JPH09138631A

JPH09138631A - 動画ホログラフィ再生装置

Info

Publication number: JPH09138631A
Application number: JP7294311A
Authority: JP
Inventors: Naoki Fukaya; 直樹深谷; Toshio Honda; 捷夫本田
Original assignee: TSUSHIN HOSO KIKO; Denso Corp
Current assignee: TSUSHIN HOSO KIKO; Denso Corp
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】動画ホログラフィ再生装置に関し、特にホロ
グラムパターン又はキノフォームパターンに基づいて変
調される回折光を収束光とする光学系全体を小型化した
動画ホログラフィ再生装置を提供する。【解決手段】ホログラム再生像を表示するための空間
光変調器と、前記空間光変調器によりホログラムパター
ンに基づいて変調される回折光を収束光とするための回
折光収束用光学手段を有する動画ホログラフィ再生装置
において、ホログラム再生像の中心付近に視野レンズを
配置し、そして空間光変調器に対する縮小光学系を配置
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は動画ホログラフィ再
生装置に関し、特に自然な３次元像を再生させる手段と
して、空間光変調器と前記空間光変調器によりホログラ
ムパターン又はキノフォームパターンに基づいて変調さ
れる回折光を収束光とするための光学手段とを有する動
画ホログラフィ再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ホログラフィは人間の立体視の要因を全
て満たし、自然な３次元像を再生できる手段として知ら
れている。ホログラフィは物体からの散乱光と参照光の
干渉縞を利用して物体の３次元情報を記録・再生してお
り、その干渉縞のピッチは光の波長オーダーである。動
的に移動する３次元像からの散乱光と参照光の干渉によ
って時事刻々変化する干渉縞を、例えば液晶パネルのよ
うな空間光変調器に表示してそこに参照光を入射させる
と、干渉縞模様に依存した液晶画素からの光の回折によ
って３次元像の動画再生を行なうことができる。

【０００３】空間光変調器に表示するホログラムパター
ンは、ＣＧＨの手法を利用した計算によって得られる。
また、実物体にレーザ光を照射し、前記物体からの散乱
レーザ光とレーザによる参照光との干渉縞を例えばＣＣ
Ｄカメラを使って撮影することでも得られる。ホログラ
フィの一種であるキノフォームでは、ＣＧＨの手法を使
って物体の位相情報のみを計算し、それによって空間光
変調器の表示を行い、そこに光を入射させることで３次
元の再生動画像が得られる。

【０００４】図７は、従来の動画ホログラフィ再生装置
の光学系の一例を図式的に描いたものである。ここでは
光学手段として収束レンズが用いられる。図７におい
て、引用符号１１は空間光変調器を、そして引用符号２
１は回折光収束用光学系を示している。具体的には、例
えば前者は液晶パネルであり、また後者は収束レンズで
ある。以下、図８及び図９を用いて図７に示す光学系に
ついて説明する。なお、以降で説明する各図面におい
て、同一のものには同じ引用符号を付している。

【０００５】図８は、液晶パネル面の回折光の一例を図
式的に描いたものである。図９は、収束レンズを用いた
回折波面の収束によるホログラム再生の一例を図式的に
描いたものである。現状では、ホログラフィの再生及び
キノフォームの再生の両者において、入手可能な空間光
変調器１１の性能は光の波長オーダーの干渉縞を表示再
生させるのに不十分である。そのため、図８に示すよう
に空間光変調器１１を構成する液晶パネルのように液晶
画素ピッチが光の波長に比べて格段に大きい場合には、
光を回折できる角度が非常に狭くなってしまい、前記空
間光変調器１１だけではホログラフィ技術に基づく像の
再生・観察は困難である。

【０００６】そのため、従来においては図９に示すよう
に空間光変調器１１からの回折光を一旦レンズのような
回折光収束用光学手段２１を用いて収束させ、全ての回
折光の情報が交差・収束する像再生可能領域３１を発生
させることで、観察者３４がその再生された像を観察で
きる視域３２を作り出していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光学系においては前記像再生可能領域３１の幅
と視域３２との間に背反関係が存在していた。すなわ
ち、図７に示すように、像再生領域３１は観察者３４に
とって奥行き方向に細長い四辺形形状をしており、黒く
塗りつぶした再生像３３のサイズが大きくできる収束レ
ンズ２１の後側焦点Ｆ_C′２２近傍に再生像３３を表示
しようとすると再生像３３と観察者３４の観察面３５と
の間の観察距離が遠くなってしまい、反対に像再生位置
を観察者３４に近付けようとすると今度は再生像３３の
サイズが小さくなってしまうという問題があった。な
お、前記観察面３５は、通常の観察者３４の両眼の瞳の
間の距離を考慮して、水平方向の視域幅３６が７０ｍｍ
となる面としている。

【０００８】例えば、回折光収束用光学手段である収束
レンズ２１の特性を変えてその焦点距離２２を延ばし、
それによって像再生領域３１を拡大しようとすると、像
再生領域３１の四辺形形状が相似的に拡大された分だけ
その奥行き方向の長さも同時に拡大され、さらに前記像
再生領域３１の拡大に反比例して視域３２の入角度が狭
まり、その結果として視域幅３６を満たす観察面３５が
後方に移動して再生像３３と観察面３５との間が遠くな
る。

【０００９】図６は、図７に示した従来の光学系と後述
する本発明による光学系との光学系小型化に関する比較
例を具体的な数値を用いて示したものである。ここで
は、図６の従来の光学系の例について説明する。図６の
従来例では、水平方向画素サイズ２８μｍ、水平方向画
素数３２００画素の液晶パネルを用い、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザを光源とする動画ホログラフィ再生装置を構築する場
合の試算を行なっている。

【００１０】高次の回折像の影響、複素共役像をカット
するために水平方向にオフアクシスを設けること、液晶
パネルを連続並列配置するためのハーフミラーの必用サ
イズ等を考慮すると、焦点距離（ｆ）７３７０mm、有効
口径（φ）４５０mmの収束レンズを用い、水平方向にハ
ーフミラーを介し液晶パネルを４枚連続配置しても、得
られる像サイズは幅８０mm奥行き８０mm、両眼で観察で
きるために視域幅を７０mmとすると、再生像から観察面
までの距離は約６８７０mmとなる。液晶パネル位置から
観察面までの距離に到ってはおよそ１７ｍにも達する。

【００１１】このように、従来の光学系においては、再
生像３３のサイズを大きくするためには収束レンズ２１
の焦点距離２２が長くなり、それに合わせて液晶パネル
１１と収束レンズ２１との間隔が広くなり、その結果光
学系全体の長さが長くなるという問題があった。。ま
た、収束レンズ２１の焦点距離が長くなったことで、再
生像３３の観察可能な観察面３５の位置が遠くなってし
まうという問題があった。さらに、液晶パネル１１が収
束レンズ２１から離れることで、液晶パネル１１からの
全ての回折光をカバーするため必然的に収束レンズ２１
の口径が大きくなってしまうという問題があった。

【００１２】ところで、３次元画像コンファレンス '９
４講演論文集４−５に示されているように、同じ仕様の
液晶パネルを複数枚連続配置することで、同じ焦点距離
の収束レンズを用いて像再生領域のサイズはそのままで
視域角のみ拡大することができる。但し、この場合には
収束用のレンズの口径が並列する液晶パネル枚数に比例
して大きくなり、実用的にはレンズの加工口径等の制限
が存在するという問題がある。また、収束用レンズを透
過した液晶からの回折光が収束光となるためには、収束
用レンズと液晶パネルの接近可能な距離に単純な幾何光
学関係に基づく限界が存在するという問題もある。

【００１３】そこで本発明の目的は、上記種々の問題点
に鑑み、観察者の位置を再生像の位置に近付け、収束レ
ンズの口径を小型化し、そして全体の光学系長さを短く
できる新たな光学手段を付加した動画ホログラフィ再生
装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、ホログラム再生像の中心付近に視野レンズを配置
することにより、像の観察面を再生像に近づけることが
できる。従って、光学系長さを短くできる。請求項２記
載の発明によれば、光学手段を透過する回折光の光線束
が収束光でなくとも視野レンズ出力における回折光を収
束させることができ、それによって空間光変調器と光学
手段との間の間隔を近づけることができる。従って、光
学系長さを短くできる。

【００１５】請求項３記載の発明によれば、空間光変調
器からの回折光の出射側と回折光収束用光学手段との間
に、前記空間光変調器からの再生像を縮小された実像と
する縮小光学手段を具備したことにより、特性を変えた
回折光収束用光学手段に置き換え可能であることを示
し、それによって縮小された実像と回折光収束用光学手
段との間の間隔を近づけることができる。このことが光
学系の長さを短くすることに寄与する。また、縮小され
た実像を用いることにより、回折光光学手段の口径を縮
小することができる。請求項４及び請求項５記載の発明
によれば、光学系の長さをより一層短くすることができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による動画ホログ
ラフィ再生装置の一実施例を図式的に描いたものであ
り、本発明による視野レンズと縮小光学系の一種である
アフォーカルレンズ系とを組み合わせた光学系全体を示
している。図１において、レーザ６１及びレンズ６２，
６３は、干渉性の優れたレーザ光をホログラフィを再生
させるための参照光として液晶パネル１１に照射する。
画像制御用のコントローラ６４は、予め格納しておいた
干渉縞データを順次フレームメモリ６５に送出する。液
晶パネル１１は、そのパネル上に前記フレームメモリ６
５からのデータによる干渉縞を表示する。その液晶パネ
ル１１のホログラム面上で生じる回折光によってホログ
ラフィが再生される。

【００１７】以上の構成は従のものと同様であるが、本
発明においては次段の光学系の構成をその特徴としてい
る。本発明によればまず第１に観察距離を近付けるため
に、再生像３３の中心近傍に本発明による視野レンズ４
１が配置される。前記視野レンズ４１は、再生像３３の
倍率をほとんど変えることなくレンズ透過後の回折光線
束の光路を変更できるため、視域３２の入り側の角度を
大きくして観察面３５の位置を近づけることができる。

【００１８】第２に、液晶パネル１１を、例えば図に示
すアフォーカルレンズ系５１のような本発明による縮小
光学系が用いられる。前記縮小光学系によって縮小され
た液晶パネル実像５２を用いることによって、収束レン
ズ２１の口径を小さくすることができ、さらには同じ再
生像３３のサイズを表示するのに必用となる収束レンズ
２１の焦点距離２２を短くすることができる。

【００１９】そして、第３に、前記第１の視野レンズ４
１と第２のアフォーカルレンズ系５１が組み合わされ
る。その互いの相乗効果によって光学系全体の長さを大
幅に短くすることができる。すなわち、視野レンズ４１
により従来の収束レンズ２１の必須要件であった視域３
２を発生させるために収束レンズ２１を透過した回折光
を必ずしも収束光とする必用がなくなるため、縮小され
た液晶パネル実像５２と収束レンズ２１の間隔を近付け
ることが可能となる。そのため、収束レンズ２１の必用
口径をさらに小さくできると共に、視野レンズ４１の要
求焦点距離自体もより短くできる。

【００２０】以降では、図２から図５を用いて本発明に
ついてより詳細に説明する。図２は、本発明の視野レン
ズによって観察面を接近させる場合の一例を図式的に描
いたものである。図２は、請求項１記載の発明と対応し
ており、図２の液晶パネル１１、収束レンズ２１、そし
て視野レンズ４１が、請求項１の空間光変調器、回折光
収束用光学手段、そして視野レンズにそれぞれ対応す
る。

【００２１】図２では、再生像３３の中心付近に視野レ
ンズ４１が配置してある。なお、視野レンズ４１をこの
位置に置くことで、再生像３３の倍率はほとんど変わら
ない。視野レンズ４１によって収束レンズ２１の透過後
の光線束の光路を変えることが可能となり、その収束角
度を大きくすることで視域３２の入り側の角度を大きく
することができる。従って、図７の従来例と同じ再生像
３３のサイズ、同じ視域幅３６とした場合の観察面３５
の位置は、従来例よりも大幅に近付けることができる。
なお、光学系全体の仕様によっては図２に示すように、
視域３２が四辺形状に収束することがあるが、四辺形の
最大幅近傍を観察面３５の位置とすれば、実用上の問題
はない。

【００２２】図３は、本発明の視野レンズによる空間光
変調器と収束レンズとの間隔接近の一例を図式的に描い
たものである。図３は、請求項２記載の発明と対応して
おり、図３の液晶パネル１１、収束レンズ２１、そして
視野レンズ４１が、請求項２の空間光変調器、光学手
段、そして視野レンズにそれぞれ対応する。

【００２３】また、図３では、本発明による視野レンズ
４１を用いることで、収束レンズ２１を透過した後の液
晶パネル１１からの回折光束（図では平行もしくは若干
発散方向に描かれている）が必ずしも収束光にならなく
ても、視野レンズ４１自体の集光性により視野レンズ４
１透過後の光線束を収束光とすることができる。それに
より、液晶パネル１１からの全ての回折光を交差・収束
させる領域を発生させることで、像再生可能領域３１及
び視域３２を得ることができる。従って、収束用レンズ
２１を透過した液晶からの回折光が収束光となるために
制限されていた収束用レンズ２１と液晶パネル１１の接
近可能な間隔が自在となり、図３に示すように液晶パネ
ル１１と収束用レンズ２１との間隔を近付けることが可
能となる。

【００２４】図４は、本発明による縮小光学系の一種で
あるアフォーカルレンズ系による液晶パネルの縮小され
たパネル実像と、それによる収束レンズの接近と小型化
の一例を図式的に示したものである。図４は、請求項３
記載の発明と対応しており、図４の液晶パネル１１、ア
フォーカルレンズ系５１、パネル実像５２、そして収束
レンズ２１が、請求項３の空間光変調器、縮小光学手
段、空間変調器実像、そして回折光収束用光学手段にそ
れぞれ対応する。

【００２５】図４では、本発明のアフォーカルレンズ系
５１によって液晶パネル１１が縮小されたパネル実像５
２となることで、図７の従来例と比べて同じ画素数の液
晶パネル１１でも全体のパネル幅が格段に小さくなる。
従って、液晶画素自体が縮小されたことで液晶パネルの
縮小実像５２から回折される光の角度は広くなるが、縮
小パネル５２の幅自体が小さくなるため収束レンズ２１
の必用口径は大幅に小さくなる。また、縮小された液晶
パネル５２からの回折光の角度が大きくなったことで、
同じ再生像３３のサイズを得るのに必要となる収束レン
ズ２１の焦点距離２２が大幅に短くなる。

【００２６】図５は、本発明の視野レンズ４１とアフォ
ーカルレンズ系５１とを組み合わせた一例を図式的に描
いたものであり、図１の光学系全体そのものである。図
５は、請求項４又は請求項５に記載の発明と対応してお
り、図５の液晶パネル１１、アフォーカルレンズ系５
１、パネル実像５２、収束レンズ２１そして視野レンズ
４１が、請求項４又は５の空間光変調器、縮小光学手
段、空間変調器実像、回折光収束用光学手段（請求項
４）又は光学手段（請求項５）、そして視野レンズにそ
れぞれ対応する。

【００２７】図５では、上述したように視野レンズ４１
により収束レンズ２１の透過後の光線束が収束光であっ
ても（請求項４の場合）、また収束光でなくてもよくよ
く（請求項５の場合）、後者の場合には縮小された液晶
パネル５２と収束レンズ２１の間隔をより一層近付ける
ことができる。また視野レンズ４１の焦点距離２２を短
くすることができる。光学系全体の仕様によっては図２
と同様に視域３２が四辺形状に収束することがあるが、
四辺形の最大幅近傍を観察位置とすれば実用上問題はな
い。

【００２８】従来例の説明でも参照したように、図６に
は従来の光学系と本実施による光学系との光学系小型化
に関する比較例が具体的な数値を用いて示されている。
ここでは、図６を参照しながら本実施例による動画ホロ
グラフィ再生装置を構築する場合の効果について説明す
る。図６では、同じ液晶パネルを用い、同一条件の再生
像サイズ、視域幅を得るのに必要な光学系仕様を試算し
ている。また、再生像は複素共役像をカットするため
に、水平方向にオフアクシスを設定して計算してある。

【００２９】なお、図６のアフォーカルレンズ系に関し
て、液晶パネル仕様については縮小された液晶パネル実
像の画素ピッチを、例えば水平方向に画素ピッチ：２８
μm(Ｈ）×５６μm(Ｖ），３２００画素（Ｈ）×９６０
画素（Ｖ）の液晶パネルを４枚、ハーフミラーを介して
並列配置した場合を示している。また、ＬＣＤと収束レ
ンズ主平面の間隔、及び光学系の長さについて、ＬＣＤ
位置は、アフォーカル系の構成の仕方による不確定要因
を除いた縮小された液晶パネル実像位置を用いている。
従って、アフォーカルレンズ系による液晶パネル縮小を
行う系ではアフォーカル系の長さが加わることになる。

【００３０】本実施例の視野レンズを用いることで、従
来の光学系の像観察距離（約６８７０mm）に比べて本実
施例の像観察距離（約１５００mm）が大幅に短くなって
いる。また、視野レンズによって収束レンズ透過後の回
折光を必ずしも収束光とする必用がなくなり、液晶パネ
ルと収束レンズとの間隔を従来と比べて接近させること
が可能となる（従来の２６４５mmに対して本実施例の１
１００mm）。但し、視野レンズだけの場合には、収束レ
ンズの有効口径自体は余り変化しない（従来の４５０mm
に対して本実施例の４１０mm）。

【００３１】次に、本実施例のアフォーカルレンズ系を
用いることで、収束レンズの有効口径（従来の４５０mm
に対して本実施例の２３０mm）、及び焦点距離（従来の
７３７０mmに対して本実施例の７３４mm）を大幅に小さ
くすることができる。但し、アフォーカルレンズ系だけ
では観察面の距離はほとんど変化しない（従来の約６８
７０mmに対して本実施例の約６６６５mm）。

【００３２】最後に、本実施例の視野レンズとアフォー
カルレンズ系を組み合わせることで、上述した互いの利
点の相乗効果が得られる。すなわち、縮小された液晶実
像と収束レンズの間隔はアフォーカルレンズ系だけを用
いた場合より格段に狭くなり（６９０mmから１８０m
m）、また収束レンズ有効口径もより小さくてすむ（２
３０mmから１００mm）。さらに、視野レンズだけを用い
た場合よりも視野レンズ焦点距離を格段に短くできる
（１２８０mmから６０８mm）。その結果、全体光学系の
長さは視野レンズと５１アフォーカルレンズ系を組み合
わせた相乗効果により、大幅に短くすることができる
（従来の約１７０００mmに対して本実施例の約２５００
mm）。

【００３３】なお、上述した各実施例の空間光変調器に
は、音響光学素子、Ｂ₁₂ＳｉＯ₂₀の化合物からなるＢＳ
Ｏ結晶体を使うことができる。さらに、空間光変調器に
与えられる情報としては、ホログラムパターンの代わり
にキノフォームパターンを用いてもよいことは明らかで
ある。また、上述した各実施例の光学系には、プリズム
やゾーンプレート（フレネルレンズを含む）も使用可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による動画ホログラフィ再生装置の一実
施例を図式的に描いた図である。

【図２】本発明の視野レンズによって観察面を接近させ
る場合の一例を図式的に描いた図である。

【図３】本発明の視野レンズによる空間光変調器と収束
レンズとの間隔接近の一例を図式的に描いた図である。

【図４】本発明の縮小光学系の一種であるアフォーカル
レンズ系による縮小されたパネル実像と、それによる収
束レンズの接近と小型化の一例を図式的に描いた図であ
る。

【図５】本発明の視野レンズとアフォーカルレンズ系と
を組み合わせた光学系全体の小型化の一例を図式的に描
いた図である。

【図６】従来の光学系と本発明による光学系との光学系
小型化に関する比較例を示した図である。

【図７】従来の動画ホログラフィ再生装置の光学系の一
例を図式的に描いた図である。

【図８】液晶パネル面の回折光の一例を図式的に描いた
図である。

【図９】収束レンズを用いた場合の回折波面の収束によ
るホログラム再生の一例を図式的に描いた図である。

【符号の説明】

１１…空間光変調器又は空間光変調器の一例である液晶
パネル２１…回折光収束用光学系又は回折光収束用光学系の一
例である収束用レンズ２２…収束用レンズの後側焦点３１…像再生可能領域３２…視域３３…再生像３４…観察者３５…観察面３６…視域幅４１…視野レンズ４２…視野レンズの後側焦点５１…縮小光学系又は縮小光学系の一例であるアフォー
カルレンズ系５２…縮小された空間光変調器実像又は液晶パネル実像６１…レーザ６２，６３…レンズ６４…画像制御用コントローラ６５…フレームメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田捷夫千葉県四街道市めいわ２−９−１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホログラム再生像を表示するための空間
光変調器と、前記空間光変調器によりホログラムパター
ンに基づいて変調される回折光を収束光とする回折光収
束用光学手段と、前記回折光収束用光学手段の出射側に
位置し、且つホログラム再生像の中心付近に配置された
視野レンズと、を具備したことを特徴とする動画ホログ
ラフィ再生装置。
【請求項２】ホログラム再生像を表示する空間光変調
器と、前記空間光変調器によりホログラムパターンに基
づいて変調される回折光の光線の向きを変化させる光学
手段と、前記光学手段の出射側に位置し、且つホログラ
ム再生像の中心付近に配置された視野レンズと、を具備
し、前記光学手段と前記視野レンズとの組み合わせによ
り前記視野レンズからの出射光が収束光であることを特
徴とする動画ホログラフィ再生装置。
【請求項３】ホログラム再生像を表示する空間光変調
器と、前記空間光変調器によりホログラムパターンに基
づいて変調される回折光を収束光とする回折光収束用光
学手段と、前記空間光変調器からの回折光の出射側と前
記回折光収束用光学手段との間に配置され、前記空間光
変調器からの再生像を縮小された空間変調器実像とする
縮小光学手段と、を具備したことを特徴とする動画ホロ
グラフィ再生装置。
【請求項４】ホログラム再生像を表示する空間光変調
器と、前記空間光変調器によりホログラムパターンに基
づいて変調される回折光を収束光とする回折光収束用光
学手段と、前記回折光収束用光学手段の出射側に位置
し、且つホログラム再生像の中心付近に配置された視野
レンズと、前記空間光変調器からの回折光の出射側と前
記回折光収束用光学手段との間に配置され、前記空間光
変調器からの再生像を縮小された空間変調器実像とする
縮小光学手段と、を具備したことを特徴とする動画ホロ
グラフィ再生装置。
【請求項５】ホログラム再生像を表示する空間光変調
器と、前記空間光変調器によりホログラムパターンに基
づいて変調される回折光の光線の向きを変化させる光学
手段と、前記光学手段の出射側に位置し、且つホログラ
ム再生像の中心付近に配置され、前記光学手段との組み
合わせにより出射光を収束光とする視野レンズと、前記
空間光変調器からの回折光の出射側と前記光学手段との
間に配置され、前記空間光変調器からの再生像を縮小さ
れた空間変調器実像とする縮小光学手段と、を具備した
ことを特徴とする動画ホログラフィ再生装置。
【請求項６】前記空間光変調器に与えられる情報がホ
ログラムパターンに代えてキノフォームパターンである
ことを特徴とする請求項１〜５何れか一つに記載の動画
ホログラフィ再生装置。