るホログラフィックディスプレイ(反射型SLMを用いた場合)の主要部を説明するための概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the main parts of a holographic display (when a reflective SLM is used) according to a second embodiment; 本発明の応用例1に係るパッシブな再生照明光学系を用いたホログラフィックディスプレイの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic display using a passive reproduction illumination optical system according to Application Example 1 of the present invention; FIG. 本発明の応用例2に係るパッシブな再生照明光学系を用いたホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic display calibration device using a passive reproduction illumination optical system according to Application Example 2 of the present invention; 本発明の応用例3に係るアクティブな再生照明光学系を用いたホログラフィックディスプレイの概略構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic display using an active reproduction illumination optical system according to Application Example 3 of the present invention; 本発明の応用例4に係るアクティブな再生照明光学系1を用いたホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic display calibration device using an active reproduction illumination optical system 1 according to Application Example 4 of the present invention; 本発明の応用例5に係るアクティブな再生照明光学系2を用いたホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic display calibration device using an active reproduction illumination optical system 2 according to Application Example 5 of the present invention; 図3に示す本実施形態に係るホログラフィックディスプレイと対比して説明するために用いる、従来技術に係るホログラフィックディスプレイを示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a prior art holographic display used for explanation in contrast to the embodiment of the holographic display shown in FIG. 3;

以下、本発明の実施形態に係るホログラフィックディスプレイについて図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態に係るホログラフィックディスプレイの前提構成を示す概略図であり、図2は、本実施形態に係るホログラフィックディスプレイの主要部の構成を説明するための概略図であり、図3は、本実施形態に係るホログラフィックディスプレイの作用効果を説明するための概念図である。
A holographic display according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the prerequisite configuration of the holographic display according to this embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the main part of the holographic display according to this embodiment. 3 is a conceptual diagram for explaining the effects of the holographic display according to this embodiment.

図1(A)に示すように、本実施形態に係るホログラフィックディスプレイ10は、レーザ光源等の光源11と、この光源11からの光(入射光)12を入射され、この光12を垂直方向(表面方向)に回折し、再生照明光15となる回折光のみを空間光変調器(SLM:以下同じ)14内に出射し、不要光としての0次光は内面全反射を繰り返すことにより側方に伝搬する垂直出射型OPA13と、上記空間光変調器14とを備えている。 As shown in FIG. 1(A), a holographic display 10 according to the present embodiment has a light source 11 such as a laser light source, and light (incident light) 12 from the light source 11. The light 12 is emitted in a vertical direction. (surface direction), only the diffracted light that becomes the reproduction illumination light 15 is emitted into the spatial light modulator (SLM: the same shall apply hereinafter) 14, and the 0th order light as unnecessary light is subjected to repeated internal total reflections to the side. A vertical emission type OPA 13 propagating in the direction of light and the spatial light modulator 14 are provided.

ここで、空間光変調器14は、例えば液晶表示装置等からなり、入力されたホログラムデータに基づきホログラムが表示され、このホログラムが垂直出射型OPA(Optical Phased Array)13からの再生照明光により照明されて再生光16を出射する。出射された再生光16により被写体の3次元再生像17が再構成される。
なお、光源11と垂直出射型OPA13により、本発明の実施形態に係るホログラフィ用再生照明光照射装置が構成され、このホログラフィ用再生照明光照射装置と空間光変調器14により実施形態に係るホログラフィックディスプレイが構成される。
Here, the spatial light modulator 14 is composed of, for example, a liquid crystal display device or the like, and a hologram is displayed based on the input hologram data. and emits the reproduction light 16 . A three-dimensional reconstructed image 17 of the subject is reconstructed by the emitted reconstructed light 16 .
The light source 11 and the vertical emission type OPA 13 constitute the holographic reproduction illumination light irradiation device according to the embodiment of the present invention, and the holography reproduction illumination light irradiation device and the spatial light modulator 14 constitute the holographic reproduction light irradiation device according to the embodiment. A display is configured.

また、上記垂直出射型OPA13は、図1(B)に示すように、nチャネル(例えば8チャネル)光導波路型の光偏向装置として構成されたものである。すなわち、この垂直出射型OPA13は、入射光12をnチャネルの導波路に分割する光スプリッタ22と、各チャネルの光の位相を各々制御する位相シフタ23と、各位相シフタ23からの光を各々表面方向に回折させて出射光15とするグレーティング24を備えている。また、厚み方向には、図2に示すように、基板51上に、下部クラッド52、コア53および上部クラッド55の各部が積層されてなる。 As shown in FIG. 1B, the vertical emission type OPA 13 is configured as an n-channel (e.g., 8-channel) optical waveguide type optical deflection device. That is, this vertical emission type OPA 13 includes an optical splitter 22 that splits the incident light 12 into n-channel waveguides, a phase shifter 23 that controls the phase of the light in each channel, and the light from each phase shifter 23. A grating 24 is provided which diffracts the light in the direction of the surface to produce the emitted light 15 . 2, each part of a lower clad 52, a core 53 and an upper clad 55 is laminated on the substrate 51 in the thickness direction.

また、図2に示すように、グレーティング54により上下両方向に回折された光は、垂直出射型OPA13aの上部クラッド55と空間光変調器14aの界面において、空間光変調器14aに表示されたホログラム変調パターンにより変調され、3次元映像の元データとなる再生光16aと、上記界面において全反射される0次光18とに分離される。 Further, as shown in FIG. 2, the light diffracted in both the vertical direction by the grating 54 is hologram-modulated on the spatial light modulator 14a at the interface between the upper clad 55 of the vertical emission type OPA 13a and the spatial light modulator 14a. The light is modulated by the pattern and separated into the reproduced light 16a which is the original data of the three-dimensional image and the 0th order light 18 which is totally reflected at the interface.

なお、各位相シフタ23の上方および下方の位置には、図示されない電極が配設されており、両電極間の電圧を変更することにより、EO効果によって各導波路のグレーティング54からの出射光である再生光16aの位相を制御することができるようになっている。なお、後述するホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置では、このようにして再生光16aの位相が制御されるようになっている。なお、EO効果に替えてTO効果等を用いて位相を制御することも可能である。 Electrodes (not shown) are arranged above and below each phase shifter 23, and by changing the voltage between both electrodes, the light emitted from the grating 54 of each waveguide is controlled by the EO effect. The phase of a certain reproduction light 16a can be controlled. In the holographic display calibration device, which will be described later, the phase of the reproduced light 16a is controlled in this way. It is also possible to control the phase using the TO effect or the like instead of the EO effect.

次に、本実施形態のポイントである、グレーティング部54aにおける光の動きについて、図2および図3を用いて詳細に説明する。なお、本願明細書において、グレーティング部と称するときは、コア53に形成されたグレーティング54のみならず、このグレーティング54に対応する領域に位置する下部クラッド52や上部クラッド55、さらに上部クラッド55と空間光変調器14aの間の界面等を含めた領域部分を称するものとする。 Next, the motion of light in the grating portion 54a, which is the point of this embodiment, will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. In the specification of the present application, the term "grating section" refers not only to the grating 54 formed in the core 53, but also to the lower clad 52 and the upper clad 55 located in the region corresponding to the grating 54, and further to the upper clad 55 and the space. A region portion including an interface between the optical modulators 14a is referred to.

図2に示すように、コア53に沿って、図面左側よりグレーティング部54aに入射した光導波路を伝搬する入射光12aは、グレーティング54によって、上下両方向に回折する。 As shown in FIG. 2, the incident light 12a propagating through the optical waveguide and entering the grating portion 54a from the left side of the drawing along the core 53 is diffracted by the grating 54 in both the vertical direction.

一般に、空間光変調器14aに照射された垂直出射型OPA13aからの出射光である再生照明光は、空間光変調器14aに表示されたホログラムパターンにより変調され3次元映像の元データとなる再生光16aと、ホログラムパターンにより変調されずに空間光変調器14aをそのまま透過する不要光である0次光とに分離される。
しかし、不要光である0次光が空気層85に出射された場合には、これが観察者の眼に入射しないように配慮する必要があり、前述した従来技術で説明したように、視点追従技術に係るシステム(部材)をホログラフィックディスプレイに搭載することが必要となっていた。
In general, the reconstruction illumination light, which is the emitted light from the vertical emission type OPA 13a and is irradiated to the spatial light modulator 14a, is modulated by the hologram pattern displayed on the spatial light modulator 14a and becomes the original data of the three-dimensional image. 16a and zero-order light, which is unnecessary light that passes through the spatial light modulator 14a as it is without being modulated by the hologram pattern.
However, when the 0-th order light, which is unnecessary light, is emitted to the air layer 85, it is necessary to prevent it from entering the observer's eyes. It has become necessary to mount a system (member) related to this in a holographic display.

そこで、本実施形態においては、下式(A)を満たすように設定する構成とすることにより、グレーティング部54aからの光を空気層85に出射させず、全反射により図面右方向に伝搬させるように設定している。
すなわち、グレーティング54からの光の、クラッド52、55内における出射角θ
sinθ=(n-λ/Λ)/n
なる式を満足する。ただし、λは光の波長、Λはグレーティング54の周期、nはグレーティング54の実効屈折率、nはクラッド52、55の屈折率である。
スネルの法則により、グレーティング部54aから空気層85への光の出射角θは、
sinθ=nsinθ=n-λ/Λ
と表すことができ、下式(A)を満足することにより、上部クラッド55と空気層85の界面において全反射が起こり、空気層85に光が出射されなくなる。
|n-λ/Λ|>1 ……(A)
Therefore, in the present embodiment, by setting the configuration so as to satisfy the following formula (A), the light from the grating portion 54a is not emitted to the air layer 85, but is propagated rightward in the drawing by total reflection. is set to
That is, the output angle θc of the light from the grating 54 in the claddings 52 and 55 is
sin θ c =(n e −λ/Λ)/n c
satisfies the following equation. is the wavelength of light, .LAMBDA . is the period of the grating 54, n.sub.e is the effective refractive index of the grating 54, and .n.
According to Snell's law, the emission angle θ of light from the grating portion 54a to the air layer 85 is
sin θ=n c sin θ c =n e −λ/Λ
By satisfying the following formula (A), total reflection occurs at the interface between the upper clad 55 and the air layer 85 , and no light is emitted to the air layer 85 .
|n e −λ/Λ|>1 (A)

上述した説明は、グレーティング54の1点から上方に回折された光についてのものであるが、その一方、グレーティング54の1点から下方に回折された光は、垂直出射型OPA13aの基板51により反射された後、斜め上方に向かい、空間光変調器14aに入射される。これらの入射光が空間光変調器14aに表示されたホログラムパターンにより変調され3次元映像の元となる再生光16aと、変調されずにそのまま透過する0次光18となる。
前述した全反射条件(A)を満たす場合には、空間光変調器14aと空気層85の界面において全反射が起こり、0次光が空気層に出射しなくなるため、グレーティング54からの出射光(空間光変調器14aへの入射光)は全反射条件(A)を満たす値に設定されることになる。
The above description is for light diffracted upward from one point on the grating 54, while light diffracted downward from one point on the grating 54 is reflected by the substrate 51 of the vertical emission OPA 13a. After that, it goes obliquely upward and is incident on the spatial light modulator 14a. These incident light beams are modulated by the hologram pattern displayed on the spatial light modulator 14a to form the reconstructed light beam 16a which is the original of the three-dimensional image, and the zero-order light beam 18 which is transmitted without being modulated.
When the total reflection condition (A) described above is satisfied, total reflection occurs at the interface between the spatial light modulator 14a and the air layer 85, and the zero-order light is not emitted to the air layer. Incident light to the spatial light modulator 14a) is set to a value that satisfies the total reflection condition (A).

図2においては、グレーティング54の1点からの上下方向への光のみについて示しているが、実際には、グレーティング54の各点(格子点)からの回折光毎に上記現象が生じることになる。
これにより、空間光変調器14aに表示されたホログラムパターンにより変調され3次元映像の元データとなる再生光16aのみが空気層85に出射され、不要光である0次光は空気層85に出射することなく、垂直出射型OPA13aの上下内表面で全反射しながら側方に伝搬される。
Although FIG. 2 shows only light in the vertical direction from one point of the grating 54, in reality, the above phenomenon occurs for each diffracted light from each point (lattice point) of the grating 54. .
As a result, only the reproduced light 16a that is modulated by the hologram pattern displayed on the spatial light modulator 14a and becomes the original data of the three-dimensional image is emitted to the air layer 85, and the zero-order light that is unnecessary light is emitted to the air layer 85. The light is propagated laterally while being totally reflected by the upper and lower inner surfaces of the vertical emission type OPA 13a.

したがって、従来技術のように、空間光変調器14aから空気層85に放出された、不要光である0次光に対する視点追従技術に係るシステム(部材)等を設ける必要がなく、装置サイズおよびコストの面で有利である。また、多人数でホログラム再生像を同時に観察することができる。 Therefore, unlike the prior art, there is no need to provide a system (member) or the like related to viewpoint tracking technology for zero-order light, which is unnecessary light emitted from the spatial light modulator 14a to the air layer 85, and the device size and cost are reduced. It is advantageous in terms of Also, a large number of people can observe the hologram reproduction image at the same time.

従来技術に係るホログラフィックディスプレイにおいては、図10に示すように、入射光812aが側方から入射し、回折光840を垂直方向に回折出射するグレーティング部854を備え、この回折光(再生照明光)840をバックライトとして、ホログラムを表示した空間光変調器814aを照明することになるが、この場合には、空間光変調器814aからは、互いに異なる角度で、再生光816aと、不要光である0次光818が空気層に出射される。 In the conventional holographic display, as shown in FIG. 10, the incident light 812a is incident from the side, and the diffracted light 840 is diffracted and emitted in the vertical direction. ) 840 is used as a backlight to illuminate the spatial light modulator 814a displaying the hologram. Some 0th order light 818 is emitted into the air layer.

再生光816aと、不要光である0次光818とは、各々視野レンズ819を通過した後に1点に集束するように設定されているが、予め、観察者820の眼の位置が視点追従技術によって検出されており、この検出に基づき、再生光816aが眼の位置に集束するように、また、0次光818が眼以外の位置に集束するように、ホログラムデータをリアルタイムで生成するようにしている。 The reproduced light 816a and the 0th order light 818, which is unnecessary light, are set to converge on one point after passing through the field lens 819 respectively. Based on this detection, hologram data is generated in real time so that the reconstructed light 816a is focused on the position of the eye and the 0th order light 818 is focused on a position other than the eye. ing.

しかしながら、図10に示すように視野レンズ819と視点追従技術を利用した場合、まず、観察者820の眼の視点位置を検出し、その位置から3次元映像が見られるようにホログラムデータを生成することになるが、1人の眼の視点位置を検出して再生光を集束することはできても、複数人の眼の視点位置を各々検出して、その各視点位置に再生光を集束するホログラムデータを生成することは時間的にも難しいので、結局、ホログラフィックディスプレイが1人用に限定されてしまう、という問題がある。
また、上述した従来技術では、視点追従技術が用いられ、ホログラムデータをリアルタイム生成しているため、観察者が速いタイミングで左右に移動すると、立体映像の再現範囲を外れてしまいやすいことから、その場合には、視域が狭いという問題が生じる。
However, when using the field lens 819 and viewpoint tracking technology as shown in FIG. 10, first, the viewpoint position of the observer's 820 eyes is detected, and hologram data is generated so that a three-dimensional image can be viewed from that position. However, even if the viewpoint position of one person's eye can be detected and the reproduced light can be focused, the viewpoint position of each eye of a plurality of people is detected and the reproduced light is focused on each viewpoint position. Since it is difficult to generate hologram data in terms of time, there is a problem that the holographic display is limited to one-person use.
In addition, in the conventional technology described above, since the viewpoint tracking technology is used and the hologram data is generated in real time, if the observer moves to the left or right at a rapid timing, it is likely to go out of the reproduction range of the stereoscopic image. In some cases, the problem of a narrow viewing zone arises.

これに対して、本実施形態のホログラフィックディスプレイにおいて、図3に示すように、側方から入射された入射光12aを、回折光を垂直方向に回折出射するグレーティング部54aは、空間光変調器14aに入射された光のうち、変調されなかった不要光である0次光18aについて全反射を繰り返して、このグレーティング部54aの側方に伝搬させるように構成し、0次光18aを空気層に出射させないように、ひいては観察者20に到達しないように構成されている。これにより、空間光変調器14aから空気層(85)に出射される光には0次光18aが含まれず、再生光16aのみが観察者20に到達することになるため、視点追従技術を用いることなく、複数の観察者20が同時に明瞭なホログラム3次元映像を視認することができることになる。
また、視点追従技術を用いていないので、観察者が速いタイミングで左右に移動しても、立体映像の再現範囲を外れてしまうことがなく、視域の拡大を図ることができる。
On the other hand, in the holographic display of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the grating section 54a for diffracting the incident light 12a incident from the side and emitting the diffracted light in the vertical direction is a spatial light modulator. 0th order light 18a, which is unmodulated unnecessary light out of the light incident on 14a, is repeatedly totally reflected and propagated to the side of this grating section 54a. , so that it does not reach the observer 20 . As a result, the light emitted from the spatial light modulator 14a to the air layer (85) does not contain the 0-order light 18a, and only the reproduced light 16a reaches the observer 20. Therefore, the viewpoint tracking technique is used. Therefore, a plurality of observers 20 can visually recognize a clear holographic three-dimensional image at the same time.
In addition, since the viewpoint tracking technology is not used, even if the observer moves to the left or right at a rapid timing, the viewing area can be expanded without going out of the reproduction range of the stereoscopic image.

上記実施形態においては、図2に示すように透過型SLMを用いた構成とされているが、これに替えて図4に示すような反射型SLMを用いた構成としてもよい。
すなわち、コア153に沿って、図面左側よりグレーティング部154aに入射した、光導波路を伝搬する入射光112aは、グレーティング154によって、上下両方向に回折される。
In the above embodiment, the transmission type SLM is used as shown in FIG. 2, but instead of this, a reflection type SLM as shown in FIG. 4 may be used.
That is, the incident light 112a propagating through the optical waveguide, which enters the grating portion 154a from the left side of the drawing along the core 153, is diffracted in both the vertical direction by the grating 154. FIG.

回折光は再生照明光として空間光変調器114aに照射され空間光変調器114aに表示されたホログラムパターンにより変調され、3次元映像の元データとなる再生光116aとして出射される。一方、不要光である0次光については、この図4に示す実施形態においても、上部クラッド155と空気層185の界面において全反射される条件(A’)を満足している。 The diffracted light is applied to the spatial light modulator 114a as reconstruction illumination light, is modulated by the hologram pattern displayed on the spatial light modulator 114a, and is emitted as reconstruction light 116a serving as original data for a three-dimensional image. On the other hand, the zero-order light, which is unnecessary light, also satisfies the condition (A') of being totally reflected at the interface between the upper clad 155 and the air layer 185 in the embodiment shown in FIG.

すなわち、下式(A´)を満たすように設定する構成とされる。
|n-λ/Λ|>1 ……(A´)
ただし、λは光の波長、Λはグレーティング周期、nはグレーティングの実効屈折率である。グレーティング部154aからの光の、クラッド152、155内における出射角θ’は、クラッド152、155の屈折率をnとすると、下式のように表すことができる。
sinθ’=(n-λ/Λ)/n
スネルの法則により、グレーティング部154aから空気層185への光の出射角θ’は、
sinθ’=nsinθ’=n-λ/Λ
と表すことができ、条件(A’)を満足することにより、クラッド152、155と空気層185の界面において光の全反射が起こり、光は空気層185に出射されなくなる。
0次光118aは、上部クラッド155と空気層185の界面での全反射と、空間光変調器114aへの入射を繰り返しつつ図面右側方向に伝搬されていくことになるが、グレーティング部154aからのクラッド152、155内における出射角θ’は保存される。上部クラッド155から空気層185への入射角θ1’、および下部クラッド152から空間光変調器114aへの入射角θ2’は互いに等しくなるように設定されており、θ1’=θ2’=θc’を満足する。
That is, the configuration is set so as to satisfy the following formula (A').
|n e −λ/Λ|>1 (A′)
is the wavelength of light, .LAMBDA . is the grating period, and ne is the effective refractive index of the grating. The output angle θ c ′ of the light from the grating portion 154 a within the clads 152 and 155 can be expressed by the following formula, where n c is the refractive index of the clads 152 and 155 .
sin θ c ′=(n e −λ/Λ)/n c
According to Snell's law, the emission angle θ' of light from the grating portion 154a to the air layer 185 is
sin θ′=n c sin θ c ′=n e −λ/Λ
By satisfying the condition (A′), total reflection of light occurs at the interface between the clads 152 and 155 and the air layer 185 , and no light is emitted to the air layer 185 .
The 0th-order light 118a repeats total reflection at the interface between the upper clad 155 and the air layer 185 and is incident on the spatial light modulator 114a while being propagated rightward in the drawing. The exit angle θ c ' within the claddings 152, 155 is preserved. The incident angle θ 1 ' from the upper clad 155 to the air layer 185 and the incident angle θ 2 ' from the lower clad 152 to the spatial light modulator 114a are set to be equal, θ 1 '=θ 2 '. =θ c ' is satisfied.

すなわち、グレーティング154の1点から下方に回折された光は、空間光変調器114aに入射される。一方、グレーティング154の1点から上方に回折された光は、上部クラッド155と空気層185の界面において全反射された後、下方に向かい、空間光変調器114aに入射される。
この後、垂直出射型OPA113aの上下内表面において全反射を繰り返す0次光の反射角は保存された状態で伝搬されることになる。
That is, the light diffracted downward from one point of the grating 154 is incident on the spatial light modulator 114a. On the other hand, the light diffracted upward from one point of the grating 154 is totally reflected at the interface between the upper clad 155 and the air layer 185, and then directed downward to enter the spatial light modulator 114a.
Thereafter, the reflection angle of the 0-order light that repeats total reflection on the upper and lower inner surfaces of the vertical emission type OPA 113a is propagated while being preserved.

なお、図4においても、図2に示す場合と同様に、グレーティング154の1点からの上下方向への光のみについて示しているが、実際には、グレーティング154の各点(格子点)からの回折光毎に上記現象が生じることになる。
これにより、空間光変調器114aに表示されたホログラムパターンにより変調され3次元映像の元データとなる再生光116aのみが空気層185に出射され、不要光である0次光は空気層185に出射することなく、垂直出射型OPA113aの上下内表面間を全反射しながら側方(図4の右方向)に伝搬される。
Although FIG. 4 also shows only light in the vertical direction from one point of the grating 154 as in the case of FIG. The above phenomenon occurs for each diffracted light.
As a result, only the reproduced light 116a that is modulated by the hologram pattern displayed on the spatial light modulator 114a and becomes the original data of the three-dimensional image is emitted to the air layer 185, and the zero-order light that is unnecessary light is emitted to the air layer 185. The light is propagated laterally (to the right in FIG. 4) while being totally reflected between the upper and lower inner surfaces of the vertical emission type OPA 113a.

以下、上記実施形態に係るホログラフィックディスプレイの原理を用いたホログラフィックディスプレイおよびホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置の応用例の構成を、図5~9のブロック図を用いて簡単に説明する。
なお、図5は、応用例1に係るパッシブ型再生照明光学系を用いたホログラフィックディスプレイの概略構成を示すブロック図、図6は、本発明の応用例2に係るパッシブ型再生照明光学系を用いたホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置の概略構成を示すブロック図、図7は、応用例3に係るアクティブ型再生照明光学系を用いたホログラフィックディスプレイの概略構成を示すブロック図、図8は、応用例4に係るアクティブ型再生照明光学系1を用いたホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置の概略構成を示すブロック図、図9は、応用例5に係るアクティブ型再生照明光学系2を用いたホログラフィックディスプレイキャリブレーション装置の概略構成を示すブロック図である。
Configurations of application examples of the holographic display and the holographic display calibration apparatus using the principle of the holographic display according to the above embodiment will be briefly described below with reference to the block diagrams of FIGS.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic display using the passive reconstruction illumination optical system according to Application Example 1, and FIG. A block diagram showing a schematic configuration of a holographic display calibration device used, FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic display using an active reproduction illumination optical system according to Application Example 3, A block diagram showing a schematic configuration of a holographic display calibration apparatus using the active reconstruction illumination optical system 1 according to Example 4, and FIG. 9 is a holographic display using the active reconstruction illumination optical system 2 according to Application Example 5. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a calibration device; FIG.

これらの応用例は、本実施形態の利用態様および基本的な構成は類似しているので、重複説明の煩を避けるため、全体構成については応用例1および応用例2についてのみ説明し、その他の応用例については、応用例1および応用例2に類似する機能を有するブロックについては、符号の下2桁を応用例1および応用例2のものと揃えることにより、その説明を省略し、その応用例に特有の構成についてのみ説明を加えるものとする。 Since these application examples are similar in usage mode and basic configuration of the present embodiment, only application examples 1 and 2 will be described with respect to the overall configuration in order to avoid duplication of explanation. As for application examples, blocks having functions similar to those of application examples 1 and 2 are omitted by aligning the last two digits of the symbols with those of application examples 1 and 2, and the application Only the configuration specific to the example will be described.

<応用例1>
まず、応用例1について図5を用いて説明する。このホログラフィックディスプレイは前述したように、パッシブ型再生照明光学系を用いたものであり、光源211と、光源211からの光が入射される光入力部230と、この入射光212が入射され、所定のチャネル数(自然数nであればよい)の光に分岐する光スプリッタ222と、この分岐された光226が導かれるグレーティング部224とを備えている。ここで、光入力部230、光スプリッタ222、およびグレーティング部224により垂直出射型OPA213が構成される。また、グレーティング部224は、空間光変調器214の再生照明光として機能する出射光215を空間光変調器214に照射し、空間光変調器214で変調されなかった不要光である0次光は側方に排出される。
<Application example 1>
First, application example 1 will be described with reference to FIG. As described above, this holographic display uses a passive reproduction illumination optical system, and includes a light source 211, a light input section 230 into which light from the light source 211 is incident, and this incident light 212 is incident, It has an optical splitter 222 that splits light into a predetermined number of channels (a natural number n may be sufficient), and a grating section 224 that guides the split light 226 . Here, the optical input section 230, the optical splitter 222, and the grating section 224 constitute a vertical emission type OPA 213. FIG. In addition, the grating unit 224 irradiates the spatial light modulator 214 with the emitted light 215 that functions as the reproduction illumination light of the spatial light modulator 214, and the zero-order light that is unnecessary light that has not been modulated by the spatial light modulator 214 is discharged laterally.

また、上記空間光変調器214には、以下のような信号処理によって、ホログラム画像が表示される。すなわち、データ保持部231からの3DCGデータおよび参照光データ227に基づき、ホログラム生成部232からホログラムデータ228が出力され、このホログラムデータ228に基づく空間光変調器制御部233からの駆動信号229により、空間光変調器214の各画素が駆動され、空間光変調器214にホログラム画像が表示される。
このようにホログラム画像が表示された空間光変調器214に再生照明光が照射され、空間光変調器214により変調されなかった0次光は空気層に出射しないため、空間光変調器214から出射される光については、不要光である0次光を含まない有効な再生光216のみとすることができ、S/Nに優れた再生像217を得ることができる。
A hologram image is displayed on the spatial light modulator 214 by the following signal processing. That is, based on the 3DCG data and the reference beam data 227 from the data holding unit 231, the hologram data 228 is output from the hologram generation unit 232, and the drive signal 229 from the spatial light modulator control unit 233 based on this hologram data 228, Each pixel of spatial light modulator 214 is driven, and a hologram image is displayed on spatial light modulator 214 .
The spatial light modulator 214 on which the hologram image is thus displayed is irradiated with the reconstruction illumination light. The emitted light can be only the effective reproduction light 216 that does not contain unnecessary 0th order light, and a reproduced image 217 with excellent S/N can be obtained.

<応用例2>
次に、応用例2について図6を用いて説明する。この装置は、前述したように、パッシブ型再生照明光学系を用いたキャリブレーション装置であり、光源311からの光が入射される光入力部330、この光入力部330からの入射光312が入射され、所定のチャネル数の光に分岐する光スプリッタ322、およびこの分岐された光が導かれるグレーティング部324を備えている。また、光入力部330からの入射光312から測定用の光365を分岐する分配器321、該測定用の光を入射され、位相変調した光を出射する測定用位相シフタ343、および位相変調された光366を入射され、出射光367をカメラ341に出射する測定用光導波路344を備えている。ここで、光入力部330、光スプリッタ322、グレーティング部324、分配器321、測定用位相シフタ343、および測定用光導波路344により垂直出射型OPA313が構成される。
<Application example 2>
Next, application example 2 will be described with reference to FIG. As described above, this apparatus is a calibration apparatus using a passive type reproduction illumination optical system. It has an optical splitter 322 that splits light into a predetermined number of channels, and a grating section 324 that guides the split light. In addition, a distributor 321 for branching the measurement light 365 from the incident light 312 from the optical input section 330, a measurement phase shifter 343 for receiving the measurement light and emitting the phase-modulated light, and a phase-modulated It is equipped with a measuring optical waveguide 344 that receives light 366 and emits emitted light 367 to the camera 341 . Here, the optical input section 330 , the optical splitter 322 , the grating section 324 , the distributor 321 , the measurement phase shifter 343 and the measurement optical waveguide 344 constitute the vertical emission type OPA 313 .

また、グレーティング部324は、空間光変調器314の再生照明光として機能する出射光315を空間光変調器314に照射し、空間光変調器314で変調されなかった0次光の空気層への出射を制限する。
また、上記空間光変調器314には、以下のような信号処理によって、ホログラム画像が表示される。すなわち、カメラ制御・波面解析部342から測定用パターン364が送出され、この測定用パターン364を入力された空間光変調器制御部333からの駆動信号329により、空間光変調器314の各画素が駆動され、ホログラム画像が表示される。
Moreover, the grating unit 324 irradiates the spatial light modulator 314 with the emitted light 315 that functions as the reproduction illumination light of the spatial light modulator 314, and directs the zero-order light that has not been modulated by the spatial light modulator 314 to the air layer. Limit emanations.
A hologram image is displayed on the spatial light modulator 314 by the following signal processing. That is, the measurement pattern 364 is sent from the camera control/wavefront analysis unit 342, and each pixel of the spatial light modulator 314 is driven by the driving signal 329 from the spatial light modulator control unit 333 to which the measurement pattern 364 is input. A hologram image is displayed.

なお、ホログラム画像が表示された空間光変調器314に再生照明光を照射し、空間光変調器314から出射される光は、不要光である0次光を含まない有効な再生光のみとすることができ、これにより空間光変調器314から出射される再生光316により形成される3次元再構成像を、カメラ341にて撮像することができる。 The spatial light modulator 314 on which the hologram image is displayed is irradiated with the reconstruction illumination light, and the light emitted from the spatial light modulator 314 is only effective reconstruction light that does not contain unnecessary 0th order light. This allows the camera 341 to pick up a three-dimensional reconstructed image formed by the reproduced light 316 emitted from the spatial light modulator 314 .

このようにカメラ341にて撮像されたホログラム画像は、画像361としてカメラ制御・波面制御部342に入力され、一方、カメラ341の撮像タイミングを指示する駆動信号362は、カメラ制御・波面制御部342からカメラ341に入力される。カメラ制御・波面制御部342では、入力された画像データの波面を評価し、その評価がより良好なものとなるように測定用位相シフタ343に駆動信号368を送出して測定用の光の位相を制御し制御された際の参照光データ363をデータ保持部331に出力するように構成される。 The hologram image captured by the camera 341 in this way is input to the camera control/wavefront control unit 342 as an image 361. On the other hand, the drive signal 362 for instructing the imaging timing of the camera 341 is input to the camera control/wavefront control unit 342. is input to the camera 341 from . The camera control/wavefront control unit 342 evaluates the wavefront of the input image data, and sends a driving signal 368 to the measurement phase shifter 343 so as to improve the evaluation, thereby adjusting the phase of the light for measurement. is controlled and the reference light data 363 when controlled is output to the data holding unit 331 .

なお、カメラ341にて撮像された画像はカメラ制御・波面解析部342に送出され、一方、空間光変調器制御部333から駆動信号329に送出される駆動信号と同期して、カメラ制御・波面解析部342からカメラ341に駆動信号が送出される。
このように、応用例2に係るキャリブレーション装置においても、ホログラム画像が表示された空間光変調器314の再生照明光を照射し、空間光変調器314から出射される光は不要光である0次光を含まない有効な再生光のみとすることができる。
The image picked up by the camera 341 is sent to the camera control/wavefront analysis unit 342. On the other hand, the camera control/wavefront analysis is performed in synchronization with the drive signal sent from the spatial light modulator control unit 333 to the drive signal 329. A drive signal is sent from the analysis unit 342 to the camera 341 .
Thus, in the calibration device according to Application Example 2 as well, the reconstruction illumination light from the spatial light modulator 314 displaying the hologram image is irradiated, and the light emitted from the spatial light modulator 314 is unnecessary light. Only the effective reproduction light that does not contain the next light can be used.

<応用例3>
次に、応用例3について図7を用いて説明する。このホログラフィックディスプレイは前述したように、アクティブ型再生照明光学系を用いたものであり、図5に示す応用例1のパッシブ型再生照明光学系を用いたものとは、一部が異なるだけであるので、その異なる部分について説明し、他の類似する構成については、図5で付した符号に200を加えた符号を付し、説明は省略する。
<Application example 3>
Next, application example 3 will be described with reference to FIG. As described above, this holographic display uses the active reconstruction illumination optical system, and is only partially different from the passive reconstruction illumination optical system of Application Example 1 shown in FIG. Therefore, the different parts will be described, and the other similar configurations will be given reference numerals by adding 200 to the reference numerals given in FIG. 5, and description thereof will be omitted.

すなわち、応用例3に係るアクティブ型再生照明光学系を用いたホログラフィックディスプレイは、光スプリッタ422により分岐された光426の各経路に、光の位相を変調する位相シフタ1~n(471-1~471-n)、それら各位相シフタ1~n(471-1~471-n)の後段に、グレーティング部1~n(424-1~424-n)が設けられている。すなわち、応用例3に係るホログラフィックディスプレイでは、垂直出射型OPA413が、光入力部430、光スプリッタ422、およびグレーティング部424-1~424-nの他に、上記各経路毎に光の位相を調整し得る位相シフタ471を備えている。そして、この位相シフタ471は、データ保持部431からの校正データおよび光偏向制御データ469に基づいて位相シフタ制御部445から出力される駆動信号470により光の位相が調整され、これによりアクティブ型の構成が形成される。
この応用例3に係るホログラフィックディスプレイにおいても、ホログラム画像が表示された空間光変調器414の再生照明光を照射し、空間光変調器414から出射される光としても、不要光である0次光を含まない有効な再生光のみとすることができる。
That is, in the holographic display using the active reproduction illumination optical system according to the application example 3, each path of the light 426 split by the light splitter 422 is provided with phase shifters 1 to n (471-1) for modulating the phase of light. 471-n), and grating sections 1 to n (424-1 to 424-n) are provided behind the respective phase shifters 1 to n (471-1 to 471-n). That is, in the holographic display according to the application example 3, the vertical emission type OPA 413, in addition to the light input unit 430, the light splitter 422, and the grating units 424-1 to 424-n, adjusts the phase of light for each path. An adjustable phase shifter 471 is provided. In this phase shifter 471, the phase of light is adjusted by a driving signal 470 output from the phase shifter control section 445 based on the calibration data and the optical deflection control data 469 from the data holding section 431, thereby forming an active type. A configuration is formed.
In the holographic display according to this application example 3 as well, the reconstruction illumination light of the spatial light modulator 414 displaying the hologram image is irradiated, and the light emitted from the spatial light modulator 414 is also zero-order light, which is unnecessary light. It can be only effective reproduction light that does not contain light.

<応用例4>
次に、応用例4について図8を用いて説明する。この装置は、前述したように、アクティブ型再生照明光学系1を用いたキャリブレーション装置であり、図6に示す応用例2のパッシブ型再生照明光学系を用いたキャリブレーション装置とは、一部が異なるだけであるので、その異なる部分について説明し、他の類似する構成については、図6で付した符号に200を加えた符号を付し、説明は省略する。
すなわち、応用例4に係るアクティブ型再生照明光学系を用いたキャリブレーション装置は、光スプリッタ522により分岐された光526の各経路に、光の位相を変調する位相シフタ1~n(571-1~571-n)、それら各位相シフタ1~n(571-1~571-n)の後段に、グレーティング部1~n(524-1~524-n)が設けられている。すなわち、応用例4に係るキャリブレーション装置では、垂直出射型OPA513が、光入力部530、光スプリッタ522、グレーティング部524-1~524-n、分配器521、測定用位相シフタ543、および測定用光導波路544の他に、上記各経路毎に光の位相を調整し得る位相シフタ571を備えている。
<Application example 4>
Next, application example 4 will be described with reference to FIG. As described above, this apparatus is a calibration apparatus using the active reconstruction illumination optical system 1, and the calibration apparatus using the passive reconstruction illumination optical system of Application Example 2 shown in FIG. are different, the different parts will be described, and other similar configurations will be given reference numerals by adding 200 to the reference numerals given in FIG. 6, and description thereof will be omitted.
That is, the calibration apparatus using the active type reproduction illumination optical system according to the application example 4 has phase shifters 1 to n (571-1) for modulating the phase of the light in each path of the light 526 split by the light splitter 522. 571-n), and grating sections 1 to n (524-1 to 524-n) are provided after the respective phase shifters 1 to n (571-1 to 571-n). That is, in the calibration device according to Application Example 4, the vertical emission type OPA 513 includes the optical input section 530, the optical splitter 522, the grating sections 524-1 to 524-n, the distributor 521, the measuring phase shifter 543, and the measuring In addition to the optical waveguide 544, each path has a phase shifter 571 capable of adjusting the phase of light.

この応用例4に係るキャリブレーション装置においても、ホログラム画像が表示された空間光変調器514に再生照明光が照射され、空間光変調器514により変調されなかった不要な0次光は空気層に出射しないため、空間光変調器514から出射される光は不要光である0次光を含まない有効な再生光のみとすることができる。 In the calibration device according to Application Example 4 as well, the spatial light modulator 514 displaying the hologram image is irradiated with the reconstruction illumination light, and unnecessary zero-order light that has not been modulated by the spatial light modulator 514 reaches the air layer. Since no light is emitted, the light emitted from the spatial light modulator 514 can be only effective reproduced light that does not contain unnecessary 0th order light.

<応用例5>
次に、応用例5について図9を用いて説明する。この装置は、前述したように、アクティブ型再生照明光学系2を用いたキャリブレーション装置であり、応用例4のアクティブ型再生照明光学系1を用いたキャリブレーション装置とは、ほぼ同様の構成とされているが、応用例4のものが分配器521によって測定用の光を分岐して、測定用の経路を別途形成していたのに対し、応用例5のものでは光スプリッタ622で分岐した光の経路のうちの1つ(例えばn番目のチャンネル)の経路を測定用の光の経路に割り当てている、点において異なる。したがって、応用例5について応用例4と対応する部材については、図8で付した符号に100を加えた符号を図9に付し、説明は省略する。
<Application example 5>
Next, application example 5 will be described with reference to FIG. As described above, this apparatus is a calibration apparatus using the active reconstruction illumination optical system 2, and has substantially the same configuration as the calibration apparatus using the active reconstruction illumination optical system 1 of Application Example 4. However, in Application Example 4, the light for measurement is split by the splitter 521 to separately form a path for measurement, whereas in Application Example 5, the optical splitter 622 splits the light. It differs in that one of the light paths (eg the nth channel) is assigned to the light path for measurement. Therefore, in FIG. 9, reference numerals obtained by adding 100 to the reference numerals given in FIG. 8 are assigned to members corresponding to application example 4 and application example 5, and description thereof is omitted.

この応用例5に係るキャリブレーション装置においても、ホログラム画像が表示された空間光変調器614に再生照明光が照射され、空間光変調器614により変調されなかった不要な0次光は空気層に出射しないため、空間光変調器614から出射される光は不要光である0次光を含まない有効な再生光のみとすることができる。 In the calibration apparatus according to Application Example 5 as well, the spatial light modulator 614 displaying the hologram image is irradiated with the reconstruction illumination light, and unnecessary zero-order light that has not been modulated by the spatial light modulator 614 enters the air layer. Since no light is emitted, the light emitted from the spatial light modulator 614 can be only effective reproduced light that does not contain unnecessary 0th order light.

本発明のホログラフィ用再生照明光照射装置およびホログラフィックディスプレイとしては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば垂直出射型OPAのタイプとしては、図1(B)に示すチャネル型形状のものに限られるものではなく、例えば、埋込型形状のグレーティング導波路により光を垂直出射するようなタイプのものとすることも可能である。
また、上記実施形態においては、空間光変調器として液晶表示素子を用いているが、例えば、図4に示す反射型の空間光変調器としてDMD(デジタル・ミラー・デバイス)等を用いることが可能である。
The reproduction illumination light irradiation device for holography and the holographic display of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and other various modifications are possible. For example, the type of vertical emission type OPA is not limited to the channel type shown in FIG. It is also possible to
Further, in the above embodiments, a liquid crystal display element is used as the spatial light modulator, but for example, a DMD (digital mirror device) or the like can be used as the reflective spatial light modulator shown in FIG. is.

10 ホログラフィックディスプレイ
11、211、311、411、511、611 レーザ光源
12、12a、112a、212、312、412、512、612,812a 入射光
13、13a、113a、213、313、413、513、613 垂直出射型OPA
14、14a、114a、214、314、414、514、614、814a 空間光変調器(SLM)
15、215、315、415、515、615 出射光(再生照明光)
16、16a、116a、216、316、416、516、616、816a 再生光
17、217、417、850 3次元映像(再生像)
18、18a、118a、818 0次光
20、820 観察者
22、222、322、422、522、622 光スプリッタ
23、471、471-1~471-n、571、571-1~571-n、671、671-1~671-n 位相シフタ
24、54、154 グレーティング
51 基板
52、152 下部クラッド
53、153 コア
55、155 上部クラッド
54a、154a、224、324、424-1~424-n、524-1~524-n、624-1~624-n、854 グレーティング部
215、367、415、567、615 出射光
226、326、426、526、626 分岐された光
227 3DCGデータ、参照光データ
228、428 ホログラムデータ
229、329、362、368、429、470、529、562、568、629、662、668、 駆動信号
230、330、430、530、630 光入力部
231、331、431、531、631 データ保持部
232、432 ホログラム生成部
233、333、433、533、633 空間光変調器制御部
321、521 分配器
327、527 測定対象の光
341、541、641 カメラ
342、542、642 カメラ制御・波面制御部
343、543 測定用位相シフタ
344、544 測定用光導波路
361、561、661 画像
363 参照光データ
364、564、664 測定用パターン
365、565 測定用の光
366、466、566、666 位相変調された光
469 校正データ、光偏向制御データ
427 3DCGデータ、参照光データ、校正データ
445 位相シフタ制御部
563、663 参照光データ、校正データ
819 視野レンズ
840 光導波路グレーティングからの回折光
10 holographic display 11, 211, 311, 411, 511, 611 laser light source 12, 12a, 112a, 212, 312, 412, 512, 612, 812a incident light 13, 13a, 113a, 213, 313, 413, 513, 613 vertical emission type OPA
14, 14a, 114a, 214, 314, 414, 514, 614, 814a Spatial Light Modulators (SLM)
15, 215, 315, 415, 515, 615 Emitted light (reproduction illumination light)
16, 16a, 116a, 216, 316, 416, 516, 616, 816a Reproduced light 17, 217, 417, 850 Three-dimensional video (reproduced image)
18, 18a, 118a, 818 Zero order light 20, 820 Observer 22, 222, 322, 422, 522, 622 Optical splitter 23, 471, 471-1 to 471-n, 571, 571-1 to 571-n, 671, 671-1 to 671-n phase shifter 24, 54, 154 grating 51 substrate 52, 152 lower clad 53, 153 core 55, 155 upper clad 54a, 154a, 224, 324, 424-1 to 424-n, 524 -1 to 524-n, 624-1 to 624-n, 854 Grating part 215, 367, 415, 567, 615 Emitted light 226, 326, 426, 526, 626 Split light 227 3DCG data, reference light data 228 , 428 hologram data 229, 329, 362, 368, 429, 470, 529, 562, 568, 629, 662, 668, drive signal 230, 330, 430, 530, 630 light input section 231, 331, 431, 531, 631 data holding unit 232, 432 hologram generation unit 233, 333, 433, 533, 633 spatial light modulator control unit 321, 521 distributor 327, 527 light to be measured 341, 541, 641 camera 342, 542, 642 camera control Wavefront controllers 343, 543 Phase shifters for measurement 344, 544 Optical waveguides for measurement 361, 561, 661 Image 363 Reference light data 364, 564, 664 Pattern for measurement 365, 565 Light for measurement 366, 466, 566, 666 Phase-modulated light 469 calibration data, optical deflection control data 427 3DCG data, reference light data, calibration data 445 phase shifter controller 563, 663 reference light data, calibration data 819 field lens 840 diffracted light from optical waveguide grating

Claims (8)

光源と、
該光源からの光を側方から入射させ、かつ入射した該光のうちの0次光を表面および裏面で繰り返し内面反射させつつ前記光の入射側とは逆側の側方に伝搬させるとともに、前記表面または前記裏面に密着して配される空間光変調素子に表示されるホログラムパターンに応じ、内側から該空間光変調素子との界面に入射した前記光のうち再生光として利用される光を、前記表面側の外部の空気層に出射する光フェーズドアレイとを備え、
前記光フェーズドアレイは、前記0次光の伝搬方向に延びるグレーティング構造を有し、該光フェーズドアレイに入射した光を、前記表面方向および前記裏面方向に、所定角度で回折するように構成されていることを特徴とするホログラフィ用再生照明光照射装置。
a light source;
The light from the light source is incident from the side, and the 0th order light of the incident light is repeatedly internally reflected on the front surface and the back surface and propagated to the side opposite to the incident side of the light, According to the hologram pattern displayed on the spatial light modulation element arranged in close contact with the front surface or the back surface, the light that is used as the reproduction light from the light incident on the interface with the spatial light modulation element from the inside is selected. , and an optical phased array that emits to an air layer outside the surface side,
The optical phased array has a grating structure extending in the propagation direction of the 0th order light, and is configured to diffract the light incident on the optical phased array at a predetermined angle in the front surface direction and the back surface direction. A reproduction illumination light irradiation device for holography, characterized in that:
前記グレーティング構造のグレーティング周期が、下式(A)を満足することを特徴とする請求項1に記載のホログラフィ用再生照明光照射装置。
|n-λ/Λ|>1 ……(A)
ただし、λは入射した光の波長、Λはグレーティング周期、nはグレーティングの実効屈折率である。
2. The holographic reconstruction illumination light irradiation device according to claim 1, wherein the grating period of the grating structure satisfies the following formula (A).
|n e −λ/Λ|>1 (A)
is the wavelength of the incident light, .LAMBDA . is the grating period, and ne is the effective refractive index of the grating.
請求項1または請求項2に記載のホログラフィ用再生照明光照射装置と、前記空間光変調素子を備えたことを特徴とするホログラフィックディスプレイ。 3. A holographic display comprising the reproduction illumination light irradiation device for holography according to claim 1, and the spatial light modulation element. 前記空間光変調素子が前記光フェーズドアレイの前記表面側に密着された透過型の空間光変調素子とされていることを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックディスプレイ。 4. A holographic display according to claim 3, wherein said spatial light modulating element is a transmissive spatial light modulating element that is in close contact with said surface of said optical phased array. 前記光フェーズドアレイ側からの回折光のうち、この光フェーズドアレイと前記透過型の空間光変調素子の界面に内側から入射した0次光は、この界面において全反射するように、一方、該界面に内側から入射した、再生光として利用される光は、該空間光変調素子を透過して、前記光フェーズドアレイの前記表面側の空気層に出射するように、構成されていることを特徴とする請求項4に記載のホログラフィックディスプレイ。 Of the diffracted light from the optical phased array side, the 0th order light incident on the interface between the optical phased array and the transmissive spatial light modulation element from the inside is totally reflected at the interface. light used as reproduction light that enters from the inside passes through the spatial light modulation element and is emitted to the air layer on the surface side of the optical phased array. 5. The holographic display of claim 4. 前記空間光変調素子が前記光フェーズドアレイの前記裏面側に密着された反射型の空間光変調素子とされていることを特徴とする請求項3に記載のホログラフィックディスプレイ。 4. A holographic display according to claim 3, wherein said spatial light modulating element is a reflective spatial light modulating element closely attached to said back surface of said optical phased array. 前記光フェーズドアレイ側からの回折光のうち、この光フェーズドアレイと前記反射型の空間光変調素子の界面に内側から入射した0次光は、この界面において全反射するように、一方、該界面に内側から入射した、再生光として利用される光は、該空間光変調素子により反射されて、前記光フェーズドアレイの前記表面側から空気層に出射するように、構成されていることを特徴とする請求項6に記載のホログラフィックディスプレイ。 Of the diffracted light from the optical phased array side, the 0th order light incident on the interface between the optical phased array and the reflective spatial light modulator from the inside is totally reflected at the interface. light used as reproduction light that enters from the inside of the optical phased array is reflected by the spatial light modulation element and emitted from the surface side of the optical phased array to the air layer. 7. The holographic display of claim 6. 前記光フェーズドアレイは、パッシブ型またはアクティブ型のいずれかとされていることを特徴とする請求項3~7のうちいずれか1項に記載のホログラフィックディスプレイ。
A holographic display as claimed in any one of claims 3 to 7, characterized in that the optical phased array is either passive or active.
JP2021111809A 2021-07-05 2021-07-05 Holography reproduction illumination light irradiation device and holographic display Pending JP2023008330A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021111809A JP2023008330A (en) 2021-07-05 2021-07-05 Holography reproduction illumination light irradiation device and holographic display

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021111809A JP2023008330A (en) 2021-07-05 2021-07-05 Holography reproduction illumination light irradiation device and holographic display

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023008330A true JP2023008330A (en) 2023-01-19

Family

ID=85111770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021111809A Pending JP2023008330A (en) 2021-07-05 2021-07-05 Holography reproduction illumination light irradiation device and holographic display

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023008330A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115981026A (en) * 2023-03-22 2023-04-18 成都工业学院 Crosstalk-free grating stereoscopic display

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115981026A (en) * 2023-03-22 2023-04-18 成都工业学院 Crosstalk-free grating stereoscopic display
CN115981026B (en) * 2023-03-22 2023-05-12 成都工业学院 Crosstalk-free grating stereoscopic display

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7075515B2 (en) Methods and systems for generating virtual content displays using virtual or augmented reality devices
US10545337B2 (en) See-through holographic display apparatus
US10191196B2 (en) Backlight unit for holographic display apparatus and holographic display apparatus including the same
KR101507202B1 (en) Spatial Light Modulating Panel Using Transparent Type Liquid Crystal Display Panel And 3D Display Device Using The Same
JP6223228B2 (en) Display device
US10452026B2 (en) Transparent flat-panel holographic display
US10775540B2 (en) Method of forming light modulating signal for displaying 3D image, and apparatus and method for displaying 3D image
KR101946031B1 (en) Holographic display apparatus capable of steering view window
KR20080012972A (en) Projection device and method for the holographic reconstruction of scenes
US10795070B2 (en) Backlight unit and holographic display apparatus including the same
KR101524336B1 (en) Thin Flat Type Converge Lens
US11287655B2 (en) Holographic display apparatus and method for providing expanded viewing window
KR20130044644A (en) Apparatus for holography 3-dimensional display
US10527773B2 (en) Backlight unit for holographic display apparatus and holographic display apparatus including the same
JP2023008330A (en) Holography reproduction illumination light irradiation device and holographic display
KR102095088B1 (en) Apparatus and method for forming 3 dimensional holographic image using non-periodically structured optical elements
US11226591B2 (en) Transparent flat-panel holographic display
KR101855258B1 (en) Dynamic Thin Flat Type Light-Beam Deflector
US20220004148A1 (en) Apparatus and method of reproduction of a diffractive pattern
KR101980353B1 (en) Thin Flat Type Converge Lens
US20220091419A1 (en) Holographic waveguide, method of producing the same, and display device including the holographic waveguide
Luo Breaking Through the Fov Limit of Augmented Reality Near-To-Eye Display with High Resolution by Digital Micromirror Device and Volume Hologram Grating
TW202343097A (en) Light shuttering for waveguide pupil expansion

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20230818