(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示する物体のカラー情報と奥行き距離情報とに基づいて、
当該物体の各奥行き位置の画像である奥行き標本化画像を生成する奥行き標本化画像生成装置と、
前記奥行き標本化画像生成装置からの各奥行き標本化画像を順次表示するための透過型二次元画像表示装置と、
前記透過型二次元画像表示装置に順次表示する複数の奥行き標本化画像の表示切り替えに同期して、集光または拡散する光束をもつコヒーレントな参照光の光路長を電気的に変化させる光路長変調光学系と、
前記透過型二次元画像表示装置に入射されたコヒーレント光によって得られた２次元的に強度変調された物体光と前記光路長変調光学系からの参照光との間の干渉縞を生成する干渉光学系と、
前記干渉光学系によって生成された干渉縞を一方の面に書き込み、同時に前記干渉縞に応答して他方の面に読み出された像を当該他方の面に入力したコヒーレント再生光の反射光によって再生して奥行き方向に体積的に立体表示される像を実時間で形成する書き換え可能なホログラム記録表示素子とを具え、
前記光路長変調光学系は、垂直または水平に偏光したコヒーレント光の偏光方向を電気的制御により水平偏光と垂直偏光との間で切替可能な偏光スイッチング素子と、前記偏光スイッチング素子の後に配置した偏光ビームスプリッタと、前記偏光スイッチング素子および前記偏光ビームスプリッタを透過した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約４５度の第１の１／４波長板が配置され、前記第１の１／４波長板の後ろに配置した第１ミラーを有するとともに、前記偏光スイッチング素子を透過し前記偏光ビームスプリッタを反射した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約４５度の第２の１／４波長板が配置され、前記第２の１／４波長板の後ろに配置した第２ミラーを有するとともに、前記偏光ビームスプリッタと前記第１ミラーとの間の距離と、前記偏光ビームスプリッタと前記第２ミラーとの間の距離とが異なり、前記偏光スイッチング素子の光の偏光方向切り替えにより、前記第１ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離と、前記第２ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離の差の２倍に相当する光路長が変化し、
前記光路長変調光学系をＮ（自然数）個使用することで、２のＮ乗通りの段階の光路長を変化する光学系を有することを特徴とするホログラムディスプレイ。
【請求項２】
請求項１において、
前記ホログラム記録表示素子は、第１透明電極と、前記第１透明電極に積層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化する光導電層と、前記光導電層に積層された光吸収層と、前記光吸収層に積層され、可視光スペクトルの全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラーと、前記誘電体多層膜ミラーに積層された光変調層と、前記光変調層に積層された第２透明電極とを備え、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に印加された交流電圧によって駆動される光書き込み型空間光変調素子であることを特徴とするホログラムディスプレイ。
【請求項３】
請求項２において、
前記光変調層は、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶および強誘電性液晶のいずれか、またはこれら液晶の混合液晶からなることを特徴とするホログラムディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察用メガネが不要で、なおかつ視覚疲労の少ない、ホログラム動画立体像を表示可能なホログラムディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の立体表示には数多くの方式が提案されている。なかでも一般的な立体表示方式として、二眼立体表示がある。この方式は比較的少ない情報量で容易に立体表示が可能であるという特長をもつが、再生立体像を観察する場合、眼の輻輳距離と焦点調整距離の違いによる視覚疲労が問題となっている。
【０００３】
視覚疲労の少ない立体像の表示には、空間上に立体像を再生する方式であるホログラム表示が有効である。従来ホログラム動画表示方式として、音響光学素子（ＡＯＭ）を用いた方式がある。コンピューターにより簡単な構造の物体を動かした場合の画像情報を計算し、これをビデオ信号としてＡＯＭに入力し駆動する。これに光を入射し、ビームを回折させ水平方向の画像信号をつくり、垂直方向に対してはガルバノミラーを振動させながら走査して画像を合成表示するものである。カラー表示も可能としているが、極めて処理能力が高い演算処理機器が必要であるとともに、表示物体が簡単な形状であり、像のサイズが小さく、また実写映像の立体表示はできない。
【０００４】
また別なホログラム表示方式として、電気駆動型液晶パネルを用いた方式がある。高精細な液晶ディスプレイ作製技術の進歩により、干渉縞を表示し、光を回折させてホログラム表示を行えるようになってきたものの、光の波長に相当する細かい干渉縞を表示するのは極めて困難である。また、主に、コンピューターにより計算したデータをもとに表示を行うため、実写映像の立体表示はできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように従来技術の問題点は、実写映像の動画立体表示が出来ないこと、及び、干渉縞を表現するのに必要な高解像度なホログラム表示デバイスが利用できないため、大きく明るい画像表示が期待できないことである。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、以上のような問題点を解消したホログラムディスプレイを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上述べた従来提案されている方式の持つ問題点を解決することを目的に、本発明では新たなホログラム表示方法を適用したホログラムディスプレイを提案する。まず、本発明では液晶ＴＶ（テレビジョン）として普及している電気駆動型空間光変調素子より高解像度な特性を有する光書き込み型空間光変調素子を用いる。また、実写被写体でも立体表示できるように表示物体の奥行き距離情報をもとに、各奥行きごとに標本化された画像である奥行き標本化画像を作成し、それらの画像をホログラフィックに表示する。高精細なホログラム表示デバイスを導入することで明るく大きな表示画像が可能となるとともに、被写体のカラー映像と奥行き距離情報から立体像を再構成する方式であるため、実写映像の表示も可能となり、動画表示も可能となる。
【０００８】
請求項１の発明は、表示する物体のカラー情報と奥行き距離情報とに基づいて、当該物体の各奥行き位置の画像である奥行き標本化画像を生成する奥行き標本化画像生成装置と、前記奥行き標本化画像生成装置からの各奥行き標本化画像を順次表示するための透過型二次元画像表示装置と、前記透過型二次元画像表示装置に順次表示する複数の奥行き標本化画像の表示切り替えに同期して、集光または拡散する光束をもつコヒーレントな参照光の光路長を電気的に変化させる光路長変調光学系と、前記透過型二次元画像表示装置に入射されたコヒーレント光によって得られた２次元的に強度変調された物体光と前記光路長変調光学系からの参照光との間の干渉縞を生成する干渉光学系と、前記干渉光学系によって生成された干渉縞を一方の面に書き込み、同時に前記干渉縞に応答して他方の面に読み出された像を当該他方の面に入力したコヒーレント再生光の反射光によって再生して奥行き方向に体積的に立体表示される像を実時間で形成する書き換え可能なホログラム記録表示素子とを具え、前記光路長変調光学系は、垂直または水平に偏光したコヒーレント光の偏光方向を電気的制御により水平偏光と垂直偏光との間で切替可能な偏光スイッチング素子と、前記偏光スイッチング素子の後に配置した偏光ビームスプリッタと、前記偏光スイッチング素子および前記偏光ビームスプリッタを透過した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約４５度の第１の１／４波長板が配置され、前記第１の１／４波長板の後ろに配置した第１ミラーを有するとともに、前記偏光スイッチング素子を透過し前記偏光ビームスプリッタを反射した光の出力方向に、進相軸が入射偏光に対し約４５度の第２の１／４波長板が配置され、前記第２の１／４波長板の後ろに配置した第２ミラーを有するとともに、前記偏光ビームスプリッタと前記第１ミラーとの間の距離と、前記偏光ビームスプリッタと前記第２ミラーとの間の距離とが異なり、前記偏光スイッチング素子の光の偏光方向切り替えにより、前記第１ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離と、前記第２ミラーと前記偏光ビームスプリッタとの間の距離の差の２倍に相当する光路長が変化し、前記光路長変調光学系をＮ（自然数）個使用することで、２のＮ乗通りの段階の光路長を変化する光学系を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記ホログラム記録表示素子は、第１透明電極と、前記第１透明電極に積層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化する光導電層と、前記光導電層に積層された光吸収層と、前記光吸収層に積層され、可視光スペクトルの全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラーと、前記誘電体多層膜ミラーに積層された光変調層と、前記光変調層に積層された第２透明電極とを備え、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に印加された交流電圧によって駆動される光書き込み型空間光変調素子であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２において、前記光変調層は、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶および強誘電性液晶のいずれか、またはこれら液晶の混合液晶からなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるホログラムディスプレイの実施形態を示す構成図である。
【００１４】
本装置では、被写体のカラー映像とともに被写体までの距離を検出するカメラや、表示する物体のカラーと距離を計算により生成する装置などで構成される３次元情報入力装置１を有している。また、前記３次元情報入力装置１から出力される表示対象物のカラーと距離の情報より、各奥行き距離ごとのカラー画像である奥行き標本化画像が生成できる標本化画像生成装置２を有している。
【００１５】
本発明に使用する３次元情報入力装置１の例として、従来のＴＶカメラと、被写体までの距離を測定する機器（レンジファインダー）を備えたものがある。レンジファインダーとしては、三角測量法や光飛行時間測定法、モアレ法、合焦点法、光干渉法などの距離検出方法を用いる機器が適用できる。距離検出機能に必要な特性として、動く被写体に対しても検出できるほど十分な高速検出が可能なこと、更に、被写体全体の距離情報をＴＶ画像に相当する緻密さで検出できることである。これらを実現する３次元情報入力装置としては、強度変調照明光と短時間撮像系を組み合わせた３次元カメラ（この３次元カメラの例は、次の各文献に記載されている：
１．特開平２０００−１２１３３９号公報”立体情報検出方法および装置”
２．河北、飯塚、菊池、藤掛、米内、會田：高速シャッターと変調照明の組合せによる３次元撮像の一方式，信学技報，ＥＩＤ９８−５１，ｐｐ．１９−２４（１９９８）
３．河北、飯塚、會田、菊池、藤掛、米内、滝沢：三次元撮像装置Ａｘｉ−Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃａｍｅｒａの開発，３次元画像コンファレンス’９９，６−１，ｐｐ．１５１−１５６（１９９９）
４．Ｍ．Ｋａｗａｋｉｔａ，  Ｋ．Ｉｉｚｕｋａ，  Ｔ．Ａｉｄａ，  Ｈ．Ｋｉｋｕｃｈｉ，  Ｈ．Ｆｕｊｉｋａｋｅ，  Ｊ．Ｙｏｎａｉ  ａｎｄ  Ｋ．Ｔａｋｉｚａｗａ：Ａｘｉ−Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃａｍｅｒａ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ−Ｍａｐｐｉｎｇ  Ｃａｍｅｒａ），Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３９．ｐｐ３９３１−３９３９（２０００）
５．Ｍ．Ｋａｗａｋｉｔａ，  Ｋ．Ｉｉｚｕｋａ，  Ｔ．Ａｉｄａ，  Ｈ．Ｋｉｋｕｃｈｉ，  Ｈ．Ｆｕｊｉｋａｋｅ，  Ｊ．Ｙｏｎａｉ  ａｎｄ  Ｋ．Ｔａｋｉｚａｗａ：Ａｘｉ−Ｖｉｓｉｏｎ  Ｃａｍｅｒａ：ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｃａｍｅｒａ，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３９５８，ｐｐ．６１−７０（２０００））が有効である。
【００１６】
ここで、３次元情報入力装置１の具体例を図６に示す。信号発生器６１より照明変調信号６２を出力し、照明駆動装置６３に入力し、時間的に出力光強度が変化する近赤外光を照射する強度変調照明装置６４を駆動する。また同様に信号発生器６１より高速シャッタートリガー信号６５を出力し、高速シャッター駆動装置６６に入力し、高速シャッター６７を動作させる。強度変調照明装置６４から出力される近赤外光６８をミラー６９やダイクロイックミラー７０などの光学系を用いて被写体７１に照射する。被写体７１からの反射光成分のうち可視光７２はダイクロイックミラー７０を通過しカラーカメラ７３に入射し、カラー画像７４を得る。また、ダイクロイックミラー７０とミラー６９で反射された被写体からの近赤外反射光は、距離検出用カメラ７５に入射する。高速シャッターで短時間の反射光の取り込みを行い、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ７６で像を撮影し、信号処理回路７７で距離を算出する処理を行い、カメラから被写体までの距離の値を画像の明暗で表した距離画像７８を得る。この装置を使用すれば、被写体全体の距離情報をビデオレート相当で高速に検出するとともに、画素単位で距離を求めることができるため、本発明の３次元情報入力装置として適している。
【００１７】
一方、３次元情報入力装置で得られた被写体のカラー画像と距離画像より、奥行き標本化画像を作成する標本化画像生成装置２の構成の例を図７に示す。まず、チャンネル１（ＣＨ１）について説明する。画像切り出しの距離範囲に対応した画像輝度レベル範囲の上限閾値７９と下限閾値８０をメモリ８１に入力する。これを複数のチャンネルＣＨ１〜ＣＨｍにおいてそれぞれ予め設定する（各チャンネルは同じ構成である）。上限閾値と距離画像の輝度信号レベルを比較器８２で比較すると共に、同時に下限閾値と距離画像の輝度信号レベルを比較器８３で比較する。これを距離画像に対して各チャネルにおいて行い、切替スイッチ回路８５において、各チャンネルの比較タイミングに同期した切替信号に応答して該当するチャンネルのゲート８４の出力を選択して出力する。これにより、各チャンネルにおいて各々設定した上限閾値と下限閾値の範囲内に距離画像信号がある場合、ゲート８４がＯＮ状態になって、その部分のカラー画像が出力され特定の奥行き距離の標本化画像を切替スイッチ回路８５から出力することができる。
【００１８】
図１において、前記標本化画像生成装置２から出力される各奥行き標本化画像を、時間とともに順次、透過型二次元画像表示装置３に表示する。透過型二次元画像表示装置３は、背面よりコヒーレント光４により照らされ、その光が強度変調した結果、表示画像が２次元の光画像として出力され、これを物体光５としてホログラム記録表示素子８へ入力する。
【００１９】
この透過型二次元画像表示装置としては、たとえば、透過型の液晶表示装置が使用できる。一方、集光または拡散する光束をもつコヒーレント光６を参照光とする。その参照光６の光路の中には、ホログラム記録表示素子８と参照光の集光点１３間の距離１４を変化する光路長変化光学系７を配置している。
【００２０】
奥行き標本化画像を順次、透過型二次元画像表示装置３に表示するとともに、それに同期して、ホログラム記録表示素子８と参照光の集光点１３間の距離１４を変化させながら干渉させ、ホログラム記録表示素子８に干渉縞を書き込む。このホログラム記録表示素子８に再生光９として光路長固定のコヒーレント光を入力し、変調した反射光１０より立体像１１を再生し、観察者１２に提示する。
【００２１】
ここで本発明の立体表示原理の説明を行う。図２は、参照光の集光位置１３がホログラム記録表示素子８に近い場合（図２の（ａ））と、遠い場合（図２の（ｂ））を示している。それぞれの場合に画像１４，１５を表示し、物体光５として、参照光６と干渉させ、ホログラム記録表示素子８に記録したとする。そのホログラム記録表示素子８に再生光９を入射して、当該ホログラム記録表示素子８より像を読み出すと、参照光の集光位置がホログラム記録表示素子に近い場合の再生像１６と、参照光の集光位置がホログラム記録表示素子に遠い場合の再生像１７とでは奥行き方向に再生される位置が異なる。同様に、参照光の発光点を順次ずらしながら、複数の画像をホログラム記録すると、再生される像は、順次奥行き方向に異なった位置に再生され、結果的に奥行き方向に体積的に表示された立体像となる。
【００２２】
本発明の装置に使用するホログラム記録表示素子としての光書き込み型空間光変調素子の例を図３に示す。この光書き込み型空間光変調素子は、透明な基板１８に付けた第１透明電極１９と、この第１透明電極１９に積層され、入射光の強さに応じてインピーダンスが変化する光導電層２０と、この光導電層２０に積層される光吸収層２１と、この光吸収層２１に積層され、可視光スペクトルの全部または一部を反射する誘電体多層膜ミラー２２と、この誘電体多層膜ミラー２２に積層される光変調層２３と、この光変調層２３に、透明基板２４につけられた第２透明電極２５を積層した構成をもち、前記第１透明電極１９と第２透明電極２５との間に印加された交流電圧によって駆動される。リード線２６を介して駆動用交流電源２７から交流電圧が印加されている状態で、図３の左側から光導電層２０の光電効果を誘起する書き込み光２８が入射すると、この書き込み光の強度に応じて光変調層２３が駆動される一方、図３の右側から読み出し光２９が照射されると書き込まれた光画像が表示光（反射光）として出射される。
【００２３】
第１透明電極１９および第２透明電極２５は、共に、蒸着等の手法によって光導電層の一面または透明電極の一面に密着されたＩn2Ｏ3：Ｓｎなどの薄膜であり、リード線を介して駆動用交流電源の各電圧出力端子に接続される。
【００２４】
光導電層２０は、光書き込み光の入射に対して電気的インピーダンスが大幅に減少するＣｄＳ，ＣｄＳｅ，Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，Ｂｉ12ＳｉＯ20，Ｂｉ12ＧｅＯ20，Ｓｉ，アモルファスＳｅ，アモルファスＳｅＡｓなどの材料によって構成される層である。
【００２５】
光吸収層２１は、ＣｄＴｅ膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、珪素と炭素とゲルマニウムとから実質的に構成されたアモルファス膜によって構成される群から選択された一つ以上の膜、あるいは無機顔料、有機顔料、カーボン、染料によって構成される群から選択された１つ以上の材料を樹脂中に分散させた樹脂複合体などで構成される。
【００２６】
誘電体多層膜ミラー２２は、ＳｉＯ2膜、ＴｉＯ2膜、ＨｆＯ2膜、Ｔａ2Ｏ5膜、ＺｎＳ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、Ｎａ2ＡｌＦ6膜、ＭｇＦ2膜、ＬａＦ3膜、ＧｄＦ3膜、ＳｍＦ3膜、ＣｅＦ3膜、ＺｒＯ2膜およびＣｅＯ2膜のいずれか、またはこの中から選択された２つ以上の膜を積層した多層膜によって構成される。
【００２７】
また、光変調層２３は、液晶であり、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶および強誘電性液晶のいずれかまたはこれらの液晶の混合液晶が用いられる。
【００２８】
透明基板１８および２４はこの光書き込み型空間光変調素子の基板となる部分であり、透明度が高く、かつ平坦性にすぐれたガラスや、アクリル等の合成樹脂により形成されている。
【００２９】
光書き込み型の空間光変調素子の動作を説明すると、この空間光変調素子を駆動する場合、第１透明電極１９と第２透明電極２５間に交流電圧が印加される。参照光と物体光でつくられた干渉縞は光導電層側から入射される。一方、読出し光は、光変調層側から入射され、光変調層２３で位相変調を受け、誘電体多層膜ミラー２２で反射され、位相型ホログラムとして読み出され表示される。
【００３０】
このとき書き込み干渉縞が極めて弱いか、または入射しない場合には光変調層２３よりも電気的インピーダンスが高い光導電層２０側に、駆動電圧の大半が印加される。一方、十分な強度の書き込み光が入射した場合、光導電層２０の電気的インピーダンスが低下するため、光導電層２０に配分されていた電圧の一部が光変調層２３に移る。このとき、液晶分子の配向が一度に電界方向にそろう。よって干渉縞を入力し、再生するとホログラム像が表示されることになる。
【００３１】
本発明の装置に使用する参照光の光路長変調光学系の構成図を図４に示す。
【００３２】
垂直または水平に偏光した、平行光以外の集光または拡散する光３０を、電気的に偏波面を９０°回転する偏光方向スイッチングセル３１に入射する。このセルとしては透明電極間に挟まれた液晶をもちいて、液晶の電気複屈折効果や旋光効果を利用して偏波面を回転するものが使用できる。この偏光方向スイッチングセル３１のあとに、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２を配置する。光がＰＢＳ３２を透過する方向に第１の１／４波長板３３と、第１ミラー３４を配置するとともに、光がＰＢＳ３２で反射される方向に第２の１／４波長板３５と、第２ミラー３６を配置する。第１ミラー３４とＰＢＳ３２の距離と、第２ミラー３６とＰＢＳ３２の距離の間に光路差３７をつけて配置している。
【００３３】
はじめに、偏光方向スイッチングセル３１により、光の偏光方向が水平に制御された場合（図４の左側）、ＰＢＳ３２に入射する光は透過し、第１の１／４波長板３３を透過し円偏光となり、第１ミラー３４で反射し再び、第１の１／４波長板３３を透過することで垂直偏光の光となり再びＰＢＳ３２に入射し、９０度反射し出力される。
【００３４】
一方、偏光方向スイッチングセル３１を透過した光の偏光方向が垂直に制御された場合（図３の右側）、について説明する。ＰＢＳ３２に入射する光は９０度反射し、第２の１／４波長板３５を透過し円偏光となり、第２ミラー３６で反射し再び、第２の１／４波長板３５を透過することで水平偏光の光となり再びＰＢＳ３２に入射し、透過し出力される。
【００３５】
このように、偏光方向スイッチングセルが動作することで、第１ミラー３４とＰＢＳ３２との間の距離と、第２ミラー３６とＰＢＳ３２との間の距離との差３７の二倍に相当する光路長差３８を変調することができる。
【００３６】
前記光路長変調光学系が一段では２段階の光路長の切り替えが可能であるが、この光路長変調光学系を多段とすることでより多くの段階の切り替えが可能となる。たとえば、光路長変調光学系をＮ段とし、各光路長変調光学系の第１ミラーとＰＢＳの距離と、第２ミラーとＰＢＳの距離との差を異なる値とすることで、２のＮ乗の段数の変調が可能となる。
【００３７】
＜実験例＞
図５に本発明のホログラムディスプレイの実験光学系を示す。
【００３８】
実験光学系は大きく分けて、干渉縞を空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）３９に入力する書き込み光学系４０とＳＬＭ３９より像を再生する読出し光学系４１からなる。
【００３９】
まず書き込み光学系について説明する。光源としては、ＳＬＭ３９の光導電層に感度があり、なおかつ可干渉距離が長い光を用いる。この実験では、ＳＬＭ３９の光導電層としてアモルファスシリコン膜を用いているため、Ｈｅ−Ｎｅレーザー４２の波長６３２．８ｎｍの光を使用している。レーザー４２からの出力光は、波長板４３を透過し、ＰＢＳ４４により参照光側への光４５と物体光側への光４６に二分配する。この分配の強度比は、波長板４３により垂直と水平の偏光成分の割合を変えることで調整している。
【００４０】
物体光側の光学系には、１／２波長板４７により偏光方向を９０度回転し、スペイシャルフィルタ４８により波面を揃え、コリメートされた光を２次元画像表示装置に入射する。２次元画像表示装置としては液晶パネルを使用することで動画表示が期待できるが、本実験系では、まずＯＨＰフィルム４９に静止画像を表示したものを使用し、立体表示の原理を検証した。フイルム４９からの物体光を焦点距離１５０mmのレンズ６０でＳＬＭ３９へ入射する。フイルム４９とレンズ６０の距離は１５０mm、レンズ６０とＳＬＭ３９の距離も同じく１５０mmとし、フーリエ変換ホログラムを書き込む配置とした。
【００４１】
一方、参照光側の光学系では、光４５は、スペイシャルフィルタ５０を透過後、光路長変調光学系５１へ入射される。光路長変調光学系５１は、偏光スイッチング素子としてツイステッドネマティック液晶セル５２を用いている。図４の光路長変調光学素子を４段重ねた構造とした。これにより１６段階の光路長変化を７mm間隔で行った。
【００４２】
ＳＬＭ３９は光導電層にアモルファスシリコン膜を使用し、その厚みは１μｍとし、また、光変調層はホモジニアス配向のネマティック液晶を使用し、厚み１．５μｍ、有効面積８０×１００mmのものを作製した。解像度を向上させるためにはＳＬＭを構成する各層の厚みは薄いことが必要である。ここでは、書き込み光の波長として光導電層の感度が高いものを使用し、読み出し光の波長として感度が低いものを使用し、光吸収層をもたない構造とした。また、液晶を光導電層の上に積層し、液晶と光導電層の界面での反射で変調光を読み出す構造とし、誘電体多層膜ミラー層を省いた。このＳＬＭ３９の解像度は回折効率０．１％において１１５［ｌｐ／mm］である。
【００４３】
読出し光学系では波長５３２ｎｍのレーザー５３を使用し、ＳＬＭ３９に入射し、反射で像を読み出す。焦点距離３００mmのレンズ５４で像を形成し、０次光をアパーチャーストップ５５でカットし再生像を観察する。一辺２mmの正方形を入力画像とし、ホログラム像を表示した結果、再生像の大きさが４×４ｍｍ、像全体の奥行き距離は７２mm、視域角１１．６°の立体像が表示された。
【００４４】
【発明の効果】
本発明により、次のような特長を持つホログラムディスプレイが実現できる。
（１）従来の視差画像による立体表示装置に生じる視覚疲労を伴わない、自然な立体視が可能である。
（２）実写映像の被写体でも、ホログラム立体表示できる。
（３）特殊なメガネが不要である。
（４）水平方向と垂直方向の両方の立体視が可能である。
（５）本立体表示に必要な情報は、二次元カラー画像と奥行き距離情報であるため、これらの情報によって被写体より動画撮像が可能である。また、情報量が少ないため、伝送が容易で、立体ＴＶシステムヘの応用が可能性である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体表示装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明による立体表示原理の説明図である。
【図３】本発明によるホログラム記録表示素子の例を示す図である。
【図４】本発明に使用する光路長変調光学系の例を示す図である。
【図５】本発明によるホログラムディスプレイの実験系を示す図である。
【図６】３次元情報入力装置の具体例を示す図である。
【図７】標本化画像生成装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１      ３次元情報入力装置
２      標本化画像生成装置
３      透過型二次元画像表示装置
４，６  コヒーレント光
５      物体光
７      光路長変調光学系
８      ホログラム記録表示素子
９      再生光
１０    反射光
１１    立体像
１２    観察者
１３    参照光の集光位置
１４，１５    画像
１６，１７    再生像
１８，２４    透明な基板
１９，２５    透明電極
２０    光導電層
２１    光吸収層
２２    誘電体多層膜ミラー
２３    光変調層
２６    リード線
２７    駆動用交流電源
２８    書き込み光
２９    読み出し光
３０    集光または拡散する光
３１    偏光スイッチングセル
３２    偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）
３３    第１の１／４波長板
３４    第１ミラー
３５    第２の１／４波長板
３６    第２ミラー
３７    距離の差
３８    光路長差
３９    ＳＬＭ
４０    書き込み光学系
４１    読み出し光学系
４２    レーザー
４３    波長板
４４    ＰＢＳ
４５    参照光側の光
４６    物体光側の光
４７    １／２波長板
４８，５０    スペイシャルフィルター
４９    フイルム
５１    光路長変調光学系
５２    ツイステッドネマティツク液晶セル
５３    レーザー
５４    レンズ
５５    アパーチャーストップ
【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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