(57)【要約】【課題】簡易な構成で３次元像を観察することが可能な極めて実用性に秀れた３次元像表示装置の提供。【解決手段】記録材料に直接照射される参照光とこの記録材料に物体を介して照射される物体光とを干渉させて生じた干渉縞の強度分布を前記記録材料に記録して成るホログラムに、前記参照光を照射して物体光を再生させる光再生部と、前記物体光により共役像が形成される位置に設けられる水槽と、この水槽内に直径１０μｍ〜２０μｍのマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生器とから成り、前記水槽内のマイクロバブルをピクセルとして前記共役像を３次元像として表示するように構成した３次元像表示装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材料に直接照射される参照光とこの記録材料に物体を介して照射される物体光とを干渉させて生じた干渉縞の強度分布を前記記録材料に記録して成るホログラムに、前記参照光を照射して物体光を再生させる光再生部と、前記物体光により共役像が形成される位置に設けられる水槽と、この水槽内に直径１０μｍ〜２０μｍのマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生器とから成り、前記水槽内のマイクロバブルをピクセルとして前記共役像を３次元像として表示し得るように構成したことを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項２】
前記ホログラムを複数並設して成るホログラムシートを移動させながらホログラムに前記参照光を照射することで、前記水槽内に３次元像として表示される共役像を連続的に変化させるアニメーション機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元像表示装置。
【請求項３】
前記参照光の光源として発光ダイオード若しくは半導体レーザーダイオードを採用したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の３次元像表示装置。
【請求項４】
前記ホログラムとしてパソコンで制御可能なマイクロレンズが内蔵されていない液晶パネルに表示される計算機合成ホログラムを採用し、この計算機合成ホログラムが表示される液晶パネルに前記参照光を照射すると共に、この液晶パネルを制御することで前記計算機合成ホログラムを切り替えて前記水槽内に３次元像として表示される共役像を連続的に変化させるアニメーション機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に３次元画像というとゲームでよく使われる２次元で３次元を表現するバーチャルグラフィックスがあるが（例えば特許文献１参照）、この技術は実際には３次元物体を正しく表現できていない。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４６５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３次元テレビ原理のひとつに、計算機ホログラフィを含む光ホログラフィ技術がある。光ホログラフィ技術は光の収束により直接像及び共役像の２つの物体像を表示する物体光がホログラムにより再生される。現在は直接像を観察する装置が主流であるが、直接像を見るには欠点があり、３次元画像はホログラムを通して見なければならない。その点、共役像は、ホログラムを通さずに見ることができる。だがその共役像は実際には見えない。なぜならホログラムから再生される物体光は光の集束であり、反射するものが無ければ、見ることができない。しかし単なる壁では２次元の光の集束しか確認できない。３次元の物体を浮き出すには、光に反射し、尚且つ光を通過する。つまり奥行き方向の光の集束を見るためにはある程度光が通過しなければならない。また光の収束点が１０〜２０μｍ程度でなければ物体が表現できないのでそれに対応する物質が必要であった。
【０００５】
本発明は、上記課題を達成するために、微粒子の泡（以下マイクロバブルとする）発生器を図1のように設置した水槽を使用するものであり、マイクロバブル発生器により水槽中にマイクロバブルを発生させ、またマイクロバブル発生器によりバブルの気圧を調整する事により、水槽内のマイクロバブルの密度を調整することで、このマイクロバブルに物体光を反射させて共役像を視認可能とし、簡易な構成で３次元像を観察することが可能な極めて実用性に秀れた３次元像表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００７】
記録材料に直接照射される参照光とこの記録材料に物体を介して照射される物体光とを干渉させて生じた干渉縞の強度分布を前記記録材料に記録して成るホログラムに、前記参照光を照射して物体光を再生させる光再生部と、前記物体光により共役像が形成される位置に設けられる水槽と、この水槽内に直径１０μｍ〜２０μｍのマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生器とから成り、前記水槽内のマイクロバブルをピクセルとして前記共役像を３次元像として表示し得るように構成したことを特徴とする３次元像表示装置に係るものである。
【０００８】
また、前記ホログラムを複数並設して成るホログラムシートを移動させながらホログラムに前記参照光を照射することで、前記水槽内に３次元像として表示される共役像を連続的に変化させるアニメーション機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元像表示装置に係るものである。
【０００９】
また、前記参照光の光源として発光ダイオード若しくは半導体レーザーダイオードを採用したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の３次元像表示装置に係るものである。
【００１０】
また、前記ホログラムとしてパソコンで制御可能なマイクロレンズが内蔵されていない液晶パネルに表示される計算機合成ホログラムを採用し、この計算機合成ホログラムが表示される液晶パネルに前記参照光を照射すると共に、この液晶パネルを制御することで前記計算機合成ホログラムを切り替えて前記水槽内に３次元像として表示される共役像を連続的に変化させるアニメーション機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の３次元像表示装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、上述のように構成したから、簡易な構成で３次元像を観察することが可能な極めて実用性に秀れた３次元像表示装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１３】
ホログラムに参照光を照射することで、物体光を再生させる。この際、物体光により共役像が形成される位置に設けた水槽に直径１０μｍ〜２０μｍのマイクロバブルを均一に存在させておくことで、このマイクロバブルに物体光を反射させて共役像を３次元像として視認可能となる。
【００１４】
即ち、スクリーンと異なり、マイクロバブルは光が反射し且つ透過性を有するため、物体光を３次元表示することが可能で、これにより、参照光を発生させるための光源と水槽とマイクロバブル発生器とで極めて簡単に３次元物体像を表示可能となる。
【００１５】
従って、本発明によれば、ホログラムから物体像と共に再生される共役像をマイクロバブルに反射せしめて視認可能とすることで、従来実現が難しかったホログラムによる３次元像の再生を極めて簡易な構成で行えることになる。
【００１６】
また、例えば、ホログラムを複数並設してホログラムシートとし、このホログラムシートを動かしながら参照光をホログラムに照射することで、共役像を連続的に変化させることが可能となり、３次元動画映像を表示可能となる。
【００１７】
また、例えば、参照光の光源として発光ダイオードを採用することで、極めてコスト安に十分なコヒーレンスの光を得ることができ、安全で且つ大きなホログラムを採用して大きな３次元像を表示する場合でも簡易に対応可能となる。
【実施例】
【００１８】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００１９】
本実施例は、記録材料に直接照射される参照光とこの記録材料に物体を介して照射される物体光とを干渉させて生じた干渉縞の強度分布を前記記録材料に記録して成るホログラムに、前記参照光を照射して物体光を再生させる光再生部と、前記物体光により共役像が形成される位置に設けられる水槽と、この水槽内に直径１０μｍ〜２０μｍのマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生器とから成り、前記水槽内のマイクロバブルをピクセルとして前記共役像を３次元像として表示し得るように構成したものである。
【００２０】
近年マルチメディア時代にともない、情報をいかに忠実に再現できるかが重要になっている。現在、画像の伝達には主に３次元の情報を２次元で表示するテレビや写真が使われている。ゲームなどではＣＧ技術を使って３次元のデータを２次元で立体的に見せる技術も発達した。しかし３次元物体を２次元で表現することには限界がある。本実施例は３次元の情報を記録、再生でき、３次元の情報を伝達できるホログラフィ技術である。
【００２１】
各部を具体的に説明する。
【００２２】
ホログラム作成には数々の手法が存在するが、光ホログラフィ技術を使用する。光ホログラフィとは、コヒーレントな光源を用いて物体に光を照射し回折された光（物体光）と参照光を重ね合わせて作った干渉縞をホログラムにいったん記録し、その後このホログラムに再生照明光をあて回折光によって結像される再生像を観測するものである。写真は物体からの光の強度のみを記録するので、位相情報が失われる。よって物体の距離的位置情報つまり物体がどれだけ奥行きがあったかという情報が欠落しているが、光ホログラフィは、物体からの光をその波面の振幅と位相の情報を失わずに記録できる。よって物体の奥行き情報を含む３次元情報が記録され、忠実なる３次元物体を再生することができる。
【００２３】
従来、ホログラムの記録には、記録、再生にコヒーレントな光を用いていた。通常はレーザー光であり、そのため暗室の用意やレーザー光の取り扱い、スペックル雑音（粒状の画素雑音のこと。これは、電磁波がきっちり平均値を記録してくれないことによる雑音）の存在などによる制約があった。しかし近年では、青色発光ダイオードの発明により、安価で安全な光源が使えるようになったこと、また光源の力の設定やレーザープリンタの飛躍的な性能向上と計算機（パソコン）の計算機能の高速化により光の干渉を自由な間隔で設定できることによりスペックル雑音を改善できる状態となった。ゆえに本実施例では参照光の光源に発光ダイオードの使用も可能である。
【００２４】
また、本実施例では、計算機型光合成ホログラフィ技術を使用する。これは、実在する物体を撮影するかわりに計算機で仮想物体の波面を求めてホログラムを合成する手法である。この手法には、階調が多い出力装置を必要とするグレイホログラムと白黒の２階調の出力装置（プリンタ）でも作成可能なバイナリホログラムがある。中間調を用いたグレイホログラムは階調が多いほど正確なホログラムを作成できる。しかし階調が多く線形性が良好な出力装置は手に入りにくく高価なため、本実施例では２値ホログラムを作成する。２値の計算機ホログラムの特徴として、ホログラム作成時に光学系を用いないため理想的な条件でホログラムを作成でき、実在しない物体の合成が可能である。物体を記録するための特殊機材を必要とせず、計算量が少ないホログラム計算では、一般家庭に浸透している計算機（パソコン）でも計算が可能なので光学系ホログラム作成より手軽にできる。計算機を使用することによりデータをデジタルで扱うので手軽に扱うことができ、光学的情報処理への応用（空間フィルタ、計測技術）ができる。また、中間調が存在しないため写真縮小の際に非線型の影響を受けない、感光材料の粒子性に基づく雑音の影響を受けにくい等の利点もある。
【００２５】
具体的には、例えば、写真Ｌ版サイズ以上の感光材料若しくはＯＨＰシートに１０万画素（１ピクセル当たり１００μｍ×１００μｍ）〜１億８００万画素（１ピクセル当たり２．６μｍ×２．６μｍ）のレーザープリンタで焼き付けてホログラムを作製する。例えば、Ａ３サイズのホログラムを再生した場合、横幅最大３５ｃｍ、縦幅最大２５ｃｍ、奥行き最大１ｍの空間内に３次元像を浮かび上がらせることが可能である。また、例えば、アニメーションのセル画のように細かい動きごとにホログラムの計算及びプリントを繰り返し、最後に映画フィルムのようにＯＨＰシートを繋ぎ合わせて図２のホログラムの位置に置き、映画のように繋ぎ合わせたＯＨＰシート（ホログラムシート）を動かすことによって３次元動画映像を表示することも可能である。
【００２６】
尚、階調とは、色の濃淡を表すグラデーション、つまり色の段階のことであり、例えば白と黒の場合、その中間には灰色があり、さらに灰色には薄いものや濃いものがある。この段階を多く取ることで、白と黒のたった２色でも、滑らかな色の変化を持った表現ができる。
【００２７】
以下、更に本実施例の構成について具体的に説明する。
【００２８】
ホログラムは、上述のようにして３次元像（物体光と参照光との干渉縞の強度分布）を記憶させたものである。
【００２９】
光再生部は、図２に図示したように、発光ダイオードと、この発光ダイオードからの発光が順次通過するピンホール、凹レンズ及び凸レンズ、カラーフィルタで構成されている。この光再生部からの光を参照光としてホログラムに照射する。
【００３０】
また、半導体の再結合発光を利用したレーザーを発振する半導体レーザーダイオードを使用する場合、図３に示したように、半導体レーザーダイオードと、この半導体レーザーダイオードからの発光が順次通過する凹レンズ及び凸レンズ、カラーフィルタで構成する。
【００３１】
尚、カラーフィルタは一定の振動方向の光波だけを透過させる性質を持つものであり、ピンホールは対物側の開口径を小さくし、直径１〜５ｍｍ程度のピンホール状の穴からホログラムに光を当てるためのものであり、凹レンズ及び凸レンズは、ホログラムに全体的に一様に光を当てるものである。
【００３２】
発光ダイオードは、具体的には青色発光ダイオード、赤色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードの混じりけのない光の３原色を採用する。発光ダイオードは、肉眼にも安全で光エネルギーをいくらでも大きくできる。よって、この光の３原色により作られた白色光を光源とすると肉眼にも優しく、大きなホログラムをカラーで見ることが可能となる。
【００３３】
この発光ダイオードまたは半導体レーザーダイオードからの発光（光再生部からの発光）を、ホログラムを通してホログラムから物体光を発生させてこの物体光（により形成される共役像）を水槽に放射する。
【００３４】
水槽はホログラムから発生する物体光により形成される共役像を表示可能な大きさのものであり、この水槽内には水が張られている。この水槽には、市販されている一般的なマイクロバブル発生器が連設され、水槽内に一様にマイクロバブルを発生させることができるように構成されている。このマイクロバブル発生器は、バブルの気圧を調整することが可能であり、バブルの気圧を調整することで水槽内のマイクロバブルの密度を調整して３次元像を良好に視認可能な密度に設定する。尚、マイクロバブルは、水槽の底側から放出され水槽の上側へと上昇移動する。
【００３５】
従って、水槽内に大量のマイクロバブルを発生させることで、このマイクロバブル一つ一つを表示装置のピクセルとして用い、各マイクロバブルにホログラムから発生する共役像を形成する物体光を反射させて３次元像を浮かび上がらせて表示させることが可能となり、図１に図示したように多数の人があらゆる方向からその３次元像を見ることが可能となる。
【００３６】
尚、図１の水槽の左側からだけでなく、上側、下側及び右側からでも３次元像である共役像を目視できるのは、水中のマイクロバブルは極めて微細であり光を透過し且つ反射するため、水槽に照射される物体光は手前側のマイクロバブルに反射されつつ奥側に透過し奥側でも反射されて奥行きを持った３次元像となり、どの角度からでも目視できるためである。
【００３７】
また本実施例においては上述のようにして３次元動画映像を表示しているが、例えばホログラムとしてパソコンで制御可能なマイクロレンズが内蔵されていない液晶パネルに表示される計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）を採用し、プロジェクタ用液晶ディスプレイを用いて３次元動画映像を表示することもできる。
【００３８】
具体的には、図４に図示したように一般的な３ＬＣＤ方式対応プロジェクタから水銀灯、ダイクロックミラーなど光学類を取り除き、更に、液晶を制御する部分と電源およびそれに関連する部品を取り除き、３つの半導体レーザーダイオードとこれらの半導体レーザーダイオードからの３色の光を合成するダイクロックプリズムとホログラムに全体的に一様に光を当てるための凹レンズ及び凸レンズとを残して光再生部を構成し、また、ホログラムとしてパソコンで制御可能な液晶パネルに表示される計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）を採用し、ダイクロックプリズムに３方向から赤、青、緑の光を照射することによりこれらの光を合成したものを物体光としてＣＧＨに照射しながら多くのパターンのＣＧＨを適宜切り替えて表示させることで、前記水槽内に表示される共役像を連続的に変化させることができ、液晶ディスプレイを用いてカラーの３次元動画映像を表示することもできる。例えば一般的なプロジェクタ用液晶ディスプレイ１０２４×７６８（７０万画素、画素間隔２６μｍ）を用いて３次元動画映像を表示することが可能となる。
【００３９】
本実施例は上述のように構成したから、ホログラムに参照光を照射することで、物体光を再生させる際、物体光による共役像が形成される位置に設けた水槽に直径１０〜２０μｍのマイクロバブルを均一に存在させておくことで、このマイクロバブルに物体光を反射させて共役像を３次元像として視認可能となる。
【００４０】
即ち、スクリーンと異なり、マイクロバブルは光が反射し且つ透過性を有するため、物体光を３次元表示することが可能で、これにより、参照光を発生させるための光源と水槽とマイクロバブル発生器とで極めて簡単に３次元物体像を表示可能となる。
【００４１】
従って、本実施例によれば、ホログラムから再生される物体光をマイクロバブルに反射せしめて視認可能とすることで、従来実現が難しかったホログラムによる３次元像の再生を極めて簡易な構成で行えることになる。
【００４２】
また、ＯＨＰシート等から成るホログラムを複数並設してホログラムシートとし、このホログラムシートを移動させながら参照光を照射することで、共役像を連続的に変化させることが可能となり、３次元動画映像を表示可能となる。
【００４３】
また、参照光の光源として発光ダイオードを採用することで、極めてコスト安に十分なコヒーレンスの光を得ることができ、安全で且つ大きなホログラムを採用して大きな３次元像を表示する場合でも簡易に対応可能となる。
【００４４】
従って、本実施例は、簡易な構成で３次元像を観察することが可能な極めて実用性に秀れた３次元像表示装置となる。
【００４５】
本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施例の概略説明図である。
【図２】発光ダイオードを用いた場合の光再生部の概略説明図である。
【図３】半導体レーザーダイオードを用いた場合の光再生部の概略説明図である。
【図４】カラー化した物体光を再生させる光再生部の概略説明図である。
【図１】
2009093152.tif 000002
【図２】
2009093152.tif 000003
【図３】
2009093152.tif 000004
【図４】
2009093152.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月11日(2008.8.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
具体的には、図４に図示したように一般的な３ＬＣＤ方式対応プロジェクタから水銀灯、ダイクロックミラーなど光学類を取り除き、液晶を制御する部分と電源およびそれに関連する部品を残し、また３つの半導体レーザーダイオードとこれらの半導体レーザーダイオードからの３色の光を合成するダイクロックプリズムとホログラムに全体的に一様に光を当てるための凹レンズ及び凸レンズとを残して光再生部を構成し、また、ホログラムとして計算機で制御可能な液晶パネルに表示される計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）を採用し、ダイクロックプリズムに３方向から赤、青、緑の光を照射することによりこれらの光を合成したものを物体光としてＣＧＨに照射しながら多くのパターンのＣＧＨを適宜切り替えて表示させることで、前記水槽内に表示される共役像を連続的に変化させることができ、液晶ディスプレイを用いてカラーの３次元動画映像を表示することもできる。例えば一般的なプロジェクタ用液晶ディスプレイ１０２４×７６８（７０万画素、画素間隔２６μｍ）を用いて３次元動画映像を表示することが可能となる。