JPH07134537A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホログラムを利用した立体表示装置に関し，
解像度の低いホログラムパターンであっても，立体像の
広い視覚領域を得られるようにする。 【構成】 ホログラムに対する再生光を発生する複数の
再生光の発生手段(1) ，(2) と，各再生光(10),(11) に
対応するホログラムパターンの位相分布を時分割もしく
は空間分割して表示する位相分布表示手段(3) とを備
え，各再生光(10),(11) により得られる視覚領域が単一
の再生光により得られる視覚領域より拡大したものであ
る構成をもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，ホログラムを利用した
立体表示装置に関する。ホログラムにレーザー光等の可
干渉性の光を照射することにより三次元像を再現するこ
とができる。

【０００２】このようにして三次元像を再現する立体表
示装置では，立体像の視覚領域はできるだけ広いほうが
良い。本発明は視覚領域の広い立体表示装置を提供す
る。

【０００３】

【従来の技術】図７は従来のホログラムの作成方法と再
生方法を示す。図７ (a)はホログラムの作成方法を示
す。

【０００４】図７ (a) において，１００はレーザー光
源である。１０１，１０２，１０３はミラーである。ミ
ラー１０１は半透明であり，入射光の一部を透過するも
のである。

【０００５】１０４はレンズであって，ミラー１０２の
反射光を写真乾板１１０に入射するようにするものであ
る。１０５はレンズであって，ミラー１０３で反射する
光を物体１１１に入射するものである。

【０００６】１１０は写真乾板であり，ホログラムとな
るものである。１１１は物体であって，ホログラム作成
の対象物である。１１５は参照光であって，写真乾板１
１０に入射するレーザー光源１００から直接出力される
光である。

【０００７】１１６は物体光であって，レーザー光源１
００の光が物体１１１で反射した光である。図示のよう
な光学系において，参照光１１５と物体光１１６が干渉
し，写真乾板１１０上に干渉縞を生じる。そのようにし
て物体１１１のホログラムが得られる。

【０００８】図 (b)はホログラムの再生方法を示し，上
記のように作成されたホログラム１１０により物体１１
１の立体像１２５を再生する方法を示す。図７ (b)にお
いて，１２０はレーザー光源であって，ホログラムの再
生光の光源である。

【０００９】１２１はレンズであって，レーザー光源１
２０の出力光をホログラム１２２に入射するものであ
る。１２２は位相分布表示手段であって，図７ (a)の方
法により作成されたホログラム，もしくはそのホログラ
ムパターンの位相分布を表示する液晶表示手段等であ
る。

【００１０】１２３は再生光であって，レーザー光源１
２０から出力されるものである。１２４は回折光であっ
て，再生光１２３が位相分布表示手段１２２により回折
した光（回折光の波面）である。

【００１１】１２５は視覚的に映される立体像である。
１２６は観察者である。図７ (a)の方法により生成され
たホログラム１２２に再生光１２３を位相分布表示手段
１２２に入射することにより，表示された位相分布表示
に基づいて回折光１２４を生じる。その結果，回折光１
２４のホログラムパターンを作成した物体１１１の立体
像１２５が再現され，その回折光の観察者１２６に再現
された立体像１２５が視覚される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図８は発明が解決しよ
うとする課題の説明図である。図８において，１２２は
位相分布表示手段であって，ホログラム，液晶表示手段
等である。

【００１３】１２４は再生光である。１３０，１３１は
回折光であって，再生光１２４が位相分布表示手段１２
２で回折したものである。

【００１４】１３２は，視覚領域であって，再生光１２
４が位相分布表示手段１２２で回折する範囲であり，観
察者が立体像を視覚する範囲を表す。ホログラムによる
立体表示装置において，視覚領域１３２を広くするため
には，再生光１２４を広い範囲に回折させる必要があ
る。そのためには，位相分布表示手段１２２に表示する
パターンの空間周波数をなるべく高い周波数で表示する
必要がある。

【００１５】しかし，写真乾板によるホログラムの場合
には，写真乾板の粒子の大きさでパターンの空間周波数
を表示する分解能が制限され，また，ホログラムパター
ンを液晶表示手段等で表示する場合には画素ピッチ等で
空間周波数が制限される。そのため，ホログラムパター
ンに対する解像度が充分に得られず，立体像を再現する
視覚領域１３２を広くすることは困難であった。

【００１６】本発明は，解像度の限られた位相分布表示
手段でも広い視覚領域を得られる立体表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は，複数の再生光
と，時分割（複数の位相分布を時分割して表示する）も
しくは空間分割（複数の位相分布を表示領域に分けて表
示する）により位相分布を表示する位相分布表示手段を
備え，各再生光を異なる角度で入射するようにする。そ
の際，時分割により立体像を再現する場合には，表示さ
れている位相分布に対応する再生光が入射されるよう
に，再生光出力と位相分布表示の同期をとるようにし
た。また，空間分割的に立体像を再現する場合には，再
生光の位相分布領域にそれぞれの再生光が入射されるよ
うに入射光を選択的に入射する。そのようにして，各再
生光により得られる視覚領域が単一の再生光に得られる
視覚領域より拡大されたものとなるようにした。

【００１８】図１は本発明の基本構成を示す。図１は複
数再生光が再生光Ａと再生光Ｂの２つの場合の基本構成
を示す。図１において，１は再生光Ａの発生手段であ
る。

【００１９】２は再生光Ｂの発生手段である。３は位相
分布表示手段であって，ホログラム，液晶表示手段等で
ある。位相分布表示手段３は時分割もしくは空間分割に
より，再生光Ａの位相分布表示および再生光Ｂの位相分
布表示をするものである。

【００２０】１０は再生光Ａである。１１は再生光Ｂで
ある。１５は領域Ａであって，再生光Ａ(10)の回折領域
である。領域Ａ(15)は再生光(10)に基づく立体像の視覚
領域である。

【００２１】１６は領域Ｂであって，再生光Ｂ(11)の回
折領域である。領域Ｂ(16)は再生光(11)に基づく立体像
の視覚領域である。１７は視覚領域Ｃであって，領域Ａ
(15)と領域Ｂ(16)を合わせて得られる視覚領域である。

【００２２】θａは再生光Ａ(10)の入射角度である。θ
ｂは再生光Ｂ(11)の入射角度である。θａ’は再生光Ａ
の最大回折角度であり，視覚領域Ａの範囲である。

【００２３】θｂ’は再生光Ｂの最大回折角度であり，
視覚領域Ｂの範囲である。なお，θａ，θｂは位相分布
表示手段３の垂線を基準として，θａ×θｂ＜０とす
る。

【００２４】

【作用】図１の基本構成の動作を説明する。時分割によ
り，位相分布表示を切り換える場合には，再生光の選択
と位相分布表示の選択の同期をとる。即ち，位相分布表
示手段(3) に再生光Ａ(10)のための位相分布表示がなさ
れているときは，再生光Ａ（１０）が入射されるように
する。その結果，領域Ａ(15)に再生光Ａ(10)に基づく立
体像の視覚領域が得られる。

【００２５】次に，位相分布表示手段(3) の表示を再生
光Ｂ(11)のための位相分布表示に切り換える。そして，
再生光Ｂ(11)を選択して再生光Ｂ(11)が入射されるよう
にする。その結果，再生光Ｂ(11)に基づいて立体像を視
覚できる領域Ｂ(16)が得られる。

【００２６】以上の処理を交互に繰り返すことにより拡
大した視覚領域Ｃ(17)が得られる。次に，位相分布表示
手段３に位相分布表示を空間分割的に行う場合の動作を
説明する。

【００２７】空間分割的に位相分布表示する場合には位
相分布表示手段(3) を，例えば再生光Ａ(10)の位相分布
の表示領域と再生光Ｂ(11)の位相分布の表示領域を平面
的に交互に配置する。そして，再生光Ａ(10)の位相分布
の表示領域に再生光Ａ(10)が入射され，再生光Ｂ(11)の
位相分布の表示領域には再生光Ｂ(11)が入射されるよう
にする。そのようにして，再生光Ａ(10)の回折光により
領域Ａ(15)が得られる。また，再生光Ｂ(11)の回折光に
より領域Ｂ(16)が得られる。その結果，再生光Ａ(10)と
再生光Ｂ(11)の視覚領域により単一の再生光により得ら
れる視覚領域より拡大した視覚領域Ｃ(17)が得られる。

【００２８】図２，図３を参照して本発明の基本構成の
動作を具体的に説明する。図２には，時分割した位相分
布表示により視覚領域を拡大する場合の本発明の基本構
成の動作説明図(1) を示す。

【００２９】図２において，１は再生光Ａの発生手段で
ある。２は再生光Ｂの発生手段である。

【００３０】３は位相分布表示手段であって，液晶表示
手段等により構成され，位相分布表示を時分割して書き
換えることのできるものである。１０は再生光Ａであ
る。

【００３１】１１は再生光Ｂである。１５は領域Ａであ
って，再生光Ａ(10)の回折光により得られる視覚領域で
ある。

【００３２】１６は領域Ｂであって，再生光Ｂ(11)の回
折光により得られる視覚領域である。１７は視覚領域Ｃ
であって，領域Ａ(15)と領域Ｂ(16)を合わせて得られる
拡大した視覚領域である。

【００３３】２０は位相分布切り換え手段であって，位
相分布表示手段３に表示する再生光Ａの位相分布表示と
再生光Ｂの位相分布表示を交互に切り換えるものであ
る。２１は再生光切り換え手段であって，再生光Ａの発
生手段１の再生光出力と再生光Ｂの発生手段２の再生光
出力を交互に切り換えるものである。

【００３４】２２は同期手段であって，位相分布切り換
え手段２０の位相分布表示の切り換えと再生光切り換え
手段２１の再生光出力の切り換えの同期をとるものであ
る。図２の構成の動作を説明する。

【００３５】位相分布切り換え手段２０はまず，同期手
段２２から出力される同期信号に基づいて位相分布表示
手段３に再生光Ａ(10)の位相分布を表示する。そして，
再生光切り換え手段２１は，これに同期して再生光Ａの
発生手段１が再生光Ａ(10)を出力し，再生光Ｂの発生手
段２は再生光Ｂ(11)を出力しないように制御する。その
結果，再生光Ａ(10)が位相分布表示手段３において回折
し，領域Ａ(15)が得られる。

【００３６】次に，位相分布切り換え手段２０は，同期
信号に基づいて，位相分布表示手段３に再生光Ｂ(11)の
位相分布を表示する。そして，再生光切り換え手段２１
はこれに同期して，再生光Ｂの発生手段２が再生光Ｂ(1
1)を出力し，再生光Ａの発生手段１は再生光Ａ(10)を出
力しないように制御する。その結果，再生光Ｂ(11)が位
相分布表示手段３において回折し，領域Ｂ(16)が得られ
る。

【００３７】上記の処理を交互に，例えば１秒につき３
０回程度繰り返すことにより，拡大された視覚領域Ｃ(1
7)が得られる。図３は，空間分割により視覚領域を拡大
する場合の本発明の基本構成の動作説明図(2) を示す。

【００３８】図３において，１は再生光Ａの発生手段で
ある。２は再生光Ｂの発生手段である。

【００３９】３は位相分布表示手段であって，領域単位
に異なる位相分布表示を備えるホログラム，あるいは画
素単位の領域に異なる位相分布表示をする液晶手段等で
ある。

【００４０】１０は再生光Ａである。１１は再生光Ｂで
ある。１５は領域Ａであって，再生光Ａ(10)により得ら
れる視覚領域である。

【００４１】１６は領域Ｂであって，再生光Ｂ(11)によ
り得られる視覚領域である。１７は視覚領域Ｃであっ
て，再生光Ａ(10)と再生光Ｂ(11)により得られる拡大し
た視覚領域である。

【００４２】２５は再生光選択手段であって，位相分布
表示手段３の再生光Ａの位相分布表示領域３０に再生光
Ａ(10)のみが入射されるようにし，再生光Ｂの位相分布
表示領域３１に再生光Ｂ(11)のみが入射されるように再
生光を選択するものである。

【００４３】３０は再生光Ａの位相分布表示領域であっ
て，再生光Ａ(10)の位相分布表示を備える領域である。
３１は再生光Ｂの位相分布表示領域であって，再生光Ｂ
(11)の位相分布表示を備える領域である。

【００４４】図３の構成において，再生光Ａ(10)と再生
光Ｂ(11)は再生光選択手段２５に同時に入射されて良
い。再生光選択手段２５は再生光Ａの位相分布表示領域
３０に再生光Ａ(10)のみが入射されるように再生光を選
択して透過し，再生光Ｂの位相分布表示領域３１に再生
光Ｂ(11)のみが入射されるように再生光を選択して透過
する。その結果，再生光Ａ(10)の回折により立体像を再
現する領域Ａ(15)が得られ，再生光Ｂ(11)の回折により
立体像を再現する領域Ｂ(16)が得られる。再生光Ａの位
相分布表示領域３０と再生光Ｂの位相分布表示領域３１
の大きさを充分に小さくとっておけば，領域Ａ(15)と領
域Ｂ(16)による連続した立体像を再現できる視覚領域Ｃ
(17)が得られる。

【００４５】本発明によれば，位相分布表示手段３の分
解能が限られているような場合でも，視覚領域を大幅に
拡大した立体表示装置を実現することが可能となる。

【００４６】

【実施例】図４は本発明の実施例１を示す。図４は，時
分割により位相分布表示をする場合の実施例構成であ
る。

【００４７】図４において，５０はデータ入力部であっ
て，物体の三次元の撮影データ等を入力するものであ
る。データ入力部５０は撮像装置等からリアルタイムに
撮影データを入力するものもしくは撮影データを記録し
た磁気記録装置等である。

【００４８】５１は位相分布作成部であって，三次元像
のデータに基づいて，再生光Ａにより再生される位相分
布と再生光Ｂにより再生される位相分布を計算して出力
するものである。

【００４９】５２は同期信号発生部であって，位相分布
作成部５１の位相分布表示と再生光発生手段５３の発生
光出力の同期をとる同期信号を発生するものである。５
３は再生光発生手段であって，再生光Ａと再生光Ｂを同
期信号により交互に発生するものである。

【００５０】５４は位相分布表示手段であって，液晶表
示手段等である。５５は位相表示駆動部であって，位相
分布表示手段５４の表示駆動を行うものである。

【００５１】位相分布作成部５１において，６０は再生
光Ａの位相分布計算部であって，再生光Ａにより立体像
を再現するための位相分布を三次元像の入力データに基
づいて計算し，位相分布の表示データを作成するもので
ある。

【００５２】６１は再生光Ｂの位相分布計算部であっ
て，再生光Ｂにより立体像を再現するための位相分布を
三次元像の入力データに基づいて計算し，位相分布の表
示データを作成するものである。

【００５３】６２は再生光Ａの位相分布保持部であっ
て，再生光Ａの位相分布の表示データを格納するメモリ
（磁気ディスク装置等）である。６３は再生光Ｂの位相
分布保持部であって，再生光Ａの位相分布の表示データ
を格納するメモリ（磁気ディスク装置等）である。

【００５４】６４は位相分布表示切り換え部であって，
同期信号に同期して再生光Ａの位相分布表示と再生光Ｂ
の位相分布表示を切り換えて出力するものである。再生
光発生手段５３において，７０は光源用ドライバであっ
て，再生光Ａ光源７２および再生光Ｂ光源７３を発光さ
せるものである。

【００５５】７１は再生光切り換え部であって，同期信
号に同期して再生光発生手段５３の出力を再生光Ａもし
くは再生光Ｂに切り換えるものである。７２は再生光Ａ
光源である。

【００５６】７３は再生光Ｂ光源である。図４の構成の
動作を説明する。位相分布作成部５１は，データ入力部
５０から三次元像のデータを入力する。再生光Ａの位相
分布計算部６０は再生光Ａにより立体像を再現するため
の位相分布を入力された三次元像のデータに基づいて計
算し，その位相分布の表示データを作成する。そして，
再生光Ａの位相分布保持部６２はその表示データを格納
する。

【００５７】また，再生光Ｂの位相分布計算部６１は再
生光Ｂにより立体像を再現するため位相分布を入力され
た三次元像のデータに基づいて計算し，その位相分布の
表示データを作成する。そして，再生光Ｂの位相分布保
持部６３はその表示データを格納する。

【００５８】同期信号発生部５２は同期信号を出力し，
位相分布表示切り換え部６４は同期信号に同期して，再
生光Ａの位相分布の表示データを選択する。このとき，
再生光切り換え部７１は同期信号に同期して，再生光Ａ
光源７２を選択し，再生光Ａのみが出力され，再生光Ｂ
は出力されないようにする。次の同期信号により，位相
分布表示切り換え部６４は再生光Ｂの位相分布の表示デ
ータを選択し，再生光切り換え部７１は再生光Ｂ光源７
３を選択する。そして，再生光Ｂのみが出力され，再生
光Ａは出力されないようにする。

【００５９】上記の再生光Ａによる立体像の再現と再生
光Ｂによる立体像の再現を交互に繰り返す。例えば，繰
り返し周期を毎秒数１０回以上の程度とすることにより
再生領域の切り換えが意識されることなく広い視覚領域
の立体像を再現することができる。

【００６０】図５は，本発明の実施例２の構成であり，
空間分割的な位相分布表示手段により視覚領域を拡大す
る場合を示す。図５ (a)は断面図である。

【００６１】図５ (a)において，８０は再生光Ａの発生
部であって，例えば，垂直方向の偏波面をもつ再生光Ａ
を発生するものである。

【００６２】８１は再生光Ｂの発生部であって，例え
ば，水平方向の偏波面をもつ再生光Ｂを発生するもので
ある。８２は再生光Ａである。

【００６３】８３は再生光Ｂである。８５は偏光子アレ
イてあって，垂直偏光および水平偏光した再生光を領域
単位に通過させるものであり，垂直偏光フィルタである
領域Ａ（８６）と水平偏光フィルタである領域Ｂ（８
７）とが平面的に交互に配列されているものである（図
６ (a)参照）。偏光子アレイは図３の再生光選択手段２
５に対応する。

【００６４】８６は偏光子アレイ８５の領域Ａであっ
て，垂直偏光フィルタの領域である。８７は偏光子アレ
イ８５の領域Ｂであって，水平偏光フィルタの領域であ
る。なお，領域Ａ（８６），領域Ｂ（８７）の大きさは
例えば，数ｍｍ単位であり，各領域を通過する再生光の
回折により立体像の連続性が保たれる程度に微小に形成
されるものである。

【００６５】８８は位相分布表示手段であって，再生光
Ａの位相分布表示領域（領域Ａ（８９））と再生光Ｂの
位相分布表示領域（領域Ｂ（９０））とが平面的に交互
に配列されたものである（図６ (b)参照）。位相分布表
示手段８８はホログラム，液晶表示手段等により構成さ
れるものである。

【００６６】８９は位相分布表示手段８８の領域Ａであ
って，再生光Ａの位相分布表示領域である。９０は位相
分布表示手段８８の領域Ｂであって，再生光Ｂの位相分
布表示領域である。

【００６７】図５ (b)は斜視図であって，図５ (a)と共
通の番号は共通部分を示す。図６は本発明の実施例２の
偏光子アレイと位相分布表示手段の実施例である。８５
は偏光子アレイである。

【００６８】８６は領域Ａであって，垂直偏光フィルタ
の領域である。８７は領域Ｂであって，水平偏光フィル
タの領域である。８８は位相分布表示手段である。

【００６９】８９は領域Ａであって，偏光子アレイ８５
の領域Ａ（８６）を通過した再生光Ａの位相分布表示を
する領域である。９０は領域Ｂであって，偏光子アレイ
８５の領域Ｂ（８７）を通過した再生光Ｂの位相分布表
示をする領域である。

【００７０】図５ (a)， (b)の構成の動作を説明する。
再生光Ａの発生部８０から出力される再生光Ａ（垂直偏
光）は偏光子アレイ８５の領域Ａ（８６）のみ通過し，
位相分布表示手段８８の領域Ａ（再生光Ａの位相分布表
示領域）８９に入射される。そして，その領域Ａ（８
９）で再生光Ａが回折して立体像を再現する。

【００７１】また，再生光Ｂの発生部８１で発生した再
生光Ｂ（水平偏光）は偏光子アレイ８５の領域Ｂ（８
７）のみ通過し，位相分布表示手段８８の領域Ｂ（再生
光Ｂの位相分布表示領域）９０に入射される。そして，
その領域Ｂ（９０）で再生光Ｂが回折して立体像を再現
する。

【００７２】偏光子アレイ８５の領域Ａ（８６），領域
Ｂ（８７）および，位相分布表示手段８８の領域Ａ（８
９），領域Ｂ（９０）の領域サイズを，例えば数ｍｍ程
度に形成しておけば，各領域を通過した再生光の回折に
より再現される立体像が連続し，視覚領域の拡大した立
体像を再現することができる。

【００７３】なお，本実施例では，再生光Ａと再生光Ｂ
は同時に照射して良い。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば，複数のホログラムの再
生光とホログラムの位相分布表示により，低い解像度の
ホログラムパターンであっても，広い立体像の視覚領域
域を備える立体表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の基本構成の動作説明図(1) である。

【図３】本発明の基本構成の動作説明図(2) である。

【図４】本発明の実施例１を示す図である。

【図５】本発明の実施例２を示す図である。

【図６】本発明の実施例２の偏光子アレイと位相分布表
示手段の実施例を示す図である。

【図７】従来のホログラムの作成方法と再生方法の説明
図である。

【図８】発明が解決しようとする課題の説明図である。

【符号の説明】

１：再生光Ａの発生手段 ２：再生光Ｂの発生手段 ３：位相分布表示手段 １０：再生光Ａ １１：再生光Ｂ １５：領域Ａ １６：領域Ｂ １７：視覚領域Ｃ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 宣子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホログラムに対して複数の再生光の発生
   手段(1) ，(2) と，各再生光(10)，(11)に対応するホロ
   グラムパターンの位相分布を時分割もしくは空間分割し
   て表示する位相分布表示手段(3) とを備え，該各再生光
   (10)，(11)により得られる視覚領域が単一の再生光に基
   づく視覚領域より拡大したものであることを特徴とする
   立体表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，複数のホログラムの
   再生光の任意のものを再生光Ａ(10)および再生光Ｂ(11)
   とし，該位相分布表示手段(3) への入射角をそれぞれθ
   ａ，θｂとし，該再生光Ａ(10)，再生光Ｂ(11)に対する
   該ホログラムパターンの空間周波数をそれぞれｆａ，ｆ
   ｂ，該再生光Ａ(10)，再生光Ｂ(11)の波長をそれぞれλ
   ａ，λｂとしたとき，ｓｉｎθａ＝ｆａλａ，ｓｉｎθ
   ｂ＝−ｆａλａ（但し，θａ，θｂは位相分布表示手段
   (3) の垂直方向を基準とした角度であり，θａ・θｂ＜
   ０）であることを特徴とする立体表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１もしくは２において，該位相分
   布表示手段(3) は時分割により異なる位相分布を表示す
   るものであり，位相分布表示手段(3) に入射する再生光
   (10)，(11)を切り換える再生光切り換え手段(21)と，位
   相分布表示手段(3) に表示する該位相分布を切り換える
   位相分布切り換え手段(20)と，再生光切り換え手段(21)
   と位相分布切り換え手段(20)の切り換えの同期をとる同
   期手段(22)とを備えたことを特徴とする立体表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１もしくは２において，該位相分
   布表示手段(3) は複数の再生光(10)，(11)に対応するそ
   れぞれのホログラムパターンの位相分布を異なる領域に
   空間分割して表示する位相分布表示領域(30)，(31)を備
   え，該再生光(10)，(11)がそれぞれの位相分布表示領域
   (30)，(31)に入射されるように該再生光(10)，(11)を選
   択する再生光選択手段(25)を備えたことを特徴とする立
   体表示装置。