(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体光と参照光とから生成さ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、前記レンズの焦平面に該レンズの透過光が結像する結像位置の繰り返し間隔で囲まれた領域の半分とする開口を設けるとともに、前記レンズの焦平面から射出面に至る次式で定められた領域に、
【数９】
0003710918.tif 000011
ＤＸ：開口の幅、ＤＹ：開口の高さ、λ：コヒーレント光の波長
ｘＳ：干渉縞表示面のＸ軸方向の標本化間隔
ｙＳ：干渉縞表示面のＹ軸方向の標本化間隔
ｆ：レンズの焦点距離、ｈＸ：干渉縞表示面の幅、ｈＹ：干渉縞表示面の高さ
ＤＸ’：レンズに接する部分の遮光板の開口の幅
ＤＹ’：レンズに接する部分の遮光板の開口の幅
ｎ：干渉縞表示面の大きさを決める係数
前記レンズの焦平面に設けた開口を取り囲むように、長さがほぼ焦点となる遮光板を、開口の射出側と逆側の一端がレンズに接するようにそれぞれの開口の周囲に取り付けたことを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の立体表示装置において、前記遮光板で囲まれた開口を、前記繰り返し間隔で囲まれた領域の半分ごとに複数隣接設置し、前記遮光板で囲まれた各領域に対応して前記レンズの射出面から焦平面に至る範囲内で光軸に直交する平面に複数のシャッタを敷設し、かつ、前記各開口に対応する物体の存在領域の前記物体光に基づき、各別に作成された前記干渉縞の切り換えを前記シャッタの開閉状態に対応して時分割で行うとともに、前記シャッタの開閉を、前記干渉縞の切り換えに合わせて切り換えられた干渉縞に対応した前記各シャッタが異なる領域に対応したシャッタについて同時に開状態にならないように、周期的に制御するようにしたことを特徴とする立体表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の立体表示装置において、前記遮光板に代えて前記レンズの入射面側もしくは射出面側のどちらかに前記レンズの大きさを制限する開口を配置したことを特徴とする立体表示装置。
【請求項４】
請求項３記載の立体表示装置において、前記レンズの焦平面に設けた開口および前記レンズの大きさを制限する開口を、前記繰り返し間隔で囲まれた領域の半分ごとに複数隣接設置し、前記２種類の開口のそれぞれに対応して前記レンズの焦平面、およびレンズの入射面側もしくは射出面側のどちらかの光軸に直交する平面の２カ所にそれぞれ複数のシャッタを同一配置で敷設し、かつ、前記レンズの焦平面に設けた各開口に対応する物体の存在領域の前記物体光に基づき各別に作成された前記干渉縞の切り換えを前記２カ所に配置した各シャッタの開閉状態に対応して時分割で行うとともに、前記２カ所に配置した各シャッタの開閉を、前記干渉縞の切り換えに合わせて切り換えられた干渉縞に対応して前記２カ所に配置した各シャッタが異なる領域に対応したシャッタについて同時に開状態にならないように、周期的に制御するようにした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、光の空間情報を記録、再生するいわゆるホログラムを利用した立体表示装置に係わり、とくに干渉縞の表示に微小な画素が規則正しく配列した液晶素子のような標本化構造をもった表示装置を使用した場合の立体表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラム技術を用いて干渉縞から物体像を再結像させる場合、真像の観視に妨害となる透過光、共役像が結像し、さらに、干渉縞の表示に標本化構造をもった表示装置を用いると、真像、透過光および共役像それぞれの高次の像も同時に結像する。その結果、真像に透過光、共役像および高次の像からの光線が重なり、真像の識別が困難となる。この課題を解決するために、従来、参照光に垂直面内で若干の入射角度をもたせることにより、真像と共役像の水平の高さが重ならないようにして、真像の結像位置に真像だけを通す開口窓を設け、真像の識別を容易にすることが提案されている（深谷ほか、「ＬＣＤを用いたホログラフィックディスプレイにおける表示像拡大法」３次元画像コンファレンス’９４講演論文集４−５参照）。
【０００３】
また、上記論文において、干渉縞の表示に標本化構造をもった表示装置を用いた場合、その分解能によりホログラム再生像の大きさ（表示領域）が制限されることが指摘されている。そして、表示領域が狭いという解決すべき課題に対しては、「干渉縞を表示する干渉縞表示面の解像度を高める」ことが必要と考えられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術においては、開口窓により真像を抜き出すことにより真像を識別しているため、真像の結像位置の移動に伴い開口窓も移動させなければならず、従って、真像の結像位置が変化する動画表示の場合には、この方法は有効ではなかった。
【０００５】
また、ホログラム技術を用いて動画表示を行う場合、実時間で干渉縞の書き換えができる干渉縞表示面が必要となるが、現在、その用途に適した表示デバイスとしての液晶パネルが有望である。しかし、液晶パネルの一層の高解像度化は技術的にもまだ難しいとされている。従って、液晶パネルを干渉縞表示面に用いると、画素ピッチが粗いことにより表示領域が狭いという解決されるべき課題が残る。
【０００６】
本発明の第１の目的は、従来のような１個の開口窓のみを通して真像を抜き出すことに代え、真像以外の像の結像をなくす手だて、または、真像以外の像の結像に関与する光線が真像の結像に関与する光線に重ならないようにする手だてを具えた新規な立体表示装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、干渉縞の高解像度化が要求されない方法で、真像以外の像の結像をなくす手だて、または、真像以外の像の結像に関与する光線が真像の結像に関与する光線に重ならないようにする手だてを具え、かつ、表示領域を拡大する新規な立体表示装置を提供することにある。
【０００８】
【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、物体光と参照光とから生成さ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、前記レンズの射出側の焦平面（以下、単に焦平面と言う）に該レンズの透過光が結像する結像位置の繰り返し間隔で囲まれた領域の半分とする開口を設けるとともに、前記レンズの焦平面から射出面に至る次式で定められた領域に、
【数１０】
0003710918.tif 000002
ＤＸ：開口の幅、ＤＹ：開口の高さ、λ：コヒーレント光の波長
ｘＳ：干渉縞表示面のＸ軸方向の標本化間隔
ｙＳ：干渉縞表示面のＹ軸方向の標本化間隔
ｆ：レンズの焦点距離、ｈＸ：干渉縞表示面の幅、ｈＹ：干渉縞表示面の高さ
ＤＸ’：レンズに接する部分の遮光板の開口の幅
ＤＹ’：レンズに接する部分の遮光板の開口の幅
ｎ：干渉縞表示面の大きさを決める係数
前記レンズの焦平面に設けた開口を取り囲むように、長さがほぼ焦点となる遮光板を、開口の射出側と逆側の一端がレンズに接するようにそれぞれの開口の周囲に取り付けたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明立体表示装置は、前記遮光板で囲まれた開口を、前記繰り返し間隔で囲まれた領域の半分ごとに複数隣接設置し、前記遮光板で囲まれた各領域に対応して前記レンズの射出面から焦平面に至る範囲内で光軸に直交する平面に複数のシャッタを敷設し、かつ、前記各開口に対応する物体の存在領域の前記物体光に基づき、各別に作成された前記干渉縞の切り換えを前記シャッタの開閉状態に対応して時分割で行うとともに、前記シャッタの開閉を、前記干渉縞の切り換えに合わせて切り換えられた干渉縞に対応した前記各シャッタが異なる領域に対応したシャッタについて同時に開状態にならないように、周期的に制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明立体表示装置は、前記遮光板に代えて前記レンズの入射面側もしくは射出面側のどちらかに前記レンズの大きさを制限する開口を配置したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明立体表示装置は、前記レンズの焦平面に設けた開口および前記レンズの大きさを制限する開口を、前記繰り返し間隔で囲まれた領域の半分ごとに複数隣接設置し、前記２種類の開口のそれぞれに対応して前記レンズの焦平面、およびレンズの入射面側もしくは射出面側のどちらかの光軸に直交する平面の２カ所にそれぞれ複数のシャッタを同一配置で敷設し、かつ、前記レンズの焦平面に設けた各開口に対応する物体の存在領域の前記物体光に基づき各別に作成された前記干渉縞の切り換えを前記２カ所に配置した各シャッタの開閉状態に対応して時分割で行うとともに、前記２カ所に配置した各シャッタの開閉を、前記干渉縞の切り換えに合わせて切り換えられた干渉縞に対応して前記２カ所に配置した各シャッタが異なる領域に対応したシャッタについて同時に開状態にならないように、周期的に制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
以上によれば、透過光、共役像および高次の像の結像を抑圧すること、もしくは、真像以外の像の結像に関与する光線が真像の結像に関与する光線に重ならないようにすることが可能になる。さらに、従来限界とされている干渉縞、例えば液晶パネルの解像度を上げることを行なわなくとも表示領域拡大が可能になる。
【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。
上述したように、本発明においては、干渉縞によって発生させられた物体光から物体を再結像させるレンズの焦平面における開口を制限し、この開口の周囲に特定長の遮光板を取り付けることにより、結像された物体の再生像（以下、真像と言う）を観視する場合に視覚妨害となる共役像、直接透過する再生光の搬送波光（以下、透過光と言う）、および高次の真像と共役像（以下、両者を高次の像と言う）の結像を抑圧するように構成している。さらに、開口内の焦平面を複数の領域に分割し、この分割された複数の領域をそれぞれ取り囲むように構成した遮光板を設置するとともに、周期的に遮光板に囲まれた各領域を通過する光線を切り換えることにより、表示領域を拡大するように構成している。
【００１４】
まず、本発明の構成の説明にはいる前に干渉縞の作成について説明する。
ここでは、参照光および再生光が垂直面内（Ｙ−Ｚ面内）を進行する場合につき、干渉縞の作成を図１により説明する。図１に示すようにＺ軸を光軸とし、いま、注目する３次元物体面上の点（ｘo ，ｙo ）がｚ＝ｚo にあると考える。また、ｚ＝ｚ1 に干渉縞作成面１をとり、物体面と干渉縞作成面１の距離を｜ｚ1 −ｚo ｜＝ｄo とする。物体にコヒーレント光を照射しｚ＝ｚo の物体面から反射され、干渉縞作成面１上の点（ｘ1 ，ｙ1 ）に到達した光をＯ（ｘ1 ，ｙ1 ）、垂直面内で入射角度θR を有するコヒーレントな参照光で点（ｘ1 ，ｙ1 ）に到達した光をＲ（ｘ1 ，ｙ1 ）とすると、干渉縞作成面１上の点（ｘ1 ，ｙ1 ）にできる干渉縞の濃度Ｉ（ｘ1 ，ｙ1 ）は次の（１）式で表わすことができる。
【数１】
0003710918.tif 000003
ここで、Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｒ（ｘ1 ，ｙ1 ）は複素数であり、その共役数はそれぞれＯ* （ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｒ* （ｘ1 ，ｙ1 ）である。またＩ（ｘ1 ，ｙ1 ）はスカラー量である。
【００１５】
次に、以上により作成した干渉縞にコヒーレントな再生光を照射して物体を再結像させる場合について、図２を参照して詳細に説明する。
図２に示すように、それぞれｚ＝ｚ1 に干渉縞表示面２（前述のプロセスで得られたもの）、ｚ＝ｚ2 にレンズ３、およびｚ＝ｚ3 に結像面４をとる。また、干渉縞表示面２とレンズ３の距離を｜ｚ2 −ｚ1 ｜＝ｄ1 とし、レンズ３と結像面４の距離を｜ｚ3 −ｚ2 ｜＝ｄ2 とする。干渉縞表示面２上の点（ｘ1 ，ｙ1 ）の干渉縞Ｉ（ｘ1 ，ｙ1 ）（図１参照）に、前述の参照光と同じコヒーレント光を同じ入射角度θR で再生光として投射することにより、干渉縞表示面２上の点（ｘ1 ，ｙ1 ）から発生される光Ｄ（ｘ1 ，ｙ1 ）は、干渉縞作成時に用いたコヒーレント光Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｒ（ｘ1 ，ｙ1 ）の関数として次の（２）式で表すことができる。
【数２】
0003710918.tif 000004
ここで、（２）式の第１項目は透過光、第２項目は真像、第３項目は共役像をそれぞれ表している。
【００１６】
この光Ｄ（ｘ1 ，ｙ1 ）と同様に干渉縞表示面２上のあらゆる点から発生した光が、レンズ３により収束され、相互に干渉して結像面４上に像を結像させる。その結像面４に再生される像Ｑ（ｘ3 ，ｙ3 ）（物体）は光Ｄ（ｘ1 ，ｙ1 ）の関数を干渉縞表示面２上で面積分して複素数表示の次の（３）式で表すことができる。ただし、光Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）、Ｒ（ｘ1 ，ｙ1 ）ともに単一波長のコヒーレント光とし、その波長をλとする。
【数３】
0003710918.tif 000005
ここで、
【数４】
0003710918.tif 000006
である。
【００１７】
（３）式中のＤ（ｘ1 ，ｙ1 ）に（２）式の第１項目を代入すると、結像面における透過光の像が得られる。同様に、（２）式の第２項目を代入すると真像、第３項目を代入すると共役像がそれぞれ得られる。
ここで、（２）式の第１項目の透過光について考える。
（２）式の第１項目は直流成分である｜Ｒ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 と物体光｜Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 から成る。｜Ｒ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 は直流成分であるため結像面４上では１点に結像し、物体光｜Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 は物体の大きさに応じて広がり、結像面４上ではフレアとなって観察される。しかし、（１）式で表わされる干渉縞を計算機で発生させるホログラムにおいては、この物体光｜Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 成分を計算上除去し、このフレア光の発生を抑えることができる。
【００１８】
（３）式より、干渉縞表示面２とレンズ３の距離ｄ1 ＝ｆ（レンズ３の焦点距離）、再生光の垂直面内の入射角度をθR とすると、透過光（（２）式の第１項目の中括弧内の物体光｜Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 を除去したもの）の結像位置（結像面４の位置）、３次元物体上の点（ｘo ，ｙo ，ｚo ）（図１参照）に対する真像の結像領域および共役像の結像領域は、それぞれ次の（４）式、（５）式および（６）式で表すことができる。
【数５】
0003710918.tif 000007
【００１９】
以上から、以下のことが判明した。
すなわち、透過光に含まれる成分のうち、物体光｜Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 の成分は計算機で干渉縞を発生させるホログラムにおいては、干渉縞の作成段階で計算上除去することができ、この物体光｜Ｏ（ｘ1 ，ｙ1 ）｜2 を除く透過光は、３次元物体面上の注目している点（ｘo ，ｙo ，ｚo ）と、干渉縞作成面１（図１参照）上との距離ｄo （＝｜ｚ1 −ｚo ｜）に依存せず、（４）式で決まる１点に結像する。また、真像および共役像は、距離ｄo の大小によりそれぞれ（５）式および（６）式で決まる一定の領域に結像する。また、共役像の結像領域は、真像の結像領域をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して反転させ、さらにＹ軸方向に２f sin θR だけ、Ｚ軸方向に２（ｚ2 ＋ｆ）だけシフトさせた領域となる。つまり、（４）式で決まる１点を中心に３次元的に点対称となっている。
【００２０】
特に、θR ＝０でしかもｘo ＝０、ｙo ＝０とすると、透過光、共役像、真像のｘ座標、ｙ座標はすべて一致し、同一軸上に像ができる。しかし、ｘo およびｙo がある範囲をとれば透過光、共役像および真像はそれぞれずれた位置に結像されることになる。ここで、ｄo は、ｚ1 −ｚo ≧ｆを満たすものとすれば、真像のＺ軸上の結像範囲はｚ2 ＋ｆからｚ2 ＋２ｆまでであり、共役像のＺ軸上の結像範囲はｚ2 からｚ2 ＋ｆまでとなる。なお、θR が小さい領域の場合は、sin θR ＝tan θR と見なせるから、以上の結果は次の（７）式で示される既知の結像公式から求めた値と一致する。
【数６】
0003710918.tif 000008
ここで、ａ：物体とレンズまでの距離、ｂ：レンズと像までの距離
ｆ：レンズの焦点距離、ｍ：像の倍率
【００２１】
また、干渉縞の表示面が標本化構造をもつ場合（例えば、液晶パネル、計算機からプリントアウトされたスライドなど）には、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とすると、Ｘ軸方向に（ｄ1 ／ｘS ）・λ、Ｙ軸方向に（ｄ1 ／ｙS ）・λの間隔で（４）式、（５）式および（６）式の各像と同じ形の高次の像がそれぞれ繰り返されることになる。
【００２２】
以上では、参照光および再生光の進行方向を垂直面内の場合について示したが、水平面内に参照光および再生光が進行する場合は、Ｘ軸とＹ軸を入れ替えて考えればよい。
【００２３】
以上の認識をもとに、最も基本的な構成である本発明の第１の実施の形態について図３〜７を参照して説明する。
まず、図３（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態による立体表示装置の全体構成を斜視図および平面図にてそれぞれ寸法入りで示している。図３（ａ）および（ｂ）において、５は干渉縞表示面、６は焦平面における開口、７はレンズ、および８は本発明の特徴をなす遮光板である。以下においては、干渉縞表示面５の標本化間隔をＸ軸方向にｘS 、Ｙ軸方向にｙS の正方格子とし、レンズ７の焦点距離をｆ、開口の幅、高さをそれぞれＤx 、Ｄy 、レンズ７と干渉縞表示面５の距離をｆ、焦平面からレンズ端面までの遮光板８の長さをほぼｆとし、焦平面における開口６の周囲に遮光板８を開口６の射出側とは逆側の一端がレンズに接するように取り付け、このレンズに接する部分の遮光板８の開口の幅、高さをそれぞれＤx ′、Ｄy ′とする。ここに、使用するコヒーレント光の波長はλとする。また、再生光の垂直面内での入射角度θR をθR ＝０とすると、レンズ７の焦平面の最大の開口６の幅、高さそれぞれＤx 、Ｄy 、レンズに接する部分の遮光板８の開口の幅、高さそれぞれＤx ′、Ｄy ′、および干渉縞表示面５の幅、高さそれぞれｈx 、ｈy は、それぞれ次の（８）〜（１０）式で表すことができる。
【数７】
0003710918.tif 000009
【００２４】
ここで、（９）式、（１０）式中のｎは干渉縞表示面５の大きさを決める係数で、ｎ≧１（ｎは整数とは限らない）とする。図３に示す本発明の第１の実施の形態はｎ＝１とした場合である。また、干渉縞表示面５とレンズ７は平行で、かつレンズの光軸が干渉縞表示面５の中心を通るように配置する。
【００２５】
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を伴わないためには、図４に示すように、干渉縞作成面１（図１および図４（ｃ）参照）の大きさと標本化間隔から決まり、ｚ＝ｚ0 では高さ、幅がそれぞれ（λ／２ｙS ）・｜ｚ1 −ｚo −ｎ・ｆ｜、（λ／ｘS ）・｜ｚ1 −ｚo −ｎ・ｆ｜の領域である。この場合における空間上の位置は、ｚ軸に直交し、ｚo 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１で示される位置とする（図４（ａ），（ｂ）参照）。ここで、ｚo はｚ1 −ｚo ≧ｎ・ｆを満たす値をとるものとする。
【００２６】
図４で示される物体の存在領域に対応した真像の結像領域を図５に示す。真像の結像領域は、（５）式において３次元物体上の点（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）が図４の１で示される領域内に存在するものとして求められる。図５に示すように、真像の結像領域は、ｚ＝ｚ2 ＋ｆで高さ、幅それぞれ（λ／２ｙS ）・ｆ、（λ／ｘS ）・ｆをもち、ｚ＝ｚ3 で高さ、幅それぞれ（λ／２ｙS ）・｜ｎ・ｚ3 −ｎ・ｚ2 −（ｎ＋１）ｆ｜、（λ／ｘS ）・｜ｎ・ｚ3 −ｎ・ｚ2 −（ｎ＋１）ｆ｜の領域で、空間上の位置はｚ＝ｚ2 ＋ｆで図５の１で示される位置にあるものとする。ここで、ｚ3 はｆ≦ｚ3 −ｚ2 ≦（１＋１／ｎ）・ｆを満たす値をとるものとする。図３に示す本発明の第１の実施の形態は、物体が存在する領域を図４のｎ＝１とした場合であり、この物体の存在領域、さらに、光線の広がる範囲および真像の結像領域をそれぞれ説明する図が、図６として示されている。この図６は、第１の実施の形態において、レンズ７の開口６および遮光板８により光線の広がる範囲を制限し、物体の存在領域に対応した真像以外の像、すなわち透過光、共役像および高次の像の結像に関与する光線が、焦平面より右側（真像の結像領域側）には広がらないことを示している。
【００２７】
ここで、図４の物体が存在する領域をｎ＞１にした場合、レンズ焦平面における開口６は図６の場合と同じ幅、高さで、それぞれＤx 、Ｄy であるが、干渉縞表示面５は大きくなり、それに応じて第１の実施の形態では、図７に示すように、遮光板８がレンズに接する部分の開口の幅、高さをそれぞれｎ・Ｄx 、ｎ・Ｄy と大きくすることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態について図８〜１３を参照して説明する。
本実施の形態は特に、干渉縞表示面５の解像度を上げずに表示領域を拡大するために構成されている。なお、図８は、図３に倣ってその（ａ）および（ｂ）に、それぞれ斜視図および平面図にて示し、図３に用いたのと同じ符号を用いて示している。この第２の実施形態では、第１の実施の形態においてレンズの焦平面における開口６の最大の幅Ｄx 、高さＤy に関し次の（１１）式を満たすようにする。
【数８】
0003710918.tif 000010
【００２９】
すなわち、レンズ焦平面における開口６について、高さを２等分して２つの領域に分割し、それら分割した２つの領域をそれぞれ取り囲むように、長さがほぼｆの遮光板８を、開口６の射出側と逆側の一端がレンズに接するようにそれぞれの開口６の周囲に取り付け、さらに各開口ごとの領域に本実施の形態の特徴である各シャッタ１０を配置する。図８においては、これらシャッタ１０はレンズ７の射出面側に配置されているが、シャッタ１０の配置位置としてはこれに限られるものでなく、レンズ７の入射面側および射出面から遮光板８の端面（開口部）に至る範囲内で光軸に直交する平面に配置してもよい。また、これらシャッタとしては機械式シャッタ、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。
【００３０】
次に、第２の実施の形態について説明する。
ここで、物体の存在する領域としては、図９に示すように、ｚ＝ｚ0 では高さ、幅がそれぞれ（λ／ｙS ）・｜ｚ1 −ｚ0 −ｎ・ｆ｜、（λ／ｘS ）・｜ｚ1 −ｚ0 −ｎ・ｆ｜の領域を互いに重なることのないように２等分した領域の１カ所である。上下左右のどの方向に２分割するかは参照光および再生光の進行方向に依存するが、ここではこれらの光が垂直面内を進行する場合を考えているので、ここでは上下に２分割するものとする。空間上の位置は図９の１〜２とし、ｚ0 もｚ1 −ｚ0 ≧ｎ・ｆを満たす値をとるものとする。図９の物体の存在領域に対応した真像の結像領域は、図１０に示すように、ｚ＝ｚ2 ＋ｆで高さ、幅それぞれ（λ／２ｙS ）・ｆ、（λ／ｘS ）・ｆをもち、ｚ＝ｚ3 で高さ、幅それぞれ（λ／２ｙS ）・｜ｎ・ｚ3 −ｎ・ｚ2 −（ｎ＋１）ｆ｜、（λ／ｘS ）・｜ｎ・ｚ3 −ｎ・ｚ2 −（ｎ＋１）ｆ｜の領域で、空間上の領域は図１０の１〜２で示される領域の１カ所にあるものとし、これら１〜２の領域は、図９における物体の存在領域１〜２にそれぞれ対応する。ここでｚ3 は、ｆ≦ｚ3 −ｚ2 ≦（１＋１／ｎ）・ｆを満たす値をとるものとする。このように分割された物体の存在領域に対する干渉縞の作成方法は、ある領域に対する干渉縞を作成するときに、他の領域からの光線を遮断して干渉縞を作成する。計算機で干渉縞を作成する場合は、干渉縞を作成する領域以外からの光線については計算を行わない。
【００３１】
図１１、図１２は第２の実施の形態において、表示領域拡大が実現されることを説明する図である。
また、図１１、図１２に示す実施の形態は、物体が存在する領域を図９のｎ＝１とした場合を示している。
本実施の形態においては、まず、図１１に示すように、図９の物体の存在領域１についてのみの真像を結像させるようにする。そのために、物体の存在領域１からの物体光のみにより作成した干渉縞を干渉縞表示面５に表示し、該当する位置のシャッタ１０（下側）を開け、他のシャッタ１０（上側）を閉じる。その結果、図１１に示すように真像の結像領域１の領域にのみ真像が結像する。この際、レンズ７の焦平面における開口６および遮光板８により透過光、共役像は結像せず、高次の像の結像に関与する光線は焦平面より右側（真像の結像領域側）には広がらない。次に、図１２に示すように、図９の物体の存在領域２についての真像を結像させる。図１１におけると同様、物体の存在領域２からの物体光のみにより作成した干渉縞を表示するとともに、該当するシャッタ１０（上側）を開け他のシャッタ１０（下側）を閉じる。その結果、図１２に示すように真像の結像領域２の領域にのみ真像が結像する。この際、レンズ７の焦平面における開口６および遮光板８により透過光、共役像は結像せず、高次の像の結像に関与する光線は焦平面より右側（真像の結像領域側）には広がらない。
【００３２】
以上を周期的に繰り返すことにより、図１０に示す視点の位置から結像した真像を見ると、人の目には、図１３に示すように、物体の存在領域１，２に対応した真像が一つの像としてつながって見え、再生像が表示できる領域が拡大されたことになる。このことから、第１の実施の形態を示す図３と同じ大きさの干渉縞表示面５を用いる場合、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べ垂直方向に２倍の表示領域拡大を実現できることが分かる。これは、干渉縞表示面の解像度を垂直方向に２倍にしたことと実質的に等価である。
また、図９の物体が存在する領域をｎ＞１にした場合、第１の実施の形態と同様、遮光板８がレンズに接する部分の開口の幅、高さをそれぞれ大きくすることができる。
【００３３】
さらに、本発明の第３の実施の形態について図１４〜１８を参照して説明する。
本実施の形態は、特に、簡単な構成で本発明の第１の実施の形態と類似の効果が得られるものである。なお、図１４は、図３に倣ってその（ａ）および（ｂ）に、それぞれの斜視図および平面図にて示し、図３に用いたのと同じ符号を用いて示している。図１４（ａ）および（ｂ）において、図３との違いは、遮光板８に代えて本実施の形態の特徴である開口１１が存在することである。開口１１の幅、高さは（９）式で示されるそれぞれＤx ′、Ｄy ′であり、ここではｎ＝１としている。従って、開口１１は開口６と同じ幅、同じ高さの開口であり、開口６をＺ軸の向きに対し逆方向にレンズ７の射出面まで平行移動した位置に配置されている。ここで、レンズの開口１１は、図１５に示すように、口径の大きなレンズ７と絞り９とで構成する。なお絞り９はレンズ７の入射または射出面側のいずれに配置してもよい。本実施の形態における物体の存在領域および真像の結像領域は、第１の実施の形態におけると同じである（図４、図５参照）。図１４に示す本発明の第３の実施の形態は、物体が存在する領域を図４のｎ＝１とした場合であり、この物体の存在領域、さらに、光線の広がる範囲および真像の結像領域を説明する図が、図１６として示されている。
【００３４】
また、図１６は、物体の存在領域に対応した真像以外の像、すなわち透過光、共役像および高次の像は結像されるが、第３の実施の形態において、レンズ７の焦平面における開口６および開口１１により真像の結像領域に真像以外の像からの光線が重ならないことを示している。すなわち、真像の再生像が見える視点からはそれ以外の像の再生像は見えないことになる。
また、レンズ７の開口１１の幅、高さは、第３の実施の形態として図１５に示すような口径の大きなレンズと絞りとにより構成する以外に、その変形例として、図１７に示すように、レンズの一部（下部分）を光軸から水平方向、垂直方向にそれぞれＤx ′，Ｄy ′で切り出したレンズを用いて構成してもよい。
さらにまた、図４の物体が存在する領域をｎ＞１にした場合、レンズ焦平面における開口６は図１４の場合と同じ幅、高さで、それぞれＤx 、Ｄy であるが、干渉縞表示面５は大きくなり、それに応じて、第３の実施の形態では、図１８に示すように、レンズの射出面に配置する開口１１の幅、高さをそれぞれｎ・Ｄx 、ｎ・Ｄy と大きくすることができる。
【００３５】
次に、本発明の第４の実施の形態について図１９〜２１を参照して説明する。本実施の形態は、特に、簡単な構成で本発明の第２の実施の形態と類似の効果が得られるものである。なお、図１９は、図８に倣ってその（ａ）および（ｂ）に、それぞれの斜視図および平面図にて示し、図８に用いたのと同じ符号を用いて示している。図１９（ａ）および（ｂ）において、開口１１は開口６と同じ幅、同じ高さの開口であり、開口６をＺ軸の向きに対し逆方向にレンズ７の射出面まで平行移動した位置に配置されている。さらに、レンズの開口６および開口１１について、それぞれ高さを２等分する大きさで２つの領域に分割し、分割されたそれぞれの領域に対応して、レンズ７の射出面側にシャッタ１０と焦平面にシャッタ１２を配置する。なお、シャッタ１０の配置位置としてはこれに限られるものでなく、レンズ７の入射面側に配置してもよい。また、これらシャッタとしては機械式シャッタ、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。
【００３６】
図２０、図２１は第４の実施の形態において、表示領域拡大が実現されることを説明する図である。なお、本実施の形態における物体の存在領域および真像の結像領域は第２の実施の形態と同じであり、図２０、図２１は物体が存在する領域を図１１のｎ＝１とした場合である。
本実施の形態においては、まず、図２０に示すように、図９の物体の存在領域１についてのみの真像を結像させるようにする。そのために、物体の存在領域１からの物体光のみにより作成した干渉縞を干渉縞表示面５に表示し、該当する位置のシャッタ１０（下側）およびシャッタ１２（下側）を開け、他のシャッタ１０（上側）およびシャッタ１２（上側）を閉じる。その結果、図２０に示すように真像の結像領域１の領域にのみ真像が結像する。この際、物体の存在領域に対応した真像以外の像、すなわち透過光、共役像および高次の像は結像されるが、シャッタ１０およびシャッタ１２により真像の結像領域に真像以外の像からの光線は重ならない。すなわち、真像の再生像が見える視点からはそれ以外の像の再生像は見えないことになる。
【００３７】
次に、図２１に示すように、図９の物体の存在領域２についてのみの真像を結像させるようにする。そのために、物体の存在領域２からの物体光のみにより作成した干渉縞を干渉縞表示面５に表示し、該当する位置のシャッタ１０（上側）およびシャッタ１２（上側）を開け、他のシャッタ１０（下側）およびシャッタ１２（下側）を閉じる。その結果、図２１に示すように、真像の結像領域２の領域にのみ真像が結像する。この際、物体の存在領域に対応した真像以外の像、すなわち透過光、共役像および高次の像は結像されるが、シャッタ１０およびシャッタ１２により真像の結像領域に真像以外の像からの光線は重ならない。すなわち、上述におけると同様、真像の再生像が見える視点からはそれ以外の像の再生像は見えないことになる。
【００３８】
以上を周期的に繰り返すことにより、図１０に示す視点の位置から結像した真像を見ると、第２の実施の形態と同様、人の目には、図１３に示すように、物体の存在領域１，２に対応した真像が一つの像としてつながって見え、再生像が表示できる領域が拡大されたことになる。このことから、第１の実施の形態と比べ垂直方向に２倍の表示領域拡大を実現することができる。
また、図９の物体が存在する領域をｎ＞１にした場合には、第３の実施の形態と同様、レンズの射出面に配置する開口１１の幅、高さをそれぞれ大きくすることができる。
【００３９】
なお、第１〜第４の実施の形態においては、再生光の入射角度θR をθR ＝０としたが、もし、再生光がある一定の入射角度θR をもつ場合には、図４、図９に示す物体の存在領域、および図５、図１０に示す真像の結像領域は入射角度θR に応じた空間上の位置に移動することになる。この場合には、第１〜第４の実施の形態において、レンズの開口位置も空間上、移動した真像の結像領域に対応した位置に移動するようにすればよい。
以上の条件は、干渉縞表示面５以外から発生する光線による妨害（例えば、図２２（ａ）および図２３（ａ）の黒丸の位置から発生する矢印で示した光線による妨害であって、干渉縞表示面を固定するためのフレームなどが見えるような妨害）を完全に抑圧するものである。干渉縞表示面５以外から発生する光線による妨害に関して許容するのであれば、第１の実施形態では、図２２に示すように、下面の遮光板を取り除いた配置としてもよい。同様に、第３の実施形態では、図２３に示すように、レンズの射出面に配置する開口１１の幅をＤx ′、高さを光軸から下の部分すべてとしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、使用レンズの焦平面における開口の大きさを規定し、さらに開口に遮光板を設けることで真像以外の像の結像の抑圧、および真像以外の像の結像に関与する光線からの妨害をなくし、ホログラム像を再生できるという効果がある。
【００４１】
また、本発明によれば、その遮光板で囲まれた開口を複数隣接して設置し、干渉縞の切り換えを時分割で行うとともに、遮光板で囲まれたレンズ領域に各別に対応した複数のシャッタを、各シャッタが同時に開状態にならないように周期的に制御することで、時間方向の解像度を表示領域の拡大に振り替えることができ、従来、表示領域拡大に必須とされていた「干渉縞表示面の解像度を上げる」ことを行わずに表示領域拡大が可能となる。
【００４２】
また、本発明（特に、請求項３記載の発明）によれば、使用レンズの焦平面における開口の大きさを規定し、さらに、大きさの制限された開口を使用レンズの入射面側もしくは射出面側のどちらかに設けることにより、簡単な構成で、真像以外の像の結像に関与する光線による妨害を無くし、ホログラム像を再生できる効果がある。
【００４３】
また、本発明（特に、請求項４記載の発明）によれば、レンズ焦平面に設けた開口および前記レンズの大きさを制限する開口を複数隣接して設置し、干渉縞の切り換えを時分割で行うとともに、２種類の開口のそれぞれに対応したレンズの焦平面、およびレンズの入射面側もしくは射出面側のどちらかの平面の２カ所に敷設された複数のシャッタを、異なる領域に対応したシャッタが同時に開状態にならないように周期的に制御することにより、簡単な構成で、請求項２記載の発明と同様、表示領域拡大が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】干渉縞作成について示している。
【図２】物体の再結像について示している。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示している。
【図４】物体の存在領域を示している。
【図５】真像の結像領域を示している。
【図６】本発明の第１の実施の形態における、物体の存在領域、光線の広がる領域および真像の結像領域の関係を示している。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例を示している。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示している。
【図９】物体の存在領域を示している。
【図１０】真像の結像領域を示している。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における、物体の存在領域、光線の広がる領域および真像の結像領域の関係を示している。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における、物体の存在領域、光線の広がる領域および真像の結像領域の関係を示している。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による真像の見え方を説明している。
【図１４】本発明の第３の実施の形態を示している。
【図１５】レンズの絞りと開口の一例を示している。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における、物体の存在領域、光線の広がる領域および真像の結像領域の関係を示している。
【図１７】本発明の第３の実施の形態の変形例を示している。
【図１８】本発明の第３の実施の形態の変形例を示している。
【図１９】本発明の第４の実施の形態を示している。
【図２０】本発明の第４の実施の形態における、物体の存在領域、光線の広がる領域および真像の結像領域の関係を示している。
【図２１】本発明の第４の実施の形態における、物体の存在領域、光線の広がる領域および真像の結像領域の関係を示している。
【図２２】本発明の第１の実施の形態の変形例を示している。
【図２３】本発明の第３の実施の形態の変形例を示している。
【符号の説明】
１  干渉縞作成面
２，５  干渉縞表示面
３，７  レンズ
４  結像面
６，１１  開口
８  遮光板
９  絞り
１０，１２  シャッタ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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