(57)【要約】【課題】三次元カラー表示装置及び三次元カラー映像表示方法を提供する。【解決手段】複数個の光源のうち、いずれか１つの光源からのカラービームを基準ビーム及び信号ビームとして利用してホログラムが記録されたボリューム回折素子に、複数個の光源から照射された互いに異なるカラービームを回折させてカラー映像を表示する三次元カラー表示装置である。【選択図】図１
2010066762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なるカラービームを照射する複数個の光源と、
前記複数個の光源のうちいずれか１つの光源から照射されたカラービームを基準ビーム及び信号ビームとして利用してホログラムを記録し、前記複数個の光源から照射された互いに異なるカラービームを回折させてカラー映像を表示するボリューム回折素子と、
前記ボリューム回折素子からのビームをスキャニングするスキャニング・ユニットと、を含む三次元カラー表示装置。
【請求項２】
前記ボリューム回折素子が六角以上の多角形断面を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項３】
前記ボリューム回折素子が偶数角を有する多角形断面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項４】
前記複数個の光源から照射されるカラービームが、ブラッグマッチング条件を満足するように、前記ボリューム回折素子に入射されることを特徴とする請求項１に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項５】
前記スキャニング・ユニットが前記複数個の光源とボリューム回折素子との間に配された二軸回動ミラーを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項６】
前記スキャニング・ユニットが前記ボリューム回折素子を回転させる駆動装置を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項７】
前記ボリューム回折素子は、位相共役ホログラム方式を採用してスキャニングすることを特徴とする請求項６に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項８】
前記光源から照射されたビームの断面を拡大するためのビーム拡大器を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項９】
前記基準ビーム及び信号ビームがそれぞれボリューム回折素子の隣接する面に入射されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項１０】
前記ボリューム回折素子で回折されたビームをフォーカシングするフーリエレンズまたはｆ−θレンズがさらに備わることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項１１】
前記ボリューム回折素子は、光屈折結晶、光屈折ポリマー、および光ポリマーのうちいずれか一つによって形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項１２】
前記複数個の光源がそれぞれ光源アレイ構造を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の三次元カラー表示装置。
【請求項１３】
第１カラービームを基準ビーム及び信号ビームとして使用し、ボリューム回折素子にホログラムを記録する段階と、
前記ボリューム回折素子に、前記第１カラービームと、第１カラービームと異なるカラービームとを再生用基準ビームとして照射する段階と、
前記第１カラービームと残りの他のカラービームとを、前記ボリューム回折素子によって回折させてカラースポットを形成する段階と、
前記カラービームをスキャニングする段階と、を含む三次元カラー映像表示方法。
【請求項１４】
前記ボリューム回折素子が六角以上の多角形断面を有することを特徴とする請求項１３に記載の三次元カラー映像表示方法。
【請求項１５】
前記ボリューム回折素子が偶数角を有する多角形断面を有することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の三次元カラー映像表示方法。
【請求項１６】
前記複数個の光源から照射されるカラービームが、ブラッグマッチング条件を満足するように、前記ボリューム回折素子に入射されることを特徴とする請求項１３に記載の三次元カラー映像表示方法。
【請求項１７】
前記スキャニング段階は、前記ボリューム回折素子を回転させてスキャニングする段階を含むことを特徴とする請求項１３ないし請求項１６のうちいずれか１項に記載の三次元カラー映像表示方法。
【請求項１８】
前記ボリューム回折素子は、位相共役ホログラム方式を採用してスキャニングすることを特徴とする請求項１７に記載の三次元カラー映像表示方法。
【請求項１９】
前記基準ビーム及び信号ビームがそれぞれボリューム回折素子の隣接する面に入射することを特徴とする請求項１３ないし請求項１６のうちいずれか１項に記載の三次元カラー映像表示方法。
【請求項２０】
前記スキャニング段階は、基準ビーム及び信号ビームがなす間の角度を変化させる段階を含むことを特徴とする請求項１３ないし請求項１６のうちいずれか１項に記載の三次元カラー映像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボリュームホログラムを利用した三次元カラー表示装置及び三次元カラー映像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元映像を表示するための方式として、三次元スキャニング方式、ステレオスコピー方式（ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｙ）、ホログラフィ方式などが知られている。ホログラフィ方式は、干渉性を帯びる基準ビームと物体ビームとを利用して感光性材料にホログラムを保存することによって、三次元映像を記録する。このように保存されたホログラムに、基準ビームを照射すれば、物体ビームが復元されつつ、三次元映像が表示される。ホログラフィ方式は、干渉性光源が必要であり、遠距離に位置した大きい物体の記録/再生が難いという限界がある。ステレオスコピー方式は、両眼視差を有する２つの二次元映像を人の両眼にそれぞれ分離して示すことによって、立体感を起こさせる。該方式は、２個の平面映像を使用するので、具現が簡単であって高い解像度を有する三次元映像をディスプレイできる。しかし、ステレオスコピー方式は、水平視差だけを利用するために、水平視差と垂直視差とをいずれも有する三次元映像の具現が困難である。
【０００３】
一方、三次元スキャニング方式は、光源を直接変調することによって、光効率とコントラストとを向上させることができる。スキャニング方式の三次元表示装置で一般的に使用する方法は、ポイントスキャニングを三次元で具現する方法と、ｘ，ｙ二次元スキャニングを空間光変調器を利用してスキャニングし、焦点をｚ方向に移動させて三次元で具現する方法とを使用する。二次元空間光変調器を利用してスキャニングする方式は、高速でスキャニングできる一方、製造コストがかさんでしまう。一方、ポイントスキャニング方式は、コストが低廉であって装備が簡単である。ポイントスキャニング方式は、ビームが進行する方向への一次元光変調が可能であってこそ実現できるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一側面によれば、ボリュームホログラムを利用して三次元カラーを表示するディスプレイを提供する。
【０００５】
本発明の他の側面によれば、ボリュームホログラムを利用して三次元カラー映像を表示する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、互いに異なるカラービームを照射する複数個の光源と、前記複数個の光源のうち、いずれか１つの光源からのカラービームを基準ビーム及び信号ビームとして利用してホログラムが記録され、前記複数個の光源から照射された互いに異なるカラービームを回折させてカラー映像を表示するボリューム回折素子と、前記ボリューム回折素子からのビームをスキャニングするスキャニング・ユニットとを含む三次元カラー表示装置を提供する。
【０００７】
前記ボリューム回折素子が六角以上の多角形断面を有することができる。
【０００８】
前記ボリューム回折素子が偶数角を有する多角形断面を有することができる。
【０００９】
前記複数個の光源から照射されるカラービームがブラッグマッチング条件を満足するように、前記ボリューム回折素子に入射されうる。
【００１０】
前記スキャニング・ユニットが前記複数個の光源とボリューム回折素子との間に配された二軸回動ミラーを含むことができる。
【００１１】
前記スキャニング・ユニットが前記ボリューム回折素子を回転させる駆動装置を含むことができる。
【００１２】
前記ボリューム回折素子は、位相共役ホログラム方式を採用してスキャニングできる。
【００１３】
前記光源から照射されたビームの断面を拡大するためのビーム拡大器を含むことができる。
【００１４】
前記基準ビーム及び信号ビームをそれぞれボリューム回折素子の隣接する面に入射させことができる。
【００１５】
前記ボリューム回折素子で回折されたビームをフォーカシングするフーリエレンズ、またはｆ−θレンズがさらに備わりうる。
【００１６】
前記ボリューム回折素子は、光屈折結晶、光屈折ポリマー、光ポリマーのうち、どれ一つによって形成されうる。
【００１７】
前記複数個の光源がそれぞれ光源アレイ構造を有することができる。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、第１カラービームを基準ビーム及び信号ビームとして使用してボリューム回折素子にホログラムを記録する段階と、前記ボリューム回折素子に、前記第１カラービームと、第１カラービームと異なるカラービームとを再生用基準ビームとして照射する段階と、前記第１カラービームと残りの他のカラービームとを前記ボリューム回折素子によって回折させてカラースポットを形成する段階と、前記カラービームをスキャニングする段階とを含む三次元カラー映像表示方法を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、１つのボリューム回折素子を利用して三次元カラー映像を提供する。カラーごとに別途のボリューム回折素子を製作する必要なしに、１つのボリューム回折素子を利用してカラー映像を具現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置を図示した図面である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第１方向スキャニングを説明するための図面である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第１方向スキャニングを説明するための図面である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第１方向スキャニングを説明するための図面である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第２方向スキャニングを説明するための図面である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第３方向スキャニングを説明するための図面である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第３方向スキャニング時に発生する入射角変化を補正することを説明するための図面である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第３方向スキャニング時に発生する入射角変化を補正することを説明するための図面である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置の第３方向スキャニング時に発生する入射角変化を補正することを説明するための図面である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による三次元カラー映像表示方法を説明するための図面である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による三次元カラー映像表示方法を説明するための図面である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態による三次元カラー映像表示方法を説明するための図面である。
【図６】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置に備わったボリューム回折素子の入射面での入射ビーム屈折作用を示した図面である。
【図７】本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置に備わったボリューム回折素子に入射される再生用基準ビームと再生された信号ビームとの関係を概略的に図示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態による三次元カラー表示装置及び三次元カラー映像表示方法について、添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
本発明の実施形態による三次元カラー表示装置は、ボリューム回折素子を利用してスキャニング方式で三次元カラー映像を表示する。
【００２３】
ボリューム回折素子は、あらかじめ形成されたホログラムを内部に含んでおり、光源から出射された基準ビームを回折させて信号ビームを再生する。そして、三次元映像を表示するために、スキャニング方式を採用する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置を概略的に図示したものである。本発明の一実施形態による三次元カラー表示装置は、互いに異なるカラービームを照射する複数個の光源と、それら光源から照射されたビームを回折させるボリューム回折素子１５５とを含む。前記複数個の光源は、それぞれ１つの発光点を有する光源から構成されるか、または各光源がアレイ構造に構成されうる。図１では、光源が１つの発光点を有する光源によって構成された例を図示したものである。
【００２５】
前記複数個の光源は、例えば、第１カラービームを照射する第１光源１０１、第２カラービームを照射する第２光源１０２、及び第３カラービームを照射する第３光源１０３を含むことができる。例えば、第１カラービームは緑色ビーム、第２カラービームは赤色ビーム、第３カラービームは青色ビームでありうる。前記第１カラービーム、第２カラービーム、第３カラービームは、互いに異なる経路で進み、また第１カラービームないし第３カラービームが１つの光路として進むようにするための多様な手段が備わりうる。例えば、第１ハーフミラー１０５及び第２ハーフミラー１０７を利用し、互いに異なる光路で進む第１カラービームないし第３カラービームを１つの光路で進めることができる。
【００２６】
前記第１カラービームないし第３カラービームは、偏光ビームスプリッタ１１３で、偏光方向によって、反射されたり、透過されたりする。前記偏光ビームスプリッタ１１３を透過したビームは、第１光路Ｌ１を進み、ボリューム回折素子１５５にホログラムを記録するためのビームとして使われる。前記偏光ビームスプリッタ１１３で反射されたビームは、第２光路Ｌ２を進み、ボリューム回折素子１５５に記録された信号を再生するために使われる。前記偏光ビームスプリッタ１１３とボリューム回折素子１５５との間の第１光路Ｌ１には、ビームの光路を変換するための光路変換器１１７、例えばミラーと、ビーム断面を拡大するための第１拡大器１３０とが配されうる。前記偏光ビームスプリッタ１１３とボリューム回折素子１５５との間の第２光路Ｌ２には、ビーム断面を拡大するための第２ビーム拡大器１４０と、前記第１カラービームないし第３カラービームをスキャニングするためのスキャニング・ユニットとが備わる。前記第１ビーム拡大器１３０は、第１凸レンズ１２３と第１凸Ｋレンズ１２５とを含んで構成され、前記第２ビーム拡大器１４０は、第２凸レンズ１３３と第２凸Ｋレンズ１３５とを含んで構成されうる。
【００２７】
一方、前記偏光ビームスプリッタ１１３とボリューム回折素子１５５との間に、１／２波長板１２０をさらに具備できる。１／２波長板１２０は、偏光方向を９０°変換するためのものであり、基準ビームとの偏光方向を一致させる。１／２波長板１２０は、偏光ビームスプリッタ１１３とボリューム回折素子１５５との間のある位置に選択的に配されうる。そして、第２ハーフミラー１０７と偏光ビームスプリッタ１１３との間に、第１シャッタ１１０が、偏光ビームスプリッタ１１３と光路変換器１１７との間に、第２シャッタ１１５がさらに配されうる。第１シャッタ１１０は、第１光源１０１、第２光源１０２、第３光源１０３からのビームを選択的に通過させることができ、第２シャッタ１１５は、ホログラムを記録してから再生するとき、物体ビームのボリューム回折素子１５５への入射を遮断するために使われる。
【００２８】
前記スキャニング・ユニットは、光源から出射されたビームを第１方向、第２方向、第３方向にスキャニングするためのものであり、第１方向、第２方向及び第３方向は、互いに垂直をなす方向になることができる。例えば、第１方向は、ビームが前記ボリューム回折素子１５５で回折されて進む方向であり、図１でｚ方向になり、第２方向は、図面で紙面に対して垂直な方向、すなわちｘ方向になり、第３方向は、紙面に対して水平な方向、すなわちｙ方向になりうる。第１方向、第２方向及び第３方向にスキャニングする手段は、多様な構成が可能であり、スキャニング・ユニットは、一例として図１に図示されているように、第２光路上に備わっている二次元ミラー１４５を含むことができる。前記二次元ミラー１４５は、基準ビームが信号ビームとなす間角を変化させる回転（ｘ軸を回転軸にした回転）と、それに垂直な方向に回転（ｙ軸を回転軸にした回転）とを行う二軸回転駆動を介してスキャニングを具現できる。前記二次元ミラー１４５が、基準ビームが信号ビームとなす間角を変化させることによって、ｚ方向へのスキャニングがなされ、それに垂直な方向に回転することによって、ｘ方向へのスキャニングがなされうる。前記二次元ミラー１４５から反射されたビームをボリューム回折素子１５５にフォーカシングさせるためのレンズ１５０がさらに備えられうる。前記二次元ミラー１４５を回転させるための第１駆動装置１４７が備わる。そして、前記ボリューム回折素子１５５をｘ軸を中心に回転させ、ｙ方向へのスキャニングを行うことができる。前記ボリューム回折素子１５５を回転させるための第２駆動装置１５７が備わる。前記ボリューム回折素子１５５によって回折されたビームをスクリーン１６５にフォーカシングするためのレンズ１６０がボリューム回折素子１５５の次に位置されうる。前記レンズは、フーリエレンズまたはｆ−θレンズでありうる。
【００２９】
次に、光源が一次元アレイ光源でもって構成された場合に、ボリュームホログラムを利用した回折素子の製作方法の一例について説明する。
【００３０】
図２Ａを参照すれば、ボリューム回折素子４０を中心に、いずれか一方には、スポットの位置がそれぞれ異なる信号ビームを生成する光源ユニット２５を配し、他の方向には、光源アレイからなる光源１０を配する。ボリューム回折素子４０は、例えば、六角形の断面を有し、前記光源ユニット２５と光源１０とから出てきたビームは、それぞれボリューム回折素子４０の隣接する面に入射される。前記光源ユニット２５とボリューム回折素子４０との間には、第１フーリエレンズ３５が備わりうる。そして、前記光源１０とボリューム回折素子４０との間には、レンズ２０が備わりうる。ボリューム回折素子４０は、第１フーリエレンズ３５から、第１フーリエレンズ３５の焦点距離ほど離れて位置できる。
【００３１】
前記光源１０から出射されたビームは、基準ビームとして作用し、前記光源ユニット２５からの物体ビームと前記光源１０からの基準ビームとが干渉し、ボリューム回折素子４０にホログラムが記録される。光源ユニット２５からのビームスポットの位置を変化させ、前記光源１０の各発光点１０−１，１０−２，…，１０−ｎをオン／オフさせつつ、ボリューム回折素子４０にホログラムを形成する。例えば、光源ユニット２５から出てきたビームのスポットを所定の基準面３０を基準に、図面の左側に位置させたり（図２Ａ）、基準面３０に位置させたり（図２Ｂ）、基準面３０の右側に位置させる（図２Ｃ）。そして、それぞれのスポットに対応する光源アレイの各発光点をオンにしてホログラムをボリューム回折素子４０に記録する。前記基準面３０にスポットを形成させる光源ユニット２５の位置を基準点（δ’ｚ＝０）とするとき、前記光源ユニット２５を前記基準点から左側にδ’ｚ（δ’ｚ＜０）ほど移動させた後、光源ユニット２５から出てきたビームと光源アレイから出てきたビームとを干渉させ、２つのビームの干渉信号をボリューム回折素子４０に記録する。ここで、２つのビームは、互いに干渉性を維持していなければならない。
【００３２】
図２Ａないし図２Ｃを参照すれば、δ’ｚ＜０位置に形成されたスポットと、これに対応する第１基準ビームとが干渉して形成された第１ホログラム、δ’ｚ＝０位置に形成されたスポットと、これに対応する第２基準ビームとが干渉して形成された第２ホログラム、δ’ｚ＞０位置に形成されたスポットと、これに対応する第３基準ビームとが干渉して形成された第３ホログラムが、ボリューム回折素子に記録されうる。前述のボリューム回折素子４０の製作方法は一例に過ぎず、これ以外にも多様な方法で製作可能である。
【００３３】
ボリューム回折素子は、ボリュームホログラム素子であり、例えば、光屈折結晶、光屈折ポリマー及び光ポリマーのうち、いずれか一つによって形成されうる。このように、ホログラムが形成されたボリューム回折素子４０に基準ビームを照射すれば、物体ビーム（または信号ビーム）がそのまま再生される。すなわち、光源１０の発光点のうち一つをボリューム回折素子４０に照射すれば、その光源に対応する物体ビームが、ボリューム回折素子４０で回折されて再生される。光源１０の発光点をいずれもオンにすれば、光源１０から出てきたビームが前記ボリューム回折素子４０を介して回折され、ビームの進行方向（ｚ方向）にそれぞれ異なる位置にスポットを形成する。前記第１基準ビームのための光源をオンにすれば、ボリュームホログラム原理によって、図２Ａに図示されているように、ボリューム回折素子４０を介して回折され、δｚ＝０である基準スクリーン５０に対してδｚ＜０の位置に信号ビームが再生される。第２基準ビームのための光源をオンにすれば、図２Ｂに図示されているように、δｚ＝０の位置に信号ビームが再生される。第３基準ビームのための光源をオンにすれば、図２Ｃに図示されているように、δｚ＞０の位置に信号ビームが再生される。このように、前記光源アレイ１０の光源をオン／オフ制御し、ビームの進行方向（ｚ方向）への直接光変調が可能になる。それによって、ビームの進行方向への一次元スキャニングが可能である。
【００３４】
本発明の一実施形態で、光源アレイの隣接する発光点間の距離は、焦点がｚ軸上に位置したビームがボリューム回折素子に同時に入射したとき、互いにクロストークがないように、ボリューム回折素子の原理によって決定されうる。ｚ軸に進むビームの場合、角度多重化が可能である最小角度を△θとするとき、光源間の最小距離△ｚは、△ｚ＝ｆ△θと決定されうる。ここで、ｆは、レンズ２０の焦点距離を示す。
【００３５】
一方、前記ボリューム回折素子４０と基準スクリーン５０との間には、第２フーリエレンズ４５がさらに備わりうる。第２フーリエレンズ４５は、ボリューム回折素子４０で再生された信号ビームをフォーカシングする役割を行う。
【００３６】
本発明の一実施形態では、三次元映像を表示するために第１方向、第２方向、第３方向にビームをスキャニングする。例えば、前記各発光点（１０−１），…（１０−ｉ），…（１０−ｎ）から出てきたビームをボリューム回折素子４０を介して回折させ、ビームの進行方向に対して互いに異なる位置にスポットを形成させ、第１方向にビームをスキャニングできる。そして、前記光源１０を駆動して第２方向にビームをスキャニングし、前記ボリューム回折素子４０を駆動して第３方向にビームをスキャニングできる。
【００３７】
ここで、基準スクリーン５０に向けてビームが進む方向をｚ方向と、ｚ方向に対して垂直の２方向をそれぞれｘ方向及びｙ方向と表示する。例えば、前記第１方向はｚ方向、第２方向はｘ方向、第３方向はｙ方向になりうる。
【００３８】
次に、図３Ａは、紙面に対して垂直方向（ｘ方向）へのスキャニングを、図３Ｂは、紙面に対して水平方向（ｙ方向）へのスキャニングを図示している。ｘ方向については、光源アレイ１０を第１駆動装置１５を利用して±ｘ方向に駆動してスキャニングする。そして、ｚ方向については、光源アレイ１０の光源をオン／オフ制御によって直接光変調する。図３Ａで、アレイ光源をｘ軸方向にδｘほど移動させれば、ボリュームホログラムの原理によってスポットは再生されるが、スポットの位置が−δｘほど移動するようになる。
【００３９】
次に、前記ボリューム回折素子４０を第２駆動装置５３を利用して回転させることによって、ｙ方向スキャニングを行う。前記ボリューム回折素子４０を、ｙ方向とｚ方向とからなる平面（ｙ−ｚ平面）で、ｘ方向を中心に回転させる。図３Ｂで、ボリューム回折素子４０をｘ軸を中心に回転させれば、第２フーリエレンズ４５を過ぎてスポットが形成される位置がｙ方向に水平移動を行う。ところで、この場合、基準ビームをボリューム回折素子を回転させる前と同じ位置に固定させて照射すれば、ボリューム回折素子４０が回転しつつ、前記基準ビームのボリューム回折素子４０に対する入射角が変わる。ボリューム回折素子４０に対するビームの入射角が変われば、スポットが深さ方向、すなわち、ビームの進行方向（ｚ方向）に異なるに結ばれる。言い換えれば、水平方向（ｙ方向）へのスキャニングのために、ボリューム回折素子４０を回転させれば、深さ方向に対してスポットの位置が変わる。従って、水平方向へのスキャニング時に、スポットの深さ方向（ｚ方向）への移動を発生させないために、ボリューム回折素子の回転角によって、ビームの入射角に対する補正を行わねばならない。
【００４０】
図４Ａないし図４Ｃは、水平方向スキャニングで、ボリューム回折素子４０に入射するビームの入射角を補正する例を図示したものである。
【００４１】
まず、図２Ｂに図示されたように、ｚ方向のスポットが基準スクリーン５０（δｚ＝０）にある場合を考慮する。基準ビームがアレイ光源１０の原点（中心点）にあり、ボリューム回折素子４０を、図面で時計方向に回転させる場合、図４Ａを参照すれば、ボリューム回折素子４０の回転によって、ボリューム回折素子４０で再生されるビームの方向が変わり、第２フーリエレンズ４５を過ぎれば、スポットの位置がδｚ＝０、δｙ＜０の場合になる。しかし、ボリューム回折素子４０が回転すれば、光源アレイ１０から出てきた基準ビームがレンズ２０を過ぎてボリューム回折素子に入射する角度が変わるために、ここで、ボリューム回折素子４０に入射する基準ビームの入射角度を考慮すれば、実際は図４Ｂでのように、δｚ＜０、δｙ＜０の位置にスポットが形成される。従って、δｚ＝０である状況で、ｙ方向へのスキャニングだけを行おうとする場合、図４Ｃでのように、光源アレイ１０の基準ビーム位置をボリューム回折素子４０の回転角によって補正せねばならない。すなわち、δｚ＝０になるように、光源アレイ１０でオンになる光源の位置を、光源アレイ１０の中心から右側にある光源に調節する。言い換えれば、ボリューム回折素子を回転させて水平方向スキャニングを行う場合、δｚを変化させないために、入射ビームの位置を変化させ、ボリュームホログラム素子４０に対する入射角を補正しなければならない。それによって、ボリュームホログラムを回転させてδｚは変えない状況で、水平方向（ｙ方向）のスキャニングを具現できる。
【００４２】
一方、ボリューム回折素子を製作するときは、使用する回折素子の材質が良好に反応する所定波長のビームでホログラムを記録する。一般的に、再生時に使用するビームは、記録時に使われたビームの波長と同じ波長を有するとき、ボリューム回折素子に記録された信号が再生される。しかし、再生時に入射するビームの波長が記録時に使用したビームの波長と異なる場合、再生ビームのボリューム回折素子に対する入射角度をブラッグマッチング（Ｂｒａｇｇ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）条件が満足されるように補正すれば、信号ビームが再生されうる。本発明の一実施形態によれば、このような方法を利用してボリューム回折素子をカラー別に別途に製作せずに、１つのボリューム回折素子を利用して三次元カラー表示を具現する。
【００４３】
図５Ａを参照すれば、例えば、緑色ビーム（ｇｒｅｅｎ  ｂｅａｍ）を利用してホログラムを記録する場合、信号ビームの波動ベクトルをＫｓ、基準ビームの波動ベクトルをＫｒとするとき、記録されるホログラムのグレーティングベクトル（ｇｒａｔｉｎｇ  ｖｅｃｔｏｒ）Ｇは、Ｋｓ−Ｋｒになる。ここで、基準ビームＲＧ（または記録ビーム、再生ビーム）と信号ビームＳＧ（または物体ビーム）との間の角度をθとする。一般的に、信号ビームの場合、単一な波動ベクトルとして表現されない場合もあるが、ここでは、信号ビームの波動ベクトルを信号ビームの主成分になる平面波の成分とする。主成分に近似できない場合は、いくつかのＫｓが混じっている場合と見ることができる。グレーティングベクトルＧの方向は、ボリューム回折素子の記録媒質、例えば、光屈折結晶におけるｃ軸方向と一致するようにできる。
【００４４】
図５Ｂは、記録されたホログラムによって、例えば、赤色ビーム（ｒｅｄ  ｂｅａｍ）が回折される場合を図示したものである。赤色ビーム、すなわち、記録時に使われた緑色ビームより波長が長い場合は、波動ベクトルの長さが緑色ビームに比べて縮まり、Ｇベクトルは、変わることがないために、図５Ｂに図示されているように、信号ビームＳＲと基準ビームＲＲとがなす間角θ’が図５Ａでのθより大きくなる。具体的な角度θ’は、信号ビームの波動ベクトルＫｓ’から基準ビームの波動ベクトルＫｒ’を差し引いたものがＧになるように決定される。すなわち、Ｇ＝Ｋｓ’−Ｋｒ’を満足するようにθ’が決定されうる。
【００４５】
図５Ｃは、記録されたホログラムによって、青色ビーム（ｂｌｕｅ  ｂｅａｍ）が回折される場合を図示したものである。青色ビーム、すなわち、記録時に使われた緑色ビームより波長が短い場合は、波動ベクトルの長さが大きくなるために、図５Ｃに図示されたように、信号ビームＳＢと基準ビームＲＢがなす間角θ”が図４Ａでのθより小さくなる。ここで、具体的な角度θ”は、信号ビームの波動ベクトルＫｓ”から基準ビームの波動ベクトルＫｒ”を差し引いたものがＧになるように決定される。すなわち、Ｇ＝Ｋｓ”−Ｋｒ”を満足するように、θ”が決定されうる。
【００４６】
緑色ビームで記録されたホログラムを、赤色ビームや青色ビームで再生するためのブラッグマッチング条件を満足する基準ビームの入射角は、緑色ビームによる記録時の基準ビーム及び信号ビーム間の角度θと関係がある。緑色ビームによる記録時に、基準ビーム及び信号ビームは、それぞれボリューム回折素子の面に対して垂直方向付近に入射される。従って、緑色ビームによる基準ビーム及び信号ビーム間の角度θは、ボリューム回折素子の基準ビーム及び信号ビームの入射面に対する法線間の角度と関係がある。結果的に、緑色ビームで記録されたホログラムを、赤色ビームや青色ビームで再生するためのブラッグマッチング条件を満足する入射角は、ボリューム回折素子の各入射面の法線間の角度と関係がある。そして、ブラッグマッチング条件を満足させる入射角は、緑色ビームの基準ビーム及び信号ビームの間の角度θが小さいほど小さくなる。ブラッグマッチング条件を満足する入射角が大きいほど、θ’とθ”とが大きくなって、それによって赤色ビームのスポットと青色ビームのスポットとが緑色ビームのスポットから遠く離れて形成される。カラーを形成するためには、赤色スポットと青色スポットとが緑色スポットからできる限り近く形成されねばならない。
【００４７】
例えば、緑色ビームがｙ軸方向に対してδｙ＝０である位置にスポットが形成され、ブラッグマッチング条件を満足させる赤色ビームと青色ビームとはそれぞれδｙ＞０、δｙ＜０である位置にスポットが形成される。ところで、ブラッグマッチング条件を満足させる赤色ビームと青色ビームとの入射角が大きいほど赤色スポットと青色スポットとがδｙ＝０である位置に形成された緑色スポットから遠く離れて形成される。赤色スポットと青色スポットとが緑色スポットから近く形成されるとき、３つのスポットの混合によってカラーが具現されうる。本発明の一実施形態によれば、信号ビームの波動ベクトルＫｓと、基準ビームの波動ベクトルＫｒとの間の角度θを小さくしてカラーを具現する。カラーによるスポットの位置を精密に一致させるために、水平スキャニングと結合してカラーによって変わったｙの位置を一致させる。
【００４８】
図６は、ボリューム回折素子の入射面で入射ビーム屈折を示したものであり、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃで図示された角度θ、θ’、θ”は、ボリューム回折素子媒質内での角度であり、基準ビームがボリューム回折素子に入射する角度は、入射面での屈折を考慮して設定せねばならない。一般的に、ボリューム回折素子として使われる光屈折結晶の屈折率ｎ２が、空気の屈折率ｎ１＝１より大きい２以上の値を有するために、図６でθ１がθ２より大きい。
【００４９】
図７は、ボリューム回折素子の一例を図示したものであり、六角形の断面を有する。図７では、基準ビームがボリューム回折素子に入射されるとき、入射面で屈折が起こることを省略して概略的に図示したものである。信号ビームの波動ベクトルＫｓと基準ビームの波動ベクトルＫｒとの間の角度θは、ボリューム回折素子での基準ビームの入射面Ｓｒに対する法線と、信号ビームの入射面Ｓｓに対する法線との間の角度αと関係があり、この角度αが小さいほど、赤色スポットと青色スポットとが緑色スポットに近接する。本発明の一側面によれば、ボリューム回折素子の断面形状を変化させ、ボリューム回折素子への基準ビームの入射面Ｓｒに対する法線と、信号ビームの入射面Ｓｓに対する法線との間の角度αを調節する。例えば、前記角度αが９０°以下になるように、ボリューム回折素子が四角以上の多角形断面を有することができる。前記角度αを小さくするために、基準ビーム及び信号ビームをそれぞれボリューム回折素子の隣接する面に入射させる。
【００５０】
ボリューム回折素子の断面は、対面する面が平行するように、偶数角の多角形によって構成できる。そして、ボリューム回折素子の断面は、対称性のために正多角形によって形成されうる。ボリューム回折素子の断面が偶数角を有する多角形の場合に、面の個数が多くなり、基準ビーム及び信号ビーム間の角度が小さくなれば、カラーを構成する要素色の再生スポット位置がだんだんと近づく。しかし、水平方向スキャニングと角度多重化とのためには、ボリューム回折素子の１つの面の所定長さが要求されるために、ボリューム回折素子の大きさが与えられた場合に、ボリューム回折素子の断面の角の個数と、１つの辺の長さとの間には、相互補完関係が存在する。
【００５１】
一方、記録されたホログラムは、再生時に再生ビームに影響されて徐々に消えるが、これを防止するために、定着（ｆｉｘｉｎｇ）処理を行う。
【００５２】
前記の実施形態は例示的なものに過ぎず、当技術分野の当業者ならば、それからな多様な変形及び均等な他実施形態が可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  光源、
１５，１４７  第１駆動装置、
２０，１５０，１６０  レンズ、
２５  光源ユニット、
３０  基準面、
３５  第１フーリエレンズ、
４０、１５５  ボリューム回折素子、
４５  第２フーリエレンズ、
５０  基準スクリーン、
５３，１５７  第２駆動装置、
１０１  第１光源、
１０２  第２光源、
１０３  第３光源、
１０５  第１ハーフミラー、
１０７  第２ハーフミラー、
１１０  第１シャッタ、
１１３  ビームスプリッタ、
１１５  第２シャッタ、
１１７  変換器、
１２０  １／２波長板、
１２３  第１凹レンズ、
１２５  第１凸レンズ、
１３０  第１ビーム拡大器、
１３３  第２凹レンズ、
１３５  第２凸レンズ、
１４０  第２ビーム拡大器、
１４５  二次元ミラー、
１６５  スクリーン、
Ｌ１  第１光路、
Ｌ２  第２光路。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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