(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面と、
前記干渉縞に再生光を照射して得られる光を結像させるレンズと、
前記レンズの像側焦平面に配置する、前記干渉縞から再生される高次の真像だけを結像させるための開口を有する遮蔽板とを少なくとも具え、前記再生光を用いることにより、立体表示映像を得る立体表示装置であって、
前記干渉縞表示面が、物体上の位置と前記干渉縞表示面との間の距離をｄ、前記干渉縞表示面の標本化構造を規定している標本化間隔で決まる物体光と参照光との為す角度の最大角度をφ、前記参照光の進行方向と前記干渉縞表示面の法線方向の為す角度をθR、0を除く整数をn（n＝±1、±2、・・・）としたとき、(2n-1)・φ≦θR‐θ0≦(2n+1)・φとなる角度θ0を有する前記物体光と前記参照光との干渉を得るように、前記物体上の位置を前記像側焦平面と平行な面上でdtan(2nφ)だけ離れた位置に物体を移動させることにより生成される、折り返し成分を含まない前記干渉縞を有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面と、
前記干渉縞に再生光を照射して得られる光を結像させるレンズと、
前記レンズの像側焦平面に配置する、前記干渉縞から再生される高次の真像だけを結像させるための開口を有する遮蔽板とを少なくとも具え、前記再生光を用いることにより、立体表示映像を得る立体表示装置であって、
前記干渉縞表示面が、前記干渉縞表示面の標本化構造を規定している標本化間隔で決まる物体光と参照光との為す角度の最大角度をφ、前記参照光の進行方向と前記干渉縞表示面の法線方向の為す角度をθR、0を除く整数をn（n＝±1、±2、・・・）としたとき、(2n−1)・φ≦θR−θ0≦(2n+1)・φとなる角度θ0を有する前記物体光と前記参照光との干渉を得るように、前記再生光に対する前記参照光の角度を2nφ傾けて照射することにより生成される、折り返し成分を含まない前記干渉縞を有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項３】
干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面と、
前記干渉縞に再生光を照射して得られる光を結像させるレンズと、
前記レンズの像側焦平面に配置する、前記干渉縞から再生される高次の真像だけを結像させるための開口を有する遮蔽板とを少なくとも具え、前記再生光を用いることにより、立体表示映像を得る立体表示装置であって、
前記干渉縞表示面が、前記干渉縞表示面の標本化構造を規定している標本化間隔で決まる物体光と参照光との為す角度の最大角度をφ、前記参照光の進行方向と前記干渉縞表示面の法線方向の為す角度をθR、0を除く整数をn（n＝±1、±2、・・・）としたとき、(2n−1)・φ≦θR−θ0≦(2n+1)・φとなる角度θ0を有する前記物体光と参照光との干渉を得るように、前記再生光に対して同一の角度の前記参照光を照射することにより生成される、折り返し成分のみからなる前記干渉縞を有することを特徴とする立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機ホログラムを利用した立体表示装置に係り、とくに干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面を具えるとともに、視域の拡大を実現した立体表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らは、ハーフゾーンプレート法により作成した２種類の干渉縞を交互に表示するとともに、再結像レンズの像側焦平面に設置する開口に設けた２つのシャッタの開閉を干渉縞の表示に同期して行うことにより、真像の観視に妨害となる共役像、透過光、および干渉縞表示面が標本化構造を有することにより発生する高次の像を除去し、視域を拡大することを可能にした立体表示装置をすでに発明した（特願平１０−８１６８０号）。
【０００３】
この（特願平１０−８１６８０号明細書記載の）立体表示装置は、上記のように、視域の拡大を実現したものであるが、そこでは、真像の観視を妨げないように、真像の結像に関与する光以外の光線を除去するようにしたことを要件としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特願平１０−８１６８０号明細書記載の発明においては、再生された真像の結像に関与する光線のみを使用しているため、拡大された視域の最大値が干渉縞表示面の解像度で決まる値に制限されていた。換言すれば、干渉縞表示面の標本化間隔で制限される視域以上に視域を拡大することができないという欠点があった。 
【０００５】
本発明の目的は、干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面を具えた立体表示装置において、上記（特願平１０−８１６８０号）のように拡大される視域の最大値が干渉縞表示面の解像度で決まる値に制限されることのない立体表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による立体表示装置は、干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面と、前記干渉縞に再生光を照射して得られる光を結像させるレンズと、前記レンズの像側焦平面に配置する、前記干渉縞から再生される高次の真像だけを結像させるための開口を有する遮蔽板とを少なくとも具え、前記再生光を用いることにより、立体表示映像を得る立体表示装置であって、前記干渉縞表示面が、物体上の位置と前記干渉縞表示面との間の距離をｄ、前記干渉縞表示面の標本化構造を規定している標本化間隔で決まる物体光と参照光との為す角度の最大角度をφ、前記参照光の進行方向と前記干渉縞表示面の法線方向の為す角度をθR、0を除く整数をn（n＝±1、±2、・・・）としたとき、(2n-1)・φ≦θR‐θ0≦(2n+1)・φとなる角度θ0を有する前記物体光と前記参照光との干渉を得るように、前記物体上の位置を前記像側焦平面と平行な面上でdtan(2nφ)だけ離れた位置に物体を移動させることにより生成される、折り返し成分を含まない前記干渉縞を有することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明による立体表示装置は、干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面と、前記干渉縞に再生光を照射して得られる光を結像させるレンズと、前記レンズの像側焦平面に配置する、前記干渉縞から再生される高次の真像だけを結像させるための開口を有する遮蔽板とを少なくとも具え、前記再生光を用いることにより、立体表示映像を得る立体表示装置であって、前記干渉縞表示面が、前記干渉縞表示面の標本化構造を規定している標本化間隔で決まる物体光と参照光との為す角度の最大角度をφ、前記参照光の進行方向と前記干渉縞表示面の法線方向の為す角度をθR、0を除く整数をn（n＝±1、±2、・・・）としたとき、(2n−1)・φ≦θR−θ0≦(2n+1)・φとなる角度θ0を有する前記物体光と前記参照光との干渉を得るように、前記再生光に対する前記参照光の角度を2nφ傾けて照射することにより生成される、折り返し成分を含まない前記干渉縞を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明による立体表示装置は、干渉縞を表示する標本化構造を有する干渉縞表示面と、前記干渉縞に再生光を照射して得られる光を結像させるレンズと、前記レンズの像側焦平面に配置する、前記干渉縞から再生される高次の真像だけを結像させるための開口を有する遮蔽板とを少なくとも具え、前記再生光を用いることにより、立体表示映像を得る立体表示装置であって、前記干渉縞表示面が、前記干渉縞表示面の標本化構造を規定している標本化間隔で決まる物体光と参照光との為す角度の最大角度をφ、前記参照光の進行方向と前記干渉縞表示面の法線方向の為す角度をθR、0を除く整数をn（n＝±1、±2、・・・）としたとき、(2n−1)・φ≦θR−θ0≦(2n+1)・φとなる角度θ0を有する前記物体光と参照光との干渉を得るように、前記再生光に対して同一の角度の前記参照光を照射することにより生成される、折り返し成分のみからなる前記干渉縞を有することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明の説明に入る前に、標本化構造を有する干渉縞表示面に表示される干渉縞が折り返し成分を含まないようにするための条件として物体光の広がる範囲について説明する。
【００１０】
干渉縞は物体光と参照光を干渉させることにより生じる縞である。この縞の周期は物体光の進行方向と参照光の進行方向のなす角度によって決まり、この角度が大きくなると干渉縞の周期は小さくなる。従って、干渉縞表示面の標本化間隔が決まると干渉縞表示面に表示される縞の最小周期が決まり、干渉縞作成時の物体光と参照光のなす角度の最大値が決まる。物体光と参照光のなす角度が最大値を超えた場合、干渉縞の周期が表示限界を超えて小さくなる結果、干渉縞表示面に正しい干渉縞を表示することができず、折り返った干渉縞が表示されてしまう。
【００１１】
図１は、折り返し成分を含まない干渉縞が得られる物体光の広がる範囲を示している。なお、図１では、干渉縞作成面１の法線方向に参照光が入射する場合を示している。また図１は、一例として、物体上の点を含む鉛直面内で示しているが、これは、面による違いはなく、どの面内でも同様に考えることができる。
【００１２】
図１において、干渉縞作成面１の標本化間隔ｐで決まる物体光と参照光のなす角度の最大角度φは、物体光と参照光の波長をともにλとすると、φ≒λ／２ｐとなる。物体上の点から発生する光線のうち干渉縞作成面１において参照光と干渉することにより生成される干渉縞に折り返し成分を含まないための物体光は、それと参照光とのなす角度がφ以下の範囲、すなわち、物体光および参照光の進行方向が干渉縞作成面の法線方向と交わる角度をそれぞれθO ，θR （ただし、図面上反時計方向を正とし、θO ，θR は、それぞれsin θO ≒θO 、sin θR ≒θR を満たす範囲とする）とすると、角度θO が式φ≧｜θR −θO ｜を満足する必要がある。
なお、図１の場合には、角度θR はθR ＝０である。
【００１３】
本発明においては、参照光の角度θR を一定とした場合、干渉縞に折り返し成分が生じる｜θR −θO ｜＞φとなる角度θO を有する物体光の範囲を再生するために、物体位置を移動させて作成した干渉縞から再生される真像の高次の像の結像に関与する光を利用している。
【００１４】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明立体表示装置の第１の実施形態として、参照光の進行方向と干渉縞作成面１の法線方向とのなす角度θR をθR ＝θR0( θR0は一定値) としたときの、 物体上の点から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光の再生を示している。
【００１５】
本実施形態は、図２（ａ），（ｂ）において、光軸を含む鉛直面内の平面図で示され、物体が鉛直面内に存在し、参照光と干渉縞作成面１の法線方向とのなす角度θR0がθR0＝０の場合である。以下、図２（ａ），（ｂ）に基づき鉛直面内で説明を行うが、水平面内でも同様に考えることができる。空間上、任意の位置に存在する物体については鉛直方向と水平方向に分けて考えればよい。
【００１６】
図２（ａ）において、物体上の点と干渉縞作成面１との間の距離をｄとする。ここで、干渉縞作成面１との距離がｄで、かつ物体上の点の位置から鉛直方向にｄsin ２φ≒ｄtan ２φだけ離れた位置の点についてθR ＝θR0の参照光と｜θR −θO ｜≦φの範囲内の物体光とで作成された折り返し成分を有しない干渉縞からθR ＝θR0の参照光と同じ角度の再生光５でホログラム像を再生する場合を考える。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、このホログラム像を便宜上、０次の真像（虚像）と言うことにすると、この０次の真像（虚像）からの光はレンズ３により破線で示す経路を通って０次の真像（実像）の位置に結像する。さらに、干渉縞表示面２が標本化構造をもつことから、０次の真像（実像）に対する高次の像が同時に発生するが、この高次の像を、便宜上、鉛直上方向を正として０次から順番に番号を付けて言うことにすると、高次の像（次数をｎとする）の結像に関与する光の進行方向は０次の真像の結像に関与する光に対して角度θだけ傾き、その角度θはθ≒sin θ＝ｎλ／ｐ＝２ｎφ（ｎ＝±１，±２，・・・ ）となる。
【００１８】
従って、１次の真数（実像）の結像に関与する光（図２（ｂ）中の陰影を施した範囲の光）は０次の真像（実像）の結像に関与する光線と２φのなす角度を有し、図２（ｂ）に示すように、１次の真像（実像）の結像位置は、物体上の点の位置に相当する真像（虚像）からのφ≦θO −θR0≦３φの光がレンズ３により結像された実像の位置に一致する。
【００１９】
図３は、上述した第１の実施形態に関する事項が物体上の任意の点について成立することを示している。
図３において、干渉縞表示面からの距離がそれぞれｄA,ｄB の物体上の２つの点Ａ，Ｂから鉛直方向にそれぞれｄA tan2φ，ｄB tan2φだけ離れた位置に存在する点Ａ' ，Ｂ' について、θR ＝θR0の参照光と｜θR −θO ｜≦φの範囲内の物体光とで折り返し成分を有しない干渉縞を作成する。この干渉縞を干渉縞表示面２に表示し、θR ＝θR0の参照光と同じ角度の再生光５でホログラム像を再生した場合、点Ａ' ，Ｂ' それぞれの０次の真像（実像）の結像に関与する光線（図３中、破線で示した範囲の光線）は点Ａ' ，Ｂ' それぞれの１次の真像（実像）の結像に関与する光線（図３中、陰影を施した範囲の光線）に対してそれぞれなす角度２φを有するため、それぞれの点Ａ，Ｂから発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光と等価になることが分かる。
【００２０】
以上のことから、干渉縞作成時に、物体上の点が本来の位置から鉛直方向にｄsin ２φ≒ｄtan ２φだけ離れた位置に存在するものと仮定したうえで、θR ＝θR0の参照光と｜θR −θO ｜≦φの範囲内の物体光とで折り返し成分を有しない干渉縞を作成し、その作成した干渉縞からθR ＝θR0の参照光と同じ角度の再生光５でホログラム像を再生すると、その再生像の１次の真像（実像）の結像に関与する光は、本来の物体上の点の位置から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光と等価になる。物体上のすべての点について、計算機上で同様の処理を行って干渉縞を作成することにより、高次の像の結像に関与する光を利用して物体全体に対する物体光の広がる範囲を拡大することができる。
【００２１】
すなわち、物体上の点から発生する（２ｎ−１）φ≦θO −θR0≦（２ｎ＋１）φになる角度θO を有する物体光については、物体上の点が本来の位置からｄsin ２ｎφ≒ｄtan ２ｎφだけ離れた位置に存在するものと仮定したうえで、θR ＝θR0の参照光と｜θR −θO ｜≦φの範囲内の物体光とで作成された折り返し成分を有しない干渉縞を作成する。この干渉縞をθR ＝θR0の参照光と同じ角度の再生光５で再生すると、結像された真像（実像）のｎ次の像が、本来の物体上の点の位置に相当する真像（虚像）からの光がレンズ３により結像された真像（実像）の位置に結像される。この真像（実像）の結像に関与する光線は（２ｎ−１）φ≦θO −θR0≦（２ｎ＋１）φとなる角度θO を有する物体光と等価となる。
【００２２】
以上の説明は、逆側に広がる物体光、すなわち、ｎ＜０の場合の物体上の点から発生する（２ｎ−１）φ≦θO −θR0≦（２ｎ＋１）φとなる角度θO を有する物体光についても適用できる。以上より、物体位置を移動させて作成した干渉縞から再生される真像の高次の像の結像に関与する光線により干渉縞に折り返し成分が生じる｜θR −θO ｜＞φとなる角度θO をもつ物体光を再生することができる。
【００２３】
ここで、高次の真像の結像に関与する光線を利用して視域を拡大するためには、不要な光線を排除しなければならない。不要な光線をどのように排除するかについては、以下に図４、図５を参照して説明する。
図４は、不要な光線の排除の仕方を示している。
図４に示すように、陰影を施した範囲の光線を通す開口４をレンズ３の像側焦平面に配置すると、１次の真像（実像）、すなわち本来の物体上の点の位置の真像に相当する干渉縞から再生される高次の真像（実像）だけを結像させることができる。図３において１次の真像（実像）の結像に関与する光（陰影を施した範囲の光）が焦平面を横切る領域は物体上の点の位置によらず一定であるように、この開口４の形状および位置も、結像される真像（実像）の位置が変わっても不変である。
【００２４】
図５（ａ），（ｂ）は、上記開口４の大きさ、形状および位置を示している。図５（ａ）に示すように、干渉縞表示面２の標本化間隔が水平ｐH 、 垂直ｐV の正方配列を有し、 レンズ３の焦点距離がｆであるとすると、像側焦平面に、再生光５の直接透過光の結像点（ 0次の透過光の結像点）が存在するとともに、図５（ｂ）に示すように、水平λｆ／ｐH 、 垂直λｆ／ｐV の間隔で高次の透過光の結像点が存在することとなる。 この高次の透過光の結像位置は、 図５（ａ）の標本化構造のフーリエ変換から導かれる結像位置である。また、図５（ｂ）中の０次の透過光の結像点を中心に斜線で示された高次の像の繰り返し周期で囲まれた四角形の領域が０次光の通過領域である。
【００２５】
０次の真像（実像）だけを再生する場合にはこの０次光の通過領域を開口として像側焦平面に配置する。同様に、ｎ次の真像（実像）だけを再生する場合にはｎ次の透過光の結像点を中心として０次光の通過領域と同じ大きさの開口を像側焦平面に配置する。従って、図４（ｂ）における１次の真像（実像）、すなわち本来の物体上の点に対する真像（実像）だけを再生させるための開口４の形状は図５（ｂ）に示す白抜きの部分になる。また、この場合、各開口ごとに透過光の結像点を遮光するために、開口の中心部に小さな遮光板を配置する必要がある。
【００２６】
以上説明した本発明の第１の実施形態に、本発明者らの発明に係る、透過光、共役像を除去する特願平１０−８１６８０号明細書に記載の技術を組み合わせて用いると、透過光、共役像の結像に関与する光による妨害を除去したうえで、従来、再生されなかった物体光を再生することができる。
【００２７】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、本発明立体表示装置の第２の実施形態を示し、また、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）において使用する開口をそれぞれ示している。なお、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、本実施形態により、−３φ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光が再生され、視域拡大が実現されることを説明している。
【００２８】
ここに、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ上述の開口および遮光板により１次、０次、−１次の真像（実像）だけを再生する場合を説明している。すなわち、図６（ａ）は物体上の点から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光の再生、図６（ｂ）は物体上の点から発生する−φ≦θO −θR0≦φとなる角度θO を有する物体光の再生、図６（ｃ）は物体上の点から発生する−３φ≦θO −θR0≦−φとなる角度θO を有する物体光の再生を行う構成をぞれぞれ示している。また、共役像の結像に関与する光による妨害を除去するために、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の各構成において特願平１０−８１６８０号明細書記載の技術との組み合わせを用いる。
【００２９】
詳細に説明する。
ここで、物体上の点と干渉縞作成面１との間の距離をｄとする。
図６（ａ）は、物体上の点の位置を鉛直方向にｄｔａｎ２φ移動させたうえでθR ＝θR0の参照光により作成される折り返し成分を含まない干渉縞を干渉縞表示面２に表示し、レンズ３の像側焦平面に配置する開口４を図７（ａ）に示す１次の透過光の結像点を中心とした０次光の通過領域と同じ大きさの開口とし、さらに開口中心部に小さな遮光板を配置することで、再生された真像（実像）の１次の真像の結像に関与する光線、すなわち物体上の点から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO をもつ物体光だけが再生されることを示している。
【００３０】
また、図６（ｂ）は、物体上の点から発生する−φ≦θO −θR0≦φとなる角度θO を有する物体光に対してθR ＝θR0の参照光により作成される折り返し成分を含まない干渉縞を干渉縞表示面２に表示し、レンズ３の像側焦平面に配置する開口４を図７（ｂ）に示す０次の透過光の結像点を中心とした０次光の通過領域と同じ大きさの開口とし、さらに開口中心部に小さな遮光板を配置することで、再生された真像（実像）の０次の真像の結像に関与する光線、すなわち物体上の点から発生する−φ≦θO −θR0≦φとなる角度θO をもつ物体光だけが再生されることを示している。
【００３１】
また、図６（ｃ）は、物体上の点の位置を鉛直方向に−ｄｔａｎ２φ移動させたうえでθR ＝θR0の参照光により作成される折り返し成分を含まない干渉縞を干渉縞表示面２に表示し、レンズ３の像側焦平面に配置する開口４を図７（ｃ）に示す−１次の透過光の結像点を中心とした０次光の通過領域と同じ大きさの開口とし、さらに開口中心部に小さな遮光板を配置することで、再生された真像（実像）の−１次の真像の結像に関与する光線、すなわち物体上の点から発生する−３φ≦θO −θR0≦−φとなる角度θO をもつ物体光だけが再生されることを示している。
【００３２】
上記それぞれの構成（図６（ａ），（ｂ），（ｃ））で再生された真像（実像）はすべて本来の物体上の点の位置に相当する真像（実像）と一致している。そこで、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の構成を時分割で切り換え、すなわち、干渉縞表示面２に表示する干渉縞を時分割で切り換え、かつ干渉縞の切り換えに同期して開口４を切り換えることにより、図６（ｄ）に示すように、時分割で再生されたそれぞれの物体光が人の目にはあたかも同時に発生したかのように見え、視域が約３倍に拡大されることになる。
【００３３】
本実施形態（第２の実施形態）では、高次の真像を結像させる干渉縞として物体位置を移動させて作成した折り返し成分を含まない干渉縞を用いる場合を説明したが、次に、これと等価な干渉縞を得る２通りの方法について説明する。
【００３４】
まず、第１の方法を説明する。
図８は、高次の真像を結像させる干渉縞を作成するための、上記以外の第１の方法を示している。
図８に示すように、物体上の点から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光とθR0＋２φの角度を有する参照光とを干渉させると、物体光と参照光のなす角度｜θO −（θR0＋２φ）｜がφ以下となり折り返し成分を含まない干渉縞を作成することができる。この干渉縞を上述した図４に示す干渉縞表示面２に表示し、θR ＝θR0の角度の再生光５でホログラム像を再生すると、干渉縞表示面２との距離ｄのまま、本来の物体上の点の位置から鉛直方向にｄsin ２φ≒ｄtan2φだけシフトした位置に０次の真像（虚像）が再生される。
【００３５】
これは上述した本発明の第１の実施形態と同じであり、０次の真像（実像）に対する１次の真像（実像）の結像位置は、本来の物体上の点の位置に相当する真像（虚像）からのφ≦θO −θR0≦３φの光がレンズ３により結像された実像の位置と一致し、第１の実施形態と同様、物体上の点から発生する｜θR −θO ｜＞φとなる角度θO を有する物体光が再生される。
【００３６】
次に、第２の方法を説明する。
ここでは、物体上の点から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光に対してθR ＝θR0の参照光により作成される折り返し成分を有する干渉縞を干渉縞表示面に表示する場合を考える。この干渉縞の折り返し成分は、まず、φ≦θO −θR0≦２φの場合、物体光と参照光のなす角度が２φ−（θO −θR0）のとき得られる干渉縞の縞間隔、すなわち、同じ物体光に対してθR ＝θR0＋２φの参照光との干渉（物体光と参照光のなす角度が（２φ＋θR0）−θO の場合）により作成された折り返し成分を含まない干渉縞の縞間隔と同じになる。
【００３７】
また、２φ≦θO −θR0≦３φの場合には、物体光と参照光のなす角度がθO −（２φ＋θR0）のとき得られる干渉縞の縞間隔となる、すなわち、同じ物体光に対してθR ＝θR0＋２φの参照光との干渉（物体光と参照光のなす角度がθO −（２φ＋θR0）の場合）より作成された折り返し成分を含まない干渉縞の縞間隔と同じになる。すなわち、この場合は、上述した第１の方法（図８参照）により作成した干渉縞と等価になる。従って、この干渉縞からの再生は図４に示したのと同じになり、物体上の点から発生する｜θR −θO ｜＞φとなる角度θO を有する物体光が再生される。
【００３８】
上述した、本発明立体表示装置の第２の実施形態（図６，７参照）では、３つの構成を時分割で切り換えるものとして説明したが、これは３つに限られるわけでなく、任意の数とすることができる。具体的には、例えば、図６に示す垂直方向の合成を、垂直方向と同様に水平方向にも拡張することにより、２次元的に視域を９倍にすることができる。構成の数をｍとすると、再生される物体光の広がる範囲、すなわち視域がｍ倍に拡大される。しかし、構成の数を増やすことはより高い次数の像を利用することになり、高い次数の像ほど０次の像との明暗の差が大きいため、それを回避し、再生される物体光の明るさを各次数の像の間で均一化する必要がある。
【００３９】
均一化の一方法として、干渉縞表示面の標本化構造における開口率を小さくするという方法が考えられる。この方法においては、回折格子の格子の開口部分の幅を狭くすることにより高次の像が相対的に強く発生する（開口率を小さくしたことにより全体の光量は減少する）ということを利用するものであり、干渉縞表示面の開口率を小さくすることで高次の像の０次の像との明暗の差を小さくし、もって各次数の像の間で明るさを均一化し、また、開口率を小さくしたことによる全体光量の減少を補うため再生光に明るい光線を使用する。また、高次の像の再生には再生像の明るさに応じて再生光の光量を変化させるなどの再生光の適応制御や、再生光の明るさに応じて開口にＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタをかけるなども考えられる。
【００４０】
また、干渉縞を高速で切り換える干渉縞表示面に用いる表示素子としては、液晶表示パネルなどの空間光変調素子を利用することができる。また、開口の切り換えは、各開口部に独立に制御可能なシャッタを配置して、それらシャッタの開閉操作を行えばよい。シャッタには機械式シャッタ、液晶シャッタのような周知なものを用いることができる。
【００４１】
次に、上述した本発明立体表示装置の実施形態においては、各干渉縞からの物体光を時分割で再生し、それが人の目に同時に発生したように見えることを利用して合成するようにしたのに対し、以下では、各干渉縞からの物体光を同時に再生し、空間的に合成する第３の実施形態について図９を参照して説明する。なお、ここでは、上記各干渉縞からの物体光を時分割で合成する際に用いた各開口を示す図７（ａ），（ｂ），（ｃ）も参照する。
【００４２】
図９は、本発明立体表示装置の第３の実施形態を示している。
本実施形態は、図９に示すように、同じ標本化構造、標本化間隔を有する３つの干渉縞表示面２ａ，２ｂ，２ｃ、同じ焦点距離を有する３つのレンズ３ａ，３ｂ，３ｃ、各レンズの像側焦平面に配置する開口４ａ，４ｂ，４ｃ、同じ波長で各干渉縞表示面に対して同じ入射角度を有する再生光５ａ，５ｂ，５ｃ、およびハーフミラー６ａ，６ｂからなり、各レンズ３ａ，３ｂ，３ｃは、それらレンズの光軸がハーフミラー６ａ，６ｂでの合成後において一致するように配置されている。以上の構成により、−３φ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光が再生され、視域拡大が実現される。
【００４３】
詳細に説明する。
図９において、干渉縞表示面２ａには、物体上の点から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光に対して物体位置を移動させまたはθR ＝θR0＋２φの参照光により作成した折り返し成分を含まない干渉縞、もしくはθR ＝θR0の参照光により作成した折り返し成分からなる干渉縞を表示する。開口４ａを、図７（ａ）に示す１次の透過光の結像点を中心とした０次光の通過領域と同じ大きさの開口とし、さらに開口中心部に小さな遮光板を配置することで、θR ＝θR0の角度の再生光５ａにより再生された１次の真像（実像）の結像に関与する光線、すなわち物体上の点から発生するφ≦θO −θR0≦３φとなる角度θO を有する物体光だけを再生する。
【００４４】
また、干渉縞表示面２ｂには、物体上の点から発生する−φ≦θO −θR0≦φとなる角度θO を有する物体光に対してθR ＝θR0の参照光により作成した折り返し成分を含まない干渉縞を表示する。開口４ｂを、図７（ｂ）に示す０次の透過光の結像点を中心とした０次光の通過領域と同じ大きさの開口とし、さらに開口中心部に小さな遮光板を配置することで、θR ＝θR0の参照光と同じ角度の再生光５ｂにより再生された０次の真像（実像）の結像に関与する光線、すなわち物体上の点から発生する−φ≦θO −θR0≦φとなる角度θO を有する物体光だけを再生する。
【００４５】
また、干渉縞表示面２ｃには物体上の点から発生する−３φ≦θO −θR0≦−φとなる角度θO を有する物体光に対して物体位置を移動させまたはθR ＝θR0−２φの参照光により作成した折り返し成分を含まない干渉縞、もしくはθR ＝θR0の参照光により作成した折り返し成分からなる干渉縞を表示する。開口４ｃを、図７（ｃ）に示す−１次の透過光の結像点を中心とした０次光の通過領域と同じ大きさの開口とし、さらに開口中心部に小さな遮光板を配置することで、θR ＝θR0の角度の再生光５ｃにより再生された−１次の真像（実像）の結像に関与する光線、すなわち物体上の点から発生する−３φ≦θO −θR0≦−φとなる角度θO を有する物体光だけを再生する。
【００４６】
以上により再生された各物体光を、ハーフミラー６ａ，６ｂで空間的に合成することにより、視域は約３倍に拡大される。
【００４７】
上述した、本発明立体表示装置の第３の実施形態では、一例として、３つの領域の物体光を空間的に合成するものとして説明したが、第１または第２の実施形態におけるのと同様に、これは３つの領域に限られるわけでなく、任意の数とすることができる。具体的には、例えば、図９の垂直方向の合成を垂直方向と同様に水平方向にも拡張することにより２次元的に視域を９倍にすることができる。領域の数をｍとすると、再生される物体光の広がる範囲、すなわち視域がｍ倍に拡大される。しかし、この場合、第１または、第２の実施形態におけるのと同様に、領域の数を増やすことはより高い次数の像を利用することになり、高い次数の像ほど０次の像との明暗の差が大きい。そこで、各次数の像の間で明暗の差を均一化するために、干渉縞表示面２の標本化構造における開口率を小さくし、そうしたうえで、全体光量の減少を補うため再生光５に明るい光を使用し、また、高次像の再生には再生像の明るさに応じて再生光５の光量を変化させるなどの方法を併用することが望ましい。
【００４８】
また、本実施形態（第３の実施形態）においても、第１または第２の実施形態におけるのと同様に、干渉縞表示面に用いる表示素子として液晶表示パネルなどの空間光変調素子を利用することができるが、動画でホログラム像の再生を行う場合、第１または第２の実施形態による再生像と同じ時間特性を有する再生像を得るために本実施形態に要求される干渉縞表示面の切り換え速度は、合成される物体光の領域の数をｍとすると、第１または第２の実施形態における干渉縞表示面の切り換え速度の（１／ｍ）倍でよい。
【００４９】
本発明立体表示装置は、以上説明した第１乃至第３の実施形態に限られるものではなく、これらの各実施形態を適宜組み合わせて実施するなど、特許請求の範囲の記載内で各種変形して実施することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、再生された真像（虚像）に対する高次の像の結像に関与する光を使用することにより、干渉縞表示面の解像度を大きくすることなく、また真像（虚像）の大きさを変えることなく視域の拡大ができるようにしたものである。従って、本発明によれば、干渉縞表示面として画素間隔が粗い液晶表示パネルを用いた場合にも、視域の広いホログラム像を再生することができ、動画ホログラフィ装置などに有効な技術となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  折り返し成分を含まない干渉縞が得られる物体光の広がる範囲を示している。
【図２】  本発明立体表示装置の第１の実施形態を示している。
【図３】  第１の実施形態に関する事項が物体上の任意の点について成立することを示している。
【図４】  第１の実施形態における不要な光線の排除の仕方を示している。
【図５】  不要な光線を排除するための開口の大きさ、形状および位置を示している。
【図６】  本発明立体表示装置の第２の実施形態を示している。
【図７】  第２および第３の実施形態において使用する開口を示している。
【図８】  高次の真像を結像させる干渉縞を作成するための第１の方法を示している。
【図９】  本発明立体表示装置の第３の実施形態を示している。
【符号の説明】
１  干渉縞作成面
２，２ａ，２ｂ，２ｃ  干渉縞表示面
３，３ａ，３ｂ，３ｃ  レンズ
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  開口
５，５ａ，５ｂ，５ｃ  再生光
６ａ，６ｂ  ハーフミラー
【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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