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JPH03289692A - 空間光変調素子及びこれを用いたホログラム画像情報記録装置 - Google Patents

空間光変調素子及びこれを用いたホログラム画像情報記録装置

Info

Publication number
JPH03289692A
JPH03289692A JP2092429A JP9242990A JPH03289692A JP H03289692 A JPH03289692 A JP H03289692A JP 2092429 A JP2092429 A JP 2092429A JP 9242990 A JP9242990 A JP 9242990A JP H03289692 A JPH03289692 A JP H03289692A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
liquid crystal
slm
polarizing
crystal element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2092429A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Kasasumi
研一 笠澄
Makoto Kato
誠 加藤
Ikunori Kobayashi
郁典 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2092429A priority Critical patent/JPH03289692A/ja
Priority to US07/680,484 priority patent/US5225920A/en
Priority to DE69103310T priority patent/DE69103310T2/de
Priority to EP91105414A priority patent/EP0450644B1/en
Publication of JPH03289692A publication Critical patent/JPH03289692A/ja
Priority to US08/015,936 priority patent/US5317435A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528—Polarisers
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G—PHYSICS
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    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/16—Processes or apparatus for producing holograms using Fourier transform
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    • G03H1/268—Holographic stereogram
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    • G03H2210/00—Object characteristics
    • G03H2210/20—2D object
    • G03H2210/22—2D SLM object wherein the object beam is formed of the light modulated by the SLM
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    • G03H2222/31—Polarised light
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    • G03H2223/13—Phase mask
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は　空間光変調素子（ＳＬＭ）を用いた大容量画
像情報記録システムに関する。
従来の技術 現在、磁気職　電気的　光学的技術を用いた大容量情報
記録技術が確立されている力丈　これらの多くは　デジ
タル情報の記録には適するものＱ２次元　３次元の画像
情報の記録には適さなｌ、％それに対し　　１９６０年
代からホログラフィ技術を利用した画像情報記録・再生
技術が研究されている。その中でも３次元情報記録・再
生装置は近抵　医療、芸術等の分野でその利用価値か重
要視され　注目を集め始めている。そのひとつとして、
ＳＬＭを利用してコンピュータ画像を直接的にホログラ
フィックステレオグラムとして記録・変換するシステム
が提案されている。
これらのシステムでｊ、ｔ、ＳＬＭの性能が記録画像の
画質を決める大きな要因とな氏　従来のＳＬＭでは　第
７図に示すように液晶素子の入射・出射両表面に偏光板
を貼りつけた構造になっている。
光源１０、レンズ２０．　　ピンホール２３、レンズ２
１からの光を、偏光板２で液晶素子１の配向方向と一致
した直線偏光にし液晶素子１で偏光面を回転して、出射
光をこの偏光板２を通して強度変調している。この構造
では　偏光板の性能によってコントラスト比などＳＬＭ
の性能が充分に発揮できないという欠点がある。
偏光板よりも不要偏光成分の少ない偏光素子として、例
えばグラントムソンプリズムのよう類バルク光学部品に
よる偏光素子が従来より知られている力丈　入射断面積
が小さいために空間光変調素子に用いられている例がな
（ｔ まｆ：、、ＳＬＭの画質の向上を目的として、拡散板を
用いたＳＬＭが提案されているが（特開平１３０２３７
６号公報）、この従来の拡散板でＬ濃淡パターンを形成
する液晶面上で位相変位を与える構造であること、ＳＬ
Ｍの画素に対して拡散板の位相変位領域を１対ｌに対応
させていることによって、作製の容易さ、画質向上の効
果の点で問題があった 発明が解決しようとする課題 画像情報記録装置に用いるＳＬＭとしゑ　ポケットテレ
ビなどで一般的に用いられるツイストネマチック（ＴＮ
）液晶パネルが有力である爪　高品質の画像情報記録を
行うために（よ　現行の液晶パネルに比べてより高い消
光比を持ったＳＬＭを構成する必要がある。第７図は現
行の液晶パネルを用いたＳＬＭの構成を概略的に示した
もので、液晶パネルは偏光方向の一致した２枚の偏光板
２でＴＮ液晶素子１をはさんだ構造となっている。
この液晶パネルでは　パネル前面の偏光板がＳＬＭの消
光比を低下させる大きな原因となっている。
すなわ板　偏光板の光透過率か低し＼　不要偏光成分の
抑圧比か比較的小さ（ｋ　偏光方向の面内分布かあ衣　
偏光板を液晶素子に張り付ける際の作製誤差により偏光
方向が適正な角度から僅かにずれ板　などによってＳＬ
Ｍの消光比が小さくなっている。さらに根本的な原因と
して、入射する光の波長によってＳＬＭの適正な偏光方
向か変化するために　特定の波長以外の入射光に対して
は消光比が低下することがある。よって、液晶ＳＬＭで
高い消光比を得るためにζよ　液晶パネル前面の偏光板
を廃し　異なる方法で入射光の偏光方向を調節する必要
かある。このとき、　レーザからの直線偏光をコリメー
トして直接ＳＬＭに入射する構成も考えられる力丈　し
〜ザ本体を微調回転する場合は回転機構が大型にな＆ミ
ラーを用いて光学系を小型化しようとすると、　ミラー
で反射した後の光は一般に楕円偏光になム　ホログラフ
ィ−への応用にあたってハーフミラ−で物体光を分割し
ても同様に楕円偏光となる家　ＳＬＭの偏光学系を最適
化する課題がある。以上にコントラスト比の点からＳＬ
Ｍの問題点を述べた八　他に画質の尺度としてＳＮ比が
重要である。画像のＳＮ比を向上する手段として、従来
から拡散板が提案・使用されている（特開平１−３０２
３７６号）力文　従来の拡散板を用いたＳＬＭでは市販
のＳＬＭを用いることかできず：、　　ＳＬＭの作製工
程中から拡散板を組み込んで作製する必要がある。また
ＳＬＭの画素と拡散板の位相変位領域が１対１に対応す
るたム　画質向上の効果が限定されること、拡散板とＳ
ＬＭとの正確な位置合わせが必要になることなどの問題
点がある。
課題を解決するための手段 本発明になるＳＬＭで？ｉＳＬＭのコントラスト比を低
下させている偏光板を廃し　代わりにコリメート光学系
直前に偏光素子を挿入し　回転微調可能なステージ上に
固定すも　この構成により、液晶素子に入射するレーザ
光の偏光方向を微調して、高いコントラスト比をもつＳ
ＬＭを構成できる。また　この空間光変調器を用し＼　
参照光光路にも同様の偏光素子を挿入したホログラム記
録光学系により高品質のホログラム記録が実行される手
段を備えたものである。さらに　ＳＬＭの表面に高密度
の位相領域を有する拡散板を密着して、画質を向上する
とともにＳＬＭと拡散板の位置合わせを不要としている
。
作用 本発明では　液晶ＳＬＭ前面の偏光板を廃し代わりに入
射光光路中に回転微調可能な偏光素子を挿入していも　
このた数　従来のＳＬＭで問題となっていた偏光板のは
りつけ誤差がなく、さらに　入射光の波長によって入射
光の偏光方向を調節できるので、常に高いコントラスト
比が得られも　また　コリメート光学系以前に偏光素子
を挿入しているので、透過面の直径は高々数ｍｍのもの
でよく、例えばグラントムソンプリズムのような高い透
過数　不要偏光成分抑圧比を持つ偏光素子を用いること
ができる。このような理由により、従来のＳＬＭに比べ
て、コントラスト比の高いＳＬＭを得ることができる。
またこのＳＬＭを用ＬＸ。
参照光光路中にも同様の偏光素子を挿入すると、ＳＬＭ
後面の偏光板を用いずしてＳＬＭで位相変調された光の
成分のみ干渉縞か形成されるホログラム記録装置が構成
でき、高品質の画像記録が行える。また　高密度の拡散
板をＳＬＭ表面に密着することで、　ＳＬＭの作製が容
易になり、かつ入射光の拡散性が向上Ｌ　　ＳＮ比の大
きな画像が得られる。
実施例 第１図（よ　本発明の一実施例によるＴＮ液晶素子を用
いたＳＬＭの概略構成を示す。同図において１はＴＮ液
晶素子で、コヒーレント光源１０からの光がレンズ２０
、２１、　ピンホール２３からなるコリメート系で拡大
されてこれを照射すムこの構成で重要な点（よ　偏光素
子４０に例えばグラントムソンプリズムのように高い不
要偏光成分抑圧比を持った偏光素子４０を用いることに
より、より完全な直線偏光が得られること、及びその偏
光方向か自由に変えられることであも　故に　第７図の
偏光板を用いた従来のＳＬＭに比べて、偏光面の方向か
面内で均一で、かつ不要偏光成分の少ない直線偏光が液
晶素子に入射し　より消光比の高い空間変調光１００が
得られる。さらに　入射光の波長に応じて偏光方向を調
節できるので、光源の波長を変更しても高い消光比が得
られも第１図の構成によるＳＬＭの消光比を測定し起光
源１０に波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用１．Ｘ
、回転ステージに装荷したグラントムソンプリズム４０
によって偏光方向を液晶素子１の配向方向に一致させた
　さらにコリメート系２０，２１、２３を介して液晶素
子に垂直に入射改　液晶素子ｌの面積的３０Ｘ３０ｍｒ
ｎ２の領域の透過光パワを光パワメータで測定し？、　
　測定結果を表に示す。偏光板を液晶素子前面にも貼付
したＳＬＭで１よ　光源に直線偏光レーザを用いた場合
でも通常数十の消光比であるのに対して、本発明になる
ＳＬＭでば　６００　（最大、最小透過光量比　１４０
１０．２３＞６００）以上の高い消光比が得られた（１
）、下水６ノ 次に　ミラーで光路を変換した構成では　光源に直線偏
光レーザを用いてに ミラーで反射されたレーザ光か一般に楕円偏光となり、
ＳＬＭの最大コントラス 量比は見かけ上数十程度に低下する。従って直線偏光を
得るためには　第３図のようにミラー３゜で反射した後
の光路中に偏光素子４ｏを挿入すればよ賎　但し　この
偏光素子４ｏを挿入した構成で（よ　必ずしも光源１１
は直線偏光の光源でなくてもよし■ 第２図は第１図のＳＬＭを用いて構成したホログラム記
録光学系の一例である。光源１０からの出射光のうち一
部はハーフミラ−３１で反射されて参照光となり、ハー
フミラ−３１を透過した光は物体光となる。物体光はＳ
ＬＭを通過してパターンジェネレータで発生される画像
データに応じて空間変調され　フーリエ変換レンズ５０
を介して参照光と干渉し　写真乾板６０上に干渉縞パタ
ーンを形成する。第２図で（よ　高密度情報記録に適し
た構成として、フーリエ変換レンズを用いた一例を示し
ている力交　例えばホログラフィックステレオグラムの
記録の時には円柱レンズを用いるなど、記録・再生方式
に応じて他の光学素子を使う構成も考えられも　これら
の光学系の基本的な構成は周知の物である力ｔ　本発明
の特徴は　偏光素子４０を備えていることである。従来
の構成では　液晶空間変調素子ｌの前後に偏光板を挿入
する力＼　あるいはＳＬＭの出射側に回転可能な偏光子
を設ける構成であった　後者はＳＬＭ画像面積と同等以
上の開口寸法の偏光子を要する点、さらに異なる波長の
光源を用いたときに出射光か楕円偏光となり最大コント
ラスト比の点で難点があった　本発明の構成で（よ　偏
光子４０により、液晶空間変調素子１の前面の偏光板が
不要となっており、高いコントラスト比のＳＬＭを用い
てい瓜また　参照光光路にも偏光素子を挿入して、ハー
フミラ−で楕円偏光になった参照光を再び直線偏光に戻
し　ビジビリティ−のよい干渉縞を得ることができる。
さらに偏光子４０の角度を語節して物体光と参照光の偏
光面を一致させ、液晶空間変調素子の後面の偏光板も省
略している。後面の偏光板がある場合には　ＳＬＭの出
射光は強度変調されていたのに対し　後面の偏光板がな
い場合には　偏光方向が位相的に変調された光となる。
結果的に参照光と干渉しない偏光成分が発生するので、
偏光板のある場合に比べて写真乾板上の干渉縞のコント
ラストにバイアス成分が加えられる力交この場合は写真
乾板の感光特性を考慮すると、画像パターンの如何にか
かわらず常にほぼ一定の露光量が与えられて、都合よく
ホログラム記録が行える。
まｆ−第２図では液晶素子１の前面に拡散板８０を密着
している力丈　その部分断面図を第４図に示す。拡散板
８０は再生画像のノイズ成分を低減するためのもので、
第４図のように液晶セル３に対応した凹凸を持板　平面
波で入射した光に所定の擬似ランダム位相分布を与える
。それぞれのセルでの入射光の位相（ヨ０、π／２、π
、　３π／２の４つのいずれかをとり、かつ隣接するセ
ル同士の位相差がπ／２になるように凹凸の栗さを決定
する。この拡散板８０によりＳＬＭからの出射光が拡散
されて第２図の写真乾板６０上での物体光の像が広がり
、その結果高品質のホログラム記録が行えも　ただし　
拡散板のないａ戒で叡　写真乾板をフーリエ変換レンズ
の焦点位置からずらすとホログラム記録を行えるが拡散
板を使用したときに比べ・て、ＳＮ比の小さな再生像し
か得られない。
第５図（ａ）は　特許請求の範囲第３項のＳＬＭの一実
施例の断面図である。同図において拡散板２００は凹凸
を有するガラス基板２００からなり、入射平行光１０１
に凹凸の深さに応じて所定の位相変位を与えるものであ
る。拡散板を有する従来のＳＬＭで（よ　液晶素子を挟
んでいるガラス基板３０４に凹凸を設けて所定の位相変
位を与えていたために液晶素子の作製工程中で拡散板を
挿入する必要かあったのに対し　本発明になるＳＬＭで
（よ　完成した液晶素子の表面に拡散板２００を密着し
て構成しているので、新たに作製工程を増やすことなく
市販の液晶素子を用いて容易に作製することかできる。
第５図で液晶素子３０３はスペーサ３０２を介してガラ
ス基板３０４で挟まれセル電極３０４で駆動される。こ
のセルと拡散板の面内の位置関係を第５図（ｂ）、　（
ｃ）に示す。第５図（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ　液晶
素子３００の画素構成と、同縮尺で描いた拡散板２００
の位相変位領域の構成の一例である。液晶セル３９１に
対して位相変位領域２０１、２０２．２０３、　・・・
　２０９の画素が対応してぃも従来の拡散板のように液
晶素子の画素と位相変位領域を１対１に対応させたとき
に比べ　本発明になるＳＬＭでの拡散板はより高密度に
なり、　ＳＬＭからの出射光１００をより広く拡散させ
、画像記録においてよりＳＮ比の大きい高品質の画像が
得られも さらに高品質の画像を得るための手段として、第５図に
示したＳＬＭでｆ；ｔ、、ｓＬＭの出力側の表面に　反
射防止膜４０１を装荷したガラス基板４００を、マツチ
ング液４０２を介して密着していも　これにより、　Ｓ
ＬＭの表面でのフレネル反射光を抑制でき、出力画像に
重畳する干渉縞パターンを軽減することができる。この
反射防止の方法は　第６図に示すような方法でも置き換
えるられる。すなわ板　ガラス基板４００を反射防止す
ることなしに　第６図（ａ）のように表面に対して一定
以上の角度に傾けて貼りつける方法　及び第６図（ｂ）
のようにウェッジ形状のガラス基板４００を貼りつける
方法である。第６図の方、法ではガラス基板表面でのフ
レネル反射は低減できない力丈　反射光１０３と透過光
１０４の間に光軸ずれが生じるたム　この光軸ずれを一
定以上になるようにガラス基板表面の角度を決めると、
出射光に生じる干渉縞の周期を充分小さくして、画質へ
の影響をなくすことができる。
以上　拡散板と反射防止による画像品質の向上について
説明した力丈　そのへ　拡散板ピッチの効果を実証する
ためにＳＬＭ出力画像のＳＮ比測定実験を行った　液晶
素子は投射型テレビ用ＴＮ液晶パネル（画素ピッチ約９
０μｍ）を用１．Ｘ、位相領域のピッチがそれぞれ９０
μｍ、１５μｍの２種の拡散板を作製して液晶素子の入
射側表面に密着しｔ、ＳＬＭの出射光１００を、レンズ
系を介してＣＣＤ素子上に結像Ｌ　　ＣＣＤ出力信号を
数値計算して、　２種の拡散板を用いたＳＬＭの出力画
像のＳＮ比を測定・比較し九　−様な白色画像を液晶に
入力したときの出力光強度の揺らぎσと平均像強度■の
比でＳＮ比を定義Ｌ９０μｍピッチ、　１５μｍピッチ
の拡散板を用いたときにそれぞれ２０ｄＢ、　　２６ｄ
ＢのＳＮ比で出力光が観測でき、拡散板のピッチをｌ／
３にして、　ＳＮ比が６ｄＢ向上した 発明の効果 本発明になるＳＬＭは入射光光路に　ＳＬＭの透過面積
に関係なく有効面積が高々数ｍｍ（７）、　　回転調整
可能な高性能偏光素子を挿入することにより、高い消光
比を持つ変調光を得ることができる。さらにこの偏光素
子を入射波長に応じて角度調整することで、あらゆる波
長の入射光に対して高い消光比が得られる。さらにまた
　参照光側にも同様に回、転可能な高性能偏光素子を用
（＼　位相変調されたＳＬＭ出射光と干渉させるホログ
ラム記録光学系が実現できる。この光学系で＋；ＬＳＬ
Ｍ面に偏光素子を配置する必要がないので偏光素子の光
学的不均一性による画質劣化が生じず、またホログラム
記録面にほぼ一定の露光量が与えられるので感材のダイ
ナミックレンジを有効に利用することができる。また本
発明になるＳＬＭでは表面に密着した高密度の拡散板・
及び反射防止を施したガラス基板により、容易にＳＮ比
の大きな出力画像を得ることかできる。
【図面の簡単な説明】
ｉｆ図は本発明の一実施例としてのＳＬＭの概略は　第
２図は本発明の一実施例としての画像情報記録装置の概
略は　第３図はミラーを用いて光学系全体を小型にした
ときの光源の光学系を示す＠　第４図は拡散板を前面に
密着した液晶パネルの概略断面＆　第５図（ａ）ｌ；Ｌ
　　本発明の一実施例としてのＳＬＭの概略断面はｒｌ
（ｂ）、囮（ｃ）はそれぞれ液晶セ／ｌｚ、　　拡散板
の位相変位領域の構成を示す平面は　第６図（ａ）、　
（ｂ）（よ　第５図のＳＬＭを異なる反射防止方法で実
現した例の断面は　第７図は偏光板を用いた従来のＳＬ
Ｍの概略図である。 １・・・ＴＮ液晶素子、２・・・偏光板、　３・・液晶
セ／１．＝、１０・・・コヒーレント光温ｌｌ・・・直
線偏光光＃　２０〜２２・・・レンズ、２３・・・ピン
ホール、　３０・・・ミラー　３１・ハーフミラ−１４
０・・・偏光素子、　５゜・フーリエ変換レンｇ　　６
０・・・写真乾板７０・・・パターンジェネレータ、　
８０・・・拡散板、　１００・・・空間変調光　１０１
・・・平行レーサビ−Ａ　　２００・・・拡散板、　２
０１．２０２１１．２０９・・・位相変位類＠　　３０
２・セル電Ｋ　　３０３・・・スペーサ、　３０４・・
・ガラス基板、　４００・・・ガラス基板、　４０１・
・・反射防止脱　４０２・・・マツチング液、　４０３
・・・スペーサ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）コヒーレント光源からの光を、偏光方向調節可能
    な偏光素子とコリメート光学系を介して液晶素子に照射
    し、前記液晶素子からの出射光を偏光板を通過させて空
    間的に強度変調された光を得ることを特徴とする空間光
    変調素子。
  2. （２）コヒーレント光源からの光を第１、第２の光束に
    分割し、前記第１の光束を偏光方向調節可能な偏光素子
    とコリメート光学系を介して液晶素子に入射して空間的
    に位相変調された光を得、前記第２の光束を偏光方向調
    節可能な第２の偏光素子を介して前記空間変調光と干渉
    させることによってホログラム記録が行われることを特
    徴とするホログラム画像情報記録装置。
  3. （３）所定の位相領域を有する拡散板を、液晶素子の入
    射側あるいは出射側表面に近接して設け、前記位相領域
    は前記液晶素子の一つの画素に対して複数個の位相領域
    が対応することを特徴とする空間光変調素子。
  4. （４）所定の位相変位が（０、π／２、π、３π／２）
    、もしくは、（０、π／３、２π／３）の各位相を配列
    した擬似ランダム位相系列によって与えられることを特
    徴とする特許請求の範囲第３項記載の空間光変調素子。
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