JP3270332B2 - 三次元像投写装置 - Google Patents
三次元像投写装置Info
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- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
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- Projection Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元像投写装置
に関し、より詳細には、拡大投写される三次元像を広い
視域で観察できるようにした三次元像投写装置に関する
ものである。
に関し、より詳細には、拡大投写される三次元像を広い
視域で観察できるようにした三次元像投写装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の三次元像投写装置は、特開平５−
１０７５０４号公報及びSPIE Vol.120Three-Dimensiona
l Imaging (1977)『PROGRESS ON THE HOLOGRAPHIC MOVI
E PROCESS IN THE USSR』にそれぞれ開示されている。
図６は、特開平５−１０７５０４号公報の三次元像投写
装置１０１の構成の概略を示す図である。図６に示すよ
うに、この三次元像投写装置１０１は、水平方向に並ん
だ複数のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）１０２に各方向か
らの視差像を表示し、投写レンズ１０３，フレネルレン
ズ１０４，凸面鏡１０５によって再帰性反射スクリーン
１０６に投写する。再帰性反射スクリーン１０６は、レ
ンチキュラーレンズと拡散反射面から構成されており、
観察者１０７は、各視差像を見ることにより、三次元像
１０８を観察することができる。ただし、この三次元像
投写装置１０１によって得られる三次元像１０８は、左
右の眼の視差のみを利用したステレオグラムである。
１０７５０４号公報及びSPIE Vol.120Three-Dimensiona
l Imaging (1977)『PROGRESS ON THE HOLOGRAPHIC MOVI
E PROCESS IN THE USSR』にそれぞれ開示されている。
図６は、特開平５−１０７５０４号公報の三次元像投写
装置１０１の構成の概略を示す図である。図６に示すよ
うに、この三次元像投写装置１０１は、水平方向に並ん
だ複数のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）１０２に各方向か
らの視差像を表示し、投写レンズ１０３，フレネルレン
ズ１０４，凸面鏡１０５によって再帰性反射スクリーン
１０６に投写する。再帰性反射スクリーン１０６は、レ
ンチキュラーレンズと拡散反射面から構成されており、
観察者１０７は、各視差像を見ることにより、三次元像
１０８を観察することができる。ただし、この三次元像
投写装置１０１によって得られる三次元像１０８は、左
右の眼の視差のみを利用したステレオグラムである。
【０００３】図７は、SPIE Vol.120 Three-Dimensional
Imaging (1977)『PROGRESS ON THEHOLOGRAPHIC MOVIE
PROCESS IN THE USSR』に開示されている三次元像投写
装置１１１の構成の概略を示す図である。この装置１１
１は、図７に示すように、ホログラム１１３から再生さ
れたホログラム再生像１１４を投写レンズ１１５を用い
てスクリーン１１６に投写している。スクリーン１１６
は、凹面鏡の多重ホログラムをなし、三次元像１１７を
さらにこのスクリーンによって三次元像１１８，１１９
として結像する。スクリーン１１６は、１枚のホログラ
ムに凹面鏡を多重に記録しているので、記録した多重化
数と同じ人数による観察が可能となっている。図７に示
す装置では、凹面鏡のホログラムを２重に記録した場合
を示している。従って、観察者１２０は観察窓Ｂから三
次元像１１８を、観察者１２１は観察窓Ｃから三次元像
１１９を観察することができる。ただし、それぞれの観
察者１２０，１２１が見ることができる三次元像は、ま
ったく同じものとなる。
Imaging (1977)『PROGRESS ON THEHOLOGRAPHIC MOVIE
PROCESS IN THE USSR』に開示されている三次元像投写
装置１１１の構成の概略を示す図である。この装置１１
１は、図７に示すように、ホログラム１１３から再生さ
れたホログラム再生像１１４を投写レンズ１１５を用い
てスクリーン１１６に投写している。スクリーン１１６
は、凹面鏡の多重ホログラムをなし、三次元像１１７を
さらにこのスクリーンによって三次元像１１８，１１９
として結像する。スクリーン１１６は、１枚のホログラ
ムに凹面鏡を多重に記録しているので、記録した多重化
数と同じ人数による観察が可能となっている。図７に示
す装置では、凹面鏡のホログラムを２重に記録した場合
を示している。従って、観察者１２０は観察窓Ｂから三
次元像１１８を、観察者１２１は観察窓Ｃから三次元像
１１９を観察することができる。ただし、それぞれの観
察者１２０，１２１が見ることができる三次元像は、ま
ったく同じものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来技術の前者については、原理的にステレオグラム
による立体視ということで、視差を利用したものであ
り、他の立体視機構である調節等の機能を持っていない
ため、眼が疲労し長時間の視認ができないという問題点
がある。また、従来技術の後者については、物体の実像
を見ているため、全ての立体視機構を用いているので、
眼の疲労は起こりにくいが、観察窓（視域）が狭く、三
次元像を観察できる範囲が限られていた。この装置で視
域を広げるためには、投写レンズの口径を大きくするこ
とが考えられるが、レンズが高価になるという問題点が
生ずる。本発明は、こうした従来技術における問題点に
鑑みてなされたもので、眼の疲労が起きにくく、かつ、
広い視域が得られる三次元像投写装置を提供することを
その解決すべき課題とする。
た従来技術の前者については、原理的にステレオグラム
による立体視ということで、視差を利用したものであ
り、他の立体視機構である調節等の機能を持っていない
ため、眼が疲労し長時間の視認ができないという問題点
がある。また、従来技術の後者については、物体の実像
を見ているため、全ての立体視機構を用いているので、
眼の疲労は起こりにくいが、観察窓（視域）が狭く、三
次元像を観察できる範囲が限られていた。この装置で視
域を広げるためには、投写レンズの口径を大きくするこ
とが考えられるが、レンズが高価になるという問題点が
生ずる。本発明は、こうした従来技術における問題点に
鑑みてなされたもので、眼の疲労が起きにくく、かつ、
広い視域が得られる三次元像投写装置を提供することを
その解決すべき課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、対象
を三次元としてその光学像の形成に関与する光を生成す
る光生成手段と、該光生成手段から生成される光によっ
て作られる光学像を投写する投写光学手段と、該投写光
学手段に作用した光学像をそれぞれの視域に向けて指向
させる伝達光学手段を有する三次元像投写装置におい
て、前記投写光学手段を複数の反射型の投写レンズとす
るとともに、該投写レンズにより投写され結像される各
三次元光学像が同じ位置で同じ倍率になり各像の形成域
が連続するように構成され、複数の反射型の投写レンズ
と伝達光学手段により、対象の三次元像を広い視域から
観察可能とするものである。
を三次元としてその光学像の形成に関与する光を生成す
る光生成手段と、該光生成手段から生成される光によっ
て作られる光学像を投写する投写光学手段と、該投写光
学手段に作用した光学像をそれぞれの視域に向けて指向
させる伝達光学手段を有する三次元像投写装置におい
て、前記投写光学手段を複数の反射型の投写レンズとす
るとともに、該投写レンズにより投写され結像される各
三次元光学像が同じ位置で同じ倍率になり各像の形成域
が連続するように構成され、複数の反射型の投写レンズ
と伝達光学手段により、対象の三次元像を広い視域から
観察可能とするものである。
【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記光生成手段が、対象物体と、該対象物体を照明
する照明手段からなるようにし、対象として実在物を観
察し得るようにするものである。
て、前記光生成手段が、対象物体と、該対象物体を照明
する照明手段からなるようにし、対象として実在物を観
察し得るようにするものである。
【０００７】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記光生成手段が、三次元像表示手段からなるよう
にし、入力される画像データから三次元像を表示し得る
表示手段によって、再生された像を観察し得るようにす
るものである。
て、前記光生成手段が、三次元像表示手段からなるよう
にし、入力される画像データから三次元像を表示し得る
表示手段によって、再生された像を観察し得るようにす
るものである。
【０００８】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、前記三次元像表示手段が、三次元像を再生すべく用
意されたホログラムを備えるようにし、三次元像の光生
成手段を小型化し得るものである。
て、前記三次元像表示手段が、三次元像を再生すべく用
意されたホログラムを備えるようにし、三次元像の光生
成手段を小型化し得るものである。
【０００９】請求項５の発明は、請求項３の発明におい
て、前記三次元像表示手段が、２次元像表示手段を変位
させながら、三次元像を構成する複数の断面像を該変位
に応じて順次表示することにより、三次元像を表示する
ものを備え、二次元断面像を表すデータによって、再生
された像を観察し得るようにするものである。
て、前記三次元像表示手段が、２次元像表示手段を変位
させながら、三次元像を構成する複数の断面像を該変位
に応じて順次表示することにより、三次元像を表示する
ものを備え、二次元断面像を表すデータによって、再生
された像を観察し得るようにするものである。
【００１０】請求項６の発明は、請求項１ないし５の発
明において、前記反射型投写レンズの少なくとも一方を
ホログラム等の回折型光学素子とし、装置を小型化し得
るとともに、多数密接して並べることを可能とするもの
である。
明において、前記反射型投写レンズの少なくとも一方を
ホログラム等の回折型光学素子とし、装置を小型化し得
るとともに、多数密接して並べることを可能とするもの
である。
【００１１】請求項７の発明は、請求項１ないし６の発
明において、前記伝達光学手段を凹面鏡とし、波長依存
性のない収差の小さい高品質の三次元像を得、投写レン
ズ及び伝達光学手段を反射型の光学手段とすることによ
り、コンパクトな装置構成となし得るものである。
明において、前記伝達光学手段を凹面鏡とし、波長依存
性のない収差の小さい高品質の三次元像を得、投写レン
ズ及び伝達光学手段を反射型の光学手段とすることによ
り、コンパクトな装置構成となし得るものである。
【００１２】請求項８の発明は、請求項１ないし６の発
明において、前記伝達光学手段をホログラム等の回折型
光学素子とし、より一層コンパクトな装置をなし得るも
のである。
明において、前記伝達光学手段をホログラム等の回折型
光学素子とし、より一層コンパクトな装置をなし得るも
のである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の三次元像投写装置
の第１の実施形態の模式図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）
が側面図である。図１において、三次元像投写装置１
は、物体２と、物体２を照明する光源３と、物体２を異
なる所定の空間に結像投写するための投写光学系４と、
投写結像される所定空間近傍に配置された光学伝達手段
５（なお、ここで光学伝達手段と表現した光学手段は、
スクリーンと称されることがある（上述の従来例で示し
た文献：SPIE Vol.120におけるスクリーン１１６，参
照））から基本的に構成されている。ここで、物体２と
しては、プラスチック製の置物を使用した。投写光学系
４は、液晶プロジェクター等に使用されている物体側焦
点距離４０cmの投写レンズ６，６′とミラー７，７′を
組み合わせて作製した反射型投写レンズ８，８′から構
成されている。伝達光学手段５には、直径４０cm，焦点
距離５５cmの凹面鏡を使用した。
図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の三次元像投写装置
の第１の実施形態の模式図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）
が側面図である。図１において、三次元像投写装置１
は、物体２と、物体２を照明する光源３と、物体２を異
なる所定の空間に結像投写するための投写光学系４と、
投写結像される所定空間近傍に配置された光学伝達手段
５（なお、ここで光学伝達手段と表現した光学手段は、
スクリーンと称されることがある（上述の従来例で示し
た文献：SPIE Vol.120におけるスクリーン１１６，参
照））から基本的に構成されている。ここで、物体２と
しては、プラスチック製の置物を使用した。投写光学系
４は、液晶プロジェクター等に使用されている物体側焦
点距離４０cmの投写レンズ６，６′とミラー７，７′を
組み合わせて作製した反射型投写レンズ８，８′から構
成されている。伝達光学手段５には、直径４０cm，焦点
距離５５cmの凹面鏡を使用した。
【００１４】次いで、装置の動作を説明すると、まず、
物体２は、反射型投写レンズ８によって伝達光学手段５
近傍に結像投写され、さらに伝達光学手段５によって伝
達光学手段５近傍に三次元像９を形成する。同様に反射
型投写レンズ８′によっても、伝達光学手段５近傍に三
次元像９′を形成する。すなわち、三次元像９，９′
は、反射型投写レンズ８，８′と伝達光学手段５によっ
て結像された三次元像である。それぞれの三次元像９，
９′は、伝達光学手段５近傍のほぼ同一位置に、同じ倍
率で結像される。このため、反射型投写レンズ８，８′
は、三次元像９，９′を中心とする円１２のほぼ円周上
に配置される。それぞれの三次元像９，９′は、伝達光
学手段５によって反射され、視域１０，１０′から観察
することができる。反射型投写レンズ８で形成された像
は、視域１０から観察でき、反射型投写レンズ８′で形
成された像は、視域１０′から観察できる。ここで、視
域１０，１０′は、それぞれ反射型投写レンズ８，８′
の伝達光学手段５（凹面鏡）による像である。それぞれ
の視域の中に眼１１，１１′を置けば、視域の中で拡大
された三次元像が各視域１０及び１０′にわたって連続
して観察できる。なお、第１の実施形態において、光源
３としては、白色光源（インコヒーレント光源）やレー
ザ光源（コヒーレント光源）のどちらでも使用可能であ
る。また、三次元像９，９′を形成する位置も伝達光学
手段５近傍に限定されるわけではない。伝達光学手段５
近傍に三次元像９，９′を形成する利点は、伝達光学手
段５の大きさにかかわらず、広い視域を達成できること
にある。伝達光学手段５が十分に大きければ、三次元像
９，９′が伝達光学手段５から離れていても、広い視域
を得ることは可能である。
物体２は、反射型投写レンズ８によって伝達光学手段５
近傍に結像投写され、さらに伝達光学手段５によって伝
達光学手段５近傍に三次元像９を形成する。同様に反射
型投写レンズ８′によっても、伝達光学手段５近傍に三
次元像９′を形成する。すなわち、三次元像９，９′
は、反射型投写レンズ８，８′と伝達光学手段５によっ
て結像された三次元像である。それぞれの三次元像９，
９′は、伝達光学手段５近傍のほぼ同一位置に、同じ倍
率で結像される。このため、反射型投写レンズ８，８′
は、三次元像９，９′を中心とする円１２のほぼ円周上
に配置される。それぞれの三次元像９，９′は、伝達光
学手段５によって反射され、視域１０，１０′から観察
することができる。反射型投写レンズ８で形成された像
は、視域１０から観察でき、反射型投写レンズ８′で形
成された像は、視域１０′から観察できる。ここで、視
域１０，１０′は、それぞれ反射型投写レンズ８，８′
の伝達光学手段５（凹面鏡）による像である。それぞれ
の視域の中に眼１１，１１′を置けば、視域の中で拡大
された三次元像が各視域１０及び１０′にわたって連続
して観察できる。なお、第１の実施形態において、光源
３としては、白色光源（インコヒーレント光源）やレー
ザ光源（コヒーレント光源）のどちらでも使用可能であ
る。また、三次元像９，９′を形成する位置も伝達光学
手段５近傍に限定されるわけではない。伝達光学手段５
近傍に三次元像９，９′を形成する利点は、伝達光学手
段５の大きさにかかわらず、広い視域を達成できること
にある。伝達光学手段５が十分に大きければ、三次元像
９，９′が伝達光学手段５から離れていても、広い視域
を得ることは可能である。
【００１５】（第２の実施形態）図２は、本発明の三次
元像投写装置の第２の実施形態の模式図で、（Ａ）が上
面図、（Ｂ）が側面図を示すものである。図２におい
て、三次元像投写装置２１は、三次元像２２を表示する
三次元像表示手段（図２中に図示せず）と、この三次元
像表示手段で表示された三次元像２２を三次元像表示手
段とは異なる所定の空間に結像投写するための投写光学
系２４と、投写結像される所定空間近傍に配置された伝
達光学手段としての反射型ホログラム２５から基本的に
構成されている。ここで、三次元像表示手段としては、
体積走査型の三次元像表示装置（後述）を使用した。投
写光学系２４は、上記した第１の実施形態で使用した反
射型投写レンズ８，８′をホログラムとした反射型投写
ホログラムレンズ２８，２８′から構成されている。伝
達光学手段をなす反射型ホログラム２５は、第１の実施
形態で使用した凹面鏡をホログラムとしたものである。
元像投写装置の第２の実施形態の模式図で、（Ａ）が上
面図、（Ｂ）が側面図を示すものである。図２におい
て、三次元像投写装置２１は、三次元像２２を表示する
三次元像表示手段（図２中に図示せず）と、この三次元
像表示手段で表示された三次元像２２を三次元像表示手
段とは異なる所定の空間に結像投写するための投写光学
系２４と、投写結像される所定空間近傍に配置された伝
達光学手段としての反射型ホログラム２５から基本的に
構成されている。ここで、三次元像表示手段としては、
体積走査型の三次元像表示装置（後述）を使用した。投
写光学系２４は、上記した第１の実施形態で使用した反
射型投写レンズ８，８′をホログラムとした反射型投写
ホログラムレンズ２８，２８′から構成されている。伝
達光学手段をなす反射型ホログラム２５は、第１の実施
形態で使用した凹面鏡をホログラムとしたものである。
【００１６】次いで、この装置の動作を説明すると、ま
ず、三次元像表示手段で表示された三次元像２２は、反
射型投写ホログラムレンズ２８によって結像投写され、
さらに伝達光学手段をなす反射型ホログラム２５によっ
て、伝達光学手段をなす反射型ホログラム２５近傍に三
次元像２９を形成する。同様に、反射型投写ホログラム
レンズ２８′によっても、伝達光学手段をなす反射型ホ
ログラム２５近傍に三次元像２９′を形成する。それぞ
れの三次元像２９，２９′は、伝達光学手段をなす反射
型ホログラム２５近傍のほぼ同一位置に、同じ倍率で結
像される。このため、反射型投写ホログラムレンズ２
８，２８′は、三次元像２９，２９′を中心とする円３
２のほぼ円周上に配置される。それぞれの三次元像２
９，２９′は、伝達光学手段をなす反射型ホログラム２
５によって反射され、視域３０，３０′から観察するこ
とができる。反射型投写ホログラムレンズ２８で形成さ
れた像は、視域３０から観察でき、反射型投写ホログラ
ムレンズ２８′で形成された像は、視域３０′から観察
できる。ここで、視域３０，３０′は、それぞれ反射型
投写レンズ２８，２８′の伝達光学手段をなす反射型ホ
ログラム２５による像である。それぞれの視域の中に眼
３１，３１′を置けば、各視域の中で、拡大された三次
元像が各視域３０及び３０′にわたって連続して観察で
きる。ここで、反射型投写ホログラムレンズ２８，２
８′は、平面形状であるため、レンズ間に隙間がないよ
うに並べることができる。このため、各反射型投写ホロ
グラムレンズ２８，２８′により結像される各像の形成
域を連続させることが容易に実現できて、連続的な視域
（視域３０と３０′が接しているか、または一部重なっ
ている状態）を確保することが可能となる。この点は、
３個以上のレンズから構成される投写光学系の場合、特
に有効である。
ず、三次元像表示手段で表示された三次元像２２は、反
射型投写ホログラムレンズ２８によって結像投写され、
さらに伝達光学手段をなす反射型ホログラム２５によっ
て、伝達光学手段をなす反射型ホログラム２５近傍に三
次元像２９を形成する。同様に、反射型投写ホログラム
レンズ２８′によっても、伝達光学手段をなす反射型ホ
ログラム２５近傍に三次元像２９′を形成する。それぞ
れの三次元像２９，２９′は、伝達光学手段をなす反射
型ホログラム２５近傍のほぼ同一位置に、同じ倍率で結
像される。このため、反射型投写ホログラムレンズ２
８，２８′は、三次元像２９，２９′を中心とする円３
２のほぼ円周上に配置される。それぞれの三次元像２
９，２９′は、伝達光学手段をなす反射型ホログラム２
５によって反射され、視域３０，３０′から観察するこ
とができる。反射型投写ホログラムレンズ２８で形成さ
れた像は、視域３０から観察でき、反射型投写ホログラ
ムレンズ２８′で形成された像は、視域３０′から観察
できる。ここで、視域３０，３０′は、それぞれ反射型
投写レンズ２８，２８′の伝達光学手段をなす反射型ホ
ログラム２５による像である。それぞれの視域の中に眼
３１，３１′を置けば、各視域の中で、拡大された三次
元像が各視域３０及び３０′にわたって連続して観察で
きる。ここで、反射型投写ホログラムレンズ２８，２
８′は、平面形状であるため、レンズ間に隙間がないよ
うに並べることができる。このため、各反射型投写ホロ
グラムレンズ２８，２８′により結像される各像の形成
域を連続させることが容易に実現できて、連続的な視域
（視域３０と３０′が接しているか、または一部重なっ
ている状態）を確保することが可能となる。この点は、
３個以上のレンズから構成される投写光学系の場合、特
に有効である。
【００１７】ここで、三次元像２２を表示するための三
次元像表示装置４１について説明する。図３は、三次元
像表示装置４１の概要を示す模式図を示すものである。
図３では、説明を簡単にするために、５枚の切断面像を
表示する例を示している。三次元像表示装置４１は、レ
ーザ光源４２，変調器４４，ＸＹ偏向器４５，制御コン
ピュータ４７，画像データメモリ４９，移動平面スクリ
ーン５１から基本的に構成されている。その動作は、ま
ず、表示したい三次元像データ４８（図３では球状物
体）を用意する。図３中の移動平面スクリーン５１は、
Ａの位置からＥの位置まで一定速度で移動し、瞬時にＡ
の位置に戻るという動作を繰り返す。移動平面スクリー
ン５１の各位置Ａ〜Ｅに対応した三次元像の切断面像
Ａ′〜Ｅ′を、制御コンピュータ４７によって変調器４
４およびＸＹ偏向器４５を制御し、レーザ光４６をラス
タスキャンにより移動平面スクリーン５１に順次投射し
ていく。この時、移動平面スクリーン５１の移動速度及
びレーザ光４６の走査速度が十分に高速で相互に同期を
とることによって、移動平面スクリーン５１の面積×移
動ストロークの空間に、眼の残像現象により三次元像５
０が表示できる。
次元像表示装置４１について説明する。図３は、三次元
像表示装置４１の概要を示す模式図を示すものである。
図３では、説明を簡単にするために、５枚の切断面像を
表示する例を示している。三次元像表示装置４１は、レ
ーザ光源４２，変調器４４，ＸＹ偏向器４５，制御コン
ピュータ４７，画像データメモリ４９，移動平面スクリ
ーン５１から基本的に構成されている。その動作は、ま
ず、表示したい三次元像データ４８（図３では球状物
体）を用意する。図３中の移動平面スクリーン５１は、
Ａの位置からＥの位置まで一定速度で移動し、瞬時にＡ
の位置に戻るという動作を繰り返す。移動平面スクリー
ン５１の各位置Ａ〜Ｅに対応した三次元像の切断面像
Ａ′〜Ｅ′を、制御コンピュータ４７によって変調器４
４およびＸＹ偏向器４５を制御し、レーザ光４６をラス
タスキャンにより移動平面スクリーン５１に順次投射し
ていく。この時、移動平面スクリーン５１の移動速度及
びレーザ光４６の走査速度が十分に高速で相互に同期を
とることによって、移動平面スクリーン５１の面積×移
動ストロークの空間に、眼の残像現象により三次元像５
０が表示できる。
【００１８】次に、上述の図２により例示した三次元投
写装置２１に用いられている伝達光学手段をなす反射型
ホログラム２５の作製について説明する。伝達光学手段
をなす反射型ホログラム２５は、第１の実施形態で伝達
光学手段５として用いた凹面鏡をホログラムとして作製
したものである。図４は、伝達光学手段をなす反射型ホ
ログラム２５の作製露光光学系６１の概要を示す模式図
である。ホログラム作製露光光学系６１は、レーザ光源
６２，対物レンズ６３，ピンホール６４，ホログラム感
光材料６５，ガラス基板６６，凹面鏡６７から基本的に
構成されている。レーザ光源６２は、三次元像表示装置
４１に用いたレーザ光源４２と同じ波長のレーザ光を出
力する。凹面鏡６７は、第１の実施形態で用いたものと
同じであって良い。ホログラム感光材料６５としては、
銀塩材料やフォトポリマー等が使用できる。
写装置２１に用いられている伝達光学手段をなす反射型
ホログラム２５の作製について説明する。伝達光学手段
をなす反射型ホログラム２５は、第１の実施形態で伝達
光学手段５として用いた凹面鏡をホログラムとして作製
したものである。図４は、伝達光学手段をなす反射型ホ
ログラム２５の作製露光光学系６１の概要を示す模式図
である。ホログラム作製露光光学系６１は、レーザ光源
６２，対物レンズ６３，ピンホール６４，ホログラム感
光材料６５，ガラス基板６６，凹面鏡６７から基本的に
構成されている。レーザ光源６２は、三次元像表示装置
４１に用いたレーザ光源４２と同じ波長のレーザ光を出
力する。凹面鏡６７は、第１の実施形態で用いたものと
同じであって良い。ホログラム感光材料６５としては、
銀塩材料やフォトポリマー等が使用できる。
【００１９】露光の過程を説明すると、レーザ光源６２
から出たレーザ光６８は、対物レンズ６３，ピンホール
６４を通り、発散光６９となってホログラム感光材料６
５に入射する。ホログラム感光材料６５は、ガラス基板
６６上に接着されている。ホログラム感光材料６５，ガ
ラス基板６６を透過した光は、凹面鏡６７で反射され、
収束光７０となる。ホログラム感光材料６５中で、発散
光６９と収束光７０が干渉し、ホログラム感光材料６５
中に干渉縞が記録される。すなわち、体積型ホログラム
が作製され、これを伝達光学手段をなす反射型ホログラ
ム２５として使用することになる。
から出たレーザ光６８は、対物レンズ６３，ピンホール
６４を通り、発散光６９となってホログラム感光材料６
５に入射する。ホログラム感光材料６５は、ガラス基板
６６上に接着されている。ホログラム感光材料６５，ガ
ラス基板６６を透過した光は、凹面鏡６７で反射され、
収束光７０となる。ホログラム感光材料６５中で、発散
光６９と収束光７０が干渉し、ホログラム感光材料６５
中に干渉縞が記録される。すなわち、体積型ホログラム
が作製され、これを伝達光学手段をなす反射型ホログラ
ム２５として使用することになる。
【００２０】次に、上述の図２に例示した三次元投射装
置２１に用いられている反射型投写ホログラムレンズ２
８，２８′の作製について説明する。反射型投写ホログ
ラムレンズ２８，２８′は、第１の実施形態の反射型投
写レンズ８，８′をホログラムにしたものである。図５
は、反射型投写ホログラムレンズの作製露光光学系８１
の概要を示す模式図である。反射型投写ホログラムレン
ズの作製露光光学系８１は、レーザ光源８２，対物レン
ズ８３，ピンホール８４，ホログラム感光材料８５，ガ
ラス基板８６，反射型投写レンズ８７から基本的に構成
されている。レーザ光源８２は、三次元像表示装置４１
に用いたレーザ光源４２と同じ波長のレーザ光を出力す
る。反射型投写レンズ８７は、第１の実施形態で用いた
反射型投写レンズ８，８′と同じものであって良い。
置２１に用いられている反射型投写ホログラムレンズ２
８，２８′の作製について説明する。反射型投写ホログ
ラムレンズ２８，２８′は、第１の実施形態の反射型投
写レンズ８，８′をホログラムにしたものである。図５
は、反射型投写ホログラムレンズの作製露光光学系８１
の概要を示す模式図である。反射型投写ホログラムレン
ズの作製露光光学系８１は、レーザ光源８２，対物レン
ズ８３，ピンホール８４，ホログラム感光材料８５，ガ
ラス基板８６，反射型投写レンズ８７から基本的に構成
されている。レーザ光源８２は、三次元像表示装置４１
に用いたレーザ光源４２と同じ波長のレーザ光を出力す
る。反射型投写レンズ８７は、第１の実施形態で用いた
反射型投写レンズ８，８′と同じものであって良い。
【００２１】露光の過程を説明すると、レーザ光源８２
から出たレーザ光８８は、対物レンズ８３，ピンホール
８４を通り、発散光８９となってホログラム感光材料８
５に入射する。ホログラム感光材料８５は、ガラス基板
８６上に接着されている。ホログラム感光材料８５，ガ
ラス基板８６を透過した光は、反射型投写レンズ８７で
反射され、収束光９０となる。ホログラム感光材料８５
中で、発散光８９と収束光９０が干渉し、ホログラム感
光材料８５中に干渉縞が記録される。すなわち、作製さ
れたホログラムは、体積型ホログラムであり、これを反
射型投写ホログラムレンズ２８，２８′として使用する
ことになる。
から出たレーザ光８８は、対物レンズ８３，ピンホール
８４を通り、発散光８９となってホログラム感光材料８
５に入射する。ホログラム感光材料８５は、ガラス基板
８６上に接着されている。ホログラム感光材料８５，ガ
ラス基板８６を透過した光は、反射型投写レンズ８７で
反射され、収束光９０となる。ホログラム感光材料８５
中で、発散光８９と収束光９０が干渉し、ホログラム感
光材料８５中に干渉縞が記録される。すなわち、作製さ
れたホログラムは、体積型ホログラムであり、これを反
射型投写ホログラムレンズ２８，２８′として使用する
ことになる。
【００２２】なお、第２の実施形態において、三次元像
表示装置４１に備わったレーザ光源４２を用いたが、白
色光源を使用することも可能である。ただし、第２の実
施形態のように、反射型投写ホログラムレンズ２８，２
８′および伝達光学手段をなす反射型ホログラム２５を
用いる構成で、白色光源を用いる場合には、レーザ光源
を用いた場合と比較して、三次元像を投写する位置に依
存して、像がボケてしまうということが生じる。すなわ
ち、三次元像を投写する位置を、像のボケが小さい範囲
に限定するような構成で、白色光源を使用することがで
きる。さらに、第２の実施の形態において、反射型投写
ホログラムレンズ２８，２８′および伝達光学手段をな
す反射型ホログラム２５を用いたが、どちらか一方を第
１の実施形態で用いた反射型投写レンズ８，８′または
伝達光学手段（凹面鏡）５に代えることも可能である。
この場合も、光源として、白色光源，レーザ光源のどち
らでも使用可能であるが、白色光源を使用する場合に
は、上記のように三次元像がボケてしまうこともあるの
で、三次元像を投写する位置を、像のボケが小さい範囲
に限定する必要がある。
表示装置４１に備わったレーザ光源４２を用いたが、白
色光源を使用することも可能である。ただし、第２の実
施形態のように、反射型投写ホログラムレンズ２８，２
８′および伝達光学手段をなす反射型ホログラム２５を
用いる構成で、白色光源を用いる場合には、レーザ光源
を用いた場合と比較して、三次元像を投写する位置に依
存して、像がボケてしまうということが生じる。すなわ
ち、三次元像を投写する位置を、像のボケが小さい範囲
に限定するような構成で、白色光源を使用することがで
きる。さらに、第２の実施の形態において、反射型投写
ホログラムレンズ２８，２８′および伝達光学手段をな
す反射型ホログラム２５を用いたが、どちらか一方を第
１の実施形態で用いた反射型投写レンズ８，８′または
伝達光学手段（凹面鏡）５に代えることも可能である。
この場合も、光源として、白色光源，レーザ光源のどち
らでも使用可能であるが、白色光源を使用する場合に
は、上記のように三次元像がボケてしまうこともあるの
で、三次元像を投写する位置を、像のボケが小さい範囲
に限定する必要がある。
【００２３】ここで、上記した実施の形態に関し、さら
に、考慮される点を以下に記述する。上記第２の実施形
態では、１個（１波長）のレーザ光源しか使用していな
いため、観察できる三次元像は、モノクロ画像となる
が、これをカラー化するためには、赤，青，緑の３つの
レーザ光源と、赤，青，緑に感光するホログラム感光材
料を用いて作製された伝達光学手段をなす反射型ホログ
ラムスと反射型投写ホログラムレンズを使用すればよ
い。また、第１及び第２の実施形態において、静止した
物体２または三次元像２２に代って、予め物体を連続し
て撮影した多数のホログラムを時系列で切り替える手段
を用いることにより、映画と同じ原理で三次元像の動画
の観察が可能となる。
に、考慮される点を以下に記述する。上記第２の実施形
態では、１個（１波長）のレーザ光源しか使用していな
いため、観察できる三次元像は、モノクロ画像となる
が、これをカラー化するためには、赤，青，緑の３つの
レーザ光源と、赤，青，緑に感光するホログラム感光材
料を用いて作製された伝達光学手段をなす反射型ホログ
ラムスと反射型投写ホログラムレンズを使用すればよ
い。また、第１及び第２の実施形態において、静止した
物体２または三次元像２２に代って、予め物体を連続し
て撮影した多数のホログラムを時系列で切り替える手段
を用いることにより、映画と同じ原理で三次元像の動画
の観察が可能となる。
【００２４】また、第１の実施形態において、物体２
は、伝達光学手段５と投写光学系４との間に配置してい
るため、三次元像９，９′は、物体２よりも大きく拡大
投写されるが、物体２を投写光学系４から伝達光学手段
５よりも遠い位置に配置することにより、縮小投写も可
能である。同様に、第２の実施形態においても、三次元
像２２を投写光学系２４から伝達光学手段をなす反射型
ホログラム２５よりも遠い位置に配置することにより、
縮小投写が可能である。
は、伝達光学手段５と投写光学系４との間に配置してい
るため、三次元像９，９′は、物体２よりも大きく拡大
投写されるが、物体２を投写光学系４から伝達光学手段
５よりも遠い位置に配置することにより、縮小投写も可
能である。同様に、第２の実施形態においても、三次元
像２２を投写光学系２４から伝達光学手段をなす反射型
ホログラム２５よりも遠い位置に配置することにより、
縮小投写が可能である。
【００２５】以上説明したように、本発明の三次元像投
写装置によれば、広い視域から三次元像を観察すること
ができ、また、視差以外の立体視機構である眼の焦点調
節等の機能を用いて三次元像を観察できる。すなわち、
眼の疲労が少なく、比較的長時間の観察も可能となる。
写装置によれば、広い視域から三次元像を観察すること
ができ、また、視差以外の立体視機構である眼の焦点調
節等の機能を用いて三次元像を観察できる。すなわち、
眼の疲労が少なく、比較的長時間の観察も可能となる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、本発明の三次元像投写装置によって、以下
の効果を奏する。 請求項１の効果：反射型投写レンズが、各々により投写
した複数の三次元像を同位置に同じ倍率で、各像の形成
域が連続して結像するように構成されていることによ
り、レンズ口径がそれほど大きくない安価な投写レンズ
で、広い視域から三次元像を観察することができる。ま
た、三次元物体と同じ情報をもつ三次元像であるため、
視差以外の立体視機構である目の焦点調節等の機能を用
いて三次元像を観察できる。すなわち、眼の疲労が少な
く、比較的長時間の観察も可能となる。
ているので、本発明の三次元像投写装置によって、以下
の効果を奏する。 請求項１の効果：反射型投写レンズが、各々により投写
した複数の三次元像を同位置に同じ倍率で、各像の形成
域が連続して結像するように構成されていることによ
り、レンズ口径がそれほど大きくない安価な投写レンズ
で、広い視域から三次元像を観察することができる。ま
た、三次元物体と同じ情報をもつ三次元像であるため、
視差以外の立体視機構である目の焦点調節等の機能を用
いて三次元像を観察できる。すなわち、眼の疲労が少な
く、比較的長時間の観察も可能となる。
【００２７】請求項２の効果：請求項１の効果に加え
て、対象物体とそれを照明する手段により三次元像を生
成するようにし、実在物により請求項１における状態を
具体化することが可能である。
て、対象物体とそれを照明する手段により三次元像を生
成するようにし、実在物により請求項１における状態を
具体化することが可能である。
【００２８】請求項３の効果：請求項１の効果に加え
て、三次元像の光生成手段が、三次元像表示手段である
ことより、コンピュータ等に取り込んだ実際の三次元物
体のデータや、コンピュータで作成した三次元像のデー
タから、三次元像を再構成し、観察することができる。
また、三次元表示手段に表示する三次元像を時系列に書
き換えることにより、テレビと同じ原理で、三次元像の
動画の観察が可能となる。
て、三次元像の光生成手段が、三次元像表示手段である
ことより、コンピュータ等に取り込んだ実際の三次元物
体のデータや、コンピュータで作成した三次元像のデー
タから、三次元像を再構成し、観察することができる。
また、三次元表示手段に表示する三次元像を時系列に書
き換えることにより、テレビと同じ原理で、三次元像の
動画の観察が可能となる。
【００２９】請求項４の効果：請求項３の効果に加え
て、三次元像表示手段が、予め物体を撮影したホログラ
ムを備えて構成されていることにより、実際に物体がな
くても、その三次元像が観察でき、小型化が可能とな
る。また、連続して撮影した多数のホログラムを時系列
で切り替えることにより、映画と同じ原理で、三次元像
の動画の観察が可能となる。
て、三次元像表示手段が、予め物体を撮影したホログラ
ムを備えて構成されていることにより、実際に物体がな
くても、その三次元像が観察でき、小型化が可能とな
る。また、連続して撮影した多数のホログラムを時系列
で切り替えることにより、映画と同じ原理で、三次元像
の動画の観察が可能となる。
【００３０】請求項５の効果：請求項３の効果に加え
て、三次元像表示手段が、２次元像表示手段を変位させ
ながら、三次元像を構成する複数の断面像を順次表示す
ることで三次元像を表示する手段から構成されているこ
とにより、コンピュータ等に取り込んだ実際の三次元物
体のデータや、コンピュータで作成した三次元像のデー
タから、三次元像を再構成し、観察することができる。
て、三次元像表示手段が、２次元像表示手段を変位させ
ながら、三次元像を構成する複数の断面像を順次表示す
ることで三次元像を表示する手段から構成されているこ
とにより、コンピュータ等に取り込んだ実際の三次元物
体のデータや、コンピュータで作成した三次元像のデー
タから、三次元像を再構成し、観察することができる。
【００３１】請求項６の効果：請求項１ないし５の効果
に加えて、反射型投写レンズがホログラムに代表される
回折型光学素子であることにより、投写レンズが平面上
に構成でき、小型化とともに連続して多数並べることが
容易になる。すなわち、各投写レンズを密着または一部
重ねて配置することが可能となり、連続した広い視域が
得られる。
に加えて、反射型投写レンズがホログラムに代表される
回折型光学素子であることにより、投写レンズが平面上
に構成でき、小型化とともに連続して多数並べることが
容易になる。すなわち、各投写レンズを密着または一部
重ねて配置することが可能となり、連続した広い視域が
得られる。
【００３２】請求項７の効果：請求項１ないし６の効果
に加えて、伝達光学手段が凹面鏡であることにより、波
長依存性のない、収差の小さい高品質のカラー三次元像
が観察できる。
に加えて、伝達光学手段が凹面鏡であることにより、波
長依存性のない、収差の小さい高品質のカラー三次元像
が観察できる。
【００３３】請求項８の効果：請求項１ないし６の効果
に加えて、伝達光学手段がホログラムに代表される回折
型光学素子であることにより、大きなものでも安価に作
製（複製）することができる。また、多重露光ホログラ
ムにより、より広い視域が得られる。
に加えて、伝達光学手段がホログラムに代表される回折
型光学素子であることにより、大きなものでも安価に作
製（複製）することができる。また、多重露光ホログラ
ムにより、より広い視域が得られる。
【図１】本発明の三次元像投写装置の第１の実施形態の
概略図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図を示すもの
である。
概略図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図を示すもの
である。
【図２】本発明の三次元像投写装置の第２の実施形態の
概略図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図を示すもの
である。
概略図で、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が側面図を示すもの
である。
【図３】本発明の三次元像投写装置の第２の実施形態に
使用する三次元像表示装置の概略図を示すものである。
使用する三次元像表示装置の概略図を示すものである。
【図４】本発明の三次元像投写装置に使用する伝達光学
手段をなす反射型ホログラム作製用の製露光光学系を示
す図である。
手段をなす反射型ホログラム作製用の製露光光学系を示
す図である。
【図５】本発明の三次元像投写装置に使用する反射型投
写ホログラムレンズ作製用の露光光学系を示す図であ
る。
写ホログラムレンズ作製用の露光光学系を示す図であ
る。
【図６】従来の再帰性反射スクリーンを用いた三次元像
投写装置の構成の概略を示す図である。
投写装置の構成の概略を示す図である。
【図７】従来の凹面鏡のホログラムを用いた三次元像投
写装置の構成の概略を示す図である。
写装置の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】 １，２１，１０１，１１１…三次元像投写装置、２，２
２…物体、３，１１２…光源、４，２４…投写光学系、
５…伝達光学手段、６，６′，１０３，１１５…投写レ
ンズ、７，７′…ミラー、８，８′，８７…反射型投写
レンズ、９，９′，２９，２９′，５０，１０８，１１
７，１１８，１１９…三次元像、１０，１０′，３０，
３０′…視域、１１，１１′，３１，３１′…眼、２５
…伝達光学手段をなす反射型ホログラム、２８，２８′
…反射型投写ホログラムレンズ、４１…三次元像表示装
置、４２，６２，８２…レーザ光源、４３，４６，６
８，８８…レーザ光、４４…変調器、４５…ＸＹ偏向
器、４７…制御コンピュータ、４８…三次元像データ、
４９…画像メモリ、５１…移動平面スクリーン、６３，
８３…対物レンズ、６４，８４…ピンホール、６５，８
５…ホログラム感光材料、６６，８６…ガラス基板、６
７…凹面鏡、６９，８９…発散光、７０，９０…収束
光、１０２…ＬＣＤ、１０４…フレネルレンズ、１０５
…凸面鏡、１０６…再帰性反射スクリーン、１０７，１
２０，１２１…観察者、１１３…ホログラム、１１４…
ホログラム再生像、１１６…スクリーン。
２…物体、３，１１２…光源、４，２４…投写光学系、
５…伝達光学手段、６，６′，１０３，１１５…投写レ
ンズ、７，７′…ミラー、８，８′，８７…反射型投写
レンズ、９，９′，２９，２９′，５０，１０８，１１
７，１１８，１１９…三次元像、１０，１０′，３０，
３０′…視域、１１，１１′，３１，３１′…眼、２５
…伝達光学手段をなす反射型ホログラム、２８，２８′
…反射型投写ホログラムレンズ、４１…三次元像表示装
置、４２，６２，８２…レーザ光源、４３，４６，６
８，８８…レーザ光、４４…変調器、４５…ＸＹ偏向
器、４７…制御コンピュータ、４８…三次元像データ、
４９…画像メモリ、５１…移動平面スクリーン、６３，
８３…対物レンズ、６４，８４…ピンホール、６５，８
５…ホログラム感光材料、６６，８６…ガラス基板、６
７…凹面鏡、６９，８９…発散光、７０，９０…収束
光、１０２…ＬＣＤ、１０４…フレネルレンズ、１０５
…凸面鏡、１０６…再帰性反射スクリーン、１０７，１
２０，１２１…観察者、１１３…ホログラム、１１４…
ホログラム再生像、１１６…スクリーン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｈ 1/22 Ｇ０３Ｈ 1/22 Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04
Claims (8)
- 【請求項１】 対象を三次元としてその光学像の形成に
関与する光を生成する光生成手段と、該光生成手段から
生成される光によって作られる光学像を投写する投写光
学手段と、該投写光学手段に作用した光学像をそれぞれ
の視域に向けて指向させる伝達光学手段を有する三次元
像投写装置において、前記投写光学手段を複数の反射型
の投写レンズとするとともに、該投写レンズにより投写
され結像される各三次元光学像が同じ位置で同じ倍率に
なり各像の形成域が連続するように構成されたことを特
徴とする三次元像投写装置。 - 【請求項２】 前記光生成手段として、対象物体と、該
対象物体を照明する照明手段とを備えるようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の三次元像投写装置。 - 【請求項３】 前記光生成手段として、三次元像表示手
段を備えるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
三次元像投写装置。 - 【請求項４】 前記三次元像表示手段が、三次元像を再
生すべく用意されたホログラムを備えるようにしたこと
を特徴とする請求項３記載の三次元像投写装置。 - 【請求項５】 前記三次元像表示手段として、２次元像
表示手段を変位させながら、三次元像を構成する複数の
断面像を該変位に応じて順次表示することにより、三次
元像を表示するものを備えるようにしたことを特徴とす
る請求項３記載の三次元像投写装置。 - 【請求項６】 前記反射型の投写レンズの少なくとも一
方をホログラム等の回折型光学素子としたことを特徴と
する請求項１ないし５のいずれかに記載の三次元像投写
装置。 - 【請求項７】 前記伝達光学手段を凹面鏡としたことを
特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の三次元
像投写装置。 - 【請求項８】 前記伝達光学手段をホログラム等の回折
型光学素子としたことを特徴とする請求項１ないし６の
いずれかに記載の三次元像投写装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19659896A JP3270332B2 (ja) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | 三次元像投写装置 |
| US08/859,563 US6062693A (en) | 1996-07-25 | 1997-05-20 | Three-dimensional image projecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19659896A JP3270332B2 (ja) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | 三次元像投写装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1039255A JPH1039255A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3270332B2 true JP3270332B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=16360414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19659896A Expired - Fee Related JP3270332B2 (ja) | 1996-07-25 | 1996-07-25 | 三次元像投写装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6062693A (ja) |
| JP (1) | JP3270332B2 (ja) |
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