JP3274811B2 - 三次元像投写装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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、拡大投写する三次元像をスクリ
ーンより飛び出させつつボケの少ない像を観察できるよ
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としては、特開
平５−１０７５０４号公報及びSPIE,Vol.120,Three-Dim
ensional Imaging(1977),pp.127-144,"PROGRESS ON THE
HOLOGRAPHIC MOVIE PROCESS IN THE USSR"等に開示さ
れている。

【０００３】図１４は、特開平５−１０７５０４号公報
に記載された三次元像表示装置の構成の概略を示す図で
ある。図１４に示すように、この三次元像投写装置１０
１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。
これらの三次元像投写装置１０１によって得られる三次
元像１０８は左右の眼で異なる視差像を視認するいわゆ
るステレオグラムである。

【０００４】図１５は、SPIE,Vol.120,Three-Dimension
al Imaging(1977),pp.127-144,"PROGRESS ON THE HOLOG
RAPHIC MOVIE PROCESS IN THE USSR"に開示されている
三次元像投写装置の構成の概略を示す図である。この三
次元像投写装置１１１は、図１５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から
成り、三次元像１１７をさらにこのスクリーン１１６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１５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。

【０００５】図１５に示した三次元像投写装置１１１で
は、観察者１２０が観察窓Ｂから三次元像１１８を、観
察者１２１が観察窓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。ここで、スクリーン１１６は回折型光学素子である
ので波長分散をもっており、白色光を用いる場合に色収
差により像がボケる。この効果は像をスクリーン近傍に
結像させる場合は少ないが、像をスクリーンよりも観察
者側に飛び出させるようにすると、大きくなり像はボケ
て非常に見にくくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の三次元像投写装置のうち特開平５−１０７５０４
号公報に開示されたものについては、原理的にステレオ
グラムによる立体視を利用したもので、即ち視差を利用
したものであり、他の立体視機構である調節等の機構を
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。

【０００７】一方、SPIE,Vol.120,Three-Dimensional I
maging(1977),pp.127-144,"PROGRESS ON THE HOLOGRAPH
IC MOVIE PROCESS IN THE USSR"に開示されている従来
の三次元像投写装置については、物体の実像を観察する
ものであり、従って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。しかしながら、白色光を
照明光として用いる場合には、実像の位置がスクリーン
近傍に限定されるため、実像をスクリーンより手前に飛
び出させるとスクリーンの色収差によって像がボケてし
まい非常に見にくくなる。また、レーザ光での照明では
実像をスクリーンから手前に飛び出させて表示しても色
収差によるボケはないが、レーザ光源は非常に高価であ
り、眼にとっても危険である。

【０００８】さらに、安価で安全な白色光を用いて、ス
クリーン１１６に像を投影する場合には、ホログラムの
色収差のために像はスクリーン近傍に作らなければなら
ない。換言するとスクリーンより飛び出した迫力ある映
像の表示が出来ないのである。また、この方式の空間に
実像を形成し、その像を直接視認するタイプの三次元表
示装置では、像が空間のどの位置に形成されているのか
観察者によってばらつく場合がある。この原因として
は、形成されている像は光線によって作られているので
背景が透けて見えてしまう場合があり、透けた向こう側
のもの（例えばスクリーン）も見えてしまい、観察者は
ピントをどこに合わせて良いのかわからなくなってしま
うという問題点が挙げられる。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、レーザ光を用いなくとも安
全で安価な白色光を用いて、スクリーン手前に飛び出さ
せるような立体拡大像を視認することができ、しかも、
その再生像がホログラム等の回折型光学素子の色収差に
よるボケの少ない鮮明な像とすることが可能な三次元像
投写装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明では、被写体と、白色光を発
生する照明手段と、反射型投写レンズの機能を有するホ
ログラム等の一つ又は複数の回折型光学素子と、凹面鏡
の機能を有するホログラム等の回折型光学素子とから成
り、前記被写体の拡大像を表示する三次元像投写装置に
おいて、被写体、反射型投写レンズの機能を有するホロ
グラム等の一つ又は複数の回折型光学素子、及び凹面鏡
の機能を有するホログラム等の回折型光学素子のそれぞ
れを、拡大像の色収差によるボケが少なくなるように配
置して構成している。

【００１１】すなわち、本発明は、被写体と白色光を発
生する照明手段と、反射型投写レンズの機能を有するホ
ログラム等の回折型光学素子と、凹面鏡の機能を有する
ホログラム等の回折型光学素子とから構成されており、
被写体の立体拡大像を空中に形成するものである。そし
て、白色光照明を用いても前記拡大像の色収差によるボ
ケが少なくなるように、前記投写物体と前記反射型投写
レンズの機能を有するホログラム等の回折型光学素子と
凹面鏡の機能を有するホログラム等の回折型光学素子の
配置位置を決定して、立体拡大像を空中に飛び出して表
示するように構成している。

【００１２】さらに、請求項２に記載の発明では、上記
の三次元像投写装置において、凹面鏡の機能を有するホ
ログラム等の回折型光学素子によって、投写レンズの機
能を有するホログラム等の一つ又は複数の回折型光学素
子で発生する色分散をなくすような拡大像の結像位置と
なるように、被写体、反射型投写レンズの機能を有する
ホログラム等の一つ又は複数の回折型光学素子、及び凹
面鏡の機能を有するホログラム等の回折型光学素子のそ
れぞれを配置して構成している。

【００１３】すなわち、本発明は、投写レンズの機能を
有するホログラム等の回折型光学素子で発生する色分散
を、凹面鏡の機能を有するホログラム等の回折型光学素
子によってなくすように、立体拡大像をスクリーンより
飛び出させた領域に結像させたものである。

【００１４】また、請求項３に記載の発明では、上記の
三次元像投写装置において、反射型投写レンズの機能を
有するホログラム等の一つ又は複数の回折型光学素子を
ホログラムにより構成し、かつ凹面鏡の機能を有するホ
ログラム等の回折型光学素子をホログラムにより構成
し、被写体からの反射光が反射型投写レンズの機能を有
する一つ又は複数のホログラムにより更に反射されて凹
面鏡の機能を有するホログラムに入射されるように配置
し、凹面鏡の機能を有するホログラムからの距離が下記
の式で表される位置の近傍に前記拡大像を形成するよう
に構成している。 Ｌ₃'／tan[３６０°−θ_i2] （但し、 θ_i2＝１８０°−arcsin[sinθ_i1＋(λ₊／λ₀)×(sinθ
_o2−sinθ_r2)]， θ_i1＝arcsin[(λ₊／λ₀)×sin(３６０°−θ)]＋３６
０°， θ_o2＝１８０°−arctan[ｚ₁／Ｌ₄]， ｚ₁＝Ｌ₃'×cosθ×tan[(３６０°−θ_i1)]＋Ｌ３'×si
nθ， θ_r2＝２７０°＋arctan[Ｌ₃×cosθ／(ｚ₁−Ｌ₃×sin
θ)]， であり、上式のパラメーターのＬ₃，Ｌ₄，Ｌ₃'，θ，λ
₀，λ₊は、下記のとおりである。Ｌ₃は、凹面鏡の機能
を有するホログラムを作成する際の２つのレーザ光束の
うちホログラム記録材料の表面から入射角θで入射する
発散球面波の発散点までのホログラム記録材料からの距
離である。Ｌ₄は、凹面鏡の機能を有するホログラムを
作成する際の２つのレーザ光束のうちホログラム感光材
料の裏面から垂直に入射する収束球面波の収束点までの
ホログラム記録材料からの距離である。Ｌ₃'は、反射型
投写レンズの機能を有する一つ又は複数のホログラムと
凹面鏡の機能を有するホログラムとの間の距離である。
θは、反射型投写レンズの機能を有する一つ又は複数の
ホログラムと凹面鏡の機能を有するホログラムとのいず
れかのホログラムを作成する際の一方のレーザ光束の入
射角である。λ₀は、反射型投写レンズの機能を有する
一つ又はホログラムの反射スペクトルの中心波長であ
る。λ₊は、反射型投写レンズの機能を有する一つ又は
ホログラムの反射スペクトルの全半値幅の２分の１をλ
₀に加えた値である。）すなわち、本発明は、反射型投
写レンズの機能を有するホログラムと凹面鏡の機能を有
するホログラムとの配置関係を定め、立体拡大像の形成
位置を決定したものである。

【００１５】また、請求項４に記載の発明では、上記の
三次元像投写装置において、被写体を実物体としてい
る。すなわち、本発明は、被写体を実物体とし、実物体
の立体拡大像を観察できるようにしたものである。

【００１６】また、請求項５に記載の発明では、上記の
三次元像投写装置において、被写体を三次元像表示装置
による三次元像としている。すなわち、本発明は、被写
体を三次元像表示装置によって得られる光学像とし、光
学像の立体拡大像を観察できるよにしたものである。

【００１７】また、請求項６に記載の発明では、上記の
三次元像投写装置において、拡大像の近傍に実物体を配
置して構成している。すなわち、拡大像形成位置付近に
距離感の比較のために実物体を配置し、拡大像である実
像がその実物体付近にあると心理的に思わせ、再生像へ
の目のピント合わせが容易に行われるようにしたもので
ある。

【００１８】また、請求項７に記載の発明では、上記の
三次元像投写装置において、拡大像全体を覆う様な透明
の材質からなる箱体を設けて構成している。すなわち、
拡大像形成位置付近を覆うように、透明な材質からなる
箱体を配置し、その箱体の中に拡大像である実像がある
と心理的に観察者に思わせ、再生像への目のピント合わ
せが容易に行われるようにしたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

〔第１の実施の形態〕以下、本発明の第１の実施の形態
について、図１〜図１７を参照して説明する。図１は、
本発明の第１の実施の形態の三次元像投写装置１の概略
構成を示す模式図である。図１において、三次元像投写
装置１は、被写体である投写物体３と、白色光を発生す
る照明手段２と、反射型投写レンズの機能を有するホロ
グラム（以下、反射型投写レンズホログラムと記載す
る）４と、凹面鏡の機能を有するホログラム（以下、凹
面鏡のホログラムと記載する）５とからから基本的に構
成されている。ここで、投写物体３としては、プラステ
ィック製の置物を使用した。

【００２０】反射型投写レンズホログラム４の作成は、
図２に示すように、基本的に、ホログラム記録材料１０
の一方の面に発散球面波８を入射させ、ホログラム記録
材料１０の他面に収束球面波９を入射させるというもの
である。実際の反射型投写レンズホログラム４の作成で
は、プロジェクター等の性能の良い投写レンズの裏側に
ミラーを張り付けデニシュークの方法により反射型リッ
プマンホログラムを作成した。

【００２１】また、凹面鏡のホログラム５、図３に示す
ように、基本的に、ホログラム記録材料１３の一方の面
に収束球面波１１を入射させ、ホログラム記録材料１３
の他面に発散球面波１２を入射させるというものであ
る。凹面鏡のホログラム５についても、実際の作成で
は、実際の凹面鏡とホログラム記録材料とを近づけデニ
シュークの方法で作成した。

【００２２】なお、図２、３において、ホログラム記録
材料１０、１３の配置方向や、発散球面波８、１２及び
収束球面波９、１３の入射角度等は、図１に対応させて
いるものである。

【００２３】次いで、図１を用いて、三次元像投写装置
１の動作を説明する。まず、照明手段２によって白色照
明された投写物体３は、反射型投写レンズホログラム４
によって凹面鏡のホログラム５の方向に結像投写され、
さらに凹面鏡のホログラム５によって反射され凹面鏡の
ホログラム５から離れた位置に拡大像６である三次元像
（実像）を形成する。したがって、拡大像６は、反射型
投写レンズホログラム４と凹面鏡のホログラム５によっ
て結像された三次元像である。この拡大像６は、観察領
域７から観察することができる。この観察領域７は、凹
面鏡のホログラム５による反射型投写レンズホログラム
４の出射瞳の実像が結像される領域である。

【００２４】ここで、図１において、反射型投写レンズ
ホログラム４と凹面鏡のホログラム５を固定し、投写物
体３を反射型投写レンズホログラム４の光軸に沿って動
した場合について説明する。投写物体３を反射型投写レ
ンズホログラム４に近づけると、再生像（拡大像）６は
凹面鏡のホログラム５からより離れる位置に作られる。
また、それとは逆に、投写物体３を反射型投写レンズホ
ログラム４から離れる方向に移動すると、再生像（拡大
像）６は凹面鏡のホログラム５により近づいた位置に作
られる。このように、投写物体３を移動させ、拡大像６
の作られる位置を、凹面鏡のホログラム５付近からはじ
め凹面鏡のホログラム５から離れて行くように変えてや
ると、はじめ色収差によりボケていた拡大像６は、ある
位置で色収差によるボケが少なくなり非常に鮮明な像と
なる。この位置から拡大像６を凹面鏡のホログラム５か
ら離すと再度、色収差によるボケが発生する。

【００２５】従って、投写物体３を動かして、拡大像６
のボケが一番少ない所に固定することにより、白色光照
明でも、投写スクリーンである凹面鏡のホログラム５か
ら飛び出した迫力のある拡大像が得られる三次元像投写
装置１を実現することができる。

【００２６】以下に、上記のような色収差の少ない拡大
像が得られるメカニズムについて説明する。なお、ここ
では、図１において、近似として反射型投写レンズホロ
グラム４に入射する光として光軸のみを取り扱う。

【００２７】図４は、反射型レンズホログラム４から凹
面鏡のホログラム５に達する光の色分散について説明す
るための概念図である。この図４に示すように、リップ
マンホログラムは、結晶構造によるＸ線の回折と同様の
回折（Ｂｒａｇｇ回折）を示し、鋭い波長選択性を示
す。その波長幅は、ホログラムの厚さに依存するが一般
的に有限の幅を持っている。図４に示すように、反射型
投写レンズホログラム４で反射された光は色分散を起こ
し、反射スペクトルの長波長側はより大きい回折角を取
る。このように、反射型投写レンズホログラム４によっ
て反射された光は、色分散を起こして空間的に広がり、
凹面鏡のホログラム５へ入射する。

【００２８】そして、反射型投写レンズホログラム４か
らの光は、凹面鏡のホログラム５によって再び反射・回
折をするが、図４に示すように波長がλ₀（反射スペク
トルの中心波長＝ホログラム作成時のレーザ波長）とλ
₊（λ₀より長波長側）とλ_-（λ₀より短波長側）の光は
凹面鏡のホログラム５の異なる場所の干渉縞によって回
折を受ける。なお、λ₀は反射型投写レンズホログラム
の反射スペクトルの中心波長であり、λ₊は反射型投写
レンズホログラムの反射スペクトルの全半値幅の２分の
１をλ₀に加えた値であり、λ_-は反射型投写レンズホロ
グラムの反射スペクトルの全半値幅の２分の１をλ₀か
ら引いた値であり、これらは以降の説明でも同様のもの
とする。

【００２９】例えば、凹面鏡のホログラム５の作成光学
系を示した図５のＡの場所とＢの場所とでは作られる干
渉縞が異なり、その部分拡大図である図６に示すように
なる。従って、このことを考慮すれば凹面鏡のホログラ
ム５によるλ₊の光の回折角が計算でき、λ₊の光線が分
かる。また、λ₀の光は、光軸を進むので凹面鏡のホロ
グラム５の光軸を進むことになる。従って、凹面鏡のホ
ログラム５により反射されたされた光の色収差がなくな
る原理を示す概念図である図７に示すように、波長分散
によって分かれた光は再びある点において集光するので
ある。

【００３０】以上のことから、反射型投写レンズホログ
ラム４と投写物体３との距離を変えることにより、実像
形成位置を波長分散光が集まる点（図７において、凹面
鏡のホログラム５からＬ₁₁の位置）にすれば、ボケの少
ない明瞭な拡大像を視認することが出来る。以上の説明
は、反射型投写レンズホログラム４の光軸上の光線のみ
を扱った議論ではあるが、後述する数値計算の結果や実
験の結果は、上記近似がある範囲内の大きさの三次元物
体に対して成り立つことを支持している。

【００３１】以下に、上記の考えに基づく一例を示す。
ここでの計算は、それらの作成光学系を示すの図８と図
９によって作成した２つのホログラム（反射型投写レン
ズホログラム４と凹面鏡のホログラム５）を、その概略
構成を示す図１０の三次元像投写装置の配置にした場合
のものである。そして、図１０に示すように、反射型投
写レンズホログラム４の光軸から白色光を入射させ、波
長λ₀とλ₊についてその光線の進む方向を、以下のホロ
グラムの回折式に基づいて行ない、前述の図７に示す波
長λ₀と波長λ₊の光線の再集光点の位置（凹面鏡のホロ
グラム５からの距離Ｌ₁₁）を求めた。

【００３２】［ホログラム回折式］ sinθ_i＝sinθ_c＋(λ_c／λ_o)×(sinθ_r−sinθ_o) （但し、θ_rはホログラム作成時の参照光の入射角，θ_o
はホログラム作成時の物体光の入射角，θ_cはホログラ
ム再生時の照明光の入射角，θ_iはホログラム再生時の
再生光の出射角で、それぞれの角度の取り方は図１１に
従う。また、λ_oはホログラム作成時の参照光及び物体
光の波長（同一波長），λ_cはホログラム再生時の照明
光及び再生光の波長（同一波長）である。） パラメーターは、図９に示した凹面鏡のホログラム作成
時のＬ₃及びＬ₄、図８、図９、図１０に示したθ、図１
０に示したＬ₃'、λ₀、λ₊の計６つであり、それぞれ
は、下記のとおりである。

【００３３】Ｌ₃：凹面鏡のホログラムを作成する際の
２つのレーザ光束のうちホログラム記録材料の表面から
入射角θで入射する発散球面波の発散点までのホログラ
ム記録材料からの距離である。 Ｌ₄：凹面鏡のホログラムを作成する際の２つのレーザ
光束のうちホログラム感光材料の裏面から垂直に入射す
る収束球面波の収束点までのホログラム記録材料からの
距離である。 Ｌ₃'：三次元像投写装置を構成する反射型投写レンズホ
ログラムと凹面鏡のホログラムの間の距離である。 θ：上記ホログラムを作成する際の一方のレーザ光束の
入射角である。 λ₀：上記ホログラムの反射スペクトルの中心波長であ
る。 λ₊：上記ホログラムの反射スペクトルの全半値幅の２
分の１をλ₀に加えた値である。

【００３４】この結果は、下式（１）の通りである。

【００３５】 Ｌ₁₁＝Ｌ₃'／tan[３６０°−θ_i2] ・・・（１） （但し、 θ_i2＝１８０°−arcsin[sinθ_i1＋(λ₊／λ₀)×(sinθ
_o2−sinθ_r2)]， θ_i1＝arcsin[(λ₊／λ₀)×sin(３６０°−θ)]＋３６
０°， θ_o2＝１８０°−arctan[ｚ₁／Ｌ₄]， ｚ₁＝Ｌ₃'×cosθ×tan[(３６０°−θ_i1)]＋Ｌ３'×si
nθ， θ_r2＝２７０°＋arctan[Ｌ₃×cosθ／(ｚ₁−Ｌ₃×sin
θ)]， である。） 従って、上式（１）にＬ₃、Ｌ₄、θ、Ｌ₃'、λ₀、λ₊を
代入してＬ₁₁を求め、拡大像６が凹面鏡のホログラム５
からＬ₁₁離れた場所に作られるように、投写物体３を移
動させれば色収差によるボケの少ない鮮明な拡大像を得
ることができる。

【００３６】次に、計算機による光線追跡の数値計算の
具体例を示す。各パラメーターに使用した数値は図８、
図９、図１０の符号に従い、θ＝２４°，Ｌ₁＝２０ｃ
ｍ，Ｌ₂＝８０ｃｍ，Ｌ₃＝８０ｃｍ，Ｌ₄＝１７６０ｃ
ｍ，Ｌ₃＝７６ｃｍ，Ｌ₃'＝７０ｃｍとした。

【００３７】また、ホログラムによる反射スペクトルの
全半値幅Δλは２０ｎｍとした。上記条件において、反
射型投写レンズホログラム４と投写物体３の距離Ｌ１０
を変えることにより、拡大像（実像）が形成される位置
を、それぞれ、凹面鏡のホログラム５の面内、凹面
鏡のホログラム５から６０ｃｍ飛び出させた位置、凹
面鏡のホログラムから９０ｃｍ飛び出させた位置に対応
する場合の物体からの光線を追跡した結果を調べた。図
１２はに対応する光線追跡、図１４はに対応する光
線追跡、図１６はに対応する光線追跡をそれぞれ示す
ものである。

【００３８】そして、図１３、図１５、及び図１７のそ
れぞれは、図１２（の光線追跡）、図１４（の光線
追跡）、及び図１６（の光線追跡）のそれぞれに対応
した実像形成面でのイメージダイヤグラムである。な
お、ここでのオリジナル像は、アルファベットの大文字
のＦ（平面画像）である。

【００３９】これらの図から分かるように、図１３及び
図１７は共に色収差によりボケている。これに対し
て、、上記の式（１）による実像形成の最適位置である
Ｌ₁₁＝６０ｃｍ（上記数値を式（１）に代入して求めた
値）の位置に像を形成した図１５では、色収差による像
のボケは殆どなく鮮明な像であることが分かる。

【００４０】なお、上記パラメーターに基づいて実際に
ホログラムを作成し、三次元実物体の投写実験を行った
が、結果は同じであり上記近似に基づく解釈は妥当であ
ることが判明した。このとき使用したホログラム感光材
料は、デュポン社製のフォトポリマーＨＲＦ７００Ｘ０
０１−２０である。そして、このホログラム感光材料の
厚みは２０μｍであり、作成したホログラムの反射スペ
クトルの全半値幅は２０ｎｍであった。

【００４１】なお、上記実施の形態の説明では、被投写
物体を実物体として説明したが、被投写物体を体積走査
型の三次元像表示装置による像や、予め物体を撮影した
ホログラムによる再生像等でもよい。以下に、このこと
について説明する。

【００４２】被投写物体が実物体の時もそうであが、物
体は奥行き方向に大きすぎると光軸方向での結像位置が
異なり、上記の最適結像位置からずれてしまい再生像の
前後がぼけてしまうことがある。したがって、物体の光
軸方向の長さは再生像のボケが小さい範囲に限定する必
要がある。このことは体積走査型の三次元像表示装置に
よる像を投写する場合でも同様であり、移動平面スクリ
−ンのストロ−ク長も再生像のボケが小さい範囲に限定
する必要がある。また、予め物体を撮影したホログラム
の再生像を用いる場合も同様に投写再生像のボケが小さ
い範囲にホログラム再生像の奥行き方向の長さを限定す
る必要がある。

【００４３】〔第２の実施の形態〕以下、本発明の第１
の実施の形態について、図１８を参照して説明する。図
１８は、本発明の三次元像投写装置の第２の実施の形態
の模式図で、（ａ）が側面図、（ｂ）が上面図である。

【００４４】図１８において、三次元像投写装置１’
は、被写体である投写物体３と照明手段（図示していな
い）と反射型投写レンズホログラム４ａ，４ｂ，４ｃと
凹面鏡のホログラム５から基本的に構成されている。こ
こで、反射型投写レンズホログラム４ａ，４ｂ，４ｃと
凹面鏡のホログラム５は、第１の実施形態で使用したも
のと同様のものである。

【００４５】次いで、装置の動作を説明する。三次元像
投写装置１’は、図１５の反射型投写レンズホログラム
４ａ，４ｃを除いては、上記第１の実施形態と同じであ
る。ただし、上記第１の実施の形態との違いは、反射型
レンズホログラムを複数とし、反射型投写レンズホログ
ラム４ａ，４ｃを、反射型投写レンズホログラム４ｂの
両側に配置したところである。反射型投写レンズホログ
ラム４ａ，４ｃは、反射型投写レンズホログラム４ｂと
同じものであり、投写物体３をさらに回り込んで見た部
分を、第１の実施の形態と同じ原理によって、空中に結
像させている。それぞれの反射型投写レンズホログラム
４ａ，４ｂ，４ｃによって投写される拡大像は、色収差
によるボケが最も少ない位置（第１の実施の形態のＬ１
１の位置）のほぼ同一位置に、同じ倍率で結像される。
図１５では、それらをまとめて拡大像６と表記した。

【００４６】それぞれの拡大像は、観察領域７ａ，７
ｂ，７ｃから観察することができる。反射型投写レンズ
ホログラム４ａで形成された拡大像は観察領域７ａから
観察でき、反射型投写レンズホログラム４ｂで形成され
た拡大像は観察領域７ｂから観察でき、反射型投写レン
ズホログラム４ｃで形成された拡大像は観察領域７ｃか
ら観察できる。

【００４７】ここで、観察領域７ａ，７ｂ，７ｃは、第
１の実施形態と同様に、それぞれ反射型投写レンズホロ
グラム４ａ，４ｂ，４ｃの凹面鏡ホログラム５による出
射瞳の実像が形成される領域である。それぞれの観察領
域の中に眼を置けば、各観察領域のなかで、拡大像が各
観察領域７ａ，７ｂ，７ｃにわたって連続して観察でき
る。

【００４８】ここで、反射型投写レンズホログラム４
ａ，４ｂ，４ｃは、平面形状であるので、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
型投写レンズホログラム４ａ，４ｂ，４ｃにより結像さ
れる各拡大像の形成域を連続させることが容易に実現で
きて、連続的な観察領域（観察領域７ａ，７ｂ，７ｃ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。

【００４９】以上の説明では、反射型投写レンズホログ
ラム３枚を、投写物体３に対して横方向に並べたが、反
射型投写レンズホログラムの枚数はこの限りでない。ま
た、配置方向も縦方向に並べ、観察領域を縦方向に延ば
すことも可能である。

【００５０】〔第３の実施の形態〕以下、本発明の第１
の実施の形態について、図１９を参照して説明する。本
実施の形態では、第１ないし第２の実施の形態で説明し
た実像視認タイプの三次元像投写装置において、その拡
大像の位置の個人差を無くすために、比較対象物である
実物体を再生像近くに配置するものである。

【００５１】図１９は、その一例であり、拡大像（実
像）１４の真下に、実物体である台１５を配置したもの
である。観察者には、拡大像（実像）１４である猫が実
物体である台１５の上に座っていると心理が働くので、
すべての観察者は拡大像１４が実物体である台１５の真
上にあると容易に理解出来るのである。

【００５２】また、図１９では、透明な材質で出来てい
る箱１６で拡大像１４を覆うように配置しているが、こ
うすることで観察者が箱の中に拡大像１４である猫が居
ると思い込み、観察者が拡大像１４の位置に容易に眼球
のピントを合わせることが出来るのである。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ光を用いなくとも白色光によってスクリーン手前
に飛び出させた立体拡大像を視認することが出来る。し
かも、その再生像はホログラムによる色収差によるボケ
のない鮮明な像とすることが可能である。

【００５４】また、再生像の形成位置付近に実物体を配
置したり、透明な材質で出来た箱を再生像を覆うように
配置することで、観察者は容易に再生像にピントを調節
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の三次元像投写装置
の第１の実施形態の基本構成を示す概略図である。

【図２】 図１の三次元像投写装置を構成する反射型投
写レンズホログラムの作成光学系を示す図である。

【図３】 図１の三次元像投写装置を構成する凹面鏡の
ホログラムの作成光学系を示す図である。

【図４】 図１の三次元像投写装置を構成する反射型投
写レンズホログラムによる色分散を説明するための図で
ある。

【図５】 図１の三次元像投写装置を構成する反射型投
写レンズホログラムの作成光学系において、反射型投写
レンズホログラム内部の干渉縞の様子を説明するための
図である。

【図６】 図１の三次元像投写装置を構成する反射型投
写レンズホログラムの内部の干渉縞の様子を説明するた
めの図である。

【図７】 図１の三次元像投写装置において、色収差を
なくすメカニズムを説明するための図である。

【図８】 図１の三次元像投写装置を構成する反射型投
写レンズホログラムの作成光学系の一例を説明するため
の図である。

【図９】 図１の三次元像投写装置を構成する凹面鏡の
ホログラムの作成光学系の一例を説明するための図であ
る。

【図１０】 図１の三次元像投写装置における構成要素
の配置の一例を示す図である。

【図１１】 ホログラムによる回折の式に用いる角度の
取り方について説明するための図である。。

【図１２】 図１の三次元像投写装置における光線追跡
の計算機実験の結果を説明するための図である。

【図１３】 図１２に対応した光線追跡の計算機実験の
結果を説明するための図である。

【図１４】 図１の三次元像投写装置における光線追跡
の計算機実験の結果を説明するための図である。

【図１５】 図１４に対応した光線追跡の計算機実験の
結果を説明するための図である。

【図１６】 図１の三次元像投写装置における光線追跡
の計算機実験の結果を説明するための図である。

【図１７】 図１６の光線追跡の計算機実験の結果を説
明するための図である。

【図１８】 本発明の第２の実施形態の三次元像投写装
置の基本構成を示す概略図であり、（ａ）が側面図であ
り、（ｂ）が上面図である。

【図１９】 本発明の三次元像投写装置における、再生
像への目のピント合わせの補助作用を持つ実物体と透明
な箱の配置を説明するための図である。

【図２０】 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。

【図２１】 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。

【符号の説明】

１，１’ 三次元像投写装置 ２ 照明装置 ３ 投写物体 ４，４ａ，４ｂ，４ｃ 反射型投写レンズホログラム ５ 凹面鏡のホログラム ６，１４ 拡大像（実像） ７，７ａ，７ｂ，７ｃ 観察領域 ８，１２ 発散球面波 ９，１１ 収束球面波 １０，１３ ホログラム記録材料 １５ 台 １６ 透明な箱

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体と、白色光を発生する照明手段
   と、反射型投写レンズの機能を有するホログラム等の一
   つ又は複数の回折型光学素子と、凹面鏡の機能を有する
   ホログラム等の回折型光学素子とから成り、前記被写体
   の拡大像を表示する三次元像投写装置において、 前記被写体、前記反射型投写レンズの機能を有するホロ
   グラム等の一つ又は複数の回折型光学素子、及び前記凹
   面鏡の機能を有するホログラム等の回折型光学素子のそ
   れぞれが、前記拡大像の色収差によるボケが少なくなる
   ように配置されて構成されたことを特徴とする三次元像
   投写装置。
2. 【請求項２】 前記凹面鏡の機能を有するホログラム等
   の回折型光学素子によって、前記投写レンズの機能を有
   するホログラム等の一つ又は複数の回折型光学素子で発
   生する色分散をなくすような前記拡大像の結像位置とな
   るように、前記被写体、前記反射型投写レンズの機能を
   有するホログラム等の一つ又は複数の回折型光学素子、
   及び前記凹面鏡の機能を有するホログラム等の回折型光
   学素子のそれぞれが配置されて構成されたことを特徴と
   する請求項１に記載の三次元像投写装置。
3. 【請求項３】 前記反射型投写レンズの機能を有するホ
   ログラム等の一つ又は複数の回折型光学素子をホログラ
   ムにより構成し、かつ前記凹面鏡の機能を有するホログ
   ラム等の回折型光学素子をホログラムにより構成し、前
   記被写体からの反射光が前記反射型投写レンズの機能を
   有する一つ又は複数のホログラムにより更に反射されて
   前記凹面鏡の機能を有するホログラムに入射されるよう
   に配置し、前記凹面鏡の機能を有するホログラムからの
   距離が下記の式で表される位置の近傍に前記拡大像を形
   成するように構成されたことを特徴とする請求項１もし
   くは２に記載の三次元像投写装置。 Ｌ₃'／tan[３６０°−θ_i2] （但し、 θ_i2＝１８０°−arcsin[sinθ_i1＋(λ₊／λ₀)×(sinθ
   _o2−sinθ_r2)]， θ_i1＝arcsin[(λ₊／λ₀)×sin(３６０°−θ)]＋３６
   ０°， θ_o2＝１８０°−arctan[ｚ₁／Ｌ₄]， ｚ₁＝Ｌ₃'×cosθ×tan[(３６０°−θ_i1)]＋Ｌ３'×si
   nθ， θ_r2＝２７０°＋arctan[Ｌ₃×cosθ／(ｚ₁−Ｌ₃×sin
   θ)]， であり、上式のパラメーターのＬ₃，Ｌ₄，Ｌ₃'，θ，λ
   ₀，λ₊は、下記のとおりである。Ｌ₃は、前記凹面鏡の
   機能を有するホログラムを作成する際の２つのレーザ光
   束のうちホログラム記録材料の表面から入射角θで入射
   する発散球面波の発散点までのホログラム記録材料から
   の距離である。Ｌ₄は、前記凹面鏡の機能を有するホロ
   グラムを作成する際の２つのレーザ光束のうちホログラ
   ム感光材料の裏面から垂直に入射する収束球面波の収束
   点までのホログラム記録材料からの距離である。Ｌ₃'
   は、前記反射型投写レンズの機能を有する一つ又は複数
   のホログラムと凹面鏡の機能を有するホログラムとの間
   の距離である。θは、前記反射型投写レンズの機能を有
   する一つ又は複数のホログラムと凹面鏡の機能を有する
   ホログラムとのいずれかのホログラムを作成する際の一
   方のレーザ光束の入射角である。λ₀は、前記反射型投
   写レンズの機能を有する一つ又はホログラムの反射スペ
   クトルの中心波長である。λ₊は、前記反射型投写レン
   ズの機能を有する一つ又はホログラムの反射スペクトル
   の全半値幅の２分の１をλ₀に加えた値である。）
4. 【請求項４】 前記被写体が実物体であることを特徴と
   する請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元像表
   示装置。
5. 【請求項５】 前記被写体が三次元像表示装置による三
   次元像であることを特徴とする請求項１から３のいずれ
   か１項に記載の三次元像表示装置。
6. 【請求項６】 前記拡大像の近傍に実物体を配置するこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の
   三次元像投写装置。
7. 【請求項７】 前記拡大像全体を覆う様な透明の材質か
   らなる箱体を設けたことを特徴とする請求項１から６の
   いずれか１項に記載の三次元像投写装置。