(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハーフゾーンプレート法により得られた干渉縞を表示する標本化構造をもった干渉縞表示面と、前記干渉縞から物体光を再発生させる再生光と該再発生させた物体光から物体像を再結像させるレンズとを具えた立体表示装置において、
前記レンズの像側焦平面に、高次の像を結像させる光を遮断する開口となるシャッタが、光軸を中心として対称に２分割して得られる各領域に敷設され、
前記各領域のシャッタは、前記ハーフゾーンプレート法により作成された前記干渉縞の切替表示と同期して、時分割で交互に開閉動作することを特徴とする立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハーフゾーンプレート法により得られる干渉縞から物体像を再結像させる立体表示装置に関し、特に再結像された物体の再生像（真像）の表示領域と真像を観察することのできる領域（視域）とが拡大された計算機ホログラムを利用した立体表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムを用いて動画像表示を行う場合、表示デバイスとして液晶素子の使用が有望であるが、液晶素子を干渉縞表示面に用いると、液晶素子の画素ピッチが粗いことから物体光と再生光のなす角が小さくなる。
【０００３】
このように物体光と再生光のなす角が小さい場合のホログラムには、真像の観視に妨げとなる共役像を除去するために、光線の広がりの半分を使用するハーフゾーンプレート法を用いるのが有効である。
【０００４】
次に、従来の計算機ホログラムを利用した立体表示装置について説明する。
計算機ホログラムでは、物体を標本化し、図７（ａ）に示すように標本化された各点から発生される光の干渉縞作成面１における光分布を計算し、物体上のすべての点に対する光分布を加算して干渉縞を計算する。ハーフゾーンプレート法の場合には、図７（ｂ）に示すように物体から干渉縞作成面１に対して垂直に下ろした垂線の足Ａを通る直線で干渉縞作成面１を２分割し、その片側の光分布のみを計算し、物体上のすべての点に対する光分布を加算して干渉縞を計算する。図７（ｂ）に示す例においては、干渉縞作成面１を上下に２分割し、それら分割された面の下側を計算するようにしている。
【０００５】
図７（ｂ）に示す例のような条件のもとで、図８に示す構成によりハーフゾーンプレート法で作成された干渉縞作成面１を干渉縞表示面２に設置しホログラム像を再生すると、同図に示すように、共役像の結像に関する光線の広がりと真像の結像に関する光線の広がりとが、レンズ３の像側焦平面において光軸を境界として上下に分離される。このことを利用して、もし、像側焦平面に共役像の光線の広がる範囲を遮光する遮光板４を設置するならば、共役像の光線を遮断することができる。これらの詳細は O.Bryngdahl, A.Lohmann,“Single-Sideband Holography”, J. Opt. Soc. Am. Vol. 58, 620(1968) 、および竹森民樹、“液晶パネルを用いた３次元表示  −高速計算法−”、映像情報メディア学会技術報告、Vol. 21, No.46, PP.13-19,(Aug. 1997)などに記載されている。
【０００６】
ホログラムの干渉縞を標本化構造をもつ表示装置で表示する場合、物体の存在領域は、その領域内のすべての点がつくる干渉縞が干渉縞作成面１のすべての点において標本化による折り返し歪みを伴わないようにするために、干渉縞作成面１の大きさと標本化間隔とから決まる。いま、Ｘ軸方向の標本化間隔をｘs 、Ｙ軸方向の標本化間隔をｙs 、再生光の波長をλ、再生のためのレンズの焦点距離をｆ、ｎを正数とすると、物体の存在領域は、図９（ａ），（ｂ）に示すように、光軸方向にｚ＝ｚ0 の位置において、高さ、幅がそれぞれ（λ／ｙs ) ・｜ｚ1 −ｚ0 −ｎ・ｆ｜、（λ／ｘs ) ・｜z1−ｚ0 −ｎ・ｆ｜で表される領域である。
【０００７】
この場合における空間上の位置を、ｚ軸（光軸）に直交し、位置ｚ0 を含むｘ−ｙ平面を、物体の存在領域を示す４角錐で切り取った位置とする（図９（ａ），（ｂ）参照）。ここで、位置ｚ0 はｚ1 −ｚ0 ≧ｎ・ｆを満たす値とする。しかし、ハーフゾーンプレート法は干渉縞作成面１上で光分布の片側のみを記録するため、図７（ｂ）に示す例のような条件のもとでは、物体の存在領域は図１０に示すように干渉縞作成面１の下端より上側に制限される。なお、図１０においては、図９（ａ），（ｂ）における正の数ｎを簡単のため１として示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示した物体の存在領域に対する真像の結像領域を図１１（ａ），（ｂ）に示す。図１１（ｂ）の左上の領域がハーフゾーンプレート法では記録されない物体の領域に対応する結像領域で、従って、この領域には真像を結像させることができないという問題点がある。
【０００９】
また、図１２は、図７（ｂ）に示す例のような条件のもとで、物体を点像とした場合のハーフゾーンプレート法による光線の広がる範囲を示している。ここで、光線の広がる範囲が視域となる。従って、ハーフゾーンプレート法は物体からの光線の広がる範囲を制限するため、視域も狭くなるという問題点もある。
【００１０】
本発明の目的は、上述したように物体光と再生光のなす角が小さいホログラムにハーフゾーンプレート法を用いた場合の問題点、すなわち、真像を結像させることのできる領域が狭く、また、視域も狭いという問題点を解決することにある。
【００１１】
なお、ホログラムを利用した立体表示装置に関し、本願人は、干渉縞から物体像を再結像させるレンズ主面を複数の領域に分割し、それら複数の領域にそれぞれシャッタを敷設し、それらシャッタの開閉を、２以上のシャッタについて同時に開状態にならないように、干渉縞の切り換えに合わせて周期的に制御することにより、表示領域を拡大できるようにした技術を、特願平９−１９５４８９号（平成９年７月２２日出願）「立体表示装置」の出願明細書にて開示した。本発明は、この技術をハーフゾーンプレート法による計算機ホログラムに適用した発明である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明立体表示装置は、ハーフゾーンプレート法により得られた干渉縞を表示する標本化構造をもった干渉縞表示面と、前記干渉縞から物体光を再発生させる再生光と該再発生させた物体光から物体像を再結像させるレンズとを具えた立体表示装置において、前記レンズの像側焦平面に、高次の像を結像させる光を遮断する開口となるシャッタが、光軸を中心として対称に２分割して得られる各領域に敷設され、前記各領域のシャッタは、前記ハーフゾーンプレート法により作成された前記干渉縞の切替表示と同期して、時分割で交互に開閉動作することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１および図２は、本発明による立体表示装置の構成を、時分割的な構成上の差違をもってそれぞれ示している。
【００１４】
図１は、実質的には従来説明に用いた図７乃至図１２に基づいているが、図７乃至図１２と異なる点は、図８中の焦平面に配置される遮光板４に代えて同じ焦平面で光軸に対し上下対称な位置に開閉を干渉縞の表示と同期して時分割的に行うシャッタ６が敷設され、上側のシャッタが現時点で閉じ、下側のシャッタが現時点で開いている点にある。従って、図１においては、光軸を境界として上側の光を遮光し、図１０に示したのと同様に、物体の存在領域１が干渉縞作成面（干渉縞表示面２）の下端より上側に制限される。またこの場合、真像の結像領域１も図１１（ｂ）に示したのと同じになる。
【００１５】
図２は、図１に示したのと同一構成の本発明による立体表示装置であるが、焦平面に敷設されたシャッタ６は光軸を境界として上側が開き、下側が閉じている。従って、光軸を境界として下側の光を遮光し、物体の存在領域２および真像の存在領域２は、それぞれ図１０および図１１（ｂ）に示したのとは光軸に対して上下反対になっている。
【００１６】
また、計算機ホログラムを利用して真像を結像させるにあたっては、干渉縞の表示が標本化構造をもつ場合、真像、透過光および共役像のそれぞれに対して、ｘ軸方向に（λ／ｘs ) ・ｆ、ｙ軸方向に（λ／ｙs ) ・ｆの間隔で高次の像が繰り返される（従来技術の説明参照）。しかし、本発明による図１、図２においては、開口５が像側焦平面に設置されることによって、高次の像からの光は遮断され、その影響を受けることがなくなる。
【００１７】
さらに、干渉縞表示面２の標本化構造が正方配列の場合、図１および図２に示す開口５は、図３に示すような高次の像の繰り返し周期で囲まれた四角形で、光軸が開口５の中心を通るように設置されている。また、上述したように、開口５には、開口５が光軸を中心に上下に２分割され、それら２分割されたそれぞれの領域に独立に相互に時分割的に開閉するシャッタ６が敷設されている。このシャッタ６としては、例えば、機械式シャッタ、液晶シャッタのような周知のものを用いることができる。
【００１８】
以上のように、図１および図２は、本発明立体表示装置がハーフゾーンプレート法により得られた干渉縞の切替表示に同期して時分割的にこれらの図に示される状態になることを示し、図１においては、下側のシャッタのみを開けている（上側のシャッタは閉じている）状態に、また図２においては、上側のシャッタのみを開けている（下側のシャッタは閉じている）状態にそれぞれなっている。
【００１９】
このことから開いている側のシャッタを介して、それぞれ図１および図２に示される真像の結像領域１，２にのみ真像が結像し、また、シャッタが閉じている側（図１および図２において、それぞれ上側または下側）については透過光および共役像からの光線は像側焦平面を通過せず、従ってこれらによる像はともに結像しない。
【００２０】
以上のように、本発明に従って、ハーフゾーンプレート法により得られた干渉縞の切替表示と同期してシャッタの開閉を時分割的に行うことにより、人の目には図４に示すように真像の結像領域１、２が繋がって見え、真像の表示領域が拡大される。すなわち、図４の視点から物体を見ると表示領域が拡大されて、例えば、図５のように見える。また、図６に示されるように、従来技術においてはハーフゾーンプレート法により遮断されていた光線が本発明により再生されるため、従来、ハーフゾーンプレート法により制限されていた視域も拡大される。
【００２１】
以上の説明においては、ハーフゾーンプレート法を用いた計算機ホログラムにおいて、光線の広がる範囲を、光軸を境界としてその垂直面内に上下に分割して示したが、これは上下に限るものではなく任意の方向に２分割してもよい。ただし、この場合には、シャッタ６の分割方向を、干渉縞作成時に光線の広がる範囲を分割した方向に合わせるものとする。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に従って、レンズの像側焦平面に、高次の像を結像させる光を遮断する開口となるシャッタが、光軸を中心として対称に２分割して得られる各領域に敷設され、各領域のシャッタは、ハーフゾーンプレート法により作成された干渉縞の切替表示と同期して、時分割で交互に開閉動作することにより、真像の表示領域と視域の拡大が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体表示装置の構成を示している。
【図２】本発明による立体表示装置の構成を示している。
【図３】図１および図２の開口の大きさを示している。
【図４】本発明によって、真像の結像領域が繋がって見えることを示している。
【図５】物体の見え方の一例を示している。
【図６】本発明によって、視域が拡大されることを示している。
【図７】計算機ホログラムにおける干渉縞計算の態様を示し、（ｂ）に、ハーフゾーンプレート法を適用した場合を示している。
【図８】ハーフゾーンプレート法で構成した従来の立体表示の原理を示している。
【図９】物体の存在領域を示している。
【図１０】従来のハーフゾーンプレート法における物体の存在領域を示している。
【図１１】従来のハーフゾーンプレート法における物体の存在領域に対する真像の結像領域を示している。
【図１２】従来のハーフゾーンプレート法における光線の広がる範囲を示している。
【符号の説明】
１  干渉縞作成面
２  干渉縞表示面
３  レンズ
４  遮光板
５  開口
６  シャッタ
【図１】
0003710932.tif 000002
【図２】
0003710932.tif 000003
【図３】
0003710932.tif 000004
【図４】
0003710932.tif 000005
【図５】
0003710932.tif 000006
【図６】
0003710932.tif 000007
【図７】
0003710932.tif 000008
【図８】
0003710932.tif 000009
【図９】
0003710932.tif 000010
【図１０】
0003710932.tif 000011
【図１１】
0003710932.tif 000012
【図１２】
0003710932.tif 000013