JP2001034148A

JP2001034148A - 立体映像表示方法および装置

Info

Publication number: JP2001034148A
Application number: JP11210970A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Horikoshi; 力堀越; Haruhiko Kojima; 治彦児島; Masahiro Sasaura; 正弘笹浦; Yoshiyuki Imai; 欽之今井; Ikutake Yagi; 生剛八木; Akiyuki Tate; 彰之館
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ちらつきの少ない動画等の立体映像表示するこ
と。コンパクトな構成で視野の広い立体映像を表示する
こと。【解決手段】ホログラム記録媒体に対し入射角の異な
る複数の非散乱光を照射し、ホログラムの記録および再
生を時分割で行う。表示デバイスを反射あるいは透過し
た複数視点のホログラム像に対応する散乱光を第１のホ
ログラフィック光素子により光路変換し、その集光位置
に配置された記録媒体に対し、集光された散乱光と共に
非散乱光を照射し、該記録媒体に複数視点のホログラム
像に対応する複数の干渉縞を記録した後、その記録され
た複数の干渉縞により再生される物体光を第２のホログ
ラフィック光素子により当該物体光の本来の進行方向に
光路を変換して複数視点のホログラム像に対応する立体
映像として表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元物体を立体
的に表示する立体映像表示方法および装置に関し、特
に、物体光をフォトリフラクティブ効果を有する記録媒
体（フォトリフラクティブ結晶）に照射し、その記録媒
体内部に、光の干渉縞をホログラムとして記録し、再生
することにより、３次元物体を立体的に表示する立体映
像表示方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、立体的に物体を表示する
方法として、立体視を応用した方法、ホログラムを用い
た方法がある。前者の立体視の方法では、左右の眼で観
察される映像を別々に眼に投射するステレオ方法であ
り、観察者のみ表示対象物を立体的に観察することがで
きる。人間が物体を立体的に知覚する大きな要因は、両
眼視差とピント調節が上げられる。前者の立体視の方法
は、両眼視差のみを再現したものであり、この場合の眼
のピントは、映像が投射されているスクリーンに常に合
っている。そのため、両眼視差による物体の飛び出し効
果と反して、ピント位置が固定であるため、長時間の観
察による眼精疲労が避けられない。

【０００３】一方、ホログラムによる方法は、物体から
反射してくる光の波面をそのまま再現する方法であり、
立体表示の方法としては最も理想的で、両眼視差、ピン
ト調節を実物の観察と変わりなく行うことができる。し
かし、ホログラムを記録するためには、光の回折現象を
再現する必要があるため、１ミリあたり数千本という非
常に細かい干渉縞を記録し、かつ再生表示させる必要が
ある。そのため、これまで、ホログラムは写真としての
利用形態しか考えられなかった。

【０００４】近年の電子デバイスの発展により、ホログ
ラムを動画像として表示する方法が報告されている。ホ
ログラムを動画として表示する方法の１つとして、液晶
パネルを用いた方法が提案されているが、液晶パネルの
有する解像度（画素ピッチ）は、ホログラム表示には十
分でない。液晶パネルにあっては、画素ピッチが広く、
表示可能な濃淡値が制約されるため、実際のホログラム
の様な複雑な縞を表示するには未だ十分な解像度をもっ
ていない。そのため、これら液晶パネル等の表示デバイ
スを用いてホログラムを表示しようとすると、小さな、
少数の物体（点光源）しか表示することができない。ま
た、解像度が粗いために、液晶パネルを直接透過する光
と回折光との分離できる角度が僅かであり、観察域が狭
いという問題があった。

【０００５】このような液晶パネルの問題を解決する方
法として、フォトリフラクティブ効果を有する記録媒体
（フォトリフラクティブ結晶）を使用し、表示デバイス
によって物体による散乱光を再生し、フォトリフラクテ
ィブ効果を有する記録媒体に照射すると共に、該記録媒
体に異なる角度から参照光を照射し、２つの光の波面の
干渉縞すなわちホログラムを記録する方法が考えられて
いる。

【０００６】また、フォトリフラクティブ結晶は、記録
光の強度に応じて、記録される像のコントラストが変わ
るため、より強い光で記録することが望ましい。そこ
で、レンズによる集光作用で、光の強度を強くして、フ
ォトリフラクティブ結晶（ホログラフィック記憶素子）
に記録・再生する方法が考えられている。

【０００７】図１４は、ホログラフィック記憶素子と集
光レンズを用いた従来の記録・再生方法の説明図であ
り、ホログラフィック記憶素子１４０１に記録する光の
強度を上げるため、集光レンズ１４０２を設置してい
る。この集光レンズ１４０２は、ホログラフィック記憶
素子１４０１の部分に焦点を有するレンズであり、表示
デバイス１４０４により生成された散乱光１４０５は、
１４０６に示すように、ホログラフィック記憶素子１４
０１上に集光する。このような集光レンズ１４０２の作
用によって、散乱光１４０５の強度が強くなり、ホログ
ラフィック記憶素子１４０１にホログラムを記録するの
に必要な時間が短くなり、よりコントラストの高い像を
再生することが可能である。ホログラフィック記憶素子
１４０１に記録された像は、レンズ１４０３により平行
光１４０７に変換され、表示デバイス１４０４を直進し
てきた光として観察者は知覚することができる。ここ
で、再生像は上下反転するが、表示デバイス１４０４に
表示する際に像を反転させることにより、観察者は正常
な方向で像を観察することが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法で動画の立体映像を表示しようとすると、動画の１
フレーム毎に、１フレーム分のホログラムを記録する時
間と、記録したホログラムを消去する時間が必要になる
ため、動画のリフレッシュレートが低くなってしまい、
再生される動画は“ちらつき”の多いものになってしま
うという問題がある。

【０００９】また、集光レンズ１４０２およびレンズ１
４０３の焦点距離、位置は固定であるため、視域の拡大
が必要な場合には、光路を機械的に変化させるなどの方
策を講じる必要がある。しかしながら、光路を機械的に
変化させたとしても、視域が表示デバイスの解像度（画
素ピッチ）に制約を受け、広い視野での高解像度の再生
が困難であるという問題がある。

【００１０】本発明の第１の目的は、ちらつきの少ない
動画等の立体映像、あるいは複数フレームの静止画等の
立体映像を高速で切換えながら表示することができる立
体映像表示方法および装置を提供することにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、コンパクトな構成
で視野の広い立体映像を表示することができる立体映像
表示方法および装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明は、書き換え可能な表示デバイスに物
体像を表示し、前記表示デバイスに非散乱光を照射し、
該表示デバイスを反射あるいは透過した散乱光を物体光
とし、該物体光をフォトリフラクティブ効果を有する記
録媒体に照射するのに同期して、前記記録媒体に非散乱
光を照射し、前記物体光と非散乱光との干渉縞をホログ
ラムとして前記記録媒体に記録し、再生する方法におい
て、前記記録媒体に対し入射角の異なる複数の非散乱光
を照射し、ホログラムの記録および再生を行うことを特
徴とする。

【００１３】また、入射角の異なる複数の非散乱光を時
分割で照射し、ホログラムの記録および再生を時分割で
行うことを特徴とする。

【００１４】さらに、前記記録媒体にホログラムを記録
する時の非散乱光と再生する時の非散乱光の強度を異な
らせることを特徴とする。

【００１５】また、ホログラムによる立体映像を表示す
る装置は、光源から発生された光を第１および第２の光
路に分割する光路分割手段と、表示すべきホログラムの
像を計算によって算出するホログラム計算手段と、算出
されたホログラムの像を表示し、前記第１の光路に分割
された光が照射されることによって前記表示された像の
反射光または透過光を散乱光として出射する表示手段
と、フォトリフラクティブ効果を有し、前記表示手段か
ら出射された散乱光に同期して非散乱光が入射されるこ
とによって、これら入射光の干渉縞がホログラムとして
記録されるホログラム記録手段と、前記第２の光路に分
割された光を複数の光路にさらに分割し、複数の非散乱
光を生成し、これら複数の非散乱光をそれぞれ異なる入
射角で前記ホログラム記録手段に入射する非散乱光生成
手段とを備えることを特徴とする。

【００１６】また、ホログラムを記録する時の非散乱光
と再生する時の非散乱光の強度を異ならせる手段をさら
に備えることを特徴とする。

【００１７】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明は、書き換え可能な表示デバイスに物体像を表示
し、前記表示デバイスに非散乱光を照射し、該表示デバ
イスを反射あるいは透過した散乱光を物体光とし、該物
体光をフォトリフラクティブ効果を有する記録媒体に照
射するのに同期して、前記記録媒体に非散乱光を照射
し、前記物体光と非散乱光との干渉縞をホログラムとし
て前記記録媒体に記録した後、非散乱光のみを照射して
物体像を立体映像として再生表示する立体映像表示方法
において、複数視点のホログラムの像を算出し、その算
出された像を前記表示デバイスに順次表示し、該表示デ
バイスに非散乱光を照射し、該表示デバイスを反射ある
いは透過した複数視点のホログラム像に対応する散乱光
を第１のホログラフィック光素子により光路変換し、そ
の集光位置に配置された前記記録媒体に対し、集光され
た散乱光と共に非散乱光を照射し、該記録媒体に複数視
点のホログラム像に対応する複数の干渉縞を記録した
後、その記録された複数の干渉縞により再生される物体
光を第２のホログラフィック光素子により当該物体光の
本来の進行方向に光路を変換して複数視点のホログラム
像に対応する立体映像として表示することを特徴とす
る。

【００１８】また、前記第１のホログラフィック光素子
を回転ディスクに貼り付け、立体映像の表示切換え速度
に応じて前記回転ディスクを回転させ、立体映像の切換
えを行うことを特徴とする。

【００１９】また、前記記録媒体に対し集光された散乱
光と共に照射する前記非散乱光として、入射角の異なる
複数の非散乱光を用いることを特徴とする。

【００２０】さらに、ホログラムによる立体映像を表示
する装置は、複数視点のホログラムの像を計算によって
算出するホログラム算出手段と、算出されたホログラム
の像を表示し、その表示された像の反射光または透過光
を散乱光として出射する表示手段と、この表示手段から
出射された複数視点のホログラム像に対応する散乱光を
光路変換する第１のホログラフィック光素子と、この第
１のホログラフィック光素子の集光位置に配置され、集
光された散乱光と共に非散乱光が同期して入射されるこ
とによって、これらの入射光の干渉縞がホログラムとし
て記録されるフォトリフラクティブ効果を有するホログ
ラム記録手段と、記録された干渉縞により再生される物
体光を本来の進行方向に光路を変換して複数視点のホロ
グラム像に対応する立体映像として表示する第２のホロ
グラフィック光素子とを備えることを特徴とする。

【００２１】前記のような解決手段において、フォトリ
フラクティブ効果を有する記録媒体は、多重記録が可能
なホログラム記録素子としても利用されている。すなわ
ち、入射角を異ならせることで複数の情報を記録できる
素子である。そこで、本発明では、１つの像を再生する
ためのホログラム記録を順次、参照光の入射角を変えな
がら行うようにしている。再生時は、異なる入射角で参
照光を照射することで、異なる像を再生することができ
る。

【００２２】通常、参照光の入射角を同じにして、異な
る像を記録する場合、先に記録された干渉縞によって、
物体光が発生し、この発生した物体光と、新たに記録し
ようとする物体光とが同時に観察され、残像が残ったよ
うな２重の像になってしまうことがある。

【００２３】そこで、参照光の角度を変えることによ
り、前の像との重なりの無い像を再生することが可能に
なる。しかも、前に記録された像は、記録時と同じ入射
角の参照光で消去するよりも、異なる入射角度の参照光
を当てた場合の方が、短い時間で消去が可能になり、リ
フレッシュレートを高くし、ちらつきの少ない立体映像
の表示が可能になる。

【００２４】また、結晶の特性として、記録時間、消去
時間は、照射する光の強度に比例するため、記録時の光
の強度を再生時より強くすることにより、記録時間を再
生時間より短くすることができ、記録・再生の繰り返し
において、ちらつきの少ない立体映像を再生することが
可能となる。

【００２５】また、本発明では、ホログラフィック光素
子（以下、ＨＯＥ）を用いて、集光位置の制御をＨＯＥ
の切換えのみで実現している。そして、記録媒体を透過
した光は再度、もう再生側のＨＯＥを透過し、表示デバ
イスから出てくる波面の進行方向と同じ方向に透過光の
光路を変化させている。これにより、ＨＯＥ面が立体映
像の表示可能な画面（空間）サイズになり、ＨＯＥを組
み合わせることで大画面化が実現できる。

【００２６】従来手法で、本発明と同程度の視域を確保
するためには、使用するレンズが大口径で焦点距離の近
いのものを作成することが必要であり、製造上、このよ
うなレンズを製造することが困難であった。これに対
し、ＨＯＥは、大画面、近接焦点のものを光学的に容易
に製作することができるため、コンパクトで大画面の立
体表示が可能となる。

【００２７】また、ＨＯＥを回転ディスクなどに取り付
けることで、高速に素子の入れ替えができ、大画面、動
画表示も可能となり、装置のコンパクト化も実現でき
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形
態を用いて詳細に説明する。

【００２９】［第１の実施形態］図１は、本発明の立体
映像表示装置の第１の実施形態を示す構成図であり、図
２は立体映像を表示する際の手順を示すフローチャート
である。

【００３０】図１に示す立体映像装置は、垂直偏光の出
力を持つレーザ光を利用した光学系を用い、入射角の異
なる２つの参照光を用いた例を示すものである。本発明
は、ホログラム記録媒体にホログラムを記録する際に、
入射角の異なる参照光（非散乱光）を複数用いるもので
あるが、その参照光としては２つに限定されるものでは
なく、３つ以上であってもよいものである。

【００３１】図１に示す装置は、大別して、ホログラム
計算手段（あるいはホログラム生成手段）１と、光学系
２とから構成されている。

【００３２】光学系２は、レーザ光発生器２００、ミラ
ー２０１、１／２波長板２０２、スペイシャルフィルタ
２０３、コリメータレンズ２０４、偏光ビームスプリッ
タ２０５、反射型液晶パネル２０６、１／２波長板２０
７、偏光ビームスプリッタ２０８、１／２波長板２０
９、ミラー２１０および２１１、フォトリフラクティブ
効果を有するホログラム記録媒体２１２、シャッタ
（Ａ）２１３、シャッタ（Ｂ）２１４、シャッタ（Ｃ）
２１５により構成されている。

【００３３】ホログラム記録媒体２１２は、例えばニオ
ブ酸ストロンチュウムバリウム（ＳＢＮ）を用いてい
る。また、参照光としては、レーザ光発生器２００から
発生させたレーザ光を第１の偏光ビームスプリッタ２０
５により第１の光路と第２の光路に分配したレーザ光の
うち、第２の光路に分配したレーザ光を第２の偏光ビー
ムスプリッタ２０８によってさらに２つに分配した２つ
のレーザ光をホログラム記録媒体２１２に参照光（Ａ）
１００９、（Ｂ）１００８として照射するようにしてい
る。

【００３４】このような構成において、レーザ光発生器
２００から発生されたレーザ光１０００は、ミラー２０
１を経由して１／２波長板２０２に入射される。１／２
波長板２０２では、レーザ光１０００の偏光面の角度
（傾き）を変化させる。ここでは、参照光（Ａ）１００
９、（Ｂ）１００８と物体光１０１０の強度が同じにな
るように偏光面を調整する。

【００３５】偏光されたレーザ光１００１は、スペイシ
ヤルフィルタ２０３を介して、球面波１００２に変換さ
れる。

【００３６】球面波１００２は、コリメータレンズ２０
４により、平面波１００３に変換され、偏光ビームスプ
リッタ（以下、ＰＢＳ）２０５に入射され、垂直偏光面
を有する成分は、ＰＢＳ２０５で反射し、反射光１００
４として反射型液晶パネル２０６に照射される。

【００３７】反射型液晶パネル２０６を反射した光（散
乱光）１００６は、液晶の特性により垂直偏光が水平偏
光に変換され、ＰＢＳ２０５を透過し、物体光１０１０
として、ホログラム記録媒体（ＳＢＮ）２１２に照射さ
れる。

【００３８】また、平面波１００３の水平偏光面を有す
る成分は、ＰＢＳ２０５をそのまま透過し、透過光１０
０５として直進する。

【００３９】透過光１００５は、水平偏光面のみを有す
る光であるが、１／２波長板２０７で偏光面が再度偏光
され、第２のＰＢＳ２０８に入射される。

【００４０】ここで、水平偏光面を有する成分は直進
し、透過光１００７として、ミラー２１１、シャッタ２
１３を経由してホログラム記録媒体２１２に参照光
（Ａ）１００９として入射される。

【００４１】また、第２のＰＢＳ２０８に入射した光の
垂直成分は、ＰＢＳ２０８で反射し、参照光Ｂ１００８
となり、１／２波長板２０９によって、水平偏光成分の
みを有する参照光に変換される。

【００４２】物体光１０１０は、参照光（Ａ）１００
９、（Ｂ）１００８のそれぞれと干渉し、ホログラム記
録媒体２１２の内部に、干渉縞すなわちホログラムとし
て記録される。

【００４３】観察者３は、参照光（Ａ）１００９または
（Ｂ）１００８のみを照射した際に、ホログラム記録媒
体２１２に記録された干渉縞による散乱光１０１１が眼
に入ることになり、ホログラム像を知覚することができ
る。なお、ホログラム像を観察する場合にのみシャッタ
（Ｄ）２１６が開いた状態に制御される。

【００４４】このような光路に対して、参照光（Ａ）１
００９、（Ｂ）１００８、物体光１０１０の光路中にシ
ャッタ（Ａ）２１３、（Ｂ）２１４、（Ｃ）２１５が設
置されている。すなわち、参照光（Ａ）１００９、
（Ｂ）１００８の光路にそれぞれ、シャッタ（Ａ）２１
３，シャッタ（Ｂ）２１４，物体光１０１０の光路にシ
ャッタ（Ｃ）２１５が設置されている。

【００４５】以下、このような光学系に基づき、シーン
１、シーン２のホログラムを表示する場合の動作を図２
のフローチャート及び図３のタイムスケジュールにした
がって説明する。

【００４６】まず、予め個々のシーンに対応した表示対
象のホログラムの像ａ、ｂを計算によって算出する（ス
テップ１０１）。このホログラムの算出方法としては、
点光源を元にフレネル変換する方法や、フーリエ変換し
た結果に位相を付加していく方法などがあるが、例えば
「光工学」（飯塚啓吾著、共立出版、ｐｐ．１４５−
１４９）に解説されている方法などを用いることができ
る。

【００４７】次に、図３の時刻ｔ０からｔｌの間、シー
ン１に対応したホログラムａを反射型液晶パネル２０６
に表示する。このとき、シャッタ（Ａ）２１３と（Ｃ）
２１５を開状態に制御し、シャッタ（Ｂ）２１４は閉状
態に制御する（ステップ１０２）。

【００４８】これにより、参照光（Ａ）１００９とホロ
グラムａによる物体光（散乱光）１０１０がホログラム
記録媒体２１２に同時に照射され、ホログラムａによる
干渉縞が記録される。

【００４９】次に、図３の時刻ｔｌからｔ２の間、シャ
ッタ（Ｃ）２１５を閉じ、参照光（Ａ）１００９のみが
ホログラム記録媒体２１２に照射されるようにし（ステ
ップ１０３）、シーン１を観察可能にする。

【００５０】次に、図３の時刻ｔ２からｔ３の間、シー
ン２に対応したホログラムｂを反射型液晶パネル２０６
に表示する。このとき、シャッタ（Ｂ）２１４、（Ｃ）
２１５を開状態にし、シャッタ（Ａ）２１３は閉状態に
制御する（ステップ１０４）。

【００５１】これにより、参照光（Ｂ）１００８とホロ
グラムｂによる物体光（散乱光）１０１０がホログラム
記録媒体２１２に照射され、ホログラムｂによる干渉縞
が記録される。このとき、先に記録したシーン１のホロ
グラムａによる干渉縞は消去される。

【００５２】次に、図３の時刻ｔ３からｔ４の間、さら
にシャッタ（Ｃ）２１５を閉じ、参照光（Ｂ）１００８
のみが照射されるようにし（ステップ１０５）、シーン
２を観察可能にする。

【００５３】次のシーンがある場合は、再度ステップ１
０１に戻り、同様の処理を繰り返す（ステップ１０
６）。

【００５４】以上の処理を繰り返すことで、異なるシー
ンのホログラムを順次表示でき、動画としてホログラム
を表示できるようになる。

【００５５】図４は、縦軸が再生像のコントラスト、横
軸が時間を表している。図３に示した時刻ｔ０からｔｌ
の段階で、徐々にシーン１の像が記録されて、シャッタ
（Ｃ）２１５を閉じた段階で、再生像が一定時間（ｔｌ
からｔ２）再生され、ｔ２の時刻に、別の参照光、別の
シーン２に対応するホログラムの記録が開始される。そ
して、記録開始のｔ２からｔ３の間に、記録すべきシー
ン２の像のコントラストは徐々に高くなり、先に記録し
てあったシーン１に対応するホログラムは徐々にコント
ラストが低くなる。すなわち、消去されていくようにな
る。時刻ｔ３からｔ４の間は、参照光Ｂのみが照射さ
れ、シーン２のみが再生されるようになる。

【００５６】ここで、再生時に、一時的にコントラスト
が上がるのは（図４で符号４０１で示す部分）、参照光
のみを照射した時、ホログラム記録媒体２１２に記録し
た干渉縞により発生した物体光と参照光が干渉し、像の
コントラストが高くなるためであり、参照光のみを照射
することで、徐々にコントラストは低下する。そして、
他の入射角度での参照光の照射により、記録されていた
像（干渉縞）は完全に消去される。

【００５７】ところで、図３では、記録と再生の時間を
同程度にして示しているが、図５に示すように、記録時
間を短くし、再生時間を長くすることも可能である。こ
れは、図１の１／２波長板２０２とミラー２０１の間
に、偏光面の角度を時間制御できる偏光板を設置し、再
生時より、記録時の方が光の強度が強くなるようにする
ことで容易に実現することができる。

【００５８】また、シャッタ（Ｄ）２１６をホログラム
記録媒体２１２と観察者３の間に設置し、記録時のみ、
シャッタ（Ｃ）２１５を閉じるように制御することで、
記録の際にホログラム記録媒体２１２を直接透過する光
を観察することなく、再生像のみを観察することができ
るようになる。

【００５９】また、シャッタ（Ａ）２１３、（Ｂ）２１
４、（Ｃ）２１５の開閉時間間隔は、動画表示が可能な
時間間隔、例えば３０フレーム／秒といった時間間隔を
選択することにより、動画の表示が可能になる。

【００６０】図６は、本発明の立体映像表示装置の機能
構成を示したブロック図であり、ホログラム計算手段６
０１、ホログラム格納手段６０２、ホログラム・参照光
切換制御手段６０３、参照光照射手段６０４、ホログラ
ム表示手段６０５、ホログラム記録媒体６０７で構成さ
れている。

【００６１】ホログラム計算手段６０１は、図１のホロ
グラム計算手段１に相当するものである。また、ホログ
ラム格納手段６０２は、算出されたホログラムの像を一
時記憶する記憶装置に相当する。さらに、ホログラム表
示手段６０５は、図１の反射型液晶パネル２０６に相当
し、参照光照射手段６０４は図１の参照光（Ａ）１００
９、（Ｂ）１００８の照射光学系に相当する。ホログラ
ム記録媒体６０７は、図１のホログラム記録媒体２１２
に相当する。ホログラム・参照光切換制御手段６０３
は、ホログラム表示手段６０５に表示させるホログラム
の切換え制御、参照光照射手段６０４による参照光の切
換え制御を行う部分である。また、シャッタ切換え手段
６０６は図１のシャッタＡ，Ｂ，Ｃの切換え制御を行う
部分である。

【００６２】この構成における動作は、次の通りであ
る。

【００６３】まず、ホログラム計算手段６０１であらか
じめ計算されたホログラムの像は、ホログラム格納手段
６０２に、一時的に格納保持される。保持されたホログ
ラムの像は、ホログラム・参照光切換制御手段６０３の
制御のもと、ホログラム表示手段６０５に表示され、さ
らに表示された像の切換えに同期して、シャッタ切換え
手段６０６によるシャッタの開閉が制御され、参照光照
射手段６０４からの参照光Ａ，Ｂが交互に切換えられな
がらホログラム記録媒体６０７に照射される。図６の符
号６００で示す部分が図１の光学系２の構成に対応す
る。

【００６４】以上のように、本実施形態においては、入
射角の異なる複数の参照光の照射光学系を設け、ホログ
ラムの記録、再生を行う際に、これらの複数の参照光を
時分割で切換え、記録、再生を時分割で行い、かつ次の
表示タイミングの像の記録を行う際に前の表示タイミン
グの像の消去を行うようにしているため、記録した像の
消去時間を独立して確保しておく必要がない。このた
め、表示対象のホログラムのリフレッシュ速度を早くす
ることができるようになり、その結果として、ちらつき
の少ないホログラムによる立体映像を表示することがで
きる。

【００６５】また、記録する時の参照光の強度を再生す
る時の強度より上げることにより、記録時間をさらに短
縮することができ、さらにリフレッシュ速度を早くする
ことができる。

【００６６】［第２の実施形態］次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。

【００６７】この第２の実施形態は、ホログラム記録媒
体の片側に、物体光の光路を変更して集光するホログラ
フィック光素子（ＨＯＥ）を設け、さらにホログラム記
録媒体を挟む反対側の対向位置に、ホログラム記録媒体
から透過した透過光を光路変換し、表示デバイスから出
てくる波面の進行方向と同じ方向に変化させる別のＨＯ
Ｅを設け、コンパクトな構成で視野の広い立体映像を表
示可能にするものである。

【００６８】この第２の実施形態を説明する準備とし
て、最初に光路変換に使用するＨＯＥ作成方法の一例を
説明する。

【００６９】図７は、ＨＯＥの作成方法の一例を示す図
である。図７において、例えば、点光源３０１による球
面波１１０１と平面波１１０２をホログラム乾板３００
−１に照射すると、干渉縞３１１が発生し、その干渉縞
３１１が乾板３００−１に記録される。

【００７０】同様に、別のホログラム乾板３００−２を
使用して、他の入射位置の点光源３０２による球面波１
１０３と平面波１１０４による干渉縞３１２は、乾板３
００−２に記録される。

【００７１】ここで記録された干渉縞３１１、３１２
は、回折格子の機能を有し、光の波面変換に利用するこ
とができる。すなわち、乾板３００−１に記録された干
渉縞（回折格子）３１１の場合、その部分に球面波１１
０１のみを照射すると、球面波１１０１は、平面波１１
０２が乾板３００−１を透過した方向に伝搬する平面波
１１０５に変換することができる。

【００７２】同様にして、球面波１１０３を乾板３００
−２に照射すると、平面波１１０４が３００−２を透過
した平面波１１０６と等価な光波面に変換される。

【００７３】ここで、説明を簡単にするために、図７
（ａ）の乾板３００−１の左側をＡ面、反対側をＢ面と
し、同様に、図７（ｂ）の乾板３００−２の左側をＡ
面、反対側をＢ面と定義すると、逆に、乾板３００−１
に平面波１１０５を入射すると、その平面波１１０５は
干渉縞３１１による回折作用によって点光源３０１の位
置に集光する球面波１１０１に変換することができる。
同様に、乾板３００−２に平面波１１０６を入射する
と、その平面波１１０６は干渉縞３１２による回折作用
によって点光源３０２の位置に集光する球面波１１０３
に変換することができる。

【００７４】すなわち、Ｂ面から球面波を入射した場
合、平面波に変換する光学素子として使用でき、Ａ面か
ら平面波を入射した場合、球面波に変換する光学素子と
して使用することができる。この第２の実施形態では、
このような干渉縞を記録した乾板３００−１，３００−
２をホログラム記録媒体の両側に配置して物体光の光路
変換を行い、コンパクトな構造で大きな視野の立体映像
を表示しようとするものである。

【００７５】図８は、上記のＨＯＥを使用して立体映像
を表示する方法を簡単に説明するための図である。図８
において、レーザ光発生器４０１から発生されたレーザ
光４０２はミラー４０３を経由して偏光ビームスプリッ
タ（ＰＢＳ）４０４に入射される。そして、水平偏光面
を有する成分は直進し、ミラー４０５に入射される。ミ
ラー４０５によって反射された光はフォトリフラクティ
ブ効果を有するホログラム記録媒体４０６に参照光４０
７として照射される。

【００７６】また、垂直成分の光はＰＢＳ４０４で反射
し、反射光４０８として反射型液晶パネル４０９に照射
される。この反射型液晶パネル４０９により反射された
光（散乱光）４１０は液晶の特性により垂直偏光成分が
水平偏光成分に変換され、ＰＢＳ４０４を透過して物体
光としてＨＯＥ４１１に入射される。ＨＯＥ４１１を透
過した光は、ホログラム記憶媒体４０６に照射され、先
の参照光４０７と干渉縞が生成される。この干渉縞が、
表示デバイス４０９で表示している物体により生成され
るホログラムを記録していることになる。

【００７７】本発明では、ホログラム記録媒体４０６の
透過光路の前後２ヶ所に、ＨＯＥ４１１と４１２を配置
している。

【００７８】図９は、２つのＨＯＥ４１１，４１２によ
る波面変換を説明する図である。

【００７９】図において、４０９はホログラムを表示す
る表示デバイス、４０６はフォトリフラクティブ効果を
有するホログラム記憶媒体であり、ＨＯＥ４１１により
集光した光と参照光４０７との干渉により生成された干
渉縞を記録する。４１２は再生側のＨＯＥであり、先に
説明した乾板３００−１および３００−２の縞が記録さ
れている部分のみを取出し（切出し）、縦方向に並べた
構成であり、４１２ａと４１２ｂで構成されている。４
１２ａが乾板３００−１に相当し、４１２ｂが乾板３０
０−２に相当する。この再生側のＨＯＥは投影スクリー
ンとしての役割を持っている。

【００８０】５０２は、乾板３００−２をＨＯＥ４１１
の位置に配置した時に物体光４１０が集光する位置、５
０３は乾板３００−１をＨＯＥ４１１の位置に配置した
場合に物体光４１０が集光する位置を表している。

【００８１】ここで、参照光４０７がホログラム記録媒
体４０６に照射され続けているものとすると、ＨＯＥ４
１１の位置に乾板３００−１を配置した場合、Ａ面に物
体光が入射されるので、その物体光は光路が変更されて
ホログラム記録媒体４０６の５０３の位置に集光し、参
照光４０７との干渉縞として記録される。また、ＨＯＥ
４１１の位置に乾板３００−２を配置した場合、Ａ面に
物体光が入射されるので、その物体光は光路が変更され
てホログラム記録媒体４０６の５０２の位置に集光し、
参照光４０７との干渉縞として記録される。これらの干
渉縞は参照光４０７によって球面波１２０３，１２０４
として再生側のＨＯＥ４１２ａ，４１２ｂのＢ面に入射
される。再生側のＨＯＥ４１２ａ、４１２ｂに入射され
た球面波は、ここで平面波１２０５，１２０６に変換さ
れ、観察者に立体映像として知覚される。したがって、
記録側のＨＯＥ４１１を乾板３００−１から３００−２
に、また３００−２から３００−１に切換える速度を観
察者の眼から残像が消えてしまう時間の長さよりも短い
時間間隔で切換えることにより、平面波１２０５，１２
０６が同時に表示されたような大きな立体映像として知
覚させることが可能になる。

【００８２】次に、図１０に示すフローチャートと図１
１の説明図を参照し、この第２の実施形態における表示
手順を説明する。

【００８３】図１１は、図９で示した構成のＨＯＥを使
用した場合の像の記録・再生を説明する図である。最初
に、可視空間および表示対象物体を決定する。例えば、
図１１の５２１に示すような３次元物体（立方体と球）
を表示するとき、２００１に相当する可視空間に含まれ
る像を再生するホログラム１と、可視空間２００２に対
応する像を表示するホログラム２を計算するように指定
する（ステップ１３０１）。そして、そのホログラム
１，２をあらかじめ計算しておく（ステップ１３０
２）。

【００８４】ここで、可視空間の決定方法の一例を説明
する。

【００８５】図１１の１６０４に相当する位置に電子デ
バイスが配置されているとすると、物体光は１６０１の
範囲を伝搬する。そのとき、観察者３が観察できる可視
空間は、１６０１がスクリーンの役目をなすＨＯＥ４１
２を透過したあと伝搬する領域も含めた、２００１で示
した領域とする。ここで、スクリーンからどの程度の距
離までを観察できる可視空間とするかは、表示対象によ
り異なり、２００１に示したような、奥行き方向に関し
ては固定された距離までを可視とするとは限らない。無
限速までの視域を設定して計算を行ってもよい。

【００８６】また、１６０５の位置に表示デバイスを配
置した場合は、可視空間は２００２で示された領域とな
る。

【００８７】ここで、表示デバイスは４０９の位置に取
り付けられているものであり、１６０４、１６０５は観
察者から見た仮想的な位置である。

【００８８】計算されたホログラムは表示デバイス４０
９に順次表示される（ステップ１３０３）と同時に、Ｈ
ＯＥ４１１が３００−１または３００−２に同期して切
換えられる（ステップ１３０４）。

【００８９】例えば、ホログラム１は図１１の視域２０
０１に対応したホログラムであり、ホログラム２は視域
２００２に対応したホログラムであるとする。

【００９０】図１１のＨＯＥ４１１には、ホログラム１
を表示している間は、乾板３００−２を用い、ホログラ
ム２を表示している間は、乾板３００−１を用いるよう
に切換える。

【００９１】用意してあるホログラムを全て表示したら
（ステップ１３０５）、再度最初に戻り、次のシーンに
対応するホログラムを順次表示する（ステップ１３０
６）。

【００９２】ＨＯＥ４１１の切換え方法としては、電子
デバイスでＨＯＥの役目をするパターンを表示する場合
や、回転ディスクに複数のＨＯＥを生成し、ディスクの
回転によりパターンを切換える方法などが考えられる。

【００９３】図１２は、ＨＯＥ４１１の切換え方法とし
て、４１１の設置位置に配置した回転ディスク１７０１
に集光位置が異なる複数のＨＯＥ４１１を作成し、表示
デバイス４０９におけるホログラムの書き換え表示速度
に同期させて、回転ディスク１７０１を時計回り１７０
２のように回転させることにより、ＨＯＥ４１１を切換
える構成の例を示すものである。この構成において、乾
板３００−２に相当するＨＯＥ４１１であるとすると、
表示デバイス４０９により生成された物体光はＨＯＥ４
１１による集光作用により、ホログラム記憶媒体４０６
の１７０３の部分に集光されるようになる。さらに、ホ
ログラム記憶媒体４０６を透過した光は、スクリーンの
役目も持つＨＯＥ４１２の１７０４の部分に照射され
る。１７０４の部分には、先に作成した乾板３００−２
が表裏逆（入射側がＢ面、出射側がＡ面）に取り付けら
れている。すると、１７０４の部分を透過した光は再
度、平行光に変換され、表示デバイス４０９により生成
された物体光の波面が再現されるようになる。

【００９４】表示デバイス４０９に次のホログラムが表
示されると同時に、回転ディスク１７０１は回転し、次
のＨＯＥの機能を有する部分が４１１の位置になるよう
に回転する。

【００９５】このように焦点位置（集光位置）の異なる
複数のＨＯＥを回転ディスク１７０１に作成しておくこ
とにより、図１１（ｂ）の１７０５に示すように、集光
位置が１７２１，１７２２，１７２３，１７２４，１７
２５といったように、順次移動し、それぞれの部分に異
なる干渉縞が記録されることになる。これらを順次再生
する、あるいは、一度に再生し、複数のフレームのホロ
グラム映像を多重表示させることも可能になる。

【００９６】なお、ＨＯＥの枚数、サイズはＨＯＥの焦
点距離および表示形態に応じて適宜変更することができ
る。

【００９７】図１３は、この第２の実施形態における装
置の機能構成を示すブロック図であり、ホログラム計算
パラメータ設定手段１５０１、ホログラム計算手段１５
０２、ホログラム一時格納手段１５０３、ホログラム表
示制御手段１５０４、ＨＯＥ素子制御手段１５０５、ホ
ログラム記録媒体１５０６、ホログラム表示手段１５０
７によって構成される。

【００９８】ホログラム計算パラメータ設定手段８０５
によって各可視空間に対応するホログラムを生成するた
めのパラメータ（表示対象物体、再生位置等）が設定さ
れ、その設定されたパラメータにしたがって、ホログラ
ム計算手段１５０２において表示対象のホログラムの像
が算出される。算出されたホログラムの像は、ホログラ
ム一時格納手段１５０３（例えばフレームメモリやハー
ドディスクなど）に一時格納保持される。

【００９９】ホログラム表示制御手段１５０４は、ホロ
グラム一時格納手段１５０３からホログラムのデータを
読み出し、反射型液晶パネル等で構成されるホログラム
表示手段１５０７に表示すると同時に、ＨＯＥ素子制御
手段１５０５に制御信号を送り、ＨＯＥの切換えを行
い、ホログラム記録媒体１５０６に参照光と物体光の干
渉縞をホログラムとして記録する。以上の処理を繰り返
すことで、動画ホログラムを再生することが実現でき
る。

【０１００】以上のように、この第２の実施形態におい
ては、ホログラフィック光素子をホログラム記録媒体の
光路の前後に配置し、これらのホログラフィック光素子
によって物体光の集光、平面波への変換を行うように構
成したため、コンパクトな構造で大きな視野のホログラ
ムによる立体映像を表示することができる。

【０１０１】また、フォトリフラクティブ結晶からなる
ホログラム記録媒体では、光の強度に比例して回折効率
が向上するので、記録に要する時間が短くなり、結果的
に単位時間当りの記録情報量が増加し、記録効率が向上
する。

【０１０２】また、ホログラフィック光素子による集光
作用によって記録効率が向上する結果、フレーム切換え
を高速に行ったとしても、従来方法に比べてよりコント
ラストの高い画像を得ることが可能になる。

【０１０３】なお、本実施形態では、ＨＯＥを２つの光
の干渉縞として生成しているが、他にフレネルレンズを
利用することも可能であり、本実施形態で使用するＨＯ
Ｅの作成方法は限定されず、光の進行方向を制御可能な
素子であれば、本発明の方法・装置に適用可能である。

【０１０４】フレネルレンズの場合は、当該レンズの焦
点の位置を、レンズの中心ではなく、周辺に焦点を結ぶ
ようなレンズを設計すれば本発明を適用できる。

【０１０５】また、この第２の実施形態において、前述
の第１の実施形態のように入射角の異なる複数の参照光
を用いて時分割で複数のホログラムの記録再生を行うよ
うに構成することができる。

【０１０６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ホログ
ラムによる動画等の立体映像をちらつきを少なくして再
生表示することができる。

【０１０７】また、ホログラムによる大きな視野の立体
映像をコンパクトな構成で再生表示することができる。

【０１０８】さらに、フォトリフラクティブ結晶を使用
した方法において、ホログラフィック光素子による集光
作用によって、記録効率が向上し、記録に要する時間を
大幅に削減できるようになり、その結果として、フレー
ム切換えを高速に行ったとしても、従来方法に比べてよ
りコントラストの高い画像を得ることが可能になるなど
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による立体映像表示装置の第１の実施形
態を示す構成図である。

【図２】図１の実施形態における立体映像表示手順を示
すフローチャートである。

【図３】図１の実施形態において立体映像を表示する場
合の複数のホログラムの記録、再生タイムスケジュール
の例を示すタイムチャートである。

【図４】図１の実施形態において立体映像を表示する場
合の再生像のコントラストの変化を示した図である。

【図５】図１の実施形態において立体映像を表示する場
合の複数のホログラムの記録、再生タイムスケジュール
の他の例を示すタイムチャートである。

【図６】本発明における立体映像表示装置の第１の実施
形態の機能構成を示すブロック図である。

【図７】本発明による立体映像表示装置の第２の実施形
態で使用するホログラフィック光素子（ＨＯＥ）の作成
方法を説明する図である。

【図８】ＨＯＥを使用した立体映像表示方法のための簡
単な構成図である。

【図９】ＨＯＥによる波面変換を説明する図である。

【図１０】本発明による立体映像表示装置の第２の実施
形態における立体映像表示手順を示すフローチャートで
ある。

【図１１】可視空間の考え方及び波面を説明する図であ
る。

【図１２】ＨＯＥの切換え方法の一例を示す構成図であ
る。

【図１３】本発明における立体映像表示装置の第２の実
施形態の機能構成を示すブロック図である。

【図１４】従来のホログラム再生方法の説明図である。

【符号の説明】

１…ホログラム計算手段、２…光学系、３…観察者、２
００…レーザ光発生器、２０５，２０８，４０４…偏光
ビームスプリッタ、２０６…反射型液晶パネル、２１２
…ホログラム記録媒体、２１３〜２１５…シャッタ、３
００−１，３００−２…乾板、４０６…ホログラム記録
媒体、４０９…表示デバイス，４１１，４１２…ホログ
ラフィック光素子（ＨＯＥ）、５０２，５０３…集光位
置、５２１…３次元物体、１００８…参照光（Ｂ）、１
００９…参照光（Ａ）、１０１０…物体光、１１０１，
１１０３…球面波、１１０５，１１０６…平面波、１７
０１…回転ディスク、２００１，２００２…可視空間。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 13/00 Ｈ０４Ｎ 13/00 (72)発明者笹浦正弘東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者今井欽之東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者八木生剛東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内 (72)発明者館彰之東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2K008 AA00 BB04 CC01 EE04 FF27 HH01 HH13 HH14 HH16 HH18 HH25 HH26 5C052 AA05 AC10 DD10 EE03 5C061 AA29 AB02 AB14 AB21 5G435 AA01 AA02 AA18 BB00 BB11 BB15 BB17 CC11 DD04 DD18 FF03 FF05 FF06 FF07 FF12 FF15 GG00 GG02 GG09 GG11 GG28 HH01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】書き換え可能な表示デバイスに物体像を
表示し、前記表示デバイスに非散乱光を照射し、該表示
デバイスを反射あるいは透過した散乱光を物体光とし、
該物体光をフォトリフラクティブ効果を有する記録媒体
に照射するのに同期して、前記記録媒体に非散乱光を照
射し、前記物体光と非散乱光との干渉縞をホログラムと
して前記記録媒体に記録し、再生する方法において、前記記録媒体に対し入射角の異なる複数の非散乱光を照
射し、ホログラムの記録および再生を行うことを特徴と
する立体映像表示方法。
【請求項２】前記入射角の異なる複数の非散乱光を時
分割で照射し、ホログラムの記録および再生を時分割で
行うこと特徴とする請求項１記載の立体映像表示方法。
【請求項３】前記記録媒体にホログラムを記録する時
の非散乱光と再生する時の非散乱光の強度を異ならせる
ことを特徴とする請求項１記載の立体映像表示方法。
【請求項４】ホログラムによる立体映像を表示する装
置であって、光源から発生された光を第１および第２の光路に分割す
る光路分割手段と、表示すべきホログラムの像を計算によって算出するホロ
グラム計算手段と、算出されたホログラムの像を表示し、前記第１の光路に
分割された光が照射されることによって前記表示された
像の反射光または透過光を散乱光として出射する表示手
段と、フォトリフラクティブ効果を有し、前記表示手段から出
射された散乱光に同期して非散乱光が入射されることに
よって、これら入射光の干渉縞がホログラムとして記録
されるホログラム記録手段と、前記第２の光路に分割された光を複数の光路にさらに分
割し、複数の非散乱光を生成し、これら複数の非散乱光
をそれぞれ異なる入射角で前記ホログラム記録手段に入
射する非散乱光生成手段と、を備えることを特徴とする
立体映像表示装置。
【請求項５】ホログラムによる立体映像を表示する装
置であって、光源から発生された光を第１および第２の光路に分割す
る光路分割手段と、表示すべきホログラムの像を計算によって算出するホロ
グラム計算手段と、算出されたホログラムの像を表示し、前記第１の光路に
分割された光が照射されることによって前記表示された
像の反射光または透過光を散乱光として出射する表示手
段と、前記第２の光路に分割された光を複数の光路にさらに分
割し、複数の非散乱光を生成する非散乱光生成手段と、これら複数の非散乱光の光路中にそれぞれ配置された複
数の非散乱光開閉手段と、前記散乱光の光路中に配置された散乱光開閉手段と、フォトリフラクティブ効果を有し、前記表示手段から出
射された散乱光に同期して前記複数の非散乱光の１つが
他の非散乱光とそれぞれ異なる入射角で入射されること
によって、これら入射光の干渉縞がホログラムとして記
録されるホログラム記憶手段と、前記散乱光開閉手段および非散乱光開閉手段を前記表示
手段におけるホログラム像の更新タイミングに同期して
時分割制御し、前記ホログラム記録手段に対するホログ
ラムの記録、再生、消去および次に表示すべきホログラ
ムの記録を時分割で制御する制御手段と、を備えること
を特徴とする立体映像表示装置。
【請求項６】前記ホログラム記録媒体にホログラムを
記録する時の非散乱光と再生する時の非散乱光の強度を
異ならせる手段をさらに備えることを特徴とする請求項
５記載の立体映像表示装置。
【請求項７】書き換え可能な表示デバイスに物体像を
表示し、前記表示デバイスに非散乱光を照射し、該表示
デバイスを反射あるいは透過した散乱光を物体光とし、
該物体光をフォトリフラクティブ効果を有する記録媒体
に照射するのに同期して、前記記録媒体に非散乱光を照
射し、前記物体光と非散乱光との干渉縞をホログラムと
して前記記録媒体に記録した後、非散乱光のみを照射し
て物体像を立体映像として再生表示する立体映像表示方
法において、複数視点のホログラムの像を算出し、その算出された像
を前記表示デバイスに順次表示し、該表示デバイスに非
散乱光を照射し、該表示デバイスを反射あるいは透過し
た複数視点のホログラム像に対応する散乱光を第１のホ
ログラフィック光素子により光路変換し、その集光位置
に配置された前記記録媒体に対し、集光された散乱光と
共に非散乱光を照射し、該記録媒体に複数視点のホログ
ラム像に対応する複数の干渉縞を記録した後、その記録
された複数の干渉縞により再生される物体光を第２のホ
ログラフィック光素子により当該物体光の本来の進行方
向に光路を変換して複数視点のホログラム像に対応する
立体映像として表示することを特徴とする立体映像再生
方法。
【請求項８】前記第１のホログラフィック光素子を回
転ディスクに貼り付け、立体映像の表示切換え速度に応
じて前記回転ディスクを回転させ、立体映像の切換えを
行うことを特徴とする請求項７記載の立体映像再生方
法。
【請求項９】前記記録媒体に対し集光された散乱光と
共に照射する前記非散乱光として、入射角の異なる複数
の非散乱光を用いることを特徴とする請求項７記載の立
体映像再生方法。
【請求項１０】ホログラムによる立体映像を表示する
装置であって、複数視点のホログラムの像を計算によって算出するホロ
グラム算出手段と、算出されたホログラムの像を表示し、その表示された像
の反射光または透過光を散乱光として出射する表示手段
と、この表示手段から出射された複数視点のホログラム像に
対応する散乱光を光路変換する第１のホログラフィック
光素子と、この第１のホログラフィック光素子の集光位置に配置さ
れ、集光された散乱光と共に非散乱光が同期して入射さ
れることによって、これらの入射光の干渉縞がホログラ
ムとして記録されるフォトリフラクティブ効果を有する
ホログラム記録手段と、記録された干渉縞により再生される物体光を本来の進行
方向に光路を変換して複数視点のホログラム像に対応す
る立体映像として表示する第２のホログラフィック光素
子と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置。