JP2011035899A - 立体画像提示方法および提示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素ピッチの粗い空間光変調素子を用いた場合でも、広い視野角をもった歪みのない再生像を提示する。
【解決手段】 原画像１０からの物体光と参照光４０Ｒ，４０Ｌとによって記録面２０Ｒ，２０Ｌ上に形成されるホログラム干渉縞をコンピュータで演算し、画像データ５０Ｒ，５０Ｌに収める。予め右眼および左眼の観察位置３０Ｒ，３０Ｌを設定し、参照光４０Ｒ，４０Ｌとして、これら観察位置に収束する光路をとる光を用いる。液晶ディスプレイなどの空間光変調素子を記録面２０Ｒ，２０Ｌの位置にそれぞれ配置し、画像データ５０Ｒ，５０Ｌを供給して駆動し、ホログラム干渉縞を表示させる。この干渉縞の表示面に、参照光４０Ｒ，４０Ｌと同じ光路をとる再生用照明光を照射し、観察位置３０Ｒ，３０Ｌに両眼ＥＲ，ＥＬを置いた観察者に観察させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像を提示する方法および装置に関し、特に、空間光変調素子を用いて再生用照明光に対する変調を行うことにより、観察者に立体画像を提示する技術に関する。

立体画像を提示する代表的な方法として、二次元視差画像方式が古くから知られている。この方式は、三次元物体を両眼で観察した場合に、左右の眼の網膜に得られる画像にわずかな視差が生じ、この視差を手がかりに奥行きを知覚するという人間の知覚特性を利用する方式である。この方式で立体画像を提示するには、予め、左眼に提示するための左眼視差画像と右眼に提示するための右眼視差画像とを別個に用意しておき、何らかの方法で、左眼視差画像を左眼のみに提示し、右眼視差画像を右眼のみに提示すればよい。具体的な提示方法としては、アナグリフ方式、液晶シャッター方式、偏光眼鏡方式、パララックスバリア方式、レンチキュラレンズ方式、ヘッドマウントディスプレイ方式など、多数の方法が提案され、実用化されてきている。

ところが、この二次元視差画像方式には、一般に「輻輳調節矛盾」と呼ばれる問題が生じることが知られている。この問題は、「眼の焦点調節距離（ピント位置）」と「輻輳角（物体から見て、左右両眼のなす角）から得られる奥行き距離」との不一致に起因するものである。すなわち、眼は常に二次元画像の表示面に焦点を合わせるため、焦点調節距離は固定であるのに対して、輻輳角は表示される物体の奥行きに応じた異なる角度になるので、脳が両者間の矛盾を認識することになる。この矛盾は、立体画像を観察する際に生じる眼精疲労の原因とも言われている。

これに対して、ホログラフィの技術を利用した立体画像の提示方法では、物体から生じる光の波面の情報を一旦ホログラムという形式で記録し、再生時には、このホログラムに再生用照明光を照射することにより、記録されていた波面を再生することになる。この方法では、物体の波面の情報を正確に再現することができるため、上述した「輻輳調節矛盾」の問題は生じない。このため、ホログラフィは理想的な立体表示技術と言われている。ホログラムを作成するには、通常、記録対象となる物体からの物体光と、これとは別の参照光とを、感光材料からなる媒体の記録面上で重ね合わせ、物体光と参照光との干渉による干渉縞を記録面に形成する方法がとられる。

最近は、コンピュータを利用してホログラムを作成する技術も実用化されており、ＣＧ技術で作成された仮想物体を用いて、コンピュータ上でシミュレーションを行い、記録面上に形成される干渉縞パターンを演算によって求めることによって作成された計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）も普及し始めている。また、物体からの波面の情報を干渉縞（振幅強度）として記録する代わりに、物体波の位相のみを記録する方式（キノフォーム方式）や物体波の位相と振幅との双方を記録する方式（複素振幅方式）も提案されている。更に、このようなコンピュータの演算によって得られた干渉縞パターン等の画像データを、液晶ディスプレイなどの空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）に与え、再生用照明光に対する変調を行い、物体光の波面を再生する方法も提案されている。たとえば、下記の特許文献１には、右眼用の空間光変調素子と左眼用の空間光変調素子とを用意し、これらに右眼用画像データおよび左眼用画像データ（ホログラムやキノフォームなど、物体光の波面の情報を記録した画像データ）をそれぞれ与え、左右両眼のそれぞれに物体光の波面を提示する方法が開示されている。

空間光変調素子を用いた立体画像提示方法のメリットは、任意の画像データに基づいて任意の立体画像を提示できる点である。感光材料からなるホログラム記録媒体による再生像は、予め記録されている特定の立体画像に固定されてしまうが、空間光変調素子による再生像は、与える画像データに依存して自由に変えることができる。このため、たとえば、時系列に並べられた複数の画像データを用意し、これらを順番に空間光変調素子に与えて駆動するようにすれば、提示する画像を時間的に更新してゆくことができるため、観察者に対して立体画像を動画として提示することも可能になる。

特開平８−２６２９６２号公報

上述したとおり、ホログラフィは、原理的には、理想的な立体表示技術であり、特に、前掲の特許文献１に開示されているように、空間光変調素子を用いた手法を採れば、デジタルデータによって装置を駆動することができるため、理想的な立体動画提示装置を実現することができる。

しかしながら、一般的なホログラム記録媒体に比べて、空間光変調素子の空間分解能は極めて低いのが現状である。これは、液晶ディスプレイに代表される一般的な空間光変調素子が、多数の画素の集合体からなり、画素単位で光学的特性を制御する機能をもっているためである。たとえば、現在、空間光変調素子として商用利用可能な液晶ディスプレイの場合、画素ピッチはたかだか３２μｍ程度である。もちろん、特殊用途の液晶ディスプレイでは、画素ピッチがより小さな製品も開発されているが、立体画像提示装置という一般製品に組み込むには、コストの面で折り合わない。

液晶ディスプレイの画素ピッチは、そのまま表示画像の解像度を決めるパラメータになり、液晶ディスプレイ上に表示されたホログラム干渉縞の解像度は、当該ディスプレイの画素ピッチに依存して定まる。一方、ホログラムを再生する場合、再生用照明光がホログラム記録面の個々の位置で回折され、観察者の眼に入ることになるが、物理的に回折可能な角度の上限は干渉縞の解像度に依存する。結局、画素ピッチが粗くなればなるほど、物理的に回折可能な角度は小さくなるので、大きな回折角を得るためには、画素ピッチをできるだけ細かくし、ホログラム干渉縞の解像度を高める必要がある。しかしながら、上述したとおり、商用利用可能な液晶ディスプレイの画素ピッチはたかだか３２μｍ程度というのが現状である。

このように、空間光変調素子を用いた立体画像提示装置には、一般的なホログラム記録媒体に比べて、物理的に回折可能な角度が小さい、という欠点があるため、「観察者から見た視野角が狭い」という問題が生じる。たとえば、観察者が、空間光変調素子として機能する液晶ディスプレイの中心点に視線を向けて観察した場合、当該中心点近傍からの回折光は観察できるが、液晶ディスプレイ周囲の縁部近傍からの回折光は観察できない、という問題が生じる。これは、液晶ディスプレイの解像度が低く、縁部近傍から視点位置まで再生用照明光を回折することができないために生じる問題である。このように「観察可能な視野角が小さい」ということは、結局、「小さな画像しか表示することができない」ことを意味し、実用上、大きな問題になる。

前掲の特許文献１には、このような問題を解決する一手法として、立体再生像をレンズを通して拡大して観察させる方法が開示されている。観察者には、拡大再生像が提示されるため、視野角は広がり、大きな像を提示することが可能になる。しかしながら、一般的なレンズには光学的な収差が存在ため、拡大再生像に歪みが生じるという新たな問題が発生する。このような像の歪みを是正するためには、収差のない高価なレンズを用いるか、あるいは、収差に基づく立体画像の歪みを補正する演算を行う必要があるが、そのような対策を施すと、装置の製造コストが高騰したり、演算負担が増大したりする、という別な問題が生じてしまう。また、レンズを通した拡大像では、視点位置が変わると歪みの状態も変わるという問題や、再生像について正しい拡大像を得るためには、再生像とレンズとの配置に制約が生じるという問題も生じる。

そこで本発明は、比較的画素ピッチの粗い空間光変調素子を用いた場合でも、広い視野角をもった歪みのない再生像を提示することが可能な立体画像提示方法および提示装置を提供することを目的とする。

(1) 本発明の第１の態様は、デジタルデータを作成するデータ作成段階と、作成したデジタルデータに基づいて観察者に立体画像を提示する画像提示段階と、を有する立体画像提示方法において、
データ作成段階では、
コンピュータが、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置され、観察者のいずれか一方の単眼に提示する情報を記録する記録面、を特定する記録面データを入力する記録面データ入力段階と、
コンピュータが、座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の単眼による理想的な観察位置を示す観察点、を特定する観察点データを入力する観察点データ入力段階と、
コンピュータが、座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力段階と、
コンピュータが、負側空間から記録面を透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、観察点に収束する光路をとる参照光、を特定する参照光データを入力する参照光データ入力段階と、
コンピュータが、原画像からの物体光と参照光とによって記録面上に形成される原画像の情報を演算して記録面上に記録する演算記録段階と、
コンピュータが、記録面上に記録された情報を画像データとして出力するデータ出力段階と、
を行い、
画像提示段階では、
観察者の単眼に提示する光を変調する空間光変調素子を、記録面に対応する位置に配置する素子配置段階と、
空間光変調素子に対して、参照光と同一もしくは鏡像関係となる光路を通る照明光を照射する照明光照射段階と、
画像データを空間光変調素子に与え、記録面上に記録された情報に基づいて照明光が変調されるようにする光変調段階と、
を行い、しかも、照明光照射段階と光変調段階とを同時に行うようにしたものである。

(2) 本発明の第２の態様は、デジタルデータを作成するデータ作成段階と、作成したデジタルデータに基づいて観察者に立体画像を提示する画像提示段階と、を有する立体画像提示方法において、
データ作成段階では、
コンピュータが、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者の右眼に提示する情報を記録する右記録面と、観察者の左眼に提示する情報を記録する左記録面と、を特定する記録面データを入力する記録面データ入力段階と、
コンピュータが、座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の理想的な右眼観察位置を示す右観察点と、観察者の理想的な左眼観察位置を示す左観察点と、を特定する観察点データを入力する観察点データ入力段階と、
コンピュータが、座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力段階と、
コンピュータが、負側空間から右記録面を透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、右観察点に収束する光路をとる右参照光と、負側空間から左記録面を透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、左観察点に収束する光路をとる左参照光と、を特定する参照光データを入力する参照光データ入力段階と、
コンピュータが、原画像からの物体光と右参照光とによって右記録面上に形成される原画像の情報を演算して右記録面上に記録し、原画像からの物体光と左参照光とによって左記録面上に形成される原画像の情報を演算して左記録面上に記録する演算記録段階と、
コンピュータが、右記録面上に記録された情報を右画像データとして出力し、左記録面上に記録された情報を左画像データとして出力するデータ出力段階と、
を行い、
画像提示段階では、
観察者の右眼に提示する光を変調する右眼用空間光変調素子と、観察者の左眼に提示する光を変調する左眼用空間光変調素子とを、それぞれ右記録面および左記録面に対応する位置に配置する素子配置段階と、
右眼用空間光変調素子に対して、右参照光と同一もしくは鏡像関係となる光路を通る右照明光を照射し、左眼用空間光変調素子に対して、左参照光と同一もしくは鏡像関係となる光路を通る左照明光を照射する照明光照射段階と、
右画像データを右眼用空間光変調素子に与え、右記録面上に記録された情報に基づいて右照明光が変調されるようにし、左画像データを左眼用空間光変調素子に与え、左記録面上に記録された情報に基づいて左照明光が変調されるようにする光変調段階と、
を行い、しかも、照明光照射段階と光変調段階とを同時に行うようにしたものである。

(3) 本発明の第３の態様は、上述した第１または第２の態様に係る立体画像提示方法において、
演算記録段階で、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、空間光変調素子が、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向に、演算点Ｑに入射する参照光を回折することができるか否かを判定する回折可否判定処理を行い、回折不可との判定結果が得られる場合には、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うようにしたものである。

(4) 本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係る立体画像提示方法において、
空間光変調素子として、ピッチｐで配列された多数の画素の集合体からなり、画素単位で光学的特性を制御することが可能な素子を用い、
回折可否判定処理において、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとしたときに、「λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ」なる条件が成り立たない場合には、回折不可との判定結果が得られたものとして、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うようにしたものである。

(5) 本発明の第５の態様は、上述した第１〜第４の態様に係る立体画像提示方法において、
演算記録段階で、原画像からの物体光と参照光とに基づいて、記録面上に形成される合成波の振幅に関する情報もしくは位相に関する情報またはその双方を記録面上に記録するようにしたものである。

(6) 本発明の第６の態様は、上述した第１〜第５の態様に係る立体画像提示方法において、
原画像データ入力段階で、時系列に並べられた複数の原画像を示す動画データを、原画像データとして入力し、
演算記録段階で、個々の原画像について記録面上への記録を行い、
データ出力段階で、個々の原画像についての画像データを出力し、
光変調段階で、個々の原画像についての画像データを順番に空間光変調素子に与え、動画の再生が行われるようにしたものである。

(7) 本発明の第７の態様は、上述した第１〜第６の態様に係る立体画像提示方法において、
画像提示段階が、空間光変調素子からの０次光を遮蔽する機能を有する０次光遮蔽体を、観察点に配置する遮蔽体配置段階を更に有するようにしたものである。

(8) 本発明の第８の態様は、上述した第７の態様に係る立体画像提示方法において、
遮蔽体配置段階で、円盤状の遮光膜からなる０次光遮蔽体を配置し、
遮光膜の径を、照明光の光源のサイズ以上、人間の瞳孔の最大径未満、となるように設定したものである。

(9) 本発明の第９の態様は、空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行うために、当該空間光変調素子に与える画像データを作成する立体画像提示用の画像データ作成装置において、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者のいずれか一方の単眼に提示する情報を記録する記録面、を特定する記録面データを格納する記録面データ格納部と、
座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の単眼による理想的な観察位置を示す観察点、を特定する観察点データを格納する観察点データ格納部と、
座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力部と、
負側空間から右記録面を透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、観察点に収束する光路をとる参照光、を特定する参照光データを格納する参照光データ格納部と、
原画像からの物体光と参照光とに基づいて、記録面上の所定の演算点の位置に形成される合成波の情報を演算する合成波情報演算部と、
記録面上の各演算点についての演算結果を保持する演算結果保持部と、
演算結果保持部に保持されている演算結果を画像データとして出力するデータ出力部と、
を設けるようにしたものである。

(10) 本発明の第１０の態様は、空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行うために、当該空間光変調素子に与える画像データを作成する立体画像提示用の画像データ作成装置において、
ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者の右眼に提示する情報を記録する右記録面と、観察者の左眼に提示する情報を記録する左記録面と、を特定する記録面データを格納する記録面データ格納部と、
座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の理想的な右眼観察位置を示す右観察点と、観察者の理想的な左眼観察位置を示す左観察点と、を特定する観察点データを格納する観察点データ格納部と、
座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力部と、
負側空間から右記録面を透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、右観察点に収束する光路をとる右参照光と、負側空間から左記録面を透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、左観察点に収束する光路をとる左参照光と、を特定する参照光データを格納する参照光データ格納部と、
原画像からの物体光と右参照光とに基づいて、右記録面上の所定の演算点の位置に形成される合成波の情報を演算し、原画像からの物体光と左参照光とに基づいて、左記録面上の所定の演算点の位置に形成される合成波の情報を演算する合成波情報演算部と、
右記録面上の各演算点についての演算結果を保持する右演算結果保持部および左記録面上の各演算点についての演算結果を保持する左演算結果保持部と、
右演算結果保持部に保持されている演算結果を右画像データとして出力し、左演算結果保持部に保持されている演算結果を左画像データとして出力するデータ出力部と、
を設けるようにしたものである。

(11) 本発明の第１１の態様は、上述した第９または第１０の態様に係る立体画像提示用の画像データ作成装置において、
合成波情報演算部が、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、立体画像の提示に用いる予定の空間光変調素子が、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向に、演算点Ｑに入射する参照光を回折することができるか否かを判定する回折可否判定処理を行い、回折不可との判定結果が得られる場合には、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うようにしたものである。

(12) 本発明の第１２の態様は、上述した第１１の態様に係る立体画像提示用の画像データ作成装置において、
回折可否判定処理において、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとし、立体画像の提示に用いる予定の空間光変調素子の画素ピッチをｐとしたときに、「λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ」なる条件が成り立たない場合には、回折不可との判定結果が得られたものとして、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うようにしたものである。

(13) 本発明の第１３の態様は、上述した第９〜第１２の態様に係る立体画像提示用の画像データ作成装置において、
合成波情報演算部が、演算対象となる全物体光と参照光とによって記録面上に形成される合成波の振幅強度情報を演算し、
演算結果保持部が、振幅強度情報を演算結果として保持し、
データ出力部が、振幅強度情報によって構成される干渉縞パターンを画像データとして出力するようにしたものである。

(14) 本発明の第１４の態様は、上述した第９〜第１２の態様に係る立体画像提示用の画像データ作成装置において、
合成波情報演算部が、演算対象となる全物体光の合成波の位相と、参照光の位相と、の差を示す位相情報を演算し、
演算結果保持部が、位相情報を演算結果として保持し、
データ出力部が、位相情報によって構成される位相分布パターンを画像データとして出力するようにしたものである。

(15) 本発明の第１５の態様は、上述した第９〜第１２の態様に係る立体画像提示用の画像データ作成装置において、
合成波情報演算部が、演算対象となる全物体光によって記録面上に形成される合成波の振幅情報を演算し、更に、演算対象となる全物体光の合成波の位相と、参照光の位相と、の差を示す位相情報を演算し、
演算結果保持部が、振幅情報および位相情報を演算結果として保持し、
データ出力部が、振幅情報および位相情報によって構成される複素振幅分布パターンを画像データとして出力するようにしたものである。

(16) 本発明の第１６の態様は、上述した第９〜第１５の態様に係る立体画像提示用の画像データ作成装置において、
原画像データ入力部が、時系列に並べられた複数の原画像を示す動画データを、原画像データとして入力し、
合成波情報演算部が、個々の原画像について合成波の情報を演算し、
演算結果保持部が、個々の原画像についての演算結果をそれぞれ保持し、
データ出力部が、個々の原画像についての画像データを順番に並べた動画データを出力するようにしたものである。

(17) 本発明の第１７の態様は、上述した第９〜第１６の態様に係る立体画像提示用の画像データ作成装置を、コンピュータにプログラムを組み込むことにより実現したものである。

(18) 本発明の第１８の態様は、空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行う立体画像提示装置において、
観察者のいずれか一方の単眼に提示する光を変調する空間光変調素子と、
空間光変調素子に対して、観察者の単眼による理想的な観察位置として設定された観察点に収束する光路をとる照明光を照射する照明光照射部と、
空間光変調素子を制御するための画像データを格納する画像データ格納部と、
画像データ格納部に格納されている画像データを空間光変調素子に供給して照明光を画像データに基づいて変調させる変調制御部と、
を設けたものである。

(19) 本発明の第１９の態様は、空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行う立体画像提示装置において、
観察者の右眼に提示する光を変調する右眼用空間光変調素子と、
観察者の左眼に提示する光を変調する左眼用空間光変調素子と、
右眼用空間光変調素子に対して、観察者の理想的な右眼観察位置として設定された右観察点に収束する光路をとる右照明光を照射する右照明光照射部と、
左眼用空間光変調素子に対して、観察者の理想的な左眼観察位置として設定された左観察点に収束する光路をとる左照明光を照射する左照明光照射部と、
右眼用空間光変調素子を制御するための右画像データと左眼用空間光変調素子を制御するための左画像データとを格納する画像データ格納部と、
画像データ格納部に格納されている右画像データを右眼用空間光変調素子に供給して右照明光を右画像データに基づいて変調させ、画像データ格納部に格納されている左画像データを左眼用空間光変調素子に供給して左照明光を左画像データに基づいて変調させる変調制御部と、
を設けたものである。

(20) 本発明の第２０の態様は、上述した第１９の態様に係る立体画像提示装置において、
右眼用空間光変調素子の右観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、右眼用空間光変調素子の裏側の面から右照明光を照射し、その透過光が観察者に観察されるようにし、
左眼用空間光変調素子の左観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、左眼用空間光変調素子の裏側の面から左照明光を照射し、その透過光が観察者に観察されるようにしたものである。

(21) 本発明の第２１の態様は、上述した第１９の態様に係る立体画像提示装置において、
右眼用空間光変調素子の右観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、右眼用空間光変調素子の表側の面から右照明光を照射し、その反射光が観察者に観察されるようにし、
左眼用空間光変調素子の左観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、左眼用空間光変調素子の表側の面から左照明光を照射し、その反射光が観察者に観察されるようにしたものである。

(22) 本発明の第２２の態様は、上述した第１９〜第２１の態様に係る立体画像提示装置において、
右眼および左眼についての覗き窓が形成された遮蔽板を更に設け、
右眼用空間光変調素子および左眼用空間光変調素子を支持体に固定し、
遮蔽板を、支持体に対して定位置をとるように固定し、
観察者が、右観察点に右眼、左観察点に左眼を置いたときに、覗き窓を通して右眼用空間光変調素子および左眼用空間光変調素子を観察することができる位置に、遮蔽板が固定されているようにしたものである。

(23) 本発明の第２３の態様は、上述した第１９〜第２１の態様に係る立体画像提示装置において、
観察者の頭部に装着するための装着具を更に設け、
右眼用空間光変調素子および左眼用空間光変調素子を支持体に固定し、
この支持体を、装着具に取り付け、
観察者が、装着具を頭部に装着したときに、右観察点に右眼、左観察点に左眼がくるように、支持体の装着具に対する位置を調整したものである。

(24) 本発明の第２４の態様は、上述した第１８〜第２３の態様に係る立体画像提示装置において、
画像データ格納部に格納されている画像データが、照明光と同一の光路をとる単一波長の参照光と、提示対象となる原画像からの物体光とに基づく演算で得られた、空間光変調素子の変調面の位置に形成される合成波の情報を示す画像データであるようにしたものである。

(25) 本発明の第２５の態様は、上述した第２４の態様に係る立体画像提示装置において、
画像データによって示される合成波の情報が、「変調面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、空間光変調素子が、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向に、演算点Ｑに入射する参照光を回折することができない場合には、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない」という条件に基づく演算で得られた情報であるようにしたものである。

(26) 本発明の第２６の態様は、上述した第２４の態様に係る立体画像提示装置において、
画像データによって示される合成波の情報が、「変調面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとし、空間光変調素子の画素ピッチをｐとしたときに、『λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ』なる条件が成り立たない場合には、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない」という条件に基づく演算で得られた情報であるようにしたものである。

(27) 本発明の第２７の態様は、上述した第１８〜第２６の態様に係る立体画像提示装置において、
照明光照射部が、光源と、この光源からの光に基づいて平行光を生成する光学素子と、平行光を観察点に集光する集光素子と、を有するようにしたものである。

(28) 本発明の第２８の態様は、上述した第１８〜第２６の態様に係る立体画像提示装置において、
照明光照射部が、点光源と、この点光源からの球面波を観察点に集光する集光素子と、を有するようにしたものである。

(29) 本発明の第２９の態様は、上述した第２７または第２８の態様に係る立体画像提示装置において、
集光素子として、回折光学素子もしくはフレネルレンズを用いるようにしたものである。

(30) 本発明の第３０の態様は、上述した第１８〜第２９の態様に係る立体画像提示装置において、
空間光変調素子として、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ、もしくはＬＣｏＳを用いるようにしたものである。

(31) 本発明の第３１の態様は、上述した第１８〜第３０の態様に係る立体画像提示装置において、
空間光変調素子からの０次光を遮蔽するための０次光遮蔽体と、この０次光遮蔽体を支持する透明支持体と、を更に設け、０次光遮蔽体が観察点に位置するように、透明支持体を配置するようにしたものである。

(32) 本発明の第３２の態様は、上述した第３１の態様に係る立体画像提示装置において、
透明支持体を、透明な板状部材によって構成し、０次光遮蔽体をこの板状部材の表面の一部分に形成された遮光膜によって構成し、
板状部材を、遮光膜が観察点に位置するように配置したものである。

(33) 本発明の第３３の態様は、上述した第３２の態様に係る立体画像提示装置において、
遮光膜のサイズが、照明光の光源のサイズ以上、人間の瞳孔の最大径未満、となるように設定したものである。

(34) 本発明の第３４の態様は、上述した第３３の態様に係る立体画像提示装置において、
遮光膜を円形とし、その直径を０．２ｍｍ〜１ｍｍに設定したものである。

本発明によれば、空間光変調素子を駆動する画像データを作成する際には、観察者の単眼による理想的な観察位置を示す観察点を予め設定し、当該観察点に収束する光路をとる参照光を用いた演算を行い、再生時には、当該観察点に収束する光路をとる再生用照明光を照射することになる。このため、当該観察点の近傍から観察する限り、空間光変調素子に大きな角度での回折機能を要求する必要はなくなる。したがって、比較的画素ピッチの粗い空間光変調素子を用いた場合でも、広い視野角をもった歪みのない再生像を提示することが可能になる。

また、本発明では、画像提示を行う際に、観察点に収束する光路をとる再生用照明光を用いることになるので、空間光変調素子からの０次光は、観察点に集光する光になる。そこで、観察点の位置に遮蔽体を配置しておけば、０次光を効果的に遮蔽することができるようになり、バックグラウンド光を抑制することができ、本来提示すべき再生像のコントラストを向上させることができる。

本発明に係る立体画像提示方法のデータ作成段階の基本原理を示す斜視図である。 本発明に係る立体画像提示方法の画像提示段階の基本原理を示す斜視図である。 従来の一般的なホログラムの再生原理を示す側面図である。 本発明に係るホログラムの再生原理を示す側面図である。 本発明に係る立体画像提示方法の基本手順を示す流れ図である。 本発明に係る立体画像提示方法において、ホログラム作成時に演算対象とする物体光の取捨選択原理を示す側面図である。 本発明に係る立体画像提示方法において、ホログラム作成時に演算対象とする物体光の取捨選択の具体的基準を示す側面図である。 本発明に係る立体画像提示用の画像データ作成装置の基本構成を示すブロック図である。 図８に示す装置による演算に用いられる具体的な演算式を示す図である。 本発明の一実施形態に係る立体画像提示装置の基本構成を示す横断面図およびブロック図である。 本発明の変形例に係る立体画像提示装置を観察者に装着した状態を示す上面図である。 本発明の変形例に係る反射型の立体画像提示装置の原理を示す側面図である。 本発明における観察位置の設定範囲を示す側面図である。 本発明の画像提示段階において、空間光変調素子からの０次光を遮蔽する機能を有する０次光遮蔽体を、観察点に配置した状態を示す側面図である。 ０次光を遮蔽するための０次光遮蔽体を、板状部材からなる透明支持体の表面の一部分に形成された円形遮光膜によって構成した例を示す平面図である。 図１０に示す立体画像提示装置に０次光遮蔽体を付加した変形例の基本構成を示す横断面図およびブロック図である。 図１１に示す立体画像提示装置に０次光遮蔽体を付加した変形例を示す上面図である。 反射型の立体画像提示装置に０次光遮蔽体を付加した変形例を示す側面図である。 ０次光遮蔽体を付加していない立体画像提示装置によって提示された画像の一例を示す平面図である。 ０次光遮蔽体を付加した立体画像提示装置によって提示された画像の一例を示す平面図である。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。

＜＜＜ §１．本発明の基本原理 ＞＞＞
本発明に係る立体画像提示方法は、デジタルデータを作成するデータ作成段階と、作成したデジタルデータに基づいて観察者に立体画像を提示する画像提示段階と、によって構成される。図１は、前半のデータ作成段階の基本原理を示す斜視図であり、図２は、後半の画像提示段階の基本原理を示す斜視図である。

まず、データ作成段階では、図１に示すように、提示対象となる原画像１０の情報をホログラフィの技術を利用して記録面２０Ｒ，２０Ｌに記録し、これを画像データとして出力する作業が行われる。ここで、記録面２０Ｒは、観察者の右眼ＥＲに提示する情報を記録する右記録面であり、記録面２０Ｌは、観察者の左眼ＥＬに提示する情報を記録する左記録面である。

本発明の重要な特徴は、このようなホログラフィの技術を利用した原画像の記録に用いる参照光として、特定の観察点に収束する単一波長の光を用いる点にある。具体的には、図に一点鎖線で示すように、右記録面２０Ｒへの記録には、右観察点３０Ｒに収束する光路をとる右参照光４０Ｒを用い、左記録面２０Ｌへの記録には、左観察点３０Ｌに収束する光路をとる左参照光４０Ｌを用いる。図では、説明の便宜上、右参照光４０Ｒおよび左参照光４０Ｌを円錐側面に沿った光路をとる光として描いているが、実際には、右記録面２０Ｒ上の個々の点に対して、右観察点３０Ｒに収束する方向に入射する光が右参照光４０Ｒであり、左記録面２０Ｌ上の個々の点に対して、左観察点３０Ｌに収束する方向に入射する光が左参照光４０Ｌである。

ここでは、便宜上、図示のようなＸＹＺ三次元座標系を定義して、各構成要素の幾何学的な位置関係を説明することにする。まず、右記録面２０Ｒおよび左記録面２０Ｌが、ＸＹ平面上に定義されている平面であるものとする。したがって、各記録面上の任意の点は、ＸＹ座標系上で所定の座標値（ｘ，ｙ）をもつ点として表現される。また、図示のとおり、観察者の位置を、当該座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内とし、原画像１０の位置を、当該座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内とする。

このような配置において、右記録面２０Ｒには、原画像１０からの物体光と右参照光４０Ｒとの干渉縞が記録され、左記録面２０Ｌには、原画像１０からの物体光と左参照光４０Ｌとの干渉縞が記録される。こうして各記録面２０Ｒ，２０Ｌに記録された干渉縞の情報は、それぞれ右画像データ５０Ｒおよび左画像データ５０Ｌとして出力される。

ここで、右観察点３０Ｒは、観察者の右眼による理想的な観察位置を示す点であり、左観察点３０Ｌは、観察者の左眼による理想的な観察位置を示す点である。なお、本願における「理想的な観察位置」とは、「データ作成段階において、観察者の各眼の位置として任意に設定された位置」を意味するものである。別言すれば、データ作成段階では、データ作成者は、右観察点３０Ｒおよび左観察点３０Ｌを任意の位置に設定することができるが、一旦、そのような設定に基づいて、原画像１０の情報が記録面２０Ｒ，２０Ｌに記録され、画像データ５０Ｒ，５０Ｌが作成されれば、当該画像データ５０Ｒ，５０Ｌを用いて画像提示段階を行う際には、観察者にとって、右観察点３０Ｒおよび左観察点３０Ｌにそれぞれ右眼ＥＲおよび左眼ＥＬを置いて観察するのが最適な観察条件ということになる。

もちろん、左右の眼の位置は、個々の人間によって異なるが、一般的には、人間の左右の眼の間隔は６５ｍｍ程度であるとされている。したがって、データ作成段階で、右観察点３０Ｒおよび左観察点３０Ｌを設定する際には、６５ｍｍ程度の間隔をもった２点として設定すれば十分である。また、記録面２０Ｒ，２０Ｌに対する各観察点３０Ｒ，３０Ｌの距離は、画像提示段階で用いる立体画像提示装置の構造などを考慮して、適宜設定すればよい。

このデータ作成段階は、実用上は、コンピュータによる演算処理によって実行される。具体的には、たとえば、右記録面２０Ｒ上には縦横所定のピッチで多数の演算点ＱＲが定義され、左記録面２０Ｌ上には縦横所定のピッチで多数の演算点ＱＬが定義される。これら各演算点の位置は、ＸＹ平面上の所定の座標値（ｘ，ｙ）で特定される。なお、各演算点のピッチは、画像提示段階で用いる空間光変調素子の画素ピッチに等しく設定しておくのが好ましい。

図１には、右記録面２０Ｒ上の第ｊ番目の演算点ＱＲｊと、左記録面２０Ｌ上の第ｊ番目の演算点ＱＬｊとが例示され、原画像１０上の第ｉ番目の物体点Ｐｉから、これら各演算点ＱＲｊ，ＱＬｊに向かう物体光１５Ｒ，１５Ｌが一点鎖線で示されている。原画像１０は、ＣＧによって作成された三次元の物体像であり、その表面に多数の物体点が定義されている。図には、第ｉ番目の物体点Ｐｉのみが例示されている。物体点の密度は、再生像の解像度に応じて適宜設定すればよい。ここに示す実施例の場合、１つの物体点Ｐｉは点光源として機能し、球面波からなる物体光を発生させる（もちろん、物体点Ｐｉの位置にＹ軸方向には光が広がらない線分光源を定義してもかまわない。この場合、再生像にＹ軸方向の視差は得られないが、データ作成段階の演算量を大幅に減らす効果が得られる。）。

図１には、物体点Ｐｉから、２つの演算点ＱＲｊ，ＱＬｊに向かう物体光１５Ｒ，１５Ｌのみが例示されているが、実際には、記録面２０Ｒ，２０Ｌ上のすべての演算点に、物体点Ｐｉからの物体光が向かうことになる。また、原画像１０上には、多数の物体点が定義されており、記録面２０Ｒ，２０Ｌ上の任意の１演算点には、これらすべての物体点からの物体光と、右参照光４０Ｒもしくは左参照光４０Ｌとが向かうことになるので、記録面２０Ｒ，２０Ｌには、これらの光の干渉縞が形成される。画像データ５０Ｒ，５０Ｌは、このようにして形成された干渉縞のパターンを示す画像データであり、個々の演算点における干渉縞の強度（原画像１０からの各物体光と参照光とによって記録面上に形成される合成波の振幅強度）を示すデータになる。

続いて、画像提示段階では、図２に示すように、観察者の右眼ＥＲに提示する光を変調する右眼用空間光変調素子６０Ｒと、観察者の左眼ＥＬに提示する光を変調する左眼用空間光変調素子６０Ｌとを、それぞれ、図１に示す右記録面２０Ｒおよび左記録面２０Ｌに対応する位置に配置する。ここに示す実施例では、各空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌとして、光を回折することができる微細ピッチで多数の画素を縦横に配列した液晶ディスプレイを用いており、この液晶ディスプレイの表示面（回折面）がＸＹ平面上にくるように配置している。すなわち、各液晶ディスプレイ６０Ｒ，６０Ｌの表示面は、各記録面２０Ｒ，２０Ｌに対応し、個々の画素は、個々の演算点に対応する。なお、液晶ディスプレイ６０Ｒ，６０Ｌは、実際には厚みをもった装置であるが、図２では説明の便宜上、その表示面のみを図示している。

ここで、上述したデータ作成段階で作成した画像データ５０Ｒ，５０Ｌを用いて、それぞれ液晶ディスプレイ６０Ｒ，６０Ｌを駆動すれば、その表示面には、データ作成段階で各記録面２０Ｒ，２０Ｌに形成されたホログラム干渉縞が表示されることになる。この状態で、右眼用の液晶ディスプレイ６０Ｒに対して、図１に示す右参照光４０Ｒと同一の光路を通る再生用右照明光７０Ｒを照射し、左眼用の液晶ディスプレイ６０Ｌに対して、図１に示す左参照光４０Ｌと同一の光路を通る再生用左照明光７０Ｌを照射すれば、これら左右の照明光７０Ｒ，７０Ｌは、液晶ディスプレイ６０Ｒ，６０Ｌ上に表示されたホログラム干渉縞によって変調され、観察者の両眼ＥＲ，ＥＬへ到達する。その結果、観察者には、図示のとおり、原画像１０の再生像８０が虚像として観察される。

右照明光７０Ｒは右観察点３０Ｒに収束する光であり、左照明光７０Ｌは左観察点３０Ｌに収束する光であるので、観察者が、右観察点３０Ｒおよび左観察点３０Ｌにそれぞれ右眼ＥＲおよび左眼ＥＬを置いて観察すれば、理想的な観察環境での観察が可能になり、広い視野角をもった歪みのない再生像８０が観察できる。以下、その理由を説明する。

ここでは、便宜上、観察者がいずれか一方の単眼で観察した場合を例にとって、本発明の利点を説明する。図３は、従来の一般的なホログラムの再生原理を示す側面図である。ホログラム記録媒体には、物体光と参照光との干渉縞が記録されるが、通常、参照光としては、記録面に対して所定の角度をもった平面波が用いられ、再生時には、参照光と同等の照明光が用いられる。図３は、このように平面波からなる参照光を用いて形成された干渉縞の画像データによって、空間光変調素子（たとえば、液晶ディスプレイ）６０を駆動し、再生像の提示を行っている状態を示す側面図である。観察点３０は、観察に用いる観察者の単眼の位置を示している。

いま、このような再生環境において、観察点３０から、図にＸ印で示す位置に再生像点８１，８２（再生像上の各点）が観察されたものとしよう。このとき、観察点３０と、再生像点８１，８２を結ぶ直線と液晶ディスプレイ６０の表示面との交点を点６１，６２として、これらの点６１，６２における再生用照明光９１，９２の回折現象を考えてみる（これらの点６１，６２は、表示された干渉縞によって光を回折する機能を有するため、以下、回折点６１，６２と呼ぶ）。

上述したとおり、図３に示す液晶ディスプレイ６０上に表示されている干渉縞は、記録面に対して所定の角度をもった平面波からなる参照光を用いて形成されたものであるので、再生用照明光も同等の平面波からなる光を用いることになる。すなわち、再生用照明光９１，９２は平行光線として所定角度から液晶ディスプレイ６０の表示面に入射する。そうすると、再生用照明光９１は回折点６１において、図示のとおり、回折角θ１だけ曲げられ、回折した再生用照明光９１′として観察点３０に到達していることになる。同様に、再生用照明光９２は回折点６２において、図示のとおり、回折角θ２だけ曲げられ、回折した再生用照明光９２′として観察点３０に到達していることになる。

別言すれば、観察点３０から見て、図示の位置に再生像点８１（虚像）が観察されるようにするには、回折点６１は、再生用照明光９１を角度θ１だけ回折して、回折光９１′を生じさせる必要があり、同様に、観察点３０から見て、図示の位置に再生像点８２（虚像）が観察されるようにするには、回折点６２は、再生用照明光９２を角度θ２だけ回折して、回折光９２′を生じさせる必要がある。この場合、図示のとおり、θ２＞θ１であり、回折点６２は回折点６１よりも、より高い回折機能を有している必要がある。すなわち、図示の例のように、液晶ディスプレイ６０の中心を望む位置に観察点３０を設定した場合、液晶ディスプレイ６０の周囲の縁部近傍（図３の場合、下端）には、より大きな回折角で再生用照明光を回折させる機能が要求される。

ところが、既に述べたとおり、液晶ディスプレイなどの空間光変調素子の空間分解能は、一般的なホログラム記録媒体に比べて極めて低い。現在、本発明に用いる空間光変調素子として、商業的に利用可能なコストで市販されている液晶ディスプレイの場合、画素ピッチはたかだか３２μｍ程度である。画素ピッチｐを有する液晶ディスプレイによって回折格子を表示させた場合、最も細かな回折格子でも、その格子間隔ｄは、ｄ＝２ｐになるので、画素ピッチ３２μｍの液晶ディスプレイを用いたとしても、表示可能な格子の最小格子間隔は、ｄ＝６４μｍである。一方、回折の式によると、光の波長をλ、格子間隔をｄ、回折次数をｍとすると、回折格子に対する入射角をθin、射出角をθoutとしたときに、「ｄ＝ｍλ／（sinθout−sinθin）の絶対値」が成り立つので、一次回折光のみを考慮してｍ＝１とし、一般的に用いられている赤色レーザ光の波長λ＝０．６３２８μｍを用いて、θin＝０°の場合の当該液晶ディスプレイによる最大回折角θoutを求めると、θout＝０．５６６°程度にしかならない。

このように、画素ピッチが３２μｍ程度の液晶ディスプレイを用いた場合、図３に示す回折角θ１，θ２のような大きな回折角を得ることは到底できない。したがって、そもそも図３に示すように斜め上方から再生用照明光９１，９２を与えても、観察点３０において再生像を観察することはできない。観察点３０において再生像を観察するためには、再生用照明光９１，９２を、液晶ディスプレイ６０の表示面に対してほぼ垂直な方向から入射させる必要がある。そうした場合でも、最大回折角θ＝０．５６６°程度では、再生用照明光を観察点３０の位置へ向かわせることができる回折点の分布範囲は、液晶ディスプレイ６０の中心近傍に限定されてしまう。これが、空間光変調素子を用いた立体画像提示装置に、一般的なホログラム記録媒体に比べて「観察者から見た視野角が狭い」という問題が生じる原因である。このように「観察可能な視野角が小さい」と、結局「小さな画像しか表示することができない」ことになる。

一方、図４は、本発明に係るホログラムの再生原理を示す側面図である。前述したとおり、本発明の重要な特徴は、参照光として、特定の観察点に収束する光を用いる点にある。したがって、図４に示す液晶ディスプレイ６０上に表示されている干渉縞は、観察点３０に収束する参照光を用いて形成されたものである。そこで、再生用照明光も同等の収束光を用いることになる。このため、図示の再生用照明光７１，７２は、観察点３０に向かう光路をとる光になっている。

図示の例の場合、回折点６１，６２で回折した再生用照明光７１′，７２′は、そのまま観察点３０に向かう光路をとる光になっている。これは、回折点６１，６２における回折角が０°であることを示している。別言すれば、回折点６１，６２の回折角が０°であっても、再生用照明光７１，７２は、そのまま観察点３０まで到達することになる。

以上、図３および図４を用いた説明では、観察点３０という幾何学的な１点に到達する照明光９１′，９２′，７１′，７２′のみに着目した議論を行ったが、実際には、再生像点８１，８２を形成する回折光は、単一の光路をとった１本の光線になるわけではなく、液晶ディスプレイ６０の表示面上のある程度の幅をもった範囲から回折される光になる。一方、観察者の眼も、観察点３０の１点に位置するわけではなく、その周囲の空間に配置された物理的な光学系を形成する。すなわち、観察者の眼は、観察点３０の近傍を通る回折光を集光して、網膜上に再生像を結像する光学系ということができる。よって、図４に示す例の場合、再生像点８１，８２を形成する回折光は、回折点６１，６２から射出される図示の回折光７１′、７２′だけではなく、図示の回折点６１，６２を中心として、液晶ディスプレイ６０の表示面上のある程度の幅をもった範囲から回折される光になる。

前述したように、空間光変調素子６０として、画素ピッチが３２μｍ程度の液晶ディスプレイを用いた場合、最大回折角θは、θ＝０．５６６°程度にしかならないが、それでも図４に示す例の場合、回折点６１，６２において、回折光７１′、７２′の光路を基準光路（回折角θ＝０°の光路）として、上下にそれぞれθ＝０．５６６°の範囲で照明光を回折させることができるので、実用上十分なホログラム再生像の観察が可能である。もちろん、図４における空間光変調素子６０の上端や下端に位置する回折点６３，６４についても、観察点３０へ向かう方向に照明光（図示されていない）が照射されるので、θ＝０．５６６°程度の最大回折角が得られれば立体像の再生に十分である点に変わりはない。このため、観察点３０から見て、広い視野角をもった再生像が得られる。

結局、図３に示す従来の一般的なホログラムの再生方法に比べて、図４に示す本発明に係るホログラムの再生方法を採れば、比較的画素ピッチの粗い空間光変調素子を用いた場合でも、広い視野角をもった歪みのない再生像を、拡大レンズなしで提示することが可能になる。

＜＜＜ §２．本発明に係る立体画像提示方法 ＞＞＞
ここでは、上述した基本原理に基づく具体的な立体画像提示方法を説明する。図５は、本発明に係る立体画像提示方法の基本手順を示す流れ図である。図示のとおり、この手順は、前半のデータ作成段階Ｓ１〜Ｓ６と後半の画像提示段階Ｓ７〜Ｓ９とによって構成される。前半のデータ作成段階は、図１に示した基本原理に基づいて、原画像１０の情報を記録面２０Ｒ，２０Ｌ上に記録し、この記録された情報に基づいてデジタル画像データ５０Ｒ，５０Ｌを作成する段階であり、後半の画像提示段階は、図２に示した基本原理に基づいて、デジタル画像データ５０Ｒ，５０Ｌを空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌに与えて駆動し、観察者に立体画像８０（原画像１０の再生像）を虚像として提示する段階である。

図５に示すとおり、前半のデータ作成段階は、記録面データ入力段階Ｓ１、観察点データ入力段階Ｓ２、原画像データ入力段階Ｓ３、参照光データ入力段階Ｓ４、演算記録段階Ｓ５、データ出力段階Ｓ６によって構成される。実際には、これらの各段階は、コンピュータによって実行される。

ここで、各ステップＳ１〜Ｓ４は、ＸＹＺ三次元座標系上に定義された、図１に示す各構成要素の幾何学的形状や位置の情報をコンピュータに入力する処理である。したがって、このコンピュータへの入力処理を行う前に、設計者は、図１に示す各構成要素の幾何学的形状や位置の情報を設定しておく必要がある。

ここでは、図１に示すように、左右の記録面２０Ｒ，２０ＬをＸＹ平面上に定義し、Ｚ座標値が負の値をとる負側空間内に原画像１０を配置し、Ｚ座標値が正の値をとる正側空間内に、左右の観察点３０Ｒ，３０Ｌを配置している。もちろん、これとは逆に、原画像１０を正側空間内に配置し、左右の観察点３０Ｒ，３０Ｌを負側空間内に配置する構成をとってもよいし、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌを任意の座標平面上にとってもかまわない。ここでは説明の便宜上、図１のような設定を行うことにするが、三次元座標系上のどの平面上に記録面２０Ｒ，２０Ｌをとり、そのどちら側に原画像１０や観察点３０Ｒ，３０Ｌを配置するかは、設計者が適宜決めるべき設計実務上の事項である。したがって、本発明を実施する上で、概念的に図１の設定と等価な設定になっていれば、必ずしも図１の設定どおりにする必要はない。

なお、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌは、画像提示段階における空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌの変調面（液晶ディスプレイの場合、画像表示面）に対応する幾何学的位置に配置する必要がある。したがって画像提示段階での実際の空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌの配置を決定すれば、記録面２０Ｒ，２０Ｌのサイズや位置も決定する。また、左右の観察点３０Ｒ，３０Ｌの位置も、実際の画像提示段階において、観察者が両眼ＥＲ，ＥＬを置くのに適した位置に設定することになる。

§１で述べたとおり、左右の眼の位置は、個々の人間によって異なるが、一般的には、人間の左右の眼の間隔は６５ｍｍ程度であるとされている。したがって、実際には、空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌとして用いる液晶ディスプレイ装置の大きさや、当該液晶ディスプレイ装置の表示面を標準的な観察者が観察するのに適した位置、などを考慮して、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌの位置や左右の観察点３０Ｒ，３０Ｌの位置を決定すればよい。

こうして、記録面２０Ｒ，２０Ｌと観察点３０Ｒ，３０Ｌとの幾何学的配置が決定すれば、左右の参照光４０Ｒ，４０Ｌは、それぞれ記録面２０Ｒ，２０Ｌ上の必要な領域（干渉縞の記録が行われる領域）を通り、観察点３０Ｒ，３０Ｌに収束し、所定の波長λをもった光として定義することができる。

一方、原画像１０は、任意の物体像を示す立体画像データとして用意することができる。具体的には、たとえば、図１に例示するようなピラミッドの形状をした単純な物体の場合、４頂点の座標値のみを示すデータによって表現することも可能である。通常は、幾何学図形を示す関数やベクトルデータ、あるいは、任意形状の立体をポリゴンなどで表現したデータが用いられることが多い。たとえば、ポリゴンデータの場合、原画像１０は、各ポリゴンの頂点座標値と、ポリゴン相互の隣接状態を示す情報を含むデータによって示されることになる。そのような原画像１０を示すデータは、ＣＧの技術を利用して作成することができる。

このように、設計者が、ＸＹＺ三次元座標系に、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌ、観察点３０Ｒ，３０Ｌ、原画像１０、左右の参照光４０Ｒ，４０Ｌを設定し、これら設定内容を示す情報をデータとして用意することができたら、これらをコンピュータに入力する処理が行われる。段階Ｓ１〜Ｓ４は、そのようなデータ入力の処理である。

まず、ステップＳ１の記録面データ入力段階では、コンピュータが、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者の右眼ＥＲに提示する情報を記録する右記録面２０Ｒと、観察者の左眼ＥＬに提示する情報を記録する左記録面２０Ｌと、を特定する記録面データを入力する処理が行われる。記録面データは、たとえば、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌが矩形領域である場合、その４頂点の位置を示す座標値によって構成することができる。

次に、ステップＳ２の観察点データ入力段階では、コンピュータが、ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の理想的な右眼観察位置を示す右観察点３０Ｒと、観察者の理想的な左眼観察位置を示す左観察点３０Ｌと、を特定する観察点データを入力する処理が行われる。観察点データは、左右の観察点３０Ｒ，３０Ｌの位置を示す座標値によって構成することができる。

続く、ステップＳ３の原画像データ入力段階では、コンピュータが、ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像１０を特定する原画像データを入力する処理が行われる。原画像データは、上述したように、ＣＧの技術を利用して作成された立体画像データによって構成することができる。なお、本発明にいう「立体画像」とは、「三次元空間内に配置された画像」を意味するものであり、原画像を構成する物体自身が必ずしも三次元形状を有している必要はない。たとえば、文字などの二次元情報のみしか有していない画像を原画像として用いた場合でも、当該文字を三次元空間に配置して観察すれば、奥行きを感じさせる立体視が可能になる。したがって、このような場合、文字などの二次元画像データも、本発明における原画像１０として利用することが可能である。

そして、ステップＳ４の参照光データ入力段階では、コンピュータが、負側空間から右記録面２０Ｒを透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、右観察点３０Ｒに収束する光路をとる右参照光４０Ｒと、負側空間から左記録面２０Ｌを透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、左観察点３０Ｌに収束する光路をとる左参照光４０Ｌと、を特定する参照光データを入力する処理が行われる。参照光データは、左右の観察点３０Ｒ，３０Ｌへ収束する光路を示す幾何学的なデータと、波長λを示す数値とによって構成することができる。

以上、ステップＳ１〜Ｓ４でコンピュータに入力された各データは、コンピュータ内のメモリやハードディスク装置などに格納される。そして、ステップＳ５の演算記録段階では、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌ上に形成される合成波の情報を、入力データに基づいて演算して記録する処理が実行される。すなわち、この演算記録段階では、コンピュータが、原画像１０からの物体光と右参照光４０Ｒとによって右記録面２０Ｒ上に形成される合成波の情報を演算して右記録面２０Ｒ上に記録し、原画像１０からの物体光と左参照光４０Ｌとによって左記録面２０Ｌ上に形成される合成波の情報を演算して左記録面２０Ｌ上に記録する処理が行われる。実際には、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌ上に縦横所定ピッチで配列された多数の演算点が定義され、これら各演算点の位置における合成波の振幅強度情報がそれぞれ演算されることになる。

最後のステップＳ６のデータ出力段階では、コンピュータが、右記録面２０Ｒ上に記録された情報を右画像データ５０Ｒとして出力し、左記録面２０Ｌ上に記録された情報を左画像データ５０Ｌとして出力する処理が行われる。上述したとおり、ステップＳ５の演算記録段階では、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌ上に配列された多数の演算点について、それぞれ合成波の振幅強度情報が演算される。これらの演算結果は、実際には、コンピュータのメモリ上に格納されることになる。したがって、個々の演算点をそれぞれ画素として捉え、個々の演算結果を各画素がもつ画素値として捉えれば、メモリ上には、それぞれ画像データが得られたことになる。ステップＳ６のデータ出力段階は、これらメモリ上の画像データを、それぞれ右画像データ５０Ｒおよび左画像データ５０Ｌとして出力する処理（たとえば、液晶表示バッファにコピーする処理）である。

一方、後半の画像提示段階は、図２に示した基本原理に基づいて、デジタル画像データ５０Ｒ，５０Ｌを空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌに与えて駆動し、観察者に立体画像８０（原画像１０の再生像）を虚像として提示する段階であり、図５に示すとおり、素子配置段階Ｓ７、照明光照射段階Ｓ８、光変調段階Ｓ９によって構成される。なお、照明光照射段階Ｓ８と光変調段階Ｓ９は、同時に実行され、これら両段階の同時実行により、観察者に再生像の提示が行われることになる。

まず、ステップＳ７の素子配置段階では、図２に示すように、観察者の右眼ＥＲに提示する光を変調する右眼用空間光変調素子６０Ｒと、観察者の左眼ＥＬに提示する光を変調する左眼用空間光変調素子６０Ｌとを、それぞれ図１に示す右記録面２０Ｒおよび左記録面２０Ｌに対応する位置に配置する処理が行われる。既に述べたとおり、ここに示す実施例では、左右の空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌとして、それぞれ画素ピッチ３２μｍの解像度をもった液晶ディスプレイを用いている。

続く、ステップＳ８の照明光照射段階では、右眼用空間光変調素子６０Ｒに対して、右参照光４０Ｒと同一の光路を通る右照明光７０Ｒを照射し、左眼用空間光変調素子６０Ｌに対して、左参照光４０Ｌと同一の光路を通る左照明光７０Ｌを照射する処理が行われる。ここで、各照明光７０Ｒ，７０Ｌは、理想的には、各参照光４０Ｒ，４０Ｌと同一波長λを有する単色のコヒーレント光（たとえば、レーザ光）を用いるのが好ましい。ただ、実用上は、必ずしも同一波長λを有する単色のコヒーレント光である必要はなく、たとえば、白色ＬＥＤなどの光源を用いた光を照明光として利用しても、再生像８０を観察することは可能である。もちろん、鮮明な再生像８０を得るためには、参照光と同一波長λを有する単色のコヒーレント光を照明光７０Ｒ，７０Ｌとして用いるのが好ましい。

上記ステップＳ８の照明光照射段階と同時に、ステップＳ９の光変調段階が実行される。この光変調段階は、前半のデータ作成段階で作成された右画像データ５０Ｒを右眼用空間光変調素子６０Ｒに与え、右記録面２０Ｒ上に記録された情報に基づいて右照明光７０Ｒが変調されるようにし、前半のデータ作成段階で作成された左画像データ５０Ｒを左眼用空間光変調素子６０Ｌに与え、左記録面２０Ｌ上に記録された情報に基づいて左照明光７０Ｌが変調されるようにする段階である。

具体的には、このステップＳ８，Ｓ９を同時に実行すれば、左右の空間光変調素子６０Ｒ，６０Ｌとして機能する液晶ディスプレイ画面上に、図１に示す左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌ上に形成されたホログラム干渉縞が表示された状態で、この液晶ディスプレイ画面に、図１に示す参照光４０Ｒ，４０Ｌと同じ角度で照明光７０Ｒ，７０Ｌが照射されることになる。照明光７０Ｒ，７０Ｌは、このホログラム干渉縞によって変調（回折）され、観察者の両眼ＥＲ，ＥＬへ向かうことになる。したがって、ホログラフィの基本原理により、観察者からは、液晶ディスプレイ画面の奥に、原画像１０と等価な再生像８０が虚像として観察されることになる。

なお、観察者の理想的な観察位置は、左右両眼ＥＬ，ＥＲを、それぞれ左右の観察点２０Ｌ，２０Ｒに置く位置（厳密に言えば、瞳に位置する有機体レンズの中心点が観察点２０Ｌ，２０Ｒにくる位置）である。もっとも、実際には、このような理想的な位置から多少外れても、再生像８０の観察は可能である。用いる空間光変調素子の解像度が高くなればなるほど（液晶ディスプレイの場合、画素ピッチが細かくなればなるほど）、再生像８０が観察可能な領域は広くなる。

＜＜＜ §３．演算対象となる物体光の取捨選択 ＞＞＞
以上、§２では、本発明に係る立体画像提示方法の具体的な手順を説明した。この手順によれば、画素ピッチ３２μｍ程度の液晶ディスプレイを用いれば、十分に広い視野角をもった歪みのない再生像を、拡大レンズなしで提示することが可能になる。

しかしながら、画素ピッチ３２μｍ程度の液晶ディスプレイに表示されたホログラム干渉縞は、感光性材料を用いて作成された一般的なホログラム記録媒体上のホログラム干渉縞に比べれば解像度が低いため、実際には存在しない空間周波数の干渉縞が含まれてしまうことになる。このように、実際には存在しない空間周波数の干渉縞が液晶ディスプレイ上に表示されると、再生像にいわゆる「折り返し像」が重なって提示されるという現象が生じることが知られている。

本願発明者が行った実験でも、画素ピッチ３２μｍの液晶ディスプレイを用いて、§２の手順で実際に立体画像の提示を行ったところ、本来の原画像１０に対応する再生像８０に加えて、その周囲に多数の「折り返し像」が重畳して観察されるという現象が確認できた。もちろん、このような「折り返し像」を意図的に発生させ、意匠的な効果を狙うことも可能であるが、一般的には、「折り返し像」が重畳して観察されると、本来の原画像１０の形状把握が困難になり、再生像８０は見にくくなる。

そこで、本願発明者は、観察時に「折り返し像」が生じることを抑制し、見やすい再生像を提示することが可能な効果的な方法を見出した。それは、図５に示すステップＳ５の演算記録段階における演算を行う際に、演算対象となる物体光を取捨選択することにより実現できる。以下、その方法の基本原理と、具体的な実行手順を説明する。

図６は、本発明に係る立体画像提示方法において、ホログラム作成時に演算対象とする物体光の取捨選択原理を示す側面図である。いま、ＸＹ平面上に、空間光変調素子として機能する液晶ディスプレイ６０を配置し、その画面上にホログラム干渉縞を表示させた状態で、図示のとおり、所定の観察点３０に収束する光路をとる再生用照明光（参照光と同一の光路をとる光）を照射した場合を考える。この場合、観察者の理想的な観察位置は、観察点３０であるが、ここでは、図示のように、観察者が任意の観察位置３５に眼Ｅを置いて観察を行ったものとしよう。

このような観察態様において、観察者の眼Ｅによって、物体点Ｐが再生像（虚像）として観察されるとしたら、再生用照明光Ｌは、液晶ディスプレイ６０上の点Ｑにおいて、図示のように回折し、回折した再生用照明光Ｌ′として観察者の眼Ｅに入射する必要がある。すなわち、観察位置３５から観察したときに、図示の位置に物体点Ｐが観察できるようにするには、液晶ディスプレイ６０上の点Ｑの位置に、再生用照明光ＬをＬ′の方向に回折させる機能をもった干渉縞が形成されている必要がある。

§１で述べたとおり、空間光変調素子６０として、画素ピッチが３２μｍ程度の液晶ディスプレイを用いた場合、ディスプレイ画面上に表示される干渉縞による最大回折角θは、θ＝０．５６６°程度にしかならない。したがって、図６に示す例の場合、点Ｑの位置に表示される干渉縞は、再生用照明光ＬをＬ′の方向に回折させる能力をもたない（多次の回折光まで考慮すれば、回折可能であるが、ここでは、観察に十分な光量が得られる１次回折光のみを考慮する）。そうすると、点Ｑの位置に、物体点Ｐの情報を干渉縞として記録しても、再生時には、当該干渉縞は、物体点Ｐの再生には役立たないことになる。

本願発明者は、このように、「空間光変調素子６０が実際には照明光を回折することができない方向」への回折を前提とした物体光の記録は、単に役立たないだけでなく、無用な「折り返し像」の発生要因になるものと考えている。実際、本願発明者が、記録面上の特定の演算点Ｑについては、「再生時に照明光を回折することができない方向への回折を前提とした物体光」を記録対象から除外する実験を行ったところ、「折り返し像」の発生を抑制した良好な再生像を得ることに成功した。

結局、「折り返し像」の発生を抑制した良好な再生像を得るためには、ステップＳ５の演算記録段階で、記録面２０上の演算点Ｑについての演算を行う際に、再生時に用いる空間光変調素子が、原画像１０上の物体点Ｐから演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向（図６に示す回折した再生用照明光Ｌ′の方向）に、演算点Ｑに入射する参照光（図６に示す照明光Ｌと同じ方向から入射する参照光）を回折することができるか否かを判定する回折可否判定処理を行い、回折不可との判定結果が得られる場合には、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うようにすればよい。

より詳細に説明すれば、回折可否判定処理は、次のような方法で行うことができる。ここでは、画像提示段階で用いる空間光変調素子として、ピッチｐで配列された多数の画素の集合体からなり、画素単位で光学的特性を制御することが可能な素子（たとえば、液晶ディスプレイ）を用いる場合を考えることにする。この場合、図７に示すように、記録面２０上に定義された演算点Ｑについての干渉縞強度を演算する際に、原画像１０上の物体点Ｐから演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向（物体光Ｌｏの方向）に、演算点Ｑに入射する参照光Ｌｒ（観察点３０へ向かう収束光）を回折することができるか否かを判定すればよい。

そこで、まず、図示のとおり、「記録面２０の演算点Ｑの位置に立てた法線Ｎに対する物体光Ｌｏの射出方向の角度θｏ」を物体光Ｌｏの入射角と定義し、「記録面２０の演算点Ｑの位置に立てた法線Ｎに対する参照光Ｌｒの射出方向の角度θｒ」を参照光Ｌｒの入射角と定義する（角度は符号を考慮する）。すると、画素ピッチｐをもつ空間光変調素子によって生成可能な回折格子の最小格子間隔ｄは、ｄ＝２ｐになるので、１次回折光のみを考慮することにすれば、回折の式により、演算点Ｑにおいて、「λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ」なる条件が成り立てば、参照光Ｌｒを物体光Ｌｏの方向へ回折させることが可能ということになる。

したがって、実際には、ステップＳ５の演算記録段階において、記録面２０上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像１０上の物体点Ｐから演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとしたときに、「λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ」なる条件が成り立つか否かの回折可否判定処理を行い、上記条件が成り立たない場合には、回折不可との判定結果が得られたものとして、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うようにすればよい。

たとえば、図１に示す例の場合、右記録面２０Ｒ上の第ｊ番目の演算点ＱＲｊについて合成波の情報を演算する場合、§２で述べた基本的な方法によれば、原画像１０上に定義された全物体点から発せられて演算点ＱＲｊに到達する物体光（もちろん、演算点ＱＲｊから見て、原画像１０の隠面となる領域に所属する物体点からの物体光は、演算点ＱＲｊには到達しない）と、参照光４０Ｒとの合成波が考慮されることになる。これに対して、この§３で述べる方法では、演算点ＱＲｊに到達する物体光についての取捨選択が行われることになり、上記条件が成り立つ場合にのみ、当該物体光を考慮した演算が実行されることになる。したがって、図１に示す例の場合、演算点ＱＲｊについての演算では、たとえば、「図示の第ｉ番目の物体点Ｐｉからの物体光１５Ｒは考慮するが、ピラミッドの頂点からの物体光は考慮しない」というような取捨選択が行われることになる。

特定の演算点Ｑについて、どの物体点からの物体光を考慮するかは、個々の物体光の入射角θｏと参照光の入射角θｒとを用いた上記演算を個別に行うことにより決定することが可能である。ただ、演算負担を軽減するためには、個々の演算点Ｑについて、上記条件を満足する物体光の入射角θｏの範囲を予め算出しておき、当該範囲に入る物体点の三次元領域を求めておくようにするのが好ましい。そうすれば、特定の演算点Ｑについての演算を行う際には、当該演算点Ｑについて予め求めておいた三次元領域に含まれる物体点のみを考慮した演算を行えばよいので、演算負担は大幅に軽減される。

＜＜＜ §４．本発明に係る画像データ作成装置 ＞＞＞
ここでは、図５の流れ図に示す手順の前半に相当するデータ作成段階を実行するために用いる画像データ作成装置の構成を説明する。図８は、この画像データ作成装置１００の基本構成を示すブロック図である。

図示のとおり、この画像データ作成装置１００は、記録面データ格納部１１０、観察点データ格納部１２０、参照光データ格納部１３０、原画像データ入力部１４０、合成波情報演算部１５０、左演算結果保持部１６０、右演算結果保持部１７０、データ出力部１８０によって構成されており、与えられた原画像データＤｏに基づいて、左画像データＤＬおよび右画像データＤＲを作成して出力する機能を有している。出力された左画像データＤＬおよび右画像データＤＲは、§５で述べる立体画像提示装置２００の左眼用空間光変調素子２３０Ｌおよび右眼用空間光変調素子２３０Ｒを駆動して、観察者に立体画像の提示を行うために利用される。

記録面データ格納部１１０は、図５のステップＳ１における記録面データ入力段階で入力された記録面データを格納する機能を果たす。すなわち、この記録面データ格納部１１０には、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者の右眼ＥＲに提示する情報を記録する右記録面２０Ｒと、観察者の左眼ＥＬに提示する情報を記録する左記録面２０Ｌと、を特定する記録面データが格納される。たとえば、左右の記録面２０Ｒ，２０Ｌが矩形領域である場合、その４頂点の位置を示す座標値が格納されることになる。

観察点データ格納部１２０は、図５のステップＳ２における観察点データ入力段階で入力された観察点データを格納する機能を果たす。すなわち、この観察点データ格納部１２０には、ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の理想的な右眼観察位置を示す右観察点３０Ｒと、観察者の理想的な左眼観察位置を示す左観察点３０Ｌと、を特定する観察点データ（たとえば、観察点３０Ｒ，３０Ｌの位置を示す座標値）が格納される。

参照光データ格納部１３０は、図５のステップＳ４における参照光データ入力段階で入力された参照光データを格納する機能を果たす。すなわち、この参照光データ格納部１３０には、負側空間から右記録面２０Ｒを透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、右観察点３０Ｒに収束する光路をとる右参照光４０Ｒと、負側空間から左記録面２０Ｌを透過して正側空間へと向かう単一波長の光であって、左観察点３０Ｌに収束する光路をとる左参照光４０Ｌと、を特定する参照光データが格納される。この参照光データは、左右の観察点３０Ｒ，３０Ｌへ収束する光路を示す幾何学的なデータと、波長λを示す数値とによって構成することができる。

なお、図１に示すように、参照光４０Ｒ，４０Ｌの光路は、記録面２０Ｒ，２０Ｌと観察点３０Ｒ，３０Ｌとが決定すれば、一義的に決定することができる。したがって、実際には、参照光データ格納部１３０に格納すべき参照光データは、波長λを示すデータを除いて、記録面データ格納部１１０に格納されている記録面２０Ｒ，２０Ｌを特定するデータと、観察点データ格納部１２０に格納されている観察点３０Ｒ，３０Ｌを特定するデータとに基づいて、自動的に生成することができる。参照光の波長λは、理論的には、再生時に用いる照明光の波長と同一にするのが好ましいが、前述したとおり、実際には、白色ＬＥＤを照明光として用いて再生を行っても、ある程度の品質の再生像を得ることができる。したがって、実用上は、任意の所定波長を参照光の波長λとして格納しておけば十分である（たとえば、ここに述べる実施例の場合、一般的な赤色レーザ光の波長として、λ＝０．６３２８μｍを格納している）。

原画像データ入力部１４０は、図５のステップＳ３における原画像データ入力段階を実行する機能を果たす。すなわち、この原画像データ入力部１４０は、ＸＹＺ三次元座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像１０を特定する原画像データＤｏを入力し、これを格納する機能を果たす。前述したとおり、原画像データＤｏは、ＣＧの技術を利用して作成された立体画像データによって構成することができる。

合成波情報演算部１５０は、図５のステップＳ５における演算記録段階を実行する機能を果たす。すなわち、この合成波情報演算部１５０は、原画像データ入力部１４０によって入力された原画像データと、記録面データ格納部１１０に格納されている記録面データと、参照光データ格納部１３０に格納されている参照光データと、に基づいて、原画像１０からの物体光と右参照光４０Ｒとによって右記録面２０Ｒ上の所定の演算点Ｑの位置に形成される合成波の情報を演算するとともに、原画像１０からの物体光と左参照光４０Ｌとによって左記録面２０Ｌ上の所定の演算点Ｑの位置に形成される合成波の情報を演算する。

左演算結果保持部１６０および右演算結果保持部１７０は、こうして得られた演算結果を保持する機能を果たす。すなわち、左演算結果保持部１６０は、左記録面２０Ｌ上の各演算点Ｑについての演算結果を保持し、右演算結果保持部１７０は、右記録面２０Ｒ上の各演算点Ｑについての演算結果を保持する。ここに示す実施例では、各記録面２０Ｒ，２０Ｌ上に、所定ピッチｐ（再生時に用いる空間光変調素子の画素ピッチ）で縦横に多数の演算点Ｑを設定している。左右の演算結果保持部１６０，１７０は、このような二次元配列された多数の演算点Ｑについての演算結果を保持する。

データ出力部１８０は、左演算結果保持部１６０に保持されている演算結果を左画像データＤＬとして出力し、右演算結果保持部１７０に保持されている演算結果を右画像データＤＲとして出力する機能を果たす。これらの画像データは、二次元配列された多数の演算点Ｑについての演算結果を画素値としてもつ画像データになる。

続いて、合成波情報演算部１５０によって実行される具体的な演算例を述べておく。図９は、合成波情報演算部１５０による演算に用いられる具体的な演算式を示す図である。一般に、光などの波動は、余弦波と正弦波との和として数式で記述され、余弦波の成分を実数、正弦波の成分を虚数で表現した複素振幅という形式で表される。

たとえば、第ｉ番目の物体点Ｐｉからの物体光の任意の演算点Ｑにおける複素振幅αｉは、図９上段に示すとおり、
αｉ＝Ａｉ／Ｒｉ・exp （−ｊ・２π／λ・Ｒｉ＋ｊ・φｉ） 式（１）
で示される。ここで、Ａｉおよびφｉは、物体点Ｐｉから発せられた物体光の初期の振幅および位相、Ｒｉは、物体点Ｐｉと演算点Ｑとの距離である。これらの値は、いずれも、原画像データＤｏに基づいて決定されるパラメータである。また、λは物体光の波長、ｊは虚数単位である。一方、参照光の演算点Ｑにおける複素振幅αｒは、図９下段に示すとおり、
αｒ＝Ａｒ・exp （ｊ・２π／λ・Ｒｒ＋ｊ・φｒ） 式（２）
で示される。ここで、Ａｒは、参照光の振幅（式（２）では、参照光の振幅は減衰しないものとしているため、振幅Ａｒはどの位置でも同じである）、φｒは、参照光の観察点３０の位置における位相、Ｒｒは、観察点３０と演算点Ｑとの距離、λは参照光の波長、ｊは虚数単位である。ここで、物体光の波長λと参照光の波長λとは等しくなるように設定する。

合成波情報演算部１５０による演算で求める情報は、演算点Ｑの位置において、演算対象となる各物体光と参照光との合成波の情報である。より具体的には、ホログラム干渉縞として合成波の情報を記録するのであれば、演算対象となる全物体光と参照光とによって記録面上に形成される合成波の振幅強度の値を求めればよい。たとえば、演算対象となる物体光の数がｎ個あったとすれば、演算点Ｑにおける合成波の振幅強度を示す演算値Ｉは、
Ｉ＝（αｒ＋Σ_i=1~n αｉ）^２
で与えられる。ここで、αｒは上述した式（２）で求まる参照光の演算点Ｑにおける複素振幅であり、αｉは上述した式（１）で求まる第ｉ番目の物体点Ｐｉからの物体光の演算点Ｑにおける複素振幅αｉであり、「Σ_i=1~n 」は、当該複素振幅αｉの第１番目〜第ｎ番目までの総和を示す。

個々の演算点Ｑについて求められた演算値Ｉ（振幅強度情報）は、左右の演算結果保持部１６０，１７０に保持され、データ出力部１８０によって、これらの振幅強度情報によって構成される干渉縞パターンが左右の画像データＤＬ，ＤＲとして出力される。

なお、§３で述べたとおり、実用上は、観察時に「折り返し像」が生じることを抑制し、見やすい再生像を提示するために、演算対象となる物体光の取捨選択を行うのが好ましい。この場合、合成波情報演算部１５０は、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、立体画像の提示に用いる予定の空間光変調素子が、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向に、演算点Ｑに入射する参照光を回折することができるか否かを判定する回折可否判定処理を行い、回折不可との判定結果が得られる場合には、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算（当該物体点Ｐからの物体光を演算対象から除外する演算）を行うようにすればよい。

具体的には、図７を用いて説明したとおり、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像上の物体点Ｐから演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとし、立体画像の提示に用いる予定の空間光変調素子の画素ピッチをｐとしたときに、「λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ」なる条件が成り立たない場合には、回折不可とする回折可否判定処理を実行し、回折不可との判定結果が得られた場合には、当該演算点Ｑについては、当該物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うようにすればよい。

以上、図８のブロック図を参照しながら、本発明に係る画像データ作成装置１００の基本構成を説明したが、実際には、この画像データ作成装置１００は、コンピュータに専用のプログラムを組み込むことによって実現される装置である。したがって、各データ格納部１１０，１２０，１３０は、コンピュータ用の記憶装置によって構成し、原画像データ入力部１４０やデータ出力部１８０は、当該コンピュータの入出力機能によって実現し、左右の演算結果保持部１６０，１７０は、当該コンピュータが作業領域として利用するメモリによって構成し、合成波情報演算部１５０は、当該コンピュータのＣＰＵやメモリ、および当該ＣＰＵが実行するプログラムによって構成することができる。

＜＜＜ §５．本発明に係る立体画像提示装置 ＞＞＞
ここでは、図５の流れ図に示す手順の後半に相当する画像提示段階を実行するために用いる立体画像提示装置の構成を説明する。図１０は、この立体画像提示装置２００の基本構成を示す横断面図およびブロック図である。

この立体画像提示装置２００は、図２に示す基本原理に基づき、空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行う装置であり、図示のとおり、装置筐体２１０、左照明光照射部２２０Ｌ、右照明光照射部２２０Ｒ、左眼用空間光変調素子２３０Ｌ、右眼用空間光変調素子２３０Ｒ、遮蔽板２４０、変調制御部２５０、画像データ格納部２６０によって構成されている。

装置筐体２１０は、左照明光照射部２２０Ｌ、右照明光照射部２２０Ｒ、左眼用空間光変調素子２３０Ｌ、右眼用空間光変調素子２３０Ｒを組み込むための外囲器であり、これらの各構成要素を所定位置に支持する支持体として機能する。ここに示す実施例では、この装置筐体２１０の一方の開口面には、遮蔽板２４０が嵌め込まれている。この遮蔽板２４０には、図示のとおり、左眼用覗き窓２４１Ｌおよび右眼用覗き窓２４１Ｒが設けられている。これら両覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒの間隔は、一般的な観察者の両眼距離（約６５ｍｍ）に設定されており、観察者は、図示のとおり、左眼ＥＬおよび右眼ＥＲを、両覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒの手前に配置し、装置筐体２１０内を覗き込むことができる。

左眼用空間光変調素子２３０Ｌは、観察者の左眼ＥＬに提示する光を変調する機能を果たす構成要素であり、図２に示す素子６０Ｌに対応するものである。同様に、右眼用空間光変調素子２３０Ｒは、観察者の右眼ＥＲに提示する光を変調する機能を果たす構成要素であり、図２に示す素子６０Ｒに対応するものである。ここに示す実施例の場合も、これら空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒとして、液晶ディスプレイ装置が用いられている。

左照明光照射部２２０Ｌは、左眼用空間光変調素子２３０Ｌに対して、観察者の理想的な左眼観察位置として設定された左観察点２４５Ｌに収束する光路をとる再生用左照明光を照射する機能を果たす。ここに示す実施例の場合、左照明光照射部２２０Ｌは、レーザ２２１Ｌ、集光レンズ２２２Ｌ、ピンホール板２２３Ｌ、コリメートレンズ２２４Ｌ、集光レンズ２２５Ｌによって構成されている。レーザ２２１Ｌで生成された単一波長λ（この例では、λ＝０．６３２８μｍ）の再生用照明光は、集光レンズ２２２Ｌによって、ピンホール板２２３Ｌの中央に形成されたピンホール位置に一旦集光される。そして、このピンホール位置から放射状に広がった照明光は、コリメートレンズ２２４Ｌによって平行光に成形される。この平行光は、更に、集光レンズ２２５Ｌによって、左観察点２４５Ｌに収束するように集光される。

一方、右照明光照射部２２０Ｒは、右眼用空間光変調素子２３０Ｒに対して、観察者の理想的な右眼観察位置として設定された右観察点２４５Ｒに収束する光路をとる再生用右照明光を照射する機能を果たす。この右照明光照射部２２０Ｒも、レーザ２２１Ｒ、集光レンズ２２２Ｒ、ピンホール板２２３Ｒ、コリメートレンズ２２４Ｒ、集光レンズ２２５Ｒによって構成されており、その基本機能は、上述した左照明光照射部２２０Ｌの機能と全く同じである。

かくして、左眼用空間光変調素子２３０Ｌには、左照明光照射部２２０Ｌによって、単一波長λをもち、左観察点２４５Ｌに収束する光路をとる再生用左照明光が照射され、右眼用空間光変調素子２３０Ｒには、右照明光照射部２２０Ｒによって、単一波長λをもち、右観察点２４５Ｒに収束する光路をとる再生用右照明光が照射される。装置筐体２１０は、左右の照明光が上述したような光路をとるように、また、これら照明光と各空間光変調素子との位置関係が図２で説明した関係を満たすように、各構成要素を所定位置に固定する支持体として機能する。

一方、画像データ格納部２６０は、左眼用空間光変調素子２３０Ｌを制御するための左画像データＤＬと右眼用空間光変調素子２３０Ｒを制御するための右画像データＤＬとを格納する構成要素である。また、変調制御部２５０は、この画像データ格納部２６０に格納されている左画像データＤＬを左眼用空間光変調素子２３０Ｌに供給して再生用左照明光を当該左画像データＤＬに基づいて変調させ、この画像データ格納部２６０に格納されている右画像データＤＲを右眼用空間光変調素子２３０Ｒに供給して再生用右照明光を当該右画像データＤＲに基づいて変調させる処理を実行する。

実際には、この変調制御部２５０および画像データ格納部２６０は、コンピュータによって構成される。各空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒとして、液晶ディスプレイ装置を用いた場合、変調制御部２５０は、左画像データＤＬおよび右画像データＤＲに基づいて、ホログラム干渉縞の画像を、液晶ディスプレイ装置に表示させる処理を行うことになる。このような画像表示処理は、一般的なコンピュータにおける画像表示処理と基本的には同じである。

結局、図１０に示す立体画像提示装置２００の基本構成は、図２に示す基本構成と等価になる。ここで、左眼用空間光変調素子２３０Ｌおよび右眼用空間光変調素子２３０Ｒは、支持体として機能する装置筐体２１０に固定されており、また、左眼および右眼についての覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒが形成された遮蔽板２４０は、この装置筐体２１０に対して定位置をとるように固定されている。しかも、観察者が、左観察点２４５Ｌに左眼ＥＬ、右観察点２４５Ｒに右眼を置いたときに（厳密に言えば、瞳に位置する有機体レンズの中心点が各観察点にくる位置に置いたときに）、左右の覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒを通して、左眼用空間光変調素子２３０Ｌおよび右眼用空間光変調素子２３０Ｒを観察することができる位置に、遮蔽板２４０が固定されている。別言すれば、観察者が左右の覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒを通して、装置筐体２１０の内部を覗き込もうとした場合に、自然に、観察者の左右両眼ＥＬ，ＥＲが、左右の観察点２４５Ｌ，２４５Ｒの位置にくるように、遮蔽板２４０の位置が調節されていることになる。

したがって、変調制御部２５０によって、左右の空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒにホログラム干渉縞を表示させ、左右の照明光照射部２２０Ｌ，２２０Ｒによって照明光を照射させた状態で、観察者が、左眼ＥＬおよび右眼ＥＲを、両覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒの手前に配置して内部を覗き込むと、図２で述べた基本原理に基づいて、空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒの奥に再生像が観察されることになる。

ここで、画像データ格納部２６０に格納されている左右の画像データＤＬ，ＤＲは、§４で述べた画像データ作成装置１００によって作成された画像データであり、再生用照明光と同一の光路をとる単一波長の参照光と、提示対象となる原画像からの物体光とによって、空間光変調素子の変調面の位置に形成される合成波の情報を示す画像データである。したがって、§１で説明したとおり、空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒとして、比較的画素ピッチの粗い空間光変調素子を用いた場合でも、広い視野角をもった歪みのない再生像を、拡大レンズなしで提示することが可能になる。実際、空間光変調素子として、画素ピッチが３２μｍ程度の液晶ディスプレイを用いた場合でも、広い視野角をもった再生像が得られている。

もちろん、§３で述べたように、演算対象となる物体光を取捨選択する方法で作成された画像データＤＬ，ＤＲを画像データ格納部２６０に格納して用いれば、「折り返し像」の発生を抑制した、見やすい再生像を提示することができる。

ところで、この図１０に示す実施例で用いられている遮蔽板２４０は、次の２つの機能を果たしている。第１の機能は、観察者の両眼を、理想的な観察位置である左右の観察点２４５Ｌ，２４５Ｒへガイドする機能である。既に述べたとおり、本発明では、左右の観察点２４５Ｌ，２４５Ｒに両眼ＥＬ，ＥＲを配置して観察するのが最も好ましい。覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒが形成された遮蔽板２４０を用いれば、観察者の両眼を、この観察点２４５Ｌ，２４５Ｒの位置へ自然にガイドすることができる。

遮蔽板２４０の第２の機能は、空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒで生じる高次回折光が、観察者の眼に入ることを阻止する機能である。回折格子を経て曲げられる回折光には、１次回折光、２次回折光、３次回折光、...というように、様々な回折光が存在し、それぞれ向かう方向が異なっている。ただ、次数が高くなるに従って光量は減少するため、１次回折光を観察するのが最も効率的である。したがって、本発明でも、１次回折光を観察することが前提となっており、２次以上の高次回折光が観察者の眼に入ると、再生像に対してノイズ成分として観察されることになり好ましくない。遮蔽板２４０に設けられた覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒは、光学的アパーチャとして機能し、無用な高次回折光が観察者の眼に入るのを阻止する働きをする。

以上、本発明に係る立体画像提示装置２００の構成を、図１０に示す具体的な実施例に基づいて説明したが、もちろん、本発明を実施するにあたり、立体画像提示装置の細かな構成は、必ずしもこの実施例と同一である必要はない。

たとえば、図１０に示す実施例では、左右一対のレーザ２２１Ｌ，２２１Ｒを設けているが、光源として１台のレーザ装置のみを用意し、ビームスプリッタなどの光学系を用いて、このレーザ装置から発生させた単一のビームを２つのビームに分岐させて利用するようにしてもかまわない。また、上述したとおり、本発明を実施するにあたり、再生用照明光としては、レーザ光のようにコヒーレントな単色光を用いるのが好ましいが、実用上は、白色ＬＥＤなどを光源として用いても、再生像の観察が可能であり、光源は必ずしもレーザ光源に限定されるものではない。

また、左右の照明光照射部２２０Ｌ，２２０Ｒの光学的構成も、様々なバリエーションが考えられる。図１０に示す実施例は、照明光照射部２２０Ｌ，２２０Ｒを、光源と、この光源からの光に基づいて平行光を生成する光学素子と、当該平行光を観察点に集光する集光素子と、によって構成した一例を示すものであり、具体的な光学系の組み合わせには、この他にも様々なバリエーションが存在する。また、必ずしも「一旦平行光を生成した後に、これを観察点に集光する」という構成を採る必要もない。たとえば、照明光照射部を、点光源と、この点光源からの球面波を観察点に集光する集光素子と、によって構成すれば、平行光を生成する必要はない。

なお、図１０に示す実施例では、再生用照明光を観察点に集光する集光素子として、集光レンズ２２５Ｌ，２２５Ｒを用いている。これら集光レンズ２２５Ｌ，２２５Ｒとしては、フレネルレンズを用いることができる。もちろん、再生用照明光を観察点に集光させる機能をもつ集光素子は、レンズに限定されるものではなく、この他にも様々な光学素子を用いることが可能である。たとえば、集光素子として、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）を用いると、レンズに比べて非常に厚みが小さい素子であるため、装置全体を小型化できるメリットが得られる。

＜＜＜ §６．本発明の変形例 ＞＞＞
最後に、本発明のいくつかの変形例を掲げておく。

＜ ６−１．ヘッドマウント型の装置 ＞
図１０に示す立体画像提示装置１００を小型化できれば、いわゆるヘッドマウント型のディスプレイ装置を実現することが可能である。図１１は、図１０に示す立体画像提示装置１００の変形例に係る装置を観察者に装着した状態を示す上面図である。この変形例は、ヘッドマウント型のディスプレイ装置として機能するものであり、観察者の頭部Ｈに装着して利用することができる。すなわち、この装置は、観察者の顔面に装着する支持体２７０と、この支持体２７０に取り付けられた装着具２８０とを有している。装着具２８０は、観察者の頭部Ｈに装着するための構成要素であり、図示の例では、ゴム製品のベルトによって構成されている。

支持体２７０の内部には、図に破線で示すように、左照明光照射部２２０Ｌ，右照明光照射部２２０Ｒ，左眼用空間光変調素子２３０Ｌ，右眼用空間光変調素子２３０Ｒが固定されている。そして、図示のように、観察者が、装着具２８０を頭部Ｈに装着したときに、左観察点に左眼ＥＬ、右観察点に右眼ＥＲがそれぞれくるように、支持体２７０の装着具２８０に対する位置が調整されている。

この図１１に示すような接眼型の装置では、観察点と空間光変調素子との距離を短く設定することができるので、空間光変調素子の変調面（液晶ディスプレイの表示面）の面積が比較的小さくても、広い視野角をもった再生像を提示することが可能である。したがって、図１０に示す装置に比べて、空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒを小型化することができ、それに合わせて光照射部２２０Ｌ，２２０Ｒも小型化することができるので、装置全体はかなりコンパクトに設計できる。また、頭部Ｈに装着すると、左右両眼ＥＬ，ＥＲが、自然に左右の観察点にくるような位置調節が行われているため、覗き窓を有する遮蔽板を設けなくても、理想的な観察位置からの観察が可能になる。

＜ ６−２．反射型の立体画像提示装置 ＞
これまで述べた実施例は、いずれも照明光を透過させるタイプの空間光変調素子を用いた透過型の立体画像提示装置であった。たとえば、図２に示す例の場合、右眼用空間光変調素子６０Ｒの右観察点３０Ｒに向かい合った面を表側の面としたときに、右眼用空間光変調素子６０Ｒの裏側の面から右照明光７０Ｒを照射し、その透過光が観察者に観察されるようにしている。同様に、左眼用空間光変調素子６０Ｌの左観察点３０Ｌに向かい合った面を表側の面としたときに、左眼用空間光変調素子６０Ｌの裏側の面から左照明光７０Ｌを照射し、その透過光が観察者に観察されるようにしている。

これに対して、照明光を反射させるタイプの空間光変調素子を用い、右眼用空間光変調素子６０Ｒの表側の面から右照明光７０Ｒを照射し、その反射光が観察者に観察されるようにし、左眼用空間光変調素子６０Ｌの表側の面から左照明光７０Ｌを照射し、その反射光が観察者に観察されるようにすれば、反射型の立体画像提示装置を構成することができる。この場合、右眼用空間光変調素子６０Ｒに対しては、変調面（記録面）に関して、右参照光と鏡像関係となる光路を通る右照明光を照射し、左眼用空間光変調素子６０Ｌに対して、左参照光と鏡像関係となる光路を通る左照明光を照射すればよい。

図１２は、このような反射型の立体画像提示装置の原理を示す側面図である。空間光変調素子６０が透過型のものである場合は、これまで述べたように、観察点３０に収束するような再生用照明光７１，７２（データ作成時に用いた参照光と同じ光路をとる光）を、図の左から右へ向かって入射させ、観察点３０において、空間光変調素子６０を透過した照明光が観察されるようにしていた。これに対して、空間光変調素子６０が反射型のものである場合は、空間光変調素子６０の変調面（記録面）に関して、再生用照明光７１，７２（データ作成時に用いた参照光）と鏡像関係になる光路を通る再生用照明光７６，７７を、図の右から左へ向かって入射させ、観察点３０において、空間光変調素子６０を反射した回折照明光７６′，７７′が観察されるようにすればよい。

空間光変調素子６０が反射型のものである場合、再生用照明光７６，７７は、結局、観察点３０に収束する光路をとる光になるので、結局、これまで述べてきた透過型の空間光変調素子６０と同様の再生像が観察できる。なお、図１２に示す例において、観察点３０に観察者の眼を置くと、図の右から左へ向かって入射させる再生用照明光の一部が観察者の影になって空間光変調素子６０まで到達しない可能性があるので、実用上は、回折照明光７６′，７７′の光路上にハーフミラーなどを配置し、観察点３０の光学的な位置を移動させるなどの工夫を施すのが好ましい。また、ハーフミラーなどを配置することで、ホログラム再生像と外界のシーンを重ねて観察できる、いわゆる光学シースルー状態とすることもできる。

＜ ６−３．単眼提示用の装置 ＞
これまで述べてきた実施例は、いずれも観察者が左右両眼を用いて再生像を観察することを前提としたものであったが、本発明は、ホログラフィの技術を利用して立体画像の提示を行うものであるため、観察者が片目で観察する場合にも、ある程度の立体感をもった再生像の提示が可能である。したがって、これまで述べてきた実施例における右眼用の構成要素もしくは左眼用の構成要素のみを用いて本発明を実施することも可能である。たとえば、§２で述べた立体画像提示方法を実施する際には、観察者が左右いずれかの単眼で観察することを前提として、右眼用もしくは左眼用のいずれか一方のデータ作成を行い、いずれか一方の画像提示を行うようにすればよい。

このように、単眼による観察を前提とした場合、本発明に係る立体画像提示装置は、観察者のいずれか一方の単眼に提示する光を変調する空間光変調素子と、当該空間光変調素子に対して、観察者の単眼による理想的な観察位置として設定された観察点に収束する光路をとる照明光を照射する照明光照射部と、空間光変調素子を制御するための画像データを格納する画像データ格納部と、この画像データ格納部に格納されている画像データを空間光変調素子に供給して照明光を画像データに基づいて変調させる変調制御部と、を設けておけばよい。

ただ、これまで述べてきた実施例のように、観察者が左右両眼を用いて再生像を観察できるようにしておけば、両眼視差による立体視効果も得られるため、実用上は、両眼観察を行うことを前提として本発明を実施するのが好ましい。

＜ ６−４．観察位置の設定範囲 ＞
これまで述べた実施形態では、データ作成段階において、図１に示すように、所定の観察点３０Ｒ，３０Ｌを設定して画像データ５０Ｒ，５０Ｌを作成しておき、画像提示段階で、観察者が、図２に示すように、この観察点３０Ｒ，３０Ｌに両眼を置いて観察を行えば、理想的な再生像が得られる、という説明を行った。そのため、図１０や図１１に示す立体画像提示装置では、観察者の両眼ＥＬ，ＥＲを、観察点３０Ｒ，３０Ｌの位置にガイドするための工夫が施されている。

ただ、理想的な再生像が得られる観察位置は、必ずしも観察点３０Ｒ，３０Ｌという幾何学的な１点に限られるわけではなく、実際には、観察点３０Ｒ，３０Ｌの近傍における、ある程度の範囲をもった空間内に両眼ＥＬ，ＥＲを置いても、理想的な再生像を観察することが可能である。これを図１３の側面図を用いて説明しよう。

図１３は、透過型の空間光変調素子６０に対して、観察点３０に収束する再生用照明光を図の左方から照射した状態を示している。ここで、空間光変調素子６０には、その全面にホログラム干渉縞が記録されているものとする。すなわち、この側面図において、空間光変調素子６０の上端の演算点Ｑａから下端の演算点Ｑｂに至るまで、すべての領域に干渉縞が形成されることになる。この場合、上端の演算点Ｑａには、図示のとおり、観察点３０へ収束する再生用照明光Ｌａが照射され、下端の演算点Ｑｂにも、図示のとおり、観察点３０へ収束する再生用照明光Ｌｂが照射される。

既に述べたとおり、空間光変調素子６０には、その回折能力に限界がある。たとえば、画素ピッチが３２μｍ程度の液晶ディスプレイの場合、ディスプレイ画面上に表示される干渉縞による最大回折角θmaxは、λ＝０．６３２８μｍとして、θmax＝０．５６６°程度である。そこで、空間光変調素子６０の最大回折角をθmaxとすれば、図示のとおり、再生用照明光Ｌａは演算点Ｑａにおいて、角度２・θmaxの範囲で回折され、回折した再生用照明光の光路は、図の光路Ｌａ（＋）とＬａ（−）の間に挟まれた範囲内（約１．１３２°の範囲内）をとることになる。同様に、再生用照明光Ｌｂは演算点Ｑｂにおいて、角度２・θmaxの範囲で回折され、回折した再生用照明光の光路は、図の光路Ｌｂ（＋）とＬｂ（−）の間に挟まれた範囲内をとることになる。

この場合、図にハッチングを施して示す範囲Ｓが、理想的な再生像を観察することが可能な範囲になると考えられる。この範囲Ｓ内の任意の位置は、上端の演算点Ｑａで回折した照明光と下端の演算点Ｑｂで回折した照明光との双方が到達可能な位置であるため、空間光変調素子６０上の任意の演算点で回折した照明光が、すべて到達可能な位置ということになる。そうすると、理想的な再生像が得られる観察位置は、必ずしも観察点３０の１点のみに限定されるわけではなく、観察点３０の近傍領域、すなわち、図１３にハッチングを施して示す範囲Ｓ内の任意の点を観察位置とした場合にも、理想的な再生像が得られることになる。

したがって、図１０や図１１に示す立体画像提示装置において、観察時に観察者の両眼ＥＬ，ＥＲをガイドする位置（観察位置の設定範囲）は、必ずしも正確な観察点３０Ｒ，３０Ｌの位置である必要はなく、図１３にハッチングを施して示す範囲Ｓに相当する領域内であれば十分ということになる。

＜ ６−５．原画像情報を記録する方式のバリエーション ＞
これまで述べた実施形態では、記録面上に形成される合成波の情報を、ホログラム干渉縞として記録する例を述べたが、原画像の情報は、必ずしもホログラム干渉縞として記録する必要はない。ホログラフィの技術を利用して立体画像の提示を行うには、物体光の波面の情報を何らかの方法で媒体上に記録し、再生用照明光を照射したときに、物体光の波面を忠実に再現できればよい。これまで述べてきた実施形態は、波面の情報を干渉縞として記録する方式であり、原画像からの物体光と参照光とによって記録面上に形成される合成波の振幅強度に関する情報を記録する方式である。

これに対して、原画像からの物体光によって記録面上に形成される合成波の位相（参照光に基づいて補正した位相）に関する情報を記録する方式（キノフォーム方式）や、振幅と位相の双方を記録する方式（複素振幅方式）も知られている。本発明を実施する上で、原画像情報を記録する方式は、上記各方式のいずれでもかまわない。

すなわち、これまで述べてきた「干渉縞記録方式」では、合成波情報演算部１５０が、演算対象となる全物体光と参照光とによって記録面上に形成される合成波の振幅強度情報を演算し、演算結果保持部１６０，１７０が、この振幅強度情報を演算結果として保持し、データ出力部１８０が、この振幅強度情報によって構成される干渉縞パターンを画像データとして出力することになる。

この場合、図９に示すように、第ｉ番目の物体点Ｐｉからの物体光の任意の演算点Ｑにおける複素振幅αｉを、
αｉ＝Ａｉ／Ｒｉ・exp （−ｊ・２π／λ・Ｒｉ＋ｊ・φｉ） 式（１）
として、参照光の演算点Ｑにおける複素振幅αｒを、
αｒ＝Ａｒ・exp （ｊ・２π／λ・Ｒｒ＋ｊ・φｒ） 式（２）
とすれば、演算点Ｑにおける参照光とｎ個の物体光との合成波の振幅強度を示す演算値Ｉは、
Ｉ＝（αｒ＋Σ_i=1~n αｉ）^２
で与えられることは、既に述べたとおりである。

これに対して、「キノフォーム方式」では、合成波情報演算部１５０が、演算対象となる全物体光の合成波の位相と、参照光の位相と、の差を示す位相情報を演算し、演算結果保持部１６０，１７０が、この位相情報を演算結果として保持し、データ出力部１８０が、この位相情報によって構成される位相分布パターンを画像データとして出力することになる。この場合、演算点Ｑにおける参照光とｎ個の物体光との合成波の位相を示す演算値は、Σ_i=1~n αｉで与えられるｎ個の物体光の複素振幅の総和について求められた位相と、参照光の複素振幅の位相と、の差で与えられる。

また、「複素振幅方式」では、合成波情報演算部１５０が、演算対象となる全物体光によって記録面上に形成される合成波の振幅情報を演算し、更に、演算対象となる全物体光の合成波の位相と、参照光の位相と、の差を示す位相情報を演算し、演算結果保持部１６０，１７０が、この振幅情報および位相情報を演算結果として保持し、データ出力部１８０が、この振幅情報および位相情報によって構成される複素振幅分布パターンを画像データとして出力することになる。この場合、振幅情報は、Σ_i=1~n αｉで与えられるｎ個の物体光の複素振幅の総和について求められた振幅（複素振幅の実数部の２乗と虚数部の２乗との和の平方根）であり、位相情報は、上記「キノフォーム方式」と同様の方法で求められた位相である。

なお、「キノフォーム方式」を採る場合、空間光変調素子として「位相変調」を行うことが可能な素子を用いる必要がある（一般的な液晶ディスプレイは、液晶分子の配向制御により、位相変調を行う機能を有している）。また、「複素振幅方式」を採る場合は、「振幅変調」と「位相変調」との双方を行う必要があるため、「振幅変調用の空間光変調素子」と「位相変調用の空間光変調素子」とを重ねて用いる、などの工夫が必要になる。

＜ ６−６．動画の提示 ＞
感光性材料を用いた一般的なホログラム記録媒体に対して、液晶ディスプレイなどの空間光変調素子の利点は、与える画像データに応じて、表示させる変調画像を自由に変化させることができる点である。したがって、本発明は、静止した立体画像を提示するだけでなく、動画からなる立体画像を提示するのにも適している。

具体的には、図５に示すステップＳ３の原画像データ入力段階で、時系列に並べられた複数の原画像を示す動画データを、原画像データとして入力し、ステップＳ５の演算記録段階で、個々の原画像について記録面上への記録を行い、ステップＳ６のデータ出力段階で、個々の原画像についての画像データを出力し、ステップＳ９の光変調段階で、個々の原画像についての画像データを順番に空間光変調素子に与え、動画の再生が行われるようにすればよい。

また、図８に示す画像データ作成装置によって、動画提示用の画像データを作成できるようにするには、原画像データ入力部１４０に、時系列に並べられた複数の原画像を示す動画データを、原画像データとして入力する機能をもたせ、合成波情報演算部１５０に、個々の原画像について合成波の情報を演算する機能をもたせ、左右の演算結果保持部１６０，１７０に、個々の原画像についての演算結果をそれぞれ保持する機能をもたせ、データ出力部１８０に、個々の原画像についての画像データを順番に並べた動画データを出力する機能をもたせればよい。

更に、図１０に示す立体画像提示装置２００に、動画提示機能をもたせるには、画像データ格納部２６０に、時系列に並べられた複数の原画像を示す動画データを格納しておき、変調制御部２５０が、これを一定の周期で順番に選択して、空間光変調素子２３０Ｌ，２３０Ｒに対する変調制御を行うようにすればよい。

＜ ６−７．インタラクティブに変化する立体画像の提示 ＞
上述した動画提示の他、本発明はインタラクティブに変化する立体画像を提示する用途にも利用可能である。たとえば、パソコンや電子ゲーム機などのプログラムでは、三次元ＣＧデータに基づいてディスプレイ画面上に三次元物体（たとえば、ゲームのキャラクタ）を表示し、ユーザのキー操作やマウス操作による指示に基づいて、当該物体の位置、向き、姿勢、形状などを変化させて表示する手法が普及している。本発明は、このようなインタラクティブに変化する画像提示にも利用可能である。

具体的には、予めゲームキャラクタなどの三次元物体の三次元ＣＧデータを読み込んでおき、ユーザのキー操作やマウス操作による指示に基づき、当該三次元ＣＧデータから表示対象となる原画像データＤｏを生成し、この原画像データＤｏに基づいて、これまで述べてきた本発明に係る方法を利用して、左右の液晶ディスプレイに与える左画像データＤＬおよび右画像データＤＲをリアルタイムで作成し、立体画像提示を行えばよい。ユーザから指示が与えられるたびに、三次元物体の位置、向き、姿勢、形状などを変化させた立体画像提示をリアルタイムで行うようにすれば、インタラクティブに変化する立体画像の提示が可能になる。

＜ ６−８．空間光変調素子のバリエーション ＞
これまで述べた実施形態では、空間光変調素子として液晶ディスプレイを用いた例を述べたが、本発明に用いる空間光変調素子は、与えられた画像データに基づいて、照射された再生用照明光の振幅や位相を変調する機能をもった素子であれば足り、液晶ディスプレイに限定されるものではない。たとえば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）やＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）などを、空間光変調素子として用いてもかまわない。

＜ ６−９．実写撮影に基づく画像データの作成 ＞
図５に示す実施形態では、データ作成段階をコンピュータを用いたＣＧＨ（Computer Generated Hologram）の手法で作成する例を述べたが、画像データの作成は、実在の物体像を実写撮影することによって用意することも可能である。たとえば、実在の物体像と実在の参照光に基づいて、所定の記録面上にホログラム干渉縞を生成させ、このホログラム干渉縞を撮像素子によってデジタルデータに変換するようにすれば、ＣＧＨの手法の代わりに、実在の物体像の実写撮影により、画像データの作成が可能になる。

＜ ６−１０．空間光変調素子からの０次光の遮蔽 ＞
既に述べたとおり、空間光変調素子からは、１次回折光だけでなく、２次回折光、３次回折光、...というように、様々な回折光が得られる。ただ、次数が高くなるに従って光量は減少し、また、図１０に示す装置のように、光学的アパーチャとして機能する覗き窓２４１Ｌ，２４１Ｒが形成された遮蔽板２４０を設けることにより、無用な高次回折光が観察者の眼に入るのを阻止することができる。しかしながら、空間光変調素子からは０次光、すなわち、変調を受けずにそのまま直進する再生用照明光の成分が得られ、その光量の割合は比較的大きい。

たとえば、図１３に示す例の場合、再生用照明光Ｌａは空間光変調素子６０の上端の演算点Ｑａにおいて回折されるが、０次光はそのまま直進して観察点３０へ向かうことになる。同様に、再生用照明光Ｌｂは空間光変調素子６０の下端の演算点Ｑｂにおいて回折されるが、０次光はそのまま直進して観察点３０へ向かうことになる。このような０次光は、観察時にバックグラウンド光となり、本来提示すべき再生像の観察を妨げる要因になる。したがって、できるだけ観察者の眼まで届かないように遮蔽するのが好ましい。

一般的なホログラムでは、再生用照明光として平行光線が用いられるため、０次光も平行光線となり、観察時にこの０次光のみを遮蔽することは困難である。ところが、本発明では、観察点に収束する光路をとる再生用照明光を用いて像の再生を行うことが前提であるため、観察点に何らかの遮蔽体を配置することにより、０次光を効果的に遮蔽することが可能である。

図１４は、本発明の画像提示段階において、空間光変調素子６０（液晶ディスプレイ）を透過した０次光を遮蔽する機能を有する遮蔽体３１０を、観察点３０に配置した状態を示す側面図である。実際には、０次光遮蔽体３１０を、観察点３０に配置するために、この０次光遮蔽体３１０を支持する透明支持体３００を用意することになる。図１４に示す例では、板状の透明支持体３００の左側面の中央部に０次光遮蔽体３１０が支持されている（図では、観察点３０の位置を示す黒丸と、０次光遮蔽体３１０とが重なって示されている）。なお、ここで、透明支持体３００における「透明」とは、必ずしも１００％に近い透光性を意味するものではなく、たとえば、光透過率５０％のものでもかまわない。ただ、明るい再生像を得る上では、できるだけ光透過率の高いものを用いるのが好ましい。

上述したとおり、本発明の場合、再生用照明光は観察点３０に収束する光路をとるので、０次光は、この観察点３０に集光する。したがって、図示のように、観察点３０の位置に０次光遮蔽体３１０を配置しておけば、０次光は観察点３０の位置で遮蔽され、そこから右方向への進行は阻止される。よって、図にハッチングを施して示す範囲Ｓ内の観察点３０より右側で観察を行うようにすれば、観察者の眼に届く０次光をカットすることができる。要するに、本発明に係る立体画像提示方法における画像提示段階で、空間光変調素子６０からの０次光を遮蔽する機能を有する０次光遮蔽体３１０を、観察点３０に配置する遮蔽体配置段階を更に行うようにすればよい。

図１５は、０次光を遮蔽するための０次光遮蔽体を、板状部材からなる透明支持体３００の表面の一部分に形成された円形遮光膜３１０によって構成した例を示す平面図である。具体的には、たとえば、ガラス板からなる透明支持体３００の片面の中央部に、印刷、蒸着、接着などの方法で円形遮光膜３１０（たとえば、アルミニウム膜）を形成すればよい。この実施例では、円形遮光膜３１０として遮光フィルム（たとえば、株式会社きもと製カーボンフェザー）を用いている。もちろん、透明支持体３００としては、必要に応じて、特定の波長の光についてのみ透過する色ガラスなどを用いてもかまわない。このような透明支持体３００を、空間光変調素子６０の変調面（データ作成段階での記録面）の手前に、円形遮光膜３１０が観察点３０に位置するように配置すれば、画像提示段階において、０次光を遮蔽することができる。

図１４は、図１５に示す透明支持体３００を、円形遮光膜３１０の形成面が左側に向くように配置した例である。円形遮光膜３１０は、円盤状の０次光遮蔽体として機能し、この例の場合、空間光変調素子６０の変調面（データ作成段階での記録面）に平行となるように配置されている（必ずしも平行となるように配置する必要はない）。

ここで、円形遮光膜３１０の径は、理論的には、照明光の光源のサイズ以上、人間の瞳孔の最大径未満、となるように設定すればよい。たとえば、光源として円状の微小な光源（四角でもよい）を用いた場合、当該点光源の直径以上の直径をもつ円形遮光膜３１０を形成しておけば、０次光を有効にカットすることができる。あるいは、図１０に示す例のように、ピンホールを通過してくる光を光源として用いた場合、当該ピンホールの直径以上の直径をもつ円形遮光膜３１０を形成しておけば、０次光を有効にカットすることができる。円形遮光膜３１０の直径がこれより小さいと、円形遮光膜３１０の周囲から０次光が漏れることになる。

一方、円形遮光膜３１０の直径の理論上の最大値は、人間の瞳孔の最大径である。人間の瞳孔は、眼球に入射する光量に応じた自動絞り調節機能を有しており、その直径は、２ｍｍ〜８ｍｍ程度とされている。円形遮光膜３１０の直径が、観察者の瞳孔の直径よりも大きくなると、１次回折光も含めたすべての光が遮蔽されることとなり、再生像が見えなくなってしまう。実用上は、後述するように、０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度の直径をもった円形遮光膜３１０を形成しておけば、再生像の観察に悪影響を及ぼすことなく、０次光を効果的にカットすることができる。

図１６は、図１０に示す立体画像提示装置に０次光遮蔽体３１０を付加した変形例の基本構成を示す横断面図およびブロック図である。図示のとおり、左眼用覗き窓２４１Ｌの手前には、左側透明支持体（透明な板状部材）３００Ｌが取り付けられ、右眼用覗き窓２４１Ｒの手前には、右側透明支持体（透明な板状部材）３００Ｒが取り付けられている。また、左側透明支持体３００Ｌの手前側の面には、円形遮光膜（０次光遮蔽体）３１０Ｌが形成されており、右側透明支持体３００Ｒの手前側の面には、円形遮光膜（０次光遮蔽体）３１０Ｒが形成されている。

しかも、左眼観察点は円形遮光膜３１０Ｌ上に設定されており、右眼観察点は円形遮光膜３１０Ｒ上に設定されており、これら円形遮光膜３１０Ｌ，３１０Ｒによって、空間光変調素子（液晶ディスプレイ）２３０Ｌ，２３０Ｒからの０次光は効果的に遮蔽される。観察者の両目ＥＬ，ＥＲの位置は、各観察点よりも若干手前になるが、図１４にハッチングを施した領域Ｓ内であれば、再生像の観察に支障は生じない。

この例では、ピンホール板２２３Ｌ，２２３Ｒには、直径２５μｍのピンホールが形成されており、光源のサイズは２５μｍということになる。したがって、この例の場合、理論的には、円形遮光膜３１０Ｌ，３１０Ｒの直径を、２５μｍ以上とすれば、０次光の効果的な遮蔽を行うことができる。しかしながら、実際には光学系の収差の影響があるため、若干、大きめの円形遮光膜を形成するのが好ましい。もちろん、形成するピンホールが大きければ大きいほど、円形遮光膜の径も大きくする必要がある。

一般的には、ピンホールの径は、せいぜい１００μｍ程度であるので、円形遮光膜の直径を０．２ｍｍ以上にしておけば、０次光の十分な遮光が可能である。一方、人間の瞳孔の直径は、２ｍｍ〜８ｍｍ程度とされているので、円形遮光膜の直径が１ｍｍ以下であれば、再生像の観察に悪影響が及ぶことはない。したがって、円形遮光膜の直径を０．２ｍｍ〜１ｍｍに設定すれば、良好な結果が得られる。

実際、図１６に示す装置において、直径１ｍｍの円形遮光膜３１０Ｌ，３１０Ｒを用いて観察を行ったところ、０次光による再生像の劣化を十分に抑制しつつ、明るい再生像を観察することができた。このとき、観察者には、円形遮光膜の存在は一切認識されず、円形遮光膜の存在により再生像の観察に悪影響が及ぶことはなかった。これは、観察者の視野には円形遮光膜３１０Ｌ，３１０Ｒが入っているものの、焦点が合っていないため、障害物として認識されることはないためである。なお、遮光膜の形状は円形に限定されるものではなく、任意の形状でかまわない。任意形状の場合も、そのサイズは、照明光の光源のサイズ以上、人間の瞳孔の最大径未満に設定するのが好ましい。

図１７は、図１１に示す立体画像提示装置に０次光遮蔽体３１０を付加した変形例を示す上面図である。図示のとおり、左眼用空間光変調素子（液晶ディスプレイ）２３０Ｌの手前には、左側透明支持体（透明な板状部材）３００Ｌが取り付けられ、右眼用空間光変調素子（液晶ディスプレイ）２３０Ｒの手前には、右側透明支持体（透明な板状部材）３００Ｒが取り付けられている。また、左側透明支持体３００Ｌの手前側には、円形遮光膜（０次光遮蔽体）３１０Ｌが埋め込まれており、右側透明支持体３００Ｒの手前側には、円形遮光膜（０次光遮蔽体）３１０Ｒが埋め込まれている。

しかも、左眼観察点は円形遮光膜３１０Ｌ上に設定されており、右眼観察点は円形遮光膜３１０Ｒ上に設定されており、これら円形遮光膜３１０Ｌ，３１０Ｒによって、空間光変調素子（液晶ディスプレイ）２３０Ｌ，２３０Ｒからの０次光は効果的に遮蔽される。この例の場合も、観察者の両目ＥＬ，ＥＲの位置は、各観察点よりも若干手前になるが、図１４にハッチングを施した領域Ｓ内であれば、再生像の観察に支障は生じない。

図１８は、反射型の立体画像提示装置に０次光遮蔽体を付加した変形例を示す側面図である。既に述べたとおり、空間光変調素子６０が反射型のものである場合は、空間光変調素子６０の変調面（記録面）に関して、再生用照明光７１，７２（データ作成時に用いた参照光）と鏡像関係になる光路を通る再生用照明光７６，７７を、図の右から左へ向かって入射させ、観察点３０において、空間光変調素子６０を反射した回折照明光７６′，７７′が観察されるようにする。この場合の０次光は、空間光変調素子６０の変調面で何ら変調を受けずに、単に、光学的な反射の法則によって反射してきた光ということになるので、やはり観察点３０に集光する光になる。したがって、観察点３０の位置に０次光遮光体３１０がくるように、透明支持体３００を配置すれば、これまで述べた透過型のものと同様に、０次光を有効にカットすることができる。

最後に、観察点の位置に０次光遮光体を配置して０次光をカットした場合の具体的効果を示す実例を挙げておく。図１９は、図１０に示す０次光遮蔽体を付加していない立体画像提示装置によって提示された画像（左右のうちの一方）の一例を示す平面図である。これに対して、図２０は、図１６に示す０次光遮蔽体を付加した立体画像提示装置によって提示された画像（左右のうちの一方）の一例を示す平面図である。いずれも、「ＡＢＣ」という文字からなる同一の原画像に基づいて作成された同一の原画像データを用いて画像提示を行った結果であるが、図１９に示す例の場合、「ＡＢＣ」という文字の背景部分に０次光に起因したノイズが生じているのに対し、図２０に示す例の場合は、背景部分のノイズが抑制され、再生像のコントラストが向上していることがわかる。これは、０次光遮光体によって０次光が効果的に抑制されたためである。

１０：原画像（物体像）
１５Ｌ，１５Ｒ：物体光
２０：記録面
２０Ｌ：左記録面
２０Ｒ：右記録面
３０：観察点
３０Ｌ：左観察点
３０Ｒ：右観察点
３５：観察位置
４０Ｌ：左参照光
４０Ｒ：右参照光
５０Ｌ：左画像データ
５０Ｒ：右画像データ
６０：空間光変調素子（液晶ディスプレイ）
６１〜６４：回折点
６０Ｌ：左眼用空間光変調素子（液晶ディスプレイ）
６０Ｒ：右眼用空間光変調素子（液晶ディスプレイ）
７０Ｌ：再生用左照明光
７０Ｒ：再生用右照明光
７１，７２：再生用照明光
７１′，７２′：回折した再生用照明光
７６，７７：再生用照明光
７６′，７７′：反射回折した再生用照明光
８０：再生像
８１，８２：再生像点
９１，９２：再生用照明光
９１′，９２′：回折した再生用照明光
１００：画像データ作成装置
１１０：記録面データ格納部
１２０：観察点データ格納部
１３０：参照光データ格納部
１４０：原画像データ入力部
１５０：合成波情報演算部
１６０：左演算結果保持部
１７０：右演算結果保持部
１８０：データ出力部
２００：立体画像提示装置
２１０：装置筐体（支持体）
２２０Ｌ：左照明光照射部
２２０Ｒ：右照明光照射部
２２１Ｌ，２２１Ｒ：レーザ
２２２Ｌ，２２２Ｒ：集光レンズ
２２３Ｌ，２２３Ｒ：ピンホール板
２２４Ｌ，２２４Ｒ：コリメートレンズ
２２５Ｌ，２２５Ｒ：集光レンズ
２３０Ｌ：左眼用空間光変調素子（液晶ディスプレイ）
２３０Ｒ：右眼用空間光変調素子（液晶ディスプレイ）
２４０：遮蔽板
２４１Ｌ：左眼用覗き窓
２４１Ｒ：右眼用覗き窓
２４５Ｌ：左眼観察位置
２４５Ｒ：右眼観察位置
２５０：変調制御部
２６０：画像データ格納部
２７０：支持体
２８０：装着具
３００：透明支持体（透明な板状部材）
３００Ｌ：左側透明支持体（透明な板状部材）
３００Ｒ：右側透明支持体（透明な板状部材）
３１０：０次光遮蔽体（円形遮光膜）
３１０Ｌ：左側０次光遮蔽体（円形遮光膜）
３１０Ｒ：右側０次光遮蔽体（円形遮光膜）
Ａｉ：第ｉ番目の物体光の複素振幅
Ａｒ：参照光の複素振幅
ＤＬ：左画像データ
ＤＲ：右画像データ
Ｅ：観察者の眼
ＥＬ：観察者の左眼
ＥＲ：観察者の右眼
Ｈ：観察者の頭部
ｊ：虚数単位
Ｌ：再生用照明光
Ｌ′：回折した再生用照明光
Ｌａ，Ｌｂ：再生用照明光
Ｌａ（＋），Ｌａ（−），Ｌｂ（＋），Ｌｂ（−）：回折した再生用照明光の光路
Ｌｏ：物体光
Ｌｒ：参照光
Ｐｉ：原画像上の第ｉ番目の物体点
Ｐ：原画像上の物体点
Ｑ：記録面上の演算点
Ｑａ：記録面の上端の演算点
Ｑｂ：記録面の下端の演算点
ＱＬｊ：左記録面上の第ｊ番目の演算点
ＱＲｊ：右記録面上の第ｊ番目の演算点
Ｒｉ：第ｉ番目の物体点と演算点との距離
Ｒｒ：演算点と観察点との距離
Ｓ：観察位置の設定範囲
Ｓ１〜Ｓ９：流れ図の各段階（ステップ）
Ｘ，Ｙ，Ｚ：三次元座標系の各座標軸
αｉ：第ｉ番目の物体光の複素振幅
αｒ：参照光の複素振幅
λ：光の波長
θ１，θ２：回折角
θｏ：物体光の入射角
θｒ：参照光の入射角
θmax：最大回折範囲
φｉ：第ｉ番目の物体光の位相
φｒ：参照光の位相

Claims (34)

1. デジタルデータを作成するデータ作成段階と、作成したデジタルデータに基づいて観察者に立体画像を提示する画像提示段階と、を有する立体画像提示方法であって、
   前記データ作成段階は、
   コンピュータが、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置され、観察者のいずれか一方の単眼に提示する情報を記録する記録面、を特定する記録面データを入力する記録面データ入力段階と、
   コンピュータが、前記座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の前記単眼による理想的な観察位置を示す観察点、を特定する観察点データを入力する観察点データ入力段階と、
   コンピュータが、前記座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力段階と、
   コンピュータが、前記負側空間から前記記録面を透過して前記正側空間へと向かう単一波長の光であって、前記観察点に収束する光路をとる参照光、を特定する参照光データを入力する参照光データ入力段階と、
   コンピュータが、前記原画像からの物体光と前記参照光とによって前記記録面上に形成される前記原画像の情報を演算して前記記録面上に記録する演算記録段階と、
   コンピュータが、前記記録面上に記録された情報を画像データとして出力するデータ出力段階と、
   を有し、
   前記画像提示段階は、
   観察者の前記単眼に提示する光を変調する空間光変調素子を、前記記録面に対応する位置に配置する素子配置段階と、
   前記空間光変調素子に対して、前記参照光と同一もしくは鏡像関係となる光路を通る照明光を照射する照明光照射段階と、
   前記画像データを前記空間光変調素子に与え、前記記録面上に記録された情報に基づいて前記照明光が変調されるようにする光変調段階と、
   を有し、前記照明光照射段階と前記光変調段階とを同時に行うことを特徴とする立体画像提示方法。
2. デジタルデータを作成するデータ作成段階と、作成したデジタルデータに基づいて観察者に立体画像を提示する画像提示段階と、を有する立体画像提示方法であって、
   前記データ作成段階は、
   コンピュータが、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者の右眼に提示する情報を記録する右記録面と、観察者の左眼に提示する情報を記録する左記録面と、を特定する記録面データを入力する記録面データ入力段階と、
   コンピュータが、前記座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の理想的な右眼観察位置を示す右観察点と、観察者の理想的な左眼観察位置を示す左観察点と、を特定する観察点データを入力する観察点データ入力段階と、
   コンピュータが、前記座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力段階と、
   コンピュータが、前記負側空間から前記右記録面を透過して前記正側空間へと向かう単一波長の光であって、前記右観察点に収束する光路をとる右参照光と、前記負側空間から前記左記録面を透過して前記正側空間へと向かう単一波長の光であって、前記左観察点に収束する光路をとる左参照光と、を特定する参照光データを入力する参照光データ入力段階と、
   コンピュータが、前記原画像からの物体光と前記右参照光とによって前記右記録面上に形成される前記原画像の情報を演算して前記右記録面上に記録し、前記原画像からの物体光と前記左参照光とによって前記左記録面上に形成される前記原画像の情報を演算して前記左記録面上に記録する演算記録段階と、
   コンピュータが、前記右記録面上に記録された情報を右画像データとして出力し、前記左記録面上に記録された情報を左画像データとして出力するデータ出力段階と、
   を有し、
   前記画像提示段階は、
   観察者の右眼に提示する光を変調する右眼用空間光変調素子と、観察者の左眼に提示する光を変調する左眼用空間光変調素子とを、それぞれ前記右記録面および前記左記録面に対応する位置に配置する素子配置段階と、
   前記右眼用空間光変調素子に対して、前記右参照光と同一もしくは鏡像関係となる光路を通る右照明光を照射し、前記左眼用空間光変調素子に対して、前記左参照光と同一もしくは鏡像関係となる光路を通る左照明光を照射する照明光照射段階と、
   前記右画像データを前記右眼用空間光変調素子に与え、前記右記録面上に記録された情報に基づいて前記右照明光が変調されるようにし、前記左画像データを前記左眼用空間光変調素子に与え、前記左記録面上に記録された情報に基づいて前記左照明光が変調されるようにする光変調段階と、
   を有し、前記照明光照射段階と前記光変調段階とを同時に行うことを特徴とする立体画像提示方法。
3. 請求項１または２に記載の立体画像提示方法において、
   演算記録段階で、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、空間光変調素子が、原画像上の物体点Ｐから前記演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向に、前記演算点Ｑに入射する参照光を回折することができるか否かを判定する回折可否判定処理を行い、回折不可との判定結果が得られる場合には、前記演算点Ｑについては、前記物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うことを特徴とする立体画像提示方法。
4. 請求項３に記載の立体画像提示方法において、
   空間光変調素子として、ピッチｐで配列された多数の画素の集合体からなり、画素単位で光学的特性を制御することが可能な素子を用い、
   回折可否判定処理において、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像上の物体点Ｐから前記演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、前記演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとしたときに、「λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ」なる条件が成り立たない場合には、回折不可との判定結果が得られたものとして、前記演算点Ｑについては、前記物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うことを特徴とする立体画像提示方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の立体画像提示方法において、
   演算記録段階で、原画像からの物体光と参照光とに基づいて、記録面上に形成される合成波の振幅に関する情報もしくは位相に関する情報またはその双方を記録面上に記録することを特徴とする立体画像提示方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の立体画像提示方法において、
   原画像データ入力段階で、時系列に並べられた複数の原画像を示す動画データを、原画像データとして入力し、
   演算記録段階で、個々の原画像について記録面上への記録を行い、
   データ出力段階で、個々の原画像についての画像データを出力し、
   光変調段階で、個々の原画像についての画像データを順番に空間光変調素子に与え、動画の再生が行われるようにすることを特徴とする立体画像提示方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の立体画像提示方法において、
   画像提示段階が、空間光変調素子からの０次光を遮蔽する機能を有する０次光遮蔽体を、観察点に配置する遮蔽体配置段階を更に有することを特徴とする立体画像提示方法。
8. 請求項７に記載の立体画像提示方法において、
   遮蔽体配置段階で、円盤状の遮光膜からなる０次光遮蔽体を配置し、
   前記遮光膜の径を、照明光の光源のサイズ以上、人間の瞳孔の最大径未満、となるように設定することを特徴とする立体画像提示方法。
9. 空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行うために、当該空間光変調素子に与える画像データを作成する装置であって、
   ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者のいずれか一方の単眼に提示する情報を記録する記録面、を特定する記録面データを格納する記録面データ格納部と、
   前記座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の前記単眼による理想的な観察位置を示す観察点、を特定する観察点データを格納する観察点データ格納部と、
   前記座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力部と、
   前記負側空間から前記右記録面を透過して前記正側空間へと向かう単一波長の光であって、前記観察点に収束する光路をとる参照光、を特定する参照光データを格納する参照光データ格納部と、
   前記原画像からの物体光と前記参照光とに基づいて、前記記録面上の所定の演算点の位置に形成される合成波の情報を演算する合成波情報演算部と、
   前記記録面上の各演算点についての演算結果を保持する演算結果保持部と、
   前記演算結果保持部に保持されている演算結果を画像データとして出力するデータ出力部と、
   を備えることを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
10. 空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行うために、当該空間光変調素子に与える画像データを作成する装置であって、
    ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面上に配置された記録面であって、観察者の右眼に提示する情報を記録する右記録面と、観察者の左眼に提示する情報を記録する左記録面と、を特定する記録面データを格納する記録面データ格納部と、
    前記座標系におけるＺ座標値が正の値をとる正側空間内に配置された点であって、観察者の理想的な右眼観察位置を示す右観察点と、観察者の理想的な左眼観察位置を示す左観察点と、を特定する観察点データを格納する観察点データ格納部と、
    前記座標系におけるＺ座標値が負の値をとる負側空間内に配置された原画像を特定する原画像データを入力する原画像データ入力部と、
    前記負側空間から前記右記録面を透過して前記正側空間へと向かう単一波長の光であって、前記右観察点に収束する光路をとる右参照光と、前記負側空間から前記左記録面を透過して前記正側空間へと向かう単一波長の光であって、前記左観察点に収束する光路をとる左参照光と、を特定する参照光データを格納する参照光データ格納部と、
    前記原画像からの物体光と前記右参照光とに基づいて、前記右記録面上の所定の演算点の位置に形成される合成波の情報を演算し、前記原画像からの物体光と前記左参照光とに基づいて、前記左記録面上の所定の演算点の位置に形成される合成波の情報を演算する合成波情報演算部と、
    前記右記録面上の各演算点についての演算結果を保持する右演算結果保持部および前記左記録面上の各演算点についての演算結果を保持する左演算結果保持部と、
    前記右演算結果保持部に保持されている演算結果を右画像データとして出力し、前記左演算結果保持部に保持されている演算結果を左画像データとして出力するデータ出力部と、
    を備えることを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
11. 請求項９または１０に記載の画像データ作成装置において、
    合成波情報演算部が、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、立体画像の提示に用いる予定の空間光変調素子が、原画像上の物体点Ｐから前記演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向に、前記演算点Ｑに入射する参照光を回折することができるか否かを判定する回折可否判定処理を行い、回折不可との判定結果が得られる場合には、前記演算点Ｑについては、前記物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うことを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
12. 請求項１１に記載の画像データ作成装置において、
    回折可否判定処理において、記録面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像上の物体点Ｐから前記演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、前記演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとし、立体画像の提示に用いる予定の空間光変調素子の画素ピッチをｐとしたときに、「λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ」なる条件が成り立たない場合には、回折不可との判定結果が得られたものとして、前記演算点Ｑについては、前記物体点Ｐからの物体光を考慮しない演算を行うことを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
13. 請求項９〜１２のいずれかに記載の画像データ作成装置において、
    合成波情報演算部が、演算対象となる全物体光と参照光とによって記録面上に形成される合成波の振幅強度情報を演算し、
    演算結果保持部が、前記振幅強度情報を演算結果として保持し、
    データ出力部が、前記振幅強度情報によって構成される干渉縞パターンを画像データとして出力することを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
14. 請求項９〜１２のいずれかに記載の画像データ作成装置において、
    合成波情報演算部が、演算対象となる全物体光の合成波の位相と、参照光の位相と、の差を示す位相情報を演算し、
    演算結果保持部が、前記位相情報を演算結果として保持し、
    データ出力部が、前記位相情報によって構成される位相分布パターンを画像データとして出力することを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
15. 請求項９〜１２のいずれかに記載の画像データ作成装置において、
    合成波情報演算部が、演算対象となる全物体光によって記録面上に形成される合成波の振幅情報を演算し、更に、演算対象となる全物体光の合成波の位相と、参照光の位相と、の差を示す位相情報を演算し、
    演算結果保持部が、前記振幅情報および前記位相情報を演算結果として保持し、
    データ出力部が、前記振幅情報および前記位相情報によって構成される複素振幅分布パターンを画像データとして出力することを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
16. 請求項９〜１５のいずれかに記載の画像データ作成装置において、
    原画像データ入力部が、時系列に並べられた複数の原画像を示す動画データを、原画像データとして入力し、
    合成波情報演算部が、個々の原画像について合成波の情報を演算し、
    演算結果保持部が、個々の原画像についての演算結果をそれぞれ保持し、
    データ出力部が、個々の原画像についての画像データを順番に並べた動画データを出力することを特徴とする立体画像提示用の画像データ作成装置。
17. 請求項９〜１６のいずれかに記載の画像データ作成装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
18. 空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行う立体画像提示装置であって、
    観察者のいずれか一方の単眼に提示する光を変調する空間光変調素子と、
    前記空間光変調素子に対して、観察者の前記単眼による理想的な観察位置として設定された観察点に収束する光路をとる照明光を照射する照明光照射部と、
    前記空間光変調素子を制御するための画像データを格納する画像データ格納部と、
    前記画像データ格納部に格納されている前記画像データを前記空間光変調素子に供給して前記照明光を前記画像データに基づいて変調させる変調制御部と、
    を備えることを特徴とする立体画像提示装置。
19. 空間光変調素子を用いて立体画像の提示を行う立体画像提示装置であって、
    観察者の右眼に提示する光を変調する右眼用空間光変調素子と、
    観察者の左眼に提示する光を変調する左眼用空間光変調素子と、
    前記右眼用空間光変調素子に対して、観察者の理想的な右眼観察位置として設定された右観察点に収束する光路をとる右照明光を照射する右照明光照射部と、
    前記左眼用空間光変調素子に対して、観察者の理想的な左眼観察位置として設定された左観察点に収束する光路をとる左照明光を照射する左照明光照射部と、
    前記右眼用空間光変調素子を制御するための右画像データと前記左眼用空間光変調素子を制御するための左画像データとを格納する画像データ格納部と、
    前記画像データ格納部に格納されている前記右画像データを前記右眼用空間光変調素子に供給して前記右照明光を前記右画像データに基づいて変調させ、前記画像データ格納部に格納されている前記左画像データを前記左眼用空間光変調素子に供給して前記左照明光を前記左画像データに基づいて変調させる変調制御部と、
    を備えることを特徴とする立体画像提示装置。
20. 請求項１９に記載の立体画像提示装置において、
    右眼用空間光変調素子の右観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、右眼用空間光変調素子の裏側の面から右照明光を照射し、その透過光が観察者に観察されるようにし、
    左眼用空間光変調素子の左観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、左眼用空間光変調素子の裏側の面から左照明光を照射し、その透過光が観察者に観察されるようにしたことを特徴とする立体画像提示装置。
21. 請求項１９に記載の立体画像提示装置において、
    右眼用空間光変調素子の右観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、右眼用空間光変調素子の表側の面から右照明光を照射し、その反射光が観察者に観察されるようにし、
    左眼用空間光変調素子の左観察点に向かい合った面を表側の面としたときに、左眼用空間光変調素子の表側の面から左照明光を照射し、その反射光が観察者に観察されるようにしたことを特徴とする立体画像提示装置。
22. 請求項１９〜２１のいずれかに記載の立体画像提示装置において、
    右眼および左眼についての覗き窓が形成された遮蔽板を更に備え、
    右眼用空間光変調素子および左眼用空間光変調素子が支持体に固定されており、
    前記遮蔽板は、前記支持体に対して定位置をとるように固定されており、
    観察者が、右観察点に右眼、左観察点に左眼を置いたときに、前記覗き窓を通して前記右眼用空間光変調素子および前記左眼用空間光変調素子を観察することができる位置に、前記遮蔽板が固定されていることを特徴とする立体画像提示装置。
23. 請求項１９〜２１のいずれかに記載の立体画像提示装置において、
    観察者の頭部に装着するための装着具を更に備え、
    右眼用空間光変調素子および左眼用空間光変調素子が支持体に固定されており、
    前記支持体は、前記装着具に取り付けられており、
    観察者が、前記装着具を頭部に装着したときに、右観察点に右眼、左観察点に左眼がくるように、前記支持体の前記装着具に対する位置が調整されていることを特徴とする立体画像提示装置。
24. 請求項１８〜２３のいずれかに記載の立体画像提示装置において、
    画像データ格納部に格納されている画像データが、照明光と同一の光路をとる単一波長の参照光と、提示対象となる原画像からの物体光とに基づく演算で得られた、空間光変調素子の変調面の位置に形成される合成波の情報を示す画像データであることを特徴とする立体画像提示装置。
25. 請求項２４に記載の立体画像提示装置において、
    画像データによって示される合成波の情報が、「変調面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、空間光変調素子が、原画像上の物体点Ｐから前記演算点Ｑへ引いた直線の延長線方向に、前記演算点Ｑに入射する参照光を回折することができない場合には、前記演算点Ｑについては、前記物体点Ｐからの物体光を考慮しない」という条件に基づく演算で得られた情報であることを特徴とする立体画像提示装置。
26. 請求項２４に記載の立体画像提示装置において、
    画像データによって示される合成波の情報が、「変調面上の演算点Ｑについての演算を行う際に、原画像上の物体点Ｐから前記演算点Ｑへ向かう物体光の入射角をθｏとし、前記演算点Ｑに対する参照光の入射角をθｒとし、物体光および参照光の波長をλとし、空間光変調素子の画素ピッチをｐとしたときに、『λ／（sin θｏ − sin θｒ）の絶対値≧２ｐ』なる条件が成り立たない場合には、前記演算点Ｑについては、前記物体点Ｐからの物体光を考慮しない」という条件に基づく演算で得られた情報であることを特徴とする立体画像提示装置。
27. 請求項１８〜２６のいずれかに記載の立体画像提示装置において、
    照明光照射部が、光源と、この光源からの光に基づいて平行光を生成する光学素子と、前記平行光を観察点に集光する集光素子と、を有することを特徴とする立体画像提示装置。
28. 請求項１８〜２６のいずれかに記載の立体画像提示装置において、
    照明光照射部が、点光源と、この点光源からの球面波を観察点に集光する集光素子と、を有することを特徴とする立体画像提示装置。
29. 請求項２７または２８に記載の立体画像提示装置において、
    集光素子として、回折光学素子もしくはフレネルレンズを用いることを特徴とする立体画像提示装置。
30. 請求項１８〜２９のいずれかに記載の立体画像提示装置において、
    空間光変調素子として、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ、もしくはＬＣｏＳを用いることを特徴とする立体画像提示装置。
31. 請求項１８〜３０のいずれかに記載の立体画像提示装置において、
    空間光変調素子からの０次光を遮蔽するための０次光遮蔽体と、この０次光遮蔽体を支持する透明支持体と、を更に備え、前記０次光遮蔽体が観察点に位置するように、前記透明支持体が配置されていることを特徴とする立体画像提示装置。
32. 請求項３１に記載の立体画像提示装置において、
    透明支持体が、透明な板状部材によって構成され、０次光遮蔽体が前記板状部材の表面の一部分に形成された遮光膜によって構成され、
    前記板状部材が、前記遮光膜が観察点に位置するように配置されていることを特徴とする立体画像提示装置。
33. 請求項３２に記載の立体画像提示装置において、
    遮光膜のサイズが、照明光の光源のサイズ以上、人間の瞳孔の最大径未満、となるように設定されていることを特徴とする立体画像提示装置。
34. 請求項３３に記載の立体画像提示装置において、
    遮光膜を円形とし、その直径を０．２ｍｍ〜１ｍｍに設定したことを特徴とする立体画像提示装置。