(57)【要約】【課題】３次元表示と撮像による３次元情報の取得とを両立するホログラフィック撮像表示デバイスを実現する。【解決手段】ホログラフィック撮像表示デバイス（１００）は、空間光変調器（２）と、偏光子（３）と、撮像素子（４）とを備える。空間光変調器は、物体側に再生光を生じさせる第１ホログラムを表示する。偏光子は、物体側からホログラフィック撮像表示デバイスに入射する物体光のうち、所定の偏光方向の光を通過させる。撮像素子は、偏光子を通過した光により形成される第２ホログラムを撮像する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調器と、偏光子と、撮像素子とを備え、
前記空間光変調器は、物体側に再生光を生じさせる第１ホログラムを表示し、
前記偏光子は、物体側からホログラフィック撮像表示デバイスに入射する物体光のうち、所定の偏光方向の光を通過させ、
前記撮像素子は、前記偏光子を通過した光により形成される第２ホログラムを撮像することを特徴とするホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項２】
複数の撮像セルと複数の表示セルとを有し、
前記複数の撮像セルにおいて、前記空間光変調器は、前記物体光に、偏光方向に応じて異なる波面変調を与え、
前記複数の表示セルにおいて、前記空間光変調器は、前記第１ホログラムを表示し、
前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、入射した光のうち、所定の偏光方向の光を通過させ、
前記撮像素子は、前記複数の撮像セルに対応する複数の撮像画素を有することを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項３】
物体側から前記ホログラフィック撮像表示デバイスに入射する前記物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光および第２成分光を含み、
前記複数の撮像セルにおいて、前記空間光変調器は、前記撮像素子側に出射する前記第１成分光の波面の曲率と前記第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせ、
前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、前記偏光子を通過した前記第１成分光と前記偏光子を通過した前記第２成分光とが互いに干渉するように、前記第１成分光および前記第２成分光の偏光方向を変化させることを特徴とする請求項２に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項４】
前記物体光に偏光方向に応じて異なる波面変調を与える複屈折素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項５】
複数の撮像セルと複数の表示セルとを有し、
物体側から前記ホログラフィック撮像表示デバイスに入射する前記物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光および第２成分光を含み、
前記複数の撮像セルにおいて、前記空間光変調器は、前記第１成分光および前記第２成分光のそれぞれを互いに逆回転の楕円偏光に変換し、
前記複数の表示セルにおいて、前記空間光変調器は、前記第１ホログラムを表示し、
前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、所定の偏光方向の光を通過させる第１領域と、前記第１領域とは異なる偏光方向の光を通過させる第２領域とを有することを特徴とする請求項４に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項６】
前記空間光変調器に対して前記物体とは反対側に配置された光源を備え、
前記空間光変調器は、前記光源からの光から再生光を生じさせる前記第１ホログラムを表示することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項７】
複数の撮像セルと複数の表示セルとを有し、
前記空間光変調器より物体側に配置された光源と、
前記空間光変調器に対して前記物体とは反対側に配置された反射部とを備え、
前記複数の表示セルにおいて、前記反射部は、前記光源からの光を反射し、
前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、入射した光のうち、所定の偏光方向の光を通過させることを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項８】
前記空間光変調器は、第１期間に前記第１ホログラムを表示し、第２期間に前記第１ホログラムを表示せず前記物体光に偏光方向に応じて異なる波面変調を与え、
前記撮像素子は、前記第２期間に、前記偏光子を通過した光により形成される前記第２ホログラムを撮像することを特徴とする請求項１に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【請求項９】
前記空間光変調器より物体側に配置された光源と、
前記空間光変調器に対して前記物体とは反対側に配置された反射部とを備え、
前記反射部は、前記光源からの光の少なくとも一部を反射し、かつ前記物体光の少なくとも一部を通過させることを特徴とする請求項８に記載のホログラフィック撮像表示デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラフィック撮像表示デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
以後の文章中で位相の単位はラジアンで表す。光の干渉を利用した干渉計測技術、特にデジタルホログラフィは、非接触かつ非破壊で、物体の３次元情報を得ることができるため、近年、注目を集めている測定法の一つとなっている。
【０００３】
特許文献１には、２次元の画像を撮像および表示する一体型ディスプレイカメラが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、複数のピンホールを並べたイメージング装置が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、撮像装置付き画像表示装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００４−５１５１２７号公報
【特許文献２】特表２００５−５２１１７４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５０５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来技術では、１つの撮像表示デバイスによって３次元画像表示と撮像による３次元情報の取得とを両立することができない。
【０００８】
本発明の一態様は、３次元表示と撮像による３次元情報の取得とを両立するホログラフィック撮像表示デバイスを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、空間光変調器と、偏光子と、撮像素子とを備え、前記空間光変調器は、物体側に再生光を生じさせる第１ホログラムを表示し、前記偏光子は、物体側からホログラフィック撮像表示デバイスに入射する物体光のうち、所定の偏光方向の光を通過させ、前記撮像素子は、前記偏光子を通過した光により形成される第２ホログラムを撮像する構成である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、３次元表示と撮像による３次元情報の取得とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式正面図である。
【図２】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【図３】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【図４】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【図５】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【図６】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【図７】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【図８】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【図９】ある実施形態のホログラフィック撮像表示デバイスの構成を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態について図に基づいて以下に説明する。説明の便宜上、各項目において、上述の項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略することがある。
【００１３】
〔実施形態１〕
図１は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１００の構成を示す模式正面図である。図１は、ホログラフィック撮像表示デバイス１００の一部を拡大して示す。ホログラフィック撮像表示デバイス１００は、前面にある物体（被写体）の撮像と、ホログラフィによる立体表示とを行う。ホログラフィック撮像表示デバイス１００は、撮像を行う領域である複数の撮像セル１１と、表示を行う領域である複数の表示セル１２とを有する。複数の撮像セル１１と、複数の表示セル１２とは、市松模様に配置されている。ただし配置はこれに限らず、例えば、複数の撮像セル１１と、複数の表示セル１２とは、交互にライン状に配置されていてもよい。また、複数の撮像セル１１の数と、複数の表示セル１２の数とは互いに異なっていてもよい。
【００１４】
図２は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１００の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１００に対して物体２０側を前面側、物体２０とは反対側を背面側とする。なお、物体２０は、立体表示を見る観察者であり得る。ホログラフィック撮像表示デバイス１００は、空間光変調器２、偏光子３、撮像素子４、および光源５を備える。空間光変調器２、偏光子３、および撮像素子４は積層されている。空間光変調器２の背面側に偏光子３が配置されている。偏光子３の背面側に撮像素子４が配置されている。撮像素子４の背面側に光源５が配置されている。
【００１５】
ここでは被写体である物体２０から来る光を物体光と称する。物体光は、物体２０によって反射、回折または散乱された光、あるいは蛍光、高次高調波である。物体光は、ホログラフィック撮像表示デバイス１００に入射される。物体光の伝播方向に直交する１つの方向を第１方向と定義し、物体光の伝播方向および第１方向に直交する方向を第２方向と定義する。ここでは、第１方向を垂直方向と表し、第２方向を水平方向と表す。物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光と第２成分光とを含む。ここではホログラフィック撮像表示デバイス１００に入射する物体光において、第１成分光は垂直方向の成分を有する光であり、第２成分光は水平方向の成分を有する光である。ここでは、物体光は、干渉性の低いインコヒーレント光（例えば自然光または蛍光）である。
【００１６】
空間光変調器２は、透過型かつ液晶型の空間光変調器（ＳＬＭ）であって、入射した光の位相を変調する。空間光変調器２は、スピン注入型の空間光変調器であってもよい。空間光変調器として、空間的に光を変調させる任意の素子を用いることができる。空間的に光を変調させる素子とは、透過率、反射率、または屈折率に偏光特性を示す素子、あるいは、そのアレイ構造を有する素子である。例えば、空間的に光を変調させる素子とは、液晶デバイスまたは液晶素子のアレイ素子、液晶素子と波長板またはフォトニック結晶または構造性複屈折素子のアレイとからなる素子、ミラーとミラー駆動部とからなる素子のアレイ、メタマテリアルまたはメタマテリアルのアレイ素子、もしくは、電気光学効果を用い偏光変調を行なう素子（ＥＯ素子）のアレイなどであってもよい。空間光変調器２は、複数の撮像セル１１および複数の表示セル１２に対応した複数のセルを有する。空間光変調器２は、該複数のセル毎に光の位相を変調することができる。
【００１７】
複数の撮像セル１１において、空間光変調器２は、物体光に、偏光方向に応じて異なる波面変調を与える。具体的には、複数の撮像セル１１において、空間光変調器２は、撮像素子４側に出射する第１成分光の波面の曲率と第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせる。
【００１８】
一方、複数の表示セル１２において、空間光変調器２は、空間光変調器２上に第１ホログラムを表示する。例えば、空間光変調器２は、屈折率が変化するパターンによって第１ホログラムを表示してもよいし、明暗のパターンによって第１ホログラムを表示してもよい。明暗のパターンで第１ホログラムを表示する場合、一般の液晶ディスプレイと同様に、空間光変調器２（液晶素子）の前面側に別の偏光子を配置する。第１ホログラムは、光源５側から空間光変調器２に入射した光を回折させ、再生光を生じさせる。
【００１９】
偏光子３は、物体光のうち、透過軸の方向の成分（所定の偏光方向の光）のみを通過させる。複数の撮像セル１１において、偏光子３の透過軸は、垂直方向と水平方向の間の第３方向に設定されている。すなわち、複数の撮像セル１１において、偏光子３は、垂直方向成分の光のうちの透過軸方向成分と、水平方向成分の光のうちの透過軸方向成分とを通過させる。偏光子３を通過した物体光は、透過軸方向に偏光している。偏光子３を通過した物体光は、垂直方向成分の光のうちの透過軸方向成分と、水平方向成分の光のうちの透過軸方向成分との重ね合わせである。このように、偏光子３は、複数の撮像セル１１において、垂直方向成分の光と水平方向成分の光の光が干渉するよう、それぞれの光の偏光方向を変化させる。透過軸の向き（第３方向）は、垂直方向と水平方向の間の任意の方向に設定することができる。透過軸が垂直方向に近いか、水平方向に近いかに応じて、偏光子３を通過した垂直方向成分の光と水平方向成分の光との強度の比が変化する。
【００２０】
偏光子３は、複数の表示セル１２において、所定の偏光方向の光のみを通過させる。複数の撮像セル１１における偏光子３の透過軸と、複数の表示セル１２における偏光子３の透過軸とは同じであっても異なっていてもよい。なお、偏光子３は、複数の表示セル１２において、所定の偏光方向の光のみを通過させてもよいし、全ての偏光方向の光を通過させてもよい。言い換えれば、複数の表示セル１２において、偏光子３を省略してもよい。
【００２１】
撮像素子４は、複数の撮像セル１１に対応する複数の撮像画素を有し、各撮像画素に到達した光の強度を記録する。複数の撮像画素の背面側には光を通過させない部材（ブラックマトリクス等）が配置されている。偏光子３を通過した光は、偏光方向が透過軸方向に揃っているので、撮像素子４上において、干渉縞（フレネルゾーンパターン）を形成する。撮像素子４は、撮像素子４上に形成された干渉縞を撮像する。この干渉縞は物体光の情報を有する第２ホログラムである。
【００２２】
一方で、複数の表示セル１２に対応する領域には、撮像画素は形成されておらず、撮像素子４の該領域は光を通過させる開口となっている。開口には透光性の部材が配置されていてもよい。
【００２３】
光源５は、空間光変調器２の複数の表示セル１２に光を照射する。光源５は、レーザ光源であってもよいし、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源であってもよい。例えばＬＥＤ光源を用いる場合、波長幅を制限する波長選択フィルタと共に用いてもよい。光源５は、複数の表示セル１２に球面波の再生照明光を照射してもよいし、平行光の再生照明光を照射してもよい。導光板を光源５と組み合わせて用いてもよい。光源５の位置は、任意に選ぶことができる。光源５は、複数の表示セル１２に表示される第１ホログラムで回折されると再生光を生じさせるような、再生照明光を照射する。逆に言えば、空間光変調器２の複数の表示セル１２には、再生照明光から再生光を生じさせるような第１ホログラムが表示される。
【００２４】
第１ホログラムによる０次回折光がホログラフィック撮像表示デバイス１００の正面に位置する観察者に照射されないように、図２に点線で示す位置に光源５が配置されてもよい。０次回折光は再生照明光と同じ方向に進むので、光源５は、再生照明光を空間光変調器２に対して斜めに入射してもよい。すなわち、ホログラフィック撮像表示デバイス１００の正面に０次回折光が出射されないよう、再生照明光が空間光変調器２に垂直に入射しないように、光源５を配置してもよい。
【００２５】
（撮像）
複数の撮像セル１１での物体光の撮像について説明する。物体２０からホログラフィック撮像表示デバイス１００に入射した物体光は、第１成分光と第２成分光とを含む。空間光変調器２を通過すると、第１成分光の波面の曲率と第２成分光の波面の曲率とが互いに異なるものになる。偏光子３を通過すると、第１成分光の偏光方向と第２成分光の偏光方向とが揃えられる。互いに干渉した第１成分光と第２成分光とが、撮像素子４上で物体光の情報を含む第２ホログラムを形成する。撮像素子４は、第２ホログラムを撮像する。
【００２６】
（表示）
複数の表示セル１２での立体表示について説明する。光源５から出射された再生照明光は、偏光子３を通過して、空間光変調器２に照射される。空間光変調器２に表示された第１ホログラムにより、再生照明光は回折する。１次回折光は再生光としてホログラフィック撮像表示デバイス１００の前面に出射される。観察者は、ホログラフィック撮像表示デバイス１００から出射される再生光を見ることにより、立体表示を視認することができる。
【００２７】
このように、ホログラフィック撮像表示デバイス１００は、空間光変調器２を用いて、複数の撮像セル１１では第２ホログラムの撮像を行い、複数の表示セル１２では第１ホログラムによる立体表示を行う。それゆえ、ホログラフィック撮像表示デバイス１００は、３次元表示と、撮像による３次元情報の取得（物体光の情報を含む第２ホログラムの撮像）とを両立することができる。
【００２８】
（変形例）
空間光変調器２と偏光子３の間、および／または、偏光子３と撮像素子４との間は、離れていてもよく、別の透光性の部材が配置されてもよい。
【００２９】
なお、干渉性を高めるために、撮像素子４より物体２０側にマルチバンドパスフィルタまたは波長選択フィルタを配置してもよい。
【００３０】
〔実施形態２〕
図３は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１０１の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０１は、空間光変調器２、偏光子３、撮像素子４、光源５、および複屈折素子６を備える。複屈折素子６は、空間光変調器２の前面側に空間光変調器２と距離を空けて配置されてもよいし、空間光変調器２に接していてもよい。
【００３１】
複屈折素子６は、物体光に、偏光方向に応じて異なる波面変調を与える。具体的には、複屈折素子６は、撮像素子４側に出射する第１成分光（垂直方向成分の光）の波面の曲率と第２成分光（水平方向成分の光）の波面の曲率とを互いに異ならせる。複屈折素子６は、空間的に連続的な位相変調を与える素子（例えば、偏光プリズム、波長板、複屈折レンズ、メタマテリアル素子、構造性複屈折を有する素子、フォトニック結晶素子、または、偏光ディレクトフラットレンズ）であってもよい。または、空間的に離散的な位相変調を与える別の空間光変調器を複屈折素子６として用いてもよい。
【００３２】
複数の表示セル１２において、空間光変調器２は、空間光変調器２上に第１ホログラムを表示する。複数の表示セル１２については、空間光変調器２および偏光子３の作用は実施形態１と同様である。
【００３３】
複数の撮像セル１１において、空間光変調器２は、１／４波長板のように機能する。複数の撮像セル１１において、空間光変調器２は、第１成分光（垂直方向成分の光）を、ある回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換する。一方、複数の撮像セル１１において、空間光変調器２は、第２成分光（水平方向成分の光）を、逆回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換する。例えば、第１成分光は右回りの円偏光であり、第２成分光は左回りの円偏光である。
【００３４】
偏光子３は、複数の撮像セル１１および複数の表示セル１２に対応する、複数の偏光子セルを有する。複数の表示セル１２において、偏光子３の透過軸は、複屈折素子６の進相軸または遅相軸と一致していてもよい。例えば、複数の表示セル１２において、偏光子３は、垂直方向成分の光のみ（または水平方向成分の光）を通過させる。光源５から出射され、偏光子３および空間光変調器２を通過した光（再生光）は、垂直方向成分のみを有する。そのため、再生光が複屈折素子６で２つに分けられることはない。
【００３５】
複数の撮像セル１１において、偏光子３は、水平方向（０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第１領域）と、右上がり方向（４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第２領域）と、垂直方向（９０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第３領域）と、左上がり方向（−４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第４領域）とを含む。これらの偏光子セルは複数の撮像セル１１に対応する位置に周期的に配置されている。
【００３６】
複数の撮像セル１１において、偏光子３に到達した第１成分光および第２成分光は互いに逆向きに回転する円偏光である。そのため、偏光子セルに応じて、通過した第１成分光に対する通過した第２成分光の位相の進みが異なる。ここでは、４種類の偏光子セルに応じて、４種類の位相シフト量（０、π／２、π、３π／２）の第１成分光および第２成分光が得られる。ここでは、ある偏光子セルを通過した第１成分光および第２成分光の位相の関係を基準（位相シフト量が０）にし、第１成分光の位相に対する第２成分光の位相の遅れまたは進みを位相シフト量と定義している。
【００３７】
偏光子３を通過した第１成分光および第２成分光は、撮像素子４上で干渉して第２ホログラムを形成する。このように、撮像素子４は、空間分割によって位相シフト量の異なる複数のホログラムを撮像することができる。再生装置（図示せず）は、位相シフト量の異なる複数のホログラムから、並列位相シフト法によって０次回折光を除去し、物体２０の再生像を得ることができる。
【００３８】
〔実施形態３〕
図４は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１０２の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０２は、空間光変調器２、偏光子３、撮像素子４、光源５、および複屈折素子６を備える。複屈折素子６は、空間光変調器２の前面側に空間光変調器２と距離を空けて配置されてもよいし、空間光変調器２に接していてもよい。
【００３９】
複屈折素子６は、実施形態２と同様の構成である。複屈折素子６は、撮像素子４側に出射する第１成分光（垂直方向成分の光）の波面の曲率と第２成分光（水平方向成分の光）の波面の曲率とを互いに異ならせる。複屈折素子６は、空間的に連続的な位相変調を与える素子であってもよいし、別の空間光変調器であってもよい。
【００４０】
空間光変調器２は、複数の撮像セル１１に対応する領域に、複数の開口を有している。一方、複数の表示セル１２において、空間光変調器２は、空間光変調器２上に第１ホログラムを表示する。複数の表示セル１２については、空間光変調器２および偏光子３の作用は実施形態１と同様である。
【００４１】
複数の撮像セル１１において、偏光子３の透過軸は、垂直方向と水平方向の間の第３方向に設定されている。複数の撮像セル１１における偏光子３の透過軸と、複数の表示セル１２における偏光子３の透過軸とは同じであっても異なっていてもよい。
【００４２】
撮像素子４の構成は、実施形態１と同様の構成である。偏光子３を通過した第１成分光および第２成分光は、撮像素子４上で干渉して第２ホログラムを形成する。
【００４３】
〔実施形態４〕
図５は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１０３の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０３は、空間光変調器２、偏光子３、撮像素子４、光源５、複屈折素子６、および反射部７を備える。複屈折素子６は、偏光子３の前面側に偏光子３と距離を空けて配置されてもよいし、偏光子３に接していてもよい。偏光子３の背面側に、撮像素子４および空間光変調器２が配置されている。撮像素子４と空間光変調器２とは、図５のように同一面上に位置するように配置されてもよいし、異なる面上に位置するように配置されてもよい。複数の撮像セル１１に対応する領域には、撮像素子４の複数の撮像画素が配置されている。複数の表示セル１２に対応する領域には、空間光変調器２の複数のセルが配置されている。空間光変調器２の背面側には、反射部７が配置されている。光源５は、空間光変調器２より物体２０側に配置されている。
【００４４】
複屈折素子６は、実施形態２と同様の構成である。複屈折素子６は、撮像素子４側に出射する第１成分光（垂直方向成分の光）の波面の曲率と第２成分光（水平方向成分の光）の波面の曲率とを互いに異ならせる。複屈折素子６は、空間的に連続的な位相変調を与える素子であってもよいし、別の空間光変調器であってもよい。
【００４５】
複数の撮像セル１１において、偏光子３の透過軸は、垂直方向と水平方向の間の第３方向に設定されている。複数の撮像セル１１における偏光子３の透過軸と、複数の表示セル１２における偏光子３の透過軸とは同じであっても異なっていてもよい。複数の表示セル１２における偏光子３は省略することもできる。
【００４６】
撮像素子４の構成は、実施形態１と同様の構成である。偏光子３を通過した第１成分光および第２成分光は、撮像素子４上で干渉して第２ホログラムを形成する。
【００４７】
空間光変調器２および反射部７は、反射型の空間光変調器を構成している。複数の表示セル１２において、空間光変調器２は、空間光変調器２上に第１ホログラムを表示する。複数の表示セル１２において、反射部７は、光源５からの光を反射する。光源５から空間光変調器２に再生照明光が照射される。再生照明光が回折することにより生じた再生光は、物体２０側に出射される。
【００４８】
〔実施形態５〕
図６は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１０４の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０４は、空間光変調器２、偏光子３、撮像素子４、光源５、複屈折素子６、および反射部７を備える。本実施形態は、実施形態４と複屈折素子６の構成が異なり、他の構成は同じである。
【００４９】
複屈折素子６は、偏光子３の前面側に偏光子３に隣接するように配置されている。複数の撮像セル１１において、複屈折素子６は、撮像素子４側に出射する第１成分光（垂直方向成分の光）の波面の曲率と第２成分光（水平方向成分の光）の波面の曲率とを互いに異ならせる。
【００５０】
複屈折素子６は、複数の表示セル１２に対応する領域に、複数の開口を有している。複屈折素子６は、複数の表示セル１２を通過する再生照明光および再生光には影響を与えない。それゆえ、ホログラフィック撮像表示デバイス１０４における立体表示の品質を向上することができる。
【００５１】
〔実施形態６〕
図７は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１０５の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０５は、空間光変調器２（第１空間光変調器）、偏光子３、撮像素子４、光源５、複屈折素子６、反射部７、および第２空間光変調器８を備える。空間光変調器２、撮像素子４、光源５、複屈折素子６、および反射部７は、実施形態４（図５）と同様の構成である。
【００５２】
第２空間光変調器８は、透過型かつ液晶型の空間光変調器であって、入射した光の位相を変調する。第２空間光変調器８は、スピン注入型の空間光変調器であってもよい。第２空間光変調器８は、複数の撮像セル１１に対応した複数のセルを有する。第２空間光変調器８は、該複数のセル毎に光の位相を変調することができる。
【００５３】
複数の撮像セル１１において、第２空間光変調器８は、１／４波長板のように機能する。複数の撮像セル１１において、第２空間光変調器８は、第１成分光（垂直方向成分の光）を、ある回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換する。一方、複数の撮像セル１１において、空間光変調器２は、第２成分光（水平方向成分の光）を、逆回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換する。
【００５４】
偏光子３は、実施形態２と同様の構成である。偏光子３は、複数の撮像セル１１および複数の表示セル１２に対応する、複数の偏光子セルを有する。複数の表示セル１２において、偏光子３の透過軸は、複屈折素子６の進相軸または遅相軸と一致していてもよい。
【００５５】
複数の撮像セル１１において、偏光子３は、水平方向（０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第１領域）と、右上がり方向（４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第２領域）と、垂直方向（９０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第３領域）と、左上がり方向（−４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第４領域）とを含む。これらの偏光子セルは周期的に配置されている。実施形態２と同様に、撮像素子４は、空間分割によって位相シフト量の異なる複数のホログラムを撮像することができる。
【００５６】
〔実施形態７〕
図８は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１０６の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０６は、空間光変調器２、偏光子３、撮像素子４、光源５、および複屈折素子６を備える。複屈折素子６は、空間光変調器２の前面側に空間光変調器２と距離を空けて配置されてもよいし、空間光変調器２に接していてもよい。複屈折素子６は、実施形態２と同様の構成である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０６は、時分割で撮像と立体表示とを交互に行う。撮像を行う撮像フレームと立体表示を行う表示フレームが時間的に交互に設けられる。
【００５７】
空間光変調器２は、複数のセルを有する。空間光変調器２の１つのセルは、１つの撮像セル１１および１つの表示セル１２に対応する。すなわち、撮像セル１１における光の変調と表示セル１２における光の変調は、空間光変調器２の共通のセルによって行われる。
【００５８】
表示フレームにおいて、空間光変調器２は、空間光変調器２上に第１ホログラムを表示する。これにより、再生光が物体２０側に出射され、観察者は立体表示を視認することができる。表示フレームにおいては、撮像素子４は撮像を行わない。
【００５９】
撮像フレームにおいて、空間光変調器２は、１／４波長板のように機能する。撮像フレームにおいて、空間光変調器２は、第１成分光（垂直方向成分の光）を、ある回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換する。一方、撮像フレームにおいて、空間光変調器２は、第２成分光（水平方向成分の光）を、逆回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換する。
【００６０】
偏光子３は、複数の偏光子セルを有する。偏光子３の１つの偏光子セルは、１つの撮像セル１１および１つの表示セル１２に対応する。偏光子３は、水平方向（０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第１領域）と、右上がり方向（４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第２領域）と、垂直方向（９０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第３領域）と、左上がり方向（−４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セル（第４領域）とを含む。これらの偏光子セルは周期的に配置されている。
【００６１】
撮像フレームにおいて、撮像素子４は、空間分割によって位相シフト量の異なる複数のホログラム（第２ホログラム）を撮像することができる。
【００６２】
ホログラフィック撮像表示デバイス１０６は、撮像のための光の変調と立体表示のための光の変調とを、空間光変調器２の共通のセルで時分割により行う。そのため、簡易な構成で、高品質の撮像を行うことができる。
【００６３】
〔実施形態８〕
図９は、本実施形態のホログラフィック撮像表示デバイス１０７の構成を示す模式断面図である。ホログラフィック撮像表示デバイス１０７は、空間光変調器２、偏光子３、撮像素子４、光源５、および反射部７を備える。空間光変調器２の背面側に反射部７が配置されている。反射部７の背面側に偏光子３が配置されている。偏光子３の背面側に撮像素子４が配置されている。反射部７は、偏光子３の前面側に偏光子３と距離を空けて配置されてもよいし、偏光子３に接していてもよい。ホログラフィック撮像表示デバイス１０７は、時分割で撮像と立体表示とを交互に行う。撮像を行う撮像フレーム（第２期間）と立体表示を行う表示フレーム（第１期間）が時間的に交互に設けられる。光源５は、空間光変調器２より物体２０側（反射部７とは反対側）に配置されている。
【００６４】
空間光変調器２および反射部７は、反射型の空間光変調器を構成している。反射部７は、光源５からの光の少なくとも一部を反射し、少なくとも他の一部を透過する。
【００６５】
偏光子３は、所定の偏光方向の光のみを通過させる。偏光子３の透過軸は、垂直方向と水平方向の間の第３方向に設定されている。
【００６６】
表示フレームにおいて、空間光変調器２は、空間光変調器２上に第１ホログラムを表示する。また、表示フレームにおいて、光源５から空間光変調器２に再生照明光が照射される。再生照明光が回折することにより生じた再生光は、反射部７によって物体２０側に出射される。表示フレームにおいては、撮像素子４は撮像を行わない。
【００６７】
撮像フレームにおいて、空間光変調器２は、物体光に、偏光方向に応じて異なる波面変調を与える。具体的には、撮像フレームにおいて、空間光変調器２は、撮像素子４側に出射する第１成分光の波面の曲率と第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせる。撮像フレームにおいて、偏光子３を通過した物体光は、撮像素子４上で物体光の情報を含む第２ホログラムを形成する。撮像フレームにおいて、撮像素子４は、第２ホログラムを撮像する。
【００６８】
ホログラフィック撮像表示デバイス１０７は、撮像のための光の変調と立体表示のための光の変調とを、空間光変調器２の共通のセルで時分割により行う。
【００６９】
（変形例）
ホログラフィック撮像表示デバイス１０７において、以下のように構成してもよい。ここでは、物体光は、少なくとも２つの波長の物体光（第１波長の第１物体光および第２波長の第２物体光）を含む。表示フレームにおける空間光変調器２の動作は、上記と同様である。
【００７０】
撮像フレームにおいて、空間光変調器２は、撮像素子４側に出射する第１波長の第１成分光の波面の曲率と第１波長の第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせ、第２波長の第１成分光の波面の曲率と第２波長の第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせ、かつ、撮像画素毎に、第１成分光の位相に対して第２成分光の位相を遅らせる（または進ませる）。これにより、空間光変調器２は、撮像画素毎に、第１波長の第２成分光の位相シフト量または第２波長の第２成分光の位相シフト量を異ならせる。例えば、第１撮像セルから第４撮像セルを周期的に設ける。第１撮像セルにおける第１成分光と第２成分光との位相の関係を基準とし、第１成分光の位相に対する第２成分光の位相の遅れまたは進みを位相シフト量と定義する。第１撮像セルでは、第１波長の位相シフト量および第２波長の位相シフト量は０である。第２撮像セルでは、空間光変調器２は、第１波長の位相シフト量は０かつ第２波長の位相シフト量がπ／２になるように、第２波長の第２成分光の位相を遅らせる。第３撮像セルでは、空間光変調器２は、第１波長の位相シフト量は０かつ第２波長の位相シフト量がπになるように、第２波長の第２成分光の位相を遅らせる。第４撮像セルでは、空間光変調器２は、第１波長の位相シフト量はπ／２かつ第２波長の位相シフト量が０になるように、第１波長の第２成分光の位相を遅らせる。
【００７１】
これにより、撮像フレームにおいて、撮像素子４は、位相シフト量が異なる４種類のホログラムを撮像することができる。４種類のホログラムのうち、１種類のホログラムは、基準ホログラムである。４種類のホログラムのうち、他の２種類のホログラムは、基準ホログラムに対して、第１波長の位相シフト量が同じで、第２波長の位相シフト量が互いに異なる。４種類のホログラムのうち、他の１種類のホログラムは、基準ホログラムに対して、第１波長の位相シフト量が異なり、第２波長の位相シフト量が同じである。
【００７２】
このように複数種類の位相シフト量の異なるホログラムを得ることにより、モノクロの撮像素子で複数波長の物体光の撮像および再生をすることができる。これら位相シフト量が異なる４種類のホログラムから、第１波長の物体光と、第２波長の物体光とを分離して再生することができる。再生方法については公知の技術を利用することができるので、ここでは説明を省略する。
【００７３】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、空間光変調器と、偏光子と、撮像素子とを備え、前記空間光変調器は、物体側に再生光を生じさせる第１ホログラムを表示し、前記偏光子は、物体側からホログラフィック撮像表示デバイスに入射する物体光のうち、所定の偏光方向の光を通過させ、前記撮像素子は、前記偏光子を通過した光により形成される第２ホログラムを撮像する構成である。
【００７４】
本発明の態様２に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様１において、複数の撮像セルと複数の表示セルとを有し、前記複数の撮像セルにおいて、前記空間光変調器は、前記物体光に、偏光方向に応じて異なる波面変調を与え、前記複数の表示セルにおいて、前記空間光変調器は、前記第１ホログラムを表示し、前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、入射した光のうち、所定の偏光方向の光を通過させ、前記撮像素子は、前記複数の撮像セルに対応する複数の撮像画素を有する構成としてもよい。
【００７５】
本発明の態様３に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様２において、物体側から前記ホログラフィック撮像表示デバイスに入射する前記物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光および第２成分光を含み、前記複数の撮像セルにおいて、前記空間光変調器は、前記撮像素子側に出射する前記第１成分光の波面の曲率と前記第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせ、前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、前記偏光子を通過した前記第１成分光と前記偏光子を通過した前記第２成分光とが互いに干渉するように、前記第１成分光および前記第２成分光の偏光方向を変化させる構成としてもよい。
【００７６】
本発明の態様４に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様１において、前記物体光に偏光方向に応じて異なる波面変調を与える複屈折素子を備える構成としてもよい。
【００７７】
本発明の態様５に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様４において、複数の撮像セルと複数の表示セルとを有し、物体側から前記ホログラフィック撮像表示デバイスに入射する前記物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光および第２成分光を含み、前記複数の撮像セルにおいて、前記空間光変調器は、前記第１成分光および前記第２成分光のそれぞれを互いに逆回転の楕円偏光に変換し、前記複数の表示セルにおいて、前記空間光変調器は、前記第１ホログラムを表示し、前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、所定の偏光方向の光を通過させる第１領域と、前記第１領域とは異なる偏光方向の光を通過させる第２領域とを有する構成としてもよい。
【００７８】
本発明の態様６に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様１から５のいずれかにおいて、前記空間光変調器に対して前記物体とは反対側に配置された光源を備え、前記空間光変調器は、前記光源からの光から再生光を生じさせる前記第１ホログラムを表示する構成としてもよい。
【００７９】
本発明の態様７に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様１において、複数の撮像セルと複数の表示セルとを有し、前記空間光変調器より物体側に配置された光源と、前記空間光変調器に対して前記物体とは反対側に配置された反射部とを備え、前記複数の表示セルにおいて、前記反射部は、前記光源からの光を反射し、前記複数の撮像セルにおいて、前記偏光子は、入射した光のうち、所定の偏光方向の光を通過させる構成としてもよい。
【００８０】
本発明の態様８に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様１において、前記空間光変調器は、第１期間に前記第１ホログラムを表示し、第２期間に前記第１ホログラムを表示せず前記物体光に偏光方向に応じて異なる波面変調を与え、前記撮像素子は、前記第２期間に、前記偏光子を通過した光により形成される前記第２ホログラムを撮像する構成としてもよい。
【００８１】
本発明の態様９に係るホログラフィック撮像表示デバイスは、上記の態様８において、前記空間光変調器より物体側に配置された光源と、前記空間光変調器に対して前記物体とは反対側に配置された反射部とを備え、前記反射部は、前記光源からの光の少なくとも一部を反射し、かつ前記物体光の少なくとも一部を通過させる構成としてもよい。
【００８２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
２  空間光変調器
３  偏光子
４  撮像素子
５  光源
６  複屈折素子
７  反射部
８  第２空間光変調器
１１  撮像セル
１２  表示セル
２０  物体
１００〜１０７  ホログラフィック撮像表示デバイス
【図１】
2019219542.tif 000003
【図２】
2019219542.tif 000004
【図３】
2019219542.tif 000005
【図４】
2019219542.tif 000006
【図５】
2019219542.tif 000007
【図６】
2019219542.tif 000008
【図７】
2019219542.tif 000009
【図８】
2019219542.tif 000010
【図９】
2019219542.tif 000011