JP4331873B2 - Hologram display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察用メガネが不要で、なおかつ視覚疲労の少ない、ホログラム動画立体像を表示可能なホログラムディスプレイに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の立体表示には数多くの方式が提案されている。なかでも一般的な立体表示方式として、二眼立体表示がある。この方式は比較的少ない情報量で容易に立体表示が可能であるという特長をもつが、再生立体像を観察する場合、眼の輻輳距離と焦点調整距離の違いによる視覚疲労が問題となっている。
【0003】
視覚疲労の少ない立体像の表示には、空間上に立体像を再生する方式であるホログラム表示が有効である。従来ホログラム動画表示方式として、音響光学素子(AOM)を用いた方式がある。コンピューターにより簡単な構造の物体を動かした場合の画像情報を計算し、これをビデオ信号としてAOMに入力し駆動する。これに光を入射し、ビームを回折させ水平方向の画像信号をつくり、垂直方向に対してはガルバノミラーを振動させながら走査して画像を合成表示するものである。カラー表示も可能としているが、極めて処理能力が高い演算処理機器が必要であるとともに、表示物体が簡単な形状であり、像のサイズが小さく、また実写映像の立体表示はできない。
【0004】
また別なホログラム表示方式として、電気駆動型液晶パネルを用いた方式がある。高精細な液晶ディスプレイ作製技術の進歩により、干渉縞を表示し、光を回折させてホログラム表示を行えるようになってきたものの、光の波長に相当する細かい干渉縞を表示するのは極めて困難である。また、主に、コンピューターにより計算したデータをもとに表示を行うため、実写映像の立体表示はできない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように従来技術の問題点は、実写映像の動画立体表示が出来ないこと、及び、干渉縞を表現するのに必要な高解像度なホログラム表示デバイスが利用できないため、大きく明るい画像表示が期待できないことである。
【0006】
そこで、本発明の目的は、以上のような問題点を解消したホログラムディスプレイを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上述べた従来提案されている方式の持つ問題点を解決することを目的に、本発明では新たなホログラム表示方法を適用したホログラムディスプレイを提案する。まず、本発明では液晶TV(テレビジョン)として普及している電気駆動型空間光変調素子より高解像度な特性を有する光書き込み型空間光変調素子を用いる。また、実写被写体でも立体表示できるように表示物体の奥行き距離情報をもとに、各奥行きごとに標本化された画像である奥行き標本化画像を作成し、それらの画像をホログラフィックに表示する。高精細なホログラム表示デバイスを導入することで明るく大きな表示画像が可能となるとともに、被写体のカラー映像と奥行き距離情報から立体像を再構成する方式であるため、実写映像の表示も可能となり、動画表示も可能となる。
【0008】
請求項1の発明は、表示する物体のカラー情報と奥行き距離情報とに基づいて、当該物体の各奥行き位置の画像である奥行き標本化画像を生成する奥行き標本化画像生成装置と、前記奥行き標本化画像生成装置からの各奥行き標本化画像を順次表示するための透過型二次元画像表示装置と、前記透過型二次元画像表示装置に順次表示する複数の奥行き標本化画像の表示切り替えに同期して、集光または拡散する光束をもつコヒーレントな参照光の光路長を電気的に変化させる光路長変調光学系と、前記透過型二次元画像表示装置に入射されたコヒーレント光によって得られた2次元的に強度変調された物体光と前記光路長変調光学系からの参照光との間の干渉縞を生成する干渉光学系と、前記干渉光学系によって生成された干渉縞を一方の面に書き込み、同時に前記干渉縞に応答して他方の面に読み出された像を当該他方の面に入力したコヒーレント再生光の反射光によって再生して奥行き方向に体積的に立体表示される像を実時間で形成する書き換え可能なホログラム記録表示素子とを具え、前記光路長変調光学系は、垂直または水平に偏光したコヒーレント光の偏光方向を電気的制御により水平偏光と垂直偏光との間で切替可能な偏光スイッチング素子と、前記偏光スイッチング素子の後に配置した偏光ビームスプリッタと、前記偏光スイッチング素子および前記偏光ビームスプリッタを透過した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約45度の第1の1/4波長板が配置され、前記第1の1/4波長板の後ろに配置した第1ミラーを有するとともに、前記偏光スイッチング素子を透過し前記偏光ビームスプリッタを反射した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約45度の第2の1/4波長板が配置され、前記第2の1/4波長板の後ろに配置した第2ミラーを有するとともに、前記偏光ビームスプリッタと前記第1ミラーとの間の距離と、前記偏光ビームスプリッタと前記第2ミラーとの間の距離とが異なり、前記偏光スイッチング素子の光の偏光方向切り替えにより、前記第1ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離と、前記第2ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離の差の2倍に相当する光路長が変化し、前記光路長変調光学系をN(自然数)個使用することで、2のN乗通りの段階の光路長を変化する光学系を有することを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1において、前記ホログラム記録表示素子は、第1透明電極と、前記第1透明電極に積層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化する光導電層と、前記光導電層に積層された光吸収層と、前記光吸収層に積層され、可視光スペクトルの全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラーと、前記誘電体多層膜ミラーに積層された光変調層と、前記光変調層に積層された第2透明電極とを備え、前記第1透明電極と前記第2透明電極との間に印加された交流電圧によって駆動される光書き込み型空間光変調素子であることを特徴とする。
【0010】
請求項3の発明は、請求項2において、前記光変調層は、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶および強誘電性液晶のいずれか、またはこれら液晶の混合液晶からなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は本発明によるホログラムディスプレイの実施形態を示す構成図である。
【0014】
本装置では、被写体のカラー映像とともに被写体までの距離を検出するカメラや、表示する物体のカラーと距離を計算により生成する装置などで構成される3次元情報入力装置1を有している。また、前記3次元情報入力装置1から出力される表示対象物のカラーと距離の情報より、各奥行き距離ごとのカラー画像である奥行き標本化画像が生成できる標本化画像生成装置2を有している。
【0015】
本発明に使用する3次元情報入力装置1の例として、従来のTVカメラと、被写体までの距離を測定する機器(レンジファインダー)を備えたものがある。レンジファインダーとしては、三角測量法や光飛行時間測定法、モアレ法、合焦点法、光干渉法などの距離検出方法を用いる機器が適用できる。距離検出機能に必要な特性として、動く被写体に対しても検出できるほど十分な高速検出が可能なこと、更に、被写体全体の距離情報をTV画像に相当する緻密さで検出できることである。これらを実現する3次元情報入力装置としては、強度変調照明光と短時間撮像系を組み合わせた3次元カメラ(この3次元カメラの例は、次の各文献に記載されている:
1.特開平2000−121339号公報”立体情報検出方法および装置”
2.河北、飯塚、菊池、藤掛、米内、會田:高速シャッターと変調照明の組合せによる3次元撮像の一方式,信学技報,EID98−51,pp.19−24(1998)
3.河北、飯塚、會田、菊池、藤掛、米内、滝沢:三次元撮像装置Axi−Vision Cameraの開発,3次元画像コンファレンス’99,6−1,pp.151−156(1999)
4.M.Kawakita, K.Iizuka, T.Aida, H.Kikuchi, H.Fujikake, J.Yonai and K.Takizawa:Axi−Vision Camera(Real−Time Distance−Mapping Camera),Applied Optics,Vol.39.pp3931−3939(2000)
5.M.Kawakita, K.Iizuka, T.Aida, H.Kikuchi, H.Fujikake, J.Yonai and K.Takizawa:Axi−Vision Camera:a three−dimension camera,Proc.SPIE,Vol.3958,pp.61−70(2000))が有効である。
【0016】
ここで、3次元情報入力装置1の具体例を図6に示す。信号発生器61より照明変調信号62を出力し、照明駆動装置63に入力し、時間的に出力光強度が変化する近赤外光を照射する強度変調照明装置64を駆動する。また同様に信号発生器61より高速シャッタートリガー信号65を出力し、高速シャッター駆動装置66に入力し、高速シャッター67を動作させる。強度変調照明装置64から出力される近赤外光68をミラー69やダイクロイックミラー70などの光学系を用いて被写体71に照射する。被写体71からの反射光成分のうち可視光72はダイクロイックミラー70を通過しカラーカメラ73に入射し、カラー画像74を得る。また、ダイクロイックミラー70とミラー69で反射された被写体からの近赤外反射光は、距離検出用カメラ75に入射する。高速シャッターで短時間の反射光の取り込みを行い、CCD(Charge Coupled Device)カメラ76で像を撮影し、信号処理回路77で距離を算出する処理を行い、カメラから被写体までの距離の値を画像の明暗で表した距離画像78を得る。この装置を使用すれば、被写体全体の距離情報をビデオレート相当で高速に検出するとともに、画素単位で距離を求めることができるため、本発明の3次元情報入力装置として適している。
【0017】
一方、3次元情報入力装置で得られた被写体のカラー画像と距離画像より、奥行き標本化画像を作成する標本化画像生成装置2の構成の例を図7に示す。まず、チャンネル1(CH1)について説明する。画像切り出しの距離範囲に対応した画像輝度レベル範囲の上限閾値79と下限閾値80をメモリ81に入力する。これを複数のチャンネルCH1〜CHmにおいてそれぞれ予め設定する(各チャンネルは同じ構成である)。上限閾値と距離画像の輝度信号レベルを比較器82で比較すると共に、同時に下限閾値と距離画像の輝度信号レベルを比較器83で比較する。これを距離画像に対して各チャネルにおいて行い、切替スイッチ回路85において、各チャンネルの比較タイミングに同期した切替信号に応答して該当するチャンネルのゲート84の出力を選択して出力する。これにより、各チャンネルにおいて各々設定した上限閾値と下限閾値の範囲内に距離画像信号がある場合、ゲート84がON状態になって、その部分のカラー画像が出力され特定の奥行き距離の標本化画像を切替スイッチ回路85から出力することができる。
【0018】
図1において、前記標本化画像生成装置2から出力される各奥行き標本化画像を、時間とともに順次、透過型二次元画像表示装置3に表示する。透過型二次元画像表示装置3は、背面よりコヒーレント光4により照らされ、その光が強度変調した結果、表示画像が2次元の光画像として出力され、これを物体光5としてホログラム記録表示素子8へ入力する。
【0019】
この透過型二次元画像表示装置としては、たとえば、透過型の液晶表示装置が使用できる。一方、集光または拡散する光束をもつコヒーレント光6を参照光とする。その参照光6の光路の中には、ホログラム記録表示素子8と参照光の集光点13間の距離14を変化する光路長変化光学系7を配置している。
【0020】
奥行き標本化画像を順次、透過型二次元画像表示装置3に表示するとともに、それに同期して、ホログラム記録表示素子8と参照光の集光点13間の距離14を変化させながら干渉させ、ホログラム記録表示素子8に干渉縞を書き込む。このホログラム記録表示素子8に再生光9として光路長固定のコヒーレント光を入力し、変調した反射光10より立体像11を再生し、観察者12に提示する。
【0021】
ここで本発明の立体表示原理の説明を行う。図2は、参照光の集光位置13がホログラム記録表示素子8に近い場合(図2の(a))と、遠い場合(図2の(b))を示している。それぞれの場合に画像14,15を表示し、物体光5として、参照光6と干渉させ、ホログラム記録表示素子8に記録したとする。そのホログラム記録表示素子8に再生光9を入射して、当該ホログラム記録表示素子8より像を読み出すと、参照光の集光位置がホログラム記録表示素子に近い場合の再生像16と、参照光の集光位置がホログラム記録表示素子に遠い場合の再生像17とでは奥行き方向に再生される位置が異なる。同様に、参照光の発光点を順次ずらしながら、複数の画像をホログラム記録すると、再生される像は、順次奥行き方向に異なった位置に再生され、結果的に奥行き方向に体積的に表示された立体像となる。
【0022】
本発明の装置に使用するホログラム記録表示素子としての光書き込み型空間光変調素子の例を図3に示す。この光書き込み型空間光変調素子は、透明な基板18に付けた第1透明電極19と、この第1透明電極19に積層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化する光導電層20と、この光導電層20に積層される光吸収層21と、この光吸収層21に積層され、可視光スペクトルの全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラー22と、この誘電体多層膜ミラー22に積層される光変調層23と、この光変調層23に、透明基板24につけられた第2透明電極25を積層した構成をもち、前記第1透明電極19と第2透明電極25との間に印加された交流電圧によって駆動される。リード線26を介して駆動用交流電源27から交流電圧が印加されている状態で、図3の左側から光導電層20の光電効果を誘起する書き込み光28が入射すると、この書き込み光の強度に応じて光変調層23が駆動される一方、図3の右側から読み出し光29が照射されると書き込まれた光画像が表示光(反射光)として出射される。
【0023】
第1透明電極19および第2透明電極25は、共に、蒸着等の手法によって光導電層の一面または透明電極の一面に密着されたIn23:Snなどの薄膜であり、リード線を介して駆動用交流電源の各電圧出力端子に接続される。
【0024】
光導電層20は、光書き込み光の入射に対して電気的インピーダンスが大幅に減少するCdS,CdSe,Se,SeTe,GaAs,GaP,Bi12SiO20,Bi12GeO20,Si,アモルファスSe,アモルファスSeAsなどの材料によって構成される層である。
【0025】
光吸収層21は、CdTe膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、珪素と炭素とゲルマニウムとから実質的に構成されたアモルファス膜によって構成される群から選択された一つ以上の膜、あるいは無機顔料、有機顔料、カーボン、染料によって構成される群から選択された1つ以上の材料を樹脂中に分散させた樹脂複合体などで構成される。
【0026】
誘電体多層膜ミラー22は、SiO2膜、TiO2膜、HfO2膜、Ta25膜、ZnS膜、Al23膜、Na2AlF6膜、MgF2膜、LaF3膜、GdF3膜、SmF3膜、CeF3膜、ZrO2膜およびCeO2膜のいずれか、またはこの中から選択された2つ以上の膜を積層した多層膜によって構成される。
【0027】
また、光変調層23は、液晶であり、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶および強誘電性液晶のいずれかまたはこれらの液晶の混合液晶が用いられる。
【0028】
透明基板18および24はこの光書き込み型空間光変調素子の基板となる部分であり、透明度が高く、かつ平坦性にすぐれたガラスや、アクリル等の合成樹脂により形成されている。
【0029】
光書き込み型の空間光変調素子の動作を説明すると、この空間光変調素子を駆動する場合、第1透明電極19と第2透明電極25間に交流電圧が印加される。参照光と物体光でつくられた干渉縞は光導電層側から入射される。一方、読出し光は、光変調層側から入射され、光変調層23で位相変調を受け、誘電体多層膜ミラー22で反射され、位相型ホログラムとして読み出され表示される。
【0030】
このとき書き込み干渉縞が極めて弱いか、または入射しない場合には光変調層23よりも電気的インピーダンスが高い光導電層20側に、駆動電圧の大半が印加される。一方、十分な強度の書き込み光が入射した場合、光導電層20の電気的インピーダンスが低下するため、光導電層20に配分されていた電圧の一部が光変調層23に移る。このとき、液晶分子の配向が一度に電界方向にそろう。よって干渉縞を入力し、再生するとホログラム像が表示されることになる。
【0031】
本発明の装置に使用する参照光の光路長変調光学系の構成図を図4に示す。
【0032】
垂直または水平に偏光した、平行光以外の集光または拡散する光30を、電気的に偏波面を90°回転する偏光方向スイッチングセル31に入射する。このセルとしては透明電極間に挟まれた液晶をもちいて、液晶の電気複屈折効果や旋光効果を利用して偏波面を回転するものが使用できる。この偏光方向スイッチングセル31のあとに、偏光ビームスプリッタ(PBS)32を配置する。光がPBS32を透過する方向に第1の1/4波長板33と、第1ミラー34を配置するとともに、光がPBS32で反射される方向に第2の1/4波長板35と、第2ミラー36を配置する。第1ミラー34とPBS32の距離と、第2ミラー36とPBS32の距離の間に光路差37をつけて配置している。
【0033】
はじめに、偏光方向スイッチングセル31により、光の偏光方向が水平に制御された場合(図4の左側)、PBS32に入射する光は透過し、第1の1/4波長板33を透過し円偏光となり、第1ミラー34で反射し再び、第1の1/4波長板33を透過することで垂直偏光の光となり再びPBS32に入射し、90度反射し出力される。
【0034】
一方、偏光方向スイッチングセル31を透過した光の偏光方向が垂直に制御された場合(図3の右側)、について説明する。PBS32に入射する光は90度反射し、第2の1/4波長板35を透過し円偏光となり、第2ミラー36で反射し再び、第2の1/4波長板35を透過することで水平偏光の光となり再びPBS32に入射し、透過し出力される。
【0035】
このように、偏光方向スイッチングセルが動作することで、第1ミラー34とPBS32との間の距離と、第2ミラー36とPBS32との間の距離との差37の二倍に相当する光路長差38を変調することができる。
【0036】
前記光路長変調光学系が一段では2段階の光路長の切り替えが可能であるが、この光路長変調光学系を多段とすることでより多くの段階の切り替えが可能となる。たとえば、光路長変調光学系をN段とし、各光路長変調光学系の第1ミラーとPBSの距離と、第2ミラーとPBSの距離との差を異なる値とすることで、2のN乗の段数の変調が可能となる。
【0037】
<実験例>
図5に本発明のホログラムディスプレイの実験光学系を示す。
【0038】
実験光学系は大きく分けて、干渉縞を空間光変調素子(SLM:Spatial Light Modulator)39に入力する書き込み光学系40とSLM39より像を再生する読出し光学系41からなる。
【0039】
まず書き込み光学系について説明する。光源としては、SLM39の光導電層に感度があり、なおかつ可干渉距離が長い光を用いる。この実験では、SLM39の光導電層としてアモルファスシリコン膜を用いているため、He−Neレーザー42の波長632.8nmの光を使用している。レーザー42からの出力光は、波長板43を透過し、PBS44により参照光側への光45と物体光側への光46に二分配する。この分配の強度比は、波長板43により垂直と水平の偏光成分の割合を変えることで調整している。
【0040】
物体光側の光学系には、1/2波長板47により偏光方向を90度回転し、スペイシャルフィルタ48により波面を揃え、コリメートされた光を2次元画像表示装置に入射する。2次元画像表示装置としては液晶パネルを使用することで動画表示が期待できるが、本実験系では、まずOHPフィルム49に静止画像を表示したものを使用し、立体表示の原理を検証した。フイルム49からの物体光を焦点距離150mmのレンズ60でSLM39へ入射する。フイルム49とレンズ60の距離は150mm、レンズ60とSLM39の距離も同じく150mmとし、フーリエ変換ホログラムを書き込む配置とした。
【0041】
一方、参照光側の光学系では、光45は、スペイシャルフィルタ50を透過後、光路長変調光学系51へ入射される。光路長変調光学系51は、偏光スイッチング素子としてツイステッドネマティック液晶セル52を用いている。図4の光路長変調光学素子を4段重ねた構造とした。これにより16段階の光路長変化を7mm間隔で行った。
【0042】
SLM39は光導電層にアモルファスシリコン膜を使用し、その厚みは1μmとし、また、光変調層はホモジニアス配向のネマティック液晶を使用し、厚み1.5μm、有効面積80×100mmのものを作製した。解像度を向上させるためにはSLMを構成する各層の厚みは薄いことが必要である。ここでは、書き込み光の波長として光導電層の感度が高いものを使用し、読み出し光の波長として感度が低いものを使用し、光吸収層をもたない構造とした。また、液晶を光導電層の上に積層し、液晶と光導電層の界面での反射で変調光を読み出す構造とし、誘電体多層膜ミラー層を省いた。このSLM39の解像度は回折効率0.1%において115[lp/mm]である。
【0043】
読出し光学系では波長532nmのレーザー53を使用し、SLM39に入射し、反射で像を読み出す。焦点距離300mmのレンズ54で像を形成し、0次光をアパーチャーストップ55でカットし再生像を観察する。一辺2mmの正方形を入力画像とし、ホログラム像を表示した結果、再生像の大きさが4×4mm、像全体の奥行き距離は72mm、視域角11.6°の立体像が表示された。
【0044】
【発明の効果】
本発明により、次のような特長を持つホログラムディスプレイが実現できる。
(1)従来の視差画像による立体表示装置に生じる視覚疲労を伴わない、自然な立体視が可能である。
(2)実写映像の被写体でも、ホログラム立体表示できる。
(3)特殊なメガネが不要である。
(4)水平方向と垂直方向の両方の立体視が可能である。
(5)本立体表示に必要な情報は、二次元カラー画像と奥行き距離情報であるため、これらの情報によって被写体より動画撮像が可能である。また、情報量が少ないため、伝送が容易で、立体TVシステムヘの応用が可能性である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による立体表示装置の実施形態を示す構成図である。
【図2】本発明による立体表示原理の説明図である。
【図3】本発明によるホログラム記録表示素子の例を示す図である。
【図4】本発明に使用する光路長変調光学系の例を示す図である。
【図5】本発明によるホログラムディスプレイの実験系を示す図である。
【図6】3次元情報入力装置の具体例を示す図である。
【図7】標本化画像生成装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
1 3次元情報入力装置
2 標本化画像生成装置
3 透過型二次元画像表示装置
4,6 コヒーレント光
5 物体光
7 光路長変調光学系
8 ホログラム記録表示素子
9 再生光
10 反射光
11 立体像
12 観察者
13 参照光の集光位置
14,15 画像
16,17 再生像
18,24 透明な基板
19,25 透明電極
20 光導電層
21 光吸収層
22 誘電体多層膜ミラー
23 光変調層
26 リード線
27 駆動用交流電源
28 書き込み光
29 読み出し光
30 集光または拡散する光
31 偏光スイッチングセル
32 偏光ビームスプリッター(PBS)
33 第1の1/4波長板
34 第1ミラー
35 第2の1/4波長板
36 第2ミラー
37 距離の差
38 光路長差
39 SLM
40 書き込み光学系
41 読み出し光学系
42 レーザー
43 波長板
44 PBS
45 参照光側の光
46 物体光側の光
47 1/2波長板
48,50 スペイシャルフィルター
49 フイルム
51 光路長変調光学系
52 ツイステッドネマティツク液晶セル
53 レーザー
54 レンズ
55 アパーチャーストップ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hologram display which can display a hologram moving image three-dimensional image which does not require observation glasses and has little visual fatigue.
[0002]
[Prior art]
Many methods have been proposed for conventional stereoscopic display. Among these, as a general stereoscopic display method, there is a binocular stereoscopic display. This method has the feature that 3D display can be easily performed with a relatively small amount of information, but visual fatigue due to the difference between the eye convergence distance and the focus adjustment distance is a problem when viewing 3D images. .
[0003]
Hologram display, which is a method for reproducing a stereoscopic image in space, is effective for displaying a stereoscopic image with little visual fatigue. As a conventional hologram moving image display method, there is a method using an acousto-optic element (AOM). The computer calculates image information when an object having a simple structure is moved, and inputs the image information as a video signal to the AOM for driving. Light is incident on the beam, and the beam is diffracted to generate a horizontal image signal. The vertical direction is scanned while vibrating a galvanometer mirror, and an image is synthesized and displayed. Although color display is possible, an arithmetic processing device with extremely high processing capability is required, the display object has a simple shape, the image size is small, and a real image cannot be stereoscopically displayed.
[0004]
As another hologram display method, there is a method using an electrically driven liquid crystal panel. With the advancement of high-definition liquid crystal display manufacturing technology, it has become possible to display interference fringes and diffract light to display holograms, but it is extremely difficult to display fine interference fringes corresponding to the wavelength of light. is there. In addition, since the display is performed mainly based on data calculated by a computer, a three-dimensional display of a live-action image cannot be performed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the problems with the prior art are that a 3D video display of live-action images cannot be performed, and a high-resolution hologram display device necessary for expressing interference fringes cannot be used. This is something that cannot be expected.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a hologram display in which the above problems are solved.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problems of the conventional methods described above, the present invention proposes a hologram display to which a new hologram display method is applied. First, in the present invention, a light writing type spatial light modulation element having a higher resolution characteristic than an electrically driven spatial light modulation element that is widely used as a liquid crystal TV (television) is used. In addition, based on the depth distance information of the display object so that a real subject can be stereoscopically displayed, a depth sampled image, which is an image sampled for each depth, is created, and these images are displayed in a holographic manner. By introducing a high-definition hologram display device, a bright and large display image is possible, and a 3D image is reconstructed from the subject's color image and depth distance information. Display is also possible.
[0008]
According to a first aspect of the present invention, a depth sampled image generation apparatus that generates a depth sampled image that is an image of each depth position of the object based on color information and depth distance information of the object to be displayed, and the depth sample Synchronized with a transmission type two-dimensional image display device for sequentially displaying each depth sampled image from the sampled image generation device, and a display switching of a plurality of depth sampled images displayed sequentially on the transmission type two-dimensional image display device An optical path length modulation optical system for electrically changing the optical path length of coherent reference light having a condensed or diffusing light beam, and a two-dimensional image obtained by coherent light incident on the transmission type two-dimensional image display device. An interference optical system that generates an interference fringe between the object light that has been intensity-modulated and the reference light from the optical path length modulation optical system, and the interference fringe generated by the interference optical system on one surface At the same time, an image read out on the other surface in response to the interference fringes is reproduced by the reflected light of the coherent reproduction light input to the other surface, and an image that is volumetrically displayed in the depth direction is realized. The optical path length modulation optical system can be switched between horizontal polarization and vertical polarization by electrical control of the polarization direction of coherent light polarized vertically or horizontally. A polarization switching element, a polarization beam splitter disposed after the polarization switching element, and an output direction of light transmitted through the polarization switching element and the polarization beam splitter. 1 and a first mirror disposed behind the first quarter-wave plate, and the polarization switch A second quarter-wave plate having a fast axis of about 45 degrees with respect to the incident polarized light is disposed in the output direction of the light transmitted through the element and reflected from the polarizing beam splitter, and the second quarter-wave plate And a polarization mirror that has a second mirror disposed behind the polarization mirror, and a distance between the polarization beam splitter and the first mirror is different from a distance between the polarization beam splitter and the second mirror. The optical path length corresponding to twice the difference between the distance between the first mirror and the polarizing beam splitter and the distance between the second mirror and the polarizing beam splitter is changed by switching the polarization direction of the light. The optical path length modulation optical system includes N (natural number) optical systems, and has an optical system that changes the optical path length of 2 N stages.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the hologram recording display element includes a first transparent electrode, a photoconductive layer that is stacked on the first transparent electrode, and whose impedance changes according to the intensity of incident light. A light absorption layer laminated on the photoconductive layer, a dielectric multilayer mirror laminated on the light absorption layer and reflecting all or part of the visible light spectrum, and laminated on the dielectric multilayer mirror. An optical writing type spatial light comprising a light modulation layer and a second transparent electrode laminated on the light modulation layer and driven by an alternating voltage applied between the first transparent electrode and the second transparent electrode It is a modulation element.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the light modulation layer is formed of any one of a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, or a mixed liquid crystal of these liquid crystals.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a hologram display according to the present invention.
[0014]
This apparatus includes a three-dimensional information input apparatus 1 including a camera that detects a distance to a subject together with a color image of the subject, and a device that generates a color and a distance of an object to be displayed by calculation. In addition, a sampled image generation device 2 that can generate a depth sampled image that is a color image for each depth distance from the information of the color and distance of the display object output from the three-dimensional information input device 1 is provided. Yes.
[0015]
As an example of the three-dimensional information input device 1 used in the present invention, there is one having a conventional TV camera and a device (range finder) for measuring a distance to a subject. As the range finder, an apparatus using a distance detection method such as a triangulation method, a light time-of-flight measurement method, a moire method, a focusing method, or an optical interference method can be applied. As a characteristic required for the distance detection function, it is possible to detect a moving subject at a sufficiently high speed so that it can be detected, and further, it is possible to detect distance information of the entire subject with a fineness corresponding to a TV image. As a three-dimensional information input device that realizes these, a three-dimensional camera that combines intensity-modulated illumination light and a short-time imaging system (examples of this three-dimensional camera are described in the following documents:
1. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-121339 “Solid Information Detection Method and Apparatus”
2. Hebei, Iizuka, Kikuchi, Fujikake, Yoneuchi, Iwata: A method of three-dimensional imaging using a combination of high-speed shutter and modulated illumination, IEICE Technical Report, EID 98-51, pp. 19-24 (1998)
3. Hebei, Iizuka, Iwata, Kikuchi, Fujikake, Yoneuchi, Takizawa: Development of three-dimensional imaging device Axi-Vision Camera, three-dimensional image conference '99, 6-1, pp. 151-156 (1999)
4). M.M. Kawakita, K .; Iizuka, T .; Aida, H.M. Kikuchi, H.K. Fujikake, J. et al. Yonai and K. Takizawa: Axi-Vision Camera (Real-Time Distance-Mapping Camera), Applied Optics, Vol. 39. pp3931-3939 (2000)
5. M.M. Kawakita, K .; Iizuka, T .; Aida, H.M. Kikuchi, H.K. Fujikake, J. et al. Yonai and K. Takizawa: Axi-Vision Camera: a three-dimension camera, Proc. SPIE, Vol. 3958, pp. 61-70 (2000)) is effective.
[0016]
A specific example of the three-dimensional information input apparatus 1 is shown in FIG. An illumination modulation signal 62 is output from the signal generator 61 and input to the illumination driving device 63, and an intensity modulation illumination device 64 that emits near-infrared light whose output light intensity changes with time is driven. Similarly, a high-speed shutter trigger signal 65 is output from the signal generator 61 and input to the high-speed shutter driving device 66 to operate the high-speed shutter 67. Near-infrared light 68 output from the intensity-modulated illumination device 64 is irradiated onto the subject 71 using an optical system such as a mirror 69 or a dichroic mirror 70. Of the reflected light component from the subject 71, the visible light 72 passes through the dichroic mirror 70 and enters the color camera 73 to obtain a color image 74. Further, near-infrared reflected light from the subject reflected by the dichroic mirror 70 and the mirror 69 enters the distance detection camera 75. A high-speed shutter captures reflected light for a short time, captures an image with a CCD (Charge Coupled Device) camera 76, calculates a distance with a signal processing circuit 77, and calculates a distance value from the camera to the subject. A distance image 78 expressed in the light and dark is obtained. If this apparatus is used, the distance information of the entire subject can be detected at a high speed equivalent to the video rate, and the distance can be obtained in units of pixels, which is suitable as the three-dimensional information input apparatus of the present invention.
[0017]
On the other hand, FIG. 7 shows an example of the configuration of the sampled image generation apparatus 2 that creates a depth sampled image from the color image and distance image of the subject obtained by the three-dimensional information input apparatus. First, channel 1 (CH1) will be described. An upper limit threshold value 79 and a lower limit threshold value 80 of the image luminance level range corresponding to the image cutout distance range are input to the memory 81. This is preset in each of the plurality of channels CH1 to CHm (each channel has the same configuration). The upper limit threshold value and the luminance signal level of the distance image are compared by the comparator 82, and at the same time, the lower limit threshold value and the luminance signal level of the distance image are compared by the comparator 83. This is performed in each channel for the distance image, and the selector switch circuit 85 selects and outputs the output of the gate 84 of the corresponding channel in response to the switching signal synchronized with the comparison timing of each channel. As a result, when there is a distance image signal within the range of the upper and lower thresholds set for each channel, the gate 84 is turned on, and a color image of that portion is output, and a sampled image with a specific depth distance is output. Can be output from the changeover switch circuit 85.
[0018]
In FIG. 1, each depth sampled image output from the sampled image generation device 2 is sequentially displayed on the transmission type two-dimensional image display device 3 with time. The transmissive two-dimensional image display device 3 is illuminated by the coherent light 4 from the back, and the intensity of the light is modulated. As a result, the display image is output as a two-dimensional light image. Enter.
[0019]
As this transmissive two-dimensional image display device, for example, a transmissive liquid crystal display device can be used. On the other hand, the coherent light 6 having a condensed or diffused light beam is used as the reference light. In the optical path of the reference light 6, an optical path length changing optical system 7 that changes the distance 14 between the hologram recording display element 8 and the condensing point 13 of the reference light is disposed.
[0020]
The depth sampled images are sequentially displayed on the transmission type two-dimensional image display device 3, and in synchronization therewith, the distance 14 between the hologram recording display element 8 and the condensing point 13 of the reference light is changed while interfering, and the hologram Interference fringes are written on the recording display element 8. Coherent light having a fixed optical path length is input to the hologram recording display element 8 as reproduction light 9, and a three-dimensional image 11 is reproduced from the modulated reflected light 10 and presented to the observer 12.
[0021]
Here, the 3D display principle of the present invention will be described. FIG. 2 shows a case where the condensing position 13 of the reference light is close to the hologram recording display element 8 ((a) in FIG. 2) and a case where it is far ((b) in FIG. 2). It is assumed that images 14 and 15 are displayed in each case, and the object light 5 is interfered with the reference light 6 and recorded on the hologram recording display element 8. When the reproduction light 9 is incident on the hologram recording display element 8 and an image is read out from the hologram recording display element 8, the reproduction image 16 in the case where the condensing position of the reference light is close to the hologram recording display element and the reference light The position reproduced in the depth direction differs from the reproduced image 17 when the condensing position is far from the hologram recording display element. Similarly, when a plurality of images are recorded on a hologram while sequentially shifting the emission point of the reference light, the reproduced images are sequentially reproduced at different positions in the depth direction, and as a result, displayed in a volumetric manner in the depth direction. It becomes a three-dimensional image.
[0022]
FIG. 3 shows an example of a light writing type spatial light modulation element as a hologram recording display element used in the apparatus of the present invention. This optical writing type spatial light modulation element includes a first transparent electrode 19 attached to a transparent substrate 18 and a photoconductive layer 20 which is laminated on the first transparent electrode 19 and whose impedance changes according to the intensity of incident light. A light absorption layer 21 laminated on the photoconductive layer 20, a dielectric multilayer film mirror 22 laminated on the light absorption layer 21 and reflecting all or part of the visible light spectrum, and the dielectric multilayer film The light modulation layer 23 is laminated on the mirror 22, and the light modulation layer 23 is laminated with the second transparent electrode 25 attached to the transparent substrate 24. The first transparent electrode 19, the second transparent electrode 25, It is driven by the AC voltage applied during When writing light 28 that induces the photoelectric effect of the photoconductive layer 20 is incident from the left side of FIG. 3 in a state where an AC voltage is applied from the driving AC power supply 27 via the lead wire 26, the intensity of the writing light is increased. The light modulation layer 23 is driven accordingly, and when the reading light 29 is irradiated from the right side of FIG. 3, the written light image is emitted as display light (reflected light).
[0023]
Both the first transparent electrode 19 and the second transparent electrode 25 are thin films such as In 2 O 3 : Sn that are in close contact with one surface of the photoconductive layer or one surface of the transparent electrode by a technique such as vapor deposition. Connected to each voltage output terminal of the driving AC power supply.
[0024]
The photoconductive layer 20 has CdS, CdSe, Se, SeTe, GaAs, GaP, Bi 12 SiO 20 , Bi 12 GeO 20 , Si, amorphous Se, and amorphous whose electrical impedance is greatly reduced with respect to the incidence of optical writing light. It is a layer composed of a material such as SeAs.
[0025]
The light absorbing layer 21 is a CdTe film, a diamond-like carbon film, one or more films selected from the group consisting of amorphous films substantially composed of silicon, carbon, and germanium, or inorganic pigments, organic pigments And a resin composite in which one or more materials selected from the group consisting of carbon and dye are dispersed in a resin.
[0026]
The dielectric multilayer mirror 22 includes an SiO 2 film, a TiO 2 film, an HfO 2 film, a Ta 2 O 5 film, a ZnS film, an Al 2 O 3 film, an Na 2 AlF 6 film, an MgF 2 film, an LaF 3 film, and a GdF. One of the three films, the SmF 3 film, the CeF 3 film, the ZrO 2 film, and the CeO 2 film, or a multilayer film in which two or more films selected from these films are stacked.
[0027]
The light modulation layer 23 is a liquid crystal, and one of a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, or a mixed liquid crystal of these liquid crystals is used.
[0028]
The transparent substrates 18 and 24 are portions that serve as substrates of the optical writing type spatial light modulation element, and are made of a highly transparent and excellent flatness glass or a synthetic resin such as acrylic.
[0029]
The operation of the optical writing type spatial light modulation element will be described. When this spatial light modulation element is driven, an AC voltage is applied between the first transparent electrode 19 and the second transparent electrode 25. Interference fringes created by reference light and object light are incident from the photoconductive layer side. On the other hand, the reading light is incident from the light modulation layer side, undergoes phase modulation by the light modulation layer 23, is reflected by the dielectric multilayer mirror 22, and is read and displayed as a phase hologram.
[0030]
At this time, when the writing interference fringes are extremely weak or not incident, most of the drive voltage is applied to the photoconductive layer 20 side having a higher electrical impedance than the light modulation layer 23. On the other hand, when writing light having a sufficient intensity is incident, the electrical impedance of the photoconductive layer 20 decreases, and a part of the voltage distributed to the photoconductive layer 20 moves to the light modulation layer 23. At this time, the alignment of the liquid crystal molecules is aligned with the electric field direction at once. Therefore, when an interference fringe is input and reproduced, a hologram image is displayed.
[0031]
FIG. 4 shows a configuration diagram of an optical path length modulation optical system for reference light used in the apparatus of the present invention.
[0032]
Light 30 that is vertically or horizontally polarized and is condensed or diffused other than parallel light is incident on a polarization direction switching cell 31 that electrically rotates the plane of polarization by 90 °. As this cell, a liquid crystal sandwiched between transparent electrodes and rotating the plane of polarization using the electric birefringence effect and the optical rotation effect of the liquid crystal can be used. A polarization beam splitter (PBS) 32 is disposed after the polarization direction switching cell 31. The first quarter-wave plate 33 and the first mirror 34 are disposed in the direction in which the light is transmitted through the PBS 32, and the second quarter-wave plate 35 is disposed in the direction in which the light is reflected by the PBS 32. A mirror 36 is arranged. An optical path difference 37 is provided between the distance between the first mirror 34 and the PBS 32 and the distance between the second mirror 36 and the PBS 32.
[0033]
First, when the polarization direction of light is controlled horizontally by the polarization direction switching cell 31 (left side in FIG. 4), the light incident on the PBS 32 is transmitted and transmitted through the first quarter-wave plate 33 to be circularly polarized. Then, the light is reflected by the first mirror 34 and again passes through the first quarter-wave plate 33 to become vertically polarized light, which is incident on the PBS 32 again, reflected by 90 degrees, and output.
[0034]
On the other hand, the case where the polarization direction of the light transmitted through the polarization direction switching cell 31 is controlled to be vertical (right side in FIG. 3) will be described. The light incident on the PBS 32 is reflected by 90 degrees, passes through the second quarter-wave plate 35 and becomes circularly polarized light, is reflected by the second mirror 36, and passes through the second quarter-wave plate 35 again. The light becomes horizontally polarized light, and is incident on the PBS 32 again and transmitted.
[0035]
As described above, when the polarization direction switching cell operates, the optical path length corresponding to twice the difference 37 between the distance between the first mirror 34 and the PBS 32 and the distance between the second mirror 36 and the PBS 32. The difference 38 can be modulated.
[0036]
If the optical path length modulation optical system is a single stage, the optical path length can be switched in two stages. However, the optical path length modulation optical system can be switched in more stages by providing multiple stages. For example, the optical path length modulation optical system is made up of N stages, and the difference between the distance between the first mirror and the PBS and the distance between the second mirror and the PBS in each optical path length modulation optical system is set to a different value. The number of stages can be modulated.
[0037]
<Experimental example>
FIG. 5 shows an experimental optical system of the hologram display of the present invention.
[0038]
The experimental optical system is roughly divided into a writing optical system 40 for inputting interference fringes to a spatial light modulator (SLM) 39 and a reading optical system 41 for reproducing an image from the SLM 39.
[0039]
First, the writing optical system will be described. As the light source, light having a sensitivity in the photoconductive layer of the SLM 39 and having a long coherence distance is used. In this experiment, since an amorphous silicon film is used as the photoconductive layer of the SLM 39, light having a wavelength of 632.8 nm of the He—Ne laser 42 is used. The output light from the laser 42 passes through the wave plate 43 and is split into two parts by the PBS 44 into light 45 toward the reference light and light 46 toward the object light. The intensity ratio of the distribution is adjusted by changing the ratio of the vertical and horizontal polarization components by the wave plate 43.
[0040]
In the optical system on the object light side, the polarization direction is rotated 90 degrees by the half-wave plate 47, the wavefront is aligned by the spatial filter 48, and collimated light is incident on the two-dimensional image display device. Although a moving image display can be expected by using a liquid crystal panel as a two-dimensional image display device, in this experimental system, first, a still image displayed on an OHP film 49 was used to verify the principle of stereoscopic display. The object light from the film 49 is incident on the SLM 39 through the lens 60 having a focal length of 150 mm. The distance between the film 49 and the lens 60 is 150 mm, the distance between the lens 60 and the SLM 39 is also 150 mm, and the Fourier transform hologram is written.
[0041]
On the other hand, in the optical system on the reference light side, the light 45 enters the optical path length modulation optical system 51 after passing through the spatial filter 50. The optical path length modulation optical system 51 uses a twisted nematic liquid crystal cell 52 as a polarization switching element. The optical path length modulation optical element shown in FIG. Thus, the optical path length was changed in 16 steps at intervals of 7 mm.
[0042]
The SLM 39 uses an amorphous silicon film as a photoconductive layer, has a thickness of 1 μm, and uses a homogeneous alignment nematic liquid crystal as a light modulation layer, and has a thickness of 1.5 μm and an effective area of 80 × 100 mm. In order to improve the resolution, the thickness of each layer constituting the SLM needs to be thin. Here, the wavelength of the writing light used is a photoconductive layer with a high sensitivity, the reading light has a low sensitivity, and the light absorbing layer is not provided. Further, the liquid crystal is laminated on the photoconductive layer, and the modulated light is read out by reflection at the interface between the liquid crystal and the photoconductive layer, and the dielectric multilayer mirror layer is omitted. The resolution of the SLM 39 is 115 [lp / mm] at a diffraction efficiency of 0.1%.
[0043]
The readout optical system uses a laser 53 having a wavelength of 532 nm, enters the SLM 39, and reads the image by reflection. An image is formed with a lens 54 having a focal length of 300 mm, and zero-order light is cut with an aperture stop 55 to observe a reproduced image. As a result of displaying a hologram image with a square with a side of 2 mm as an input image, a three-dimensional image with a reproduction image size of 4 × 4 mm, a depth distance of the entire image of 72 mm, and a viewing zone angle of 11.6 ° was displayed.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, a hologram display having the following features can be realized.
(1) Natural stereoscopic vision without visual fatigue that occurs in a stereoscopic display device using conventional parallax images is possible.
(2) A three-dimensional hologram display can be performed even on a subject of a live-action image.
(3) No special glasses are required.
(4) Stereoscopic viewing in both the horizontal and vertical directions is possible.
(5) Since the information necessary for the stereoscopic display is a two-dimensional color image and depth distance information, a moving image can be captured from the subject using these information. Moreover, since the amount of information is small, transmission is easy, and application to a stereoscopic TV system is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a stereoscopic display device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a stereoscopic display principle according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a hologram recording display element according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of an optical path length modulation optical system used in the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an experimental system of a hologram display according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a specific example of a three-dimensional information input device.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a sampled image generation apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D information input device 2 Sampling image generation device 3 Transmission type 2D image display device 4, 6 Coherent light 5 Object light 7 Optical path length modulation optical system 8 Hologram recording display element 9 Reproduction light 10 Reflected light 11 Stereo image 12 Observation 13 Reference light condensing position 14, 15 Image 16, 17 Reconstructed image 18, 24 Transparent substrate 19, 25 Transparent electrode 20 Photoconductive layer 21 Light absorbing layer 22 Dielectric multilayer mirror 23 Light modulation layer 26 Lead wire 27 Driving AC power supply 28 Writing light 29 Reading light 30 Condensing or diffusing light 31 Polarization switching cell 32 Polarizing beam splitter (PBS)
33 First quarter-wave plate 34 First mirror 35 Second quarter-wave plate 36 Second mirror 37 Distance difference 38 Optical path length difference 39 SLM
40 Writing optical system 41 Reading optical system 42 Laser 43 Wave plate 44 PBS
45 Reference light side light 46 Object light side light 47 Half-wave plate 48, 50 Spatial filter 49 Film 51 Optical path length modulation optical system 52 Twisted nematic liquid crystal cell 53 Laser 54 Lens 55 Aperture stop

Claims (3)

表示する物体のカラー情報と奥行き距離情報とに基づいて、
当該物体の各奥行き位置の画像である奥行き標本化画像を生成する奥行き標本化画像生成装置と、
前記奥行き標本化画像生成装置からの各奥行き標本化画像を順次表示するための透過型二次元画像表示装置と、
前記透過型二次元画像表示装置に順次表示する複数の奥行き標本化画像の表示切り替えに同期して、集光または拡散する光束をもつコヒーレントな参照光の光路長を電気的に変化させる光路長変調光学系と、
前記透過型二次元画像表示装置に入射されたコヒーレント光によって得られた2次元的に強度変調された物体光と前記光路長変調光学系からの参照光との間の干渉縞を生成する干渉光学系と、
前記干渉光学系によって生成された干渉縞を一方の面に書き込み、同時に前記干渉縞に応答して他方の面に読み出された像を当該他方の面に入力したコヒーレント再生光の反射光によって再生して奥行き方向に体積的に立体表示される像を実時間で形成する書き換え可能なホログラム記録表示素子とを具え、
前記光路長変調光学系は、垂直または水平に偏光したコヒーレント光の偏光方向を電気的制御により水平偏光と垂直偏光との間で切替可能な偏光スイッチング素子と、前記偏光スイッチング素子の後に配置した偏光ビームスプリッタと、前記偏光スイッチング素子および前記偏光ビームスプリッタを透過した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約45度の第1の1/4波長板が配置され、前記第1の1/4波長板の後ろに配置した第1ミラーを有するとともに、前記偏光スイッチング素子を透過し前記偏光ビームスプリッタを反射した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約45度の第2の1/4波長板が配置され、前記第2の1/4波長板の後ろに配置した第2ミラーを有するとともに、前記偏光ビームスプリッタと前記第1ミラーとの間の距離と、前記偏光ビームスプリッタと前記第2ミラーとの間の距離とが異なり、前記偏光スイッチング素子の光の偏光方向切り替えにより、前記第1ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離と、前記第2ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離の差の2倍に相当する光路長が変化し
前記光路長変調光学系をN(自然数)個使用することで、2のN乗通りの段階の光路長を変化する光学系を有することを特徴とするホログラムディスプレイ。
Based on the color information and depth distance information of the object to be displayed,
A depth sampled image generation device that generates a depth sampled image that is an image of each depth position of the object;
A transmissive two-dimensional image display device for sequentially displaying each depth sampled image from the depth sampled image generation device;
Optical path length modulation that electrically changes the optical path length of coherent reference light having a condensed or diffused light beam in synchronization with display switching of a plurality of depth sampled images that are sequentially displayed on the transmission type two-dimensional image display device Optical system,
Interferometric optics for generating interference fringes between two-dimensional intensity-modulated object light obtained by coherent light incident on the transmission type two-dimensional image display device and reference light from the optical path length modulation optical system The system,
The interference fringes generated by the interference optical system are written on one surface, and at the same time, the image read out on the other surface in response to the interference fringes is reproduced by the reflected light of the coherent reproduction light input to the other surface. And a rewritable hologram recording display element that forms in real time an image that is volumetrically displayed in the depth direction,
The optical path length modulation optical system includes a polarization switching element capable of switching a polarization direction of vertically or horizontally polarized coherent light between horizontal polarization and vertical polarization by electrical control, and a polarization disposed after the polarization switching element. A first quarter-wave plate having a fast axis of about 45 degrees with respect to incident polarized light is arranged in the output direction of the light transmitted through the beam splitter and the polarization switching element and the polarization beam splitter, and the first A first mirror disposed behind the quarter-wave plate and having a fast axis of about 45 degrees with respect to the incident polarized light in the output direction of the light transmitted through the polarization switching element and reflected by the polarization beam splitter; And a second mirror disposed behind the second quarter-wave plate, and the polarization beam splitter and the first mirror. The distance between the over, the different distance between the polarizing beam splitter and the second mirror, the polarization direction switching of the light of the polarization switching element, between the first mirror and the polarization beam splitter the distance, the optical path length corresponding to twice the difference in distance between the second mirror and the polarization beam splitter is changed,
A hologram display comprising an optical system that changes the optical path length of 2 N stages by using N (natural number) optical path length modulation optical systems.
請求項1において、
前記ホログラム記録表示素子は、第1透明電極と、前記第1透明電極に積層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化する光導電層と、前記光導電層に積層された光吸収層と、前記光吸収層に積層され、可視光スペクトルの全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラーと、前記誘電体多層膜ミラーに積層された光変調層と、前記光変調層に積層された第2透明電極とを備え、前記第1透明電極と前記第2透明電極との間に印加された交流電圧によって駆動される光書き込み型空間光変調素子であることを特徴とするホログラムディスプレイ。
In claim 1,
The hologram recording display element includes a first transparent electrode, a photoconductive layer laminated on the first transparent electrode, the impedance of which varies according to the intensity of incident light, and a light absorption layer laminated on the photoconductive layer. And a dielectric multilayer mirror that is laminated on the light absorption layer and reflects all or part of the visible light spectrum, a light modulation layer that is laminated on the dielectric multilayer mirror, and a laminate on the light modulation layer. A hologram display comprising: a second transparent electrode; and a light writing type spatial light modulation element driven by an alternating voltage applied between the first transparent electrode and the second transparent electrode.
請求項2において、
前記光変調層は、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶および強誘電性液晶のいずれか、またはこれら液晶の混合液晶からなることを特徴とするホログラムディスプレイ。
In claim 2,
The holographic display, wherein the light modulation layer is made of any one of a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal and a ferroelectric liquid crystal, or a mixed liquid crystal of these liquid crystals.
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