JP5332032B2

JP5332032B2 - ホログラム表示装置

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Publication number: JP5332032B2
Application number: JP2008169663A
Authority: JP
Inventors: 康博高木
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION TOKYO UNIVERSITY OF AGRICULUTURE & TECHNOLOGY
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP2010008822A

Description

本発明は、大画面化と広視域角化を同時に可能とするホログラム表示技術に関し、具体的には、アナモルフィック光学系を用いて空間光変調器の出力を垂直方向に拡大するとともに水平方向に縮小した縦長の変調光を水平方向に走査することで、水平画素ピッチを小さくして水平視域角を拡大できるとともに、ホログラム画像の大画面化を可能とするホログラム表示装置に関する。

ホログラム表示技術として、空間光変調器（ＳＬＭ）を用いて干渉縞を表示する技術、音響光学素子（ＡＯＭ）を用いてホログラム走査線の分布を進行超音波として流してレーザ光を変調する技術、高フレームレートディスプレイと光書き込み型空間光変調器（ＯＡＳＬＭ）を用いた技術が知られている。
たとえば、図５に示すホログラム表示装置７では、ＳＬＭ７１に光の波長オーダの干渉縞Ｉを表示し、この干渉縞Ｉに、レーザ光ＬＢを照射することで、再生波Ｘを発生させ、観察者の眼Ｅに、理論上、立体像を再現することができる。ＳＬＭ７１は、入射した光に空間的な変調を与える光学装置であり、光の振幅、位相、あるいはその両方を電気的入力情報Ａにより任意にコントロールすることができる。

しかし、実際には、光の波長オーダ（１μｍオーダ）の分解能（画素ピッチ）を有するＳＬＭ７１は存在せず、したがって、実用できるホログラム表示装置は提供されていない。ＳＬＭ７１としては液晶表示パネルが有名であるが、液晶層の厚さが少なくても３μｍ程度は必要であり、これより小さな画素ピッチを実現することは原理的に困難である。

また、従来の二次元ディスプレイでは、画面サイズを拡大したい場合には、画素ピッチを拡大すればよいが、ホログラム表示装置では、干渉縞Ｉを利用しているが故に、画面サイズを大きくするために、ＳＬＭ７１の画素ピッチを拡大するといった手法を採用できない。このため、ＳＬＭ７１には膨大な画素数が必要になる。たとえば、フレネル型ホログラム表示を行う図５のホログラム表示装置では、ＳＬＭ７１の画素ピッチが立体像の視域角を決め、画素数が画面サイズを決めるが、画素ピッチをｐ、画素数をＮ×Ｍ、レーザ光の波長をλとすると、視域角は２ｓｉｎ^-1（λ／２ｐ）であり、画面サイズはＮｐ×Ｍｐとなる。たとえば、視域角が３０°で画面サイズが２０インチのホログラム画像の表示を実現するためには、画素ピッチが０．９７μｍで画素数が４２１，０００×３１６，０００の超高精細で莫大な画素数を有するＳＬＭ７１が必要になる。現実にはこのようなＳＬＭを作製することはできない。

また、たとえば音響光学素子（ＡＯＭ）により、光の波長オーダの回折格子を形成し、この回折格子に、レーザ光を照射することで、ホログラム画像を再現することもできる。ＡＯＭは、入射した光を振幅変調あるいは位相変調する光学装置であり、光の振幅あるいは位相を電気的入力情報により、任意にコントロールすることができる。ＡＯＭを用いたホログラフィでは、垂直視差を放棄することで、垂直方向の画素ピッチおよび画素数を、通常の二次元表示ディスプレイと同じにすることができる。このように垂直視差を放棄し水平視差のみをもつホログラムはＨＰＯ（ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＰａｒａｌｌａｘＯｎｌｙ）ホログラムと称される。具体的には、水平走査線を１次元ホログラム（ここでは、これをホログラム走査線と呼ぶ）とし、これらを垂直方向に並べてホログラム画像を表示する。

具体的には、図６に示すホログラム表示装置８では、ＡＯＭ８１にホログラム走査線の分布を進行超音波として流してレーザ光ＬＢを変調し、ポリゴンミラー８３で高速に水平走査してホログラム走査線を表示するとともに、ガルバノミラー８２で垂直方向に走査することで、レンズ８４を介して、スクリーン８５上に垂直方向に並ぶホログラム走査線を発生させる。この方法は、ＳＬＭによる干渉縞の表示とは、異なる方法でホログラム画像を表示する点に特徴があり、空間走査により、画素数を増やしていると考えることができる。

さらに、アクティブ・タイリングと呼ばれる表示手法も提案されている。図７に示すホログラム表示装置９では、多重結像系により、高フレームレートディスプレイ（ＳＬＭ９１）の縮小画像を、レンズ９２とレンズアレイ９３を介して光導電体と液晶からなる光書込み型空間光変調器ＯＡＳＬＭ９５上に複数発生させ、対応するシャッタアレイ９４で縮小画像を選択して光書込み型空間光変調器ＯＡＳＬＭ９５に記録する。高速に表示画像を切り替えながらシャッタを開閉することで、小さな画素ピッチと膨大な画素数を実現できる。この方法の特徴は、時間多重化により画素数を増やしている点にある。

図５のホログラム表示装置７では、可動部分がなく構造が簡単であるが、波長オーダの画素ピッチと莫大な画素数を有するＳＬＭは実際には存在しない。
また、図６のホログラム表示装置８では、立体像表示のフレームレートと水平走査線数の積で水平走査周波数が与えられるが、これが非常に高い周波数になることが問題である。これに加え、図６のホログラム表示装置８では、水平走査および垂直走査の２次元的な機械走査機構を必要とするため、装置が複雑になるなどの問題がある。
さらに、図７のホログラム表示装置９では、複雑な構成をもつ多重結像系を用いる必要がある、シャッタアレイ９４のうち開いていのは常に１個のシャッタだけであるため光の利用効率が低い、という問題がある。

本発明の目的は、大画面化と広視域角化を同時に可能とし、鮮明なホログラム表示技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、機械走査周波数を低く抑え、複雑な光学系を必要としないホログラム表示技術を提供することにある。

本発明のホログラム表示装置は、（１）から（８）を要旨とする。
（１）
レーザ光を入射し当該レーザ光をホログラムの干渉縞情報に基づき順次変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの変調光を順次入射し、当該変調光を、光軸に垂直でかつ相互に交差する二方向の倍率が異なるようにスケール変更して順次出力するアナモルフィック光学系と、
前記アナモルフィック光学系内に設置されスケール変更された変調光を、前記二方向のうちスケール変更の倍率が小さい方向に、要素ホログラムとして順次並べる要素ホログラム走査系と、
を備えたホログラム装置において、
前記アナモルフィック光学系は、スケール変更された前記変調光を前記二方向のうちスケール変更の倍率が大きい方向に拡散する一方向拡散板を備え、
スケール変更の倍率が小さい方向の結像位置を前記要素ホログラムの表示位置とし、スケール変更の倍率が大きい方向の結像位置を前記一方向拡散板の位置としたことを特徴とするホログラム表示装置。

空間光変調器は、ＭＥＭＳを使用したもの、液晶を使用したものを用いることができる。
光軸に垂直でかつ相互に交差する二方向は、直交する二方向とすることができる。
空間光変調器からの変調光は、二方向での倍率（典型的には水平方向と垂直方向との倍率）が、一方向では縮小、他方向では拡大となるようにスケール変更することができる。
本発明における、ホログラムの干渉縞情報は、物体で拡散・反射された物体波と参照波を光学的に干渉させてイメージセンサで撮影する、あるいは、コンピュータで干渉をシミュレーションすることで生成できる。干渉縞を空間光変調器に表示し、レーザ光を空間光変調器で変調して生じる再生波が立体像を発生する。

本来、「ホログラム」は、干渉縞が記録された「物」（光学的なホログラムではホログラム乾板）を意味すべきものであるが、本発明ではアナモルフィック光学系が順次生成するスケール変更された変調光を要素ホログラムと称する。これらの要素ホログラムが並列することで１フレームのホログラムが構成される。要素ホログラムは、隙間がないように繋ぎ合わせてもよいし、一部を重ね合わせるように並列させてもよい。この１フレームのホログラムから回折された再生波が立体像を発生する。
アナモルフィック光学系は、光軸に垂直でかつ相互に直交する方向の、一方向について拡大、他方向について縮小するように構成できる。この場合には、変調光は拡大後に縮小されてもよいし、縮小後に拡大されてもよい。
一方向のスケール変更の倍率を大きくし、スケール変更の倍率が小さい方向へ走査することで、画面サイズの拡大と、スケール変更の倍率の小さい方向の画素ピッチの縮小による視域角拡大が可能になる。
前記一方向拡散板として、多数のシリンドリカルレンズで構成されるレンチキュラシート、あるいはホログラフィックデフューザなどを使用することができる。
前記一方向拡散板を用いることで、スケール変更の倍率が大きい方向の視域を拡大することができる。
このホログラム表示では、アナモルフィック光学系の水平方向と垂直方向の結像位置が一致していてもよい。また、このホログラム表示は、アナモルフィック光学系の光軸に垂直でかつ相互に直交する方向の結像位置を異なる位置にすることでも実現できる。
水平視差型のホログラム表示では、水平方向（スケール変更の倍率が小さい方向）には光が立体像の位置に集光しシャープな立体像となるが、垂直方向（スケール変更の倍率が大きい方向）には一方向拡散板で光が拡散されるので垂直方向の結像位置を立体像の表示位置付近としてここに一方向拡散板を設置することで垂直方向にもシャープな立体像を得ることができる。

（２）
前記アナモルフィック光学系が、前記空間光変調器からの前記変調光を、垂直方向に拡大して出射する垂直方向拡大系と、水平方向に縮小して出射する水平方向縮小系とを備えたことを特徴とする（１）に記載のホログラム表示装置。
アナモルフィック光学系は、上記のように典型的には垂直方向拡大系と水平方向縮小系とにより構成される。垂直方向拡大系および水平方向縮小系は、ともに、シリンドリカルレンズ系（１つまたは複数のレンズ系）により構成することができる。
また、垂直方向拡大系および／または水平方向縮小系を、１つまたは複数のシリンドリカルレンズと１つまたは複数の球面レンズとの複合系とすることもできる。たとえば、垂直方向拡大系を複数のシリンドリカルレンズと１つの球面レンズにより構成し、水平方向拡大系を１つの球面レンズにより構成することができる。
垂直方向に拡大することで画面の垂直幅の拡大と、水平方向に縮小することで水平画素ピッチの縮小による水平視域角拡大が可能になる。

（３）
前記要素ホログラム走査系が、スケール変更された前記変調光を順次並列させるミラースキャナーを備えたことを特徴とする（１）または（２）に記載のホログラム表示装置。
ミラースキャナーとして、振動ミラーや回転ミラーなどを使用することができる。ミラーの振動の行きと帰りの両方で変調光を並列させることで、ミラーの振動周波数を立体像の表示周波数の半分にできる。
要素ホログラムを走査することで、走査方向への画面サイズの拡大が可能になる。

（４）
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光が並列される方向に当該変調光を偏向する出射レンズを備えたことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載のホログラム表示装置。
出射レンズとして、シリンドリカルレンズあるいは球面レンズを使用することができる。
出射レンズを用いることで、前記ミラースキャナーや回転ミラーなどで外向きに偏向させた変調光を観察者側に向けることができる。

（５）
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光の光路上に、少なくとも光軸を含んで前記変調光のほぼ半分を遮蔽する遮光板を備えていることを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載のホログラム表示装置。
アナモルフィック光学系が、垂直方向拡大系と、水平方向縮小系とを備えている場合には、垂直方向拡大系，水平方向縮小系の何れかにおいて、光路の、上半分または下半分の領域、あるいは右半分または左半分の領域を光軸を含んで遮蔽することができる。
この遮蔽により、ホログラム画像の表示に不要な共役像とゼロ次光を除去することができる。

（６）
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光の光路上に、前記変調光の中心部分を透過し周辺部分を遮蔽する遮光板を備えていることを特徴とする（１）から（５）の何れかに記載のホログラム表示装置。
アナモルフィック光学系内に、水平方向と垂直方向に光が透過する部分を限定することができる。
この光の透過部分の限定により、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光を除去することができる。

（７）
前記レーザ光が、前記空間光変調器の順次変調に同期したパルス光であることを特徴とする（１）から（６）の何れかに記載のホログラム表示装置。
前記パルス光の発生は、レーザに半導体レーザを用いた場合には電流変調による直接変調で、気体レーザや固体レーザを用いた場合には光強度変調器による外部変調で実現できる。
このパルス光の発生により、要素ホログラム走査系による要素ホログラムの走査方向へのボケを低減できる。

（８）
前記レーザ光が、前記空間光変調器の順次変調に同期して光強度が変化するあるいはパルス幅が変化することを特徴とする（１）から（７）の何れかに記載のホログラム表示装置。
光強度の変化は、レーザに半導体レーザを用いた場合には電流変調による直接変調で、気体レーザや固体レーザを用いた場合には光強度変調器による外部変調で実現できる。また、光強度を変える代りに、レーザ光のパルス幅を変えることで、光強度変調したのと同等の効果が得られる。
要素ホログラムを並列させる際に、要素ホログラム間に重なりがある場合には、それぞれの要素ホログラム表示時のレーザ光の光強度あるいはレーザ光のパルス幅を変えることで、要素ホログラムの重なり部分での表示階調数を増やすことができ、立体像の表示階調数を増やすことができる。

本発明は、空間走査と時間多重化により画素数を増やすことで、本発明の効果を奏している。
すなわち、本発明では、直交方向に異なる倍率でスケール変更された変調光（光軸に垂直な断面が細長い光）を発生し、この変調光を走査するようにした。したがって、汎用の空間光変調器（画素数がＳＶＧＡ（８００×６００ｐｉｘｅｌｓ）程度、画素密度２０μｍ／ｐｉｘ程度）を使用して鮮明ながホログラム画像を得ることができる。

また、走査方向を一次元とすることができるので、機械部品点数を減らすことができ、構造も簡単にできるので、製造コストを低く抑えることができ、故障率を低減することができる。
本発明では、空間光変調器からの変調光を、垂直方向に拡大しているので、要素ホログラムの垂直幅を大きくでき、これを水平走査することで、ホログラム画像の大画面化が可能となる。

図１は本発明のホログラム表示装置の基本構成を示す説明図である。図１において、ホログラム表示装置１は、空間光変調器１１と、アナモルフィック光学系１２と、要素ホログラム走査系１３とを備えている。
空間光変調器１１は、レーザ光ＬＢを入射し、レーザ光ＬＢをホログラムの干渉縞情報に基づき順次変調する。空間光変調器１１は、ＭＥＭＳを使用したもの、液晶を使用したものが使用できるがこれには限定されない。

アナモルフィック光学系１２は、空間光変調器１１からの変調光ＬＭ（ｋ）（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）を順次入射し、変調光ＬＭ（ｋ）を水平方向と垂直方向との倍率が異なるように（縦方向では拡大、他方向では縮小するように）スケール変更した要素ホログラムＨＥ（ｋ）を順次出力する。ここで、Ｎは１フレームを構成する要素ホログラムＨＥ（ｋ）の数である。
図１では、アナモルフィック光学系１２は、垂直方向拡大系１２１と水平方向縮小系１２２と出射レンズ１２３と一方向拡散板１２４とから構成されている。
垂直方向拡大系１２１は入射光を垂直方向に拡大して、水平方向縮小系１２２は入射光を水平方向に縮小して要素ホログラムＨＥ（ｋ）として出射する。

要素ホログラム走査系１３は、アナモルフィック光学系１２でスケール変更された要素ホログラムＨＥ（ｋ）を並列させることで全体のホログラムを形成する。図１では、要素ホログラム走査系１３は、振動ミラー１３１（ガルバノスキャナー）を備えている。

また、図１では、出射レンズ１２３は、要素ホログラムＨＥ（ｋ）が並列される方向に当該変調光を偏向するシリンドリカルレンズであり、スクリーンと解することもできる。図１では、このシリンドリカルレンズにより、要素ホログラム走査系１３で外向きに偏向させた変調光を観察者側に向けることができる。要素ホログラムＨＥ（ｋ）の表示方向が拡散しないようにできる。出射レンズ１２３としては、球面レンズを用いることもできる。
また、出射レンズ１２３には、変調光を、スケール変更に際して変調光が拡大する向きに拡散させるための一方向拡散板１２４が貼り着けられている。これにより、垂直方向の視域を拡大することができる。

アナモルフィック光学系１２には、水平スリット１４１が備わっている。これは、光軸を含んで変調光のほぼ下半分を遮蔽する下側遮光板１４１１と、変調光ＬＭ（ｋ）の周辺部を遮蔽する上側遮光板１４１２で構成される。下側遮光板１４１１は、ホログラム表示に不要な共役像とゼロ次光を除去する働きをもつ。ゼロ次光は光軸付近に分布し、共役像は光軸と対称な位置に存在する。上側遮光板１４１２は、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光の垂直方向成分を除去する働きをもつ。高次回折光は変調光の周辺部に存在する。下側遮光板１４１１は、高次回折光の垂直方向成分の除去の役割も持つ。なお、ここでは、共役像とゼロ次光の除去と、高次回折光の除去を１つの水平スリットで行う例を示したが、共役像とゼロ次光の除去を行う光軸を含む変調光のほぼ半分を遮蔽する遮蔽板と、高次回折光の除去を行う変調光の中心部分を透過し周辺部分を遮蔽する遮蔽板に分けて設置することもできる。

アナモルフィック光学系１２には、一対の遮蔽板からなる垂直スリット１４２が備わっている。これは、変調光の周辺部を遮蔽する右側遮光板と左側遮光板で構成され、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光の水平方向成分を除去する働きをもつ。

レーザ光ＬＢは、空間光変調器１１の変調信号（画像更新信号）に合わせてパルス変調される。要素ホログラムを水平走査する際に、レーザ光が連続発光していると、走査方向に画像ボケが生じる。そこで、レーザ光をパルス変調しレーザ光の発光時間を短くすることで、画像ボケを低減できる。
画像更新が高速な空間光変調器１１を用いた場合には、表示する要素ホログラムの間に重なりが生じる。この場合には、それぞれの要素ホログラム表示時のレーザ光の光強度を変えることで、あるいは、レーザ光のパルス幅を変化させることで、要素ホログラムの重なり部分での表示階調数を増やすことができる。そのため、立体像の表示階調数を増やすことができる。

図１は、アナモルフィック光学系の水平方向と垂直方向の結像位置が一致している場合を示している。しかし、これは必ずしも一致する必要はない。水平視差型のホログラム表示では、水平方向には光が立体像の位置に集光しシャープな立体像となるが、垂直方向には一方向拡散板で光が拡散されるので垂直方向の結像位置を立体像の表示位置付近としてここに一方向拡散板を設置することで垂直方向にもシャープな立体像を得ることができる。

以下、ホログラム画像が鮮明に表示されるためのコヒーレンスについて考察する。
図２の平面図に示すように、観察者（眼Ｅ）により、瞳Ｐを通して再生された立体像Ｇを見ることを考える。立体像Ｇの各点の形成に寄与するのは出射レンズ１２３の出射面Ｓ上の限られた範囲（要素ホログラムＨＥ（ｋ）の範囲）であり、この範囲でコヒーレンスが保たれていればよく、出射面Ｓ全体でコヒーレンスが保たれている必要はない。

瞳孔径をｄで表し、出射面Ｓから瞳Ｐまでの距離（観察距離）をＬで、出射面Ｓから立体像の１点までの距離をｚで表わすと、出射面Ｓでコヒーレンスが必要な範囲の幅Ｗは｜ｄｚ／（Ｌ−ｚ）｜で与えられる。たとえば、観察距離Ｌが６００ｍｍで、出射面Ｓから２００ｍｍの距離ｚに立体像を表示する場合、瞳孔径ｄを５ｍｍとすると、コヒーレンスが必要な幅は２．５ｍｍとなる。要素ホログラムＨＥ（ｋ）の水平幅Ｗは、コヒーレンスが必要な領域の幅Ｗより大きくする（たとえば、２．５ｍｍとする）。
以上のように、人間が観察する際に必要なコヒーレントな領域を確保するホログラム表示を、ここでは、疑似コヒーレント表示と呼ぶことにする。

図１では、空間光変調器１１からの変調光を、垂直方向に拡大しているので、要素ホログラムの垂直幅を大きくでき、これを水平走査することで、ホログラム画像の大画面化を実現している。また、スケール変更された変調光を、水平方向に縮小しているので、要素ホログラムＨＥ（ｋ）の水平画素ピッチが小さくなり、ホログラム画像を見るときの水平視域角が拡大される。

図６に示した従来技術では、ＡＯＭ８１が、１本ずつのホログラム走査線を出射していたのに対して、図１に示したＳＬＭ１１では複数のホログラム走査線を一括して出射すると考えることもできる。したがって、図１に示したホログラム表示装置では、高速な水平走査（たとえば、ＮＴＳＣの水平走査に相当する）を必要とせず、動画表示のフレームレート（６０Ｈｚ）に等しい低速な周波数で足りる。フリッカのない立体表示を実現するためには、水平走査周波数は６０Ｈｚ以上にすることが好ましい。

図３（Ａ），（Ｂ）に本発明のより具体的な実施形態を示す。図３（Ａ）はホログラム表示装置１の平面図、図３（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ方向側面図である。図３では、レーザ光ＬＢは、波長６３５ｎｍであり、ＳＬＭ１１としてＭＥＭＳを用いた空間光変調器であるＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ：ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤｉｓｃｏｖｅｒｙＴＭ３０００）を用いた。このＳＬＭ１１の解像度は１，０２４×７６８で、画素ピッチは１３．６８μｍである。表示画像サイズは１４．０ｍｍ×１０．５ｍｍである。

アナモルフィック光学系１２は、垂直方向拡大系１２１と、水平方向縮小系１２２とからなり、垂直方向拡大系１２１は３枚のシリンドリカルレンズ１２１１，１２１２，１２１３と球面レンズ１２５により構成し、水平方向縮小系１２２は球面レンズ１２５により構成した。本実施形態では、球面レンズ１２５は、垂直方向拡大系１２１の一部を構成するとともに水平方向縮小系１２２を構成している。

垂直方向は、シリンドリカルレンズ１２１１，１２１２，１２１３と球面レンズ１２５で２つの４ｆ結像系を構成し、１段目の４ｆ結像系（シリンドリカルレンズ１２１１、１２１２で構成される）の倍率を３．００倍とし、２段目の４ｆ結像系（シリンドリカルレンズ１２１３と球面レンズ１２５で構成される）の倍率を１．６７倍として、全体で５．００倍に拡大した結像を行う。水平方向は、球面レンズ１２５で、倍率０．１８３倍の縮小結像を行う。そのため、要素ホログラムＨＥ（ｋ）の大きさは２．５６ｍｍ×５２．５ｍｍとなる。この場合、立体像Ｇの表示位置ｚを０．３３９×Ｌ以内とした場合に（ｚ，Ｌについては図２参照）、疑似コヒーレント表示条件が成り立つ。水平方向の画素ピッチは２．５μｍに縮小されるため、ホログラム表示の水平視域角は１４．６°となる。

水平走査に用いた振動ミラー１３１の回転角は±５°とし、回転周波数は３０Ｈｚとした。このとき、要素ホログラムの走査角は±１０°となる。水平走査の行き帰りの両方で表示を行うため、ホログラム表示のフレームレートは６０Ｈｚとなる。振動ミラー１３１とスクリーンの間隔は２００ｍｍとした。したがって、画面サイズは７３．１ｍｍ×５２．５ｍｍとなる。また、出射レンズ１２３として焦点距離２００ｍｍの球面レンズを用い、垂直方向の視域を拡大するため、出射レンズ１２３には一方向拡散板１２４としてレンチキュラシートを貼り付け垂直方向に光を拡散した。

ＳＬＭ１１（ＤＭＤ）のフレームレート（１つの要素ホログラムＨＥ（ｋ）に対応する変調信号を出力する周期）は１３．３３３ｋＨｚに設定し、２２２枚の要素ホログラムＨＥ（ｋ）（ｋ＝１，２，・・・，２２２）を用いてフレームレート６０Ｈｚでホログラム表示を行った。要素ホログラムＨＥ（ｋ）の水平表示ピッチは０．３２ｍｍとした。したがって、要素ホログラムは互いに重なりをもつ。ＳＬＭ１１（ＤＭＤ）には、フレームレートと階調数の間にトレードオフの関係があり、図３（Ａ），（Ｂ）の実施形態では、フレームレートが１３．３３３ｋＨｚの高フレームレート表示を行うため階調は２値表示とした。レーザ光ＬＢは、ＳＬＭ１１の変調信号（画像更新信号）に合わせてパルス駆動した。パルス幅をＳＬＭ１１のフレーム時間の半分とすることで、水平走査による水平方向の画像ボケを低減した。

４ｆ結像系のフーリエ面に水平スリット１４１を設置した。これは、光軸を含む下半分を遮蔽する下側遮蔽板１４１１と、上側周辺部を遮蔽する上側遮光板１４１２で構成される。下側遮蔽板１４１１はゼロ次光と共役像の除去、および、空間光変調器１１の画素構造に起因して発生する高次回折光の垂直方向成分の除去を行う役割をもつ。変調光ＬＭ（ｋ）を垂直方向に半分除去するため、垂直方向の解像度は半分に減少し、ホログラム走査線の本数はＳＬＭ１１の垂直解像度の半分の３８４になる。上側遮蔽板１４１２は、高次回折光の垂直方向成分を除去する役割をもつ。
球面レンズ１２５の位置に垂直スリット１４２を設置した。これは、空間光変調器の画素構造に起因して発生する高次回折光の水平方向成分を除去する役割をもつ。

以上の水平走査型ホログラム表示の表示パラメータを表１に示す。
(表１)
画面サイズ７３．１×５２．５ｍｍ²（３．５”）
水平視域角１４．６°
フレームレート６０Ｈｚ
要素ホログラムサイズ２．５６×５２．５ｍｍ²
要素ホログラム数２２２
要素ホログラム水平ピッチ０．３２ｍｍ

実際のホログラム表示により得られた再生像の写真を図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。図では、３本線，菱形，×印をスクリーン手前の５０ｍｍ，１００ｍｍ，１５０ｍｍの位置にそれぞれ表示してあり、写真撮影に際しては三次元像の大きさがわかるように、人間の手を同時に撮影した。図４（Ａ）は右側の視点位置から撮影した再生像の写真、図４（Ｂ）は中央の視点位置から撮影した再生像の写真、図４（Ｃ）は左側の視点位置から撮影した再生像の写真である。
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）から、見る方向によって、視差が得られていることがわかる。すなわち、再生像は両眼で立体視可能であった。

本発明のホログラム表示装置の基本構成を示す説明図である。本発明のホログラム表示装置において擬似的にコヒーレンスが保たれる条件を示す説明図である。本発明のホログラム表示装置の具体的な実施例を示す説明図である。実際のホログラム表示により得られた再生像の写真を示す図であり、（Ａ）は右側の視点位置から撮影した再生像の写真、（Ｂ）は中央の視点位置から撮影した再生像の写真、（Ｃ）は左側の視点位置から撮影した再生像の写真である。空間光変調器のみを用いた従来のホログラム表示装置を示す説明図（上面図）である。従来のホログラム表示装置の一例を示す説明図である。従来のホログラム表示装置の他の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ホログラム表示装置
１１空間光変調器
１２アナモルフィックレンズ系
１３要素ホログラム走査系
１２１垂直方向拡大系
１２２水平方向縮小系
１２３出射レンズ
１２４一方向拡散板
１３１振動ミラー
１４１水平スリット
１４２垂直スリット

Claims

レーザ光を入射し当該レーザ光をホログラムの干渉縞情報に基づき順次変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器からの変調光を順次入射し、当該変調光を、光軸に垂直でかつ相互に交差する二方向の倍率が異なるようにスケール変更して順次出力するアナモルフィック光学系と、
前記アナモルフィック光学系内に設置されスケール変更された変調光を、前記二方向のうちスケール変更の倍率が小さい方向に、要素ホログラムとして順次並べる要素ホログラム走査系と、
を備えたホログラム装置において、
前記アナモルフィック光学系は、スケール変更された前記変調光を前記二方向のうちスケール変更の倍率が大きい方向に拡散する一方向拡散板を備え、
スケール変更の倍率が小さい方向の結像位置を前記要素ホログラムの表示位置とし、スケール変更の倍率が大きい方向の結像位置を前記一方向拡散板の位置としたことを特徴とするホログラム表示装置。
前記アナモルフィック光学系が、前記空間光変調器からの前記変調光を、垂直方向に拡大して出射する垂直方向拡大系と、水平方向に縮小して出射する水平方向縮小系とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のホログラム表示装置。
前記要素ホログラム走査系が、スケール変更された前記変調光を順次並列させるミラースキャナーを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のホログラム表示装置。
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光が並列される方向に当該変調光を偏向する出射レンズを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のホログラム表示装置。
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光の光路上に、少なくとも光軸を含んで前記変調光のほぼ半分を遮蔽する遮光板を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のホログラム表示装置。
前記アナモルフィック光学系が、前記変調光の光路上に、前記変調光の中心部分を透過し周辺部分を遮蔽する遮光板を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のホログラム表示装置。
前記レーザ光が、前記空間光変調器の順次変調に同期したパルス光であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のホログラム表示装置。
前記レーザ光が、前記空間光変調器の順次変調に同期して光強度が変化するあるいはパルス幅が変化することを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載のホログラム表示装置。