JP2520766B2

JP2520766B2 - ホログラフィ―表示装置およびその駆動方式

Info

Publication number: JP2520766B2
Application number: JP2147020A
Authority: JP
Inventors: 岩城　　忠雄
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JPH0440095A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、三次元動画を疑似的に表示する三次元表示
装置とその駆動方式に関する。

［発明の概要］本発明は、コヒーレント光学と干渉光学系とからなる
光学的ホログラフィー形成手段と、上記ホログラフィー
形成手段によって形成されたホログラフィーを記録する
光書き込み型空間光変調器と、光源と読み出し光束発生
光学系と再生光の拡大結像光学系とからなる画像情報再
生手段によって上記空間光変調器に形成されたホログラ
ムを再生するホログラフィー表示装置において、電気的
あるいは光学的な画像情報入力手段と周期的に光路長を
変化させる光路長変換手段が上記干渉光学系内に配置さ
れており、三次元画像情報記憶手段より、当該三次元画
像を所望の次元方向に量子化することにより得られた二
次元画像情報を、上記画像情報入力手段へ上記光路長変
換手段の光路長変化周期に同期させて、入力する手段を
構成することにより、三次元画像を特定の方向に量子化
することによって形成した二次元画像情報に位相差をつ
けたものを、逐次ホログラフィーとして記録再生するこ
とができ、実時間動作可能な三次元画像を疑似的に作り
出すことを可能とするホログラフィー表示装置を提供す
るものである。

［従来の技術］従来より、実時間動作可能な三次元画像を疑似的に実
現しようとする試みは数多く行われてきた。

最も盛んに行われているのは、視差を利用した疑似的
三次元画像の研究である。これは、例えば、右目と左目
にそれぞれ赤色フィルターと青色フィルター、あるいは
偏光面の異なった（直交した）光だけを透過する偏光フ
ィルターを装着し、視差ずれのある青色と赤色の画像
を、あるいは偏光面の異なった（直交した）光を投影し
て形成した画像を見ることによって疑似的に三次元画像
を形成するものである。

また、形が少しづつ異なる三次元画像を、ガラス板上
あるいはプラスチックフィルム上に銀塩を塗布したホロ
グラム乾板に、それぞれ異なった方向の参照光によりホ
ログラムとして形成し、再生光の方向を上記参照光の方
向と一致するように順次変化させて疑似的に三次元動画
を形成する方法もある。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、従来の視差を利用して疑似的に三次元
画像を形成する方法では、再生原画に位相情報が含まれ
ていないために、再生画像の立体表現を厳密に行うこと
はできず、忠実に立体感のある三次元画像を再生するの
は困難であるという問題点を有していた。

また、上述のホログラム乾板に形成したホログラムを
利用する方法では、記録したホログラムの現像・定着過
程を要するために、再生原画を作製するのに時間を要
し、さらに長時間の三次元動画を実現するには多量のホ
ログラム乾板を必要とするという問題点を有していた。
また、この方法は、電子系との接続にも適していない。

［問題点を解決するための手段］本発明のホログラフィー表示装置は、コヒーレント光
源と干渉光学系とからなる光学的ホログラフィー形成手
段と、上記ホログラフィー形成手段によって形成された
ホログラフィーを記録する光書き込み型空間光変調器
と、光源と読み出し光束発生光学系と再生光の拡大結像
光学系とからなる画像情報再生手段によって上記空間光
変調器に形成されたホログラムを再生するホログラフィ
ー表示装置において、電気的あるいは光学的な画像情報
入力手段と周期的に光路長を変化させる光路長変換手段
が上記干渉光学系内に配置されており、三次元画像情報
記憶手段より、当該三次元画像を所望の次元方向に量子
化することにより得られた二次元画像情報を、上記画像
情報入力手段へ上記光路長変換手段の光路長変化周期に
同期させて、入力する手段を付与することにより上記問
題点を解決し、疑似的に三次元動画を実現することを可
能ならしめるものである。

特に、画像に位相情報を付与するために、周期的に光
路長を変化させる光路長変換手段として、画像情報入力
手段に表示される二次元画像情報の大きさと同一スケー
ルで前記三次元画像の量子化方向の大きさの半分の長さ
だけ偏心した回転軸を持つ回転多面体鏡あるいは回転円
柱鏡とモータ等によるその回転手段とから構成したもの
を用い、また電子系との接続を容易にするため、画像情
報入力手段として、マトリックス状に単結晶薄膜トラン
ジスタを配して強誘電性液晶を駆動させる透過型液晶デ
ィスプレイ、あるいはCRTと結像光学系あるいはレーザ
走査装置と、光書き込み型空間光変調器とから構成した
ものを用い、また実時間ホログラム記録可能な光書き込
み型空間光変調器として、光導電層、光反射層、液晶配
向層、光反射率と印加電圧との間に双安定メモリ性を有
する強誘電性液晶層、電圧印加手段、透明基板からなる
光書き込み型液晶ライトバルブを用いることにより上記
問題点を解決した。

また、三次元物体画像を三次元ガウス座標系で表現し
た場合、xy座標で表現される二次元平面でｚ軸方向に三
次元画像情報を所定の大きさに量子化してメモリ空間に
蓄積し、xy座標で表現される二次元平面の画像情報を、
周期的に光路長を変化させる光路長変換装置の周期のｚ
軸方向の量子化数分の１に同期させて順次画像情報入力
手段に入力させる駆動方式を用いることにより、従来の
コンピュータ支援設計システム（Computer Aded Design
System:CAD）の電子システムとの接続が容易なホログ
ラフィー表示装置を可能ならしめた。

［作用］本発明のホログラフィー表示装置は、上述のように、
液晶テレビなどの画像情報入力手段によって入力された
画像情報をレーザなどのコヒーレント光源によって読み
出してコヒーレント画像に変換した後、そのコヒーレン
ト画像を光路長変換手段を経由させることにより、位相
波面が変調されたコヒーレント信号画像とし、当該コヒ
ーレント信号画像と干渉光学系によって生成したコヒー
レント参照光を光書き込み型空間光変調器の光書き込み
面上で互いに干渉させるか、もしくはコヒーレント参照
画像を光路長変換手段を経由させることにより位相波面
が変調されたコヒーレント参照光とし、当該コヒーレン
ト参照画像と前記画像情報入力手段により入力されたコ
ヒーレント信号画像とを光書き込み型空間光変調器の光
書き込み面上で互いに干渉させることにより、当該光書
き込み型空間光変調器に上記コヒーレント信号画像のホ
ログラムを形成する。このとき、三次元画像情報記憶手
段より、当該三次元画像を所望の次元方向に量子化する
ことにより得られた二次元画像情報を、上記画像情報入
力手段へ上記光路長変換手段の光路長変化周期に同期さ
せて、入力することによって、前記光書き込み型空間光
変調器には前記三次元画像の断面画像に対応する二次元
画像のホログラムがその量子化方向の位置情報をも含め
て形成される。したがって、当該三次元画像の断面画像
に対応する二次元画像のホログラムを光書き込み型空間
光変調器に逐次記録し、再生することによって、その記
録再生サイクル時間が肉眼の残像を引き起こすのに充分
に短ければ、疑似的な三次元画像を合成することができ
る。

［実施例］以下に、本発明によるホログラフィー表示装置および
その駆動方式の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は、本発明のホログラフィー表示装置の構成を示すブ
ロック図であり、第１図（ａ）は画像情報入力手段と光
路長変換手段が干渉光学系内で並列に配置されている場
合であり、第１図（ｂ）は画像情報入力手段と光路長変
換手段が干渉光学系内で直列に配置されている場合であ
る。第１図において、１は光学的ホログラム形成手段、
２は画像情報再生手段、３はコヒーレント光源、４は干
渉光学系、５は光書き込み型空間光変調器、６は画像情
報入力手段、７は光路長変換手段、８は光源、９は読み
出し光束発生光学系、10は三次元画像記憶手段であり、
干渉光学系４は画像情報入力手段６と光路長変換手段７
とで構成され、光学的ホログラフィー形成手段はコヒー
レント光源３と干渉光学系４で構成され、画像情報再生
手段２は光源８と読み出し光束発生光学系９で構成され
る。もちろん、光源８はコヒーレント光源８と同一光源
であってもかまわない。第１図（ａ）において、コヒー
レント光源３から出射されたコヒーレント光は干渉光学
系４で２光束に分岐される。干渉光学系で分岐された光
束の一方は、画像情報入力手段６に表示された三次元画
像記憶手段10からの二次元画像をコヒーレント二次元画
像に変換し、光書き込み型空間光変調器５の光書き込み
面に照射される。このとき、画像情報入力手段６に表示
される三次元画像記憶手段10からの前記二次元画像は、
当該三次元画像記憶手段10内に記憶された三次元画像を
所望の次元方向に量子化することにより得られた二次元
画像の所定の１画像である。一方、干渉光学系４で分岐
されたコヒーレント光源からの他方の光束は、光路長変
換手段７を透過し、前記画像情報入力手段６からのコヒ
ーレント二次元画像と所定の角度をなして光書き込み型
空間光変調器５の光書き込み面上で重ね合わされ、互い
に干渉しあい光書き込み型空間光変調器５に前記画像情
報入力手段６からのコヒーレント二次元画像のホログラ
ム干渉縞を表示させる。ここで、光路長変換手段７は、
機械的に光路長を変化させたり、電気光学的に屈折率を
変化させることにより光路長を変化させる手段を指す。
光源８から出射された光束は読み出し光束発生光学系９
により光書き込み型空間光変調器５の読み出し面に、光
路長変換手段７を透過して光書き込み型空間光変調器５
の書き込み面に照射された書き込み光束と同方向逆向き
に照射され、光書き込み型空間光変調器５に表示された
前記画像情報記憶手段６からのコヒーレント二次元画像
のホログラム干渉縞を読み出し、再び読み出し光束発生
光学系９を介して所望の大きさのホログラム再生像を形
成する。

このようにして、前記三次元画像記憶手段10内に記憶
された三次元画像を所望の次元方向に量子化することに
より得られた全ての二次元画像を、当該二次元画像の量
子化位置に対応する光路長を付与しながら、肉眼の残像
作用が生じるのに充分な速度で、逐次ホログラム記録再
生することにより、疑似的な三次元画像を得ることがで
きる。

第１図（ｂ）が第１図（ａ）と異なっている点は、干
渉光学系４内で画像情報入力手段６と光路長変換手段７
が直列に配置されている点である。コヒーレント光源３
から出射されたコヒーレント光は、干渉光学系４で２光
束に分岐される。分岐された光束の一方は、画像情報入
力手段６に表示された三次元画像記憶手段10からの二次
元画像をコヒーレント二次元画像に変換した後、光路長
変換手段７を透過し、光書き込み型空間光変調器５の光
書き込み面に照射される。一方、干渉光学系４で分岐さ
れたコヒーレント光源からの他方の光束は、光路長変換
を受けた前記画像情報入力手段６からのコヒーレント二
次元画像と所定の角度をなして光書き込み型空間光変調
器５の書き込み面上で重ね合わされ、互いに干渉しあい
光書き込み型空間光変調器５に前記画像情報入力手段６
からのコヒーレント画像のホログラム干渉縞を表示させ
る。当該ホログラムの再生は第１図（ａ）で説明したの
と同一であるため、その説明は省略する。ただし、光源
８から出射された光束は読み出し光束発生光学系９によ
り光書き込み型空間光変調器５の読み出し面に、干渉光
学系４によって分岐され直接光書き込み型空間光変調器
５の書き込み面に照射された書き込み光束と同方向逆向
きに照射される。

第２図は、本発明のホログラフィー表示装置の１実施
例の構成図であり、11はアルゴンイオンレーザ、12は第
１のビームエキスパンダ、13は第１のハーフミラー、14
は第１のミラー、15は第２のミラー、16は第２のハーフ
ミラー、17は第１の結像レンズ、18は光ストッパ、19は
回転多面体鏡、20は光書き込み型空間光変調器、21はヘ
リウムネオンレーザ、22は第２のビームエキスパンダ、
23は偏光ビームスプリッタ、24は第２の結像レンズ、25
はコンピュータ、26は液晶テレビ、19aは回転多面体鏡
の回転中心である。第２図において、コヒーレント光源
と干渉光学系とからなる光学的ホログラフィー形成手段
は、アルゴンイオンレーザ11と第１のビームエキスパン
ダ12と第１のハーフミラー13と第１のミラー14と第２の
ミラー15と第２のハーフミラー16と第１の結像レンズ17
と回転多面体鏡19と液晶テレビ26である。上記ホログラ
フィー形成手段によって形成されたホログラフィーを記
録する光書き込み型空間光変調器は、光書き込み型空間
光変調器20である。光源と読み出し光束発生光学系と再
生光の拡大結像光学系とからなる画像情報再生手段は、
ヘリウムネオンレーザ21と第２のビームエキスパンダ22
と偏光ビームスプリッタ23と第２の結像レンズ24であ
る。電気的あるいは光学的にアドレス可能な画像情報入
力手段は液晶テレビ26であり、周期的に光路長を変化さ
せる光路長変換手段は回転多面体鏡19である。三次元画
像情報記憶手段より、当該三次元画像を所望の次元方向
に量子化することにより得られた二次元画像情報を、上
記画像情報入力手段へ上記光路長変換手段の光路長変化
周期に同期させて、入力する手段は、コンピュータ25で
ある。

アルゴンイオンレーザ11から出射されたコヒーレント
光束は第１のビームエキスパンダ12で所要のビーム径に
拡大された後、第１のハーフミラー13で２光束に分岐さ
れる。第１のハーフミラー13を透過した光束は液晶テレ
ビ26に表示された二次元画像をコヒーレント二次元画像
に変換し、そのコヒーレント二次元画像は第２のハーフ
ミラー16を透過し、第１の結像レンズ17で所要のビーム
径に縮小された後、回転多面体鏡19で反射され、再び第
１の結像レンズ17で拡大され、第２のハーフミラー16を
介して光書き込み型空間光変調器20の書き込み面に照射
される。この時、液晶テレビ26と光書き込み型空間光変
調器20は回転多面体鏡19の反射面に対して共役な位置に
配置されているものとする。また、光ストッパ18は回転
多面体鏡19から垂直に反射した光束のみが、光書き込み
型空間光変調器20の光書き込み面に照射されるように、
不要な光束を遮閉するために配されている。さらに、回
転多面体鏡19の回転中心は偏心しており、もっとも短い
ミラー面までの距離をａ、もっとも長いミラー面までの
距離をｂとすると、ｂ−ａは液晶テレビ26に表示される
二次元画像から構成される三次元画像の量子化方向の距
離以上となっている。一方、第１のハーフミラー13で反
射された光束は第１のミラー14と第２のミラー15で次々
と反射された後、第２のハーフミラー16を介して光書き
込み型空間光変調器20の書き込み面に参照光として照射
され、前記コヒーレント二次元画像と互いに干渉しあ
い、その結果、光書き込み型空間光変調器20には前記コ
ヒーレント二次元画像のホログラムが形成される。当該
参照光と前記コヒーレント画像のなす角度は約10度以下
である。回転多面体鏡19の１秒間の回転数は液晶テレビ
26のフレームレートに等しく、その反射面の数は前記三
次元画像の量子化数に等しい。

一方、ヘリウムネオンレーザ21から出射したレーザ光
は、第２のビームエキスパンダ22でビーム径を所定の大
きさに拡大された後、偏光ビームスプリッタ23で反射さ
れ、光書き込み型空間光変調器20の読み出し面に、前記
参照光に対して同方向逆向きに照射され、前記光書き込
み型空間光変調器に形成されたコヒーレント二次元画像
のホログラムを再生する。このようにして再生されたコ
ヒーレント二次元画像ホログラムは偏光ビームスプリッ
タ23を透過した後、第２の結像レンズ24によって所望の
大きさに拡大再生することができる。

次に、液晶テレビ26への二次元画像入力方法について
説明する。第５図は、本発明のホログラフィー装置の三
次元画像記憶手段における信号の流れを示すブロック図
であり、28は三次元画像入力部、29は数値化部、30はメ
モリ、31はｚ座標量子化部、32はxy座標量子化部、33は
出力信号変換部、34は画像情報入力手段駆動部、35は画
像演算処理部である。キーボードや三次元画像読み取り
装置などの三次元画像入力部28から入力された三次元画
像データは、数値化部29により０と１あるいは三値以上
のデジタル量に変換され、画像演算処理部を介して適当
な画像処理がなされた後、あるいはそのまま、メモリ30
に蓄積される。メモリ30から取り出されたデータはｚ座
標量子化部でｚ座標方向に所定の大きさに量子化されxy
座標のみからなる二次元画像データの集合データが形成
される。当該二次元画像データの集合データは、xy座標
出力部32により、そのｚ座標の正の方向あるいは負の方
向から逐次出力信号変換部33に転送される。出力信号変
換部33に転送された各二次元画像データは、出力信号変
換部33でデータ圧縮や画像情報入力手段駆動部34を動作
させるための処理がなされた後、画像情報入力手段駆動
部34に送られる。このようにして、画像情報入力手段は
三次元画像をｚ軸方向に量子化して得られた二次元画像
を次々に表示する。

次に、画像情報入力手段６として用いた液晶テレビ26
の説明をする。第10図は、本発明のホログラフィー表示
装置に用いた液晶テレビの１実施例を示す模式的分解斜
視図であり、69a、69bは互いの透過光の偏光面が垂直
（あるいは平行）になるように配置されている偏光板で
あり、70はガラス担体、71は共通電極、49はＸドライ
バ、50はＹドライバ、73は電気光学物質層例えばTN（Tw
ist Nematic）液晶や強誘電性液晶などの液晶層、77は
単結晶シリコン半導体層、80は石英ガラス担体である。
第10図に示す液晶テレビの駆動回路は単結晶シリコン半
導体層77に形成された集積回路からなる。この集積回路
はマトリックス状に配置された複数の電界効果型絶縁ゲ
ートトランジスタ52を含んでいる。トランジスタ52のソ
ース電極は対応する画素電極55に接続されており、同じ
くゲート電極は走査線54に接続されており、同じくドレ
イン電極は信号線53に接続されている。当該集積回路は
さらにＸドライバ49を含み列状の信号線53に接続されて
いる。さらに、Ｙドライバ50を含み行状の走査線54に接
続されている。

第７図（ａ）は、第10図に示す液晶テレビの駆動基板
の回路ブロックの構成を示す図であり、画素領域51に二
次元画像情報が表示される。前述したように当該画素領
域51は、電界効果型絶縁ゲートトランジスタ52と画素電
極55とマトリックス状に配線された信号線53と走査線54
からなる。第７図（ｂ）は、第10図に示す液晶テレビの
画素を切り取って示した画素部の１例を示す構成図であ
る。

次に、以上説明した液晶テレビに画像情報を入力する
方法を説明する。第５図に示す本発明のホログラフィー
表示装置の三次元画像記憶手段における信号の流れの１
実施例に従って二次元画像情報は画像情報入力手段駆動
部34としての第７図（ａ）に示すＸドライバ49とＹドラ
イバ50に入力される。Ｘドライバ49には二次元画像情報
のｘ成分が、Ｙドライバ50には二次元画像情報のｙ成分
が入力され、これら二次元画像情報のｘ成分とｙ成分は
クロック信号によって同期がとられている。第９図には
走査線54を駆動するＹドライバ50から出力される走査線
電圧波形図が示されている。走査線に印加される電圧は
クロック信号47によって同期がとられており、第１番目
の走査線、第２番目の走査線、第３番目の走査線、第Ｎ
番目の走査線に印加されるON電圧61、63、65、67は所定
の時間的遅延を持って各走査線に印加され、第１番目の
走査線、第２番目の走査線、第３番目の走査線、第Ｎ番
目の走査線に印加されるOFF電圧62、64、66、68は画像
フレームを表示する最後の走査線である第Ｎ番目の走査
線にON電圧68が印加された後、全走査線に同時に印加さ
れる。第１番目の走査線にON電圧61が印加されている
間、第１番目の信号線、第２番目の信号線、第Ｎ番目の
信号線のうち所定の信号線にON電圧が印加されていれ
ば、第１番目の走査線上でON電圧が印加されている信号
線に対応する画素電極55に電圧が印加され、その結果共
通電極71と電圧が印加された画素電極55との間に液晶層
73の液晶分子を反転あるいは捻らせるのに充分な電界が
生じ、この液晶層73の部分を透過する光の偏光特性を変
化させるため、画素の表示がされることになる。このよ
うにして、各走査線上の所定の画素に次々に画素表示さ
せることによって、二次元画像情報が液晶テレビに表示
されることになる。液晶テレビに表示された二次元画像
情報の読み出しは、最後に画像を表示する第Ｎ番目の走
査線にON電圧が印加されて全二次元画像が表示された後
から総ての走査線にOFF電圧が印加されて全二次元画像
が消去されるまでの間に行う。

この二次元画像の読み出しに要する時間は、数十μ秒
から数百μ秒程度である。しかしながら液晶テレビに１
画像フレームを表示するのに要する時間は上記の方法を
用いると、例えば400×600の画素を持った画像を表示す
るためには、液晶材料としてTN液晶を用いる場合は液晶
の捻れ応答時間が遅いため数十msecを要するため本発明
のホログラフィー表示装置の画像情報入力手段としては
用いることができない。しかし、液晶材料として強誘電
性液晶材料を用いた前記液晶テレビを用いれば、例えば
400×600の画素を持った画像に対して、１フレーム当り
数十μ秒から百数十μ秒で表示させることができる。ま
た、液晶テレビを駆動させるトランジスタをアモルファ
スシリコンを用いている従来の液晶テレビでは高密度に
画素電極やＸドライバ、Ｙドライバを実装させ高速で駆
動させることは極めて困難であり、使用することができ
ない。

しかし、上記説明した本発明のホログラフィー表示装
置の駆動方式を用いて、1000×1000×1000の画素数に対
応する三次元画像を例えばビデオレートに対応する30Hz
以上で表示するためには少なくとも30MHz以上のビット
レートで画像情報を前記液晶テレビに転送しなければな
らないため、極めて高価な上記第１図に示す三次元画像
記憶手段10を用いなければならない上に、このような高
速信号転送を行うと前記液晶テレビにおける液晶層73の
液晶分子を反転させるのに充分な電界を生じさせるため
の電荷を画素電極55と共通電極71の間に蓄積するために
信号線53に印加しなければならない電圧が極めて高くな
るためにトランジスタ52に対する負担が大きくなる。こ
のような困難を回避する方法を以下に説明する。

第８図は本発明のホログラフィー装置に用いた液晶テ
レビの回路ブロックの一例を示す構成図である。第８図
（ａ）は、画素領域51が分割されない場合の回路ブロッ
ク図であり、第７図（ａ）と異なっている点はＹドライ
バ50と画素領域の間に信号データに対するラッチ56が設
けられている点である。このラッチ56は、Ｙドライバ50
からの信号データを高速に、かつ一次的にメモリし、そ
の後時間的に並列に当該信号データに対応する電圧をを
画素領域51に印加する作用をクロック信号に同期して反
復する。このようなラッチ56を回路ブロックに付加する
ことにより、実質的に前記液晶テレビにおける液晶層73
の液晶分子を反転させるのに充分な電界を生じさせるた
めの電荷を画素電極55と共通電極71の間に蓄積するため
に、信号線53に印加しなければならない電圧を下げるこ
とができ、前記トランジスタ52に対する負担を軽減させ
ることができる。

また、第８図（ｂ）に示すように画素電極51を信号線
54方向に複数の領域に分割し、各々分割した画素領域51
について独立にＹドライバ50とラッチ56を設け、各画素
領域51をクロック信号に同期させて独立に駆動すること
により、信号データ転送速度を、第８図（ａ）に示すよ
うに画素領域を分割しない場合の画素領域分割数分の一
に落とすことができ、前記液晶テレビにおける液晶層73
の液晶分子を反転させるのに充分な電界を生じさせるた
めの電荷を画素電極55と共通電極71の間に蓄積するため
に信号線53に印加しなければならない電圧をさらに下げ
ることができ、前記トランジスタ52に対する負担を軽減
させることができる。

第６図は、上記画素領域をｎ分割して各画素領域に対
して各々Ｙドライバとラッチを設けた場合の本発明のホ
ログラフィー表示装置の三次元画像記憶手段における信
号の流れの１実施例を示したブロック図であり、28は三
次元画像入力部、29は数値化部、35は画像演算処理部、
31はｚ座標量子化部、37はｙ座標分割部、38は第１のメ
モリ部、39は第２のメモリ部、40はだいｎのメモリ部、
41は第１の出力信号変換部、42は第２の出力信号変換
部、43は第ｎの出力信号変換部、44は第１のＹドライ
バ、45は第２のＹドライバ、46は第ｎのＹドライバ、47
はクロック信号である。キーボードや三次元画像読み取
り装置などの三次元画像入力部28から入力された三次元
画像データは、数値化部29により０と１あるいは三値以
上のデジタル量に変換され、画像演算処理部35を介して
適当な画像処理がなされた後、ｚ座標量子化部31でｚ座
標方向に所定の数だけ量子化されxy座標のみからなる二
次元画像データの集合データが形成される。当該二次元
画像データの集合データは、ｙ座標分割部37により、ｙ
座標領域をｎ個の等領域に分割され、これら分割された
ｎ個のｙ座標領域を持つ二次元画像データは各々第１の
メモリ部38、第２のメモリ部、第ｎのメモリ部に蓄積さ
れる。第ｊのメモリ部（ｊ＝１、２、…、ｎ）に蓄積さ
れた前記二次元画像データは、各々第ｊの出力信号変換
部（ｊ＝１、２、…、ｎ）に転送される。第ｊの出力信
号変換部33に転送された前記各二次元画像データは、第
ｊの出力信号変換部33でデータ圧縮やＹドライバを動作
させるための処理がなされた後、第ｊのＹドライバ（ｊ
＝１、２、…、ｎ）に送られる。このとき、第ｊの出力
信号変換部および第ｊのＹドライバはクロック信号47に
同期して動作し、第ｊのＹドライバが分割された第ｊ番
目のｙ座標領域を持つ二次元画像データの転送開始時刻
と終了時刻は、第ｋのＹドライバ（ｋ＝１、２、…、n;
j≠ｋ）が分割された第ｋ番目のｙ座標領域を持つ二次
元画像データの転送開始時刻と終了時刻に一致してい
る。このようにして、第ｊのＹドライバは三次元画像を
ｚ軸方向に量子化して得られた二次元画像を次々に第ｊ
のラッチ（ｊ＝１、２、…、ｎ）に転送し当該二次元画
像を高速に表示することができる。

次に、本発明のホログラフィー表示装置に用いた光書
き込み型空間光変調器について説明する。第11図は、本
発明の１実施例で用いた光書き込み型空間光変調器とし
ての光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブの構成を示
す断面図である。液晶分子を狭持するためのガラスやプ
ラスチックなどの透明基板81a、81bは、表面に透明電極
層83a、83b、透明基板の法線方向から75度から85度の角
度で一酸化珪素を斜方蒸着した配向膜層84a、84bが設け
られている。透明基板81aと81bはその配向膜層84a、84b
側を、スペーサ90を介して間隙を制御して対向させ、強
誘電性液晶85を狭持するようになっている。

また、光による書き込み側の透明基板層81a上には光
導電層86、遮光層87、誘電体ミラー88が透明電極層83a
と配向膜層84aとの間に積層形成され、書き込み側の透
明基板81aと読み出し側の透明基板81bのセル外面には、
無反射コーティング89a、89bが形成されている。

次に、上記構造を持つ光書き込み型強誘電性液晶ライ
トバルブを初期化する方法を説明する。第１の方法は、
一度当該液晶ライトバルブの光書き込み面全面を光照射
し、その明時の動作閾値電圧の最大値よりも充分に高い
直流バイアス電圧あるいは100Hz〜50kHzの交流電圧を重
畳した直流バイアス電圧を透明電極層83aと83bの間に印
加して、強誘電性液晶分子を一方向の安定状態にそろ
え、その状態をメモリさせる。第２の方法は、光照射な
しで、暗時の動作閾値電圧よりも充分高い直流電圧ある
いは100Hz〜50kHzの交流電圧を重畳した直流バイアス電
圧を透明電極層83aと83bの間に印加して、強誘電性液晶
分子を一方向の安定状態にそろえ、その状態をメモリさ
せる。

さらに、光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブを上
記のように初期化した後の動作について説明する。暗時
には動作閾値電圧の最小値以下であり、光照射時には動
作閾値電圧の最大値以上となる逆極性の直流バイアス電
圧あるいは100Hz〜50kHzの交流電圧を重畳した直流バイ
アス電圧を透明電極層83aと83bの間に印加しながら、レ
ーザ光などで画像（例えば上記第２図の実施例で説明し
たコヒーレント二次元画像のホログラム）の書き込みを
する。レーザ照射を受けた領域の光導電層86にはキャリ
アが発生し、発生したキャリアは直流バイアス電圧によ
って電界方向にドリフトし、その結果動作閾値電圧が下
がり、レーザ照射を受けた領域には動作閾値電圧以上の
逆極性のバイアス電圧が印加され、強誘電性液晶は自発
分極の反転に伴う分子の反転が起こり、もう一方の安定
状態に移行するので、画像が二値化処理されて記憶され
る。

二値化されて記憶された画像は、初期化によって揃え
られた液晶分子の配列の方向（またはそれに直角方向）
に偏光軸を合わせた直線偏光の読み出し光の照射、およ
び、誘電体ミラー88による反射光の偏光方向に対し、偏
光軸が直角（または平行）になるように配置された検光
子を通すことにより、ポジ状態あるいはネガ状態で読み
出すことができる。上記第２図の実施例では、検光子と
して偏光ビームスプリッタ23を用いている。

本発明の実施例においては、第12図に示す光書き込み
型強誘電性液晶ライトバルブの光学応答特性図の（ａ）
で表されるパルス状矩形波からなる駆動波形91を透明電
極層83aと83bの間に印加してホログラムの書き込み消去
を行った。第12図（ａ）において、正電圧92印加時にホ
ログラムの消去を行い、負電圧94印加時にホログラムの
書き込みを行い、ゼロ電圧93印加時は書き込まれたホロ
グラムをメモリする。正電圧92は上記参照光のみが照射
されている場合の明時の動作閾値電圧よりも高い電圧と
なっており、負電圧94の絶対値は上記参照光およびコヒ
ーレント二次元画像の両方が照射されている場合の明時
の適当な動作閾値電圧よりも高い電圧となっている。当
該駆動波形91はクロック信号47と同期がとられており、
正電圧92の印加開始時刻は第９図に示す第ｊ番目の走査
線（ｊ＝1,2,3,…,N）に印加されるOFF電圧62、64、6
6、68の印加開始時刻と一致している。また、負電圧94
の印加開始時刻は第Ｎ番目の走査線に印加されるON電圧
67の印加開始時刻と一致している。このような駆動波形
の同期のとり方をすると、光書き込み型強誘電性液晶ラ
イトバルブにホログラムが記録されている時間は、第12
図（ｄ）に示されるように、第Ｎ番目の走査線に印加さ
れるON電圧67の印加開始時刻から第Ｎ番目の走査線に印
加されるOFF電圧66の印加開始時刻の間の極めて短い時
間に限られてしまい、これから得られるホログラム再生
像は極めて暗いものとなってしまう。そのときは、第２
図の液晶テレビ26と第２のハーフミラー16の間に強誘電
性液晶光シャッタあるいは磁気光学光シャッタなどを配
置し、第Ｎ番目の走査線に印加されるOFF電圧68が印加
されている任意の時刻から第Ｎ番目の走査電圧に印加さ
れるON電圧67の印加開始時刻まで当該強誘電性液晶光シ
ャッタあるいは磁気光学光シャッタを光不透過状態に
し、第Ｎ番目の走査電圧に印加されるON電圧67の印加開
始時刻から第Ｎ番目の走査線に印加されるOFF電圧68が
印加されている任意の時刻まで当該強誘電性液晶光シャ
ッタあるいは磁気光学光シャッタを光透過状態にしてお
き、正電圧92の印加開始時刻を第Ｎ−１番目の走査線に
印加されるON電圧印加開始時刻に一致させ、負電圧94の
印加開始時刻は第Ｎ番目の走査線に印加されるON電圧67
の印加開始時刻と一致させることにより、明るいホログ
ラム再生像が得られる。このときの書き込み光の照射強
度はおよそ第12図（ｃ）に示される書き込み光96のよう
に変化する。第12図（ｃ）において、書き込み光強度が
弱い状態では前記参照光のみが当該光書き込み型強誘電
性液晶ライトバルブには一様な光強度分布を持った前記
参照光のみが照射されているため、当該光書き込み型強
誘電性液晶ライトバルブに記憶されていた二次元画像情
報は一様に消去され、書き込み光強度が強い状態では上
記参照光およびコヒーレント二次元画像の両方が照射さ
れているため、当該コヒーレント二次元画像のホログラ
ムが当該光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブに記録
される。その間、当該光書き込み型強誘電性液晶ライト
バルブの読み出し面には、第12図（ｂ）で示される読み
出し光95が常に照射され続けているため、前記光書き込
み型強誘電性液晶ライトバルブに記録されているコヒー
レント二次元画像のホログラムは次々と再生され続け
る。

上記実施例において、誘電体ミラー88の可視光反射率
が充分大きく、光導電層86に対して読み出し光の影響が
小さい場合は遮光層87を省略することができる。

次に、第２図における19で示される回転多面体鏡につ
いて説明する。第13図は、本発明のホログラフィー表示
装置に用いた回転多面体鏡の１実施例を示す平面図であ
り、19は回転多面体鏡、19aは回転中心、99は回転軸、1
00はモータ、101はバランス錘、102は回転多面体鏡の重
心、103はバランス錘の重心、104は回転多面体鏡の基本
構成単位、105は基本構成単位104のミラー面、106は回
転中心から最短距離のミラー面、107は回転中心から最
長距離のミラー面である。回転多面体鏡19は、回転軸99
を介してモータ100に連結されており、これによって回
転多面体鏡19は回転中心19aを中心として回転する。モ
ータ100としてはステッピングモータや直流整流モータ
などを用いることができる。ステッピングモータを用い
る場合は、当該ステッピングモータの駆動回路を上記液
晶テレビを駆動させるクロック信号に同期させることに
より、前記三次元画像情報の入力周期に同期させて前記
回転多面体鏡19を回転させることができる。直流整流モ
ータを用いる場合は、ロータリーエンコーダなどを用い
て当該直流整流モータの回転数を検出しながら回転数制
御することにより回転多面体鏡19を上記液晶テレビを駆
動させるクロック信号に同期させて回転させることがで
きる。当該回転多面体鏡19は、三角柱形状をした回転多
面体鏡の基本構成単位104の組合せによって構成されて
いる。当該回転多面体鏡の基本構成単位104はガラスを
成形加工した後ミラー面105および接着面を研磨して作
製するか、もしくはアルミニウムなどの金属材料を切削
加工で切り出して作製する。その後当該回転多面体鏡の
基本構成単位104をミラー面105にアルミニウムや銀や誘
電体多層膜ミラーを形成した後、このミラー面が外面に
なるように接着することによって当該回転多面体鏡19を
作製する。もちろん、アルミニウムなどの光反射率の高
い金属材料をダイアモンド切削加工などの方法を用いて
削り出して直接回転多面体鏡19を作製してもよい。この
ようにして作り出された回転多面体鏡の基本構成単位10
4のミラー面104から回転中心19aまでの距離は、各々上
記入力する三次元画像情報のｚ軸方向への量子化の大き
さだけ異なっている。その結果、第13図の実施例では、
回転中心19aから最短距離のミラー面は106であり、回転
中心19aから最長距離のミラー面は107となっている。こ
のような組合せで上記表示する三次元画像情報をｚ軸方
向に量子化した数の倍の数の回転多面体鏡の基本構成単
位104を用いて第13図に示す回転多面体鏡19を構成する
と、この回転多面体鏡の重心102は回転中心と一致しな
くなる。従って、このような回転多面体鏡19を高速で回
転させると回転軸99には偏った遠心力がかかり、回転軸
99およびモータ100には大きな負荷が加わるとともに、
一様な回転をさせることができない。このような問題を
避けるために、当該回転と一体となって回転するバラン
ス錘101が取り付けられている。当該バランス錘の重心1
03は、回転多面体鏡の重心102と合成されたとき全体の
重心が回転中心19aと一致するように設計されている。
このように設計されたバランス錘であれば、必ずしも第
13図に示すような円柱形状をしていなくてもよい。

このようにして作製された回転多面体鏡19は、上記第
２図に示される実施例で用いられている。この回転多面
体鏡19を用いて上記表示する三次元画像情報を入力する
場合、例えばある特定の時刻に当該三次元画像情報をｚ
軸方向に量子化することによって生成した二次元画像情
報のなかで最小のｚ座標値を持った二次元画像情報が、
第13図に示される回転中心から最短距離のミラー面106
によって第２図に示される光書き込み型空間光変調器20
にホログラムとして記録・再生されるとすれば、次々と
大きなｚ座標値を持った前記二次元座標情報が当該回転
多面体鏡19の回転によって第２図に示される光書き込み
型空間光変調器20にホログラムとして記録・再生されて
いき、前記三次元画像情報をｚ軸方向に量子化すること
によって生成した二次元画像情報のなかで最大のｚ座標
値を持った二次元画像情報は、第13図に示される回転中
心から最長距離のミラー面107によって第２図に示され
る光書き込み型空間光変調器20にホログラムとして記録
・再生される。続いて、次々とこれよりも小さなｚ座標
値を持った前記二次元座標情報が当該回転多面体鏡19の
回転によって第２図に示される光書き込み型空間光変調
器20にホログラムとして記録・再生されていき、前記三
次元画像情報をｚ軸方向に量子化することによって生成
した二次元画像情報のなかで最小のｚ座標値を持った二
次元画像情報が、再び第13図に示される回転中心から最
短距離のミラー面106によって第２図に示される光書き
込み型空間光変調器20にホログラムとして記録・再生さ
れる。このようにして、当該回転多面体鏡19が１回回転
する間に、前記表示する三次元画像情報はｚ座標方向に
２回走査されて表示されなければならない。従って、上
記液晶テレビ26に送られる二次元画像情報の信号は、前
記三次元画像情報のｚ座標方向量子化成分の内、ｚの小
さなものから順に送信されｚの最大値に到達した後、ｚ
の大きなものから順に送信されｚの最小値に達するよう
に送信され、このような送信方法が繰り返されねばなら
ない。このような、回転多面体鏡19を用いることは、回
転多面体鏡19を回転させるための機構にかける負担を軽
減させるが、前記二次元画像情報の信号を送信するため
の信号処理系に与える負担は大きくなる。

このような問題点を避けるために、第14図に示す回転
多面体鏡を構成した。第14図に示す回転多面体鏡が、第
13図に示す回転多面体鏡と異なっている点は、回転多面
体鏡の基本構成単位104を回転中心からミラー面までの
距離が順に大きくなる（あるいは小さくなる）ように隣
接させて配置し、回転中心から最短距離のミラー面106
と回転中心から最長距離のミラー面107とが隣接してい
ることである。このような、第14図に示す回転多面体鏡
19を第２図に示す回転多面体鏡19の代わりに用いること
によって、上記第２図の液晶テレビ26に送られる二次元
画像情報の信号は、前記三次元画像情報のｚ座標方向量
子化成分の内、ｚの小さなものから（あるいはｚの大き
なものから）順に送信されｚの最大値に到達した後、再
び前記三次元画像情報のｚ座標方向量子化成分の内、ｚ
の小さなものから（あるいはｚの大きなものから）順に
送信されｚの最大値に到達させる通常の信号伝送方式を
用いることができる。さらに、当該回転多面体鏡19が１
回回転する間に、前記表示する三次元画像情報はｚ座標
方向に１回のみ走査されて表示されるため、前記二次元
画像情報入力のために伝送される信号と当該回転多面体
鏡19の回転数の同期を取ることが極めて容易になる。ま
た、前記表示する三次元画像情報をｚ座標軸方向に量子
化する数が増えても、当該回転多面体鏡のミラー面分割
を360度全角度で行えるため、当該回転多面体鏡の作製
が容易になるという長所がある。

上記説明した回転多面体鏡を用いて三次元画像情報の
入力を行う場合、前記表示する三次元画像のｚ座標軸方
向の量子化数が増加するにつれて、当該回転多面体鏡の
加工・作製は困難になってくる。この様な場合は、第２
図に示す回転多面体鏡19の代わりに回転円柱鏡を用いる
のが好ましい。第３図は、光路長変換手段として回転円
柱鏡を用いた場合の本発明のホログラフィー表示装置の
１実施例の構成図であり、第２図と第３図が異なってい
る点は、第２図における回転多面体鏡19の代わりに回転
円柱鏡27を用いている点である。第３図に用いた回転円
柱鏡27の平面図を第15図に示す。第15図が第13図と異な
っている点は、第13図における回転多面体鏡19のかわり
に第15図においては回転円柱鏡27が用いられている点だ
けである。この場合、回転円柱鏡の基本構成単位は当該
回転円柱鏡の母線と回転中心27aを対向する２辺に持つ
矩形平面となり、そのミラー面は当該回転円柱鏡の母線
に一致する。この様な回転円柱鏡を用いた場合において
も、第３図の第１の結像レンズ17によって当該回転円柱
鏡27に照射される光束が当該回転円柱鏡27の曲率半径の
大きさに比べて充分に細く絞られておれば、あるいはミ
ラー面が平面と見なせるくらいに当該回転円柱鏡に照射
される光束が充分に細く絞られておれば、当該回転円柱
鏡27に照射される光束は、第２図の回転多面体鏡を用い
た場合と同様に反射される。しかし、第13図に示す回転
多面体鏡を用いる場合同様、第15図に示す回転円柱鏡を
用いる場合も当該回転円柱鏡27が１回回転する間に、上
記表示する三次元画像情報はｚ座標方向に２回走査され
て表示されなければならない。従って、第３図における
液晶テレビ26に送られる二次元画像情報の信号は、前記
三次元画像情報のｚ座標方向量子化成分の内、ｚの小さ
なものから順に送信されｚの最大値に到達した後、ｚの
大きなものから順に送信されｚの最小値に達するように
送信され、このような送信方法が繰り返されねばならな
い。このような、回転円柱鏡27を用いることは、回転円
柱鏡27を回転させるための機構にかける負担を軽減させ
るが、前記二次元画像情報の信号を送信するための信号
処理系に与える負担は大きくなる。このような問題点
は、回転多面体鏡の場合同様に第16図に示される様な回
転円柱鏡27を用いることにより解決される。第16図に示
される回転円柱鏡27は、第14図に示す回転多面体鏡のミ
ラー面の数が無限に大きくなった場合の漸近形になって
いる。すなわち、第16図で示される回転円柱鏡のミラー
面の曲線は、回転中心27aを原点とし、回転中心から最
短距離のミラー面106と回転中心からの最長距離のミラ
ー面107の境界線を原線として極座標表示をした場合
に、ｒを動径、θを偏角、原点からミラー面までの最短
距離をａ、原点からミラー面までの最長距離をｂとした
とき、ｒ＝（ｂθ/2πａ）＋ａ、（０≦θ≦２π、ｒ＞
０）で表される、アルキメデスの螺旋の一部となる。第
16図に示されるようなミラー面を加工することは極めて
困難であるが、このような回転円柱鏡27を用いることに
より、上記第２図の液晶テレビ26に送られる二次元画像
情報の信号は、前記三次元画像情報のｚ座標方向量子化
成分の内、ｚの小さなものから（あるいはｚの大きなも
のから）順に送信されｚの最大値に到達した後、再び前
記三次元画像情報のｚ座標方向量子化成分の内、ｚの小
さなものから（あるいはｚの大きなものから）順に送信
されｚの最大値に到達させる通常の信号伝送方式を用い
ることができる。さらに、当該回転円柱鏡27が１回回転
する間に、前記表示する三次元画像情報はｚ座標方向に
１回のみ走査されて表示されるため、前記二次元画像情
報入力のために伝送される信号と当該回転円柱鏡27の回
転数の同期を取ることが極めて容易になる。

第２図および第３図において、上記説明した回転多面
体鏡19あるいは回転円柱鏡27を用いることにより、液晶
テレビ26により入力されたコヒーレント二次元画像情報
が光書き込み型空間光変調器20の書き込み面に到達する
までの光路長は、前記回転多面体鏡19あるいは回転円柱
鏡27で当該コヒーレント二次元画像情報が反射される位
置によって変化し、その結果光書き込み型空間光変調器
20に記録されたホログラムからは、疑似的な三次元画像
が再生される。当該再生される疑似的三次元画像は、結
像レンズ24の位置によって実像としても虚像としても再
生可能である。すなわち、結像レンズ24が凸レンズであ
り、当該疑似的三次元画像が当該凸レンズの前焦点面よ
りも前記光書き込み型空間光変調器20よりに再生される
場合は実像として再生され、当該疑似的三次元画像が当
該凸レンズの前焦点面と当該凸レンズとの間に再生され
る場合は虚像として再生される。本発明において使用さ
れる再生用の光源21は、極めて照度の大きなものを用い
るのが好ましいため、安全上、前記疑似的三次元画像の
再生は虚像として行うのが好ましい。

第３図に示した本発明のホログラフィー表示装置にお
いて、液晶テレビ26に第17図に示す静止二次元画像を入
力した場合に再生される疑似的三次元画像を第18図に示
す。第18図において、ｚ方向は再生光の光軸方向に一致
している。また、入力された三次元画像のｚ座標軸方向
の量子化数は11である。そして、再生疑似三次元画像の
Ｚ座標の最大値と最小値の差は、回転多面体鏡あるいは
回転円柱鏡における回転軸の偏心距離の２倍に比例して
いる。

しかしながら、第２図および第３図に示した本発明の
ホログラフィー装置を用いて、第18図に示すような疑似
的三次元画像の再生を行おうとする場合は、第５図ある
いは第６図に示される画像演算処理部35によって、あら
かじめ液晶テレビ26に表示される二次元画像の大きさを
補正してやらねばならない。なぜならば、第２図および
第３図において、液晶テレビ26に表示された二次元画像
とそれが結像される光書き込み型空間光変調器20との距
離は、回転多面体鏡19あるいは回転円柱鏡27の回転によ
って実質的に変化するために、この距離変化に応じた倍
率の二次元画像が光書き込み型空間光変調器20に結像さ
れ、再生される疑似的三次元画像は第20図に示すように
ｚ座標軸方向に歪んだものとなるからである。

このような入力二次元画像の前処理に対する負担を軽
減させる方法の１実施例を第４図に示す。第４図は、本
発明のホログラフィー表示装置の１実施例を示す構成図
であり、11はアルゴンイオンレーザ、12は第１のビーム
エキスパンダ、13は第１のハーフミラー、14は第１のミ
ラー、15は第２のミラー、16は第２のハーフミラー、17
は第１の結像レンズ、18は光ストッパ、27は回転円柱
鏡、27aは回転円柱鏡の回転中心、20は光書き込み型空
間光変調器、21はヘリウムネオンレーザ、22は第２のビ
ームエキスパンダ、23は偏光ビームスプリッタ、24は第
２の結像レンズ、25はコンピュータ、26は液晶テレビ、
36は第３のビームエキスパンダである。第４図におい
て、アルゴンイオンレーザ11から出射されたコヒーレン
ト光束は第１のビームエキスパンダ12で所要のビーム径
に拡大された後、第１のハーフミラー13で２光束に分岐
される。第１のハーフミラー13で反射された光束は第１
のミラー14で反射された後液晶テレビ26に表示された二
次元画像をコヒーレント二次元画像に変換し、そのコヒ
ーレント二次元画像は第２のミラー15で反射された後第
１の結像レンズ17で第２のハーフミラー16を介し、光書
き込み型空間光変調器20の書き込み面に結像・照射され
る。一方、第１のハーフミラー13を透過した光束は第１
のハーフミラー16を透過した後、第３のビームエキスパ
ンダ36で所要のビーム径に縮小された後、回転円柱鏡27
で反射され、再び第３のビームエキスパンダ36で所要の
ビーム径に拡大され、第２のハーフミラー16で反射され
た後、光書き込み型空間光変調器20の書き込み面に参照
光として照射され、前記コヒーレント二次元画像と互い
に干渉しあい、その結果、光書き込み型空間光変調器20
には前記コヒーレント二次元画像のホログラムが形成さ
れる。当該参照光と前記コヒーレント画像のなす角度は
約10度以下である。この時、光ストッパ18は回転円柱鏡
27から垂直に反射した光束のみが、光書き込み型空間光
変調器20の光書き込み面に照射されるように、不要な光
束を遮閉するために配されている。さらに、回転円柱鏡
27の回転中心27aは偏心しており、回転中心27aからもっ
とも短いミラー面までの距離をａ、もっとも長いミラー
面までの距離をｂとすると、ｂ−ａは液晶テレビ26に表
示される二次元画像から構成される三次元画像の量子化
方向の距離以上となっている。回転円柱鏡27の１秒間の
回転数は液晶テレビ26のフレームレートに等しい。

このように、第４図に示す本発明のホログラフィー表
示装置が第２図および第３図に示すホログラフィー表示
装置と異なっている点は、前記光書き込み型空間光変調
器20にコヒーレント二次元画像のホログラムを形成する
場合に、前記コヒーレント二次元画像の光路長を変調し
ないで、前記参照光の光路長を変調する点にある。この
ように、ホログラフィーにおいてはコヒーレント二次元
画像と参照光の相対的位相関係を変化させることによっ
て、実質的に第２図および第３図で示したのと同様な疑
似的三次元画像を再生することができる。ただし、この
場合に再生される疑似的三次元画像は、第２図および第
３図で再生された疑似的三次元画像に比べて、ｚ座標の
正・負が逆になっていることに注意しなければならな
い。もし、第２図および第３図で再生された疑似的三次
元画像と同じｚ座標の極性を持った疑似的三次元画像を
再生したい場合は、液晶テレビ26に送る量子化された三
次元画像のｚ座標軸をあらかじめ反転させてからこれを
液晶テレビ26に送らねばならない。

このようにして、第４図に示す本発明のホログラフィ
ー表示装置を用い、第17図に示す入力像を用いて疑似的
三次元画像を再生すると、ｚ座標軸方向に歪のない第18
図に示すような疑似的三次元画像が得られる。

第21図に、第17図に示す円図形を二次元入力画像とし
て用い、その半径ｒ・cos（ｚ）：（ｒはｚ＝０のとき
の円に半径）のようにｚ座標軸方向に変化させて、第４
図に示す本発明のホログラフィー表示装置を用いて、疑
似的三次元画像を再生させた例を示す。このように、本
発明のホログラフィー表示装置は、ｚ座標方向に形状が
変化しているような三次元画像をも表示させることがで
きることは明かである。

また、物体の断層画像を次々と二次元画像として本発
明のホログラフィー表示装置に入力して疑似的三次元画
像を再生することにより、内部構造が外部から透かして
見ることができるため、例えば、人体の三次元断層診断
に用いることによりより正確で分かりやすい医療活動が
可能となるし、例えば、構造物中の流体運動の追跡に用
いることによりより臨場間のある研究が可能となる。

第19図に本発明のホログラフィー表示装置の他の１実
施例を示す。第19図において、108は第１の光書き込み
型空間光変調器、109は第２の空間光変調器、110は第３
の結像レンズ、111はCRT、112は第３のハーフミラーで
ある。第19図が第４図と異なっている点は、二次元画像
情報入力手段として液晶テレビ26の代わりに第１の光書
き込み型空間光変調器108とそれへの情報アドレス手段
であるCRT111および第３の結像レンズ110を用いている
ことである。第19図における第１の光書き込み型空間光
変調器108と第２の光書き込み型空間光変調器109として
は、第11図に示した光書き込み型液晶ライトバルブを用
いることができる。このとき、コンピュータ25から転送
された二次元画像情報は、CRT111によってインコヒーレ
ント二次元画像に変換され、このインコヒーレント二次
元画像は第３の結像レンズ110によって光書き込み型空
間光変調器108の書き込み面に結像・照射され当該光書
き込み型空間光変調器108に記憶される。当該記憶され
た二次元画像は、アルゴンイオンレーザ11から出射され
第１のビームエキスパンダ12によって所要の大きさのビ
ーム径に変換され第１のハーフミラー13によって反射さ
れたコヒーレント光束によって読み出されてコヒーレン
ト二次元画像に変換される。その後は第４図によって説
明したのと同様にして疑似的三次元画像が得られる。

第19図において第１の光書き込み型空間光変調器108
への二次元画像情報のアドレス方法としてCRT111と第３
の結像レンズ110の代わりにレーザ光源とこれを集光し
て第１の光書き込み型空間光変調器108の記録面を高速
で走査する走査光学系を用いてもよいことは言うまでも
ない。このとき、第11図に示す光書き込み型強誘電性液
晶ライトバルブを用いれば、レーザ光源として波長780n
m、出力20nWの半導体レーザを用い、書き込みビーム径
として５μｍの記録すれば１ビット当り数十ｎ秒でデジ
タル記録することができるため、1000×1000程度の二次
元画像であれば極めて高速フレームレートで記録するこ
とができる。

なお、第２図および第３図および第４図における回転
多面体鏡19あるいは回転円柱鏡27としては第13図および
第14図および第15図および第16図に示す回転多面体鏡あ
るいは回転円柱鏡のいづれを用いてもよいことは言うま
でもない。

さらに、第２図および第３図および第４図におけるア
ルゴンイオンレーザ11の代わりにヘリウムネオンレーザ
あるいはYAGレーザの高次高調波あるいは半導体レーザ
などコヒーレンス性がよく当該ホログラフィー表示装置
で用いている光書き込み型空間光変調器20の光導電層86
の感度のよい光束を発生させることが可能な光源ならば
どのような光源を用いてもよいことは言うまでもない。

さらに、第２図および第３図および第４図における光
源21としてはヘリウムネオンレーザの代わりにアルゴン
イオンレーザや半導体レーザや水銀ランプやキセノンラ
ンプや抵抗加熱光源を用いてもよい。ただし、光源21と
して水銀ランプやキセノンランプや抵抗加熱光源を用い
る場合は光源21と光書き込み型空間光変調器20との間の
いずれかの光路上の位置に狭帯域フィルターを配する必
要がある。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のホログラフィー表示装
置およびその駆動方式は、コヒーレント光源と干渉光学
系とからなる光学的ホログラフィー形成手段と、上記ホ
ログラフィー形成手段によって形成されたホログラフィ
ーを記録する光書き込み型空間光変調器と、光源と読み
出し光束発生光学系と再生光の拡大結像光学系とからな
る画像情報再生手段によって上記空間光変調器に形成さ
れたホログラムを再生するホログラフィー表示装置にお
いて、電気的あるいは光学的にアドレス可能な画像情報
入力手段と周期的に光路長を変化させる光路長変換手段
とを前記干渉光学系内に有し、三次元画像情報記憶手段
より、当該三次元画像を所望の次元方向に量子化するこ
とにより得られた二次元画像情報を、上記画像情報入力
手段へ上記光路長変換手段の光路長変化周期に同期させ
て、入力する手段を有することによって、疑似的三次元
画像情報を実時間で表示させることができるため、三次
元画像を用いて製品や建築物等のデザインを行う場合に
極めて大きな効果を有する。あるいは、あらかじめメモ
リされた三次元画像情報を用いて、例えば分子設計や流
体構造設計を行うためのシミュレーションに用いること
ができる。もちろん、不特定多数のためのデモンストレ
ーションディスプレイとしても効果を有することは言う
までもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のホログラフィー表示装置の構成を示す
ブロック図であり、第１図（ａ）は画像情報入力手段と
光路長変換手段が並列の場合、第１図（ｂ）は画像情報
入力手段と光路長変換手段が直列の場合であり、第２図
および第３図および第４図および第19図は本発明のホロ
グラフィー表示装置の１実施例の構成図であり、第５図
および第６図は本発明のホログラフィー表示装置の三次
元画像記憶手段における信号の流れの１実施例を示すブ
ロック図であり、第７図は本発明のホログラフィー表示
装置に用いた液晶テレビの１例を示す構成図であり、第
７図（ａ）は本発明のホログラフィー表示装置に用いた
液晶テレビの回路ブロックの１例を示す構成図、第７図
（ｂ）は本発明のホログラフィー表示装置に用いた液晶
テレビの画素部の構成の１例を示す構成図であり、第８
図は本発明のホログラフィー表示装置に用いた液晶テレ
ビの回路ブロックの１例を示す構成図であり、第８図
（ａ）は画素領域が分割されない場合、第８図（ｂ）は
画素電極が分割されている場合であり、第10図は本発明
に用いた液晶テレビの１実施例を示す構成的分解斜視図
であり、第９図は本発明のホログラフィー表示装置に用
いた液晶テレビの走査電圧波形図であり、第11図は本発
明の１実施例で用いた光書き込み型強誘電性液晶ライト
バルブの構成を示す断面図であり、第12図は本発明の１
実施例で用いた光書き込み型強誘電性液晶ライトバルブ
の光学応答特性図であり、第13図および第14図は本発明
のホログラフィー表示装置に用いた回転多面体鏡の１実
施例を示す平面図であり、第15図および第16図は本発明
のホログラフィー表示装置に用いた回転円柱鏡の１実施
例を示す平面図であり、第17図は本発明のホログラフィ
ー表示装置の入力像の１例であり、第18図は本発明のホ
ログラフィー表示装置の疑似的三次元画像の１例であ
る。第20図は本発明のホログラフィー表示装置における二次
元画像の大きさを補正しない場合の疑似的三次元画像の
１例であり、第21図は本発明のホログラフィー表示装置
の疑似的三次元画像の他の例である。１……光学的ホログラフィー形成手段２……画像情報再生手段３……コヒーレント光源４……干渉光学系５……光書き込み型空間光変調器６……画像情報入力手段７……光路長変換手段８……光源９……読み出し光束発生光学系 10……三次元画像記憶手段 11……アルゴンイオンレーザ 12……第１のビームエキスパンダ 13……第１のハーフミラー 14……第１のミラー 15……第２のミラー 16……第２のハーフミラー 17……第１の結像レンズ 18……光ストッパ 19……回転多面体鏡 19a……回転中心 20……光書き込み型空間光変調器 21……ヘリウムネオンレーザ 22……第２のビームエキスパンダ 23……偏光ビームスプリッタ 24……第２の結像レンズ 25……コンピュータ 26……液晶テレビ 27……回転円柱鏡 27a……回転中心 28……三次元画像入力部 29……数値化部 30……メモリ 31……ｚ座標量子化部 32……xy座標量子化部 33……出力信号変換部 34……画像情報入力手段駆動部 35……画像演算処理部 36……第３のビームエキスパンダ 37……ｙ座標分割部 38……第１のメモリ部 39……第２のメモリ部 40……第ｎのメモリ部 41……第１の出力信号変換部 42……第２の出力信号変換部 43……第ｎの出力信号変換部 44……第１のＹドライバ 45……第２のＹドライバ 46……第ｎのＹドライバ 47……クロック信号 48……液晶テレビ基板 49……Ｘドライバ 50……Ｙドライバ 51……画素領域 52……トランジスタ 53……信号線 54……走査線 55……画素電極 56……ラッチ 61……第１番目の走査線に加わるON電圧 62……第１番目の走査線に加わるOFF電圧 63……第２番目の走査線に加わるON電圧 64……第２番目の走査線に加わるOFF電圧 65……第３番目の走査線に加わるON電圧 66……第３番目の走査線に加わるOFF電圧 67……第Ｎ番目の走査線に加わるON電圧 68……第Ｎ番目の走査線に加わるOFF電圧 69a、69b……偏光板 70……ガラス担体 71……共通電極 73……液晶層 77……単結晶シリコン半導体層 80……石英ガラス担体 81a、81b……透明基板 83a、83b……透明電極層 84a、84b……配向膜層 85……強誘電性液晶 86……光導電層 87……遮光層 88……誘電体ミラー 89a、89b……無反射コーティング 90……スペーサ 91……駆動波形 92……正電圧 93……負電圧 94……ゼロ電圧 95……読み出し光 96……書き込み光 97……明状態 98……暗状態 99……回転軸 100……モータ 101……バランス錘 102……回転多面体鏡の重心 103……バランス錘の重心 104……回転多面体鏡の基本構成単位 105……基本構成単位のミラー面 106……回転中心から最短距離のミラー面 107……回転中心から最長距離のミラー面 108……第１の光書き込み型空間光変調器 109……第２の光書き込み型空間光変調器 110……第３の結像レンズ 111……CRT 112……第３のハーフミラー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コヒーレント光源と干渉光学系とからなる
光学的ホログラフィー形成手段と、上記ホログラフィー形成手段によって形成されたホログ
ラフィーを記録する光書き込み型空間光変調器と、光源と読み出し光束発生光学系と再生光の拡大結像光学
系とからなる画像情報再生手段によって上記空間光変調
器に形成されたホログラムを再生するホログラフィー表
示装置において、電気的あるいは光学的にアドレス可能な画像情報入力手
段と周期的に光路長を変化させる光路長変換手段とを前
記干渉光学系内に有し、三次元画像情報記憶手段より、当該三次元画像を所望の
次元方向に量子化することにより得られた二次元画像情
報を、上記画像情報入力手段へ上記光路長変換手段の光
路長変化周期に同期させて、入力する手段を有すること
を特徴とするホログラフィー表示装置。
【請求項２】周期的に光路長を変化させる光路長変換手
段が、画像情報入力手段に表示される二次元画像情報の
大きさと同一スケールで前記二次元画像への量子化方向
で前記三次元画像の大きさの半分の長さだけ偏心した回
転軸を持つ回転多面体鏡あるいは回転円柱鏡とモータ等
によるその回転手段とからなる請求項１記載のホログラ
フィー表示装置。
【請求項３】画像情報入力手段が、マトリックス状に単
結晶薄膜トランジスタを配して強誘電性液晶を駆動させ
る透過型液晶ディスプレイである請求項１もしくは請求
項２記載のホログラフィー表示装置。
【請求項４】画像情報入力手段がCRTと結像光学系ある
いはレーザ走査装置と、光書き込み型空間光変調器とか
らなる請求項１もしくは請求項２記載のホログラフィー
表示装置。
【請求項５】光書き込み型空間光変調器が、光導電層、
光反射層、液晶配向層、光反射率と印加電圧との間に双
安定メモリ性を有する強誘電性液晶層、電圧印加手段、
透明基板からなる光書き込み型液晶ライトバルブである
請求項１、請求項２、請求項３もしくは請求項４記載の
ホログラフィー表示装置。
【請求項６】結像光学系が上記画像情報入力手段と光書
き込み型空間光変調器の間の光路中に配されていること
を特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４
もしくは請求項５記載のホログラフィー表示装置。
【請求項７】ホログラフィー形成手段のコヒーレント光
源が、ヘリウムネオンレーザやアルゴンイオンレーザな
どのガスレーザあるいは半導体レーザである請求項１、
請求項２、請求項３、請求項４、請求項５もしくは請求
項６記載のホログラフィー表示装置。
【請求項８】画像情報再生手段の光源がヘリウムネオン
レーザやアルゴンイオンレーザなどのガスレーザあるい
は可視光半導体レーザあるいは発光ダイオードあるいは
水銀ランプあるいはキセノンランプあるいは抵抗加熱光
源である請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請
求項５、請求項６もしくは請求項７記載のホログラフィ
ー表示装置。
【請求項９】三次元物体画像を三次元ガウス座標系で表
現した場合、xy座標で表現される二次元平面でｚ軸方向
に三次元画像情報を所定の大きさに量子化してメモリ空
間に蓄積し、xy座標で表現される二次元平面の画像情報
を、周期的に光路長を変化させる光路長変換装置の周期
のｚ軸方向の量子化数分の１に同期させて順次画像情報
入力手段に入力させる請求項１、請求項２、請求項３、
請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８も
しくは請求項９記載のホログラフィー表示装置の駆動方
式。
【請求項１０】透過型液晶ディスプレイの表示方式とし
て、各表示セグメントに印加する電圧は、xy方向に順次
行い、一度オン状態になった表示セグメントは一つの画
像フレームの表示が終了するまでオフ状態にしないで表
示し、上記画像情報オフ時が当該透過型液晶ディスプレ
イの１フレーム入力終了時に同期している表示方式を用
いたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、
請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、
もしくは請求項９記載のホログラフィー表示装置の駆動
方式。