(57)【要約】【課題】クロストークが発生せず、且つインコヒーレント重複記録の回折効率が低下しない、多視点表示用ホログラムスクリーン、及びそれを利用する多視点表示装置を提供する。【解決手段】物体光と参照光とをホログラム記録材料に１回だけ照射して現像処理した体積ホログラムたるホログラムスクリーンを含む、多視点表示装置において、ホログラムスクリーンの３次元空間でのブラッグ条件を満足するように、複数プロジェクタを使って異なる方向からホログラムスクリーン面に視差の異なる複数の２次元画像が重畳投影されて、それら複数の２次元画像がホログラムスクリーン上に多重再生されるが、ホログラムの回折により生じる再生光の指向性を利用して、ホログラムスクリーンを観察する観察者の左右別々の目の位置に対応する特定の視差画像のみが認識されるように設定されている。【選択図】図１
2004101929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体光と参照光とをホログラム記録材料に１回だけ照射して現像処理した、単一物焦点、単一像焦点を有する体積ホログラムたるホログラムスクリーンを含む、多視点表示装置において、
上記ホログラムスクリーンの３次元空間でのブラッグ条件を満足するように、複数プロジェクタを使って異なる方向から上記ホログラムスクリーン面に視差の異なる複数の２次元画像が重畳投影されて、
それら複数の２次元画像が、上記ホログラムスクリーン上に多重再生されるようにして、
上記ホログラムスクリーンの回折により生じる再生光の指向性を利用して、上記ホログラムスクリーンを観察する観察者の左右別々の目の位置に対応して、上記ホログラムスクリーン上に多重再生された視差画像群の内から、特定の視差画像のみが認識されるように設定されていることを特徴とする、
多視点表示装置。
【請求項２】
物体光と参照光とをホログラム記録材料に１回だけ照射して現像処理した、単一物焦点、単一像焦点を有する体積ホログラムたる要素ホログラムスクリーンを、複数枚用いてマルチパネル形状に配置し、
その配置の際、要素ホログラムスクリーンの物焦点すなわち照明光の３次元空間内での光源位置と、像焦点すなわち再生光の３次元空間内での集光位置とが、夫々の要素ホログラムスクリーンについて一致するようにし、結果、上記のマルチパネル形状ホログラムスクリーン全体として単一物焦点、単一像焦点の単一ホログラムスクリーンと等価となるようにした、
上記マルチパネル形状ホログラムスクリーン全体を、単一ホログラムスクリーンに代替して用いる、
請求項１に記載の多視点表示装置。
【請求項３】
記録時には、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光の波長を一定にして、所定数回まで、各光のブラッグ角を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
あるいは、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光のブラッグ角を一定にして、所定数回まで、各光の波長を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
再生時には、一つのブラッグ角の条件下で、所定数分の異なる色の光に対する物焦点同士及び像焦点同士が一致するようにした上で、物焦点から上記所定数分の異なる色を成分に含む照明光を当て、像焦点に上記所定数分の異なる色を成分に含む再生光を集光させるようにした、単一共通物焦点及び単一共通像焦点を有する多色ホログラムスクリーンを形成して、
上記多色ホログラムスクリーンを、
物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して現像処理する体積ホログラムたるホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項１に記載の多視点表示装置。
【請求項４】
記録時には、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光の波長を一定にして、所定数回まで、各光のブラッグ角を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
あるいは、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光のブラッグ角を一定にして、所定数回まで、各光の波長を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
再生時には、一つのブラッグ角の条件下で、所定数分の異なる色の光に対する物焦点同士及び像焦点同士が一致するようにした上で、物焦点から上記所定数分の異なる色を成分に含む照明光を当て、像焦点に上記所定数分の異なる色を成分に含む再生光を集光させるようにした、単一共通物焦点及び単一共通像焦点を有する多色要素ホログラムスクリーンを形成して、
上記多色要素ホログラムスクリーンを、上記要素ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項２に記載の多視点表示装置。
【請求項５】
上記ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一物焦点、単一像焦点が形成され、且つ各一枚ずつのホログラムスクリーンとは物焦点、像焦点の位置が異なるようにした組み合わせホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせホログラムスクリーンを、上記ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項１に記載の多視点表示装置。
【請求項６】
上記要素ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一物焦点、単一像焦点が形成され、且つ各一枚ずつの要素ホログラムスクリーンとは物焦点、像焦点の位置が異なるようにした組み合わせ要素ホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせ要素ホログラムスクリーンを、上記要素ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項２に記載の多視点表示装置。
【請求項７】
上記多色ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一共通物焦点、単一共通像焦点が形成され、且つ各一枚ずつの多色ホログラムスクリーンとは単一共通物焦点、単一共通像焦点の位置が異なるようにした組み合わせ多色ホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせ多色ホログラムスクリーンを、上記多色ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項３に記載の多視点表示装置。
【請求項８】
上記多色要素ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一共通物焦点、単一共通像焦点が形成され、且つ各一枚ずつの多色要素ホログラムスクリーンとは単一共通物焦点、単一共通像焦点の位置が異なるようにした組み合わせ多色要素ホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせ多色要素ホログラムスクリーンを、上記多色要素ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項４に記載の多視点表示装置。
【請求項９】
記録時に、物体光源として所定の大きさの拡散板を使用し、よって、再生時には、上記拡散板の大きさに対応する像焦点ゾーンが得られることを特徴とする、
請求項１乃至請求項８のうちのいずれか一つに記載の多視点表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多視点表示用ホログラムスクリーン、及びそれを利用する多視点表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムスクリーン２の回折による再生光の指向性コントロール機能を利用した、特殊な専用メガネを用いない多視点立体表示の多視点表示装置１’は、図１２の構成として知られている。図１２には、（ａ）鳥瞰図、（ｂ）平面図、及び（ｃ）側面図が示される。
【０００３】
図１２の構成においては、複数のプロジェクタ群Ａ１、Ａ２、・・・、Ａｍから、視差の異なる２次元画像をホログラムスクリーン２に重畳投影する。各プロジェクタから投影された光は、ホログラムスクリーン２の照明光４となって、それぞれ所定の方向に回折する再生光６を発生する。回折された再生光６はａ１、ａ２、・・・、ａｍの位置にそれぞれ像焦点（集光点）を形成する。観察者が任意の隣り合う２つの像焦点（集光点）に左右の目を置くと、夫々に対応する視差のある画像を見ることができる。観察者は２つの視差画像により融像される立体像を認識できるようになる。
【０００４】
なお、指向性のあるホログラムスクリーン２を製作するには体積ホログラム（あるいは厚いホログラム）とする必要がある。平面ホログラム（あるいは薄いホログラム）では、高次回折像を生じて再生光６を特定の一方向に進行させることができないからである。更に、体積ホログラムにおいて高い回折効率を得るためには、記録した干渉縞面層に対してブラッグ条件を満足するように照明光４を照射し、回折された再生光６がブラッグ条件に適合した方向に進むように設計する必要がある。
【０００５】
従って、図１２の構成で利用される多視点表示用ホログラムスクリーン２を製作する際には、従来は、図１３のように記録されていた。図１３では、簡単のために２視点の場合を図示している。まず、符号（８−１）の物体光と符号（１０−１）の参照光とを、夫々矢印の方向に向けてホログラム記録材料１２に照射する。現像処理すると符号（１４−１）の干渉縞面層が形成される。
【０００６】
図１３では（便宜上）１枚の干渉縞面（１４−１）を示しているが、実際には、図１５に示すように、干渉縞面層（１４−１）は複数の面により文字通り「層」を形成する。
【０００７】
もう一度照射方向を変えて、符号（８−２）の物体光と符号（１０−２）の参照光とを、夫々矢印の方向に向けてホログラム記録材料１２に照射する。このときには、符号（１４−２）の干渉縞面層が形成される（図１３及び図１５参照）。
【０００８】
このように記録されたホログラムスクリーン２に対して、図１４に示すように、参照光と共役の方向から２つの照明光４−１、４−２を照明すると、物体光と共役な方向にそれぞれ再生光６−１、６−２を生じる。２つの再生光６−１、６−２は、それぞれの像焦点１６−１、１６−２で観察者の左右の目に別々に到達する。このとき、照明光４−１、４−２として２台のプロジェクタＡ１、Ａ２から視差の異なる映像を供給すれば、左右の目にそれぞれ別々に提供されるので、観察者は２つの視差画像を融像して立体像を認識できる。
【０００９】
以上の作業を基にして記録時における物体光８と参照光１０とのペアの数を増やせば、共役再生される照明光４と再生光６とのペアの数を増やすことができ、よって、任意の数の多視点表示用ホログラムスクリーン２が製作できるはずである。
【００１０】
しかし、現実には以下の２つの重要な障害要因（（１）、（２））が存在するため、上記の方法で多視点表示用ホログラムスクリーン２を製作することが不可能である。
【００１１】
（１）クロストークの発生
まず、多重記録によるクロストークの発生の問題が挙げられる。人間の目の両眼距離は平均して６．５ｃｍ程度であるが、１ｍ先のスクリーンから６．５ｃｍの距離は４°の角度差しかない。ところが、体積ホログラムにおいては、角度選択性の範囲内であればブラッグ角の方向から多少ずれていても回折が起きる。この角度選択性の幅は、少なくとも１０°程度あるので、図１３で記録したホログラムスクリーン２では、記録時と異なる方向からの照明光４によっても意図されない再生光６が発生することになる。これらのことにより、クロストークが発生する。即ち、現実にはクロストークのために、観察者は、何重にもずれて重なる映像を受けることになる。
【００１２】
隣り合う再生光の再生条件を、角度選択性の幅以上にするためには、参照光（再生時には共役照明光）の角度間隔を大きく開けるという対策が考えられる。但し、そうすると記録多重度が減少し多視点数を増やすことができない。
【００１３】
（２）インコヒーレント重複記録の回折効率低下
上述の方式の多重記録はインコヒーレント重複記録と呼ばれ、回折再生光の強度は重複数の２乗に反比例して低下する。即ち、２視点の場合は効率が１／４に、４視点の場合は１／１６に低下してしまい、そうなると結局は実用に到り得ない。図１３においても、２つの干渉縞面層１４−１、１４−２の向きが異なるので、内部での干渉縞面層の相互破壊、散乱光の発生が予想され、視点数の増加に伴う急激な回折効率の低下が理解される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、クロストークが発生せず、且つインコヒーレント重複記録の回折効率が低下しない、多視点表示用ホログラムスクリーン、及びそれを利用する多視点表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る請求項１に記載の多視点表示装置は、
物体光と参照光とをホログラム記録材料に１回だけ照射して現像処理した、単一物焦点、単一像焦点を有する体積ホログラムたるホログラムスクリーンを含む、多視点表示装置である。その多視点表示装置において、
上記ホログラムスクリーンの３次元空間でのブラッグ条件を満足するように、複数プロジェクタを使って異なる方向から上記ホログラムスクリーン面に視差の異なる複数の２次元画像が重畳投影されて、
それら複数の２次元画像が、上記ホログラムスクリーン上に多重再生されるようにして、
上記ホログラムスクリーンの回折により生じる再生光の指向性を利用して、上記ホログラムスクリーンを観察する観察者の左右別々の目の位置に対応して、上記ホログラムスクリーン上に多重再生された視差画像群の内から、特定の視差画像のみが認識されるように設定されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る請求項２に記載の多視点表示装置は、
物体光と参照光とをホログラム記録材料に１回だけ照射して現像処理した、単一物焦点、単一像焦点を有する体積ホログラムたる要素ホログラムスクリーンを、複数枚用いてマルチパネル形状に配置し、
その配置の際、要素ホログラムスクリーンの物焦点すなわち照明光の３次元空間内での光源位置と、像焦点すなわち再生光の３次元空間内での集光位置とが、夫々の要素ホログラムスクリーンについて一致するようにし、結果、上記のマルチパネル形状ホログラムスクリーン全体として単一物焦点、単一像焦点の単一ホログラムスクリーンと等価となるようにした、
上記マルチパネル形状ホログラムスクリーン全体を、単一ホログラムスクリーンに代替して用いる、
請求項１に記載の多視点表示装置である。
【００１７】
本発明に係る請求項３に記載の多視点表示装置は、
記録時には、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光の波長を一定にして、所定数回まで、各光のブラッグ角を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
あるいは、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光のブラッグ角を一定にして、所定数回まで、各光の波長を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
再生時には、一つのブラッグ角の条件下で、所定数分の異なる色の光に対する物焦点同士及び像焦点同士が一致するようにした上で、物焦点から上記所定数分の異なる色を成分に含む照明光を当て、像焦点に上記所定数分の異なる色を成分に含む再生光を集光させるようにした、単一共通物焦点及び単一共通像焦点を有する多色ホログラムスクリーンを形成して、
上記多色ホログラムスクリーンを、
物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して現像処理する体積ホログラムたるホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項１に記載の多視点表示装置である。
【００１８】
本発明に係る請求項４に記載の多視点表示装置は、
記録時には、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光の波長を一定にして、所定数回まで、各光のブラッグ角を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
あるいは、上記ホログラム記録材料の中心に対して、物体光と参照光のブラッグ角を一定にして、所定数回まで、各光の波長を変更するが、形成される干渉縞面層の方向が全て一致するように、物体光と参照光とをホログラム記録材料に照射して記録し、
再生時には、一つのブラッグ角の条件下で、所定数分の異なる色の光に対する物焦点同士及び像焦点同士が一致するようにした上で、物焦点から上記所定数分の異なる色を成分に含む照明光を当て、像焦点に上記所定数分の異なる色を成分に含む再生光を集光させるようにした、単一共通物焦点及び単一共通像焦点を有する多色要素ホログラムスクリーンを形成して、
上記多色要素ホログラムスクリーンを、上記要素ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項２に記載の多視点表示装置である。
【００１９】
本発明に係る請求項５に記載の多視点表示装置は、
上記ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一物焦点、単一像焦点が形成され、且つ各一枚ずつのホログラムスクリーンとは物焦点、像焦点の位置が異なるようにした組み合わせホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせホログラムスクリーンを、上記ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項１に記載の多視点表示装置である。
【００２０】
本発明に係る請求項６に記載の多視点表示装置は、
上記要素ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一物焦点、単一像焦点が形成され、且つ各一枚ずつの要素ホログラムスクリーンとは物焦点、像焦点の位置が異なるようにした組み合わせ要素ホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせ要素ホログラムスクリーンを、上記要素ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項２に記載の多視点表示装置である。
【００２１】
本発明に係る請求項７に記載の多視点表示装置は、
上記多色ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一共通物焦点、単一共通像焦点が形成され、且つ各一枚ずつの多色ホログラムスクリーンとは単一共通物焦点、単一共通像焦点の位置が異なるようにした組み合わせ多色ホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせ多色ホログラムスクリーンを、上記多色ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項３に記載の多視点表示装置である。
【００２２】
本発明に係る請求項８に記載の多視点表示装置は、
上記多色要素ホログラムスクリーンを２枚重ねて、２枚組みとして単一共通物焦点、単一共通像焦点が形成され、且つ各一枚ずつの多色要素ホログラムスクリーンとは単一共通物焦点、単一共通像焦点の位置が異なるようにした組み合わせ多色要素ホログラムスクリーンを形成して、
上記組み合わせ多色要素ホログラムスクリーンを、上記多色要素ホログラムスクリーンの代替として用いる、
請求項４に記載の多視点表示装置である。
【００２３】
本発明に係る請求項９に記載の多視点表示装置は、
記録時に、物体光源として所定の大きさの拡散板を使用し、
よって、再生時には、上記拡散板の大きさに対応する像焦点ゾーンが得られることを特徴とする、
請求項１乃至請求項８のうちのいずれか一つに記載の多視点表示装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下において、添付の図面を参照しつつ本発明に係る好適な実施の形態を説明する。
【００２５】
≪第１の実施の形態≫
（１）単一記録多重再生多視点表示装置
図１及び図２において、本発明の第１の実施の形態に係る単一記録多重再生ホログラムスクリーン２の概略の斜視図を示す。
【００２６】
第１の実施の形態においては、１回記録したホログラムスクリーン２（単一物焦点、単一像焦点を有する体積ホログラムのスクリーン）に対し、ホログラムスクリーンの３次元空間でのブラッグ条件（下記参照）を満足するように複数プロジェクタを使って多数の方向から視差の異なる複数の２次元画像を重畳投影（ホログラムスクリーンとしては多重再生）する。ホログラムスクリーン２を観察する位置の移動によって、ホログラムスクリーン２に重畳投影される視差画像群の内からそれぞれ特定の視差画像のみが選択的に見えるようにする。ここでは、ホログラムスクリーン２の回折により生じる再生光の指向性を利用している。このようにすれば、特殊な専用メガネを用いない多視点の立体映像表示が可能になる。
【００２７】
よく知られているように、上記のブラッグ条件は一般に以下の式で表される。
【数１】
2004101929.tif 000003
ここで、θはブラッグ角、λは光の波長、ｎはホログラムスクリーンの屈折率、Λは干渉縞層間隔を表す。
【００２８】
図３に示すように、第１の実施の形態に係る単一記録多重再生ホログラムスクリーン２によれば、干渉縞面層１４の方向がすべて同方向に揃っている。よって、クロストークを生じることが無く、更に単一記録なので回折効率の低下もない。
【００２９】
図１及び図２を利用して、図１３及び図１４と同様の２視点のホログラムスクリーン２の形成を説明する。まず記録時には、１回だけ物体光８と参照光１０とを矢印の方向に向けてホログラム記録材料１２に照射する。現像処理すると干渉縞面層１４が形成される。
【００３０】
ホログラム記録材料１２としては、銀塩感光材やフォトポリマが用いられ得る。
【００３１】
上記のように記録されたホログラムスクリーン２では、参照光１０と共役の方向からの照明光４により、物体光８と共役な方向に再生光６を生じる（図２）。ここで（図２）、ホログラム中心１８のブラッグ角θを維持するように、共役照明光４と共役再生光６を含む共役再生２光束光軸共有断面２０を回転させると、照明光４に対して方向４−１や４−２が、再生光６に対して方向６−１や６−２が得られる。このように、ホログラム中心１８を含む干渉縞面にてホログラム中心１８を通り干渉縞面に垂直な格子ベクトル２２を軸にして、ブラッグ角θを維持しつつ共役照明光４と共役再生光６とを回転すると、共通ブラッグ角円錐２４の円錐面が形成される。ここで格子ベクトル２２は、干渉縞面の方向を示す単位法線ベクトルである。
【００３２】
上記の方向４−１や４−２から２つの照明光（４−１、４−２）をホログラムスクリーン２に投影すると、再生光（６−１、６−２）を生じる。２つの再生光（６−１、６−２）は、夫々の像焦点１６−１、１６−２で、例えば、観察者の左右の目に別々に到達する。この時、照明光（４−１、４−２）として２台のプロジェクタから視差の異なる映像を供給すれば、左右の目に夫々が提供されるので、観察者は２つの視差画像を融像して立体像を認識できる。
【００３３】
上記と同様に、共通ブラッグ角円錐面２４に沿って、照明光４の方向を任意の数だけ増やせば、それに対応して任意の数の再生光６が生成される。よって、任意の視点数の多視点表示が可能になる。図３に、共通ブラッグ角円錐面２４に沿って照明光４の数を増やした（図では５個）場合の、再生光６の生成方向の例の模式図を示す。
【００３４】
ところで、ホログラムスクリーンを体積ホログラムとするために、ホログラムスクリーン中心１８と物焦点を結ぶ照明光の光軸と、ホログラムスクリーンと像焦点を結ぶ再生光の光軸の２つの光軸との交差角（ホログラムスクリーン内部ではブラッグ角θの２倍に相当）を、マグヌッソン・ゲイロード（Ｍａｇｎｕｓｓｏｎ　ａｎｄ　Ｇａｙｌｏａｄ）の判定式、
【数２】
Ｑ’＝Ｑ／ｃｏｓ（θ）＝（２πλｔ）／｛ｎΛ２ｃｏｓ（θ）｝＞１０
を満たすように、一定の値よりも大きくする。なお、
θ；ホログラムスクリーン内部のブラッグ角
π；円周率
λ：光の波長
ｔ；ホログラムスクリーンの厚さ
ｎ；ホログラムスクリーンの屈折率
Λ；ホログラムの干渉縞層面の間隔
を意味する。
【００３５】
ホログラムが体積ホログラムであれば、照明光のプロジェクタと再生光の観察者とが、ホログラムスクリーンの反対側に配置される透過型ホログラムでもよく、照明光のプロジェクタと再生光の観察者とが、ホログラムスクリーンの同じ側に配置される反射型ホログラムでもよい。
【００３６】
≪第２の実施の形態≫
（２）マルチパネル大画面化
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るマルチパネル形式多視点表示装置２６の概略斜視図である。共通ブラッグ角円錐面２４に沿う多視点表示が可能である第１の実施の形態に係る単一記録多重再生ホログラムスクリーン２を、４枚マルチパネル形式で配置している。ここでは、３台のプロジェクタで照明する場合（従って、３視点の場合）を示している。
【００３７】
図４から明らかなように、共通ブラッグ角円錐２４の形及び向きは、各要素ホログラムスクリーン２毎に異なるが、いずれの要素ホログラムスクリーン２の物焦点（図では、１５−０、１５−１、１５−２）、像焦点（図では、１６−０、１６−１、１６−２）もすべて一致しているところに特徴がある。
【００３８】
このようにすれば、４枚の要素ホログラムスクリーン２が、全体として１枚の大型ホログラムスクリーンの機能を実現できるようになり、例えば、等身大の多視点表示ホログラムスクリーンも製作可能である。要素ホログラムスクリーン２のサイズと個数は任意であり、プロジェクタの投影サイズ拡大が可能ならば、任意のサイズのマルチパネル形式の多視点表示装置２６が製作可能である。
【００３９】
例えば、縦横１ｍ×１ｍの大型ホログラムスクリーンを構成する場合、各要素ホログラムスクリーンサイズが縦横１ｍｍ×１ｍｍであってそれら計１００万個で構成してもよい。また、各要素ホログラムスクリーンサイズが縦横１０ｃｍ×１０ｃｍであってそれら計１００個で構成してもよく、結局同じ機能が実現される。但し、一般的傾向として、要素ホログラムスクリーンサイズが小さい程、ホログラムの収差が小さくなり回折効率が高く鮮明な映像が得られるが、要素数が増えるためホログラム記録時間が長くなる。
【００４０】
≪第３の実施の形態≫
（３）単一波長レーザ・カラー記録ホログラム
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る単一波長レーザ・カラー記録ホログラム（スクリーン）の仕組みを示す模式図である。上記第１の実施の形態と同様に、ホログラム記録材料、即ちホログラムスクリーンの材料として、銀塩感光材やフォトポリマが用いられ得る。
【００４１】
第３の実施の形態に係る単一波長レーザ・カラー記録多視点表示装置１では、記録時に単一の波長の光を用いるが、再生時には異なる波長の光を再生し得る。
【００４２】
つまり、体積ホログラムのブラッグ条件式を利用し、以下の（記録時ブラッグ角が異なる）３回の撮影条件式により３回多重記録して、３色（各色の波長はλｃ１、λｃ２、λｃ３）再生のカラーホログラムスクリーンを製作することができる。
【数３】
ｓｉｎ（Θｒ１）／λｒ＝±ｓｉｎ（Θｃ）／λｃ１＝１／（２ｎΛ１）　　　　　　　（Ａ）
ｓｉｎ（Θｒ２）／λｒ＝±ｓｉｎ（Θｃ）／λｃ２＝１／（２ｎΛ２）　　　　　　　（Ｂ）
ｓｉｎ（Θｒ３）／λｒ＝±ｓｉｎ（Θｃ）／λｃ３＝１／（２ｎΛ３）　　　　　　　（Ｃ）
【００４３】
ここで、Θｒ（Θｒ１、Θｒ２、Θｒ３）は、記録時のブラッグ角で、Θｃは、再生時のブラッグ角である。λｒは、記録時の光の波長で、λｃ（λｃ１、λｃ２、λｃ３）は、再生時の光の波長である。Λ（Λ１、Λ２、Λ３）は、干渉縞層面１４の間隔である。体積ホログラム２内には、λｃ１に係る第１の干渉縞面層、λｃ２に係る第２の干渉縞面層、及びλｃ３に係る第３の干渉縞面層の、都合３種類の干渉縞層面が形成される。ｎはホログラムスクリーンの屈折率を示す。
【００４４】
ここで、上記３種類の干渉縞層面の方向が揃い、且つ再生時の物焦点と像焦点の位置が３色（λｃ１、λｃ２、λｃ３）とも一致するように、上記の３回のホログラムスクリーンの撮影記録を通じて、全ての格子ベクトルの方向を同じにする。
【００４５】
（数３）の式において、３色に対応して変化しているのは、記録時のブラッグ角Θｒ（即ち、Θｒ１、Θｒ２、及びΘｒ３）　、干渉縞層面の間隔Λ（即ち、Λ１、Λ２、及びΛ３）、再生時の光の波長λｃ（即ち、λｃ１、λｃ２、及びλｃ３）である。つまり、記録時に光の波長λｒを固定し一方でブラッグ角をΘｒ１、Θｒ２、Θｒ３と変化させれば、再生時には同じブラッグ角Θｃの方向で異なる波長λｃ１、λｃ２、λｃ３の光が再生できることになる。このことは、記録時にブラッグ角Θｒを再生時のブラッグ角Θｃに一致させた状態で、異なる波長λｃ１、λｃ２、λｃ３の光（具体的には別々のレーザー光）で３回多重記録するのと同じ効果が得られることを示す。
【００４６】
具体的には、図５に示す構成において、記録時にブラッグ角円錐２４の余角であるブラッグ角を変化させる。つまり、再生光の波長を変えるにはブラッグ角円錐２４の「傘の開き具合」を変えるようにすればよいことになる。例えば、プロジェクタ１５−１の物焦点から、波長λｒの光をブラッグ角Θｒ１で干渉縞層面１４に対してブラッグ角円錐面２４に沿って入射させた時に、ブラッグ角円錐面２４に沿ってブラッグ角Θｒ１で波長λｒの再生光を回折させて、像焦点１６−１に集光させるように、波長λｒの光を用いて干渉縞間隔Λ１の干渉縞層面１４を記録したとする。しかし、再生時において、干渉縞間隔Λ１の干渉縞層面１４に対して、プロジェクタ１５−２の物焦点から、波長λｃ１の光（あるいは波長λｃ１の色を含む光）をブラッグ角Θｃでブラッグ角円錐面２４’に沿って入射させれば、ブラッグ角円錐面２４’に沿ってブラッグ角Θｃで波長λｃ１の再生光を回折させて、像焦点１６−２に集光させることも可能になる。このようにすれば、共役再生２光束光軸共有断面２０内において、同一の干渉縞間隔Λ１の干渉縞層面１４に対して、記録時の波長λｒを再生時の波長λｃ１に変更することができる。さらに、このように記録された干渉縞間隔Λ１の干渉縞層面１４に対して、共役再生２光束光軸共有断面２０を、格子ベクトル２２を軸にして任意の方向に回転すれば、再生時のブラッグ角円錐面２４’の面上で、再生波長λｃ１に対応するプロジェクタの位置（物焦点）と観察位置（像焦点）の対が必ず一組存在する。同様に（数３）の式に基づいて、再生波長λｃ１、λｃ２、λｃ３にそれぞれ対応する干渉縞間隔Λ１、Λ２、Λ３の干渉縞層面１４を、格子ベクトル２２が一致するようにホログラム記録材料１２に記録すれば、共役再生２光束光軸共有断面２０を、格子ベクトル２２を軸にして任意の方向に回転すると、ブラッグ角円錐面２４’の面上で、３つの波長λｃ１、λｃ２、λｃ３に対応する共通のプロジェクタ位置（共通物焦点）と共通の観察位置（共通像焦点）の対が必ず一組存在するようにできる。つまり、このように記録した多色ホログラムスクリーンを用いれば、図３の構成において、３つの波長λｃ１、λｃ２、λｃ３を含む任意の数のカラー照明光４を用いて、それに対応して３つの波長λｃ１、λｃ２、λｃ３を含む任意の数のカラー再生光６を生成することができる。
【００４７】
≪第４の実施の形態≫
（４）２枚組合せホログラムスクリーンにより集光位置を柔軟に変更
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る２枚組合せホログラムスクリーンによる多視点表示装置２７の概略斜視図である。共通ブラッグ角円錐面２４に沿う多視点表示が可能である第１の実施の形態に係る単一記録多重再生ホログラムスクリーン２を、２枚重ねの組合せスクリーン（２−１、２−２）として配置している。ここでは、２台のプロジェクタ（１５−１、１５−２）で照明する場合（即ち、２視点の場合）を示している。
【００４８】
図６では、模式的な図解のために２枚のホログラムスクリーン（２−１、２−２）の間が離れているが、実際は密接している。通常は、ホログラム記録材料の厚みは数ミクロンのオーダーで、これを担持するためのガラス基板の厚みは２〜３ミリである。２枚重ねでせいぜい数ミリのオーダーは、ホログラムスクリーンからの照明光距離あるいは観察距離の５０ｃｍ〜５ｍに比較すれば、無視しうる厚みである。従って、３つの共通ブラッグ角円錐面（２４−０、２４−１、２４−２）の頂点は数ミリ程度のオーダーで近接していて、いずれもそれぞれのホログラムスクリーン２−１と２−２の中心近傍に存在すると見なして支障ない。とりわけ、ホログラムスクリーン２−２の２つの共通ブラッグ角円錐面（２４−１、２４−２）は近接しているので、それぞれの格子ベクトルの方向は等しく、ブラッグ角の大きさも等しいと考えてよい。
【００４９】
図６において、２台のプロジェクタ（１５−１、１５−２）から、視差の異なる２次元画像が、プロジェクタからの光軸が第１のホログラムスクリーン２−１の中心に向かうように重畳投影される。第１のホログラムスクリーン２−１の中心部における共通ブラッグ角円錐面２４−０に沿って入射された２つの照明光は、照明光の入射方向に応じて同じく共通ブラッグ角円錐面２４−０に沿う方向に２つの再生光を生成する。第１のホログラムスクリーン２−１の２つの再生光は第２のホログラムスクリーン２−２に対する２つの照明光となる。第２のホログラムスクリーン２−２に対する２つの照明光は、それぞれ第２のホログラムスクリーン２−２の中心近傍の共通ブラッグ角円錐面２４−１と２４−２に沿って入射される。共通ブラッグ角円錐面２４−１に沿う方向の照明光は、同じく共通ブラッグ角円錐面２４−１に沿う方向に再生光を生成し、像焦点１６−１に集光する。共通ブラッグ角円錐面２４−２に沿う方向の照明光は、同じく共通ブラッグ角円錐面２４−２に沿う方向に再生光を生成し、像焦点１６−２に集光する。このようにすると、２つの像焦点１６−１と１６−２において左右の視差画像が観察できて立体視可能になる。
【００５０】
本実施の形態の特徴は、２枚のホログラムスクリーン（２−１、２−２）により、２回の回折を受けるので、２台のプロジェクタ（１５−１、１５−２）の光軸の方向からの影響を少なくして、第２のホログラムスクリーン２−２からの再生光の光軸の方向すなわち観察位置が柔軟に変更できるというメリットがある。ホログラムスクリーン２が体積ホログラムとなるために、上記のマグヌッソン・ゲイロードの判定式を満足するようにするには、ブラッグ角の大きさに範囲制限が付く。よって、上述の第１の実施の形態においては、ホログラムスクリーン２に対する照明光の角度や再生光の角度に制約が伴う。本実施の形態によれば、照明光の角度や再生光の角度の制約が緩和されるので、装置のレイアウトや観察位置の柔軟な変更が可能になる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、２枚のホログラムスクリーンによる回折効率を高めるには、共通ブラッグ角円錐面２４−０の再生光の方向と共通ブラッグ角円錐面（２４−１、２４−２）の照明光の方向を一致させるように、２枚のホログラムスクリーン（２−１、２−２）を製作することが重要である。
【００５２】
≪第５の実施の形態≫
（５）再生光集光点となる像焦点のゾーン拡大
ホログラムスクリーン記録時の物体光源を点光源にすると、再生時の再生光集光点である像焦点が、３次元空間内で１点のみとなってしまう。そうすると、観察時に像焦点の位置を探すのが難しくなり、結局立体視が困難になる。
【００５３】
本発明に係る第５の実施の形態の多視点表示装置１では、記録時の物体光源として有限サイズの拡散板を利用する。例えば、記録時の板状物体光源として縦横１０ｃｍ×５ｃｍの拡散板を使用すると、再生時にはその拡散板の大きさに等しい像焦点ゾーン（縦横１０ｃｍ×５ｃｍ）が、観察可能エリアとして３次元空間内に形成される。この第５の実施の形態の多視点表示装置１を利用することで、特殊な専用メガネ無しの立体視がより容易になる。
【００５４】
なお、物体光源として用いる拡散板の横幅サイズが観察者の両眼距離よりも大きくなると、視差が異ならない画像が両目に提示される場合が生じる得る。よって、上記の拡散板の横幅サイズは、成人の平均的な眼間距離（例えば、約６．５ｃｍ）よりも相当分短くしておく（例えば、５ｃｍ以下にしておく）のが好ましい。
【００５５】
≪実証例≫
以下、本発明に係る多視点表示装置１に関して試行を幾つか行なったので、紹介する。
【００５６】
（１）装置の実施例
図１２に示す従来技術に類似させて４視点とし、更にホログラムスクリーン２を図４の装置のように４枚のマルチパネル形式とした、多視点表示装置に関して試作及び実証を行った。
【００５７】
ここで、各要素ホログラムスクリーン２のサイズは、縦横２０ｃｍ×２５ｃｍであり、ホログラムスクリーン全体のサイズは、縦横４０ｃｍ×５０ｃｍであった。物焦点は、ホログラムスクリーンの後面４５°下方２．５ｍの距離、像焦点は、ホログラムスクリーンの前面法線方向１ｍの距離であった。
【００５８】
（２）回折効率の測定例
図７は、照明光が仰角４５°方向であるとき、再生光がホログラム面の法線方向となるように製作されたホログラムスクリーンに対して、照明光の仰角と水平方向の経度とを変化させた場合の回折効率を測定した結果を示す。
【００５９】
グラフの横軸が照明光の仰角を、縦軸が回折効率を示す。多数の（上に凸な）曲線の夫々は、同一経度上（で照明光の仰角を変化させたとき）の回折効率の変化を示す。いずれの経度の場合も、仰角４５°近辺に極大値が存在する。経度の変化に従って極大点を結ぶと、図の下向き凸の鞍部状の曲線（「回折効率極大点の軌跡」）となっている。鞍部状の曲線の極小値点は、経度０°の極大点である。この経度０°の極大点が仰角４５°から２〜３°ずれているのは、観測装置の取り付けずれが理由である。
【００６０】
このように、照明光仰角がほぼ一定の状態で経度線を移動しても回折効率が低下しないことは、３次元空間内の共通ブラッグ角円錐面上で照明光、再生光を変化させても、ブラッグ条件を常に満足していることを立証している。
【００６１】
（３）多視点化による照明光の物焦点と再生光の像焦点の空間座標変化
図８は多視点化による照明光の物焦点の空間座標変化を表し、図９は多視点化による再生光の像焦点の空間座標変化を表した例である。
【００６２】
それぞれ、照明光仰角を３０°、４５°、６０°とした場合についての例を示す。ホログラムスクリーン中心から照明光の物焦点の距離は２ｍ、再生光の像焦点の距離は１ｍである。グラフの横軸は、格子ベクトルを軸に照明光あるいは再生光を、片方向に共通ブラッグ角円錐面上で変化（変位）させた場合の回転角ωを表す。
【００６３】
グラフの縦軸は、（ａ）ｘ座標では、ホログラム面に平行な鉛直方向の座標（変化）である。（ｂ）ｙ座標では、ホログラム面に平行な水平方向の座標（変化）である。（ｃ）ｚ座標では、ホログラム面に対して法線方向の座標（変化）である。
【００６４】
回転角ωとｙ座標の変化とは、照明光と再生光のいずれにおいても、略、比例関係にある。更に、プロジェクタの横方向間隔と観察者の観測可能位置の横方向間隔との関係がほぼ２：１になっていることもわかる。これは物焦点距離と像焦点距離の比率に比例している。
【００６５】
とりわけ、図９の再生光の（ａ）ｘ座標の変化が小さいことから、観察者の観察可能位置の高さは、横方向に変化してもあまり影響を受けないことがわかる。また、図９の再生光の（ｃ）ｚ座標の変化から、像焦点が周辺部（回転角１６°付近）では１０ｃｍ程度ホログラムスクリーンに接近することになるが、この「１０ｃｍ程度」というのは、観察者が同じ場所に立って身体を傾けたり、首を振ったりして得られる位置の移動の範囲内と考えられるため、実際に問題とすべきほどに大きな変化量ではない。
【００６６】
（４）大画面化による照明光の物焦点と再生光の像焦点の空間座標変化
図１０は大画面化による照明光の物焦点の空間座標変化を表し、図１１は大画面化による再生光の像焦点の空間座標変化を表した例である。
【００６７】
それぞれ、照明光仰角を４５°とした。ホログラムスクリーン中心から照明光の物焦点の距離は２ｍ、ホログラムスクリーン中心から再生光の像焦点の距離は１ｍである。各図では、ホログラムスクリーンの中央、左右２０ｃｍ、左右４０ｃｍそれぞれの位置からの物焦点の座標の変化、像焦点の座標の変化を示す。グラフの横軸は、格子ベクトルを軸に照明光あるいは再生光を、片方向にブラッグ角円錐面上で変化（変位）させた場合の回転角ωを表す。
【００６８】
グラフの縦軸は、（ａ）ｘ座標では、ホログラム面に平行な鉛直方向の座標（変化）である。（ｂ）ｙ座標では、ホログラム面に平行な水平方向の座標（変化）である。（ｃ）ｚ座標では、ホログラム面に対して法線方向の座標（変化）である。
【００６９】
再生光のｙ座標に関しては、ホログラムスクリーンの左右２０ｃｍの位置では回転角１６°でも中央部との差は略４ｃｍである。即ち、人間の左右の眼間距離の平均値６．５ｃｍの範囲に収まっており、依然立体視が可能である。ホログラムスクリーンの左右４０ｃｍの位置では回転角が１０°になると中央部との差が６ｃｍに達しており、ほぼ立体視の限界である。回転角１０°は、図９によれば観察位置を３０ｃｍ横にずらせた場合に相当し、左右４０ｃｍすなわち８０ｃｍ幅のホログラムスクリーンでは、観察位置の横移動は６０ｃｍ幅が限界となる。なお、回転角１６°は図９から５０ｃｍ弱に相当し、左右２０ｃｍすなわち４０ｃｍ幅のホログラムスクリーンでは、左右５０ｃｍ弱すなわち１ｍ弱の幅まで観察位置を横移動しても立体視に支障が無い。
【００７０】
再生光のｘ座標の変化量から、像焦点を拡大するための拡散板の縦方向サイズは、上下２０ｃｍすなわち４０ｃｍの長さが必要となる。再生光のｚ座標の変化量は左右４０ｃｍ幅では、回転角１０°では両端で２０ｃｍの差に達するが、同時に照明光側の物焦点が逆方向に４０ｃｍの差が生じている。この差の変化を吸収できるように、角度選択性の範囲が大体１０°なので、物焦点と像焦点のｚ座標を補正することが可能である。ただし、ホログラムスクリーンの周辺部の回折効率が低下するのはやむを得ないと思われる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明から明白なように、本発明を利用することにより以下のような効果を得ることができる。
【００７２】
従来、立体表示装置で必要とされることが多かった立体視専用の特殊メガネが、不要である。
【００７３】
プロジェクタ台数の追加により視点数を増加させることが容易である。このとき、ホログラムスクリーン側の変更は必要ない。それら複数視点においてはブラッグ条件を常に満たしているので、どの方向（視点）から見ても画面が明るい。
【００７４】
本発明は原画投影方式なので、視点数を増やしても画素分配型の多視点表示スクリーンのように画像解像度が低下することが無い。
【００７５】
パネル数の増加により画面サイズを拡張することが容易である。
【００７６】
ホログラムスクリーンを、２枚重ねの組合せスクリーンとして配置することにより、照明光の角度や再生光の角度の制約が緩和され、装置のレイアウトや観察位置の柔軟な変更が可能になる。
【００７７】
本発明では、透視可能なホログラムスクリーンを用いているので、現実環境との複合表示も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る単一記録多重再生ホログラムスクリーンの概略の斜視図（１）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る単一記録多重再生ホログラムスクリーンの概略の斜視図（２）である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る単一記録多重再生ホログラムスクリーンにおいて、共通ブラッグ角円錐面に沿って照明光の数を増やした場合の、再生光の生成方向の例の模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るマルチパネル形式多視点表示装置の概略の斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る単一波長レーザ・カラー記録ホログラム（スクリーン）の仕組みを示す模式図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る２枚組合せホログラムスクリーンによる多視点表示装置の概略斜視図である。
【図７】照明光が仰角４５°方向であるとき、再生光がホログラム面の法線方向となるように製作された、本発明に係るホログラムスクリーンの一つの実証例において、照明光の仰角と水平方向の経度とを変化させた場合の回折効率を測定して、その結果を示すグラフである。
【図８】本発明に係るホログラムスクリーンの一つの実証例において、多視点化による照明光の物焦点の空間座標変化を表すグラフである。
【図９】本発明に係るホログラムスクリーンの一つの実証例において、多視点化による再生光の像焦点の空間座標変化を表すグラフである。
【図１０】本発明に係るホログラムスクリーンの一つの実証例において、大画面化による照明光の物焦点の空間座標変化を表すグラフである。
【図１１】本発明に係るホログラムスクリーンの一つの実証例において、大画面化による再生光の像焦点の空間座標変化を表すグラフである。
【図１２】従来技術である、ホログラムスクリーンの回折による再生光の指向性コントロール機能を利用した多視点立体表示の多視点表示装置の構成である。
【図１３】図１２の従来技術の構成で利用される多視点表示用ホログラムスクリーンの概略の斜視図（１）である。
【図１４】図１２の従来技術の構成で利用される多視点表示用ホログラムスクリーンの概略の斜視図（２）である。
【図１５】図１２の従来技術の構成で利用される多視点表示用ホログラムスクリーンの概略の斜視図（３）である。
【符号の説明】
１、１’・・・多視点表示装置、２・・・ホログラムスクリーン、４・・・照明光、６・・・再生光、８・・・物体光、１０・・・参照光、１２・・・ホログラム記録材料、１４・・・干渉縞面層、１５・・・物焦点、１６・・・像焦点、１８・・・ホログラム中心、２０・・・共役再生２光束光軸共有断面、２２・・・格子ベクトル、２４・・・共通ブラッグ角円錐、２６・・・マルチパネル形式多視点表示装置、２７・・・２枚組合せホログラムスクリーンによる多視点表示装置。
【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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