(57)【要約】【課題】ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて、色収差をなくし、視域の狭小化を阻止する立体像表示装置を提供すること。【解決手段】本発明の立体像表示装置によれば、視域に結像される実像パターン２４に対応する虚像パターン２６が記録されたホログラム１４と、ホログラム１４に向けて再生用照明光を照射しホログラム１４に記録された虚像パターン２６を各々再生させる複数のプロジェクター１０と、再生した各虚像パターン２６の光を各々集光し、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する各視域に各虚像パターン２６に対応する実像パターン２４の光として結像させるフレネルレンズ１８と、各視域において、実像パターン２４の光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン２４の光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように偏向させるプリズム１６とを備えている。【選択図】    図１
2005017894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の２つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、
前記視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、
前記ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、前記ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、
前記再生した各虚像パターンをそれぞれ集光し、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する前記各視域にそれぞれ前記各虚像パターンに対する実像パターン光として結像させるレンズと、
前記各視域において、前記実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、前記実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように偏向させるプリズムと
を備えた立体像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記レンズ、および前記プリズムを、光透過性を有するシート状とした立体像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記レンズ、および前記プリズムのうち前記プロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにした立体像表示装置。
【請求項４】
任意の２つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、
前記視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、
前記ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、前記ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、
前記再生した各虚像パターンを、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する前記各視域にそれぞれ前記虚像パターンに対応する実像パターン光として結像させるために集光する集光レンズと、
前記集光レンズによって結線された各実像パターン光を両眼の配置方向と直交する方向にのみ発散させる発散レンズと
を備えた立体像表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記集光レンズ、および前記発散レンズを、光透過性を有するシート状とした立体像表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記集光レンズ、および前記発散レンズのうち前記プロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにした立体像表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の立体像表示装置において、
前記各プロジェクターを、それぞれＲ成分からなる再生用照明光を照射するＲ成分サブプロジェクター、Ｇ成分からなる再生用照明光を照射するＧ成分サブプロジェクター、およびＢ成分からなる再生用照明光を照射するＢ成分サブプロジェクターの３台のサブプロジェクターからなる構成とし、
前記各視域において、前記実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、前記実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように前記各サブプロジェクターを配置するようにした立体像表示装置。
【請求項８】
前記プロジェクターを３つ以上備えた請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の立体像表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラムとして、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心が前記ホログラム面にほぼ平行な直線上にあり、前記直線上における板面の大きさ以上の間隔をあけて配置した複数の拡散板を用いて記録されたホログラムとした立体像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンを用いた立体像表示装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写スクリーンを利用して立体画像を表示する方法としては、特殊なメガネを用いる方法が一般的であるが、メガネをかけないオートステレオスコピック方式も研究されている。そのための特殊なスクリーンとして、レンチキュラースクリーンとホログラムスクリーンとがある。
【０００３】
２眼立体ディスプレイ用ホログラムスクリーンは視域の大きさを調整することができる。ホログラムスクリーンの理想的な記録法では、収束する球面参照光と散乱拡散面光源を物体光としてホログラム露光する。しかし再生用照明法として、共役光による実像再生を行う場合、大型スクリーンを作成するためには、そのスクリーンより大きい開口の光学部品が必要であり、大スクリーンの実現は困難である。
【０００４】
このような事情に鑑み、大スクリーンを実現するために２眼式オートステレオスコピックディスプレイ方式の研究がなされている（非特許文献１）。非特許文献１では、プロジェクターによるホログラムスクリーンの照明時（再生時）には虚像再生方式を用い、フレネルレンズを併用してホログラムスクリーンと組み合わせて１つのスクリーンとしている。こうすることにより、観察時に生じる色分散の影響を低減できることが計算および実験によって示されている。
【０００５】
２眼式オートステレオスコピックディスプレイで使われるホログラムスクリーンの記録は、図１８に示すように、レーザ光源６０から発せられたレーザ光がハーフミラー６１を透過してミラー６２によって反射され参照光Ｒとして図中左下側から図中右上側に向かって進む。この参照光Ｒは、ピンホール６３を介して発散する球面波となりホログラムスクリーン６４を照射する。
【０００６】
一方、物体光Ｂとしては、レーザ光源６０から発せられたレーザ光の一部がハーフミラー６１によって反射され、ピンホール６５を介してレンズ６６によって発散された後にスリガラス６７によって散乱されてなる散乱光とする。
【０００７】
このためホログラムスクリーン６４への記録時には大きな光学部品を使用せずに大きいホログラムの記録を実現できる。
【０００８】
このホログラムスクリーンの使用方法は、図１９に示すように再生光源の位置・距離関係（図１８および図１９中にてＩで示す。）が記録時の参照光Ｒと同じでありホログラムスクリーン６４からは、スリガラス６７面の虚像６８が再生される。この再生方法において虚像６８を実像に変換できれば、収差の点からは理想的な再生になる。この変換のために、フレネルレンズ７０がホログラムに重ねて用いられている。
【０００９】
このように構成したハイブリッド式のホログラムスクリーン６４を用いる立体像の再生システムの概念図を図２０に示す。再生時にフレネルレンズ７０を使用する第１の理由はホログラムスクリーン６４から再生される虚像を実像にするためである。図１８の記録光学系で参照光Ｒの入射角度を浅く設定した場合、再生時はホログラムスクリーン６４からの０次回折光成分Ｚが観察者７４の目７５に入るのを避ける働きをさせることがもう一つの理由である。
【００１０】
【非特許文献１】
「２眼立体デイスプレイ用大型ハイブリッドホログラム・スクリーン」
３次元画像コンファレンス２００２講演論文集  １７７頁〜１８０頁、２００２年７月４・５日
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなハイブリッド型のホログラムスクリーン６４を用いる立体像の再生システムでは、以下のような問題がある。
【００１２】
すなわち、該再生システムでは、図２０に示すように、ビデオプロジェクター７２を用いて照明する。ビデオプロジェクター７２は白色光源であるので、ホログラム記録時とは異なる波長の光が含まれるので、ホログラムスクリーン６４による回折では色収差が発生する。
【００１３】
この色収差は、下記（１）式、（２）式、および（３）式に示すホログラム結像公式を用いて定量的に解析することができる。
【数１】
2005017894.tif 000003
【００１４】
【数２】
2005017894.tif 000004
【００１５】
【数３】
2005017894.tif 000005
【００１６】
上記（１）式においてλＲは記録波長（５３２ｎｍ）、λＣは再生波長、Ｒ０はスリガラス６７面である物体上の一点とホログラムスクリーン６４面までの距離、Ｒｒは参照光点とホログラムスクリーン６４面までの距離、ＲＣは再生用照明光点とホログラムスクリーン６４までの距離、Ｒｉはホログラムスクリーン６４から近軸像点までの距離である。また、ｘｉおよびｙｉはＲｉのｘ成分およびｙ成分であり、ｘＣおよびｙＣはＲＣのｘ成分およびｙ成分である。
【００１７】
再生時にホログラムスクリーン６４を通過し回折する光のうち、５３２ｎｍの波長の光の像点を近軸像点とする。このとき４５０ｎｍ（青）から６５０ｎｍ（赤）までの広がりを持つスペクトルの光でこのホログラムを照明した場合のスポットダイアグラムにより評価を行い記録時の最適条件が導出された。
【００１８】
記録波長は５３２ｎｍであり、スクリーンは１７（水平）×１３（垂直）インチ（対角：約２１インチ（１インチ＝２．５４ｃｍ））の大きさを想定して評価がなされた。このとき記録方式は収束する球面参照光による方式と発散する球面参照光による２方式についてそれぞれ計算された。
【００１９】
その結果、発散する球面参照光による虚像再生では、フレネルレンズ７０を合わせて用いる図２０の再生光学系の条件で再生を行った場合に生じる色収差が計算された。一方、収束する球面参照光の場合は、記録時の参照光と共役な光波面による実像再生を行った場合に生じる色収差が計算された。
【００２０】
そのスポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果は、それぞれ図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）、および図２２に示すとおりである。このスポットダイアグラムによる結果は、ホログラムスクリーンを記録するとき面光源の中の中央の点について得られる色収差である。
【００２１】
図２１（ａ）、図２１（ｂ）、および図２１（ｃ）に示すように、共役白色光照明の場合の方が、図２２のハイブリッドホログラムの場合よりも、垂直、水平方向への横収差が大きいことが分かる。この結果から、収束する球面参照光で記録し共役光により実像再生を行った場合は、スクリーンを大型化したとき再生時に色収差が大きくなる。
【００２２】
一方、図２２に示す色収差の結果の場合では、４５０ｎｍの分光スペクトルは近軸像点面上で垂直方向へ＋３０ｍｍ、６５０ｎｍの分光スペクトルは近軸像点面上で垂直方向へ−５０ｍｍ程度離れる色収差を伴っている。これは、図２１（ａ）、図２１（ｂ）、および図２１（ｃ）の結果と比べると小さいが、まだ零にはなっていない。
【００２３】
このように色収差が発生すると、図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）、および図２２に示すように、視点が垂直方向に沿って上側へずれてしまうと４５０ｎｍの分光スペクトルの影響によって青っぽく見えてしまい、逆に垂直方向に沿って下側へずれてしまうと６５０ｎｍの分光スペクトルの影響によって赤っぽく見えてしまう。すなわち、正しい色で見える視域が狭められてしまうという問題がある。
【００２４】
また、このように視域が狭められてしまうということは、波長に応じて光が分散しているために光の損失が多く、光が有効に利用されないという問題がある。
【００２５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて色収差をなくし、もって、視域の狭小化を阻止することが可能な立体像表示装置を提供することにある。
【００２６】
また、その第２の目的は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて色収差をなくし、もって、光をより有効に利用することが可能な立体像表示装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００２８】
すなわち、請求項１の発明は、任意の２つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、再生した各虚像パターンをそれぞれ集光し、ホログラム面にほぼ平行な直線上であって異なる場所に存在する各視域にそれぞれ各虚像パターンに対する実像パターン光として結像させるレンズと、各視域において、実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように偏向させるプリズムとを備えている。
【００２９】
従って、請求項１の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、レンズ、およびプリズムからなるスクリーン上に、容易に高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。ホログラム、レンズ、およびプリズムはシート状とすることが好ましい。例えば、シート状レンズとしてはフレネルレンズがある。
【００３０】
ホログラムは、各視差画像を観察可能とする視域を正確にコントロールすることができる。またホログラムは、虚像再生型としたことにより、その作製が容易となる。更には、レンズとして例えばフレネルレンズを用いることによって、ホログラムとフレネルレンズとの組み合わせにより、ホログラムの０次回折光が観察者の目に入らないようにすることもできる。これによって、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【００３１】
また、プリズムの作用により、ホログラムの波長分散を補償することができるようになり、色ズレのないフルカラーによる立体像を容易に表示することが可能となる。
【００３２】
更にまた、プロジェクターの投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定できるようになるため、容易に両眼視差を実現することが可能となる。なお、スクリーンを構成するホログラム、レンズ、およびプリズムは、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。
【００３３】
請求項２の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１の発明の立体像表示装置において、ホログラム、レンズ、およびプリズムを、光透過性を有するシート状とする。
【００３４】
従って、請求項２の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、レンズ、およびプリズムによって透過型のスクリーンを構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターをスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【００３５】
請求項３の発明は、上記第１の目的を達成するために、請求項１の発明の立体像表示装置において、ホログラム、レンズ、およびプリズムのうちプロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【００３６】
従って、請求項３の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、レンズ、およびプリズムによって反射型のスクリーンを構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターを観察者側に配置することが可能となることから、観察者も含めて立体像表示装置をコンパクトに配置することが可能となる。
【００３７】
請求項４の発明は、任意の２つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、再生した各虚像パターンを、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する各視域にそれぞれ虚像パターンに対応する実像パターン光として結像させるために集光する集光レンズと、集光レンズによって結線された各実像パターン光を両眼の配置方向と直交する方向にのみ発散させる発散レンズとを備えている。
【００３８】
従って、請求項４の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズからなるスクリーン上に、容易に高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。ホログラム、集光レンズ、および発散レンズはシート状とすることが好ましい。例えば、シート状集光レンズとしてはフレネルレンズ、シート状発散レンズとしてはレンチキュラーレンズがある。
【００３９】
ホログラムは、各視差画像を観察可能とする視域を正確にコントロールすることができる。またホログラムは、虚像再生型としたことにより、その作製が容易となる。更には、レンズとして例えばフレネルレンズを用いることによって、ホログラムとフレネルレンズとの組み合わせにより、ホログラムの０次回折光が観察者の目に入らないようにすることもできる。これによって、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【００４０】
また、発散レンズの作用により、立体像が観察可能な視域を観察者の両眼の配置方向と直交する方向に拡げることができる。
【００４１】
更にまた、プロジェクターの投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定できるようになるため、容易に両眼視差を実現することが可能となる。なお、スクリーンを構成するホログラム、集光レンズ、および発散レンズは、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。
【００４２】
請求項５の発明は、上記第２の目的を達成するために、請求項４の発明の立体像表示装置において、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズを、光透過性を有するシート状とする。
【００４３】
従って、請求項５の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズによって透過型のスクリーン構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターをスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【００４４】
請求項６の発明は、上記第２の目的を達成するために、請求項４の発明の立体像表示装置において、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズのうちプロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【００４５】
従って、請求項６の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズによって反射型のスクリーンを構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターを観察者側に配置することが可能となることから、観察者も含めて立体像表示装置をコンパクトに配置することが可能となる。
【００４６】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のうち何れか１項の発明の立体像表示装置において、各プロジェクターを、それぞれＲ成分からなる再生用照明光を照射するＲ成分サブプロジェクター、Ｇ成分からなる再生用照明光を照射するＧ成分サブプロジェクター、およびＢ成分からなる再生用照明光を照射するＢ成分サブプロジェクターの３台のサブプロジェクターからなる構成としている。そして、更に、各視域において、実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように各サブプロジェクターを配置している。
【００４７】
従って、請求項７の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラムによって分散されたＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各色の光をほぼ同様の空間的分布とすることができ、色ズレのないフルカラー立体像を表示することが可能となる。
【００４８】
請求項８の発明は、プロジェクターを３つ以上備えた請求項１乃至７のうち何れか１項の発明の立体像表示装置である。
【００４９】
従って、請求項８の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、３つ以上のプロジェクターを用いて、３つ以上の視差画像を投影することにより、観察者の水平方向の視点位置の変化に伴い、視差画像の変化が起こり、自然な立体感を実現することが可能となる。
【００５０】
請求項９の発明は、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の立体像表示装置において、ホログラムとして、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心がホログラム面にほぼ平行な直線上にあり、直線上における板面の大きさ以上の間隔をあけて配置した複数の拡散板を用いて記録されたホログラムとしている。
【００５１】
従って、請求項９の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、複数の観察者が同時に立体像を観察することができる。例えば、３枚の拡散板を使用して記録した場合には、３人の観察者のそれぞれの左右の目に視差画像が観察されるので、３人が同時に立体像を観察することができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図１１を用いて説明する。
【００５４】
図１は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図である。
【００５５】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置は、複数のプロジェクター１０と、透過型のスクリーン１２とから構成してなる。図１（ａ）では、１つのプロジェクター１０しか示していないが、実際には図２に示すように複数のプロジェクター１０（＃１，＃２，＃３）を備えている。そして、図２および図３に示すように、各プロジェクター１０からの投影によって実現される視域２２（＃１，＃２，＃３）が、観察者の右目２３（＃Ｒ）と左目２３（＃Ｌ）とを結ぶ直線Ｈ上に形成されるようにしている。
【００５６】
更に、スクリーン１２は、図１（ｂ）に示すように、ホログラムシート１４とプリズムシート１６とフレネルレンズシート１８とを重ねた多層構造からなる。ホログラムシート１４、プリズムシート１６、およびフレネルレンズシート１８はともに透過性である。
【００５７】
各層の間は、密着している必要性はなく、図１（ｂ）に示すように、空気層からなる隙間２０を適宜設けてよい。また、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、プリズムシート１６、およびフレネルレンズシート１８はどのような組み合わせ順から構成しても良く、図４に示すようにプロジェクター１０側からホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、プリズムシート１６の順に配置するようにしても良い。
【００５８】
ホログラムシート１４は、図５にその概念を示すようにして例えば拡散板２８のような対象物体の形状パターンを予め記録しておく。つまり、レーザ光源６０から発せられる可視光をハーフミラー３２を通過させた後にレンズ３４によって光を拡散させ、ホログラムシート１４に参照光Ｒとして照射させる。一方、レーザ光源６０からの可視光の一部を、ハーフミラー３２によって反射させ更に反射ミラー３６によって反射させた後にレンズ３８によって拡散し、拡散板２８を照射する。そして、拡散板２８を透過した光が物体光Ｂとしてホログラムシート１４を照射する。これによって、ホログラムシート１４は、拡散板２８の形状パターンを記録する。これは、ホログラムの基本的な原理である。
【００５９】
このようにして拡散板２８の形状パターンを記録したホログラムシート１４に対して、図６に示すようにプロジェクター１０から参照光Ｒと同波長の可視光を照射する。これによって、この可視光が再生用照明光Ｓとして利用され、記録されている拡散板２８の形状パターンを、虚像パターン２６としてプロジェクター１０側に再生する。
【００６０】
プリズムシート１６は、上述したようにしてプロジェクター１０側に再生された虚像パターン２６をフレネルレンズシート１８側に偏向させる。これによって、虚像パターン２６の光は、実像パターン２４の光となる。
【００６１】
フレネルレンズシート１８は、プリズムシート１６によって偏向された実像パターン２４の光を集光し、視域２２に結像させる。
【００６２】
本来ホログラムシート１４は、波長分散性を有しており、同じ入射角で入射した可視光を集光する場合であっても、波長に応じて結像点がずれてしまう。例えば、図７に示すように、ホログラムシート１４とフレネルレンズシート１８とからなるスクリーンでは、虚像パターン２６を集光し、視域２２に実像パターン２４の光を結像させる。しかしながら、波長分散性によってＲＧＢ各色成分の光が高さ方向Ｖに沿ってずれてしまう。すなわち、Ｇ成分光を中心に、Ｂ成分光はＧ成分光よりも高い側に、Ｒ成分光はＧ成分光よりも低い側にそれぞれずれてしまう。
【００６３】
そこで本願発明では、ホログラムシート１４が有する波長分散性を補償するようなプリズムシート１６を用いることによって、図８に示すように、フレネルレンズシート１８によって集光された光が、波長に依存することなく同一の結像点において結像するようにしている。
【００６４】
これによって、各プロジェクター１０から光を投射することによって形成される視域２２の中心高さを全て一致させ、観察者は、任意の２つの視域２２を右目２３（＃Ｒ）および左目２３（＃Ｌ）によって観察することによって、両眼視差に基づく立体像を見ることができるようにしている。
【００６５】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る立体像表示装置の作用について説明する。
【００６６】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置は、複数のプロジェクター１０と１つのスクリーン１２とから構成されている。スクリーン１２は更にそれぞれ透過性のホログラムシート１４とプリズムシート１６とフレネルレンズシート１８とが重ね合わされることによってなる多層構造をなしている。なお、各層の間は、密着している必要性はなく、空気層からなる隙間２０が適宜設けられている。また、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、プリズムシート１６、およびフレネルレンズシート１８はどのような組み合わせ順から構成しても良い。
【００６７】
そして、視域２２に対象物体の実像パターン２４の光を結像するためには先ず、図５にその概念を示すようにして、対象物体の形状パターンがホログラムシート１４に予め記録される。これは、レーザ光源６０から発せられる可視光が、ハーフミラー３２を通過した後にレンズ３４によって拡散され、ホログラムシート１４に参照光Ｒとして照射される。その一方で、プロジェクター１０からの可視光の一部が、ハーフミラー３２によって反射され、更に反射ミラー３６によって反射された後にレンズ３８によって拡散され、拡散板２８が照射される。そして、拡散板２８を透過した光が物体光Ｂとして用いられ、ホログラムシート１４に照射される。これによって、ホログラムシート１４に、拡散板２８の形状パターンが記録される。
【００６８】
このようにして拡散板２８の形状パターン記録されたホログラムシート１４に対して、図６に示すようにプロジェクター１０から参照光Ｒと同波長の可視光が照射されると、この可視光が再生用照明光Ｓとして利用され、記録されている拡散板２８の形状パターンが、虚像パターン２６としてプロジェクター１０側に再生される。
【００６９】
このようにしてプロジェクター１０側に再生された虚像パターン２６は、プリズムシート１６によってフレネルレンズシート１８側へと偏向される。これによって、虚像パターン２６が実像パターン２４に変換される。
【００７０】
このような実像パターン２４の光は、フレネルレンズシート１８によって集光され、視域２２において結像される。
【００７１】
本来ホログラムシート１４は、波長分散性を有しており、同じ入射角で入射した光を集光する場合であっても、波長に応じて結像点がずれてしまう。しかしながら本願発明では、ホログラムシート１４が有する波長分散性を補償するようなプリズムシート１６が用いられている。したがって、図８に示すように、フレネルレンズシート１８によって集光された光が、波長に依存することなく視域２２における同一の結像点において結像される。
【００７２】
これによって、各プロジェクター１０から光を投射することによって形成される視域２２の中心高さは全て一致し、観察者は、任意の２つの視域２２を右目２３（＃Ｒ）および左目２３（＃Ｌ）によって観察することによって、両眼視差に基づく立体像が、色ズレのないフルカラーによって表示される。
【００７３】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、ホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６からなるスクリーン１２上に、色収差がなく、視域２２の狭小化をもたらすこともなく、高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクター１０をスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【００７４】
また、プロジェクター１０の投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定でき、容易に両眼視差を実現することができる。なお、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６は、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。
【００７５】
更に、図２に示すように、３つ以上のプロジェクター１０を用いることによって、３つ以上の視差画像を投影することができるようになり、観察者の水平方向に相当する直線Ｈに沿った視点位置の変化に伴い、視差画像の変化が起こり、自然な立体感を実現することが可能となる。
【００７６】
更にまた、図９（ａ）に示すように、各プロジェクター１０を、それぞれＲ成分からなる再生用照明光を照射するＲ成分サブプロジェクター１０（＃１Ｒ）、Ｇ成分からなる再生用照明光を照射するＧ成分サブプロジェクター１０（＃１Ｇ）、およびＢ成分からなる再生用照明光を照射するＢ成分サブプロジェクター１０（＃１Ｂ）の３台のサブプロジェクターからなる構成とし、各視域２２において、実像パターン２４の光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するようにサブプロジェクター１０（＃１Ｒ，＃１Ｇ，＃１Ｂ）を配置することによっても、色ズレのないフルカラー立体像を表示することが可能となる。
【００７７】
具体例としては、図９（ｂ）に示すように、直線Ｖ方向に沿って上側からＢ成分サブプロジェクター１０（＃Ｂ）、Ｇ成分サブプロジェクター１０（＃Ｇ）、Ｒ成分サブプロジェクター１０（＃Ｒ）の順に配置する。これによって、各視域２２において、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するようにしている。
【００７８】
このように、ホログラムシート１４は、各視差画像を観察可能とする視域２２を正確にコントロールすることができることから、例えば図１０に示すように、ホログラムシート１４とフレネルレンズシート１８との組み合わせにより、ホログラムシート１４の０次回折光Ｚが観察者の目に入らないようにした上でプリズムシート１６を配置することによって、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【００７９】
なお、本実施の形態では何れもスクリーン１２の下方側にプロジェクター１０を配置した場合を例に説明した。このような場合、例えば図１（ｂ）に示すように、刃が下方を向くようにプリズムシート１６を配置する。しかしながら、本実施の形態に係る立体像表示装置は、プロジェクター１０をスクリーン１２の下方側に配置する場合に限らず、図１１に示すように、プロジェクター１０をスクリーン１２の上方側に配置する場合も含まれる。その場合、図１１に示すように、刃が上方を向くようにプリズムシート１６を配置する。
【００８０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図１２から図１５を用いて説明する。
【００８１】
本実施の形態に係る立体像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の変形例であって、第１の実施の形態に係る立体像表示装置において、ホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６のうちプロジェクター１０側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【００８２】
図１２に示す例は、ホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６のうちプロジェクター１０側から最も遠い側に配置されたホログラムシート１４が光反射性を有しており、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６は光透過性を有している。本実施の形態に係る立体像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置と同様に、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６は、どのような組み合わせ順でもよい。したがって、図１３および図１４に示すように、プリズムシート１６が光反射性を有し、ホログラムシート１４およびフレネルレンズシート１８が光透過性を有しているスクリーン１２や、図１５に示すように、フレネルレンズシート１８が光反射性を有し、ホログラムシート１４およびプリズムシート１６が光透過性を有しているスクリーン１２であってもよい。
【００８３】
このような構成をなす本実施の形態に係る立体像表示装置は、反射型のスクリーン１２を構成し、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の作用効果を奏することができる。更に、プロジェクター１０を観察者２３側に配置することが可能となることから、コンパクトに配置することが可能となる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１６を用いて説明する。
【００８５】
本実施の形態に係る立体像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の変形例であって、第１の実施の形態に係る立体像表示装置において、プリズムシート１６をレンチキュラーレンズ４０に置き換えた構成としている。したがって、図１６では、図１と同一部分には同一符号を付している。以下においても、同一部分における説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００８６】
ホログラムシート１４は、第１の実施の形態で説明したようにしてプロジェクター１０側に虚像パターン２６の光を再生するようにしている。
【００８７】
フレネルレンズシート１８は、ホログラムシート１４によって再生された虚像パターン２６の光を、実像パターン２４の光として非プロジェクター側に集光させる。
【００８８】
レンチキュラーレンズ４０は、フレネルレンズシート１８によって集光された各実像パターン２４の光を図３および図１６中に示す±Ｖ方向に発散させる。直線Ｖは、直線Ｈと直交する。これによって、図１６に示すように、結像域を拡大させる。
【００８９】
このようにして結像域を±Ｖ方向に発散させることによって各色成分による結像域のオーバーラップ領域が増える。これによって視域２２が拡大するため、光をより有効に利用することができるようにしている。
【００９０】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る立体像表示装置の作用について説明する。
【００９１】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置もまた第１の実施の形態と同様に、複数のプロジェクター１０と１つのスクリーン１２とから構成されている。スクリーン１２は、それぞれ透過性のホログラムシート１４とフレネルレンズシート１８とレンチキュラーレンズ４０とを重ね合わせることによってなる多層構造をなしている。なお、各層の間は、密着している必要性はなく、空気層からなる隙間が適宜設けられている。また、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびレンチキュラーレンズ４０はどのような組み合わせ順から構成しても良い。
【００９２】
そして、視域２２に対象物体の実像パターン２４の光を結像するためには、図５を用いて第１の実施の形態で説明したようにして対象物体の形状パターンがホログラムシート１４に予め記録される。
【００９３】
このようにして拡散板２８の形状パターンが記録されたホログラムシート１４に対して、図６に示すようにプロジェクター１０から参照光Ｒと同波長の光が照射されると、この光が再生用照明光Ｓとして利用され、記録されている形状パターンが、虚像パターン２６としてプロジェクター１０側に再生される。
【００９４】
このようにしてプロジェクター１０側に再生された虚像パターン２６の光は、フレネルレンズシート１８によって、実像パターン２４の光として非プロジェクター側に集光される。
【００９５】
フレネルレンズシート１８によって集光された光は、レンチキュラーレンズ４０によって、図３および図１６中に示す±Ｖ方向に発散される。これによって、図１６に示すように、結像域が拡大される。
【００９６】
このようにして結像域を±Ｖ方向に発散させることによって各色成分による結像域のオーバーラップ領域が増える。これによって、色収差の減少が図られるとともに視域２２が拡大され、光がより有効に利用されるようになる。
【００９７】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、レンチキュラーレンズ４０によって実像パターン２４の光が発散されることによって、視域２２の拡大が図られる。その結果、光をより有効に利用することが可能となる。
【００９８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図１７を用いて説明する。
【００９９】
図１７は、第４の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図である。
【０１００】
すなわち、図１７（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る立体像表示装置に用いるホログラムは、複数の拡散板２８（＃１〜＃ｎ）により、ホログラム記録シート１５に記録する。
【０１０１】
図１７（ｂ）に示すように、各拡散板２８（＃１〜＃３）は、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心ｇ（＃１〜＃３）が同一直線Ｔ上にあるように配置している。なお、図１７（ｂ）では、３つの拡散板２８（＃１〜＃３）を備え、６０〜７０ｃｍ程度のピッチで配置した例を示しているが、もちろん３つに限定されるものでも、この配置ピッチに限定されるものではない。そして、これら拡散板２８（＃１〜＃３）と参照光Ｒとを用いてホログラム記録シート１５に立体像として表示するための被表示体の映像パターンを記録する。
【０１０２】
次に、ホログラム記録シート１５に記録された映像パターンを表示する場合には、ホログラム記録シート１５によって図１７（ａ）に示すようなスクリーン１２を形成し、このスクリーン１２に対して少なくとも２つのプロジェクター１０から再生用照明光Ｓを照射する。図１７（ｂ）に示すように３つの拡散板２８（＃１〜＃３）を６０〜７０ｃｍ程度のピッチで配置して記録した場合には、スクリーン１２の横方向長さは１．８〜２．１ｍ程度となる。
【０１０３】
このとき、図１７（ａ）に示すように、観察者２３（＃１〜＃３）もまた６０〜７０ｃｍ程度のピッチで並んでスクリーン１２の中心方向を観察することによって、プロジェクター１０からの光が３方向に回折され、それぞれ３人の観察者２３（＃１〜＃３）の目に入る。これによって、３人が同時に立体画像を観察できるようにしている。
【０１０４】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、複数の観察者２３が同時に立体像を観察することが可能となる。
【０１０５】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の立体像表示装置によれば、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて、色収差をなくし、視域の狭小化を阻止することが可能となる。
【０１０７】
また、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて、色収差をなくし、光をより有効に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図２】第１の実施の形態に係る立体像表示装置の概念を示す平面図。
【図３】視域と目線高さとの関係を示す模式図。
【図４】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図５】ホログラムシートへの対象物体の記録方法を説明するための概念図。
【図６】ホログラムシートに記録された対象物体の虚像パターンの再生方法を説明するための概念図。
【図７】フレネルレンズシートによって結像される視域を説明するための概念図。
【図８】第１の実施の形態に係る立体像表示装置によって結像される視域を示す概念図。
【図９】ＲＧＢの３つ一組のサブプロジェクターからなるプロジェクターを配置してなる第１の実施の形態に係る立体像表示装置の概念を示す平面図。
【図１０】ホログラムシートの０次回折光が観察者の目に入らないようにした第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１１】プロジェクターをスクリーンの上方側に配置した第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１２】第２の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１３】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図１４】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図１５】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図１６】第３の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１７】第４の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１８】２眼式オートステレオスコピックディスプレイを説明するための概念図。
【図１９】２眼式オートステレオスコピックディスプレイにおけるホログラムスクリーンからの虚像再生方法を説明するための図。
【図２０】ハイブリッドホログラムスクリーンを用いる立体像の再生システムの概念図。
【図２１】スポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果を示す図。
【図２２】スポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果を示す図。
【符号の説明】
１０…プロジェクター、１２…スクリーン、１４…ホログラムシート、１５…ホログラム記録シート、１６…プリズムシート、１８…フレネルレンズシート、２０…隙間、２２…視域、２３，７４…観察者、２４…実像パターン、２６…虚像パターン、２８…拡散板、３２…ハーフミラー、３４，３８，６６…レンズ、３６…反射ミラー、４０…レンチキュラーレンズ、６０…レーザ光源、６１…ハーフミラー、６２…ミラー、６３，６５…ピンホール、６４…ホログラムスクリーン、６７…スリガラス、６８…虚像、７０…フレネルレンズ、７２…ビデオプロジェクター
【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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