JP3238755B2 - ホログラムの作成および立体表示方法並びに立体表示装置 - Google Patents

ホログラムの作成および立体表示方法並びに立体表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、仮想物体や実際する物
体のホログラムを作成して立体表示を行うホログラムの
立体表示方法及び作成方法並びに立体表示装置に関し、
特に、２次元画像を利用して自然な立体表示を行うホロ
グラムの立体表示方法及び作成方法並びに立体表示装置
に関する。
【０００２】立体表示は３次元物体の奥行きや厚みを視
覚的に理解し易くする表示であり、ＣＡＤ等で設計され
た構造物の表示や医療用画像の表示等での要求が強い。
また立体像は２次元表示に比べて迫力があり、遊園地や
映画など娯楽用表示にも利用される。
【０００３】
【従来の技術】従来、立体表示に関しては、既に種々の
方法が提案されており、特殊な眼鏡を装着せずに立体像
を見ることのできるものにホログラムがある。ホログラ
ムは物体像を光の干渉作用を利用して記録したものであ
り、静止物体に関してはカラーで奥行き感が充分にある
ものが製作されている。
【０００４】一方、ＣＡＤ等で作成した３次元的構造を
持つ仮想物体を立体的に見せる方法として、コンピュー
タ・グラフィックス（ＣＧ）がある。コンピュータ・グ
ラフィックスは、対象物を所定の方向から見た時の２次
元画像を計算し、かつ、光の反射や陰影を考慮してリア
ルに表現する技術である。しかし、コンピュータ・グラ
フィックスは２次元画像であるため、立体感には乏し
い。
【０００５】コンピュータ・グラフィックスによる２次
元画像を基に対象物を種々の方向から見た２次元画像
を、ホログラフィック露光によって水平方向に微小な幅
を持ち、垂直方向に画面の幅を持つストライプ状の領域
に逐次記録してゆくホログラフィック・ステレオグラム
方式によって立体感のある表示が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ホログラフィック・ステレオグラム方式では、基本的に
は２次元画像を見ることになり、眼の焦点が合っている
面と両眼視差によって視認する像の位置が一致しない。
従って、見にくさを伴い、疲労の原因となる。特に奥行
きの深い像を表示する場合には、眼に対する負担が大き
くなり、好ましい立体表示とはいえない。
【０００７】また、従来のホログラムはフィルム状の媒
体に記録し、現像処理するのに時間を要し、立体表示シ
ステムとして不便であった。更に、表示内容を書き換え
ることはできなかった。本発明の目的は、２次元画像を
基に自然な立体表示ができるホログラムの立体表示方法
を提供する。
【０００８】本発明の他の目的は、長時間観察しても疲
労の少ない立体表示ができるホログラムの立体表示方法
を提供する。本発明の他の目的は、リアルタイムで書き
換え可能なホログラムの立体表示方法を提供する。本発
明の他の目的は、ＣＡＤ等による仮想物体の３次元画像
からホログラムを作成して立体表示するホログラムの立
体表示方法を提供する。
【０００９】本発明の他の目的は、物体の撮影データか
らからホログラムを作成して立体表示するホログラムの
立体表示方法を提供する。本発明の他の目的は、奥行き
方向に分割した複数の２次元画像からホログラムを作成
するホログラムの立体表示方法を提供する。本発明の他
の目的は、奥行き方向に分割した複数の２次元画像から
位相分布を計算して波面変換を行うホログラムの立体表
示方法を提供する。
【００１０】本発明の他の目的は、カラー立体像を表示
するホログラムの立体表示方法を提供する。本発明の他
の目的は、奥行き方向に分割した複数の２次元画像の多
重露光によりホログラム媒体を作成するホログラムの作
成方法を提供する。本発明の他の目的は、位相分布の計
算結果を用いて立体像を表示するホログラムの立体表示
装置を提供する。
【００１１】本発明の他の目的は、ホログラム記録媒体
を用いて立体像を表示するホログラムの立体表示装置を
提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。まず本発明のホログラムの立体表示方法は、
図１（ａ）に示すように、次の過程から構成される。 ＣＡＤ等により表示しようとする物体の３次元情報を
生成する３次元情報生成過程； ３次元情報から２次元情報に変換された複数の奥行き
画像を生成する奥行き画像生成過程； 奥行き画像生成過程で生成された複数の奥行き画像か
らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
布計算過程； 位相分布計算過程で求められた位相分布をホログラム
形成面に表現するホログラム表現過程； ホログラム表現過程で表現された位相分布に対し参照
光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
表示する波面変換過程；３次元情報の生成は、図１
（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラ等で物体を撮像した
２次元画像の入力データから生成してもよい。
【００１３】また本発明は、図１（ｃ）に示すように、
生成した奥行き画像に基づいた多重露光でホログラムの
記録媒体を作成する方法を含む。このホログラムの作成
方法についても図１（ｄ）に示すように、物体を撮像し
た２次元画像の入力データから生成してもよい。奥行き
画像の生成は、表現しようとする３次元情報を奥行き方
向に分割して複数の３次元領域を設定し、この領域毎に
表示しようとする物体の３次元情報を示す領域データを
生成し、更に、各領域毎に２次元画像データで成る複数
の奥行き画像データを生成する。
【００１４】奥行き方向の領域設定は、表現しようとす
る物体毎に分けてもよいし、１つの物体を複数部分に分
けてもよい。また奥行きデータとしては、各領域にホロ
グラム形成面と平行な２次元平面を設定し、この２次元
平面上にホログラム形成面から見た物体又は物体群の投
影データを２次元画像データとして生成する。位相分布
の計算は、ホログラム形成面を細分化した最小単位であ
る要素ホログラムの各々につき、奥行き画像を構成する
２次元画素に基づいて位相を計算してホログラム形成面
での位相分布を求め、複数の各奥行き画像毎に求めた位
相分布を、同一位置の要素ホログラム毎に加算して合成
奥行き画像のホログラム形成面における位相分布を求め
る。
【００１５】
【作用】このように本発明によれば、複数の２次元奥行
き画像からホログラムの空間位相分布を計算し、この位
相分布を参照光（再生光）の振幅または位相を空間的に
変調させる手段で表現し、参照光の照射による光学的な
波面変換によって書き換え可能な立体表示ができる。
【００１６】またホログラムの記録媒体の作成は、複数
の奥行き画像を光干渉露光によって多重に記録して要素
ホログラムを作成し、この要素ホログラムをホログラム
乾板上に配列して記録することで作成でき、この記録媒
体を使用して通常のホログラム表示ができる。このよう
に複数の２次元奥行き画像から生成された位相分布又は
ホログラム記録媒体を使用した立体表示により、２次元
画像の奥行き方向での階調表示が行われ、両眼視差によ
って視認する立体表示像の距離感と、眼の焦点調節機能
によって感じとる距離感とのずれが少なくなり、立体像
を見た時の疲労が少なくなり、自然な立体感が得られ
る。
【００１７】
【実施例】 ＜ 目 次 ＞ １．立体表示方法の基本構成 ２．３次元情報の生成 ３．奥行き画像の生成 ４．位相分布の計算 ５．表示する立体像の大きさ調整 ６．表示する立体像の距離の調整 ７．位相分布の表示と光学的波面変化による立体像の表
示 ８．カラー立体表示装置 ９．露光によるホログラムの作成方法 １０．物体の撮像情報に基づく２次元データの生成 １．立体表示方法の基本構成 図２は本発明によるプログラムの立体表示方法の基本的
な処理過程を示したフローチャートである。
【００１８】図２において、まずステップＳ１で表示し
ようとする物体または物体群の３次元情報を生成する。
この３次元情報の生成はＣＡＤシステムによる３次元画
像データの生成あるいはＣＣＤカメラ等により物体を撮
像した得た２次元データから生成する。次にステップＳ
２で３次元情報から２次元情報に変換された複数の奥行
き画像を生成する。
【００１９】この奥行き画像の生成はホログラム形成面
から表示しようとする物体を見て、奥行き方向に複数の
ゾーンに分割し、各ゾーン内に設定したホログラム形成
面に平行な２次元平面に投影した画像データを生成す
る。続いてステップＳ３で複数の奥行き画像からホログ
ラム形成面における位相分布を計算する。続いてステッ
プＳ４で計算された位相分布をホログラム形成面に表現
し、最終的に参照光を照射して位相分布に従った光学的
な波面変換により立体像を表示する。
【００２０】図３は図２の立体表示方法を実現する装置
の基本構成を示す。図３において、３次元情報生成部１
０は例えばＣＡＤシステム１２により実現される。３次
元情報生成部１０で生成された表示しようとする物体の
３次元情報は奥行き画像生成部１４に与えられ、奥行き
方向に分割された複数の２次元画像を生成する。奥行き
画像生成部１４の生成画像は位相分布計算部１５に与え
られ、ホログラム形成面における位相分布が算出され
る。この奥行き画像生成部１４及び位相分布計算部１５
は計算機１６で実現される。
【００２１】位相分布計算部１５の計算結果は位相分布
表示部１８に与えられ、光学波面変換部２０により立体
像の表示が行われる。この位相分布表示部１８及び光学
波面変換部２０はホログラム表示装置２２を構成する。
一方、奥行き画像生成部１４で生成された奥行き方向の
複数の２次元画像データはホログラム露光装置２４に与
えられ、記録媒体としてのホログラム乾板上に多重露光
により記録し、固定記録としてのホログラムを作成する
ことができる。
【００２２】以下、図２の各過程を詳細に説明する。 ２．３次元情報の生成 立体表示しようとする物体の３次元情報の生成は、例え
ばコンピュータ・グラフィックスにおける３次元データ
の表現形式を用いることができる。例えば、ソリッドモ
デルで３次元構造を記述する場合、図４に示すように３
次元構造をもつ対象物２６を面の集り２８に分解し、各
面の稜線または頂点のリストをリンクした３次元データ
を生成する。
【００２３】また図５に示すように、対象物２６を基本
図形３０−１，３０−２，３０−３の集合で表し、基本
図形３０−１〜３０−３の論理演算式３２を用いて対象
物２６を表現する。このような図４及び図５に示した３
次元データの表現形式はコンピュータ・グラフィックス
の分野において広く使用されており、例えば図２に示し
たようにＣＡＤシステムを用いてＣＡＤデータから本発
明に用いる３次元データを生成することができる。 ３．奥行き画像の生成 図６は本発明における奥行き画像の生成過程を示たフロ
ーチャートであり、ステップＳ１で３次元データを奥行
き方向の領域（ゾーン）に分割し、ステップＳ２で各領
域毎に３次元データを生成し、最終的にステップＳ３で
各領域毎に２次元の奥行き画像データを生成する。 （１）３次元データからの奥行き分割 図７は本発明により表示しようとする立体構造をもつ対
象物３６，３８及び４０の３つが奥行き方向に並んで存
在する空間に対する奥行き分割の説明図である。
【００２４】まず、対象物３６，３８，４０に対しホロ
グラム形成面３４を任意の位置に設定し、ホログラム形
成面３４に対し垂直となる奥行き方向に対し対象物３
６，３８，４０のそれぞれ毎にゾーン４２，４４，４６
を設定する。ここで、対象物空間における座標軸はホロ
グラム形成面３４の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸、奥行
き方向をＺ軸としている。また、ホログラム形成面３４
には独立した２次元座標Ｘｈ，Ｙｈの２次元座標系が設
定される。
【００２５】図８は図７の側面を示したもので、ホログ
ラム形成面３４から一番近いゾーン４２には対象物３６
が属し、次のゾーン４４には対象物３８が属し、最も遠
いゾーン４６には対象物４０が属している。図７のゾー
ン分割にあっては、対象物毎にゾーン分割できた場合を
示しているが、一般には対象物が奥行き方向に重複して
位置する場合が多い。
【００２６】図９は１つの対象物７０が奥行き方向に存
在した場合のゾーン分割を示しており、この場合には対
象物７０を奥行き方向で３分割するようにゾーン４２，
４４，４６を決めている。図１０は図９のゾーン分割の
状態を側面から示している。図７〜図１０に示すような
ゾーン分割ができたならば、それぞれの３次元データは
各ゾーンを表現する領域データとして生成される。即
ち、図７，図８にあっては、ゾーン分割後は対象物３
６，３８及び４０毎に独立した３次元データとなり、ま
た図９及び図１０にあっては分割後は３つの分割した円
筒片７０−１，７０−２，７０−３を示す３次元データ
とする。
【００２７】図１１は一般的な３次元データの奥行き分
割を示したもので、この例ではホログラム形成面３４に
対する奥行き方向に対象物９０，９２，９４，９６及び
９８が並んでいる。この内、対象物９０，９２，９４に
ついてはそれぞれ独立したゾーン８０，８２及び８４を
設定する。これに対し、ホログラム形成面３４から所定
距離以上遠のいた位置にある対象部９６及び９８につい
ては、単一の背景ゾーン８６として設定している。 （２）２次元奥行き画像の生成 奥行き分割による３次元データが生成されたならば、各
ゾーン毎に２次元画像データを生成する。
【００２８】ここで、各ゾーンの２次元画像データを生
成する２次元平面は、図８の場合にはゾーン４２，４
４，４６に存在する対象物３６，３８，４０の重心を通
るホログラム形成面３４に平行な２次元平面４８，５
０，５２とし、この２次元平面４８，５０，５２のそれ
ぞれにホログラム形成面３４上で視点を変えて見た投影
画像の２次元画像データを各ゾーン毎に複数生成する。
【００２９】このとき、各２次元平面４８，５０，５２
のホログラム形成面３４からの奥行き方向の距離をＺ
1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 として求めておく。図１０の場合も同様
であり、ゾーン４２，４４，４６に属する円筒片７０−
１，７０−２，７０−３の各々の重心を通ってホログラ
ム形成面３４に平行に２次元平面７２，７４，７６を設
定し、それぞれの奥行き方向の距離Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ 3 を
求めておく。
【００３０】図１１の一般的なゾーン分割についても、
ゾーン８０，８２，８４については同様に距離Ｚ1 ，Ｚ
2 ，Ｚ3 の重心位置に２次元平面１００，１０２，１０
４を設定しているが、背景ゾーン８６についてはホログ
ラム形成面３４から見て最も遠い奥行き方向の距離Ｚ4
に２次元平面１０６を設定し、この２次元平面１０６に
背景ゾーン８６に見える全ての対象物９６，９８の２次
元画像データを生成する。
【００３１】図１２は図７における２次元奥行き画像の
生成原理を示した説明図である。図１２において、まず
ホログラム形成面３４をマトリクス分割してホログラム
表現の最小単位となる要素ホログラム１０８を生成す
る。要素ホログラム１０８のサイズは縦，横共に１ｍｍ
以下程度である。尚、図では説明の都合上、大きく示し
ている。
【００３２】続いてホログラム形成面３４の要素ホログ
ラム１０８の１つずつを視点として各ゾーンの対象部３
６，３８，４０を見たときの２次元画素情報を２次元平
面４８，５０，５２上の２次元画像データとして生成す
る。例えば、１番手前のゾーンに属する２次元平面４８
の対象物３６にあっては、ホログラム形成面３４の中央
の要素ホログラム１０８に視点を置いて見たときの対象
物３６を表現する３次元画素データを２次元平面４８の
平面画素データに変換する。
【００３３】このような２次元奥行き画像の生成は図９
に示した単一の対象物７０をゾーン分割した場合につい
ても、図１３に示すように同様にして生成される。図１
４は図１２の中央の要素ホログラム１０８に視点を置い
て得られた２次元平面４８，５０，５２の２次元画像デ
ータ３６−１，３８−１，４０−１を示したもので、こ
れらを重ね合わせれば合成２次元画像データ５４を得る
ことができる。
【００３４】また図１５は図１３についての２次元平面
７２，７４，７６について中央の要素ホログラム１０８
に視点を置いて得られた２次元画像データ７０−１，７
０−２，７０−３を示したもので、この３つの２次元画
像データを重ね合わせれば連続した円筒体の２次元画像
データ７０−１０となる合成２次元画像データ７８を得
ることができる。
【００３５】このような３次元データに基づき、複数の
異なる方向から対象物を見た２次元画像を生成する方法
は、従来のコンピュータ・グラフィックスにおける３次
元表示技術を使用して実現できる。この場合、見る方向
によって見える側面が変わるように隠れ線や隠れ面の処
理も含まれる。例えば、図１６（ａ）に示すように、対
象物６８の前に対象物７０が存在する場合には、図１６
（ｂ）に示すように対象物６８の面の一部は対象物７０
により現われないように隠れ面処理を行う。
【００３６】また、図１７に示すように、逆に対象物６
８の後ろに対象物７０が存在する場合には、図１７
（ｂ）に示すように対象物７０が対象物６８の面に現わ
れないように隠れ面処理を行う。また、奥行き２次元画
像を生成する際の投影については、図１２及び図１３に
示すように３つのゾーンに分割された対象物が異なる距
離に表示されても、観察時に３つの画像が連続するよう
に、視点を置く要素ホログラム１０８を原点として放射
状となる投影により２次元画像データを生成する。
【００３７】要素ホログラム１０８の縦横サイズが１ｍ
ｍ以下と小さければ、要素ホログラム１０８単位に視点
を移して２次元画像データを生成しても、奥行き方向の
異なる距離に表示した２次元画像を重ね合わせても連続
性は途切れることがない。また、ホログラム形成面３４
に分割形成した要素ホログラム１０８の各位置に視点を
置いて見た２次元画像データを生成する際の隣接する要
素ホログラム１０８間の位置変化は、対象物を視る方向
の変化においては０．３〜１度程度でよい。
【００３８】このため、ホログラム形成面３４を一定間
隔の複数の要素ホログラム１０８の領域に分けて視点を
移動する代わりに、ホログラム形成面３４の中心を起点
に水平方向及び垂直方向に、視る方向で０．３〜１度の
範囲の一定角度ずつ変化させた視点位置を設定して各視
点位置毎に各ゾーン毎の２次元画像データを計算するよ
うにしてもよい。 ４．位相分布の計算 まずホログラムの原理を説明すると、ホログラムは１つ
のレーザ光を２つに分割し、一方のレーザ光を物体に照
射して物体より散乱されるレーザ光（物体光）ともう一
方のレーザ光（参照光）の２光束干渉により得られる。
ここで、参照光の波面をＲ・ｅｘｐ（ｊφr ）とし、物
体光の駅面をＯ・ｅｘｐ（ｊφo ）とすると、ホログラ
ムの露光強度ＩH は
【００３９】
【数１】
【００４０】となる。ホログラムを現像する場合には、
（１）式の露光強度ＩH に比例した振幅及び位相の変化
がホログラムに起きる。電気的にホログラムを作成する
ためには、光の振幅や位相を変化することのできる液晶
デバイス等の空間光変調素子を使用すればよい。このよ
うにして作成されたホログラムに参照光と同じ波面を入
射することでホログラムを再生することができる。
（１）式の露光強度ＩH の内、物体光の再生に寄与する
のは右辺第３項のみであるので、この右辺第３項につい
て考えると、ホログラムからの透過光Ｔは
【００４１】
【数２】
【００４２】となる。ここで、（２）式の右辺第１項は
物体からの波面が再生されたことを示し、右辺第２項は
物体光の共役波を示している。以上の原理説明から、ホ
ログラムの位相分布の計算は（１）式の右辺第２項のみ
を計算すればよいことになる。図１８はフレネルタイプ
のホログラムの作成原理を示したもので、今、参照光を
平面波と考えると、平面波は場所による強度変化がない
ので光強度Ｒを無視することができ、また位相φr ＝０
として扱える。
【００４３】物体１１０の座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を
もつあるサンプリングポイント１１１の輝度（散乱度）
をＩｉとしたとき、ホログラム形成面３４上のある点
（要素ホログラム）１０８の露光強度ＩH は
【００４４】
【数３】
【００４５】となる。図１８に示したフレネルタイプの
ホログラムの場合、物体１１０から到達した光はホログ
ラム全体に到達するので、（３）（４）式の計算をホロ
グラム形成面３４の領域全体に亘って行う必要がある。
これに対し図１９に示すイメージタイプのホログラムに
あっては、物体１１０を結像レンズ１１２によりホログ
ラム形成面３４の位置に実像１１４として結像している
ため、図２０に示すように像１１４の例えばサンプリン
グ点１１８を見ると、仮想開口１１６により決まるホロ
グラム形成面３４の領域１２０の間しか光が到達せず、
（３）（４）式の計算を行う領域が限定されることにな
る。
【００４６】本発明にあっては、（３）（４）式の計算
を例えば図１２に示すようにホログラム形成面の中央の
要素ホログラム１０８については３つのゾーンに分けた
対象物３６，３８，４０から得た各２次元奥行き画像デ
ータの各２次元画素をサンプリング点として計算して、
各ゾーン毎にホログラム上の露光強度（ＩH ｉ）1 ，
（ＩH ｉ）2 ，（ＩH ｉ）3 を求め、各ゾーン毎に求め
たホログラム上の露光強度の総和として１つの要素ホロ
グラム１０８の位相分布を算出する。
【００４７】これをゾーン番号１〜ｎについて一般式で
表わすと
【００４８】
【数４】
【００４９】となる。 ５．表示する立体像の大きさ調整 本発明により表示する立体像の大きさは次のようにして
変えることができる。
【００５０】図２１は所定距離を離して配置したホログ
ラム形成面３４と２次元奥行き画像表示面１１８を示し
たもので、２次元奥行き画像表示面１１８には像１２０
が表示されている。尚、像１２０は説明を簡単にするた
め上向きの矢印として示している。ホログラム形成面３
４には奥行き画像表示面１１８に設定した原点Ｏを通る
Ｚ軸方向の中心線１２２の交点をＰo 点としており、Ｐ
o 点は１つの要素ホログラムを構成している。このＰo
点の上側には他の要素ホログラムでなるＰi 点が存在し
ている。Ｐo 点の位相分布は前記（３）式，（４）式に
基づき、像１２０の全サンプリング点から求められる。
同様に、Ｐi 点についても像１２０の全サンプリング点
から求められる。尚、Ｐo 、Ｐi 点での像１２０の見え
方は、視差分だけ異なる。
【００５１】ここで、ホログラム形成面３４上の異なる
Ｐo 点とＰi 点のそれぞれで奥行き画像表示面１１８の
２次元画像を取り込むと、Ｐi 点では角度θi 分だけ中
央から外れた位置に原点Ｏが位置する。像１２０を拡大
したい場合には、原点Ｏを中心に奥行き画像表示面１１
８上で拡大し、拡大結果に基づいてＰo 及びＰi 点の位
相計算を行えばよい。
【００５２】図２２は図２１の像１２０を２倍に拡大し
た像１２０−１とした様子を示す。この場合にも、Ｐo
点及びＰi 点から原点Ｏを見込む角度はθi と変化して
おらず、Ｐo 点で見た像とＰi 点で見た像の視差の連続
性に矛盾は生じない。尚、像１２０の原点Ｏとしては、
ホログラム形成面３４で視点位置を変えても常に同一位
置に見ることのできる物体上のシャープなエッジ部分に
とることが望ましい。 ６．表示する立体像の距離の調整 表示する立体像の距離は次の方法で変えることができ
る。図２３はホログラム形成面３４に対し像１２０を表
示する奥行き画像表示面の距離を変えたときの関係を示
す。
【００５３】まず、ホログラム形成面３４から奥行き方
向に距離Ｌにある奥行き画像表示面１１８−１の像１２
０をホログラム形成面３４上の異なるＰo 点とＰi 点で
取り込んだ場合、Ｐi 点では角度θi 分だけ中央から外
れた位置に像１２０の原点Ｏが位置する。ここで、奥行
き画像表示面１１８−１をΔＬだけ遠くに移動させる場
合には、角度θi を維持するように位相分布の計算点を
Ｐi からＰi´ に変える。
【００５４】このときの位相分布計算の計算点のシフト
量Δｄは、 Δｄ＝（ΔＬ／Ｌ）ｄ となる。図２４は中央の基準位置に対し、右側に画像表
示面を遠方に移動した場合、また左側に近くに移動した
場合の位相分布計算点（要素ホログラム）Ｐo の周囲に
存在する４つの計算点Ｐ1 〜Ｐ4 の変化を示す。即ち、
近くに移動した場合には周囲の計算点Ｐ1 〜Ｐ4 は近く
に集まり、遠くへ移動した場合には周囲の計算点Ｐ1 〜
Ｐ4 は放射状に広がるようになる。
【００５５】尚、表示面を遠くに移動した場合、計算点
の間隔が広くなることから、隣接する計算点の間の位置
で見た２次元奥行き画像を画像補間によって求め、補間
計算点における位相分布を補間画像から計算し、表示距
離を遠くに移動した場合の再生立体像の連続性を確保す
ればよい。 ７．位相分布の表示と光学的波面変化による立体像の表
示 図２５は計算により求めた位相分布を表現して参照光の
照射により立体像を表示するホログラム表示装置の外観
を示した説明図である。
【００５６】図２５において、装置本体１２８の前面に
は電気的にホログラムを生成する空間光変調装置１３０
が設けられており、空間光変調装置１３０を透過する０
次光を遮光するためのフード１３２を設けている。図２
６は図２５の内部構造を示したもので、点光源として機
能するレーザ光源１３４、コリメートミラー１３６、更
にコントローラ１３８を内蔵している。コントローラ１
３８は計算により求めた位相分布を空間光変調装置１３
０に付与しており、この状態でレーザ光源１３４から点
光源として照射された球面波を反射型のコリメートミラ
ー１３６で平行光に変換して空間光変調装置１３０に照
射し、立体像１３５を再生する。
【００５７】この場合、一部の平行光が０次光としてそ
のまま空間光変調装置１３０を透過することから、フー
ド１３２により遮光している。ここで、レーザ光源１３
４としては、任意のレーザ光源を使用することができる
が、小型の半導体レーザを用いることが望ましい。半導
体レーザにあっては、波長幅が数ｎｍ以下の発光スペク
トルを有し、鮮明な立体像を再生することができる。
【００５８】使用波長は可視光域であれば任意の波長を
利用できるが、ホログラムの位相分布を計算する段階で
再生に用いる光源の波長を考慮する必要がある。具体的
には、波長が６００ｎｍ台の赤色、５００ｎｍ台の緑
色、あるいは４００ｍｎ台の青色の光を発する半導体レ
ーザを使用することができる。また、図１８に示したよ
うな物体１１０がホログラム形成面３４から離れている
フレネル型のホログラムにあっては、距離が大きくなる
程、再生光の波長幅による色分散の影響を受け易いこと
から、波長帯域が狭い半導体レーザを使用することが望
ましい。
【００５９】一方、図１９に示したような物体１１４が
ホログラム形成面３４の近くに生じるイメージ型ホログ
ラムでは、再生光の波長幅による色分散の影響は受けに
くいことから、多少、波長幅が広くても鮮明な再生像を
得ることができる。このため、イメージ型のホログラム
にあっては、波長幅が１０ｎｍ程度と広いハロゲンラン
プ等を使用することもできる。
【００６０】また、図２６にあっては、レーザ光源１３
４から直接、球面波を発射しているが、レーザビームを
対物レンズとピンホールで発生させる構成や、光ファイ
バにレーザ光を通して出射時に発散させる構成としても
よい。図２７は本発明で用いる空間光変調装置１３０の
一実施例を示した説明図である。
【００６１】図２７において、空間光変調装置１３０は
この実施例にあっては液晶ディスプレイを使用してい
る。即ち、入射面側のガラス基板１４０に続いて一様な
透明電極１４４を設け、出射側のガラス基板１４２に続
いては１つの表示セグメントを構成する分岐された透明
電極１４６−１〜１４６−ｎを形成している。透明電極
１４４，１４６−１〜１４６−ｎに続いては絶縁層１４
８，１５０を介して配向膜１５２，１５４が設けられ、
配向膜１５２，１５４の間に液晶１６０を設けている。
【００６２】この図２７の液晶ディスプレイは、計算さ
れた位相情報に対応した電圧が各分割電極１４６−１〜
１４６−ｎで決まる液晶セル毎に加わるように駆動され
る。液晶セルは印加された電圧に応じて再生光１６２が
透過する方向に対する屈折率を変化させる。図２８は液
晶ディスプレイの３画素分を例にとって位相変調の様子
を示す。異なる位相状態、即ち屈折率に駆動された画素
１１６−１，１１６−２，１１６−３に左側より位相の
揃った例えば平面波でなる再生光１６２−１〜１６２−
３が入射すると、液晶内部の光学的距離が画素１６６−
１〜１６６−３によって異なるため、出射時の光１６４
−１〜１６４−３に位相ずれを生ずる。
【００６３】理想的には、０から２π、即ち光学的距離
で波長分の長さの範囲の間の任意の位相を表現できるこ
とが望まれる。しかしながら、離散的に多値レベルで位
相を表現しても、実用的な範囲に近似的に位相分布は表
現できる。ここで、液晶の厚さｄは印加電圧によって変
えることのできる最大屈折率の変化Δｎとの積Δｎ×ｄ
が、再生光の波長λに等しくなる条件を満足するように
決定されている。勿論、位相分布を正確に表現し、鮮明
な再生立体像を得るためには、液晶セルを波長のオーダ
ーまで小さくして解像度の高い液晶ディスプレイを使用
することが必要である。
【００６４】図２９は本発明の立体像表示装置の他の実
施例を示した説明図であり、この実施例にあっては反射
型の空間光変調装置を用いたことを特徴とする。図２９
において、装置本体１２８内には反射型の空間光変調装
置１３０が設けられており、コントローラ１３８により
計算された位相分布のホログラムを電子的に表現してい
る。レーザ光源１３４からの再生光はミラー１４０で反
射され、更にハーフミラー１４２で反射されて反射型の
空間光変調装置１３０に入射する。反射型の空間光変調
装置１３０からの変調光はハーフミラー１４２を透過
し、立体像を表示する。
【００６５】反射型の光変調素子１３０は図３０に示す
ように透過型液晶ディスプレイ１４４の一方から再生光
を入射し、反対側の反射面１４６により反射し、再度透
過型液晶ディスプレイ１４４内を伝わって出射する。こ
のように、二度、透過型液晶ディスプレイ１４４内を通
過することから、図２７に示した透過型液晶ディスプレ
イに比べ、位相変化を得るための液晶の厚さを半分とす
ることができる。但し、偏光が保存されるホモジニアス
配向の液晶を用いる。
【００６６】図３１は本発明の立体像表示装置の他の実
施例を示した説明図であり、この実施例にあっては計算
された位相分布の情報を光学的に書き込んで再生するよ
うにしたことを特徴とする。図３１において、装置本体
１２８内には光走査部１４５からレーザ光によって光学
的に位相分布情報を書込み可能な空間光変調装置１４８
が設けられている。空間光変調装置１４８に対し、光走
査部１４５からレーザ光により位相分布情報を書き込む
と、コントローラ１３８は空間光変調装置１４８を図３
０に示した反射型の液晶ディスプレイと同じ状態に制御
し、レーザ光源１３４からのレーザ光をミラー１４０及
びハーフミラー１４２で反射して再生光として入射し、
ハーフミラー１４２を介して立体画像を表示している。
【００６７】図３２は図３１で用いる光学的に書込可能
な空間光変調装置の構造説明図である。図３２におい
て、書込み光１７０の入射側のガラス基板１５０に続い
て透明電極１５４，光導電部１５６及び遮光層１５８が
設けられる。遮光層１５８に続いては誘電体ミラー１６
０が設けられる。再生光１７２が入射する左側にはガラ
ス基板１５２が設けられ、続いて透明電極１５４が設け
られる。透明電極１５４と誘電体ミラー１６０の間には
絶縁層１６４，１６２を介して液晶１６５が配置されて
いる。
【００６８】図３２の空間光変調装置１４８の動作は、
まず書込み光１７０を光導電部１５６で受けると、光の
強度が大きいほど光導電部の抵抗値が低下する。光導電
部１５６の抵抗値が変化すると、駆動電圧は一定である
が光導電部１５６の抵抗値が変化することで、誘電体ミ
ラー１６０を介して液晶１６５の両端に加わる電圧が抵
抗値分だけ変化する。
【００６９】このように液晶１６５に加わる電圧が変化
すると屈折率が変化し、入射した再生光１７２は誘電体
ミラー１６０で反射されて戻ってくる際に、位相変調を
受けた変調光１７４となる。図３３は本発明の立体表示
装置の他の実施例を示す。図３３の実施例にあっては、
再生光１８０を計算された位相分布を表現した透過型液
晶ディスプレイ等を用いた空間光変調装置１３０に入射
して変調した後、投射光学系１７６により拡大されてホ
ログラムスクリーン１７８に投射され、視野角θの視野
範囲１８２において立体像を見られるようにしている。
【００７０】図３４は本発明の立体表示装置の他の実施
例を示したもので、０次光を防ぐフードを不要にしたこ
とを特徴とする。即ち、図３４の実施例にあっては、本
体１２８に０次光の出射を抑制する屈折体を一体化した
空間光変調装置１８４を設けており、図３５に示すよう
にレーザ光源１３４からの球面波をコリメートミラー１
２８で反射してホログラムにより屈折体を一体化した空
間光変調装置１８４に屈折体ホログラムの臨界角以上の
入射角で照射し、これによって０次光を全反射し、外部
に出射しないようにしている。このため、０次光を防ぐ
ためのフードは不要である。 ８．カラー立体表示装置 本発明でカラー立体像を表示する場合には、図２に示し
たステップＳ１の３次元情報の生成、ステップＳ２の奥
行き画像の生成、及びステップＳ３の位相分布の計算
を、例えばＲＧＢの各成分毎に行えばよい。
【００７１】図３６は２系統の立体表示装置を用いてマ
ルチカラー表示を行うカラー立体表示装置の実施例構成
図である。図３６において、空間光変調装置２００には
コントローラ２２６で例えばＲ成分について計算された
位相分布に従った駆動が行われ、また空間光変調装置２
０２はＧ成分について計算した位相分布に従った駆動が
行われる。空間光変調装置２００，２０２に対してはレ
ーザ光源２０６，２０８、シャッター２１２，２１４、
及びコリメートレンズ２１６，２１８により再生光が照
射され、Ｒ成分立体像２２８とＧ成分立体像２３０を表
示する。
【００７２】Ｇ成分立体像２３０にハーフミラー２２０
で反射されて観察者の眼２２４に見え、一方、Ｒ成分立
体像２２８はハーフミラー２２０を透過して眼２２４に
入る。従って、観察者はＲ成分立体像２２８にＧ成分立
体像２３０が重なった合成カラー立体像を見ることがで
きる。図３７は本発明のカラー立体表示装置の他の実施
例を示したもので、ＲＧＢ成分毎に位相分布を計算して
合成カラー表示するようにしたことを特徴とする。即
ち、図３７の実施例は図３６の実施例に加えてＢ成分の
表示系統としてレーザ光源２１０、シャッター２１４，
コリメートレンズ２１８を設け、Ｂ成分について計算さ
れた位相分布に従って駆動される空間光変調装置２０４
を設けている。更に、空間光変調装置２０４に対応して
ハーフミラー２２２が追加されている。
【００７３】この図３７の実施例にあっても、矢印で示
すＲ，Ｇ，Ｂの各成分のカラー合成の立体像を観察者の
眼２２４で見ることができる。図３８は図３７のコント
ローラ２２６によるシャッター２１２，２１４，２１５
の開閉駆動によるＲＧＢ成分の時分割表示のための駆動
信号ＥR ，ＥG ，ＥBを示しており、周期Ｔ＝１／３０
秒で繰り返すと共に、各信号は（Ｔ／３）のタイミング
遅れをもつように駆動する。
【００７４】尚、図３６のＲＧの２成分の場合には、２
つの信号ＥR ，ＥG のタイミングずれを（Ｔ／２）とす
ればよい。図３９は図３６及び図３７における他の駆動
方法を示したタイミングチャートであり、この実施例に
あっては周期Ｔ＝１／３０秒で一斉にシャッターを開い
て、２つまたは３つのカラー成分の立体像を異なる位置
に同時表示してカラー合成するようにしたことを特徴と
する。 ９．露光によるホログラムの作成方法 図４０は本発明によるホログラムをホログラム乾板等に
露光して作成するホログラム作成方法を示したフローチ
ャートである。このホログラム作成方法において、ステ
ップＳ１の３次元情報の生成、ステップＳ２の奥行き画
像の生成については、図２に示したホログラムの立体表
示方法と基本的に同じであり、位相分布を計算しない点
が異なる。
【００７５】ステップＳ２の２次元情報画像の生成にあ
っては、位相分布を計算する代わりにホログラム形成面
の複数の要素ホログラム領域から各ゾーンの対象物を見
た２次元データをそのまま使用してステップＳ３の露光
を行う。ステップＳ３の露光にあっては、ホログラム生
成位置毎に液晶ディスプレイ等に対応する２次元画像を
表示し、照明光を当てて生成される２次元画像光と参照
光の２光束干渉により各ゾーン毎の多重露光を行う。こ
のようにして記録媒体としてのホログラム乾板への露光
が済んだならばステップＳ４で現像処理を行い、作成し
たホログラムを立体像表示装置に設けて参照光の照射に
より、露光したホログラムの位相分布に従った光学的波
面変換を行って立体像を表示する。
【００７６】図４１は図４０のステップＳ３に示した露
光過程の詳細を示したフローチャートである。この露光
過程には例えば図４２に示すような露光装置を使用す
る。図４２の装置には、結像レンズ２３８、液晶ディス
プレイ２３２とホログラム乾板２３４が設けられてい
る。液晶ディスプレイ２３２は支持アーム２４２で支持
され、基台２３０上のＺステージ２４６及びＸステージ
２４８によりＺ方向及びＸ方向に移動できるようにして
いる。
【００７７】また、ホログラム乾板２３４はアーム２５
０に支持され、基台２３０上でＸステージ２５２及びＹ
ステージ２５４によりＸ方向及びＹ方向に移動できるよ
うにしている。結像レンズ２３８は照明光を液晶ディス
プレイ２３２を透してホログラム乾板２３４上の微小な
要素ホログラム領域２３６上に集束する。図４１のフロ
ーチャートによる露光処理を図４２の装置構成について
説明すると次のようになる。
【００７８】まずステップＳ１でホログラム露光領域の
設定を行う。即ち、ホログラム乾板２３４をマトリクス
状の微小領域に区切って要素ホログラム領域２３６を設
定する。続いて、最初に処理するゾーンまでの距離Ｚ1
となるようにホログラム乾板２３４に対し液晶ディスプ
レイ２３２の奥行き方向の距離を設定する。
【００７９】続いて、最初に露光するホログラム乾板２
３４上の特定の要素ホログラム領域を結像レンズ２３８
の光軸２４０に合わせ、液晶ディスプレイ２３２にセッ
トした要素ホログラム領域に対応する２次元画像を表示
し、液晶ディスプレイ２３２に集束光２５７を照射して
表示している２次元画像を集束させると同時に、照明光
２５６と可干渉（コヒーレント）な参照光２５８をビー
ムエキスパンダ２５５を用いて照射し、ステップＳ４で
干渉露光を行う。
【００８０】続いてステップＳ５で奥行き画像の干渉露
光が終了したか否かチェックし、ゾーン分の干渉露光を
繰り返す。例えば、奥行き方向に３ゾーンある場合に
は、図４３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにホログラム
乾板２３４に対する液晶ディスプレイ２３２の距離をＺ
1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 と変えながら、各ゾーンの対応する画像
を表示して、３回に亘る干渉露光を重ねて行う。
【００８１】ステップＳ５で全てのゾーンの干渉露光が
済むとステップＳ６に進み、全ての露光領域の処理が終
了するまでステップＳ１からの処理を繰り返す。 １０．物体の撮像情報に基づく２次元データの生成 ４４は位相分布を計算してホログラムを表現するホログ
ラムの立体表示方法において、３次元データをＣＣＤカ
メラ等で撮像した２次元情報から生成する場合の処理を
示したフローチャートである。
【００８２】この図４４の処理にあっては、ステップＳ
１で２次元画像を入力する過程と、ステップＳ２で２次
元画像から３次元データを生成する過程が異なり、ステ
ップＳ３以降の奥行き画像の生成、位相分布の計算、位
相分布の表示、及び光学的図面への変換は図２の実施例
と全く同じになる。図４５は図４４のステップＳ１にお
ける２次元画像の入力過程を示した説明図である。
【００８３】図４５にあっては、ホログラム形成面３４
の位置に例えばテレビジョン方式により駆動されるＣＣ
Ｄカメラ２６０を設置し、奥行き方向に存在する対象物
３６，３８，４０の２次元画像を撮像して計算機１８に
入力するようにしている。ＣＣＤカメラ２６０は結像レ
ンズ２６２と結像面２６４を示しており、ＸＹステージ
２６６によりホログラム形成面３４上の任意の位置に移
動して撮影できるようにしている。
【００８４】図４６は２次元画像の取込み方法を示した
説明図であり、立体構造をもつ対象物３６，３８，４０
をホログラム形成面３４に設定した複数の撮影点の位置
Ｐij（ｉ＝１，２，・・・ｎ、ｊ＝１，２，・・・ｎ）
から撮影して、画像情報として取り込む。各撮影点Ｐij
における撮影は、各撮影点毎にＣＣＤカメラ２６０を設
置してもよいし、１台のＣＣＤカメラ２６０を移動しな
がら撮像してもよい。この場合、結像レンズ２６２の中
心を視点位置Ｐij（画像入力位置）とする。また２次元
画像を撮影する際の結像レンズ２６２の光軸の向きは、
撮影点が異なっても常に平行に向くようにする。勿論、
撮影点毎に常に同じ対象物にレンズ光軸を向けるように
してもよい。
【００８５】撮影点Ｐijの間隔は従来のホログラフィス
テレオグラムと同様に、視点を変えて再生像を観察した
ときに、像の側面が連続的に見えるように選定し、分離
角度で０．３〜１度程度で良い。更に、撮影点Ｐijの数
は視点を変えた観察で自然な立体感を得るため、水平方
向に数百、垂直方向に少なくとも数十は必要である。勿
論、全ての撮影点にカメラを配置したり移動することが
むずかしい場合には、飛び飛びの撮影点で２次元画像を
撮像して取り込み、間引きした間の撮像点については補
間画像処理により生成すればよい。
【００８６】この２次元画像データの補間生成は取り込
んだ２次元画像データから生成した３次元画像データに
基づいて補間２次元画像データを生成すればよい。図４
７は図４６に示した２次元画像の入力処理の詳細を示し
たもので、ステップＳ１で隣接する２次元画像の撮像に
よる取込みを行い、ステップＳ２で撮像したカメラ間隔
を取り込む処理を繰り返す。
【００８７】図４８は図４４のステップＳ２に示した取
り込んだ２次元画像データからの３次元データの生成処
理を示したフローチャートである。図４８における３次
元データの生成にあっては、２次元画像データから対応
点の検出を２点で取り込んだ画像データのパターンマッ
チングにより行い、対応点毎に三角測量の原理を使用し
て奥行き情報を算出し、対応点の３次元データ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）を作り出す。このステップＳ２の処理をステッ
プＳ３で全ての対応点について行う。
【００８８】ここで、ステップＳ１における対応点の検
出は、２点で撮影した２次元画像を用いた２眼視の方法
以外に、３点で撮影した２次元画像を用いた３眼視方法
を用いると更に精度を向上できる。また、対応点を検出
せずに直接奥行き情報を得る方法としては、例えばレー
ザビームを用いたレンジファインダにより測距を行えば
よい。
【００８９】このようにしてカメラで撮影した２次元画
像情報から３次元画像データが生成された後の処理は、
ＣＡＤシステムの３次元データを用いた図２の実施例と
全く同じである。図４９は図４０に示したＣＡＤシステ
ムの３次元データに基づいて奥行き画像を生成してホロ
グラム乾板を多重露光により作成する実施例について、
３次元データを図４４の場合と同様、カメラで多点撮影
した２次元画像情報から生成するようにしたホログラム
作成方法及び作成したホログラムを用いた立体像の表示
を示している。
【００９０】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、奥行き方向に分割された２次元画像に基づく位相分
布を表現したホログラムとすることで、従来のホログラ
フィック・ステレオグラムに比べて、より自然な立体表
示を実現することができる。また、ＣＡＤシステムによ
る仮想物体から電子的にホログラムを生成して立体表示
ができるため、立体像を短時間に書替え表示できる。更
に、立体表示のカラー化も容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図
【図２】本発明による立体表示方法の基本的な処理過程
を示したフローチャート
【図３】本発明の基本的な装置構成を示したブロック図
【図４】ＣＡＤシステムにおける３次元構造データの表
現形式の説明図
【図５】ＣＡＤシステムにおける３次元構造データの他
の表現形式の説明図
【図６】図２の奥行き画像生成過程の詳細を示したフロ
ーチャート
【図７】本発明における奥行き方向の領域分割の説明図
【図８】図７を側面から見た説明図
【図９】本発明における単一対象物の奥行き分割の説明
図
【図１０】図９を側面から見た説明図
【図１１】本発明における奥行き分割および分割ゾーン
内に設定する２次元平面の位置の一般例を示した説明図
【図１２】奥行き方向に独立に存在する対象物に対する
投影２次元データの生成を示した説明図
【図１３】奥行き方向に分割された単一の対象物に対す
る投影２次元データの生成を示した説明図
【図１４】図１２で生成された２次元データの説明図
【図１５】図１３で生成された２次元データの説明図
【図１６】投影２次元データを生成する際の２つの対象
物の位置と投影データとの関係を示した説明図
【図１７】図１６の対象物を入れ代えた場合の投影デー
タの説明図
【図１８】フレネルタイプのホログラムを生成する位相
分布計算の原理を示した説明図
【図１９】イメージタイプのホログラムの生成原理を示
した説明図
【図２０】イメージタイプのホログラム生成における位
相分布の計算範囲を示した説明図
【図２１】立体像を拡大表示する位相分布の計算を行う
ための奥行き画像表示面とホログラム形成面との光学的
な関係を示した説明図
【図２２】図２１に対し像を２倍に拡大した状態の説明
図
【図２３】立体像の表示位置を移動するための奥行き画
像表示面とホログラム形成面との光学的な関係を示した
説明図
【図２４】像表示位置の移動に伴うホログラム形成面に
おける位相分布計算点の変化を示した説明図
【図２５】本発明の立体表示装置の実施例を示した説明
図
【図２６】図２５の内部構造を示した説明図
【図２７】本発明で空間光変調装置として用いる液晶デ
ィスプレイの構造説明図
【図２８】図２７の３つの液晶セルを取出して再生光に
対する位相変調を示した説明図
【図２９】反射型空間光変調装置を用いた本発明の他の
立体表示装置の説明図
【図３０】図２９で用いる反射型空間光変調装置の説明
図
【図３１】光書込型の空間光変調装置を用いた本発明の
立体表示装置の説明図
【図３２】図３２で用いる光書込型の空間光変調装置の
構造説明図
【図３３】拡大スクリーンを用いた本発明の立体表示装
置の説明図
【図３４】０次光の透過を防ぐ屈折ホログラムを一体化
した空間光変調装置を用いた本発明の立体表示装置の説
明図
【図３５】図３４の装置の内部構造の説明図
【図３６】Ｒ，Ｇの２成分を用いてカラー立体表示を行
う本発明の立体表示装置の説明図
【図３７】Ｒ，Ｇ，Ｂの３成分を用いてカラー立体表示
を行う本発明の立体表示装置の説明図
【図３８】図３７でカラー成分を時分割で合成表示する
ためのタイミングチャート
【図３９】図３７でカラー成分を同一時刻に位置分割し
て合成表示するためのタイミングチャート
【図４０】本発明におけるホログラム作成方法の基本的
な処理過程を示したフローチャート
【図４１】図４０における露光過程の詳細を示したフロ
ーチャート
【図４２】図４１の露光過程に使用する露光装置の構成
を示した説明図
【図４３】ホログラム乾板上の１つの要素ホログラム領
域に対する複数ゾーンの２次元画像の多重露光を示した
説明図
【図４４】対象物を撮像した２次元データから３次元デ
ータを生成した立体表示を行う本発明の立体表示方法の
基本的な処理過程を示したフローチャート
【図４５】図４４の方法を実現する装置構成の説明図
【図４６】対象物を撮影するための原理構成を示した説
明図
【図４７】図４４の２次元画像の入力過程の内容を示し
たフローチャート
【図４８】図４４の２次元画像から３次元データを生成
する過程の詳細を示したフローチャート
【図４９】対象物を撮像した２次元データから３次元デ
ータを生成してホログラムを作成する本発明の基本的な
処理過程を示したフローチャート
【符号の説明】
１０：３次元情報生成部 １２：ＣＡＤシステム １４：奥行き画像生成部 １５：位相分布計算部 １６：計算機 １８：位相分布表示部 ２０：光学的波面変換部 ２２：ホログラム表示装置 ２４：ホログラム露光装置 26,36,38,40,68,70,90,92,94,96,98：対象物 ２８：構成面 ３０−１〜３０−３：基本図形 ３４：ホログラム形成面 42,44,46,80,82,84 ：ゾーン 48,50,52,72,74,76,100,102,104,106 ：２次元平面（投
影平面） ５４，７８：合成画面 ７０−１〜７０−３：円筒片 ８６：背景ゾーン １０８：要素ホログラム １１０：物体 １１１：サンプリング点 １１２：結像レンズ １１４：実像 １１８，１１８−１，１１８−２：奥行き画像表示面 １２０：像 １２８：装置本体 １３０：空間光変調装置 １３２：フード １３４，２０６，２０８，２１０：レーザ光源 １３５：ホログラム像 １３６：コリメートミラー １３８，２２６：コントローラ １４０，１４２，１５０，１５２：ガラス基板 １４４，１４６−１〜１４６−ｎ，１５４，１５５：透
明電極 １４８，１５０，１５６：絶縁層 １５２，１５４，１６４，１６６：配向膜 １６０，１６５：液晶 １６２，１６２−１〜１６２−３，１７２，１８０：再
生光 １６４，１６４−１〜１６４−３，１７４：変調光（変
調された光） １４０：ミラー １４２，２２０，２２２：ハーフミラー １４５：光走査部 １４６：反射体 １４８：光書込型空間光変調装置 １５６：光導電部 １５８：遮光層 １６０：誘電体ミラー １６６：スペーサー １７６：投射光学系 １７８：ホログラムスクリーン １８２：視認範囲 １８４：屈折ホログラム一体型空間光変調装置 １８６：ホログラム像 ２００，２０２，２０４：空間光変調装置（カラー成分
用） ２１２，２１４，２１５：シャッター ２１６，２１８，２１９：コリメートレンズ ２３０：基台 ２３２：液晶ディスプレイ ２３４：ホログラム乾板 ２３６：要素ホログラム領域 ２３８：結像レンズ ２４０：レンズ光軸 ２４２，２５０：支持アーム ２４４，２５２：Ｘステージ ２４６：Ｚステージ ２５５：ビームエキスパンダ ２５６：照明光 ２５７：集束光 ２５８：参照光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 宣子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 中嶋 雅人 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 鏡 惟史，「立体像表示法１：ステレ オ写真とレンチキュラーステレオ写 真」，Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，新技術コミュ ニケーションズ，（1992年１月），Ｎ ｏ．146，ｐ79−85 本田 捷夫，「立体像表示法２：ホロ グラフィックディスプレイ技術の展 望」，Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，新技術コミュ ニケーションズ，（1992年１月），Ｎ ｏ．146，ｐ87−92 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03H 1/00 - 5/00

Claims (40)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】表示しようとする物体又は物体群の３次元
    情報を生成する３次元情報生成過程と、該３次元情報生成過程で生成した３次元情報を奥行き方
    向に分割して複数の３次元領域を設定する領域設定過
    程： 該領域設定過程で設定した領域毎に表示しようとする物
    体の３次元情報を示す領域データを生成する領域データ
    生成過程： 該領域設定過程で設定した領域毎に奥行きデータを生成
    する２次元平面を設定する平面設定過程： 該平面設定過程で設定された領域毎の２次元平面上に、
    ホログラム作成面上で細分化されたホログラム表現の最
    小単位である要素ホログラム領域から見た投影画像デー
    タを、前記３次元情報から奥行き方向の各領域の要素ホ
    ログラム領域毎に生成する画像データ生成過程：の４つ
    の過程によって前記３次元情報生成過程で生成した３次
    元情報から２次元情報に変換された複数の奥行き画像を
    生成する奥行き画像生成過程と、 該奥行き画像生成過程で生成された複数の奥行き画像か
    らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
    布計算過程と、 該位相分布計算過程で求めた位相分布をホログラム形成
    面に表現するホログラム表現過程と、 該ホログラム表現過程で表現された位相分布に対し参照
    光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
    表示する波面変換過程と、を 備えたことを特徴とするホログラムの立体表示方法。
  2. 【請求項２】請求項１記載のホログラムの立体表示方法
    に於いて、前記領域設定過程は、表現しようとする物体
    単位に３次元領域を設定することを特徴とするホログラ
    ムの立体表示方法。
  3. 【請求項３】請求項１記載のホログラムの立体表示方法
    に於いて、前記領域設定過程は、表現しようとする単一
    の物体を複数部分に分割するように３次元領域を設定す
    ることを特徴とするホログラムの立体表示方法。
  4. 【請求項４】請求項２又は３記載のホログラムの立体表
    示方法に於いて、前記領域設定過程は、更に、ホログラ
    ム形成面から所定距離を越えて存在する物体又は物体群
    については、１つの背景領域として設定することを特徴
    とするホログラムの立体表示方法。
  5. 【請求項５】請求項１記載のホログラムの立体表示方法
    に於いて、前記２次元平面を前記領域設定過程で設定さ
    れた領域に存在する物体又は物体群の重心を通る位置に
    設定したことを特徴とするホログラムの立体表示方法。
  6. 【請求項６】請求項１記載のホログラムの立体表示方法
    に於いて、前記位相分布計算過程は、 前記各奥行き画像を構成する２次元画像の各々とホログ
    ラム形成面上で細分化されたホログラム表現の最小単位
    である要素ホログラムの各々との相対的な空間位置を設
    定する空間位置設定過程と、 前記要素ホログラムの各々につき、前記奥行き画像を構
    成する２次元画像に基づいて位相を計算してホログラム
    形成面での位相分布を求める位相計算過程と、 該位相計算過程で各奥行き画像毎に求めた位相分布を、
    同一位置の要素ホログラム毎に加算して合成奥行き画像
    のホログラム形成面における位相分布を求める加算過程
    と、 を備えたことを特徴とするホログラムの立体表示方法。
  7. 【請求項７】請求項１記載のホログラムの立体表示方法
    に於いて、前記奥行き画像データ生成過程は、奥行き画
    像を拡大する過程を含むことを特徴とするホログラムの
    立体表示方法。
  8. 【請求項８】請求項１記載のホログラムの立体表示方法
    に於いて、前記奥行き画像データ生成過程は、奥行き画
    像を縮小する過程を含むことを特徴とするホログラムの
    立体表示方法。
  9. 【請求項９】請求項１記載のホログラムの立体表示方法
    に於いて、前記奥行き画像データ生成過程は、ホログラ
    ム表示位置を奥行き方法に移動した任意の位置に設定す
    る過程を含むことを特徴とするホログラムの立体表示方
    法。
  10. 【請求項１０】請求項１記載のホログラムの立体表示方
    法に於いて、前記ホログラム表現過程は、前記位相分布
    計算過程で計算された位相分布をホログラム形成面に配
    置した表示手段に出力して表示させることを特徴とする
    ホログラムの立体表示方法。
  11. 【請求項１１】請求項１記載のホログラムの立体表示方
    法に於いて、前記波面変換過程は、参照光の位相を前記
    ホログラム表現手段により付与された位相分布に従って
    空間的に変調させる光変調手段を備えたことを特徴とす
    るホログラムの立体表示方法。
  12. 【請求項１２】請求項１記載のホログラムの立体表示方
    法に於いて、前記波面変換過程は、参照光の振幅を前記
    ホログラム表現手段により付与された位相分布に従って
    空間的に変調させる光変調手段を備えたことを特徴とす
    るホログラムの立体表示方法。
  13. 【請求項１３】請求項１１又は１２記載のホログラムの
    立体表示方法に於いて、前記光変調手段は参照光を透過
    する光学素子であることを特徴とするホログラムの立体
    表示方法。
  14. 【請求項１４】請求項１１又は１２記載のホログラムの
    立体表示方法に於いて、前記光変調手段は参照光を反射
    する光学素子であることを特徴とするホログラムの立体
    表示方法。
  15. 【請求項１５】請求項１乃至１４記載のホログラムの立
    体表示方法に於いて、 前記３次元情報生成過程は、表現しようとする物体又は
    物体群の３次元情報を複数の色成分に分けて生成する過
    程であり、 前記奥行き画像生成過程は、色成分ごとに複数の奥行き
    画像を生成する過程であり、 前記位相分布計算過程は、色成分ごとに位相分布を計算
    する過程であり、 前記ホログラム表現過程は、色成分ごとにホログラムを
    表現する過程であり、 前記波面変換過程は、色成分ごとに位相分布を光学的波
    面に変換する過程であり、これらの過程によりカラー画
    像の立体表示を行うことを特徴とするホログラムの立体
    表示方法。
  16. 【請求項１６】表示しようとする物体又は物体群の３次
    元情報を生成する３次元情報生成過程と、表示しようとする３次元情報を奥行き方向に分割して複
    数の３次元領域を設定する領域設定過程： 該領域設定過程で設定した領域毎に表示しようとする物
    体の３次元情報を示す 領域データを生成する領域データ
    生成過程： 該領域設定過程で設定した領域毎に奥行きデータを生成
    する２次元平面を設定する平面設定過程： 該平面設定過程で設定された領域毎の２次元平面上に、
    ホログラム作成面上で細分化されたホログラム表現の最
    小単位である要素ホログラム領域から見た投影画像デー
    タを、３次元情報から奥行き方向の各領域の各要素ホロ
    グラム領域毎に生成する画像データ生成過程：の４つの
    過程によって前記３次元情報生成過程で生成した３次元
    情報から２次元情報に変換された複数の奥行き画像を生
    成する奥行き画像生成過程と、 該奥行き画像生成過程で表現された複数の奥行き画像を
    記録媒体にホログラフィック記録する露光過程と、 を備えたことを特徴とするホログラムの作成方法。
  17. 【請求項１７】請求項１６記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記奥行き画像生成過程は、奥行き画像を拡
    大する過程を含むことを特徴とするホログラムの作成方
    法。
  18. 【請求項１８】請求項１６記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記奥行き画像生成過程は、奥行き画像を縮
    小する過程を含むことを特徴とするホログラムの作成方
    法。
  19. 【請求項１９】請求項１６記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記奥行き画像生成過程は、ホログラム表示
    位置を奥行き方向に移動した任意の位置に設置する過程
    を含むことを特徴とするホログラムの作成方法。
  20. 【請求項２０】請求項１７記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記領域設定過程は、表現しようとする物体
    単位に３次元領域を設定することを特徴とするホログラ
    ムの作 成方法。
  21. 【請求項２１】請求項１７記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記領域設定過程は、表現しようとする単一
    の物体を複数に分割するように３次元領域を設定するこ
    とを特徴とするホログラムの作成方法。
  22. 【請求項２２】請求項２０又は２１記載のホログラムの
    作成方法に於いて、前記領域設定過程は、更に、ホログ
    ラム形成面から所定距離を超えて存在する物体又は物体
    群については、１つの背景領域として設定することを特
    徴とするホログラムの作成方法。
  23. 【請求項２３】請求項１７記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記平面設定過程は、前記領域設定過程で設
    定された領域に存在する物体又は物体群の重心を通る位
    置に前記２次元平面を設定することを特徴とするホログ
    ラムの作成方法。
  24. 【請求項２４】請求項１６記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記露光過程は、 前記記録媒体と奥行き画像を表示する表示手段とを間隔
    調整自在に平行に配置する過程と、 前記記録媒体と表示手段との間隔を、前記画像データ生
    成過程で奥行き方向の各領域毎に投影画像データを生成
    する際に設定したと同一距離に調整する過程と、 前記表示手段の記録媒体上の要素ホログラム領域に対応
    した投影画像データを表示して対応する要素ホログラム
    領域を露光し、該露光を同じ要素ホログラム領域に対応
    する複数の奥行き方向の投影画像データについて多重露
    光する多重露光過程と、 を備えたことを特徴とするホログラムの作成方法。
  25. 【請求項２５】請求項１記載のホログラムの立体表示方
    法に於いて、前記３次元情報生成過程は、 表示しようとする物体を撮像して２次元画像情報を入力
    する入力過程と、 該撮像過程で得られた２次元画像情報から３次元情報を
    生成する生成過程と、を備えたことを特徴とするホログ
    ラムの立体表示方法。
  26. 【請求項２６】請求項１６記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記３次元情報生成過程は、 表示しようとする物体を撮像して２次元画像情報を入力
    する入力過程と、 該撮像過程で得られた２次元画像情報から３次元情報を
    生成する生成過程と、を備えたことを特徴とするホログ
    ラムの作成方法。
  27. 【請求項２７】請求項２５記載のホログラムの立体表示
    方法に於いて、前記入力過程は、 奥行き方向の撮像位置に設定した２次元平面を細分化し
    て複数の撮像点を設定する撮像点設定過程と、 複数の撮像点で表示しようとする物体を撮像する撮像過
    程と、 を備えたことを特徴とするホログラムの立体表示方法。
  28. 【請求項２８】請求項２６記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記入力過程は、 奥行き方向の撮像位置に設定した２次元平面を細分化し
    て複数の撮像点を設定する撮像点設定過程と、 複数の撮像点で表示しようとする物体を撮像する撮像過
    程と、 を備えたことを特徴とするホログラムの作成方法。
  29. 【請求項２９】請求項２７記載のホログラムの立体表示
    方法に於いて、前記撮像過程は、撮影方向を各撮影点で
    同一となるようにして撮影することを特徴とするホログ
    ラムの立体表示方法。
  30. 【請求項３０】請求項２８記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記撮像過程は、撮影方向を各撮影点で同一
    となるようにして撮影することを特徴とするホログラム
    の作成方法。
  31. 【請求項３１】請求項２７記載のホログラムの立体表示
    方法に於いて、前記撮像過程は、撮影方向を各撮影点で
    各奥行き領域の所定の一点に向くようにして撮影するこ
    とを特徴とするホログラムの立体表示方法。
  32. 【請求項３２】請求項２８記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記撮像過程は、撮影方向を各撮影点で各奥
    行き領域の所定の一点に向くようにして撮影することを
    特徴とするホログラムの作成方法。
  33. 【請求項３３】請求項２７記載のホログラムの立体表示
    方法に於いて、前記撮像過程は、前記撮影点毎に撮像手
    段を配置して撮影することを特徴とするホログラムの立
    体表示方法。
  34. 【請求項３４】請求項２８記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記撮像過程は、前記撮影点毎に撮像手段を
    配置して撮影することを特徴とするホログラムの作成方
    法。
  35. 【請求項３５】請求項２７記載のホログラムの立体表示
    方法に於いて、前記撮像過程は、該撮像手段を前記撮影
    点毎に移動して撮影することを特徴とするホログラムの
    立体表示方法。
  36. 【請求項３６】請求項２８記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記撮像過程は、該撮像手段を前記撮影点毎
    に移動して撮影することを特徴とするホログラムの作成
    方法。
  37. 【請求項３７】請求項２５記載のホログラムの立体表示
    方法に於いて、前記入力過程は、前記撮影点毎に得られ
    た２次元画像情報から撮影点の間の補間した２時元画像
    情報を画像を生成する過程を含むことを特徴とするホロ
    グラムの立体表示方法。
  38. 【請求項３８】請求項２６記載のホログラムの作成方法
    に於いて、前記入力過程は、前記撮影点毎に得られた２
    次元画像情報から撮影点の間の補間した２時元画像情報
    を画像を生成する過程を含むことを特徴とするホログラ
    ムの作成方法。
  39. 【請求項３９】表示しようとする物体又は物体群の３次
    元情報を生成する３次元情報生成手段と、表示しようとする３次元情報を奥行き方向に分割して複
    数の３次元領域を設定する領域設定手段： 該領域設定手段で設定した領域毎に表示しようとする物
    体の３次元情報を示す領域データを生成する領域データ
    生成手段： 該領域設定手段で設定した領域毎に奥行きデータを生成
    する２次元平面を設定する平面設定手段： 該平面設定手段で設定された領域毎の２次元平面上に、
    ホログラム作成面上で細分化されたホログラム表現の最
    小単位である要素ホログラム領域から見た投影画像デー
    タを、３次元情報から奥行き方向の各領域の各要素ホロ
    グラム領域毎に生成する画像データ生成手段：の４つの
    手段によって前記３次元情報生成手段で生成した３次元
    情報から２次元情報に変換された複数の奥行き画像を生
    成する奥行き画像生成手段と、 該奥行き画像生成手段で生成された複数の奥行き画像か
    らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
    布計算手段と、 該位相分布計算手段で求められた位相分布をホログラム
    形成面に表現するホログラム表現手段と、 該ホログラム表現手段で表現された位相分布に対し参照
    光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
    表示する波面変換手段と、 とを備えたことを特徴とするホログラムの立体表示装
    置。
  40. 【請求項４０】表示しようとする物体又は物体群の３次
    元情報を生成する３次元情報生成手段と、表示しようとする３次元情報を奥行き方向に分割して複
    数の３次元領域を設定する領域設定手段： 該領域設定手段で設定した領域毎に表示しようとする物
    体の３次元情報を示す領域データを生成する領域データ
    生成手段： 該領域設定手段で設定した領域毎に奥行きデータを生成
    する２次元平面を設定する平面設定手段： 該平面設定手段で設定された領域毎の２次元平面上に、
    ホログラム作成面上で細分化されたホログラム表現の最
    小単位である要素ホログラム領域から見た投影画像デー
    タを、３次元情報から奥行き方向の各領域の各要素ホロ
    グラム領域毎に生成する画像データ生成手段：の４つの
    手段によって前記３次元情報生成手段で生成した３次元
    情報から２次元情報に変換された複数の奥行き画像を生
    成する奥行き画像生成手段と、 該３次元情報生成手段で生成した３次元情報から２次元
    情報に変換された複数の奥行き画像を生成する奥行き画
    像生成手段と、 該奥行き画像生成手段で表現された複数の奥行き画像を
    記録媒体にホログラフィック記録する露光手段と、 該露光手段により得られた記録媒体に参照光を照射して
    光学的波面に変換することにより立体像を表示する波面
    変換手段と、 を備えたことを特徴とするホログラムの立体表示装置。
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