(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置であって、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
照明用の像が記録された照明用ホログラム記録媒体と、
前記光ビームを前記照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、前記光ビームの前記照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
表示対象となる立体画像が記録された表示用ホログラム記録媒体と、
前記立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもち、前記照明用ホログラム記録媒体と前記表示用ホログラム記録媒体との間に配置された光学系と、
を備え、
前記照明用ホログラム記録媒体には、前記照明用の像がホログラムとして記録されており、
前記コヒーレント光源は、前記照明用の像および前記立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
前記光ビーム走査装置は、前記照明用ホログラム記録媒体に対して、前記照明用の像が再生されるように前記光ビームの走査を行い、
前記表示用ホログラム記録媒体は、前記照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として、前記立体画像の再生像を形成し、
前記光学系として、前記視点から前記照明用ホログラム記録媒体の記録面に下ろした垂線を光軸とし、前記照明用ホログラム記録媒体と前記表示用ホログラム記録媒体との間に配置された１組もしくは複数組の凸レンズを用い、
更に、前記視点の位置と前記表示用ホログラム記録媒体との間に、前記凸レンズの光軸に対して傾斜した反射面を有するハーフミラーを配置したことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置であって、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
照明用の像が記録された照明用ホログラム記録媒体と、
前記光ビームを前記照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、前記光ビームの前記照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
変調平面上の個々の位置についての変調特性を示す画像データに基づいて、前記変調平面に入射した光に対して入射位置に応じた変調を施して射出する空間光変調器と、
表示対象となる立体画像を再生するためのホログラムを画像データとして格納した画像データ格納部と、
前記画像データ格納部から読み出した画像データを前記空間光変調器に与える制御装置と、
前記立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもち、前記照明用ホログラム記録媒体と前記空間光変調器との間に配置された光学系と、
を備え、
前記照明用ホログラム記録媒体には、前記照明用の像がホログラムとして記録されており、
前記コヒーレント光源は、前記照明用の像および前記立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
前記光ビーム走査装置は、前記照明用ホログラム記録媒体に対して、前記照明用の像が再生されるように前記光ビームの走査を行い、
前記空間光変調器は、前記照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として、与えられた画像データに基づいて前記立体画像のホログラム再生像を形成し、
前記光学系として、前記視点から前記照明用ホログラム記録媒体の記録面に下ろした垂線を光軸とし、前記照明用ホログラム記録媒体と前記空間光変調器との間に配置された１組もしくは複数組の凸レンズを用い、
更に、前記視点の位置と前記空間光変調器との間に、前記凸レンズの光軸に対して傾斜した反射面を有するハーフミラーを配置したことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置は、照明用ホログラム記録媒体上の複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行う機能を有し、
画像データ格納部には、前記複数Ｎ通りの照射点にそれぞれ対応した複数Ｎ通りの画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の画像データは、第ｉ番目の照射点からの再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであり、
制御装置は、前記複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように、光ビーム走査装置に対して走査制御信号を与えるとともに、前記複数Ｎ通りの画像データを空間光変調器に順に与え、かつ、光ビーム走査装置が第ｉ番目の照射点に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の画像データが空間光変調器に与えられるような同期制御を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の立体画像表示装置において、
コヒーレント光源は、それぞれ三原色の各波長をもった単色光のレーザビームを発生する３台のレーザ光源と、これら３台のレーザ光源が発生したレーザビームを合成して合成光ビームを生成する光合成器と、を有し、
光ビーム走査装置が、前記光合成器が生成した前記合成光ビームを照明用ホログラム記録媒体上で走査し、
前記照明用ホログラム記録媒体には、前記３台のレーザ光源が発生する各レーザビームによってそれぞれ再生像が得られるように、照明用の像が３通りのホログラムとして記録されており、
画像データ格納部には、複数Ｎ通りの各照射点に対応して、三原色のそれぞれについて、合計（３×Ｎ）通りの単色画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の照射点に対応した第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の単色画像データは、第ｉ番目の照射点からの第ｊ番目の単色光の再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像の第ｊ番目の原色についてのホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであり、
制御装置は、前記複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように、光ビーム走査装置に対して走査制御信号を与えるとともに、前記複数Ｎ通りの照射点に対応した各単色画像データを空間光変調器に与え、かつ、光ビーム走査装置が第ｉ番目の照射点に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の各単色画像データが順番に空間光変調器に与えられるようにし、しかも、空間光変調器に第ｊ番目の単色画像データが与えられているときに、第ｊ番目の単色光を発生するレーザ光源のみが選択的に動作するよう、前記各レーザ光源に対して動作制御信号を与える同期制御を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
空間光変調器が、透過型の液晶ディスプレイまたは透過型のＬＣＯＳ素子によって構成されていることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の立体画像表示装置を３組と、これら３組の立体画像表示装置によって形成された再生像を合成する合成光学系と、を備え、
第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の立体画像表示装置は、三原色のうちの第ｊ番目の原色の波長をもった単色光のレーザビームを発生させるコヒーレント光源を用いることにより、第ｊ番目の原色の立体画像の再生像を形成する機能を有し、
前記合成光学系を用いて三原色の各再生像を合成することによりカラー立体画像の再生像を形成することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
光学系として１組の凸レンズを用い、当該凸レンズの焦点距離をｆとしたときに、照明用ホログラム記録媒体と凸レンズとの距離を２ｆに設定し、凸レンズと視点との距離を２ｆに設定したことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
光学系として２組の凸レンズを用い、照明用ホログラム記録媒体に近い位置に配置された第１の凸レンズの焦点距離をｆ１とし、表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器に近い位置に配置された第２の凸レンズの焦点距離をｆ２としたときに、照明用ホログラム記録媒体と第１の凸レンズとの距離をｆ１に設定し、第２の凸レンズと視点との距離をｆ２に設定したことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項９】
ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置であって、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
照明用の像が記録された照明用ホログラム記録媒体と、
前記光ビームを前記照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、前記光ビームの前記照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
表示対象となる立体画像が記録された表示用ホログラム記録媒体と、
前記立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもち、前記照明用ホログラム記録媒体と前記表示用ホログラム記録媒体との間に配置された光学系と、
を備え、
前記照明用ホログラム記録媒体には、前記照明用の像がホログラムとして記録されており、
前記コヒーレント光源は、前記照明用の像および前記立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
前記光ビーム走査装置は、前記照明用ホログラム記録媒体に対して、前記照明用の像が再生されるように前記光ビームの走査を行い、
前記表示用ホログラム記録媒体は、前記照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として、前記立体画像の再生像を形成し、
前記立体画像の観察が行われると想定される視点の位置に仮想的な瞳を配置した場合に、「前記表示用ホログラム記録媒体からの０次回折光が前記瞳の内部に入射する」という条件を満たす「前記照明用ホログラム記録媒体上の光ビームの照射範囲」を走査禁止領域と定め、前記光ビーム走査装置が、前記走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１０】
ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置であって、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
照明用の像が記録された照明用ホログラム記録媒体と、
前記光ビームを前記照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、前記光ビームの前記照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
変調平面上の個々の位置についての変調特性を示す画像データに基づいて、前記変調平面に入射した光に対して入射位置に応じた変調を施して射出する空間光変調器と、
表示対象となる立体画像を再生するためのホログラムを画像データとして格納した画像データ格納部と、
前記画像データ格納部から読み出した画像データを前記空間光変調器に与える制御装置と、
前記立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもち、前記照明用ホログラム記録媒体と前記空間光変調器との間に配置された光学系と、
を備え、
前記照明用ホログラム記録媒体には、前記照明用の像がホログラムとして記録されており、
前記コヒーレント光源は、前記照明用の像および前記立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
前記光ビーム走査装置は、前記照明用ホログラム記録媒体に対して、前記照明用の像が再生されるように前記光ビームの走査を行い、
前記空間光変調器は、前記照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として、与えられた画像データに基づいて前記立体画像のホログラム再生像を形成し、
前記立体画像の観察が行われると想定される視点の位置に仮想的な瞳を配置した場合に、「前記空間光変調器からの０次回折光が前記瞳の内部に入射する」という条件を満たす「前記照明用ホログラム記録媒体上の光ビームの照射範囲」を走査禁止領域と定め、前記光ビーム走査装置が、前記走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置は、照明用ホログラム記録媒体上の複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行う機能を有し、
画像データ格納部には、前記複数Ｎ通りの照射点にそれぞれ対応した複数Ｎ通りの画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の画像データは、第ｉ番目の照射点からの再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであり、
制御装置は、前記複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように、光ビーム走査装置に対して走査制御信号を与えるとともに、前記複数Ｎ通りの画像データを空間光変調器に順に与え、かつ、光ビーム走査装置が第ｉ番目の照射点に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の画像データが空間光変調器に与えられるような同期制御を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の立体画像表示装置において、
コヒーレント光源は、それぞれ三原色の各波長をもった単色光のレーザビームを発生する３台のレーザ光源と、これら３台のレーザ光源が発生したレーザビームを合成して合成光ビームを生成する光合成器と、を有し、
光ビーム走査装置が、前記光合成器が生成した前記合成光ビームを照明用ホログラム記録媒体上で走査し、
前記照明用ホログラム記録媒体には、前記３台のレーザ光源が発生する各レーザビームによってそれぞれ再生像が得られるように、照明用の像が３通りのホログラムとして記録されており、
画像データ格納部には、複数Ｎ通りの各照射点に対応して、三原色のそれぞれについて、合計（３×Ｎ）通りの単色画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の照射点に対応した第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の単色画像データは、第ｉ番目の照射点からの第ｊ番目の単色光の再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像の第ｊ番目の原色についてのホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであり、
制御装置は、前記複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように、光ビーム走査装置に対して走査制御信号を与えるとともに、前記複数Ｎ通りの照射点に対応した各単色画像データを空間光変調器に与え、かつ、光ビーム走査装置が第ｉ番目の照射点に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の各単色画像データが順番に空間光変調器に与えられるようにし、しかも、空間光変調器に第ｊ番目の単色画像データが与えられているときに、第ｊ番目の単色光を発生するレーザ光源のみが選択的に動作するよう、前記各レーザ光源に対して動作制御信号を与える同期制御を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
空間光変調器が、透過型もしくは反射型の液晶ディスプレイ、透過型もしくは反射型のＬＣＯＳ素子、またはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成されていることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１４】
請求項９または１０に記載の立体画像表示装置を３組と、これら３組の立体画像表示装置によって形成された再生像を合成する合成光学系と、を備え、
第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の立体画像表示装置は、三原色のうちの第ｊ番目の原色の波長をもった単色光のレーザビームを発生させるコヒーレント光源を用いることにより、第ｊ番目の原色の立体画像の再生像を形成する機能を有し、
前記合成光学系を用いて三原色の各再生像を合成することによりカラー立体画像の再生像を形成することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、走査中に光ビームのスポットが走査禁止領域に入らないように、走査禁止領域の外側に円形の走査軌道を設定し、光ビームの中心軸が前記走査軌道に沿って周回運動するように走査を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、光ビームを所定の走査基点で屈曲させ、屈曲された光ビームを照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、前記光ビームの屈曲態様を時間的に変化させることにより、屈曲された光ビームの前記照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置を時間的に変化させ、
前記照明用ホログラム記録媒体には、特定の収束点に収束する参照光または特定の収束点から発散する参照光を用いて照明用の像がホログラムとして記録されており、
前記光ビーム走査装置が、前記収束点を前記走査基点として光ビームの走査を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の立体画像表示装置において、
照明用ホログラム記録媒体に、収束点を頂点とした円錐の側面に沿って三次元的に収束もしくは発散する参照光を用いて照明用の像が記録されていることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、光ビームを平行移動させながら照明用ホログラム記録媒体に照射することにより、前記光ビームの前記照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置を時間的に変化させ、
前記照明用ホログラム記録媒体には、平行光束からなる参照光を用いて照明用の像がホログラムとして記録されており、
前記光ビーム走査装置が、前記参照光に平行になる方向から光ビームを前記照明用ホログラム記録媒体に照射して、光ビームの走査を行うことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
照明用ホログラム記録媒体に記録されているホログラムが、計算機合成ホログラムであることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、走査型ミラーデバイス、全反射プリズム、屈折プリズム、もしくは電気光学結晶であることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２１】
ホログラムとして記録された立体画像を再生して表示する立体画像表示方法であって、
照明用の像をホログラムとして記録用媒体上に記録することにより照明用ホログラム記録媒体を作成する照明用ホログラム準備段階と、
前記照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として与えることにより、表示対象となる立体画像を再生する機能をもった表示用ホログラム記録媒体、もしくは、前記表示用ホログラム記録媒体と同等の回折機能を有する空間光変調器を配置する表示用ホログラム準備段階と、
前記照明用の像の再生像を得るのに適したコヒーレントな光ビームを、前記照明用ホログラム記録媒体上に前記照明用の像の再生像を得るのに適した方向から照射し、かつ、照射位置が時間的に変化するように前記光ビームを前記照明用ホログラム記録媒体上で走査するホログラム再生段階と、
を有し、
前記立体画像の観察が行われると想定される視点の位置に仮想的な瞳を配置した場合に、「前記表示用ホログラム記録媒体もしくは前記空間光変調器からの０次回折光が前記瞳の内部に入射する」という条件を満たす光ビームの照射範囲を走査禁止領域と定め、前記ホログラム再生段階で、前記走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うことを特徴とする立体画像表示方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の立体画像表示方法において、
表示用ホログラム準備段階では、複数Ｎ通りのホログラムの画像データと、再生用照明光を与えることにより、前記画像データに応じたホログラム再生像を形成する空間光変調器と、を用意し、
ホログラム再生段階では、複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行い、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の照射点に光ビームが照射されているときに、空間光変調器が第ｉ番目の画像データに応じたホログラム再生像を形成するようにし、
第ｉ番目の画像データとして、第ｉ番目の照射点からの再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データを用いることを特徴とする立体画像表示方法。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の立体画像表示方法において、
立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもった光学系により集光した再生用照明光を表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器に与えることを特徴とする立体画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像表示装置および立体画像表示方法に関し、特に、ホログラムとして記録された立体画像を、コヒーレント光を用いて再生してこれを表示する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体画像を表示する代表的な方法として、二次元視差画像方式が古くから知られている。この方式は、三次元物体を両眼で観察した場合に、左右の眼の網膜に得られる画像にわずかな視差が生じ、この視差を手がかりに奥行きを知覚するという人間の知覚特性を利用する方式である。この方式で立体画像を提示するには、予め、左眼に提示するための左眼視差画像と右眼に提示するための右眼視差画像とを別個に用意しておき、何らかの方法で、左眼視差画像を左眼のみに提示し、右眼視差画像を右眼のみに提示すればよい。具体的な提示方法としては、アナグリフ方式、液晶シャッター方式、偏光眼鏡方式、パララックスバリア方式、レンチキュラレンズ方式、ヘッドマウントディスプレイ方式など、多数の方法が提案され、実用化されてきている。
【０００３】
ところが、この二次元視差画像方式には、一般に「輻輳調節矛盾」と呼ばれる問題が生じることが知られている。この問題は、「眼の焦点調節距離（ピント位置）」と「輻輳角（物体から見て、左右両眼のなす角）から得られる奥行き距離」との不一致に起因するものである。すなわち、眼は常に二次元画像の表示面に焦点を合わせるため、焦点調節距離は固定であるのに対して、輻輳角は表示される物体の奥行きに応じた異なる角度になるので、脳が両者間の矛盾を認識することになる。この矛盾は、立体画像を観察する際に生じる眼精疲労の原因とも言われている。
【０００４】
これに対して、ホログラフィの技術を利用した立体画像の提示方法では、物体から生じる光の波面の情報を一旦ホログラムという形式で記録し、再生時には、このホログラムに再生用照明光を照射することにより、記録されていた波面を再生することになる。この方法では、物体の波面の情報を正確に再現することができるため、上述した「輻輳調節矛盾」の問題は生じない。このため、ホログラフィは理想的な立体表示技術と言われている。ホログラムを作成するには、通常、記録対象となる物体からの物体光と、これとは別の参照光とを、感光材料からなる媒体の記録面上で重ね合わせ、物体光と参照光との干渉による干渉縞を記録面に形成する方法がとられる。
【０００５】
最近は、コンピュータを利用してホログラムを作成する技術も実用化されており、ＣＧ技術で作成された仮想物体を用いて、コンピュータ上でシミュレーションを行い、記録面上に形成される干渉縞パターンを演算によって求めることによって作成された計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）も普及し始めている。また、物体からの波面の情報を干渉縞（振幅強度）として記録する代わりに、物体波の位相のみを記録する方式（キノフォーム方式）や物体波の位相と振幅との双方を記録する方式（複素振幅方式）も提案されている。更に、このようなコンピュータの演算によって得られた干渉縞パターン等の画像データを、液晶ディスプレイなどの空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）に与え、再生用照明光に対する変調を行い、物体光の波面を再生する方法も提案されている。たとえば、下記の特許文献１には、右眼用の空間光変調素子と左眼用の空間光変調素子とを用意し、これらに右眼用画像データおよび左眼用画像データ（ホログラムやキノフォームなど、物体光の波面の情報を記録した画像データ）をそれぞれ与え、左右両眼のそれぞれに物体光の波面を提示する方法が開示されている。
【０００６】
空間光変調素子を用いた立体画像提示方法のメリットは、任意の画像データに基づいて任意の立体画像を提示できる点である。感光材料からなるホログラム記録媒体による再生像は、予め記録されている特定の立体画像に固定されてしまうが、空間光変調素子による再生像は、与える画像データに依存して自由に変えることができる。このため、たとえば、時系列に並べられた複数の画像データを用意し、これらを順番に空間光変調素子に与えて駆動するようにすれば、提示する画像を時間的に更新してゆくことができるため、観察者に対して立体画像を動画として提示することも可能になる。
【０００７】
一方、ホログラムの再生にレーザ光などのコヒーレント光を用いた場合、スペックルと呼ばれている不快なノイズが発生することが知られている。このような問題に対処するため、下記の特許文献２，３には、スペックルの発生を抑制するための技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２６２９６２号公報
【特許文献２】特開平６−２０８０８９号公報
【特許文献３】特開２００４−１４４９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在、紙幣やクレジットカードなどに偽造防止用シールとして利用されているホログラムは、一般的な照明環境で再生することを前提としたものであり、通常の生活空間で得られる照明光による再生像が得られれば、一応、その役割を果たすことができる。一方、映画などの一般的な映像コンテンツを視聴者に提示するためには、鑑賞に耐えうる鮮明で明るい立体画像を再生する必要があり、そのような高品質の立体画像を再生するためには、レーザ光などのコヒーレント光を再生用照明光として用いることが不可欠である。
【００１０】
しかしながら、上述したとおり、照明光としてレーザ光などのコヒーレント光を用いた場合、スペックルの発生という新たな問題が生じる。スペックル（speckle）は、レーザ光などのコヒーレント光を拡散面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、レーザ光を照明対象物に照射した際に、照射面に斑点状の輝度ムラとして観察される。たとえば、レーザポインタでスクリーン上の１点を指示した場合、レーザ光のスポットがスクリーン上でギラギラと光って見える。これは、スクリーン上にスペックルノイズが生じているためであり、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。コヒーレント光を用いるとスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの拡散反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うためとされている。たとえば、"Speckle Phenomena in Optics, Joseph W. Goodman, Roberts & Co., 2006" には、スペックル発生についての詳細な理論的考察がなされている。
【００１１】
レーザポインタのような用途であれば、観察者には、微小なスポットが見えるだけなので、スペックルの発生は大きな問題にはならない。しかしながら、レーザ光を再生用照明光としてホログラム記録媒体に照射した場合、ホログラム記録媒体上にスペックルが発生することになるので、観察者には、ホログラム再生像上にスペックルが重なって観察されることになる。このように、表示対象となる再生像上にスペックルノイズが生じると、ギラギラとした斑点状の模様が画像上に現れることになり、観察者に生理的な悪影響が及び、気分が悪くなるなどの症状が現れる。このような問題があるため、従来、レーザ光源を用いてホログラム再生像を得る立体画像表示装置の商業化は困難とされてきた。
【００１２】
もちろん、このようなスペックルノイズを低減させるための具体的な方法もいくつか提案されている。たとえば、前掲の特許文献２には、レーザ光を散乱板に照射し、そこから得られる散乱光を照明光として利用するとともに、散乱板をモータによって回転駆動することにより、スペックルを低減する技術が開示されている。また、前掲の特許文献３には、レーザ光源と照明対象物との間に光拡散素子を配置し、この光拡散素子を振動させることによりスペックルを低減する技術が開示されている。しかしながら、散乱板を回転させたり、光拡散素子を振動させたりするには、大掛かりな機械的駆動機構が必要であり、装置全体が大型化するとともに、消費電力も増加する。また、このような方法では、必ずしもスペックルを効果的に除去することはできない。
【００１３】
そこで本発明は、ホログラムとして記録された立体画像を、コヒーレント光を用いて再生してこれを表示する際に、スペックルの発生を効率的かつ十分に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
(1)   本発明の第１の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置において、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
照明用の像が記録された照明用ホログラム記録媒体と、
光ビームを照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、光ビームの照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
表示対象となる立体画像が記録された表示用ホログラム記録媒体と、
を設け、
照明用ホログラム記録媒体には、照明用の像がホログラムとして記録されており、
コヒーレント光源は、照明用の像および立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
光ビーム走査装置は、照明用ホログラム記録媒体に対して、照明用の像が再生されるように光ビームの走査を行い、
表示用ホログラム記録媒体は、照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として、立体画像の再生像を形成するようにしたものである。
【００１５】
(2)   本発明の第２の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置において、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
照明用の像が記録された照明用ホログラム記録媒体と、
光ビームを照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、光ビームの照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
変調平面上の個々の位置についての変調特性を示す画像データに基づいて、変調平面に入射した光に対して入射位置に応じた変調を施して射出する空間光変調器と、
表示対象となる立体画像を再生するためのホログラムを画像データとして格納した画像データ格納部と、
画像データ格納部から読み出した画像データを空間光変調器に与える制御装置と、
を設け、
照明用ホログラム記録媒体には、照明用の像がホログラムとして記録されており、
コヒーレント光源は、照明用の像および立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
光ビーム走査装置は、照明用ホログラム記録媒体に対して、照明用の像が再生されるように光ビームの走査を行い、
空間光変調器は、照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として、与えられた画像データに基づいて立体画像のホログラム再生像を形成するようにしたものである。
【００１６】
(3)   本発明の第３の態様は、上述の第２の態様に係る立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、照明用ホログラム記録媒体上の複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行う機能を有し、
画像データ格納部には、複数Ｎ通りの照射点にそれぞれ対応した複数Ｎ通りの画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の画像データは、第ｉ番目の照射点からの再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであり、
制御装置は、複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように、光ビーム走査装置に対して走査制御信号を与えるとともに、複数Ｎ通りの画像データを空間光変調器に順に与え、かつ、光ビーム走査装置が第ｉ番目の照射点に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の画像データが空間光変調器に与えられるような同期制御を行うようにしたものである。
【００１７】
(4)   本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る立体画像表示装置において、
コヒーレント光源は、それぞれ三原色の各波長をもった単色光のレーザビームを発生する３台のレーザ光源と、これら３台のレーザ光源が発生したレーザビームを合成して合成光ビームを生成する光合成器と、を有し、
光ビーム走査装置が、光合成器が生成した合成光ビームを照明用ホログラム記録媒体上で走査し、
照明用ホログラム記録媒体には、３台のレーザ光源が発生する各レーザビームによってそれぞれ再生像が得られるように、照明用の像が３通りのホログラムとして記録されており、
画像データ格納部には、複数Ｎ通りの各照射点に対応して、三原色のそれぞれについて、合計（３×Ｎ）通りの単色画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の照射点に対応した第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の単色画像データは、第ｉ番目の照射点からの第ｊ番目の単色光の再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像の第ｊ番目の原色についてのホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであり、
制御装置は、複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように、光ビーム走査装置に対して走査制御信号を与えるとともに、複数Ｎ通りの照射点に対応した各単色画像データを空間光変調器に与え、かつ、光ビーム走査装置が第ｉ番目の照射点に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の各単色画像データが順番に空間光変調器に与えられるようにし、しかも、空間光変調器に第ｊ番目の単色画像データが与えられているときに、第ｊ番目の単色光を発生するレーザ光源のみが選択的に動作するよう、各レーザ光源に対して動作制御信号を与える同期制御を行うようにしたものである。
【００１８】
(5)   本発明の第５の態様は、上述の第２〜第４の態様に係る立体画像表示装置において、
空間光変調器を、透過型もしくは反射型の液晶ディスプレイ、透過型もしくは反射型のＬＣＯＳ素子、またはデジタルマイクロミラーデバイスによって構成したものである。
【００１９】
(6)   本発明の第６の態様は、上述の第１または第２の態様に係る立体画像表示装置を３組と、これら３組の立体画像表示装置によって形成された再生像を合成する合成光学系と、を設け、
第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の立体画像表示装置は、三原色のうちの第ｊ番目の原色の波長をもった単色光のレーザビームを発生させるコヒーレント光源を用いることにより、第ｊ番目の原色の立体画像の再生像を形成する機能を有し、
合成光学系を用いて三原色の各再生像を合成することによりカラー立体画像の再生像を形成するようにしたものである。
【００２０】
(7)   本発明の第７の態様は、上述の第１〜第６の態様に係る立体画像表示装置において、
照明用ホログラム記録媒体によって形成される照明用の像の再生位置に、表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器を配置したものである。
【００２１】
(8)   本発明の第８の態様は、上述の第１〜第６の態様に係る立体画像表示装置において、
立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもち、照明用ホログラム記録媒体と表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器との間に配置された光学系を更に設けたものである。
【００２２】
(9)   本発明の第９の態様は、上述の第８の態様に係る立体画像表示装置において、
光学系として、視点から照明用ホログラム記録媒体の記録面に下ろした垂線を光軸とし、照明用ホログラム記録媒体と表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器との間に配置された１組もしくは複数組の凸レンズを用いるようにしたものである。
【００２３】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述の第９の態様に係る立体画像表示装置において、
光学系として１組の凸レンズを用い、当該凸レンズの焦点距離をｆとしたときに、照明用ホログラム記録媒体と凸レンズとの距離を２ｆに設定し、凸レンズと視点との距離を２ｆに設定したものである。
【００２４】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述の第９の態様に係る立体画像表示装置において、
光学系として２組の凸レンズを用い、照明用ホログラム記録媒体に近い位置に配置された第１の凸レンズの焦点距離をｆ１とし、表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器に近い位置に配置された第２の凸レンズの焦点距離をｆ２としたときに、照明用ホログラム記録媒体と第１の凸レンズとの距離をｆ１に設定し、第２の凸レンズと視点との距離をｆ２に設定したものである。
【００２５】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述の第９〜第１１の態様に係る立体画像表示装置において、
視点の位置と表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器との間に、凸レンズの光軸に対して傾斜した反射面を有するハーフミラーを配置したものである。
【００２６】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述の第８〜第１２の態様に係る立体画像表示装置において、
立体画像の観察が行われると想定される視点の位置に仮想的な瞳を配置した場合に、「表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器からの０次回折光が瞳の内部に入射する」という条件を満たす「照明用ホログラム記録媒体上の光ビームの照射範囲」を走査禁止領域と定め、光ビーム走査装置が、走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うようにしたものである。
【００２７】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述の第１３の態様に係る立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、走査中に光ビームのスポットが走査禁止領域に入らないように、走査禁止領域の外側に円形の走査軌道を設定し、光ビームの中心軸が走査軌道に沿って周回運動するように走査を行うようにしたものである。
【００２８】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述の第１〜第１４の態様に係る立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、光ビームを所定の走査基点で屈曲させ、屈曲された光ビームを照明用ホログラム記録媒体に照射し、かつ、光ビームの屈曲態様を時間的に変化させることにより、屈曲された光ビームの照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置を時間的に変化させ、
照明用ホログラム記録媒体には、特定の収束点に収束する参照光または特定の収束点から発散する参照光を用いて照明用の像がホログラムとして記録されており、
光ビーム走査装置が、上記収束点を走査基点として光ビームの走査を行うようにしたものである。
【００２９】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述の第１５の態様に係る立体画像表示装置において、
照明用ホログラム記録媒体に、収束点を頂点とした円錐の側面に沿って三次元的に収束もしくは発散する参照光を用いて照明用の像が記録されているようにしたものである。
【００３０】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述の第１〜第１４の態様に係る立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置が、光ビームを平行移動させながら照明用ホログラム記録媒体に照射することにより、光ビームの照明用ホログラム記録媒体に対する照射位置を時間的に変化させ、
照明用ホログラム記録媒体には、平行光束からなる参照光を用いて照明用の像がホログラムとして記録されており、
光ビーム走査装置が、参照光に平行になる方向から光ビームを照明用ホログラム記録媒体に照射して、光ビームの走査を行うようにしたものである。
【００３１】
(18)  本発明の第１８の態様は、上述の第１〜第１７の態様に係る立体画像表示装置において、
照明用ホログラム記録媒体に記録されているホログラムとして、計算機合成ホログラムを用いるようにしたものである。
【００３２】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述の第１〜第１８の態様に係る立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置として、走査型ミラーデバイス、全反射プリズム、屈折プリズム、もしくは電気光学結晶を用いるようにしたものである。
【００３３】
(20)  本発明の第２０の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置において、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
多数の個別レンズの集合体からなるマイクロレンズアレイと、
光ビームをマイクロレンズアレイに照射し、かつ、光ビームのマイクロレンズアレイに対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
表示対象となる立体画像が記録された表示用ホログラム記録媒体と、
を設け、
マイクロレンズアレイを構成する個別レンズは、それぞれが、光ビーム走査装置から照射された光を屈折させ、所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有し、かつ、いずれの個別レンズによって形成される照射領域も、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されており、
コヒーレント光源は、立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
表示用ホログラム記録媒体は、マイクロレンズアレイから得られる屈折光を再生用照明光として、立体画像の再生像を形成するようにしたものである。
【００３４】
(21)  本発明の第２１の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置において、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
光ビームの向きもしくは位置またはその双方を制御することにより、ビーム走査を行う光ビーム走査装置と、
入射した光ビームを拡散して射出する光拡散素子と、
表示対象となる立体画像が記録された表示用ホログラム記録媒体と、
を設け、
光ビーム走査装置は、コヒーレント光源が発生した光ビームを、光拡散素子に向けて射出し、かつ、光ビームの光拡散素子に対する入射位置が時間的に変化するように走査し、
光拡散素子は、入射した光ビームを拡散させて所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有し、かつ、光ビームの入射位置にかかわらず、形成される照射領域が、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されており、
コヒーレント光源は、立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
表示用ホログラム記録媒体は、光拡散素子から得られる拡散光を再生用照明光として、立体画像の再生像を形成するようにしたものである。
【００３５】
(22)  本発明の第２２の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置において、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
多数の個別レンズの集合体からなるマイクロレンズアレイと、
光ビームをマイクロレンズアレイに照射し、かつ、光ビームのマイクロレンズアレイに対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置と、
変調平面上の個々の位置についての変調特性を示す画像データに基づいて、変調平面に入射した光に対して入射位置に応じた変調を施して射出する空間光変調器と、
表示対象となる立体画像を再生するためのホログラムを画像データとして格納した画像データ格納部と、
画像データ格納部から読み出した画像データを空間光変調器に与える制御装置と、
を設け、
マイクロレンズアレイを構成する個別レンズは、それぞれが、光ビーム走査装置から照射された光を屈折させ、所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有し、かつ、いずれの個別レンズによって形成される照射領域も、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されており、
コヒーレント光源は、立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
空間光変調器は、マイクロレンズアレイから得られる屈折光を再生用照明光として、与えられた画像データに基づいて立体画像の再生像を形成するようにしたものである。
【００３６】
(23)  本発明の第２３の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置において、
コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、
光ビームの向きもしくは位置またはその双方を制御することにより、ビーム走査を行う光ビーム走査装置と、
入射した光ビームを拡散して射出する光拡散素子と、
変調平面上の個々の位置についての変調特性を示す画像データに基づいて、変調平面に入射した光に対して入射位置に応じた変調を施して射出する空間光変調器と、
表示対象となる立体画像を再生するためのホログラムを画像データとして格納した画像データ格納部と、
画像データ格納部から読み出した画像データを空間光変調器に与える制御装置と、
を設け、
光ビーム走査装置は、コヒーレント光源が発生した光ビームを、光拡散素子に向けて射出し、かつ、光ビームの光拡散素子に対する入射位置が時間的に変化するように走査し、
光拡散素子は、入射した光ビームを拡散させて所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有し、かつ、光ビームの入射位置にかかわらず、形成される照射領域が、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されており、
コヒーレント光源は、立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームを発生させ、
空間光変調器は、光拡散素子から得られる拡散光を再生用照明光として、与えられた画像データに基づいて立体画像の再生像を形成するようにしたものである。
【００３７】
(24)  本発明の第２４の態様は、上述の第２２または第２３の態様に係る立体画像表示装置において、
光ビーム走査装置は、マイクロレンズアレイもしくは光拡散素子上の複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行う機能を有し、
画像データ格納部には、複数Ｎ通りの照射点にそれぞれ対応した複数Ｎ通りの画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の画像データは、第ｉ番目の照射点からの再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであり、
制御装置は、複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように、光ビーム走査装置に対して走査制御信号を与えるとともに、複数Ｎ通りの画像データを空間光変調器に与え、かつ、光ビーム走査装置が第ｉ番目の照射点に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の画像データが空間光変調器に与えられるような同期制御を行うようにしたものである。
【００３８】
(25)  本発明の第２５の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生して表示する立体画像表示方法において、
照明用の像をホログラムとして記録用媒体上に記録することにより照明用ホログラム記録媒体を作成する照明用ホログラム準備段階と、
照明用ホログラム記録媒体から得られる照明用の像の再生光を再生用照明光として与えることにより、表示対象となる立体画像を再生する機能をもった表示用ホログラム記録媒体、もしくは、表示用ホログラム記録媒体と同等の回折機能を有する空間光変調器を配置する表示用ホログラム準備段階と、
照明用の像を得るのに適したコヒーレントな光ビームを、照明用ホログラム記録媒体上に照明用の像を得るのに適した方向から照射し、かつ、照射位置が時間的に変化するように光ビームを照明用ホログラム記録媒体上で走査するホログラム再生段階と、
を行うようにしたものである。
【００３９】
(26)  本発明の第２６の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生して表示する立体画像表示方法において、
それぞれ特定方向から照射された光ビームを屈折させ、所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有する多数の個別レンズの集合体からなり、かつ、いずれの個別レンズによって形成される照射領域も、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されているマイクロレンズアレイを用意するマイクロレンズアレイ準備段階と、
マイクロレンズアレイから得られる屈折光を再生用照明光として与えることにより、表示対象となる立体画像を再生する機能をもった表示用ホログラム記録媒体、もしくは、表示用ホログラム記録媒体と同等の回折機能を有する空間光変調器を配置する表示用ホログラム準備段階と、
立体画像を再生するのに適した波長をもったコヒーレントな光ビームを、マイクロレンズアレイに特定方向から照射し、かつ、光ビームのマイクロレンズアレイに対する照射位置が時間的に変化するように走査するホログラム再生段階と、
を行うようにしたものである。
【００４０】
(27)  本発明の第２７の態様は、ホログラムとして記録された立体画像を再生して表示する立体画像表示方法において、
特定方向から入射した光ビームを拡散させて所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有し、かつ、光ビームの入射位置にかかわらず、形成される照射領域が、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されている光拡散素子を用意する光拡散素子準備段階と、
光拡散素子から得られる拡散光を再生用照明光として与えることにより、表示対象となる立体画像を再生する機能をもった表示用ホログラム記録媒体、もしくは、表示用ホログラム記録媒体と同等の回折機能を有する空間光変調器を配置する表示用ホログラム準備段階と、
立体画像を再生するのに適した波長をもったコヒーレントな光ビームを、光拡散素子に照射し、かつ、光ビームの光拡散素子に対する照射位置が時間的に変化するように走査するホログラム再生段階と、
を行うようにしたものである。
【００４１】
(28)  本発明の第２８の態様は、上述の第２５〜第２７の態様に係る立体画像表示方法において、
表示用ホログラム準備段階では、複数Ｎ通りのホログラムの画像データと、再生用照明光を与えることにより、画像データに応じたホログラム再生像を形成する空間光変調器と、を用意し、
ホログラム再生段階では、複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行い、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の照射点に光ビームが照射されているときに、空間光変調器が第ｉ番目の画像データに応じたホログラム再生像を形成するようにし、
第ｉ番目の画像データとして、第ｉ番目の照射点からの再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データを用いるようにしたものである。
【００４２】
(29)  本発明の第２９の態様は、上述の第２５〜第２８の態様に係る立体画像表示方法において、
立体画像の観察が行われると想定される視点の位置に仮想的な瞳を配置した場合に、「表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器からの０次回折光が瞳の内部に入射する」という条件を満たす光ビームの照射範囲を走査禁止領域と定め、ホログラム再生段階で、走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うようにしたものである。
【００４３】
(30)  本発明の第３０の態様は、上述の第２５〜第２９の態様に係る立体画像表示方法において、
立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもった光学系により集光した再生用照明光を表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器に与えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置では、照明用ホログラム記録媒体と表示用ホログラム記録媒体とが用意される。照明用ホログラム記録媒体には、照明用の像が記録されており、表示用ホログラム記録媒体には、表示対象となる立体画像が記録されている。コヒーレント光源からの光ビームは、照明用ホログラム記録媒体上の１点に照射され、かつ、照射位置が時間的に変化するように走査される。ホログラムの性質上、照明用ホログラム記録媒体上の任意の１点にコヒーレントな光ビームが照射されると、照明用の像の再生像が形成されることになる。この再生像を形成するための再生光は、表示用ホログラム記録媒体に対して再生用照明光として機能し、表示対象となる立体画像が再生される。しかも、コヒーレント光源からの光ビームは、照明用ホログラム記録媒体上を走査され、光ビームの照射点は時間的に常に変動する。このため、照明用の像の再生像を形成する光の光路は時間的に変動し多重化される。結局、表示用ホログラム記録媒体に入射する再生用照明光の入射角度が時間的に多重化されることになり、スペックルの発生を抑制することができる。
【００４５】
表示用ホログラム記録媒体としては、必ずしもホログラムの干渉縞パターン等が固定された物理的な媒体を用いる必要はなく、液晶ディスプレイをはじめとする空間光変調器を用いることができる。空間光変調器を用いれば、所望の干渉縞パターン等に対応する画像データを与えることにより、任意の立体画像を表示することが可能になる。また、コヒーレント光源からの光ビームの走査によって、空間光変調器に入射する再生用照明光の入射角度が時間的に変化することになるが、光ビームの走査に同期して、それぞれ最適な干渉縞パターン等を示す画像データを与えるようにすれば、光ビームの照射位置に関わらず、常に、最適な干渉縞パターン等に基づく立体画像の再生が可能になる。
【００４６】
コヒーレント光源として、三原色のそれぞれの単色光ビームを発生する光源を用い、三原色の再生像を合成するようにすれば、カラーの立体画像を表示することも可能になる。また、立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光するための光学系を付加するようにすれば、表示用ホログラム記録媒体（空間光変調器）の回折能力が不十分であっても、視点位置から観察した場合に十分な視野角をもった立体画像の再生が可能になる。
【００４７】
更に、０次回折光が視点位置におかれた瞳の内部に入射してしまう走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うようにすれば、視点位置から観察した場合に、０次回折光が視野内に入ることを防ぐことができるので、光源に含まれているスペックルによる悪影響を防止できる。
【００４８】
なお、照明用ホログラム記録媒体の代わりに、マイクロレンズアレイや光拡散素子を用いても、表示用ホログラム記録媒体あるいは空間光変調器に対する入射角度が時間的に多重化された再生用照明光を得ることができるので、上述した効果と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一般的なホログラムの記録方法を示す側面図である。
【図２】図１に示す方法で記録されたホログラムの再生方法を示す側面図である。
【図３】ホログラムを利用した立体画像表示装置の一般的な構成を示す側面図である。
【図４】ホログラムを利用した立体画像表示装置の別な形態を示す側面図である。
【図５】本発明に係る立体画像表示装置の構成要素である照明用ホログラム記録媒体を作成するプロセスを示す光学系の配置図である。
【図６】図５に示すプロセスにおける参照光Ｌ２３の断面Ｓ１とホログラム感光媒体４０との位置関係を示す平面図である。
【図７】図５に示すプロセスにおける参照光Ｌ２３の別な断面Ｓ２とホログラム感光媒体４０との位置関係を示す平面図である。
【図８】図５に示す光学系における散乱板３０およびホログラム感光媒体４０の周囲の部分拡大図である。
【図９】図５に示すプロセスで作成されたホログラム記録媒体４５を用いて、散乱板の像３５を再生するプロセスを示す図である。
【図１０】図５に示すプロセスで作成されたホログラム記録媒体４５に対して、１本の光ビームのみを照射して散乱板の像３５を再生するプロセスを示す図である。
【図１１】図５に示すプロセスで作成されたホログラム記録媒体４５に対して、１本の光ビームのみを照射して散乱板の像３５を再生するプロセスを示す別な図である。
【図１２】図１０および図１１に示す再生プロセスにおける光ビームの照射位置を示す平面図である。
【図１３】本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置における再生用照明光生成部の構成を示す側面図である。
【図１４】本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置に用いる表示用ホログラム記録媒体の作成方法の一例を示す側面図である。
【図１５】本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置の構成および動作を示す側面図である。
【図１６】本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置の構成および動作を示す別な側面図である
【図１７】本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置に用いる表示用ホログラム記録媒体の作成方法の別な一例を示す側面図である。
【図１８】本発明の実用的実施形態に係る立体画像表示装置の全体構成を示す図である。
【図１９】本発明の実用的実施形態の小型化に適した変形例に係る立体画像表示装置の全体構成を示す図である。
【図２０】図１９に示す変形例に用いる照明用ホログラム記録媒体を作成するプロセスを示す側面図である。
【図２１】図１９に示す変形例に用いる照明用ホログラム記録媒体をＣＧＨの手法で作成するプロセスを示す側面図である。
【図２２】図２１に示されている仮想の散乱板３０′の正面図である。
【図２３】本発明の実用的実施形態のレンズを付加した変形例に係る立体画像表示装置の全体構成を示す図である。
【図２４】本発明の実用的実施形態の２枚のレンズを付加した変形例に係る立体画像表示装置の全体構成を示す図である。
【図２５】図２３に示す変形例における０次回折光の視点近傍への入射位置を示す図である。
【図２６】図２５における照明用ホログラム記録媒体に対する光ビームの照射点と０次回折光の視点近傍への入射位置との関係を示す図である。
【図２７】図２５に示す立体画像表示装置における０次回折光の集光位置および１次回折光の入射範囲を示す平面図である。
【図２８】図２５に示す立体画像表示装置における０次回折光の集光位置および１次回折光の入射範囲を示す別な平面図である。
【図２９】照明用ホログラム記録媒体に対する光ビームの理想的な走査軌道を示す平面図である。
【図３０】図２３に示す変形例における制御装置の具体的な同期制御を示す表である。
【図３１】本発明によりスペックルの低減効果が得られた実験結果を示す表である。
【図３２】図２３に示す変形例にハーフミラーを付加した変形例を示す側面図である。
【図３３】カラーの立体画像を表示させる第１の構成例を示す配置図である。
【図３４】図３３に示す構成例における同期制御を説明するための表である。
【図３５】カラーの立体画像を表示させる第２の構成例を示す平面図である。
【図３６】本発明に用いる光ビーム走査装置の変形例を示す側面図である。
【図３７】照明用ホログラム記録媒体の代わりにマイクロレンズアレイを用いた変形例の基本構成を示す側面図である。
【図３８】図３７に示す変形例の動作原理を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００５１】
＜＜＜  §１．  ホログラムの基本原理およびスペックルの発生  ＞＞＞
はじめに、ホログラムの基本原理とスペックルの発生について簡単に述べておく。図１は、一般的なホログラムの記録方法を示す側面図であり、記録対象となる原画像Ｆ（この例では、立方体の物体Ｆ）を感光媒体Ｍにホログラムとして記録する方法が示されている。
【００５２】
図において、物体Ｆにはコヒーレントな照明光が当たっており、この物体Ｆの表面に位置する任意の物体点Ｋからは、コヒーレントな物体光Ｌobj が発せられる。図には、１つの物体点Ｋから発せられた物体光Ｌobj のみが示されているが、実際には、物体Ｆの表面上のあらゆる点から物体光Ｌobj が発せられる。一方、感光媒体Ｍには、物体光Ｌobj と同一波長のコヒーレントな参照光Ｌref （図示の例の場合、図の斜め左上方向からの平行光束）が照射され、物体光Ｌobj と参照光Ｌref とによる干渉縞が感光媒体Ｍ上に記録されることになる。以下、このような干渉縞の記録が行われた感光媒体Ｍをホログラム記録媒体Ｈと呼ぶことにする。
【００５３】
図２は、図１に示す方法で記録されたホログラムの再生方法を示す側面図である。図示のとおり、ホログラム記録媒体Ｈの斜め左上方向から平行光束からなる再生用照明光Ｌrep を照射し、視点Ｅの位置から見ると、立方体の物体Ｆの再生像ＦＦが虚像として観察されることになる。ここで、図２に示す再生用照明光Ｌrep は、図１に示す参照光Ｌref と同一の波長をもち、同一の方向から照射されるコヒーレント光である。視点Ｅの位置において、再生像ＦＦが虚像として観察される理由は、再生用照明光Ｌrep が、ホログラム記録媒体Ｈに記録されている干渉縞によって回折し、回折光Ｌdif が、図１に示す物体Ｆからの物体光Ｌobj と同じ波面をもった光として視点Ｅへ伝わるためである。
【００５４】
図２ではホログラム記録媒体Ｈが透過型の媒体である例を示したが、反射型の媒体の場合は、回折光Ｌdif は光学的に共役となるように図の左側へと反射し、媒体Ｈの左側に置かれた視点から図の右方を見ることにより、媒体Ｈの右側の位置に再生像が虚像として観察されることになる。なお、本願図面では、説明の便宜上、光の光路を一点鎖線もしくは二点鎖線で描き、再生像を破線で示すことにする。
【００５５】
さて、図２に示す再生用照明光Ｌrep は、上述したとおり、参照光Ｌref と同一波長のコヒーレント光である必要がある。したがって、ホログラムによる立体画像表示装置の一般的な構成は、図３に示すように、コヒーレント光源Ｓ（たとえば、レーザ）と、ビームエキスパンダーＸと、ホログラム記録媒体Ｈという形態をとる。コヒーレント光源Ｓで生成されたコヒーレントな光ビームＬｓは、ビームエキスパンダーＸによって平行光束に広げられ、所定の方向（図１の参照光Ｌref と同一方向）から再生用照明光Ｌrep として、ホログラム記録媒体Ｈに照射される。そして、視点Ｅに向かう回折光Ｌdif により、再生像ＦＦが虚像として観察される点は既に述べたとおりである。
【００５６】
なお、図１に示す例では、感光媒体Ｍに参照光Ｌref を斜め方向から照射しているが、ホログラムの記録時に、参照光Ｌref は必ずしも感光媒体Ｍに対して斜め方向から照射する必要はない。原画像Ｆ（立方体の物体Ｆ）に邪魔されずに感光媒体Ｍを照射することができる向きであれば、どのような向きから参照光Ｌref を照射して、ホログラムの記録を行ってもかまわない。ただ、像の再生時には、再生用照明光Ｌrep を、ホログラムの記録に用いた参照光Ｌref の照射方向（もしくは、光学的に共役な方向）から照射する必要がある。
【００５７】
したがって、たとえば、図１に示す例において、参照光Ｌref を斜め左上から照射する代わりに、左から右へ向かう水平方向に照射したとすると、そのようなホログラムを再生するための立体画像表示装置は、図３に示す構成の代わりに図４に示す構成になる。すなわち、ビームエキスパンダーＸによって広げられた平行光束からなる再生用照明光Ｌrep は、ホログラム記録媒体Ｈに対して、左から右へ向かう水平方向（記録時の参照光Ｌref と同じ方向）に照射される。
【００５８】
前述したとおり、最近は、コンピュータを利用してホログラムを作成する計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）の技術も発展してきている。このＣＧＨの手法を用いてホログラム記録媒体Ｈを作成する場合は、図１に示す光学的な干渉縞記録プロセスは、コンピュータシミュレーションとして実行される。すなわち、コンピュータに、原画像ＦをＣＧ画像として与え、感光媒体Ｍの代わりに記録面を定義する。そして、物体光Ｌobj と参照光Ｌref とをそれぞれ波動を示す方程式で定義し、記録面上の各サンプル点における物体光と参照光との合成振幅値を算出し、記録面上に形成される干渉縞の情報を画像データとして得る演算を行えばよい。このようなＣＧＨの手法を用いれば、参照光Ｌref が原画像Ｆに邪魔されることはないので、参照光Ｌref の照射方向に制限はなくなり、図４に示す例のように、ホログラム記録媒体Ｈの記録面に対して垂直な方向から再生用照明光Ｌrep を照射するタイプの立体画像表示装置も容易に実現できる。
【００５９】
また、ホログラム記録媒体Ｈの代わりに、液晶ディスプレイ等の空間光変調器を用いるタイプの立体画像表示装置も提案されている。たとえば、上述したＣＧＨの手法で求めた画像データを液晶ディスプレイに与えて、画面上に干渉縞を表示させるようにすれば、当該液晶ディスプレイ自体をホログラム記録媒体Ｈに代用することができる。しかも、表示させる干渉縞は与える画像データにより自由に変更することができるため、予め多数の画像データを用意しておけば、任意の立体画像を表示することが可能になり、必要があれば、立体動画を提示することも可能になる。
【００６０】
ところが、このような立体画像表示装置には、スペックルの発生という問題があることは、既に述べたとおりである。スペックルは、レーザ光などのコヒーレント光を拡散面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、観察者からはギラギラと光った斑点状の輝度ムラとして観察される。図３や図４に示す立体画像表示装置では、ホログラム記録媒体Ｈにコヒーレントな再生用照明光Ｌrep が照射されているため、ホログラム記録媒体Ｈの表面においてスペックルが発生することになる。また、ホログラムの再生像ＦＦにもスペックルが発生するため、視点Ｅから見ると、再生像ＦＦと背景部分との双方に斑点状のスペックルノイズが観察されることになる。このようなスペックルノイズの発生という問題は、ホログラム記録媒体Ｈの代わりに、液晶ディスプレイ等の空間光変調器を用いた場合も同様に生じる問題である。
【００６１】
更に、図４に示すような配置をとった立体画像表示装置の場合、上述したホログラム記録媒体Ｈ側で発生するスペックルに加えて、更に、光源側で発生するスペックルも加わることになる。すなわち、図４に示す配置を採ると、視点Ｅからの観察方向（図の左方向）に、コヒーレント光源ＳおよびビームエキスパンダーＸが位置しているため、これら光源を正面から覗き込むことになるので、光源側に含まれていたスペックルも観察されることになる。
【００６２】
このように、コヒーレント光源Ｓを利用してホログラムの再生を行うと、鮮明な明るい再生像ＦＦが得られるという利点が得られるものの、本来提示すべき再生像ＦＦに加えて、視界全面にスペックルノイズが生じることになり、観察者に生理的な悪影響を及ぼすという重大な問題が発生する。レーザポインタのスポットのように、微小な領域にギラギラしたスペックルが含まれていても、観察者にそれほど大きな悪影響を及ぼすことはないが、立体画像表示装置によって提示された画像にスペックルノイズが含まれていると、多くの観察者に、気分が悪くなるなどの生理的な症状が現れる。
【００６３】
本発明は、このように、ホログラムとして記録された立体画像を、コヒーレント光を用いて再生してこれを表示する際に、スペックルの発生を効率的かつ十分に抑制する技術を提供するものである。
【００６４】
＜＜＜  §２．  スペックル抑制の基本原理  ＞＞＞
続いて、本発明におけるスペックル抑制の基本原理を説明する。ここでは、説明の便宜上、まず、本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置に用いる「照明用ホログラム記録媒体」の特徴を説明する。この「照明用ホログラム記録媒体」は、表示対象となる立体画像を記録するための「本来のホログラム記録媒体」ではなく、いわば「本来のホログラム記録媒体」に再生用照明光を供給する役割を果たす補助的な媒体ということになる。本願では、この「本来のホログラム記録媒体」を「表示用ホログラム記録媒体」と呼び、「照明用ホログラム記録媒体」と区別することにする。
【００６５】
図５は、この「照明用ホログラム記録媒体」を作成するプロセスを示す光学系の配置図である。この光学系の目的は、照明用の像（ここで述べる実施形態の場合は、散乱板の像）が記録されたホログラム記録媒体（照明用ホログラム記録媒体）を作成することにある。以下、その構成を詳述する。
【００６６】
図の右上に示されているコヒーレント光源１０は、コヒーレントな光ビームＬ１０を生成する光源であり、実際には、断面が円形をした単色レーザ光を発生するレーザ光源が用いられている。このレーザ光源で生成されたコヒーレントな光ビームＬ１０は、ビームスプリッタ２０で２本のビームに分けられる。すなわち、光ビームＬ１０の一部は、そのままビームスプリッタ２０を透過して図の下方へと導かれ、残りの一部は、ビームスプリッタ２０で反射して光ビームＬ２０として図の左方へと導かれる。
【００６７】
ビームスプリッタ２０を透過した光ビームＬ１０は、散乱板の物体光Ｌobj を発生させる役割を果たす。すなわち、図の下方へと進んだ光ビームＬ１０は、反射鏡１１で反射して光ビームＬ１１となり、更に、ビームエキスパンダー１２によって径が広げられ、平行光束Ｌ１２を構成し、散乱板３０の右側の面の全領域に照射される。散乱板３０は、照射された光を散乱する性質をもった板であり、一般に光学的拡散板とも呼ばれている。ここに示す実施例の場合、内部に光を散乱するための微小粒子（光の散乱体）が練り込まれた透過型散乱板（たとえば、オパールガラス板）を用いている。したがって、図示のとおり、散乱板３０の右側の面に照射された平行光束Ｌ１２は、散乱板３０を透過して、左側の面から散乱光Ｌ３０として射出する。この散乱光Ｌ３０は、散乱板３０の物体光Ｌobj を構成する。
【００６８】
一方、ビームスプリッタ２０で反射した光ビームＬ２０は、参照光Ｌref を発生させる役割を果たす。すなわち、ビームスプリッタ２０から図の左方へと進んだ光ビームＬ２０は、反射鏡２１で反射して光ビームＬ２１となり、更に、ビームエキスパンダー２２によって径が広げられ、平行光束Ｌ２２を構成し、点Ｃを焦点とする凸レンズ２３で屈折された後に感光媒体４０に照射される。なお、平行光束Ｌ２２は、必ずしも厳密な平行光線の集合でなくても、ほぼ平行な光線の集合であれば、実用上は問題ない。感光媒体４０は、ホログラム像を記録するために用いる感光性の媒体である。この感光媒体４０への照射光Ｌ２３は、参照光Ｌref を構成する。
【００６９】
結局、感光媒体４０には、散乱板３０の物体光Ｌobj と、参照光Ｌref とが照射されることになる。ここで、物体光Ｌobj および参照光Ｌref は、いずれもコヒーレント光源１０（レーザ光源）で生成された同一波長λをもったコヒーレント光であるから、感光媒体４０には、両者の干渉縞が記録されることになる。別言すれば、感光媒体４０には、散乱板３０の像がホログラムとして記録される。なお、本願に言う「散乱板」とは、必ずしも一般産業界において「散乱板」という名称で流通したり、利用されたりしている物品に限定されるものではなく、光を散乱する性質をもった物体を広く意味するものである。したがって、たとえば、石膏ボード、白色紙、発砲スチロール板などを散乱板３０として用いることも可能である。もちろん、後述するように、ＣＧＨの手法によって、光を散乱する性質をもった物体の像と同等の像を照明用ホログラム記録媒体に記録してもかまわない。要するに、本発明における照明用ホログラム記録媒体には、表示用ホログラム記録媒体や空間光変調器に対する照明機能をもった何らかの「照明用の像」がホログラムとして記録されていれば足りる。ただ、実用上は、照明効率を向上させるため、前掲のオパールガラス板などの像を散乱板の像（すなわち、「照明用の像」）として記録するのが好ましい。
【００７０】
図６は、図５に示す参照光Ｌ２３（Ｌref ）の断面Ｓ１と感光媒体４０との位置関係を示す平面図である。ビームエキスパンダー２２によって径が広げられた平行光束Ｌ２２は円形断面を有しているため、凸レンズ２３で集光された参照光Ｌref は、レンズの焦点Ｃを頂点とする円錐状に収束する。ただ、図５に示す例では、感光媒体４０が、この円錐の中心軸に対して斜めに配置されているため、参照光Ｌ２３（Ｌref ）を感光媒体４０の表面で切断した断面Ｓ１は、図６に示すように楕円になる。
【００７１】
このように、図６に示す例では、参照光Ｌref は、感光媒体４０の全領域のうち、図にハッチングを示す領域内にのみ照射されるので、散乱板３０のホログラムは、このハッチングを施した領域内にのみ記録されることになる。もちろん、ビームエキスパンダー２２によって径がより大きな平行光束Ｌ２２を生成し、径がより大きな凸レンズ２３を用いれば、図７に示す例のように、参照光Ｌref の断面Ｓ２内に、感光媒体４０がそっくり含まれるようにすることもできる。この場合、図にハッチングを施したように、感光媒体４０の全面に散乱板３０のホログラムが記録される。本発明に用いる照明用ホログラム記録媒体を作成する上では、図６，図７のいずれの形態で記録を行ってもかまわない。
【００７２】
続いて、散乱板３０の像が、感光媒体４０上に記録される光学的なプロセスを、より詳しく見てみよう。図８は、図５に示す光学系における散乱板３０および感光媒体４０の周囲の部分拡大図である。上述したように、参照光Ｌref は、円形断面を有する平行光束Ｌ２２を、焦点Ｃをもつ凸レンズ２３で集光したものであり、焦点Ｃを頂点とする円錐状に収束する。そこで、以下、この焦点Ｃを収束点と呼ぶことにする。感光媒体４０に照射される参照光Ｌ２３（Ｌref ）は、図示のとおり、この収束点Ｃに収束する光ということになる。
【００７３】
一方、散乱板３０から発せられる光（物体光Ｌobj ）は散乱光であるから、様々な方向に向かうことになる。たとえば、図示のように、散乱板３０の左側面の上端に物体点Ｑ１を考えると、この物体点Ｑ１からは、四方八方に散乱光が射出される。同様に、任意の物体点Ｑ２やＱ３からも、四方八方に散乱光が射出される。したがって、感光媒体４０内の任意の点Ｐ１に着目すると、物体点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３からの物体光Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３と収束点Ｃへ向かう参照光Ｌref との干渉縞の情報が記録されることになる。もちろん、実際には、散乱板３０上の物体点は、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３だけではないので、散乱板３０上のすべての物体点からの情報が、同様に、参照光Ｌref との干渉縞の情報として記録される。別言すれば、図示の点Ｐ１には、散乱板３０の全情報が記録されることになる。また、全く同様に、図示の点Ｐ２にも、散乱板３０の全情報が記録される。このように、感光媒体４０内のいずれの部分にも、散乱板３０の全情報が記録されることになる。これがホログラムの本質である。
【００７４】
さて、このような方法で、散乱板３０の情報が記録された感光媒体４０を、以下、照明用ホログラム記録媒体４５と呼ぶことにする。この照明用ホログラム記録媒体４５を再生して、散乱板３０のホログラム再生像を得るためには、記録時に用いた光と同一波長のコヒーレント光を、記録時の参照光Ｌref に応じた方向から、再生用照明光として照射すればよい。
【００７５】
図９は、図８に示すプロセスで作成された照明用ホログラム記録媒体４５を用いて、散乱板のホログラム再生像３５を再生するプロセスを示す図である。図示のとおり、照明用ホログラム記録媒体４５に対して、下方から再生用照明光Ｌrep が照射されている。この再生用照明光Ｌrep は、収束点Ｃに位置する点光源から球面波として発散するコヒーレント光であり、その一部分は、図示のように円錐状に広がりながら照明用ホログラム記録媒体４５を照射する光になる。また、この再生用照明光Ｌrep の波長は、照明用ホログラム記録媒体４５の記録時の波長（すなわち、図５に示すコヒーレント光源１０が発生するコヒーレント光の波長）に等しい。
【００７６】
ここで、図９に示す照明用ホログラム記録媒体４５と収束点Ｃとの位置関係は、図８に示す感光媒体４０と収束点Ｃとの位置関係と全く同じである。したがって、図９に示す再生用照明光Ｌrep は、図８に示す参照光Ｌref の光路を逆進する光に対応する。このような条件を満たす再生用照明光Ｌrep を照明用ホログラム記録媒体４５に照射すると、その回折光Ｌ４５（Ｌdif ）によって、散乱板３０のホログラム再生像３５（図では、破線で示す）が得られる。図９に示す照明用ホログラム記録媒体４５と再生像３５との位置関係は、図８に示す感光媒体４０と散乱板３０との位置関係と全く同じである。
【００７７】
このように、任意の物体の像をホログラムとして記録し、これを再生する技術は、古くから実用化されている公知の技術である。ただ、一般的な用途に利用するホログラム記録媒体を作成する場合、図１に示す例のように、参照光Ｌref として平行光束が用いられる。平行光束からなる参照光Ｌref を用いて記録したホログラムは、再生時にも、平行光束からなる再生用照明光Ｌrepを利用すればよいので、利便性に優れている。
【００７８】
これに対して、図８に示すように、収束点Ｃに収束する光を参照光Ｌref として利用すると、再生時には、図９に示すように、収束点Ｃから発散する光（もしくは収束点Ｃに収束する光）を再生用照明光Ｌrep として用いる必要がある。実際、図９に示すような再生用照明光Ｌrep を得るためには、特定の位置にレンズなどの光学系を配置する必要がある。また、再生時の照明用ホログラム記録媒体４５と収束点Ｃとの位置関係が、記録時の感光媒体４０と収束点Ｃとの位置関係に一致していないと、正確な再生像３５が得られなくなるので、再生時の照明条件が限定されてしまう（平行光束を用いて再生する場合であれば、照明条件は照射角度だけが満足されていればよい）。
【００７９】
このような理由から、収束点Ｃに収束する参照光Ｌrefを用いて作成したホログラム記録媒体は、一般的な用途には不向きである。それにもかかわらず、ここに示す実施形態において、収束点Ｃに収束する光を参照光Ｌref として用いる理由は、再生時に行う光ビーム走査を容易にするためである。すなわち、図９では、説明の便宜上、収束点Ｃから発散する再生用照明光Ｌrep を用いて散乱板３０の再生像３５を生成する方法を示したが、本発明では、実際には、図示のように円錐状に広がる再生用照明光Ｌrep を用いた再生は行わない。その代わりに、光ビームを走査するという方法を採る。以下、この方法を詳しく説明する。
【００８０】
図１０は、図８に示すプロセスで作成された照明用ホログラム記録媒体４５に対して、１本の光ビームのみを照射して散乱板３０の像３５を再生するプロセスを示す図である。すなわち、この例では、収束点Ｃから媒体内の１点Ｐ１に向かう１本の光ビームＬ６１のみが再生用照明光Ｌrep として与えられる。もちろん、光ビームＬ６１は、記録時の光と同じ波長をもったコヒーレント光である。既に図８を参照して説明したとおり、照明用ホログラム記録媒体４５内の任意の点Ｐ１には、散乱板３０全体の情報が記録されている。したがって、図１０の点Ｐ１の位置に対して、記録時に用いた参照光Ｌref に対応した条件で再生用照明光Ｌrep を照射すれば、この点Ｐ１の近傍に記録されている干渉縞のみを用いて、散乱板３０の再生像３５を生成することが可能である。図１０には、点Ｐ１からの回折光Ｌ４５（Ｌdif ）によって、再生像３５が再生された状態が示されている。
【００８１】
一方、図１１は、収束点Ｃから媒体内の別な点Ｐ２に向かう１本の光ビームＬ６２のみを再生用照明光Ｌrep として与えた例である。この場合も、点Ｐ２には、散乱板３０全体の情報が記録されているので、点Ｐ２の位置に対して、記録時に用いた参照光Ｌref に対応した条件で再生用照明光Ｌrep を照射すれば、この点Ｐ２の近傍に記録されている干渉縞のみを用いて、散乱板３０の再生像３５を生成することが可能である。図１１には、点Ｐ２からの回折光Ｌ４５（Ｌdif ）によって、再生像３５が再生された状態が示されている。図１０に示す再生像３５も、図１１に示す再生像３５も、同じ散乱板３０を原画像とするものであるから、理論的には、同じ位置に生成される同じ再生像ということになる。
【００８２】
図１２は、図１０および図１１に示す再生プロセスにおける光ビームの照射位置を示す平面図である。図１２の点Ｐ１は、図１０の点Ｐ１に対応し、図１２の点Ｐ２は、図１１の点Ｐ２に対応する。Ａ１，Ａ２は、それぞれ再生用照明光Ｌrep の断面（光ビームのスポット）を示している。断面Ａ１，Ａ２の形状および大きさは、光ビームＬ６１，Ｌ６２の断面の形状および大きさに依存する。また、照明用ホログラム記録媒体４５上の照射位置にも依存する。ここでは、便宜上、円形の断面Ａ１，Ａ２を示しているが、実際には、円形断面をもつ光ビームＬ６１，Ｌ６２を用いた場合、断面形状は照射位置に応じて扁平した楕円になる。
【００８３】
このように、図８に示す点Ｐ１近傍と、点Ｐ２近傍では、それぞれ記録されている干渉縞の内容は全く異なるものであるが、いずれの点に再生用照明光Ｌrep となる光ビームを照射した場合でも、同じ位置に同じ再生像３５が得られることになる。これは、再生用照明光Ｌrep が収束点Ｃから各点Ｐ１，Ｐ２に向かう光ビームであるため、いずれの点についても、図８に示す記録時の参照光Ｌref の向きに応じた向きの再生用照明光Ｌrep が与えられるためである。
【００８４】
図１２には、２つの点Ｐ１，Ｐ２のみを例示したが、もちろん、照明用ホログラム記録媒体４５上の任意の点についても同様のことが言える。したがって、照明用ホログラム記録媒体４５上の任意の点に光ビームを照射した場合、当該光ビームが収束点Ｃからの光である限り、同一位置に同一の再生像３５が得られることになる。もっとも、図６に示すように、感光媒体４０の一部分の領域（図にハッチングを施して示す領域）にのみホログラムを記録した場合、再生像３５が得られるのは、当該領域内の点に光ビームを照射した場合に限られる。
【００８５】
結局、ここで述べた照明用ホログラム記録媒体４５は、特定の収束点Ｃに収束する参照光Ｌref を用いて散乱板３０の像がホログラムとして記録されている媒体であり、この収束点Ｃを通る光ビームを再生用照明光Ｌrep として任意の位置に照射すると、散乱板３０の再生像３５が生成される、という特徴を有している。したがって、再生用照明光Ｌrep として、収束点Ｃを通る光ビームを、照明用ホログラム記録媒体４５上で走査すると、個々の照射点から得られる回折光Ｌdif によって、同一の再生像３５が同一位置に再生されることになる。
【００８６】
本発明では、このようにして「照明用ホログラム記録媒体４５」から得られる再生光（散乱板の再生像３５を形成するための回折光）を、「表示用ホログラム記録媒体」（表示対象となる立体画像が記録された「本来のホログラム記録媒体」）に対する再生用照明光として利用することになる。
【００８７】
図１３は、このような再生用照明光を生成するための再生用照明光生成部１００の構成を示す側面図である。図示のとおり、この再生用照明光生成部１００は、照明用ホログラム記録媒体４５、コヒーレント光源５０、光ビーム走査装置６０によって構成されている。
【００８８】
ここで、照明用ホログラム記録媒体４５は、上述したとおり、図５に示す光学系を用いたプロセスで作成された媒体であり、散乱板３０の像３５が記録されている。また、コヒーレント光源５０は、照明用ホログラム記録媒体４５を作成する際に用いた光（物体光Ｌobj および参照光Ｌref ）の波長と同一波長をもつコヒーレントな光ビームＬ５０を発生させる光源である。
【００８９】
一方、光ビーム走査装置６０は、コヒーレント光源５０が発生した光ビームＬ５０を、所定の走査基点Ｂで屈曲させて照明用ホログラム記録媒体４５に照射し、かつ、光ビームＬ５０の屈曲態様を時間的に変化させることにより、屈曲された光ビームＬ６０の照明用ホログラム記録媒体４５に対する照射位置が時間的に変化するように走査する装置である。具体的には、図示の光ビーム走査装置６０は、走査基点Ｂ側に反射面を有する可動ミラーによって構成されており、図のＶ軸（紙面に垂直な軸）およびＷ軸を回動軸として所望の方向に傾斜させることができる。
【００９０】
このような装置は、一般に、走査型ミラーデバイスとして公知の装置である。図には、説明の便宜上、時刻ｔ１における屈曲態様を一点鎖線で示し、時刻ｔ２における屈曲態様を二点鎖線で示している。すなわち、時刻ｔ１では、光ビームＬ５０は走査基点Ｂで屈曲し、光ビームＬ６０（ｔ１）としてホログラム記録媒体４５の点Ｐ（ｔ１）に照射されるが、時刻ｔ２では、光ビームＬ５０は、走査基点Ｂで屈曲し光ビームＬ６０（ｔ２）としてホログラム記録媒体４５の点Ｐ（ｔ２）に照射される。
【００９１】
図には、便宜上、時刻ｔ１，ｔ２の２つの時点における屈曲態様しか示されていないが、実際には、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、光ビームの屈曲方向は滑らかに変化し、光ビームＬ６０のホログラム記録媒体４５に対する照射位置は、図の点Ｐ（ｔ１）〜Ｐ（ｔ２）へと徐々に移動してゆくことになる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、光ビームＬ６０の照射位置は、照明用ホログラム記録媒体４５上において点Ｐ（ｔ１）〜Ｐ（ｔ２）へと走査されることになる。
【００９２】
ここで、走査基点Ｂの位置を、図８に示す収束点Ｃの位置に一致させておけば（別言すれば、図１３における照明用ホログラム記録媒体４５と走査基点Ｂとの位置関係が、図８における感光媒体４０と収束点Ｃとの位置関係に等しくなるようにしておけば）、照明用ホログラム記録媒体４５の各照射位置において、光ビームＬ６０は、図８に示す参照光Ｌref に応じた向き（図８に示す参照光Ｌref の光路を逆進する向き）に照射されることになる。したがって、光ビームＬ６０は、照明用ホログラム記録媒体４５の各照射位置において、そこに記録されているホログラムを再生するための正しい再生用照明光Ｌrep として機能する。
【００９３】
たとえば、時刻ｔ１では、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）によって、散乱板３０の再生像３５が生成され、時刻ｔ２では、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）によって、散乱板３０の再生像３５が生成される。もちろん、時刻ｔ１〜ｔ２の期間においても、光ビームＬ６０が照射された個々の位置からの回折光によって、同様に散乱板３０の再生像３５が生成される。すなわち、光ビームＬ６０が、走査基点Ｂから照明用ホログラム記録媒体４５へ向かう光である限り、照明用ホログラム記録媒体４５上のどの位置に光ビームＬ６０が照射されたとしても、照射位置からの回折光によって、同一の再生像３５が同一位置に生成されることになる。
【００９４】
このような現象が起こるのは、図８に示すとおり、照明用ホログラム記録媒体４５には、特定の収束点Ｃに収束する参照光Ｌ２３を用いて散乱板３０の像がホログラムとして記録されており、光ビーム走査装置６０が、この収束点Ｃを走査基点Ｂとして光ビームＬ６０の走査を行うためである。もちろん、光ビーム走査装置６０による走査を停止して、光ビームＬ６０の照射位置を照明用ホログラム記録媒体４５上の１点に固定したとしても、同じ再生像３５が同一位置に生成され続けることに変わりはない。それにもかかわらず、光ビームＬ６０を走査するのは、スペックルノイズを抑制するために他ならない。
【００９５】
上述したとおり、本発明では、図１３に示す散乱板の再生像３５を形成するための回折光Ｌ４５を、表示用ホログラム記録媒体に対する再生用照明光として利用する。別言すれば、図１３に示す再生用照明光生成部１００は、再生像３５の位置に置かれた物体を照明する照明装置としての役割を果たすことになる。
【００９６】
そこで、いま、図１３に示すように、再生像３５上の任意の位置に着目点Ｑを設定し、この着目点Ｑに到達する回折光がどのようなものかを考えてみる。まず、時刻ｔ１では、コヒーレント光源５０から出た光ビームＬ５０は、図に一点鎖線で示すように走査基点Ｂで屈曲し、光ビームＬ６０（ｔ１）として点Ｐ（ｔ１）に照射される。そして、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）の一部が着目点Ｑに到達する。一方、時刻ｔ２では、コヒーレント光源５０から出た光ビームＬ５０は、図に二点鎖線で示すように走査基点Ｂで屈曲し、光ビームＬ６０（ｔ２）として点Ｐ（ｔ２）に照射される。そして、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）の一部が着目点Ｑに到達する。
【００９７】
結局、このような回折光によって、着目点Ｑの位置には、常に、散乱板３０の着目点Ｑの位置に対応する再生像が生成されることになるが、着目点Ｑに対する回折光の入射角は、時刻ｔ１と時刻ｔ２とで異なる。別言すれば、光ビームＬ６０を走査した場合、空間上に形成される再生像３５に変わりはないものの、再生像３５の個々の点に到達する回折光の入射角度は時間とともに変化することになる。このような入射角度の時間変化は、スペックルを低減させる上で大きな貢献を果たす。
【００９８】
前述したとおり、コヒーレント光を用いるとスペックルが発生する理由は、受光面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うためである。ところが、本発明では、たとえば、図示の着目点Ｑについての回折光の入射角度を考えると、光ビームＬ６０を走査することにより、当該入射角度は時間的に変動することになる。これは、図示の着目点Ｑの位置についてのみ言えることではなく、照明用ホログラム記録媒体４５からの回折光が到達する任意の点について言えることである。したがって、当該回折光が届く空間内に配置された任意の対象物の表面に対する当該回折光の入射角度は、時間的に変動することになる。このため、コヒーレント光であるにもかかわらず、干渉の態様も時間的に変動し、多重度をもつことになる。このため、スペックルの発生要因は、時間的に分散し、生理的に悪影響を与える斑点状の模様が定常的に観察される事態を緩和することができる。これが本発明によるスペックル抑制の基本原理である。
【００９９】
＜＜＜  §３．  本発明の基本的実施形態  ＞＞＞
次に、本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置の構成および動作を説明する。図１４は、この立体画像表示装置に用いる表示用ホログラム記録媒体の作成方法の一例を示す側面図である。図示の再生用照明光生成部１００は、図１３で説明したとおり、照明用ホログラム記録媒体４５、コヒーレント光源５０、光ビーム走査装置６０によって構成されている。
【０１００】
この再生用照明光生成部１００を配置したら、続いて、散乱板の再生像３５が形成される位置（図１３に破線で示した位置）に感光媒体７０を配置し、更に、任意の位置に表示対象となる原画像Ｆ（この例では立方体）を配置する。そして、コヒーレント光源５０から出た光ビームＬ５０を、図に一点鎖線で示すように走査基点Ｂで屈曲させ、光ビームＬ６０（ｔ１）として照射点Ｐ（ｔ１）に照射し、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）が感光媒体７０に照射されるようにする。
【０１０１】
このとき、光ビーム走査装置６０による走査は行わず、感光媒体７０には、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）が感光媒体７０に照射され続けるようにする（いわば、走査系を時刻ｔ１の位置に固定した状態にする）。一方、感光媒体７０には、原画像Ｆからの物体光Ｌobj も届くようにする（図では、説明の便宜上、原画像Ｆ上の代表点Ｋからの物体光Ｌobj のみが示されている）。そうすれば、回折光Ｌ４５（ｔ１）を参照光Ｌref として、この参照光Ｌref と物体光Ｌobj とによって生じる干渉縞が感光媒体７０に記録されることになる。別言すれば、原画像Ｆが感光媒体７０にホログラムとして記録される。このようなホログラムが記録された感光媒体７０を、ここでは表示用ホログラム記録媒体７５と呼ぶことにする。
【０１０２】
なお、上述したプロセスは、光学的な方法によって表示用ホログラム記録媒体７５を作成するプロセスであるが、ＣＧＨの手法によって表示用ホログラム記録媒体７５を作成することも可能である。その場合は、図１４に示す再生用照明光生成部１００の幾何学的な配置を示す情報をコンピュータにデータとして与え、更に、感光媒体７０の受光面の位置に記録面を定義し、原画像Ｆとして、その形状を示すＣＧデータをコンピュータに与え、記録面上に形成されるホログラム干渉縞をシミュレーション演算によって画像データとして求めるようにすればよい。
【０１０３】
光学的な方法を採る場合、参照光Ｌref （すなわち、回折光Ｌ４５（ｔ１））が原画像Ｆを構成する物理的な物体に妨げられないように配置を工夫する必要があるが、ＣＧＨの手法を利用すれば、コンピュータ上での演算によって、ホログラム干渉縞を示す画像データが得られるので、現実的には無理な配置であっても問題は生じない。たとえば、図１４に示す幾何学的条件では、回折光Ｌ４５（ｔ１）の一部が原画像Ｆに妨げられており、光学的な方法を採る場合は問題であるが、ＣＧＨの手法を利用すれば、問題は生じない。
【０１０４】
こうして、表示用ホログラム記録媒体７５が作成できたら、図１５に示すような配置をとることにより、本発明の基本的実施形態に係る立体画像表示装置を構成することができる。すなわち、図１５に示す装置は、図１３に示す再生用照明光生成部１００に、図１４に示す方法で作成した表示用ホログラム記録媒体７５を付加することにより構成される立体画像表示装置である。ここで、表示用ホログラム記録媒体７５は、図１３に破線で示した散乱板の再生像３５が形成される位置（すなわち、図１４に示す感光媒体７０の位置）に配置されている。
【０１０５】
この立体画像表示装置による立体画像の表示動作は次のとおりである。まず、図１５に示すように、コヒーレント光源５０から出た光ビームＬ５０を、図に一点鎖線で示すように走査基点Ｂで屈曲させ、光ビームＬ６０（ｔ１）として照明用ホログラム記録媒体４５上の照射点Ｐ（ｔ１）に照射し、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）が表示用ホログラム記録媒体７５に照射されるようにする。この回折光Ｌ４５（ｔ１）は、図１４の記録プロセスにおいて参照光Ｌref として機能する回折光Ｌ４５（ｔ１）と等価であるから、図１５の再生プロセスでは、表示用ホログラム記録媒体７５に対して再生用照明光Ｌrep として機能する。したがって、視点Ｅに届いた回折光Ｌ７５（ｔ１）により、図に破線で描かれているように、再生像ＦＦ（ｔ１）が虚像として観察されることになる。再生像ＦＦ（ｔ１）の位置は、図１４に示す原画像Ｆの位置になる。
【０１０６】
もちろん、図１５に示す再生状態をそのまま維持した場合、スペックルノイズが発生し、観察者にはギラギラと光った斑点状の輝度ムラが観察される。これは、コヒーレント光である回折光Ｌ４５（ｔ１）が表示用ホログラム記録媒体７５の表面において反射し、互いに干渉し合うためである。そこで、本発明では、立体画像の再生時に、光ビーム走査装置６０による走査を行う。このような走査を行えば、光ビームＬ６０の照明用ホログラム記録媒体４５に対する照射点Ｐが時間的に変動することになるので、表示用ホログラム記録媒体７５に対する回折光Ｌ４５の入射角度が時間的に変動する。
【０１０７】
たとえば、図１６は、時刻ｔ２において、光ビーム走査装置６０の走査によって走査基点Ｂで屈曲した光ビームＬ６０（ｔ２）が、照明用ホログラム記録媒体４５上の照射点Ｐ（ｔ２）に照射され、この照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）が表示用ホログラム記録媒体７５に照射された状態を示している。この場合、視点Ｅに届いた回折光Ｌ７５（ｔ２）により、図に破線で描かれているような再生像ＦＦ（ｔ２）が虚像として表示されることになる。
【０１０８】
実際には、光ビーム走査装置６０の走査機能によって、光ビームＬ６０の照射点は、図１５に示す照射点Ｐ（ｔ１）から図１６に示す照射点Ｐ（ｔ２）に至る経路に沿って徐々に移動してゆくことになる。したがって、表示用ホログラム記録媒体７５に対する回折光Ｌ４５の入射角度は時間とともに徐々に変化し、多重化される。このため、スペックルの発生要因は、時間的に分散し、生理的に悪影響を与える斑点状の模様が定常的に観察される事態を緩和することができる。これが本発明の基本原理である。
【０１０９】
もっとも、図１５に示す再生像ＦＦ（ｔ１）は、ホログラムとして記録されている原画像Ｆの正しい再生像になるが、図１６に示す再生像ＦＦ（ｔ２）は、原画像Ｆの正しい再生像にはならない。なぜなら、表示用ホログラム記録媒体７５は、図１４に示す記録プロセス、すなわち、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）を参照光Ｌref として原画像Ｆを記録した媒体であるから、図１５に示すように、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）を再生用照明光として利用して得られた再生像ＦＦ（ｔ１）は本来のホログラム再生像になるが、図１６に示すように、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）を再生用照明光として利用して得られた再生像ＦＦ（ｔ２）は本来のホログラム再生像にはならない。
【０１１０】
すなわち、もし、図１６に示すように、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）を再生用照明光として利用して得られた再生像ＦＦ（ｔ２）が、本来の正しいホログラム再生像になるようにするためには、表示用ホログラム記録媒体７５を作成するための像の記録プロセスにおいて、図１７に示すように、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）を参照光Ｌref として原画像Ｆの記録を行っておく必要がある。もちろん、そのような記録プロセスで表示用ホログラム記録媒体７５を作成した場合、今度は、図１５に示すように、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）を再生用照明光として利用して得られた再生像ＦＦ（ｔ１）が本来のホログラム再生像ではなくなってしまう。
【０１１１】
このように、この§３で述べる基本的実施形態に係る立体画像表示装置では、表示用ホログラム記録媒体７５として、干渉縞パターンが物理的に固定された媒体を用いているため、光ビーム走査装置６０が光ビームＬ６０を特定の照射点Ｐ（記録プロセスで用いた照射点）に照射している時点においてのみ、本来の正しいホログラム再生像ＦＦが表示され、それ以外の時点では、正しいホログラム再生像ＦＦの表示は行われず、位置や形状が若干変動した再生像ＦＦの表示が行われることになる。その結果、視点Ｅから見ると、若干ぼやけた再生像ＦＦが観察されることになる。このような問題を解決するには、§５で述べるように、干渉縞パターンが物理的に固定された表示用ホログラム記録媒体７５の代わりに、与える画像データに基づいて任意の干渉縞パターンを形成させることができる空間光変調器（たとえば、液晶ディスプレイ）を用いる必要がある。
【０１１２】
もっとも、この立体画像表示装置では、原画像Ｆの記録時に用いたコヒーレント光と同じコヒーレント光を用いてホログラムの再生が行われるので、室内照明などの一般光源を用いた再生像に比べれば、はるかに鮮明で明るい再生像を得ることができる。したがって、この§３で述べる基本的実施形態に係る立体画像表示装置は、一般光源を用いた従来の立体画像表示装置に比べれば、より鮮明で明るい立体画像の表示が可能であり、産業上の利用可能性を十分に備えているものである。
【０１１３】
この基本的実施形態に係る立体画像表示装置において、より鮮明な再生像ＦＦが得られるようにする第１の方法は、視点から見たときに再生像ＦＦが現れる奥行き位置を、できるだけ表示用ホログラム記録媒体７５の位置に近づけることである。一般に、奥行きに関して記録媒体の近傍に再生像が得られるホログラムは、イメージホログラムと呼ばれている。このようなイメージホログラムであれば、記録媒体に対する再生用照明光の入射角度が変化しても、再生像の位置や形状に大きな変化は生じない。したがって、表示用ホログラム記録媒体７５を作成する記録プロセスにおいて、原画像Ｆを感光媒体の直近に配置して（ＣＧＨの場合は、原画像Ｆが記録面に重なるように配置して）、像の記録を行うようにすればよい。
【０１１４】
より鮮明な再生像ＦＦが得られるようにする第２の方法は、光ビーム走査装置６０による照明用ホログラム記録媒体４５上の走査範囲を限定する方法である。図１５に示す例のように、照明用ホログラム記録媒体４５の下端の照射点Ｐ（ｔ１）から、図１６に示す例のように、照明用ホログラム記録媒体４５の上端の照射点Ｐ（ｔ２）に至るまでの広範囲な走査領域を設定すると、表示用ホログラム記録媒体７５に対する再生用照明光Ｌ４５の入射角度は大幅に変化する。その結果、再生像ＦＦの位置や形状の時間的な変動幅は大きくなり、観察される像のぼけ具合も大きくなる。そこで、光ビーム走査装置６０による走査範囲を、基準照射点の近傍に限定するようにすれば、再生像ＦＦの位置や形状の時間的な変動幅を抑え、観察される像のぼけ具合を低減させることができる。この場合、基準照射点は、表示用ホログラム記録媒体７５を作成する記録プロセスにおける照射点とするのが好ましい。
【０１１５】
もっとも、光ビーム走査装置６０による走査範囲を限定すると、表示用ホログラム記録媒体７５に対する再生用照明光Ｌ４５の入射角度の変化幅が減少するので、スペックルノイズを抑制する、という本発明の本来の効果を損なうというデメリットも生じる。したがって、スペックルノイズを抑制するという観点からは、光ビーム走査装置６０による走査範囲をあまり限定すべきではない。したがって、実際には、再生像の鮮明さを重視するか、スペックルノイズの低減を重視するか、に応じて、最適な走査範囲を設定すればよい。
【０１１６】
なお、これまで述べた基本的実施形態では、表示用ホログラム記録媒体７５を、照明用ホログラム記録媒体４５によって得られた散乱板の再生像３５の位置に配置する例を示したが、表示用ホログラム記録媒体７５の位置は、必ずしも散乱板の再生像３５の位置に限定されるものではない。別言すれば、図１４に示す記録プロセスにおいて、感光媒体７０は、必ずしも散乱板の再生像３５の位置に配置する必要はない。表示用ホログラム記録媒体７５には、照明用ホログラム記録媒体４５から回折してきた光が再生用照明光として照射されればよいので、表示用ホログラム記録媒体７５は、照明用ホログラム記録媒体４５からの回折光が届く位置であれば、空間上の任意の位置に配置してかまわない。
【０１１７】
ただ、照明効率の点を考慮すると、これまで述べた基本的実施形態のように、表示用ホログラム記録媒体７５を、照明用ホログラム記録媒体４５によって得られた散乱板の再生像３５の位置に配置するのが好ましい。たとえば、図１５に示す例の場合、コヒーレント光源５０から出た光ビームＬ５０は、走査基点Ｂで屈曲し、光ビームＬ６０（ｔ１）として照明用ホログラム記録媒体４５上の照射点Ｐ（ｔ１）に照射し、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）となって表示用ホログラム記録媒体７５の全面に照射される。このように、表示用ホログラム記録媒体７５の全面に再生用照明光が照射されるのは、表示用ホログラム記録媒体７５が、散乱板の再生像３５の位置に配置されており、かつ、散乱板の再生像３５と同じ大きさを有しているためである。
【０１１８】
照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）は、散乱板の再生像３５を形成するための光であるから、再生像３５と同じ大きさの表示用ホログラム記録媒体７５を、再生像３５と同じ位置に配置しておけば、表示用ホログラム記録媒体７５が回折光Ｌ４５（ｔ１）によって照射されるのは当然である。これは、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）に限られるわけではなく、すべての照射点Ｐからの回折光について言えることである。たとえば、図１６に示す例の場合、回折光Ｌ４５（ｔ２）は、やはり表示用ホログラム記録媒体７５の全面を照射する光になる。
【０１１９】
このように、表示用ホログラム記録媒体７５を、照明用ホログラム記録媒体４５によって得られた散乱板の再生像３５の位置に配置し、再生像３５と同じ大きさの媒体としておけば、コヒーレント光源５０から出た光ビームＬ５０の全エネルギーを、表示用ホログラム記録媒体７５の表面に照射することができ、エネルギーのロスを防ぐことができる。もちろん、表示用ホログラム記録媒体７５を、再生像３５よりも大きくしてもかまわないが、その場合、媒体の周囲は再生用照明光が照射されない無駄な領域ということになる。
【０１２０】
＜＜＜  §４．  基本的実施形態の各部の詳細構成  ＞＞＞
§３で述べた本発明の基本的実施形態は、ホログラムとして記録された立体画像を再生してこれを表示する立体画像表示装置であり、図１５に示されているとおり、コヒーレントな光ビームＬ５０を発生させるコヒーレント光源５０と、散乱板の像が記録された照明用ホログラム記録媒体４５と、光ビームＬ５０を光ビームＬ６０として照明用ホログラム記録媒体４５に照射し、かつ、光ビームＬ６０の照明用ホログラム記録媒体４５に対する照射位置が時間的に変化するように走査する光ビーム走査装置６０と、表示対象となる立体画像が記録された表示用ホログラム記録媒体７５と、を備えた装置ということになる。
【０１２１】
ここで、照明用ホログラム記録媒体４５には、図８に示すように、所定光路に沿って照射される参照光Ｌref を用いて散乱板３０の像がホログラムとして記録されている。また、コヒーレント光源５０は、照明用ホログラム記録媒体４５に記録されている散乱板３０の像および表示用ホログラム記録媒体７５に記録されている立体画像を再生することが可能な波長をもった光ビームＬ５０を発生させ、光ビーム走査装置６０は、照明用ホログラム記録媒体４５に対する光ビームＬ６０の照射方向が、図８に示す参照光Ｌref の光路に沿った方向になるように光ビームの走査を行う。そして、表示用ホログラム記録媒体７５は、照明用ホログラム記録媒体４５から得られる散乱板の像の再生光Ｌ４５を再生用照明光として、立体画像の再生像ＦＦを形成することになる。そこで、以下、これら各構成要素について、より詳細な説明を行う。
【０１２２】
＜§４−１：コヒーレント光源＞
まず、コヒーレント光源５０としては、照明用ホログラム記録媒体４５を作成する際に用いた光（物体光Ｌobj および参照光Ｌref ）の波長と同一波長をもつコヒーレントな光ビームＬ５０を発生させる光源を用いればよい。もっとも、コヒーレント光源５０が発生させる光ビームＬ５０の波長は、ホログラム記録媒体４５を作成する際に用いた光の波長と完全に同一である必要はなく、近似する波長であれば、ホログラムの再生像を得ることができる。要するに、本発明に用いるコヒーレント光源５０は、散乱板の像３５を再生することが可能な波長をもったコヒーレントな光ビームＬ５０を発生させる光源であればよい。
【０１２３】
ここに示す実施形態の場合、波長λ＝５３２ｎｍ（緑色）のレーザ光を射出することが可能なＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State）レーザ装置をコヒーレント光源５０として用いた。ＤＰＳＳレーザは、小型でありながら比較的高出力の所望の波長のレーザ光を得ることができるため、本発明に係る立体画像表示装置への利用に適したコヒーレント光源である。
【０１２４】
このＤＰＳＳレーザ装置は、一般的な半導体レーザに比べてコヒーレント長が長いため、スペックルが発生しやすく、従来は、照明の用途には不適当と考えられていた。すなわち、従来は、スペックルを低減させるためには、レーザ光の発振波長に幅をもたせ、できるだけコヒーレント長を短くする努力が払われてきた。これに対して、本発明では、コヒーレント長が長い光源を用いたとしても、前述した原理により、スペックルの発生を効果的に抑制することができるので、光源としてＤＰＳＳレーザ装置を用いたとしても、実用上、スペックルの発生は問題にならなくなる。このような点において、本発明を利用すれば、光源の選択範囲をより広げる効果が得られる。
【０１２５】
＜§４−２：光ビーム走査装置＞
光ビーム走査装置６０は、照明用ホログラム記録媒体４５上で、光ビームを走査する機能をもった装置である。光ビームの具体的な走査方法としては、たとえば、ＣＲＴにおける電子線の走査と同様に、照明用ホログラム記録媒体４５上を水平方向に走査し、そのような走査を垂直方向に繰り返すことにより、媒体全面を走査するような方法をとることができる。ただ、実用上は、照明用ホログラム記録媒体４５上を円形の走査軌道に沿って走査するのが好ましい。
【０１２６】
なお、図６に示す例のように、感光媒体４０の一部の領域（ハッチングを施した領域）にのみ参照光Ｌref を照射して記録を行った場合は、他の領域（外側の白い領域）にはホログラムが記録されていない。このような場合、外側の白い領域まで走査を行うと再生像３５が得られないため、照明が一時的に暗くなってしまう。したがって、この場合は、ホログラムが記録されている領域内のみを走査するようにするのが好ましい。
【０１２７】
図１５に示すとおり、照明用ホログラム記録媒体４５上における光ビームＬ６０の走査は、光ビーム走査装置６０によって行われる。この光ビーム走査装置６０は、コヒーレント光源５０からの光ビームＬ５０を、走査基点Ｂ（ホログラム記録時の収束点Ｃ）で屈曲させて照明用ホログラム記録媒体４５に照射する機能を有する。しかも、その屈曲態様（屈曲の方向と屈曲角度の大きさ）を時間的に変化させることにより、屈曲された光ビームＬ６０の照明用ホログラム記録媒体４５に対する照射位置が時間的に変化するように走査する。このような機能をもった装置は、走査型ミラーデバイスとして種々の光学系で利用されている。
【０１２８】
たとえば、図１５に示す例では、光ビーム走査装置６０として、便宜上、単なる反射鏡の図が描かれているが、実際には、この反射鏡を２軸方向に回動させる駆動機構が備わっている。すなわち、図示の反射鏡の反射面の中心位置に走査基点Ｂを設定し、この走査基点Ｂを通り、反射面上で互いに直交するＶ軸およびＷ軸を定義した場合に、この反射鏡をＶ軸（図の紙面に垂直な軸）まわりに回動させる機構と、Ｗ軸（図に破線で示す軸）まわりに回動させる機構とが備わっている。
【０１２９】
このように、Ｖ軸およびＷ軸まわりに独立して回動可能な反射鏡を用いれば、反射した光ビームＬ６０を、照明用ホログラム記録媒体４５上で水平方向および垂直方向に走査することが可能である。たとえば、上述の機構において、反射光をＶ軸まわりに回動すれば、図１５に示す照射点Ｐ（ｔ１）から図１６に示す照射点Ｐ（ｔ２）へ向けて、光ビームＬ６０を走査することができる。また、Ｗ軸まわりに回動すれば、紙面に対して垂直方向に走査することができる。
【０１３０】
結局、光ビーム走査装置６０が、走査基点Ｂを含む平面上で揺動運動を行うように光ビームＬ６０を屈曲させる機能を有していれば、照明用ホログラム記録媒体４５上で光ビームＬ６０の照射位置を一次元方向に走査することができる。これに対して、照明用ホログラム記録媒体４５上で光ビームＬ６０の照射位置を二次元方向に走査する運用をとるのであれば、光ビーム走査装置６０に、走査基点Ｂを含む第１の平面上で揺動運動を行うように光ビームＬ６０を屈曲させる機能と、走査基点Ｂを含み第１の平面と直交する第２の平面上で揺動運動を行うように光ビームＬ６０を屈曲させる機能と、をもたせておけばよい。
【０１３１】
光ビームの照射位置を一次元方向に走査するための走査型ミラーデバイスとしては、ポリゴンミラーが広く利用されている。また、二次元方向に走査するための走査型ミラーデバイスとしては、ポリゴンミラーを２組組み合わせたものを用いることもできるし、ジンバルミラー、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラーなどのデバイスが知られている。更に、通常のミラーデバイス以外でも、全反射プリズム、屈折プリズム、電気光学結晶（ＫＴＮ結晶など）等も、光ビーム走査装置６０として利用可能である。
【０１３２】
なお、光ビーム走査装置６０による光ビームの走査速度は、スペックルノイズを抑制する効果が生じる速度に設定する必要がある。たとえば、図１５に示す照射点Ｐ（ｔ１）から図１６に示す照射点Ｐ（ｔ２）に至る一方向の走査に１時間を要するような遅い速度で走査したとしても、人間の視覚的な時間分解能の観点からは、走査を行っていないのと同じであり、スペックルが認識されることになる。光ビームを走査することによりスペックルが低減するのは、前述したとおり、表示用ホログラム記録媒体７５の各部に照射される光の入射角度が時間的に多重化されるためである。したがって、ビーム走査によるスペックル低減の効果を十分に得るためには、スペックルを生じさせる原因となる同一の干渉条件が維持される時間が、人間の視覚的な時間分解能よりも短くなるようにすればよい。
【０１３３】
一般に、人間の視覚的な時間分解能の限界は、１／２０〜１／３０秒程度とされており、１秒間に２０〜３０フレーム以上の静止画像を提示すれば、人間には滑らかな動画として認識される。このような点を考慮すれば、光ビームの直径をｄとした場合、１／２０〜１／３０秒でｄ以上の距離を進む走査速度（秒速２０ｄ〜３０ｄの速度）で走査を行えば、十分なスペックル抑制効果が得られることになる。
【０１３４】
＜§４−３：ホログラム記録媒体＞
§３で述べた基本的実施形態では、照明用ホログラム記録媒体４５と表示用ホログラム記録媒体７５とが用いられている。前者は、特定の収束点Ｃに収束する参照光を用いて散乱板３０の像がホログラムとして記録されている、という特徴を有している媒体であればよく、後者は、前者から得られる回折光を参照光として用いて、表示対象となる立体画像がホログラムとして記録されている、という特徴を有している媒体であればよい。ここでは、本発明に利用するのに適した具体的なホログラム記録媒体の形態を述べておく。
【０１３５】
ホログラムには、いくつかの物理的な形態がある。本願発明者は、本発明に利用するには、体積型ホログラムが最も好ましいと考えている。特に、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムを用いるのが最適である。
【０１３６】
一般に、キャッシュカードや金券などに偽造防止用シールとして利用されているホログラムは、表面レリーフ（エンボス）型ホログラムと呼ばれており、表面の凹凸構造によってホログラム干渉縞の記録が行われる。もちろん、本発明を実施する上では、像を表面レリーフ型ホログラムとして記録しているホログラム記録媒体（一般に、ホログラフィック・ディフューザーと呼ばれている）を利用することも可能である。しかしながら、この表面レリーフ型ホログラムの場合、表面の凹凸構造による散乱が、新たなスペックル生成要因となる可能性があるため、スペックルを低減させる、という観点からは好ましくない。また、表面レリーフ型ホログラムでは、多次回折光が発生するため、回折効率が低くなり、更に、回折性能（回折角をどこまで大きくできるかという性能）にも限界がある。
【０１３７】
これに対して、体積型ホログラムでは、媒体内部の屈折率分布としてホログラム干渉縞の記録が行われるため、表面の凹凸構造による散乱による影響を受けることはない。また、一般に、回折効率や回折性能も表面レリーフ型ホログラムより優れている。したがって、本発明を実施する際には、像を体積型ホログラムとして記録している媒体を利用するのが最適である。
【０１３８】
ただ、体積型ホログラムでも、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプのものは、銀塩粒子による散乱が新たなスペックル生成要因となる可能性があるため、避けた方が好ましい。このような理由から、本願発明者は、本発明に利用するホログラム記録媒体としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムが最適であると考えている。このようなフォトポリマーを用いた体積型ホログラムの具体的な化学組成は、たとえば、特許第２８４９０２１号公報に例示されている。
【０１３９】
もっとも、量産性という点では、体積型ホログラムよりも表面レリーフ型ホログラムの方が優れている。表面レリーフ型ホログラムは、表面に凹凸構造をもった原版を作成し、この原版を用いたプレス加工により、媒体の量産を行うことができる。したがって、製造コストを低減させる必要がある場合には、表面レリーフ型ホログラムを利用すればよい。
【０１４０】
一方、ホログラムの記録方式としては、物体光と参照光との合成波の振幅を干渉縞として記録する干渉縞記録方式の他に、合成波の位相を記録するキノフォーム方式や、振幅と位相の双方を記録する複素振幅方式があり、本発明では、これらのいずれの方式でホログラムを記録してもかまわない。
【０１４１】
また、ホログラムの物理的な形態としては、平面上に濃淡パターンとして干渉縞を記録した振幅変調型ホログラムも広く普及している。しかしながら、この振幅変調型ホログラムは、回折効率が低く、濃いパターン部分で光の吸収が行われてしまうため、本発明に利用した場合、十分な照明効率を確保することができない。ただ、その製造工程では、平面上に濃淡パターンを印刷する簡便な方法を採ることができるため、製造コストの点ではメリットが得られる。したがって、用途によっては、振幅変調型ホログラムを本発明に採用することも可能である。
【０１４２】
なお、これまで述べてきた記録方法では、いわゆるフレネルタイプのホログラム記録媒体が作成されることになるが、散乱板３０や原画像Ｆをレンズを通して記録することにより得られるフーリエ変換タイプのホログラム記録媒体を作成してもかまわない。
【０１４３】
＜＜＜  §５．  本発明の実用的実施形態  ＞＞＞
§３で述べた基本的実施形態に係る立体画像表示装置では、表示用ホログラム記録媒体７５として、干渉縞パターンが物理的に固定された媒体を用いているため、光ビーム走査装置６０が光ビームＬ６０を特定の照射点Ｐ（記録プロセスで用いた照射点）に照射している時点においてのみ、本来の正しいホログラム再生像ＦＦが表示され、それ以外の時点では、正しいホログラム再生像ＦＦの表示は行われず、若干ぼやけた再生像ＦＦが観察される、という欠点があることは既に述べたとおりである。
【０１４４】
ここで述べる実用的実施形態は、干渉縞パターンが物理的に固定された表示用ホログラム記録媒体７５の代わりに、与える画像データに基づいて任意の干渉縞パターン等を形成させることができる空間光変調器（たとえば、液晶ディスプレイ）を用いることにより、上記欠点を解消するものである。また、空間光変調器に与える画像データを変えることにより、任意の立体画像を表示することができ、必要に応じて、動画の表示も可能になるという利点も有している。
【０１４５】
図１８は、この実用的実施形態に係る立体画像表示装置の全体構成を示す図である。ここで、再生用照明光生成部１００の部分（すなわち、コヒーレント光源５０と、光ビーム走査装置６０と、照明用ホログラム記録媒体４５）は、図１５に示す基本的実施形態と全く同じ構成である。まず、コヒーレント光源５０は、散乱板の像および立体画像を再生することが可能な波長をもったコヒーレントな光ビームＬ５０を発生させる構成要素である。また、照明用ホログラム記録媒体４５には、所定光路に沿って照射される参照光を用いて散乱板３０の像がホログラムとして記録されている。そして、光ビーム走査装置６０は、照明用ホログラム記録媒体４５に対する光ビームＬ６０の照射方向が、散乱板３０の像を記録する際に用いた参照光の光路に沿った方向になるように、光ビームＬ５０を屈曲して照明用ホログラム記録媒体４５に照射し、かつ、光ビームＬ６０の照明用ホログラム記録媒体４５に対する照射位置が時間的に変化するように走査する。
【０１４６】
一方、図１５に示す基本的実施形態で用いられていた表示用ホログラム記録媒体７５の代わりに、図１８に示す実用的実施形態では、空間光変調器８０が用いられている。この空間光変調器８０は、所定の変調平面を有し、当該変調平面上の個々の位置についての変調特性を示す画像データに基づいて、当該変調平面に入射した光に対して入射位置に応じた変調を施して射出する機能を有している。空間光変調器８０は、照明用ホログラム記録媒体４５からの回折光が届く位置であれば任意の位置に配置することが可能であるが、実用上は、既に述べたとおり、照明効率を向上させるために、照明用ホログラム記録媒体４５によって得られた散乱板の再生像３５の位置に配置するのが好ましい。また、空間光変調器８０の大きさも、散乱板の再生像３５の大きさとほぼ同じ程度に設定するのが好ましい。図１８に示す例は、再生像３５の形成位置に完全に重複するように、空間光変調器８０を配置した例である。
【０１４７】
空間光変調器８０としては、たとえば、透過型の液晶ディスプレイを利用することができる。液晶ディスプレイは、与えられた画像データに応じて、任意の画像を表示することが可能であるから、液晶ディスプレイに、図１５に示す基本的実施形態で用いられていた表示用ホログラム記録媒体７５に記録された干渉縞パターンを表示させるようにすれば、表示用ホログラム記録媒体７５と同等の光学的機能が得られる。すなわち、照明用ホログラム記録媒体４５から得られる散乱板の像の再生光を再生用照明光として、与えられた画像データに基づいて立体画像のホログラム再生像ＦＦを形成する機能を果たす。
【０１４８】
この立体画像表示装置には、空間光変調器８０を駆動するための構成要素として、更に、制御装置２００と画像データ格納部２５０とが設けられている。画像データ格納部２５０は、表示対象となる立体画像を再生するためのホログラムを画像データとして格納する構成要素であり、たとえば、コンピュータ用のハードディスク装置などによって構成することができる。一方、制御装置２００は、この立体画像表示装置を統括制御するユニットであり、専用のデジタル回路もしくは専用のプログラムを組み込んだコンピュータによって構成することができる。
【０１４９】
制御装置２００は、画像データ格納部２５０から読み出した画像データを空間光変調器８０に与える供給制御を行うとともに、コヒーレント光源５０に動作制御信号（電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う信号）を与え、更に、光ビーム走査装置６０に走査制御信号を与える制御を行う。このように、制御装置２００は、空間光変調器８０への画像データの供給制御を行うとともに、光ビーム走査装置６０の走査制御を行う機能を有しているため、両者を同期させる同期制御が可能になる。そして、この同期制御を行うことにより、§３で述べた基本的実施形態のもつ「再生像ＦＦのぼけ」という問題を解決することが可能になる。
【０１５０】
§３で述べた基本的実施形態において、「再生像ＦＦのぼけ」という問題が生じる理由は、前述したとおり、光ビーム走査装置６０が光ビームＬ６０を特定の照射点Ｐ（記録プロセスで用いた照射点）に照射している時点においてのみ、本来の正しいホログラム再生像ＦＦが表示されるためである。たとえば、図１５に示す立体画像表示装置の場合、表示用ホログラム記録媒体７５は、図１４に示すように、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）を参照光Ｌref として原画像Ｆを記録した媒体であるから、図１５に示すように、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４５（ｔ１）が再生用照明光として与えられる時点ｔ１では、本来のホログラム再生像ＦＦ（ｔ１）が形成されることになるが、図１６に示すように、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）が再生用照明光として与えられる時点ｔ２では、形成される再生像ＦＦ（ｔ２）は正しいホログラム再生像にはならない。
【０１５１】
換言すれば、図１６に示すように、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）が再生用照明光として与えられる時点ｔ２において、本来の正しいホログラム再生像ＦＦ（ｔ２）を形成するためには、表示用ホログラム記録媒体７５として、図１７に示すように、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４５（ｔ２）を参照光Ｌref として原画像Ｆを記録したホログラムを用いるようにすればよい。
【０１５２】
液晶ディスプレイなどの空間光変調器８０では、与える画像データを変えることにより、変調面に形成するホログラムの内容を変えることができるので、各照射点に応じて、それぞれ異なる画像データを用意しておき、光ビーム走査装置６０の走査に同期させて、それぞれ対応する画像データを空間光変調器８０に与える同期制御が可能になる。
【０１５３】
たとえば、図１８に示す例の場合、時刻ｔ１において、光ビーム走査装置６０が光ビームＬ６０（ｔ１）を照射点Ｐ（ｔ１）に照射しているときには、空間光変調器８０には画像データＰＩＣ（ｔ１）が与えられ、時刻ｔ２において、光ビーム走査装置６０が光ビームＬ６０（ｔ２）を照射点Ｐ（ｔ２）に照射しているときには、空間光変調器８０には画像データＰＩＣ（ｔ２）が与えられるような同期制御を行えばよい。ここで、画像データＰＩＣ（ｔ１）は、回折光Ｌ４５（ｔ１）が空間光変調器８０に照射されたときに、正しい再生像ＦＦが形成されるようなホログラムを形成するための画像データであり、画像データＰＩＣ（ｔ２）は、回折光Ｌ４５（ｔ２）が空間光変調器８０に照射されたときに、正しい再生像ＦＦが形成されるようなホログラムを形成するための画像データである。
【０１５４】
このような画像データは、コンピュータによるシミュレーション演算によって、予め作成しておくことができる。たとえば、上例の画像データＰＩＣ（ｔ１）は、図１４に示すような光学的な配置状態において、感光媒体７０の受光面上に形成される干渉縞を示す画像データとして演算することができる。同様に、上例の画像データＰＩＣ（ｔ２）は、図１７に示すような光学的な配置状態において、感光媒体７０の受光面上に形成される干渉縞を示す画像データとして演算することができる。
【０１５５】
実際には、照明用ホログラム記録媒体４５上に複数Ｎ通りの照射点を予め設定しておき、光ビーム走査装置６０が、この複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行うようにし、この複数Ｎ通りの照射点にそれぞれ対応するＮ通りの画像データを予め求めておき、画像データ格納部２５０に格納しておくようにすればよい。すなわち、画像データ格納部２５０には、複数Ｎ通りの照射点にそれぞれ対応した複数Ｎ通りの画像データが格納されており、しかも、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の画像データＰＩＣ（ｔｉ）は、第ｉ番目の照射点Ｐ（ｔｉ）からの再生用照明光が空間光変調器８０に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データであるようにしておけばよい。
【０１５６】
実際に立体画像を表示する際には、制御装置２００が、複数Ｎ通りの照射点に光ビームＬ６０が順に照射されるように、光ビーム走査装置６０に対して走査制御信号を与えるとともに、複数Ｎ通りの画像データを空間光変調器８０に順に与え、かつ、光ビーム走査装置６０が第ｉ番目の照射点Ｐ（ｔｉ）に光ビームを照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の画像データＰＩＣ（ｔｉ）が空間光変調器８０に与えられるような同期制御を行えばよい。
【０１５７】
また、画像データ格納部２５０に動画からなる画像データを用意しておけば、立体画像を動画として表示することも可能である。その場合、個々の画像データとしては、特定の時刻に光ビームの走査を受ける特定の照射点からの参照光と、当該特定の時刻に表示すべき特定の原画像からの物体光と、によって形成される干渉縞パターンを示す画像データにしておけばよい。
【０１５８】
なお、本発明に用いる空間光変調器８０は、上例のような透過型の液晶ディスプレイに限定されるものではなく、空間上の個々の位置ごとに、それぞれ入射光を所望の形に変調して射出する機能をもった素子であれば、どのような素子を用いてもかまわない。たとえば、透過型のＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）素子を空間光変調器８０として用いてもよい。あるいは、反射型の液晶ディスプレイや反射型のＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）素子を用いることも可能である（この場合、視点Ｅの位置は、図１８に示す例とは逆に、空間光変調器８０の左側にくることになり、再生像ＦＦは、空間光変調器８０の右側に虚像として形成される。）。反射光を利用する場合、空間光変調器８０としてＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス：Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ素子を用いることも可能である。
【０１５９】
＜＜＜  §６．  実用的実施形態の変形例  ＞＞＞
ここでは、§５で述べた実用的実施形態について、いくつかの変形例を説明する。
【０１６０】
＜§６−１：小型化に適した変形例＞
図１９は、図１８に示す実用的実施形態を更に小型化した変形例に係る立体画像表示装置の全体構成を示す図である。図１８に示す装置との相違は、図の水平方向に描かれている光軸Ｚを定義し、この光軸Ｚ上に、光ビーム走査装置６０，照明用ホログラム記録媒体４５，空間光変調器（液晶ディスプレイ）８０，視点Ｅが並ぶように配置した点にある。光ビーム走査装置６０の走査基点Ｂは、光軸Ｚ上に位置しており、照明用ホログラム記録媒体４５は、その光変調面が光軸Ｚに垂直になるように配置されている。このように、主たる構成要素を光軸Ｚ上に配置するようにしたため、装置全体の小型化を図ることができる。なお、空間光変調器８０は、照明用ホログラム記録媒体４５によって再生される散乱板の再生像の形成位置に配置されている。
【０１６１】
このように、図１９に示す変形例は、図１８に示す装置の各構成要素の配置を若干変更したものであり、個々の構成要素の機能に変わりはない。ただ、照明用ホログラム記録媒体４５については、光ビーム走査装置６０から照射される光ビームＬ６０の入射角度が異なるため、記録されているホログラムも若干異なることになる。すなわち、走査基点Ｂと照明用ホログラム記録媒体４５との位置関係に着目すると、図１８に示す装置の場合、走査基点Ｂは媒体４５の斜め方向に配置されているのに対して、図１９に示す装置の場合、走査基点Ｂは媒体４５の中心軸（光軸Ｚ）上に配置されている。
【０１６２】
既に述べたように、図１８に示す照明用ホログラム記録媒体４５は、図５に示す記録プロセスにより、感光媒体４０上に散乱板３０の像をホログラムとして記録することにより得られたものであり、図５に示す参照光Ｌref の収束点Ｃが、図１８に示す走査基点Ｂに対応することになる。これに対して、図１９に示す照明用ホログラム記録媒体４５は、図２０に示す記録プロセスにより、感光媒体４０上に散乱板３０の像をホログラムとして記録することにより得られる。すなわち、感光媒体４０上には、散乱板３０からの光Ｌ３０（物体光Ｌobj ）と参照光Ｌref との干渉縞が記録される。ここで、図２０に示す参照光Ｌref の収束点Ｃが、図１９に示す走査基点Ｂに対応することになる。
【０１６３】
図１８に示す装置も、図１９に示す装置も、光ビームＬ６０を走査する基本原理は同じである。すなわち、いずれの場合も、光ビーム走査装置６０が、コヒーレント光源５０から発せられた光ビームＬ５０を所定の走査基点Ｂで屈曲させ、屈曲された光ビームＬ６０を照明用ホログラム記録媒体４５に照射し、かつ、光ビームの屈曲態様を時間的に変化させることにより、屈曲された光ビームＬ６０の照明用ホログラム記録媒体４５に対する照射位置を時間的に変化させる走査を行うことになる。しかも、いずれの場合も、照明用ホログラム記録媒体４５には、特定の収束点Ｃに収束する参照光Ｌref （または特定の収束点Ｃから発散する参照光でもよい）を用いて散乱板３０の像がホログラムとして記録されており、当該収束点Ｃを走査基点Ｂとして光ビームＬ６０の走査が行われることになる。
【０１６４】
より具体的に言えば、いずれの場合も、照明用ホログラム記録媒体４５には、収束点Ｃを頂点とした円錐の側面に沿って三次元的に収束する参照光（もしくは発散する参照光でもよい）を用いて散乱板３０の像が記録されていることになる。このように、収束点Ｃを頂点とした円錐の側面に沿った参照光を用いて散乱板３０の像を記録する理由は、図示の光ビーム走査装置６０が、走査基点Ｂを頂点とした円錐の側面に沿った方向に光ビームＬ６０を射出する機能を有しているためである。
【０１６５】
図１９における一点鎖線の光路は、時刻ｔ１における光の光路を示している。すなわち、光ビーム走査装置６０により屈曲した光ビームＬ６０（ｔ１）は、照明用ホログラム記録媒体４５の照射点Ｐ（ｔ１）に照射され、ここからの回折光（散乱板３０の像を再生するための再生光）が空間光変調器８０に対して再生用照明光として与えられる。このとき、空間光変調器８０には、制御装置２００から所定の画像データが与えられており、当該画像データに応じたホログラムによる回折機能により、視点Ｅから見たときに再生像ＦＦが観察されることになる。
【０１６６】
一方、図１９における二点鎖線の光路は、時刻ｔ２における光の光路を示している。すなわち、光ビーム走査装置６０により屈曲した光ビームＬ６０（ｔ２）は、照明用ホログラム記録媒体４５の照射点Ｐ（ｔ２）に照射され、ここからの回折光（散乱板３０の像を再生するための再生光）が空間光変調器８０に対して再生用照明光として与えられる。このとき、空間光変調器８０には、制御装置２００から所定の画像データが与えられており、当該画像データに応じたホログラムによる回折機能により、視点Ｅから見たときに再生像ＦＦが観察されることになる。
【０１６７】
なお、図５や図２０には、照明用ホログラム記録媒体４５の作成プロセスとして、感光媒体４０に実際に光を照射し、そこに生じる干渉縞を感光媒体４０の化学変化によって固定する、という光学的な方法をとる例を示したが、もちろん、この照明用ホログラム記録媒体４５をＣＧＨの手法で作成してもかまわない。
【０１６８】
図２１は、照明用ホログラム記録媒体４５を、ＣＧＨの手法で作成する原理を示す側面図であり、図２０に示す光学的な現象を、コンピュータ上でシミュレートする方法を示すものである。ここで、図２１に示す仮想の散乱板３０′は、図２０に示す実在の散乱板３０に対応し、図２１に示す仮想の記録面４０′は、図２０に示す実在の感光媒体４０の受光面に対応する。図示の物体光Ｌobj は、仮想の散乱板３０′から発せられる仮想の光であり、図示の参照光Ｌref は、この物体光Ｌobj と同一波長の仮想の光である。参照光Ｌref が、収束点Ｃに収束する光である点は、これまで述べた方法と全く同じである。記録面４０′上の各点では、この仮想の物体光Ｌobj と参照光Ｌref との干渉縞の情報が演算される。
【０１６９】
なお、仮想の散乱板３０′としては、たとえば、ポリゴンなどで表現された微細な三次元形状モデルを用いることも可能であるが、ここでは、平面上に多数の点光源Ｄを格子状に配列した単純なモデルを用いている。図２２は、図２１に示されている仮想の散乱板３０′の正面図であり、小さな白丸は、それぞれ点光源Ｄを示している。図示のとおり、多数の点光源Ｄが、横方向ピッチＰａ，縦方向ピッチＰｂで格子状に配列されている。ピッチＰａ，Ｐｂは、散乱板の表面粗さを定めるパラメータとなる。
【０１７０】
本願発明者は、点光源ＤのピッチＰａ，Ｐｂをそれぞれ１０μｍ程度の寸法に設定して記録面４０′上に生じる干渉縞の情報を演算し、その結果に基づいて、実在の媒体表面に凹凸パターンを形成し、表面レリーフ型のＣＧＨを作成した。そして、このＣＧＨを照明用ホログラム記録媒体４５として用いたところ、スペックルを抑制した良好な照明環境が得られた。
【０１７１】
＜§６−２：レンズを付加した変形例＞
これまで、図１８や図１９を参照して、本発明の実用的な実施形態に係る立体画像表示装置の構成例を説明した。これらの実施形態の特徴は、表示用ホログラム記録媒体７５の代わりに、液晶ディスプレイなどの空間光変調器８０を用い、この空間光変調器８０を利用した光の変調により、ホログラム再生像を生成する点にある。
【０１７２】
しかしながら、図１８や図１９に示す構成をもった立体画像表示装置を量産型の工業製品として提供することを考えると、現在のところ、採算に合う価格で、十分な性能をもった空間光変調器８０を調達することは困難である。たとえば、最も安価な量産型の空間光変調器８０としては、液晶ディスプレイが挙げられるが、現在市販されている一般的な液晶ディスプレイの画素ピッチは３２μｍ程度であり、ホログラムの干渉縞を表示させる上では、決して十分な解像度をもっているとは言えない。光学的な方法で感光媒体上にホログラムを記録した場合、光の波長のオーダーの解像度をもった精細な干渉縞パターンを記録することができる。ところが、画素ピッチが３２μｍ程度の液晶ディスプレイでは、そのような精細な干渉縞パターンを表示することはできない。
【０１７３】
もちろん、特殊な用途に利用するための専用ディスプレイには、画素ピッチがより細かなものも存在するが、そのような特殊なディスプレイは量産されておらず、また、極めて高価であるため、量産型の立体画像表示装置に利用するには不適当である。したがって、図１８や図１９に示す実施形態に係る立体画像表示装置を商用レベルで量産するためには、一般用途の液晶ディスプレイなどを利用するしかない。
【０１７４】
いま、画素ピッチｄをもった液晶ディスプレイに波長λの光を入射させ、ディスプレイに表示した干渉縞によって光を回折させる場合を考えてみよう。もちろん、表示される干渉縞の解像度は、画素ピッチｄによって定まる。この場合、入射角θin と射出角θout との間には、「２ｄ＝ｍλ／（ｓｉｎ θout − ｓｉｎ θin）」なる式が成り立つ。ここで、ｍは回折光の次数である。結局、入射角θin と射出角θout との差、すなわち、光の回折角は、画素ピッチｄが小さければ小さいほど、大きくなる。逆に言えば、画素ピッチｄが大きいと、十分な回折角をとることができず、入射光を大きく回折させることはできないことになる。
【０１７５】
したがって、現実的には、画素ピッチが３２μｍ程度の一般的な液晶ディスプレイを空間光変調器８０として利用した場合、十分な回折角を確保することができない。たとえば、図１９に示す例の場合、時刻ｔ１において、照射点Ｐ（ｔ１）から空間光変調器８０の上端に向かう再生用照明光（上側の一点鎖線で示す光）を、視点Ｅへ向かうように回折させることは可能かもしれないが、照射点Ｐ（ｔ１）から空間光変調器８０の下端に向かう再生用照明光（下側の一点鎖線で示す光）を、視点Ｅへ向かうように回折させることは困難である。
【０１７６】
結局、画素ピッチが３２μｍ程度の一般的な液晶ディスプレイを空間光変調器８０として利用して、図１８や図１９に示すタイプの立体画像表示装置を構成する場合、十分な回折能力は期待できないため、視点Ｅから観察した場合、十分な視野角を得ることができない上、ディスプレイ全面を有効に利用できなくなる。視野角を拡大するためには、照明用ホログラム記録媒体４５と空間光変調器８０とを十分に離し（図１９に示す例の場合、位置ａと位置ｂとの距離ｄ１を十分大きく設定し）、空間光変調器８０に入射する再生用照明光が平行光束に近くなるようにすればよいが、実用上、距離ｄ１を十分大きく設定することは困難である。一方、ディスプレイ全面を有効利用するためには、空間光変調器８０から十分に離れた位置に視点Ｅを設定し（図１９に示す例の場合、位置ｂと位置ｃとの距離ｄ２を十分大きく設定し）、液晶ディスプレイの光軸Ｚ近傍の部分からの回折光のみを利用して再生像ＦＦが形成されるようにする、といった工夫が必要になるが、そのような工夫を施すと、視野角はより縮小してしまうことになる。
【０１７７】
このような問題を解決するには、立体画像の観察が行われると想定される視点Ｅの近傍に光を集光する機能をもった光学系を、照明用ホログラム記録媒体４５と空間光変調器８０との間に配置すればよい。このような光学系を挿入することにより、観察時に十分な視野角を確保することが可能になる。図２３は、図１９に示す立体画像表示装置において、光学系として１組の凸レンズ１１０を追加した例を示す側面図である。この凸レンズ１１０は、視点Ｅから照明用ホログラム記録媒体４５の記録面に下ろした垂線を光軸Ｚとするレンズであり、照明用ホログラム記録媒体４５と空間光変調器８０との間に配置されている。
【０１７８】
照明用ホログラム記録媒体４５と空間光変調器８０との間に凸レンズ１１０を介挿すると、照明用ホログラム記録媒体４５の１照射点から射出された再生用照明光が凸レンズ１１０によって集光され、視点Ｅの近傍に集光されることになる。図２３に一点鎖線で描かれた光路は、時刻ｔ１において、照射点Ｐ（ｔ１）から射出された再生用照明光が、空間光変調器８０による回折を受けずに進んだ場合の光路を示すものである。図示の例では、この一点鎖線で示す再生用照明光は、凸レンズ１１０によって集光され、視点Ｅの近傍の集光点Ｅ１に収束している。一方、図２３に二点鎖線で描かれた光路は、時刻ｔ２において、照射点Ｐ（ｔ２）から射出された再生用照明光が、空間光変調器８０による回折を受けずに進んだ場合の光路を示すものである。図示の例では、この二点鎖線で示す再生用照明光は、凸レンズ１１０によって集光され、視点Ｅの近傍の集光点Ｅ２に収束している。
【０１７９】
もちろん、実際には、再生用照明光は空間光変調器８０による回折を受け、その一部は視点Ｅに置かれた眼球内の網膜まで進み、再生像ＦＦを結像させることになる。図示する一点鎖線および二点鎖線の光路は、このような回折を受けない場合の光の進路を示すものであり、別言すれば、空間光変調器８０による０次回折光（回折せずに直進した光）の進路を示すものである。したがって、集光点Ｅ１，Ｅ２は、時刻ｔ１，ｔ２における０次回折光の集光点ということになる。
【０１８０】
このように、凸レンズ１１０を介挿すれば、０次回折光の集光点Ｅ１，Ｅ２が、視点Ｅの近傍に形成されることになるので、再生像ＦＦを得るために必要な光を視点Ｅの位置に回折させるために必要な回折角は比較的小さく抑えることができるようになる。したがって、空間光変調器８０の回折能力が十分でなくても、視点Ｅの位置から十分な視野角をもって再生像ＦＦを観察することができるようになる。
【０１８１】
なお、このような凸レンズ１１０の集光効果を高めるためには、凸レンズ１１０の焦点距離をｆとしたときに、照明用ホログラム記録媒体４５と凸レンズ１１０との距離（図２３における位置ａと位置ｂとの距離）を２ｆに設定し、凸レンズ１１０と視点Ｅとの距離（図２３における位置ｂと位置ｃとの距離）を２ｆに設定するのが好ましい。このような配置を行えば、位置ａにある照射点Ｐからの光（点光源からの光）を、位置ｃの集光点に集めることができるので、理想的な集光効果が得られるようになる。もちろん、凸レンズ１１０を上記以外の位置に配置しても視点Ｅ近傍への集光効果は得られるが、上記配置を採れば、最適な集光効果を得ることができる。
【０１８２】
＜§６−３：２組のレンズを付加した変形例＞
もちろん、複数組の凸レンズを用いて視点Ｅへの集光を行うことも可能である。図２４は、２組のレンズを付加した変形例を示す側面図である。すなわち、この変形例では、視点Ｅから照明用ホログラム記録媒体４５の記録面に下ろした垂線を光軸Ｚとする２組のレンズ１２０，１３０が、照明用ホログラム記録媒体４５と空間光変調器８０との間に配置されており、これら２組のレンズの間に再生像ＦＦが観察される構成をとっている。
【０１８３】
しかも、図示の変形例では、照明用ホログラム記録媒体４５に近い位置に配置された第１の凸レンズ１２０の焦点距離をｆ１とし、空間光変調器８０に近い位置に配置された第２の凸レンズ１３０の焦点距離をｆ２としたときに、照明用ホログラム記録媒体４５と第１の凸レンズ１２０との距離（図２４における位置ａと位置ｂとの距離）をｆ１に設定し、第２の凸レンズ１３０と視点Ｅとの距離（図２４における位置ｃと位置ｄとの距離）をｆ２に設定している。
【０１８４】
もちろん、２組の凸レンズ１２０，１３０は、必ずしも上例のような位置に配置しなくても集光効果は得られるが、上例のような配置をとれば、位置ａにある照射点Ｐからの光（点光源からの光）を、第１の凸レンズ１２０によって平行光束とすることができ、更に、この平行光束を第２の凸レンズ１３０によって位置ｄの集光点に集めることができるので、集光点の位置を自由に設定することができるようになる。
【０１８５】
たとえば、時刻ｔ１では、図２４に一点鎖線で示すように、照射点Ｐ（ｔ１）から射出された再生用照明光Ｌ４５（ｔ１）は、第１の凸レンズ１２０によって平行光束Ｌ１２０（ｔ１）に変換されて第２の凸レンズ１３０に入射する。第２の凸レンズ１３０は、この平行光束を位置ｄ上の集光点Ｅ１に集光する。同様に、時刻ｔ２では、図２４に二点鎖線で示すように、照射点Ｐ（ｔ２）から射出された再生用照明光Ｌ４５（ｔ２）は、第１の凸レンズ１２０によって平行光束Ｌ１２０（ｔ２）に変換されて第２の凸レンズ１３０に入射する。第２の凸レンズ１３０は、この平行光束を位置ｄ上の集光点Ｅ２に集光する。
【０１８６】
ここで、位置ｂと位置ｃとの間を伝わる光は常に平行光束となるので、距離ｄ３の長さに制約はなく、距離ｄ３をどのような値に設定しようとも、第２の凸レンズ１３０は、入射した平行光束を所定の集光点に集光する機能を果たすことができる。したがって、たとえば、視点Ｅの位置を図示の位置ｄから更に右方にδだけ移動させたい場合には、第２の凸レンズ１３０を右方にδだけ移動させ、２組のレンズの間隔をｄ３＋δに設定すればよい。このように、上例のレンズ配置をとれば、集光点の位置を自由に設定することができ、視点Ｅの位置の自由度を高めることができる。
【０１８７】
なお、１組の凸レンズ１１０を付加することによる集光効果や、２組の凸レンズ１２０，１３０を付加することによる集光効果は、図１８や図１９に示すような空間光変調器８０を用いる実施形態への適用に限定されるものではなく、図１５に示すような表示用ホログラム記録媒体７５を用いる実施形態に適用した場合にも有効な効果である。また、このような集光効果を得るための光学系は、凸レンズに限定されるものではなく、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）や回折光学素子（ＤＯＥ）を用いてもよい。
【０１８８】
＜＜＜  §７．  ０次回折光の排除  ＞＞＞
本発明の目的は、ホログラムとして記録された立体画像を、コヒーレント光を用いて再生し、これを表示する際に、スペックルの発生を効率的かつ十分に抑制することにある。そして、この目的は、散乱板の像が記録された照明用ホログラム記録媒体４５に対してコヒーレント光からなる光ビームを走査する、という手法を導入することにより達成される。これは、光ビーム走査により、表示用ホログラム記録媒体７５もしくは空間光変調器８０に入射する再生用照明光の入射角度が時間的に変動し、スペックルの発生要因が時間的に分散するためである。
【０１８９】
しかしながら、視点Ｅから観察されるスペックルには、表示用ホログラム記録媒体７５もしくは空間光変調器８０の表面で発生するスペックルだけではなく、再生用照明光にもともと存在していたスペックル（光源側のスペックル）も含まれている。
【０１９０】
たとえば、図２５に一点鎖線で示されている光路を考えてみよう。この図２５は、図２３に示す変形例（１組の凸レンズ１１０を介挿した実施例）における０次回折光の視点近傍への入射位置を示す図であり、ある時刻ｔ０における光の経路を示している。すなわち、コヒーレント光源５０で発生した光ビームＬ５０は、時刻ｔ０において、光ビーム走査装置６０によって光ビームＬ６０（ｔ０）へと屈曲させられ、照明用ホログラム記録媒体４５の中心（光軸Ｚ上）に位置する照射点Ｐ（ｔ０）に照射される。この照射点Ｐ（ｔ０）から発せられた回折光Ｌ４５（ｔ０）は、図示のとおり、光軸Ｚを中心軸とする円錐状に広がり、凸レンズ１１０に入射する。そして、凸レンズ１１０によって集光され、空間光変調器８０による回折を受けなかった場合には、図に一点鎖線で示すように集光点Ｅ０に収束する。この集光点Ｅ０は、光軸Ｚ軸上の視点Ｅの位置に他ならない。
【０１９１】
結局、この図２５に一点鎖線で示された光路の意味するところは、時刻ｔ０において、光ビームＬ６０（ｔ０）が照射点Ｐ（ｔ０）の位置を走査している状態では、０次回折光（すなわち、空間光変調器８０による回折を受けずに直進した光）が視点Ｅの位置（集光点Ｅ０）に集光する、ということである。これは、観察者が、視点Ｅの位置に瞳を置いて観察していた場合、空間光変調器８０からの０次回折光が瞳の内部に入射する、ことを意味し、観察者から見ると、０次回折光が見える状態になることを意味する。別言すれば、観察者は、光源を正面から覗き込むことになり、光源にもともと含まれていたスペックルが目に入ることになる。
【０１９２】
一方、図２３に示すとおり、時刻ｔ１において、光ビームＬ６０（ｔ１）が照射点Ｐ（ｔ１）の位置を走査している状態では、０次回折光は集光点Ｅ１に集光し、時刻ｔ２において、光ビームＬ６０（ｔ２）が照射点Ｐ（ｔ２）の位置を走査している状態では、０次回折光は集光点Ｅ２に集光する。図示の例では、これらの集光点Ｅ１，Ｅ２は、視点Ｅから若干外れているため、観察者が、視点Ｅの位置に瞳を置いて観察していた場合、空間光変調器８０からの０次回折光が瞳の内部に入射することはない。図２５では、図が繁雑になるのを避けるため、照射点Ｐ（ｔ１），Ｐ（ｔ２）からの光路は図示を省略し、集光点Ｅ１，Ｅ２の位置のみを示してある。
【０１９３】
結局、図２５において、光ビームＬ６０が、照射点Ｐ（ｔ１）やＰ（ｔ２）に照射されている状態であれば、集光点Ｅ１，Ｅ２が視点Ｅから外れるため、観察者が光源を目にすることはなく、光源に含まれていたスペックルが目に入ることもない。ところが、照射点Ｐ（ｔ０）に照射されている状態だと、集光点Ｅ０は視点Ｅの位置になるので、０次回折光が観察者の目に入り、光源に含まれていたスペックルが目に入ることになる。したがって、光源側のスペックルが観察者の目に入らないようにするには、空間光変調器８０からの０次回折光が観察者の瞳の内部に入射するのを避けるようにすればよい。そのためには、０次回折光が観察者の瞳の内部に入射してしまうような照射点Ｐ（ｔ０）を避けて光ビームの走査を行えばよいことになる。
【０１９４】
図２６は、図２５に示す照明用ホログラム記録媒体４５に対する光ビームＬ６０の照射点と０次回折光の視点近傍への入射位置との関係を示す図である。すなわち、図２６(a) は、図２５に示す照明用ホログラム記録媒体４５の平面図であり、Ｘ印は各照射点の位置を示している。一方、図２６(b) は、図２５に示す位置ｃに紙面に垂直な受光面を定義したときに、この受光面の平面図を示しており、円ＥＥは、この受光面上に置かれた仮想的な瞳の輪郭を示している。凸レンズ１１０による０次回折光の集光点が、この瞳の輪郭ＥＥの内部に位置すると、０次回折光が瞳に入射して網膜まで達し、観察者の目に光源側のスペックルが見えることになる。
【０１９５】
図２６(a) に示す各照射点Ｐ（ｔ０），Ｐ（ｔ１），Ｐ（ｔ２），Ｐ（ｔ１１），Ｐ（ｔ１２），Ｐ（ｔ１３），Ｐ（ｔ１４）は、それぞれ図２６(b) に示す各集光点Ｅ０，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４に対応する。すなわち、光ビームＬ６０が照明用ホログラム記録媒体４５上の各照射点Ｐ（ｔ０）〜Ｐ（ｔ１４）に照射されると、０次回折光はそれぞれ対応する集光点Ｅ０〜Ｅ１４の位置に集光する。ここでは、各照射点の位置と各集光点の位置との間に、このような対応関係が得られるという前提で、照明用ホログラム記録媒体４５上で照射点が円を描くように、光ビーム走査装置６０によって光ビームＬ６０を円錐面に沿って走査する場合を考えてみよう。
【０１９６】
たとえば、図２６(a) に破線で示す円形の走査軌道Ｔに沿って光ビームＬ６０を走査した場合、０次回折光は、図２６(b) に示す瞳の輪郭ＥＥに沿って移動することになる。したがって、０次回折光が瞳の内部に入射するのを避けるには、照明用ホログラム記録媒体４５上で光ビームＬ６０を走査する際に、図２６(a) に破線で示す円形の走査軌道Ｔよりも内側の領域を走査禁止領域と定め、この走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うようにすればよい。
【０１９７】
ここで、「０次回折光が瞳の内部に入射するのを避ける」という点だけを考慮すると、照明用ホログラム記録媒体４５上の光ビームＬ６０の走査軌道は、できるだけ外側に設定すればよい。たとえば、図２６(a) に示す例において、光ビームＬ６０を破線で示す円形の走査軌道Ｔに沿って走査した場合、光ビームのスポットが所定の面積を有していることを考えると、０次回折光の一部が瞳の内部に入射してしまうおそれがある。そこで円形の走査軌道Ｔの直径をより大きく設定し、たとえば、照射点Ｐ（ｔ１），Ｐ（ｔ２）のような外側に位置する点を通るような円形の走査軌道を設定すれば、０次回折光が瞳の内部に入射することを完全に避けることができる。
【０１９８】
しかしながら、このように外側の走査軌道に沿って走査を行うと、再生像に悪影響が及ぶ可能性がある。その原因は、前述したとおり、液晶ディスプレイなどの空間光変調器８０には、回折能力に限界があるため、十分な回折角度を確保することができないためである。以下、この点を詳細に説明する。
【０１９９】
図２７は、図２５に示す立体画像表示装置における０次回折光の集光位置および１次回折光の入射範囲を示す平面図である。この平面図は図２５に示す位置ｃに紙面に垂直な受光面を定義したときに、この受光面の平面図を示しており、中心に描かれた点Ｚは光軸Ｚに相当する。また、実線の円ＥＥは、この受光面上に置かれた仮想的な瞳の輪郭を示しており、破線の円Ｇ１は、０次回折光の集光点の軌跡を示している。
【０２００】
前述したとおり、図２６(a) に破線の円で示す走査軌道Ｔに沿って光ビームを走査すると、０次回折光の集光点Ｅ１１〜Ｅ１４は図２６(b) に実線の円で示す瞳の輪郭ＥＥに沿って移動する。したがって、図２７に破線の円で示す軌跡Ｇ１は、図２６(a) に示す円形の走査軌道Ｔよりも直径の大きな走査軌道に沿って、媒体４５上をビーム走査した場合に得られる０次回折光の集光点の軌跡ということになる。この軌跡Ｇ１上の集光点Ｅ１１〜Ｅ１４は、瞳の輪郭ＥＥよりも十分に離れているため、０次回折光が瞳の内部に入射することはない。
【０２０１】
しかしながら、ホログラム再生像を形成する役割を果たす１次回折光の入射位置を考慮すると、０次回折光の集光点の軌跡Ｇ１が瞳の輪郭ＥＥから離れるほど、１次回折光は瞳の内部に入射しにくくなることがわかる。１次回折光は、０次回折光を所定の回折方向に所定の回折角度だけ曲げることによって得られる光であり、回折方向や回折角度は、空間光変調器８０上のホログラム（干渉縞パターン）によって定まる。ただ、前述したとおり、回折角度の上限は、ホログラム（干渉縞パターン）の解像度に依存し、液晶ディスプレイなどを空間光変調器８０として用いた場合、解像度の制限から十分な回折角度を確保することができない。
【０２０２】
図２７に一点鎖線で示されている円は、１次回折光の回折可能領域を示しており、その直径は、空間光変調器８０の解像度に基づいて定まる。たとえば、領域Ｃ１１は、０次回折光の集光点Ｅ１１を中心とする円になっているが、これは０次回折光が集光点Ｅ１１に集光するような光ビーム走査が行われている時点において、空間光変調器８０によって曲げられた１次回折光の到達可能範囲を示すものである。もちろん、実際の１次回折光の到達点は、空間光変調器８０上に形成されたホログラム（干渉縞パターン）によって定まるが、空間光変調器８０の解像度に限界があるため、領域Ｃ１１の範囲外に１次回折光が到達することはない。別言すれば、この空間光変調器８０は、集光点Ｅ１１に向かって進む光を、領域Ｃ１１の範囲外にまで回折する能力をもっていないことになる。
【０２０３】
図２７に示す例の場合、１次回折光の回折可能領域Ｃ１１は、瞳の輪郭ＥＥの内部を完全に覆うことはできず、一部にカバーしきれない部分が生じている。これは、０次回折光が集光点Ｅ１１に集光するような光ビーム走査が行われている時点において、瞳の内部に１次回折光が届かない領域が生じてしまうことを意味する。図示されている回折可能領域Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４についても同様であり、いずれの場合も、瞳の内部に１次回折光が届かない領域が生じてしまう。これは網膜上に結像する再生像に欠けが生じることを意味する。もちろん、光ビームの走査により再生像の欠け部分も時間的に変動するので、時間的に平均すれば、欠けのない再生像を観察することができるが、再生像に部分的な輝度差が生じてしまうことは避けられない。
【０２０４】
このような再生像の欠けを防ぐという観点からは、照明用ホログラム記録媒体４５上の光ビームＬ６０の走査軌道は、できるだけ内側に設定すればよいことになる。たとえば、図２８に示す例を見てみよう。この図２８も、図２７と同様に０次回折光の集光位置および１次回折光の入射範囲を示す平面図であり、実線の円ＥＥは仮想的な瞳の輪郭を示しており、破線の円Ｇ２は、０次回折光の集光点の軌跡を示している。ここで、図２８に示す軌跡Ｇ２は、図２７に示す軌跡Ｇ１に比べて、径の小さな円になっている。このような軌跡Ｇ２を得るためには、照明用ホログラム記録媒体４５上の光ビームＬ６０の円形走査軌道の径をより小さくすればよい。
【０２０５】
図２８に示す一点鎖線の円Ｃ１１〜Ｃ１４は、図２７と同様に１次回折光の回折可能領域を示すものである。空間光変調器８０の解像度に変わりはないので、当然ながら、図２８に示す円Ｃ１１〜Ｃ１４の径は、図２７に示す円Ｃ１１〜Ｃ１４の径に等しい。ただ、集光点Ｅ１１〜Ｅ１４の軌跡Ｇ２の径が小さくなったため、回折可能領域Ｃ１１〜Ｃ１４は、いずれも瞳の輪郭ＥＥの内部を十分にカバーしている。これは、空間光変調器８０の回折能力によって、瞳の内部の全領域に１次回折光を届けることができることを意味する。したがって、図２８に示す例の場合、再生像に欠けが生じることはなく、再生像に部分的な輝度差が生じることはない。
【０２０６】
結局、照明用ホログラム記録媒体４５上の光ビームＬ６０の走査軌道は、「０次回折光が瞳の内部に入射するのを避ける」という観点では、できるだけ外側に設定すればよいが、「１次回折光を瞳の内部の任意の位置に届け、再生像の欠けを防ぐ」という観点では、できるだけ内側に設定すればよいことになる。したがって、実用上は、両者のバランスをとって、適切な走査軌道を設定すればよい。なお、回折光には、−１次、２次、−２次などの多次回折光も存在するが、これらの回折光は０次や１次回折光に比べて強度が小さいため、実用上は、これら多次回折光の挙動は無視しても問題はない。
【０２０７】
図２９は、照明用ホログラム記録媒体４５に対する光ビームＬ６０の理想的な走査軌道Ｔ′を示す平面図である。上述したように、観察時に光源側のスペックル発生を避けるには、０次回折光が瞳の内部に入射するのを防ぐ必要があり、そのためには、立体画像の観察が行われると想定される視点Ｅの位置に仮想的な瞳を配置した場合に、「空間光変調器８０（表示用ホログラム記録媒体７５の場合も同様である）からの０次回折光が瞳の内部に入射する」という条件を満たす「照明用ホログラム記録媒４５上の光ビームＬ６０の照射範囲」を走査禁止領域と定め、光ビーム走査装置６０が、この走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うようにすればよい。なお、瞳の大きさには個人差があり、また、周囲の照明環境によって瞳孔の開閉状態は変化するので、仮想的な瞳の径としては、一般人の平均的な瞳孔径（たとえば、直径４．５ｍｍ程度）を採用すれば十分である。
【０２０８】
図２９に示す照射点Ｐ（ｔ０）は光軸Ｚ軸上の点であり、この照射点Ｐ（ｔ０）を中心として破線で描かれた円形の走査軌道Ｔは、図２６の走査軌道Ｔである。したがって、走査軌道Ｔの内部の領域が走査禁止領域ということになる。すなわち、この走査禁止領域内に光ビームＬ６０を照射すると、瞳の内部に０次回折光が入射することになる。ただ、光ビームＬ６０は幾何学的な線ではなく、幅をもったビームであるため、照明用ホログラム記録媒体４５に照射した場合、照射点Ｐを中心として一定の面積をもったスポットＡが形成される。そこで、図２９に示す例では、このスポットＡの半径に相当する距離だけ走査軌道Ｔから外側に位置する円形の走査軌道Ｔ′を設定し、この走査軌道Ｔ′に沿って照射点が移動するように光ビームＬ６０の走査を行うようにしている。
【０２０９】
もちろん、走査軌道Ｔ′の更に外側を通るような軌道に沿ってビーム走査を行ってもよいし、走査軌道は必ずしも円形の軌道にする必要はないが、上述したように、「１次回折光を瞳の内部の任意の位置に届け、再生像の欠けを防ぐ」という観点では、走査軌道はできるだけ内側に設定するのが好ましい。したがって、実用上は、光ビーム走査装置６０が、走査中に光ビームＬ６０のスポットＡが走査禁止領域（図２９に示す円Ｔの内部）に入らないように、走査禁止領域の外側に円形の走査軌道Ｔ′を設定し、光ビームＬ６０の中心軸がこの走査軌道Ｔ′に沿って周回運動するように走査を行うようにするのが好ましい。
【０２１０】
この走査軌道Ｔ′に沿ったビーム走査は、連続的な走査（軌道上をスポットＡが一定速度で連続的に移動する走査）にしてもよいし、断続的な走査（軌道上でスポットＡが移動と静止を繰り返す走査）にしてもよい。図２９に示す例は、円形の走査軌道Ｔ′上に等間隔に１２個の照射点Ｐ（ｔ１）〜Ｐ（ｔ１２）を設定し、断続的な走査を行う例である。すなわち、光ビームＬ６０は、時刻ｔ１に照射点Ｐ（ｔ１）に照射され、スポットＡ（ｔ１）を形成した状態でしばらく静止し、時刻ｔ２に照射点Ｐ（ｔ２）に移動し、スポットＡ（ｔ２）を形成した状態でしばらく静止し、... 、時刻ｔ１２に照射点Ｐ（ｔ１２）に移動し、スポットＡ（ｔ１２）を形成した状態でしばらく静止し、という動作を繰り返す。したがって、光ビームＬ６０のスポットＡが、時計の文字盤の１時〜１２時の位置を順にジャンプしながら移動することになる。
【０２１１】
§５で述べたように、空間光変調器８０を用いる実用的な実施形態の場合、この光ビームＬ６０の走査に同期して、空間光変調器８０に与える画像データが切り替えられる。たとえば、図２３に示す立体画像表示装置において、図２９に示す断続的な走査を行う場合であれば、画像データ格納部２５０内に１２組の画像データＰＩＣ（ｔ１）〜ＰＩＣ（ｔ１２）を用意しておき、制御装置２００によって、光ビーム走査装置６０による走査と、空間光変調器８０への画像データの提供とを同期させる制御を行うようにすればよい。
【０２１２】
図３０は、このような同期制御を説明するための表である。期間欄の「ｔ１〜」等の表示は、ビーム走査の各期間を示しており、たとえば、１行目の「ｔ１〜」は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の直前までの期間を示し、１２行目の「ｔ１２〜」は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１の直前までの期間を示している。この表の１行目〜１２行目に示す動作は、ビーム走査の１周期に相当し、実際には、このような周期動作が繰り返し実行されることになる。また、照射点欄の「Ｐ（ｔ１）」等の表示は、図２９に示す各照射点を示しており、スポット欄の「Ａ（ｔ１）」等の表示は、図２９に示す各スポットを示している。一方、画像データ欄の「ＰＩＣ（ｔ１）」等の表示は、当該期間に空間光変調器８０に提供される画像データを示している。これらの画像データは、前述したとおり、コンピュータによるシミュレーション演算によって、予め作成しておくことができる。
【０２１３】
図３０に示す表に基づく装置の動作は次のとおりである。まず、時刻ｔ１において、光ビームＬ６０は、照射点Ｐ（ｔ１）に照射され、スポットＡ（ｔ１）を形成した状態で時刻ｔ２の直前まで静止した状態になる。この期間に、空間光変調器８０には画像データＰＩＣ（ｔ１）が提供される。空間光変調器８０として液晶ディスプレイを用いた場合、画面には画像データＰＩＣ（ｔ１）に対応するホログラム（干渉縞パターン）が表示されることになる。当該ホログラムは、光ビームＬ６０を照射点Ｐ（ｔ１）の位置、すなわち、図２９における時計の文字盤の１時の位置に照射した場合に、正しい再生像ＦＦが得られるようなホログラムになっている。
【０２１４】
続いて、時刻ｔ２になると、光ビームＬ６０の照射位置は、照射点Ｐ（ｔ２）に移動し、スポットＡ（ｔ２）を形成した状態で時刻ｔ３の直前まで静止した状態になる。この期間に、空間光変調器８０には画像データＰＩＣ（ｔ２）が提供される。この画像データＰＩＣ（ｔ２）は、光ビームＬ６０を照射点Ｐ（ｔ２）の位置、すなわち、図２９における時計の文字盤の２時の位置に照射した場合に、正しい再生像ＦＦが得られるようなホログラムを形成するための画像データである。
【０２１５】
再生像ＦＦの形状や位置が同じでも、光ビームＬ６０の照射点が異なると、空間光変調器８０に与えられる再生用照明光の入射角度が異なるため、正しい再生像ＦＦを得るためのホログラムも若干異なることになる。図３０に示す例では、１２箇所に設定された個々の照射点ごとに、それぞれ異なる画像データ（ホログラム）が用意されており、照射点と画像データとを同期させる制御が行われるため、常に、正しい再生像ＦＦが得られるようになり、再生像のボケを防止することができる。しかも、空間光変調器８０に照射される再生用照明光の入射角度が時間的に変動するため、空間光変調器８０の表面で発生するスペックルノイズを抑制することができる。また、図２９に示す円Ｔの内部（走査禁止領域）を避けた光ビーム走査が行われるため、０次回折光が瞳の内部に入射することを防ぐことができ、光源側のスペックルノイズが観察されることを防ぐこともできる。
【０２１６】
図３１は、上述したような制御動作を行うことにより、スペックルの低減効果が得られた実験結果を示す表である。一般に、観察対象となる画像上に生じたスペックルの程度を示すパラメータとして、スペックルコントラスト（単位％）という数値を用いる方法が提案されている。このスペックルコントラストは、本来は均一の輝度分布をとるべきテストパターン画像を表示した際に、実際に観察される画像上に生じる輝度のばらつきの標準偏差を、輝度の平均値で除した値として定義される量である。このスペックルコントラストの値が大きければ大きいほど、観察される画像上のスペックル発生程度が大きいことを意味し、観察者に対して、斑点状の輝度ムラ模様がより顕著に提示されていることになる。
【０２１７】
図３１の表は、図２３に示す立体画像表示装置もしくはこれに対比するための従来の立体画像表示装置を利用して、本来は均一の輝度分布をとるべきテストパターン画像が観察される環境下において、スペックルコントラストを測定した結果を示すものである。測定例１〜３は、いずれも、緑色のレーザ光を射出することが可能な同一のＤＰＳＳレーザ装置をコヒーレント光源５０として用いた結果である。なお、測定例２，３で用いる照明用ホログラム記録媒体４５の拡散角（ホログラム記録媒体上の点から散乱板の再生像３５を望む最大角度）は、いずれの場合も２０°に設定されている。
【０２１８】
まず、測定例１として示す測定結果は、図２３に示す立体画像表示装置における光ビーム走査装置６０および照明用ホログラム記録媒体４５を省略し、コヒーレント光源５０からの光ビームＬ５０をビームエキスパンダーで広げて平行光束とし、この平行光束（レーザ平行光）を凸レンズ１１０で集光して空間光変調器８０に照射する測定系を用いて得られた結果である。より具体的には、この測定例１は、空間光変調器８０の位置にスクリーンを設置し、このスクリーン上に投影された無地テストパターンのスペックルコントラストの測定結果であり、空間光変調器８０に入射する照明光のスペックルコントラストに相当する。この場合、表に示すとおり、スペックルコントラスト２０．１％という結果が得られた。これは、視点Ｅから観察した場合に、斑点状の輝度ムラ模様がかなり顕著に観察できる状態であり、実用的な再生像の鑑賞には不適当なレベルである。
【０２１９】
一方、測定例２および３として示す測定結果は、いずれも図２３に示す立体画像表示装置を利用して照明を行った結果である（測定例１と同様、空間光変調器８０の位置に設置したスクリーン上のスペックルコントラストを示す）。ここで、測定例２は、照明用ホログラム記録媒体４５として、光学的な方法で作成された体積型ホログラムを利用した結果であり、測定例３は、照明用ホログラム記録媒体４５として、表面レリーフ型ＣＧＨを利用した結果である。いずれも４％に満たないスペックルコントラストが得られており、これは肉眼観察した場合に、輝度ムラ模様がほとんど観察できない極めて良好な状態である（一般に、スペックルコントラスト値が５％以下であれば、観察者に不快感が生じないとされている）。したがって、照明用ホログラム記録媒体４５として、光学的な方法で作成された体積型ホログラムを利用した場合も、表面レリーフ型ＣＧＨを利用した場合も、実用的に十分な立体画像表示装置を構成することができる。測定例２の結果（３．０％）が、測定例３の結果（３．７％）よりも良好になった理由は、原画像となる実在の散乱板３０の解像度が、仮想の散乱板３０′（図２２に示す点光源の集合体）の解像度よりも高いためと考えられる。
【０２２０】
最後の測定例４として示す測定結果は、緑色のＬＥＤ光源からの光を凸レンズ１１０で集光して空間光変調器８０に照射する測定系を用いて得られた結果である（この測定結果も、測定例１と同様、空間光変調器８０の位置に設置したスクリーン上のスペックルコントラストを示す）。そもそもＬＥＤ光源は、コヒーレント光源ではないので、スペックルの発生という問題を考慮する必要はなく、表に示すとおり、スペックルコントラスト４．０％という良好な結果が得られた。非コヒーレント光を用いた測定例４の結果が、コヒーレント光を用いた測定例２，３の結果に劣る理由は、ＬＥＤ光源が発する光自体に輝度ムラが生じていたためと考えられる。
【０２２１】
＜＜＜  §８．  その他の変形例  ＞＞＞
ここでは、これまで説明してきた種々の実施形態および変形例について、更なる変形例をいくつか述べておく。
【０２２２】
＜§８−１：ハーフミラーを追加した変形例＞
図３２は、図２３に示す変形例にハーフミラー１５０を付加した変形例を示す側面図である。図３２には、説明の便宜上、主要な光学的な構成要素のみが示されているが、実際には、図示の構成要素の他に、コヒーレント光源５０，制御装置２００，画像データ格納部２５０が設けられる。
【０２２３】
図示のとおり、この変形例では、視点Ｅの位置と空間光変調器８０との間に、凸レンズ１１０の光軸Ｚに対して傾斜した反射面を有するハーフミラー１５０が配置されている。このようにハーフミラー１５０を配置すると、本来、視点Ｅの近傍に届くはずであった光の一部は、ハーフミラー１５０で反射し、別な視点Ｅ′の近傍に導かれる。図では、参考のため、照射点Ｐ（ｔ１）から発せられた０次回折光の光路を一点鎖線で示し、照射点Ｐ（ｔ２）から発せられた０次回折光の光路を二点鎖線で示してある。０次回折光の一部はハーフミラー１５０を透過して、視点Ｅ近傍の集光点Ｅ１，Ｅ２に収束するが、別な一部はハーフミラー１５０で反射して、別な視点Ｅ′近傍の集光点Ｅ１′，Ｅ２′に収束する。
【０２２４】
この変形例では、観察者は別な視点Ｅ′から観察を行うことができる。その場合、観察者には、再生像ＦＦの代わりに、再生像ＦＦ′が観察されることになる。しかも、この再生像ＦＦ′は、照明用ホログラム記録媒体４５の配置方向とは異なる方向に存在する背景Ｂｋに重なった状態で観察される。したがって、所望の背景Ｂｋ上に立体画像の再生像ＦＦ′が形成される、という特殊効果を得ることができる。
【０２２５】
なお、このハーフミラー１５０を付加する変形例は、もちろん、空間光変調器８０の代わりに表示用ホログラム記録媒体７５を用いた実施形態に対しても適用可能である。
【０２２６】
＜§８−２：カラー画像を表示する変形例＞
これまで述べてきた実施形態は、いずれも単色のレーザ光源をコヒーレント光源５０として用いた立体画像表示装置の例であり、観察者に表示される再生像ＦＦは、このレーザの色に対応するモノクロ画像ということになる。しかしながら、一般的な立体画像表示装置では、カラー画像を表示できることが望ましい。そこで、ここでは、カラー画像を表示可能な立体画像表示装置の構成例を説明する。
【０２２７】
（１）  第１の構成例
カラー画像を表示するには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色を定め、これら各原色の個別画像を合成して表示すればよい。ここに示す第１の構成例は、図２３に示す再生用照明光生成部１００におけるコヒーレント光源５０として、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色の成分を時分割合成した合成光ビームを生成する光源を採用し、三原色の成分を含む再生用照明光を空間光変調器８０に照射する方法を採る。
【０２２８】
図３３は、そのようなコヒーレント光源５０の一例を示す構成図である。この装置は、赤，緑，青の三原色を合成して白色の光ビームを生成する機能を有する。すなわち、赤色レーザ光源５０Ｒが発生する赤色レーザビームＬ（Ｒ）と、緑色レーザ光源５０Ｇが発生する緑色レーザビームＬ（Ｇ）とを、ダイクロイックプリズム１５で合成し、更に、青色レーザ光源５０Ｂが発生する青色レーザビームＬ（Ｂ）をダイクロイックプリズム１６で合成することにより、白色の合成光ビームＬ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を生成することができる。もっとも、後述するように、各レーザ光源５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂは時分割動作を行うため、ある１時点を捉えると、合成光ビームＬ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は白色ではなく、赤，緑，青のいずれか１色の光ビームになる。
【０２２９】
一方、図２３に示す光ビーム走査装置６０は、こうして生成された合成光ビームＬ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を屈曲させてホログラム記録媒体４５上で走査すればよい。ホログラム記録媒体４５には、予め、上記３台のレーザ光源５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂが発生するレーザビームＬ（Ｒ），Ｌ（Ｇ），Ｌ（Ｂ）と同一波長（もしくは近似波長）の光をそれぞれ用いて、散乱板３０の像３５を３通りのホログラムとして記録しておくようにする。そうすれば、ホログラム記録媒体４５からは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分についてそれぞれ回折光が得られ、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分についての再生像３５が同じ位置に生成されることになり、白色の再生像が得られる。
【０２３０】
なお、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光を用いて散乱板３０の像が記録されたホログラム記録媒体を作成するには、たとえば、Ｒ色の光に感光する色素、Ｇ色の光に感光する色素、Ｂ色の光に感光する色素が一様に分布したホログラム感光媒体と、上記合成光ビームＬ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とを用いてホログラムを記録するプロセスを行えばよい。また、Ｒ色の光に感光する第１の感光層、Ｇ色の光に感光する第２の感光層、Ｂ色の光に感光する第３の感光層を積層した３層構造からなるホログラム感光媒体を用いてもよい。あるいは、上記３つの感光層をそれぞれ別々の媒体として用意しておき、それぞれ対応する色の光を用いてホログラムの記録を別個に行い、最後に、この３層を貼り合わせて、３層構造をもつホログラム記録媒体を構成してもよい。
【０２３１】
結局、図２３に示す空間光変調器８０には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分を含んだ照明光が時分割されて供給されることになる。そこで、画像データ格納部２５０内には、Ｒ，Ｇ，Ｂの色成分ごとの画像データを用意しておき、制御装置２００が、これらの画像データを時分割して空間光変調器８０に供給する制御動作を行うようにする。また、制御装置２００は、光ビーム走査装置６０に対する走査制御を行うとともに、各レーザ光源５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂが時分割動作を行うような同期制御を行うようにする。
【０２３２】
図３４は、このような同期制御を説明するための表である。図３０に示す表と同様に、期間欄の「ｔ１〜」等の表示は、ビーム走査の各期間を示しており、たとえば、「ｔ１〜」は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の直前までの期間を示している。ただ、当該期間は、更に、「ｔ１Ｒ〜」，「ｔ１Ｇ〜」，「ｔ１Ｂ〜」という小期間に３等分されている。ここで、小期間「ｔ１Ｒ〜」は、時刻ｔ１Ｒ（＝時刻ｔ１）から時刻ｔ１Ｇの直前までの期間であり、小期間「ｔ１Ｇ〜」は、時刻ｔ１Ｇから時刻ｔ１Ｂの直前までの期間であり、小期間「ｔ１Ｂ〜」は、時刻ｔ１Ｂから時刻ｔ２Ｒ（＝時刻ｔ２）の直前までの期間である。
【０２３３】
また、図３０に示す表と同様に、照射点欄の「Ｐ（ｔ１）」等の表示は、図２９に示す各照射点を示しており、スポット欄の「Ａ（ｔ１）」等の表示は、図２９に示す各スポットを示している。図３４の表には、新たに、レーザ光源欄が付加されており、各レーザ光源５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの時分割動作が示されている。このレーザ光源欄に「ＯＮ」と記載されている期間は、当該レーザ光源がＯＮになって動作している期間を示す。レーザ光源欄が空欄となっている期間は、当該レーザ光源がＯＦＦ状態となっていることを示しており、当該期間中、レーザ光は照射されない。
【０２３４】
一方、画像データ欄の「ＰＩＣ（ｔ１Ｒ）」，「ＰＩＣ（ｔ１Ｇ）」，「ＰＩＣ（ｔ１Ｂ）」等の表示は、各期間に空間光変調器８０に提供される画像データを示している。ここで、末尾にＲが記されている画像データはカラー立体画像の赤色成分を再生するホログラムを形成するための画像データであり、末尾にＧが記されている画像データはカラー立体画像の緑色成分を再生するホログラムを形成するための画像データであり、末尾にＢが記されている画像データはカラー立体画像の青色成分を再生するホログラムを形成するための画像データである。これらの画像データも、コンピュータによるシミュレーション演算によって、予め作成しておくことができる。
【０２３５】
図３４に示す表に基づく装置の動作は次のとおりである。まず、期間「ｔ１〜」の間、光ビームＬ６０は、照射点Ｐ（ｔ１）に照射され、スポットＡ（ｔ１）を形成する。ただ、この期間「ｔ１〜」は、「ｔ１Ｒ〜」，「ｔ１Ｇ〜」，「ｔ１Ｂ〜」という小期間に分けられており、小期間「ｔ１Ｒ〜」の間、レーザ光源５０ＲのみがＯＮになる。したがって、空間光変調器８０には、赤色の再生用照明光のみが照射される。このとき、空間光変調器８０には、画像データＰＩＣ（ｔ１Ｒ）が与えられており、カラー立体画像の赤色成分が再生されることになる。続く小期間「ｔ１Ｇ〜」の間は、レーザ光源５０ＧのみがＯＮになり、空間光変調器８０には、緑色の再生用照明光のみが照射される。このとき、空間光変調器８０には、画像データＰＩＣ（ｔ１Ｇ）が与えられており、カラー立体画像の緑色成分が再生されることになる。更に、小期間「ｔ１Ｂ〜」の間は、レーザ光源５０ＢのみがＯＮになり、空間光変調器８０には、青色の再生用照明光のみが照射される。このとき、空間光変調器８０には、画像データＰＩＣ（ｔ１Ｂ）が与えられており、カラー立体画像の青色成分が再生されることになる。
【０２３６】
このように、光ビームＬ６０が照射点Ｐ（ｔ１）に留まる期間「ｔ１〜」を３つの小期間に分割し、各小期間において各色成分の再生像を順番に再生するという時分割方式を採ることにより、観察者にカラー立体画像を提示することが可能になる。
【０２３７】
結局、この第１の構成例では、コヒーレント光源５０を、それぞれ三原色の各波長をもった単色光のレーザビームを発生する３台のレーザ光源５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂと、これら３台のレーザ光源が発生したレーザビームを合成して合成光ビームを生成する光合成器１５，１６と、によって構成し、光ビーム走査装置６０が、この光合成器が生成した合成光ビームを照明用ホログラム記録媒体４５上で走査するような構成を採っていることになる。しかも、照明用ホログラム記録媒体４５には、３台のレーザ光源が発生する各レーザビームによってそれぞれ再生像が得られるように、散乱板３０の像が３通りのホログラムとして記録されている。
【０２３８】
また、画像データ格納部２５０には、複数Ｎ通り（上例は、Ｎ＝１２の例）の各照射点に対応して、三原色のそれぞれについて、合計（３×Ｎ）通りの単色画像データが格納されており、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の照射点に対応した第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の単色画像データは、第ｉ番目の照射点からの第ｊ番目の単色光の再生用照明光が空間光変調器８０に与えられた場合に、表示対象となる立体画像の第ｊ番目の原色についてのホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データとなっている。
【０２３９】
そして、制御装置２００は、複数Ｎ通りの照射点に光ビームＬ６０が順に照射されるように、光ビーム走査装置６０に対して走査制御信号を与えるとともに、複数Ｎ通りの照射点に対応した各単色画像データを空間光変調器８０に与え、かつ、光ビーム走査装置６０が第ｉ番目の照射点に光ビームＬ６０を照射させる走査を行っているときに、第ｉ番目の各単色画像データが順番に空間光変調器８０に与えられるようにし、しかも、空間光変調器８０に第ｊ番目の単色画像データが与えられているときに、第ｊ番目の単色光を発生するレーザ光源のみが選択的に動作するよう、各レーザ光源に対して動作制御信号を与える同期制御を行うことになる。
【０２４０】
（２）  第２の構成例
カラー画像を表示するための第２の構成例は、これまで述べてきた単色用の立体画像表示装置を３組用意し、それぞれ各原色の再生像を形成し、これらを合成して観察者に提示するものである。
【０２４１】
図３５は、この第２の構成例を示す配置図である。図示のとおり、この装置は、赤色ユニット５００Ｒ，緑色ユニット５００Ｇ，青色ユニット５００Ｂという３組の立体画像表示装置と、これら３組の立体画像表示装置によって形成された再生像を合成する合成光学系５５０と、を備えている。ここで、第ｊ番目（１≦ｊ≦３）の立体画像表示装置は、三原色のうちの第ｊ番目の原色の波長をもった単色光のレーザビームを発生させるコヒーレント光源を用いることにより、第ｊ番目の原色の立体画像の再生像を形成する機能を有している。一方、合成光学系５５０は、たとえば、クロスダイクロイックプリズムなどの光学系によって構成され、三原色の各再生像を合成することによりカラー立体画像の再生像を形成する機能を有している。
【０２４２】
観察者は、視点Ｅの位置において、合成光学系５５０によって合成されたカラー立体画像の再生像を観察することができる。
【０２４３】
＜§８−３：光ビーム走査装置の変形例＞
これまで述べた実施形態では、再生用照明光生成部１００内の光ビーム走査装置６０が、光ビームを所定の走査基点Ｂで屈曲させ、この屈曲態様（屈曲の方向と屈曲角度の大きさ）を時間的に変化させることにより、屈曲された光ビームを走査する方式をとっていたが、光ビーム走査装置６０の走査方法は、光ビームを走査基点Ｂで屈曲させる方法に限定されるものではない。
【０２４４】
たとえば、光ビームを平行移動させるような走査方法を採ることも可能である。ただ、その場合は、照明用ホログラム記録媒体４５に対する散乱板３０の記録方法も変更する必要がある。すなわち、感光媒体４０に対して、平行光束からなる参照光Ｌref を照射し、散乱板３０からの物体光Ｌobj との干渉縞の情報を記録するようにする。図３６は、そのような方法で作成された照明用ホログラム記録媒体４６を用いた再生用照明光生成部１００Ａの側面図である。図示のとおり、この再生用照明光生成部１００Ａは、照明用ホログラム記録媒体４６、コヒーレント光源５０、光ビーム走査装置６５によって構成されている。
【０２４５】
ここで、照明用ホログラム記録媒体４６には、上述したとおり、平行光束からなる参照光Ｌref を利用して、散乱板３０の像３５がホログラムとして記録されている。また、コヒーレント光源５０は、照明用ホログラム記録媒体４６を作成する際に用いた光（物体光Ｌobj および参照光Ｌref ）の波長と同一波長（もしくは、ホログラムの再生が可能な近似波長）をもつコヒーレントな光ビームＬ５０を発生させる光源である。
【０２４６】
一方、光ビーム走査装置６５は、コヒーレント光源５０が発生した光ビームＬ５０を照明用ホログラム記録媒体４６に照射する機能を有するが、このとき、ホログラムの記録プロセスで用いた参照光Ｌref に平行になる方向から光ビームＬ６５が照明用ホログラム記録媒体４６に照射されるように走査を行う。より具体的には、光ビームＬ６５を平行移動させながら照明用ホログラム記録媒体４６に照射することにより、光ビームＬ６５の照明用ホログラム記録媒体４６に対する照射位置が時間的に変化するように走査する。
【０２４７】
このような走査を行う光ビーム走査装置６５は、たとえば、可動反射鏡６６と、この可動反射鏡６６を駆動する駆動機構とによって構成することができる。すなわち、図３６に示すように、コヒーレント光源５０が発生した光ビームＬ５０を受光可能な位置に可動反射鏡６６を配置し、この可動反射鏡６６を光ビームＬ５０の光軸に沿って摺動させる駆動機構を設けておけばよい。なお、実用上は、ＭＥＭＳを利用したマイクロミラーデバイスにより、上記機能と同等の機能をもった光ビーム走査装置６５を構成することができる。あるいは、図１３に示す光ビーム走査装置６０によって走査基点Ｂの位置で屈曲された光ビームＬ６０を、走査基点Ｂに焦点をもつ凸レンズに通すことによっても、平行に移動する光ビームを生成することができる。
【０２４８】
図３６に示す例の場合、可動反射鏡６６で反射した光ビームＬ６５の照射を受けた照明用ホログラム記録媒体４６は、記録された干渉縞に基づく回折光を発生し、この回折光によって、散乱板３０の再生像３５が生成される。再生用照明光生成部１００Ａは、こうして得られる再生像３５の再生光を再生用照明光として利用した照明を行うことになる。
【０２４９】
図３６では、説明の便宜上、時刻ｔ１における光ビームの位置を一点鎖線で示し、時刻ｔ２における光ビームの位置を二点鎖線で示している。すなわち、時刻ｔ１では、光ビームＬ５０は、可動反射鏡６６（ｔ１）の位置で反射し、光ビームＬ６５（ｔ１）として照明用ホログラム記録媒体４６の照射点Ｐ（ｔ１）に照射されるが、時刻ｔ２では、光ビームＬ５０は、可動反射鏡６６（ｔ２）の位置で反射し（図示の可動反射鏡６６（ｔ２）は、可動反射鏡６６（ｔ１）が移動したものである）、光ビームＬ６５（ｔ２）として照明用ホログラム記録媒体４６の照射点Ｐ（ｔ２）に照射される。
【０２５０】
図には、便宜上、時刻ｔ１，ｔ２の２つの時点における走査態様しか示されていないが、実際には、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、光ビームＬ６５は図の左右に平行移動し、光ビームＬ６５の照明用ホログラム記録媒体４６に対する照射位置は、図の照射点Ｐ（ｔ１）〜Ｐ（ｔ２）へと徐々に移動してゆくことになる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、光ビームＬ６５の照射位置は、照明用ホログラム記録媒体４６上において照射点Ｐ（ｔ１）〜Ｐ（ｔ２）へと走査されることになる。ここでは、光ビームＬ６５を一次元方向（図の左右方向）に平行移動する例を述べたが、もちろん、光ビーム６５を図の紙面に垂直な方向にも平行移動させる機構（たとえば、ＸＹステージ上に反射鏡を配置した機構）を設けておけば、二次元方向に平行移動させることが可能になる。
【０２５１】
ここで、光ビームＬ６５は、ホログラムの記録プロセスで用いた参照光Ｌref に常に平行になるように走査されるので、光ビームＬ６５は、照明用ホログラム記録媒体４６の各照射位置において、そこに記録されているホログラムを再生するための正しい再生用照明光Ｌrep として機能する。
【０２５２】
たとえば、時刻ｔ１では、照射点Ｐ（ｔ１）からの回折光Ｌ４６（ｔ１）によって、散乱板３０の再生像３５が生成され、時刻ｔ２では、照射点Ｐ（ｔ２）からの回折光Ｌ４６（ｔ２）によって、散乱板３０の再生像３５が生成される。もちろん、時刻ｔ１〜ｔ２の期間においても、光ビームＬ６５が照射された個々の位置からの回折光によって、同様に散乱板３０の再生像３５が生成される。すなわち、光ビームＬ６５が平行移動走査を受ける限り、照明用ホログラム記録媒体４６上のどの位置に光ビームＬ６５が照射されたとしても、照射位置からの回折光によって、同一の再生像３５が同一位置に生成されることになる。
【０２５３】
結局、この図３６に示す再生用照明光生成部１００Ａでは、光ビーム走査装置６５が、光ビームＬ６５を平行移動させながら照明用ホログラム記録媒体４６に照射することにより、光ビームＬ６５の照明用ホログラム記録媒体４６に対する照射位置を時間的に変化させる機能を果たす。しかも、照明用ホログラム記録媒体４６には、平行光束からなる参照光を用いて散乱板３０の像がホログラムとして記録されており、光ビーム走査装置６５が、この参照光に平行になる方向から光ビームＬ６５を照明用ホログラム記録媒体４６に照射して、光ビームの走査を行うことになる。その結果、常に同一の再生像３５を同一位置に生成することができ、図１３に示す再生用照明光生成部１００と同様に、再生像３５によって表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０を照明することができる。もちろん、図２９に示す例のように、円形の走査軌道に沿って平行な光ビーム走査を行うことも可能である。この場合は、たとえば、円錐状に走査した光ビームを凸レンズ等で屈曲する光学系を利用したり、図３６に示す光ビーム走査装置６５における可動反射鏡６６を二次元的に駆動する機構を用意したりすればよい。
【０２５４】
要するに、本発明では、照明用ホログラム記録媒体に、所定光路に沿って照射される参照光を用いて散乱板の像をホログラムとして記録しておき、光ビーム走査装置によって、このホログラム記録媒体に対する光ビームの照射方向が参照光の光路に沿った方向（光学的に共役な方向）になるように、光ビームの走査を行うようにすればよい。なお、光ビーム走査装置としては、この他にも、走査型ミラーデバイス、全反射プリズム、屈折プリズム、電気光学結晶などを利用することが可能である。
【０２５５】
＜§８−４：マイクロレンズアレイを用いた変形例＞
これまで述べた実施形態は、散乱板３０のホログラム像が記録された照明用ホログラム記録媒体４５，４６を用意し、この照明用ホログラム記録媒体４５，４６に対して、コヒーレント光を走査し、得られる回折光を再生用照明光として利用するものであった。ここでは、この照明用ホログラム記録媒体の代わりに、マイクロレンズアレイを利用した変形例を述べる。
【０２５６】
図３７は、このマイクロレンズアレイを利用した再生用照明光生成部の変形例の側面図である。この変形例に係る再生用照明光生成部１００Ｂは、マイクロレンズアレイ４８、コヒーレント光源５０、光ビーム走査装置６０によって構成されている。コヒーレント光源５０は、これまで述べてきた実施形態と同様に、コヒーレントな光ビームＬ５０を発生させる光源であり、具体的には、レーザ光源を用いることができる。
【０２５７】
また、光ビーム走査装置６０は、これまで述べてきた実施形態と同様に、コヒーレント光源５０が発生した光ビームＬ５０の走査を行う装置である。より具体的には、光ビームを走査基点Ｂで屈曲させてマイクロレンズアレイ４８に照射する機能を有し、しかも、光ビームＬ５０の屈曲態様を時間的に変化させることにより、光ビームＬ６０のマイクロレンズアレイ４８に対する照射位置が時間的に変化するように走査する。
【０２５８】
一方、マイクロレンズアレイ４８は、多数の個別レンズの集合体からなる光学素子である。このマイクロレンズアレイ４８を構成する個別レンズは、それぞれが、走査基点Ｂから入射した光を屈折させ、所定位置に配置された照明対象物９０の受光面（ここでは基準面Ｒと呼ぶ）上に所定の照射領域Ｉを形成する機能を有している。しかも、いずれの個別レンズによって形成される照射領域Ｉも、基準面Ｒ上において同一の共通領域となるように構成されている。このような機能をもったマイクロレンズアレイとしては、たとえば、「フライアイレンズ」と呼ばれるものが市販されている。
【０２５９】
図３８は、図３７に示す再生用照明光生成部１００Ｂの動作原理を示す側面図である。ここでも、説明の便宜上、光ビームＬ６０の時刻ｔ１における屈曲態様を一点鎖線で示し、時刻ｔ２における屈曲態様を二点鎖線で示している。すなわち、時刻ｔ１では、光ビームＬ５０は走査基点Ｂで屈曲し、光ビームＬ６０（ｔ１）としてマイクロレンズアレイ４８の下方に位置する個別レンズ４８−１に入射する。この個別レンズ４８−１は、走査基点Ｂから入射した光ビームについては、これを広げて、照明対象物９０の基準面Ｒ上の二次元照射領域Ｉに照射する機能を有する。したがって、照明対象物９０の基準面Ｒには、図示のように照射領域Ｉが形成される。
【０２６０】
また、時刻ｔ２では、光ビームＬ５０は走査基点Ｂで屈曲し、光ビームＬ６０（ｔ２）としてマイクロレンズアレイ４８の上方に位置する個別レンズ４８−２に入射する。この個別レンズ４８−２は、走査基点Ｂから入射した光ビームについては、これを広げて、照明対象物９０の基準面Ｒ上の二次元照射領域Ｉに照射する機能を有する。したがって、時刻ｔ２においても、照明対象物９０の基準面Ｒには、図示のように照射領域Ｉが形成される。
【０２６１】
図には、便宜上、時刻ｔ１，ｔ２の２つの時点における動作状態しか示されていないが、実際には、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、光ビームの屈曲方向は滑らかに変化し、光ビームＬ６０のマイクロレンズアレイ４８に対する照射位置は、図の下方から上方へと徐々に移動してゆくことになる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間において、光ビームＬ６０の照射位置は、マイクロレンズアレイ４８上で上下に走査されることになる。もちろん、マイクロレンズアレイ４８として、多数の個別レンズが二次元的に配置されたものを用いた場合は、光ビーム走査装置６０によって、この二次元配列上で光ビームが走査されるようにすればよい。
【０２６２】
上述したマイクロレンズアレイ４８の性質から、光ビームＬ６０がどの個別レンズに入射したとしても、基準面Ｒ上に形成される二次元照射領域Ｉは共通になる。すなわち、光ビームの走査状態にかかわらず、基準面Ｒには、常に同一の照射領域Ｉが形成されることになる。したがって、照明対象物９０として、表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０（液晶ディスプレイ）を配置し、その光変調面（ホログラム記録面）が上記基準面Ｒの照射領域Ｉ内に位置するようにすれば、光変調面には常に再生用照明光が照射された状態になり、ホログラムとして記録されていた立体画像を再生することができる。すなわち、照明対象物９０として配置された表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０は、マイクロレンズアレイ４８から得られる屈折光を再生用照明光として、立体画像の再生像を形成することができる。
【０２６３】
なお、実用上は、個別レンズによって生じる照射領域Ｉが完全に同一でなく、多少ずれていたとしても、少なくとも光変調面の領域内に対して、常に再生用照明光が照射された状態になっていれば、立体画像を再生する上で問題は生じない。また、図の照明対象物９０の位置に表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０を配置する代わりに、照射領域Ｉ内に照射される再生用照明光を凸レンズなどの光学系で集光した後に、この光学系を通った再生用照明光を表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０に照射するようにしてもよい。
【０２６４】
結局、ここに示す再生用照明光生成部１００Ｂの場合、光ビーム走査装置６０は、光ビームＬ６０をマイクロレンズアレイ４８に照射し、かつ、光ビームＬ６０のマイクロレンズアレイ４８に対する照射位置が時間的に変化するように走査する機能をもっている。一方、マイクロレンズアレイ４８を構成する個別レンズは、それぞれが、光ビーム走査装置６０から照射された光を屈折させ、照明対象物９０の基準面Ｒ上に所定の照射領域Ｉを形成する機能を有しており、この照射領域Ｉ内に照射される再生用照明光を用いて、表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０上のホログラムを再生することにより、再生像が得られることになる。したがって、マイクロレンズアレイ４８を構成する各個別レンズからの屈折光Ｌ４８によって形成される各照射領域Ｉは、表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０上のホログラムを再生するのに必要な再生用照明光が得られる位置およびサイズに設定されていればよい。もちろん、ホログラム再生に必要な再生用照明光が得られるのであれば、各個別レンズによって形成される各照射領域Ｉは、完全に同一の共通領域である必要はなく、相互に多少のずれが生じていてもかまわないが、ずれが大きければ大きいほど、照明エネルギーが無駄に使われることになるので好ましくない。したがって、実用上は、いずれの個別レンズによって形成される照射領域Ｉも、基準面Ｒ上においてほぼ同一の共通領域（表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０に対する効率的な照明が可能になる程度に互いに重複した領域）となるように構成するのが好ましい。
【０２６５】
この再生用照明光生成部１００Ｂを用いた場合も、これまで述べてきた実施形態と同様に、再生用照明光の入射角度は、時間的に多重化されることになり、スペックルの発生が抑制される。
【０２６６】
＜§８−５：光拡散素子を用いた変形例＞
これまで、散乱板３０のホログラム像が記録された照明用ホログラム記録媒体４５，４６を用いて再生用照明光生成部１００，１００Ａを構成した例を説明し、更に、上記＜§８−４＞では、照明用ホログラム記録媒体４５，４６の代わりにマイクロレンズアレイ４８を用いて再生用照明光生成部１００Ｂを構成した例を説明した。これらの再生用照明光生成部において、照明用ホログラム記録媒体やマイクロレンズアレイは、結局のところ、入射した光ビームを拡散して所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有する光拡散素子の役割を果たしていることになる。しかも、当該光拡散素子は、光ビームの入射位置にかかわらず、形成される照射領域が、基準面上において同一の共通領域となる、という特徴を有している。
【０２６７】
したがって、本発明に係る立体画像表示装置に用いられる再生用照明光生成部を構成するには、必ずしも上述した照明用ホログラム記録媒体やマイクロレンズアレイを用いる必要はなく、一般的に、上記特徴を有する光拡散素子を用いて構成することができる。
【０２６８】
要するに、本発明に係る立体画像表示装置に用いられる再生用照明光生成部は、本質的には、コヒーレントな光ビームを発生させるコヒーレント光源と、この光ビームの向きもしくは位置またはその双方を制御することにより、ビーム走査を行う光ビーム走査装置と、入射した光ビームを拡散して射出する光拡散素子と、を用いることによって構成することができる。
【０２６９】
ここで、光ビーム走査装置は、コヒーレント光源が発生した光ビームを、光拡散素子に向けて射出し、かつ、当該光ビームの光拡散素子に対する入射位置が時間的に変化するように走査する機能を有していればよい。また、光拡散素子は、入射した光ビームを拡散して所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有し、かつ、光ビームの入射位置にかかわらず、形成される照射領域が、基準面上においてほぼ同一の共通領域（表示用ホログラム記録媒体７５や空間光変調器８０に対する効率的な照明が可能になる程度に互いに重複した領域）となるように構成されていればよい。このような光拡散素子から得られる拡散光は、再生用照明光として、表示用ホログラム記録媒体や空間光変調器に与えられ、立体画像の再生像が形成されることになる。
【０２７０】
もちろん、空間光変調器８０を用いて再生像を形成する場合は、これまで述べた実施形態と同様に、画像データ格納部２５０に、複数Ｎ通りの照射点にそれぞれ対応した複数Ｎ通りの画像データを格納しておき、光ビーム走査装置６０による複数Ｎ通りの照射点を走査する動作に同期させて、対応する画像データを空間光変調器８０に提供する制御を行うことになる。
【０２７１】
＜＜＜  §９．  本発明に係る立体画像表示方法  ＞＞＞
最後に、本発明を、ホログラムとして記録された立体画像を再生して表示する立体画像表示方法として捉え、その概要を簡単に述べておく。
【０２７２】
まず、再生用照明光を生成する手段として、照明用ホログラム記録媒体を用いる実施形態の場合、本発明に係る立体画像表示方法は、散乱板の像をホログラムとして記録用媒体上に記録することにより照明用ホログラム記録媒体を作成する照明用ホログラム準備段階と、この照明用ホログラム記録媒体から得られる散乱板の像の再生光を再生用照明光として与えることにより、表示対象となる立体画像を再生する機能をもった表示用ホログラム記録媒体もしくはこれと同等の回折機能を有する空間光変調器を配置する表示用ホログラム準備段階と、散乱板の再生像を得るのに適したコヒーレントな光ビームを、照明用ホログラム記録媒体上に、散乱板の再生像を得るのに適した方向から照射し、かつ、照射位置が時間的に変化するように光ビームを照明用ホログラム記録媒体上で走査するホログラム再生段階と、によって構成される。
【０２７３】
また、再生用照明光を生成する手段として、マイクロレンズアレイを用いる実施形態の場合、本発明に係る立体画像表示方法は、それぞれ特定方向から照射された光ビームを屈折させ、所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有する多数の個別レンズの集合体からなり、かつ、いずれの個別レンズによって形成される照射領域も、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されているマイクロレンズアレイを用意するマイクロレンズアレイ準備段階と、このマイクロレンズアレイから得られる屈折光を再生用照明光として与えることにより、表示対象となる立体画像を再生する機能をもった表示用ホログラム記録媒体もしくはこれと同等の回折機能を有する空間光変調器を配置する表示用ホログラム準備段階と、立体画像を再生するのに適した波長をもったコヒーレントな光ビームを、マイクロレンズアレイに特定方向から照射し、かつ、光ビームのマイクロレンズアレイに対する照射位置が時間的に変化するように走査するホログラム再生段階と、によって構成される。
【０２７４】
更に、再生用照明光を生成する手段として、光拡散素子を用いる実施形態の場合、本発明に係る立体画像表示方法は、特定方向から入射した光ビームを拡散させて所定の基準面上に所定の照射領域を形成する機能を有し、かつ、光ビームの入射位置にかかわらず、形成される照射領域が、基準面上においてほぼ同一の共通領域となるように構成されている光拡散素子を用意する光拡散素子準備段階と、この光拡散素子から得られる拡散光を再生用照明光として与えることにより、表示対象となる立体画像を再生する機能をもった表示用ホログラム記録媒体もしくはこれと同等の回折機能を有する空間光変調器を配置する表示用ホログラム準備段階と、立体画像を再生するのに適した波長をもったコヒーレントな光ビームを、光拡散素子に照射し、かつ、光ビームの光拡散素子に対する照射位置が時間的に変化するように走査するホログラム再生段階と、によって構成される。
【０２７５】
そして、上述した立体画像表示方法における表示用ホログラム準備段階で、複数Ｎ通りのホログラムの画像データと、再生用照明光を与えることにより画像データに応じたホログラム再生像を形成する空間光変調器を用意した場合は、ホログラム再生段階では、複数Ｎ通りの照射点に光ビームが順に照射されるように走査を行い、第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の照射点に光ビームが照射されているときに、空間光変調器が第ｉ番目の画像データに応じたホログラム再生像を形成するようにし、第ｉ番目の画像データとして、第ｉ番目の照射点からの再生用照明光が空間光変調器に与えられた場合に、表示対象となる立体画像のホログラム再生像を所定位置に形成するホログラムの画像データを用いるようにすればよい。
【０２７６】
また、０次回折光が瞳の内部に入射することにより光源側のスペックルが観察されるのを避けるためには、立体画像の観察が行われると想定される視点の位置に仮想的な瞳を配置し、「表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器からの０次回折光がこの瞳の内部に入射する」という条件を満たす光ビームの照射範囲を走査禁止領域と定め、ホログラム再生段階で、当該走査禁止領域を避けて光ビームの走査を行うようにすればよい。
【０２７７】
更に、立体画像の観察が行われると想定される視点の近傍に光を集光する機能をもった光学系により集光した再生用照明光を表示用ホログラム記録媒体もしくは空間光変調器に与えるようにすれば、立体画像の再生に寄与する回折光を視点位置に集光しやすくなり、観察時に十分な視野角を確保することができるようになる。
【符号の説明】
【０２７８】
１０：コヒーレント光源
１１：反射鏡
１２：ビームエキスパンダー
１５，１６：ダイクロイックプリズム
２０：ビームスプリッタ
２１：反射鏡
２２：ビームエキスパンダー
２３：凸レンズ
３０：散乱板
３０′：仮想の散乱板
３５：散乱板のホログラム再生像
４０：感光媒体
４０′：記録面
４５：照明用ホログラム記録媒体
４６：照明用ホログラム記録媒体
４８：マイクロレンズアレイ
４８−１，４８−２：マイクロレンズアレイを構成する個別レンズ
５０，５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ：コヒーレント光源
６０：光ビーム走査装置
６５：光ビーム走査装置
６６：可動反射鏡
７０：感光媒体
７５：表示用ホログラム記録媒体
８０：空間光変調器（液晶ディスプレイ）
９０：照明対象物
１００，１００Ａ，１００Ｂ：再生用照明光生成部
１１０，１２０，１３０：凸レンズ
１５０：ハーフミラー
２００：制御装置
２５０：画像データ格納部
５００Ｒ：赤色ユニット
５００Ｇ：緑色ユニット
５００Ｂ：青色ユニット
５５０：合成光学系（ダイクロイックプリズム）
Ａ，Ａ１，Ａ２：光ビームの断面（スポット）
ａ：各構成要素の配置位置
Ｂ：走査基点
Ｂｋ：背景
ｂ：各構成要素の配置位置
Ｃ：レンズの焦点／収束点
Ｃ１１〜Ｃ１４：１次回折光の回折可能領域
ｃ：各構成要素の配置位置
Ｄ：点光源
ｄ：各構成要素の配置位置
ｄ１〜ｄ３：距離
Ｅ，Ｅ′：視点
Ｅ０〜Ｅ１４：０次回折光の集光点
Ｅ１′，Ｅ２′：０次回折光の集光点
ＥＥ：仮想的な瞳の輪郭
Ｆ：原画像／物体
ＦＦ，ＦＦ′：再生像
ｆ，ｆ１，ｆ２：凸レンズの焦点距離
Ｇ１，Ｇ２：０次回折光の集光点の軌跡
Ｈ：ホログラム記録媒体
Ｉ：照射領域
Ｋ：物体点／代表点
Ｌ１０，Ｌ１１：光ビーム
Ｌ１２：平行光束
Ｌ２０，Ｌ２１：光ビーム
Ｌ２２：平行光束
Ｌ２３：照射光
Ｌ３０：散乱光
Ｌ３１〜Ｌ３３：物体光
Ｌ４５：回折光
Ｌ４６：回折光
Ｌ４８：屈折光
Ｌ５０：光ビーム
Ｌ６０：光ビーム
Ｌ６１，Ｌ６２：光ビーム
Ｌ６５：光ビーム
Ｌ７１，Ｌ７２：回折光
Ｌ１１０：０次回折光
Ｌ１２０：平行光束
Ｌ１３０：０次回折光
Ｌ（Ｒ）：赤色レーザビーム
Ｌ（Ｒ，Ｇ）：赤緑色合成光ビーム
Ｌ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）：三原色合成光ビーム
Ｌdif ：回折光
Ｌobj ：物体光
Ｌref ：参照光
Ｌrep ：再生用照明光
Ｌｓ：光ビーム
Ｍ：感光媒体
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２：媒体上の点／光ビームの照射点
Ｐａ，Ｐｂ：点光源Ｄのピッチ
ＰＩＣ：画像データ
Ｑ：着目点
Ｑ１〜Ｑ３：物体点
Ｒ：基準面
Ｓ：コヒーレント光源
Ｓ１，Ｓ２：参照光の断面
Ｔ，Ｔ′：円形の走査軌道
ｔ０〜ｔ１４：時刻
Ｖ：回動軸（図の紙面に垂直な軸）
Ｗ：回動軸
Ｘ：ビームエキスパンダー
Ｚ：光軸
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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