(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波面再生をおこなうための光学装置において、
複数の電気書き込み型空間光変調器と、
前記電気電気書き込み型空間光変調器にて発生した像が書き込まれる光書き込み型空間光変調器と、を有してなり、
各電気書き込み型空間光変調器は、前記光書き込み型空間光変調器に複数の像を投影し、前記複数の像の間の位置には他の前記電気書き込み型空間光変調器にて発生した像が投影されることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学装置において、
各前記電気書き込み型空間光変調器はブラックストライプを有するとともに、前記複数の像、及び前記ブラックストライプによる陰、を前記光書き込み型空間光変調器に投影し、前記陰の部分には他の前記電気書き込み型空間光変調器にて発生した象が投影されることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学装置は、図８に示すように、電気アドレス型液晶パネル８０２に記録したホログラムを直接レーザで再生するものであった（第１の光学装置）。或いは図９に示すように、光書き込み型液晶空間光変調器９０４にレーザ走査によってホログラムを記録するものであった（第２の光学装置）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の第１の光学装置には、再生像の視角が十分取れるほど液晶パネルの画素ピッチを小さくすることも、視域が十分取れるほどの大型のパネルを製造することも困難であるという問題があった。また、従来の第２の光学装置では、レーザ光が書き込み部に照射されるのが一瞬なので液晶にメモリ性が必要で、強誘電性液晶が使用されている。しかし強誘電性液晶は２階調でしか光を制御できないため、ホログラフィ再生を行うと光の利用効率が極端に低下するという問題があった。本発明は、このような問題点を解決するものであって、その目的は、簡便な手段により高性能な光学装置を提供するところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学装置は、波面再生をおこなうための光学装置において、複数の電気書き込み型空間光変調器と、前記電気電気書き込み型空間光変調器にて発生した像が書き込まれる光書き込み型空間光変調器と、を有してなり、各電気書き込み型空間光変調器は、前記光書き込み型空間光変調器に複数の像を投影し、前記複数の像間の位置には他の前記電気書き込み型空間光変調器にて発生した像が投影されることを特徴とする。
【０００５】
また、各前記電気書き込み型空間光変調器はブラックストライプを有するとともに、前記複数の像、及び前記ブラックストライプによる陰、を前記光書き込み型空間光変調器に投影し、前記陰の部分には他の前記電気書き込み型空間光変調器にて発生した象が投影されることを特徴とする。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例及び参考例により本発明の詳細を示す。
【００１３】
（参考例１）
図１に本発明の参考例１に係わる光学装置の構成を示す。
【００１４】
光書き込み型液晶空間光変調器１０４にＴＦＴ駆動方式の液晶パネル１０２の像を光学系１０３を通して縮小投影する。液晶パネル１０２には分割されたホログラムがそれぞれ記録されている。一方、読み出し用のレーザ光源１０５から出射されたレーザ光はコリメートレンズ１０９と偏光ビ−ムスプリッタ１０７を通って光書き込み型液晶空間光変調器の読みだし側に入射する。反射光（ホログラフィの再生像）は偏光ビ−ムスプリッタ１０７を通って観測者１０６に達する。
【００１５】
書き込み用の光源１０１は本実施例ではレーザをコリメートレンズ１０８でコリメートして用いた。これは面内で均一な光強度を得るためである。面内のばらつきを抑えることができれば、インコヒーレント光源を用いてもよい。
【００１６】
ＴＦＴ駆動方式の液晶パネル１０２はＴＮ（ツイステッド  ネマティック）モードで、光の透過率を変調できる。一方、光書き込み型液晶空間光変調器はホモジニアス配向のＥＣＢ（電界制御複屈折）モードで、光の位相変調が可能である。本実施例で用いたＴＦＴ液晶パネルは、画素数が１４４０×１０２４、画素ピッチが４０μｍのものである。
【００１７】
光学系１０３は斜め入射による像の歪を補正し、光書き込み型液晶空間光変調器に結像させる。このとき隣の液晶パネルからの像との間に隙間ができないようにする。また、わずかにデフォーカス状態にすることにより、液晶パネルのブラックストライプによってできる暗線をなくした。
【００１８】
光書き込み型液晶空間光変調器については例えばＳＩＤ’９０  ＤＩＧＥＳＴ，３２７に詳細な記述があるが、ここでその動作について簡単に触れる。
【００１９】
図２に本参考例で使用した光書き込み型液晶空間光変調器の構成を示す。ＴＦＴ液晶パネルの像をアモルファスシリコン層２０３に投影する。すると光強度に応じて各点の導電率が変化し、液晶層２０７に印加される電圧が変わる。この電圧によって液晶の配向状態を変化させて光を制御する。
【００２０】
本参考例では光書き込み型液晶空間光変調器はホモジニアス配向であり、ネマティック液晶をツイストせずに使用している。このため電圧印加により液晶分子の傾きが変わり、液晶の複屈折のために光の位相を変化させることができる。本実施例の光書き込み型液晶空間光変調器はほぼ線形に２π以上位相を変化させることができた。
【００２１】
本参考例では誘電体ミラ−２０４上に位相板２０５を配置した。これにより読みだし光とその反射光の偏光方向が直交し、偏光ビームスプリッタを用いて容易に光路分離できる。
【００２２】
本参考例ではホログラムとしてキノフォームを用いた。キノフォームとは原画像にランダムな位相を乗せてフーリエ変換し、位相成分だけを取り出したものである。詳細についてはＡｐｐｌ．Ｏｐｔ．１２（１９７３）２３２８を参照されたい。
【００２３】
キノフォームは位相分布として与えられるが、これを振幅分布としてＴＮモードの液晶パネルに記録する。すなわち０から２πの位相を０から１の透過率に変換して記録する。この振幅分布を光書き込み型液晶空間光変調器に投影すると光強度に応じて読み出し光の位相を変調できる。こうして光書き込み型液晶空間光変調器上に位相ホログラム（本実施例ではキノフォーム）が記録できた。
【００２４】
本参考例ではＴＦＴ液晶パネルを縦横１０枚づつ（合計１００枚）配置し、それぞれを１０分の１に縮小投影した。従って光書き込み型液晶空間光変調器に書き込まれたホログラムは画素ピッチ４μｍ、画素数１４４００×１０２４０、大きさが５８ｍｍ×４１ｍｍである。このホログラムからの再生像は４０ｃｍ離れたところから見て６ｃｍ角程度の大きさがある。空間光変調器を用いた書き換え可能なホログラムなので容易に動画が実現できる。
【００２５】
なお、赤、青、緑の３原色のレーザを高速で切り替え、それに同期してホログラムを書き換えれば、カラーの３次元動画再生が可能である。
【００２６】
本参考例の書き込み方法ではレーザスキャンの方法と違って、常に書き込みデータがアモルファスシリコン層に照射されているので、メモリ性を持たないネマティック液晶を用いることができる。従って書き込みの光強度に応じて位相を連続的に変調することができる。もちろん、スキャニングのための可動部がなく、取扱いやすいという効果もある。
【００２７】
また使用する液晶パネルの数を増やせばいくらでも画素数を増やすことができる。このとき液晶パネルの駆動回路はそれぞれの液晶パネルに付いているので画面のちらつきなどの問題もない。さらに、光学系の倍率を変えれば画素ピッチを細かくできる。これにより、大きくて解像度の高いホログラフィ再生像を得ることができる。
【００２８】
（実施例１）
図３に本発明の実施例の構成を示す。本実施例では、あるＴＦＴ液晶パネルのブラックストライプの陰の部分に、別の液晶パネルの像を投影することにより、開口率をあげるとともに、画素ピッチを更に細かくした。
【００２９】
図４（ａ）はＴＦＴ液晶パネルの画素の様子である。４０１が開口部で４０２がブラックストライプである。
【００３０】
図４（ｂ）は光書き込み型空間光変調器の書き込み面での投影像の様子である。実線で示した４０３が１つの液晶パネルからの投影像で、点線で示した４０４が他の３枚の液晶パネルからの投影像である。他の液晶パネルからの投影像を互いに間に入れることにより開口率はほぼ１００％、画素ピッチは半分にできた。
【００３１】
本実施例では、開口率が１００％なのでホログラムの再生像に高次の複製像が現れない。
【００３２】
（参考例２）
図５に参考例２の構成を示す。本参考例では光学系１０３のかわりにホログラム素子５０３を用いた。光源はレーザを用いた。
【００３３】
このホログラム素子は斜め入射の歪補正をしながら像を縮小できる。さらに、光源の光量むらも補正できる。
【００３４】
このホログラム素子はコンピュータによってパターンを設計し、電子ビ−ム描画装置によって作成した。
【００３５】
これにより部品点数の大幅な削減ができ、装置の小型化、低コスト化が可能となった。
【００３６】
（参考例３）
図６に参考例３の構成を示す。本参考例ではデータ書き込みにもホログラフィを使った。
【００３７】
位相変調型のＴＦＴ液晶パネル６０２にキノフォームを記録しレーザ光源６０１からの光を照射する。このキノフォームの再生像は光書き込み型液晶空間光変調器１０４の書き込み面に結像する。この再生像がちょうど空間光変調器に書き込むべき光強度分布となる。
【００３８】
この方法では、液晶パネルに入力するデータに、斜め入射による歪補正ホログラムを重ね合わせることができるため、光学系１０３をフーリエ変換レンズで置き換えることができる。
【００３９】
（参考例４）
図７に参考例４の構成を示す。本参考例では光書き込み型空間光変調器を振幅位相変調型にした。
【００４０】
本参考例の光書き込み型液晶空間光変調器７０４は図２のガラス基板２１０にフォトクロミックガラスを使用している。このため波長４００ｎｍ以下の光を照射すると透過率を変化させることができる。読み出しの際には６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用いたので透過率は変化しない。
【００４１】
液晶層で位相を変化させることができるので、各点で読み出し光の振幅と位相を変調できる。これによりほぼ完全な光波面制御ができ、良好な再生像を得ることができた。なお、ホログラムはフレネル変換型のものを使用した。
【００４２】
以上本発明の実施例及び参考例について述べてきたが、本発明はこのほかにも、広く光情報処理や表示装置などに応用が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザスキャンの方法と違って、常に書き込みデータがアモルファスシリコン層に照射されているので、メモリ性を持たないネマティック液晶を用いることができる。従って書き込みの光強度に応じて位相を連続的に変調することができる。もちろんスキャニングのための可動部がなく、取扱いやすいという効果もある。
【００４４】
また使用する液晶パネルの数を増やせばいくらでも画素数を増やすことができる。このとき液晶パネルの駆動回路はそれぞれの液晶パネルに付いているので画面のちらつきなどの問題もない。さらに、光学系の倍率を変えれば画素ピッチを細かくできる。これにより、大きくて解像度の高いホログラフィ再生像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１に係わる光学装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例及び参考例で使用した光書き込み型液晶空間光変調器の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係わる光学装置の構成を示す側面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施例で使用したＴＦＴ液晶パネルの画素を示す上面図である。（ｂ）は本発明の実施例で使用した光書き込み型空間光変調器の書き込み面での投影像を示す上面図である。
【図５】参考例２に係わる光学装置の構成を示す側面図である。
【図６】参考例３に係わる光学装置の構成を示す側面図である。
【図７】参考例４に係わる光学装置の構成を示す側面図である。
【図８】従来の光学装置の構成を示す側面図である。
【図９】従来の光学装置の構成を示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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