JP3341342B2 - Diffraction grating array and stereoscopic image display using the same - Google Patents

Diffraction grating array and stereoscopic image display using the same

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JP3341342B2
JP3341342B2 JP06888493A JP6888493A JP3341342B2 JP 3341342 B2 JP3341342 B2 JP 3341342B2 JP 06888493 A JP06888493 A JP 06888493A JP 6888493 A JP6888493 A JP 6888493A JP 3341342 B2 JP3341342 B2 JP 3341342B2
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、立体像を表示する回折
格子アレイおよびそれを用いた立体像表示装置に係り、
特に横方向のみに視差を持つ、または横方向・縦方向共
に視差を持つ立体像の表示が簡便にでき、かつ光学的に
も作製が容易で、しかも安価で大量生産が可能な回折格
子アレイおよびそれを用いた立体像表示装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffraction grating array for displaying a three-dimensional image and a three-dimensional image display device using the same.
In particular, a diffraction grating array capable of easily displaying a stereoscopic image having parallax only in the horizontal direction or having parallax in both the horizontal direction and the vertical direction, easily being optically produced, and being inexpensive for mass production. The present invention relates to a three-dimensional image display device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、平面状の基板の表面に、回折
格子からなる複数の微小なドットを配置することによ
り、回折格子パターンが形成されたディスプレイが多く
使用されてきている。この種の回折格子パターンを有す
るディスプレイを作製する方法としては、例えば“特開
昭60−156004号公報”に開示されているような
方法がある。この方法は、2光束干渉による微小な干渉
縞(以下、回折格子とする)を、そのピッチ、方向、お
よび光強度を変化させて、感光性フィルムに次々と露光
するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a display having a diffraction grating pattern formed by arranging a plurality of minute dots made of a diffraction grating on the surface of a flat substrate has been widely used. As a method for producing a display having this kind of diffraction grating pattern, there is a method disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-156004. In this method, minute interference fringes (hereinafter referred to as diffraction gratings) due to two-beam interference are sequentially exposed on a photosensitive film while changing the pitch, direction, and light intensity.

【0003】一方、最近では、例えば電子ビーム露光装
置を用い、かつコンピュータ制御により、平面状の基板
が載置されたX−Yステージを移動させて、基板の表面
に回折格子からなる複数の微小なドットを配置すること
により、ある絵柄の回折格子パターンが形成されたディ
スプレイを作製する方法が、本発明者によって提案され
てきている。その方法は、1988年11月25日にフ
ァイルされた“米国特許出願シリアル番号第276,4
69号”に開示されている。
On the other hand, recently, an XY stage on which a planar substrate is mounted is moved by using, for example, an electron beam exposure apparatus and under computer control, so that a plurality of minute The present inventor has proposed a method of manufacturing a display on which a diffraction grating pattern having a certain pattern is formed by arranging various dots. The method is described in “US Patent Application Serial No. 276,4, filed November 25, 1988.
No. 69 ".

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな作製方法によって作製されたディスプレイにおいて
は、回折格子パターンを有するディスプレイの絵柄とし
て、イメージスキャナ等で入力した画像、あるいはコン
ピュータ・グラフィックスにより作製された2次元的な
画像などが使用されている。このため、回折格子パター
ンによって表現される絵柄は、回折格子が配置されてい
る基板上の平面に位置するために、平面的(2次元的)
な絵柄しか表現することができず、立体的(3次元的)
な絵柄を表現できないという問題がある。
However, in a display manufactured by such a manufacturing method, an image input by an image scanner or the like or a computer graphic is used as a picture of a display having a diffraction grating pattern. A two-dimensional image is used. For this reason, since the pattern represented by the diffraction grating pattern is located on a plane on the substrate on which the diffraction grating is arranged, it is planar (two-dimensional).
3D (three-dimensional) that can express only natural patterns
There is a problem that it is not possible to express a simple pattern.

【0005】本発明は上記のような課題を解決するため
に成されたもので、横方向のみに視差を持つ、または横
方向・縦方向共に視差を持つ立体像の表示が簡便にで
き、かつ光学的にも作製が容易で、しかも安価で大量生
産が可能な回折格子アレイおよびそれを用いた立体像表
示装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and can easily display a stereoscopic image having parallax only in the horizontal direction or having parallax in both the horizontal and vertical directions. It is an object of the present invention to provide a diffraction grating array which is optically easy to manufacture, is inexpensive and can be mass-produced, and a three-dimensional image display device using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項1に記載の発明の回折格子アレイ
は、セルの内部で、回折格子の太さが段々細くかつ間隔
が段々狭くなるような回折格子が形成されており、光を
発散または集光する機能を有する回折格子セルを、平面
状の基板に複数個配列し、回折格子セルを、格子の勾配
が近い領域で空間的に横方向に分割し、この各分割領域
を各視差画像(1方向)のピクセルに対応させている。
In order to attain the above object, first, a diffraction grating array according to the first aspect of the present invention has a structure in which the thickness of the diffraction grating is gradually reduced inside the cell and the spacing is gradually reduced. A diffraction grating that narrows is formed, and a plurality of diffraction grating cells having a function of diverging or condensing light are arranged on a flat substrate, and the diffraction grating cells are spatially arranged in a region where the grating gradient is close. In the horizontal direction, each divided area is made to correspond to a pixel of each parallax image (one direction).

【0007】また、請求項3に記載の発明の立体像表示
装置は、立体像を表示する装置において、上記請求項1
に記載の回折格子アレイを基本デバイスとして備え、横
方向のみに視差を持つ立体像を表示するようにしてい
る。
[0007] A three-dimensional image display device according to a third aspect of the present invention is a device for displaying a three-dimensional image.
Is provided as a basic device to display a stereoscopic image having parallax only in the horizontal direction.

【0008】一方、請求項11に記載の発明の回折格子
アレイは、セルの内部で、回折格子の太さが段々細くか
つ間隔が段々狭くなるような回折格子が形成されてお
り、光を発散または集光する機能を有する回折格子セル
を、平面状の基板に複数個配列し、回折格子セルを、格
子の勾配および格子間隔が近い領域で空間的に横方向お
よび縦方向に分割し、この各分割領域を各視差画像(2
方向)のピクセルに対応させている。
On the other hand, in the diffraction grating array according to the present invention, a diffraction grating in which the thickness of the diffraction grating is gradually reduced and the interval is gradually reduced is formed inside the cell, and light is diverged. Alternatively, a plurality of diffraction grating cells having a function of condensing light are arranged on a planar substrate, and the diffraction grating cells are spatially divided in a horizontal direction and a vertical direction in a region where a gradient of the grating and a grating interval are close to each other. Each divided area is divided into each parallax image (2
Direction) pixels.

【0009】また、請求項13に記載の発明の立体像表
示装置は、立体像を表示する装置において、上記請求項
11に記載の回折格子アレイを基本デバイスとして備
え、横方向・縦方向共に視差を持つ立体像を表示するよ
うにしている。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image display apparatus for displaying a three-dimensional image, comprising the diffraction grating array according to the eleventh aspect as a basic device, and having a parallax in both the horizontal and vertical directions. Is displayed.

【0010】ここで、特に上記回折格子として、軸外結
像機能を有するフレネルゾーンプレートを用いる。
Here, in particular, a Fresnel zone plate having an off-axis imaging function is used as the diffraction grating.

【0011】また、上記回折格子セルの各分割領域にお
いて、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに
比例した面積の回折格子のみを基板に形成している。
In each divided region of the diffraction grating cell, only the diffraction grating having an area proportional to the brightness of the corresponding pixel of the corresponding parallax image is formed on the substrate.

【0012】さらに、上記回折格子セルの各分割領域に
おいて、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさ
に比例した面積のみを光が透過するように、基板表面に
遮光層または透光層を設けている。
Further, in each of the divided regions of the diffraction grating cell, a light-shielding layer or a light-transmitting layer is provided on the substrate surface so that light is transmitted only in an area proportional to the brightness of the corresponding pixel of the corresponding parallax image. ing.

【0013】一方、上記回折格子セルの各分割領域に対
応する位置の光の入射または出射の強度を空間光変調素
子によって制御することにより、立体像を表示できるよ
うにしている。
On the other hand, a three-dimensional image can be displayed by controlling the intensity of light incident or emitted at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell by a spatial light modulator.

【0014】また、上記回折格子セルの各分割領域に対
応する位置の光の波長を光周波数フィルターによって選
択することにより、フルカラーの画像を表示できるよう
にしている。
Further, a full-color image can be displayed by selecting a wavelength of light at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell by an optical frequency filter.

【0015】すなわち、上記格子間隔を下記式により計
算し、R,G,Bの各色に対応させた格子間隔を持つ回
折格子セル3個を1組とし、対応する視差画像の対応す
るピクセルのRの値に基づいて、R用のセルの各分割領
域に対応する位置の光の入射または出射の強度を空間光
変調素子によって制御し、Rの光の波長を光周波数フィ
ルターによって選択し、これをR,G,Bの各色、全視
差画像全ピクセルについて同様の操作をすることによ
り、フルカラーの立体像を表示できるようにしている。 λ=dx (sinβx −sinθx ) λ=dy (sinβy −sinθy ) (λ:光の波長、dx :格子間隔のX成分、dy :格子
間隔のY成分、θx :X−Z面内での入射角、θy :Y
−Z面内での入射角、βx :X−Z面内での回折角、β
y :Y−Z面内での回折角) また、上記回折格子セルの各分割領域において、対応す
る視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した面積
を空間光変調素子によって透過部とするようにしてい
る。
That is, the above-mentioned lattice spacing is calculated by the following equation, and three diffraction grating cells having lattice spacings corresponding to the respective colors of R, G and B are set as one set, and the R of the corresponding pixel of the corresponding parallax image is set. Based on the value of, the intensity of the light incident or emitted at the position corresponding to each divided region of the cell for R is controlled by the spatial light modulator, the wavelength of the light of R is selected by the optical frequency filter, and By performing the same operation for each color of R, G, and B and all pixels of all parallax images, a full-color stereoscopic image can be displayed. λ = d x (sinβ x -sinθ x) λ = d y (sinβ y -sinθ y) (λ: wavelength of light, d x: X component of the lattice spacing, d y: Y component of the lattice spacing, theta x: Incident angle in XZ plane, θ y : Y
-Angle of incidence in the Z plane, β x : diffraction angle in the XZ plane, β
y : diffraction angle in the YZ plane) In each of the divided regions of the diffraction grating cell, an area proportional to the brightness of the corresponding pixel of the corresponding parallax image is set as a transmission portion by the spatial light modulator. I have to.

【0016】さらに、上記回折格子セルの各分割領域に
おいて、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさ
に比例した透過率を空間光変調素子によって実現するよ
うにしている。
Further, in each of the divided regions of the diffraction grating cell, a transmissivity proportional to the brightness of the corresponding pixel of the corresponding parallax image is realized by the spatial light modulator.

【0017】[0017]

【作用】従って、請求項1および請求項3に記載の発明
の回折格子アレイおよびそれを用いた立体像表示装置に
おいては、横方向に視差のある立体像を、縦方向に広い
視域で観察することができる。
Therefore, in the diffraction grating array according to the first and third aspects of the present invention and the three-dimensional image display apparatus using the same, a three-dimensional image having parallax in the horizontal direction is observed in a wide viewing area in the vertical direction. can do.

【0018】この場合、光を発散または集光する機能を
有する回折格子を用いることにより、視域の領域分けが
任意に行なえ、また視点移動時に滑らかな立体感を感じ
させることができる。
In this case, by using a diffraction grating having a function of diverging or condensing light, it is possible to arbitrarily divide the viewing area and to give a smooth three-dimensional effect when the viewpoint moves.

【0019】また、請求項11および請求項13に記載
の発明の回折格子アレイおよびそれを用いた立体像表示
装置においては、横方向、縦方向共に視差のある立体像
を、縦方向、横方向に広い視域で観察することができ
る。
Further, in the diffraction grating array and the stereoscopic image display device using the same according to the present invention, a stereoscopic image having parallax in both the horizontal and vertical directions can be displayed in the vertical and horizontal directions. Can be observed in a wide viewing area.

【0020】この場合、光を発散または集光する機能を
有する回折格子を用いることにより、視域の領域分けが
任意に行なえ、また視点移動時に滑らかな立体感を感じ
させることができる。
In this case, by using a diffraction grating having a function of diverging or condensing light, it is possible to arbitrarily divide the viewing area and to give a smooth three-dimensional effect when the viewpoint is moved.

【0021】一方、回折格子セルの各分割領域に対応す
る位置の光の入射または出射の強度を空間光変調素子に
よって制御することにより、立体動画像を表示すること
ができる。
On the other hand, a three-dimensional moving image can be displayed by controlling the intensity of light incident or emitted at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell by a spatial light modulator.

【0022】また、回折格子セルの各分割領域に対応す
る位置の光の入射または出射の強度を空間光変調素子に
よって制御し、回折格子セルの各分割領域に対応する位
置の光の波長を光周波数フィルターによって選択するこ
とにより、単色の立体動画像を表示することができる。
Further, the intensity of the light incident or emitted at the position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell is controlled by a spatial light modulator, and the wavelength of the light at the position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell is converted to light. By selecting with a frequency filter, a monochromatic three-dimensional moving image can be displayed.

【0023】また、回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積のみを光が透過するように、基板表面に印刷
等の方法で遮光層または透光層を設けることにより、極
めて短時間にかつ安価にしかも簡便に立体像を表示する
装置を作製することができる。
In each divided region of the diffraction grating cell, a light-shielding layer or a transparent layer is formed on the substrate surface by a method such as printing so that light is transmitted only through an area proportional to the brightness of the corresponding pixel of the corresponding parallax image. By providing the optical layer, a device for displaying a stereoscopic image in a very short time, at low cost, and easily can be manufactured.

【0024】一方、回折格子セルの各分割領域に対応す
る位置の光の波長を光周波数フィルターによって選択す
ることにより、フルカラーの立体像の観察ができる。
On the other hand, a full-color stereoscopic image can be observed by selecting a wavelength of light at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell by an optical frequency filter.

【0025】また、回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積を空間光変調素子によって透過部とすること
により、空間光変調素子が光の透過/遮断の2値制御デ
バイスでも、立体像の表示を実現することができる。
In each of the divided regions of the diffraction grating cell, the area proportional to the brightness of the corresponding pixel of the corresponding parallax image is set as a transmitting portion by the spatial light modulator, so that the spatial light modulator can transmit light. A three-dimensional image can be displayed even with a binary control device of / blocking.

【0026】さらに、回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した透過率を空間光変調素子によって実現することに
より、空間光変調素子が、回折格子セルの分割領域の大
きさの分解能があれば、階調のある立体像の表示を実現
することができる。
Further, in each divided area of the diffraction grating cell, the spatial light modulation element realizes a transmittance proportional to the brightness of the corresponding pixel of the corresponding parallax image, so that the spatial light modulation element can With the resolution of the size of the divided area, display of a stereoscopic image with gradation can be realized.

【0027】さらにまた、回折格子として、表面レリー
フ型の回折格子が利用できることにより、エンボス等の
方法による安価で簡便な生産によって、大量生産を行な
うことができる。
Further, since a surface relief type diffraction grating can be used as the diffraction grating, mass production can be performed by inexpensive and simple production by a method such as embossing.

【0028】[0028]

【実施例】本発明の要旨は、セルの内部で、回折格子の
太さが段々細くかつ間隔が段々狭くなるような回折格子
が形成されており、光を発散または集光する機能を有す
る回折格子セルを、平面状の基板に複数個配列し、上記
回折格子セルを、格子の勾配、または格子の勾配および
格子間隔が近い領域で空間的に、横方向、または横方向
および縦方向に分割し、この各分割領域を各視差画像
(1方向または2方向)に対応させた回折格子アレイを
得、またこの回折格子アレイを基本デバイスとして用い
て、横方向のみ、または横方向・縦方向共に視差を持つ
立体像の表示を可能とする立体像表示装置を得る点にあ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The gist of the present invention is that a diffraction grating is formed in a cell such that the thickness of the diffraction grating is gradually narrower and the interval is gradually narrowed, and the diffraction grating has a function of diverging or condensing light. A plurality of grating cells are arranged on a planar substrate, and the diffraction grating cell is divided spatially in a region where the gradient of the grating or the gradient of the grating and the spacing between the gratings are close, in the horizontal direction, or in the horizontal and vertical directions. Then, a diffraction grating array in which each of the divided regions is made to correspond to each parallax image (one direction or two directions) is obtained, and this diffraction grating array is used as a basic device, and only in the horizontal direction or in both the horizontal and vertical directions. Another object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device capable of displaying a three-dimensional image having parallax.

【0029】このような立体像表示装置においては、フ
ルカラー化も比較的容易であり、また液晶表示素子等の
空間光変調素子との組み合わせにより、立体動画表示も
できる。
In such a three-dimensional image display device, full-color display is relatively easy, and a three-dimensional moving image can be displayed in combination with a spatial light modulator such as a liquid crystal display.

【0030】一方、この回折格子アレイを用いて、横方
向のみに視差を持つ立体像表示装置を作製した場合、縦
方向に視域が広くなるという効果がある。
On the other hand, when a three-dimensional image display device having parallax only in the horizontal direction is manufactured using this diffraction grating array, there is an effect that the visual field is widened in the vertical direction.

【0031】また、この回折格子アレイを用いて、横方
向・縦方向共に視差を持つ立体像表示装置を作製した場
合、縦方向・横方向に視域が広くなるという効果があ
る。
When a three-dimensional image display device having parallax in both the horizontal and vertical directions is manufactured using this diffraction grating array, there is an effect that the visual field is widened in the vertical and horizontal directions.

【0032】以下、上記のような考え方に基づいた本発
明の一実施例について、図面を参照して詳細に説明す
る。
Hereinafter, an embodiment of the present invention based on the above concept will be described in detail with reference to the drawings.

【0033】本発明による回折格子アレイは、その一例
を図1(a)または図1(b)[望ましくは図1
(a)]に示すように、光を集光する機能を有する回折
格子からなる(回折格子の太さが段々細くかつ間隔が段
々狭くなるような回折格子パターンが描かれている)セ
ル1を、図2に示すように、平面状の基板2に複数個配
列し、さらにこの回折格子セル1を、図3に示すよう
に、格子の勾配が近い領域で空間的に横方向に分割し、
この各分割領域を各視差画像(1方向)に対応させる
か、あるいは上記回折格子セル1を、図4に示すよう
に、格子の勾配および格子間隔が近い領域で空間的に横
方向および縦方向に分割し、この各分割領域を各視差画
像(2方向)に対応させている。
One example of the diffraction grating array according to the present invention is shown in FIG.
(A)], a cell 1 composed of a diffraction grating having a function of condensing light (in which a diffraction grating pattern in which the thickness of the diffraction grating is gradually reduced and the interval is gradually reduced) is described. As shown in FIG. 2, a plurality of diffraction grating cells 1 are arranged on a planar substrate 2, and the diffraction grating cell 1 is spatially divided horizontally in a region where the grating gradient is close, as shown in FIG.
Each of the divided regions is made to correspond to each parallax image (one direction), or the diffraction grating cell 1 is spatially and horizontally oriented in a region where the gradient of the grating and the grating interval are close as shown in FIG. And each of the divided areas is made to correspond to each parallax image (two directions).

【0034】なお、図2では、図面表現の便宜上、図1
(b)の回折格子セル1のパターンを上下方向を逆に
し、かつ回折格子の太さをほぼ等しく描いており、以後
の各図面における該当部分についても、それぞれ同様の
扱いとして描くことにする。
In FIG. 2, for convenience of illustration, FIG.
The pattern of the diffraction grating cell 1 in (b) is drawn upside down and the thickness of the diffraction grating is drawn to be almost equal, and the corresponding portions in each of the subsequent drawings will be drawn in the same manner.

【0035】すなわち、この場合、回折格子セル1の領
域分割数は、視差画像の数と等しく、任意の視差画像の
任意のピクセルは、回折格子アレイの同位置のセルの中
の、その視差画像に割り当てられた領域に対応してい
る。ここで、左方向から見た時の視差画像は、回折格子
セル1の右の分割領域に対応し、中央から見た時の視差
画像は、回折格子セル1の中央の分割領域に対応してい
る。
In other words, in this case, the number of divided regions of the diffraction grating cell 1 is equal to the number of parallax images, and any pixel of any parallax image corresponds to that parallax image in the cell at the same position of the diffraction grating array. Corresponds to the area assigned to Here, the parallax image when viewed from the left corresponds to the right divided region of the diffraction grating cell 1, and the parallax image when viewed from the center corresponds to the central divided region of the diffraction grating cell 1. I have.

【0036】また、同様に、縦方向にも領域を分割した
場合は、上方向から見た時の視差画像は、回折格子セル
1の下の分割領域に対応し、下方向から見た時の視差画
像は、回折格子セル1の上の分割領域に対応している。
Similarly, when the region is divided also in the vertical direction, the parallax image when viewed from above corresponds to the divided region below the diffraction grating cell 1 and when viewed from below. The parallax image corresponds to the divided area on the diffraction grating cell 1.

【0037】さらに、視差画像の各ピクセルの明るさ
は、対応する分割領域の回折格子の面積、あるいはその
領域に対応した空間光変調素子の透過面積もしくは光透
過率に比例する。
Further, the brightness of each pixel of the parallax image is proportional to the area of the diffraction grating in the corresponding divided area or the transmission area or light transmittance of the spatial light modulator corresponding to the area.

【0038】次に、上記回折格子セル1のより詳細な構
成、およびその微小領域での回折について、図2および
図5を用いて説明する。
Next, a more detailed configuration of the diffraction grating cell 1 and diffraction in a minute area thereof will be described with reference to FIGS.

【0039】図5では、Y−Z平面に平行な光軸を持っ
た入射光の場合を示している。この場合、図の+1次の
回折光の回折角βx ,βy は、次式に従う。
FIG. 5 shows the case of incident light having an optical axis parallel to the YZ plane. In this case, the diffraction angles β x and β y of the + 1st-order diffracted light in the figure follow the following equation.

【0040】 λ=dx (sinβx ) ……(1) λ=dy (sinβy −sinθy ) ……(2) 但し、λは光の波長、dx ,dy は格子間隔のX成分,
Y成分、θx ,θy はX−Z面内およびY−Z面内での
入射角、βx はX−Z面内での回折角、βy はY−Z面
内での回折角を示している。なお、X−Y面内での回折
格子の勾配は、Ω=tan-1(dy /dx )である。
[0040] λ = d x (sinβ x) ...... (1) λ = d y (sinβ y -sinθ y) ...... (2) where, lambda is the wavelength of light, d x, d y is X grid interval component,
Y component, θ x , θ y are incident angles in XZ plane and YZ plane, β x is diffraction angle in XZ plane, β y is diffraction angle in YZ plane Is shown. Note that the gradient of the diffraction grating in the XY plane is Ω = tan −1 (d y / d x ).

【0041】これらの式から、任意の微小領域の回折格
子がどの方向に光を出射するかがわかる。従って、全回
折格子セル1において、ある1つの観察位置から観察さ
れる条件を備えた回折格子領域を使って画像を表現(そ
の領域への入射光の強度の制御、あるいは出射した回折
光の強度の制御をすることを指す)すれば、その観察位
置からのみ、その画像が観察できる。そして、これを全
観察位置について行なえば、すなわち回折格子セル1中
の全領域について処理することになり、各方向に各視差
画像を表示することができ、従って両眼視差による立体
像の観察が可能となる。
From these equations, it can be seen in which direction the diffraction grating in an arbitrary minute region emits light. Therefore, in all the diffraction grating cells 1, an image is expressed using a diffraction grating region provided with a condition to be observed from a certain observation position (control of the intensity of light incident on the region, or the intensity of the emitted diffracted light). Control), the image can be observed only from the observation position. Then, if this is performed for all observation positions, that is, processing is performed for all regions in the diffraction grating cell 1, each parallax image can be displayed in each direction. Therefore, observation of a stereoscopic image by binocular parallax can be performed. It becomes possible.

【0042】一方、上記の回折格子セル1は、例えば図
6に示すような光学系を用いて、2光束干渉法により作
製することが可能であり、この回折格子セル1の作製を
同一乾板上で位置を変えながら行なうことにより、本実
施例の回折格子アレイ2を得ることができる。
On the other hand, the diffraction grating cell 1 can be manufactured by a two-beam interference method using an optical system as shown in FIG. 6, for example. The diffraction grating array 2 of the present embodiment can be obtained by changing the position in the above.

【0043】すなわち、図6に示すように、レーザー光
源から発生してミラーで反射したレーザービームを、ハ
ーフミラーで2つに分岐し、一方はレンズ系を通して平
行光として感光材料に入射し、またこの感光材料の同位
置に、もう一方のレーザービームを別のレンズ系を通し
て集束光として入射する。これにより、感光材料中に、
2つの光による干渉縞が記録される。そして、このよう
な操作を感光材料の位置を変えながら行なうことで、全
面に干渉縞が記録された回折格子アレイを得る。なお、
この回折格子アレイが表面レリーフ型であれば、容易に
エンボスによる複製が可能である。
That is, as shown in FIG. 6, a laser beam generated from a laser light source and reflected by a mirror is split into two by a half mirror, one of which is incident on the photosensitive material as parallel light through a lens system. At the same position on the photosensitive material, the other laser beam is incident as focused light through another lens system. Thereby, in the photosensitive material,
Interference fringes due to the two lights are recorded. By performing such an operation while changing the position of the photosensitive material, a diffraction grating array having interference fringes recorded on the entire surface is obtained. In addition,
If the diffraction grating array is a surface relief type, duplication by embossing can be easily performed.

【0044】また、この場合、観察時の条件から、各回
折格子セル1毎の最適な集束位置を計算し、これに基づ
いて光学系を少しずつ変更しながら各回折格子セル1を
作製することにより、最も望ましい回折格子アレイ2が
得られる。
In this case, the optimum focusing position for each diffraction grating cell 1 is calculated from the observation conditions, and based on this, each diffraction grating cell 1 is manufactured while the optical system is changed little by little. As a result, the most desirable diffraction grating array 2 is obtained.

【0045】さらに、一方向のみに視差を持たせる場合
には、感光材料直前の集束光を作るレンズを、シリンド
リカルレンズにしてもよい。
Further, when the parallax is provided only in one direction, a cylindrical lens may be used as the lens that forms the focused light immediately before the photosensitive material.

【0046】なお、これに限らず、上記の回折格子と同
等の機能を有する格子を計算し、電子線描画装置等の微
細加工能力のある装置で描画して、回折格子セル1を作
製することも可能である。
However, the present invention is not limited to this. The diffraction grating cell 1 is manufactured by calculating a grating having the same function as the above-described diffraction grating and drawing the image with an apparatus having a fine processing capability such as an electron beam drawing apparatus. Is also possible.

【0047】以上のように、本実施例の回折格子アレイ
2においては、縦方向、横方向に、光をある決められた
領域に広げて回折するデバイスを実現することができ
る。
As described above, in the diffraction grating array 2 of this embodiment, it is possible to realize a device that spreads and diffracts light in a predetermined area in the vertical and horizontal directions.

【0048】すなわち、図3に示すような回折格子セル
1からなる回折格子アレイ2の場合には、格子間隔のX
成分の変化によって、横方向に光が広がって回折する光
を、回折格子の横方向の領域分割によって横方向に視野
を分割し、それぞれの分割された視野に異なる視差画像
を再生し、また格子間隔のY成分の変化によって縦方向
に光が広がって回折されるため、横方向のみに視差のあ
る立体像を縦方向に広い視域で観察することができる。
That is, in the case of the diffraction grating array 2 composed of the diffraction grating cells 1 as shown in FIG.
By changing the components, light that spreads and diffracts in the horizontal direction is divided into fields of view in the horizontal direction by dividing the diffraction grating in the horizontal direction, and different parallax images are reproduced in each of the divided fields of view. Since light is spread and diffracted in the vertical direction due to the change in the Y component of the interval, a stereoscopic image having parallax only in the horizontal direction can be observed in a wide viewing area in the vertical direction.

【0049】また、図4に示すような回折格子セル1か
らなる回折格子アレイ2の場合には、格子間隔のY成分
の変化によって縦方向に広がって回折する光を、回折格
子の縦方向の領域分割によって縦方向に視野を分割し、
それぞれの分割された視野に異なる視差画像を再生する
ため、横方向、縦方向共に視差のある立体像を観察する
ことができる。
In the case of the diffraction grating array 2 composed of the diffraction grating cells 1 as shown in FIG. 4, the light that spreads and diffracts in the vertical direction due to the change in the Y component of the grating interval is transmitted in the vertical direction of the diffraction grating. The field of view is divided vertically by area division,
Since different parallax images are reproduced in each of the divided visual fields, a stereoscopic image having parallax in both the horizontal and vertical directions can be observed.

【0050】これは、各回折格子セル1を形成する格子
の一つ一つが、光を集光する機能を持っていることによ
る。すなわち、各回折格子が光を集光する機能を有する
ため、セル内の微小領域について考えると、その微小領
域からの回折光は、ある特定の方向に出射している。セ
ル内の異なる微小領域に着目すると、その回折光は異な
る特定の方向に出射している。換言すると、光を集光す
る機能を有する回折格子は、それぞれ異なる方向に光を
出射する微小な回折格子の連続的な集合体と考えること
ができる。
This is because each of the gratings forming each diffraction grating cell 1 has a function of condensing light. That is, since each diffraction grating has a function of condensing light, considering a minute region in the cell, diffracted light from the minute region is emitted in a specific direction. Focusing on different minute regions in the cell, the diffracted light is emitted in different specific directions. In other words, a diffraction grating having a function of condensing light can be considered as a continuous aggregate of minute diffraction gratings that emit light in different directions.

【0051】この回折格子を、任意数のある程度の大き
さを持った微小領域に分割し、離れたところにあるX−
Y面に平行な観察面を考えると、各微小領域からの回折
光は、ある程度の広がりを持っている。しかし、観察面
において、各微小領域の回折光は互いに連続でありなが
ら、重ならない。
This diffraction grating is divided into an arbitrary number of minute regions having a certain size, and X-
Considering an observation plane parallel to the Y plane, the diffracted light from each minute area has a certain spread. However, on the observation surface, the diffracted lights in each minute area are continuous with each other but do not overlap.

【0052】従って、このような回折格子セル1を並べ
た回折格子アレイ2で、観察面での視差方向と同じ視差
方向から得た視差画像を、対応する視差方向に回折光を
出射する回折格子領域を画素として、回折する領域分割
数に等しい数だけ表示することにより、観察面で自然な
立体感を持った立体像の観察が可能となる。また、この
場合、観察者が観察面内で上下左右に視点を移動する
と、立体像が滑らかに変化し、自然な視点移動感が得ら
れる。観察面の前後に視点を移動した場合も、かなりの
自由度で自然な立体感が得られる。さらに、観察可能領
域(視域)を外れた場合は、観察者には何も観察され
ず、観察可能領域を観察者が容易に認識できる(例え
ば、レンチキュラーレンズを用いた立体像ディスプレイ
等では、設定された観察領域を外れた時、像の立体感の
反転等が起こり、しかも観察者にとってその境界の認識
は難しい)。
Accordingly, the diffraction grating array 2 in which the diffraction grating cells 1 are arranged as described above converts a parallax image obtained from the same parallax direction as the parallax direction on the observation surface into a diffraction grating which emits diffracted light in the corresponding parallax direction. By displaying the area as a pixel and displaying the same number as the number of divided areas to be diffracted, it becomes possible to observe a stereoscopic image having a natural stereoscopic effect on the observation surface. Also, in this case, when the observer moves the viewpoint up, down, left, and right in the observation plane, the stereoscopic image changes smoothly, and a natural viewpoint movement is obtained. Even when the viewpoint is moved before and after the observation plane, a natural three-dimensional effect can be obtained with considerable freedom. Furthermore, when the observer deviates from the observable area (viewing area), nothing is observed by the observer, and the observer can easily recognize the observable area (for example, in a stereoscopic image display using a lenticular lens, When the user deviates from the set observation area, the stereoscopic effect of the image is inverted, and it is difficult for the observer to recognize the boundary.

【0053】以上から、本実施例の回折格子アレイ2で
は、横方向のみに視差を持つ、または横方向・縦方向共
に視差を持つ立体像を、自然な立体感を伴って表示する
ことができる。
As described above, in the diffraction grating array 2 of this embodiment, a stereoscopic image having parallax only in the horizontal direction or having parallax in both the horizontal and vertical directions can be displayed with a natural stereoscopic effect. .

【0054】一方、前述した回折格子アレイ2は、表面
レリーフ型の回折格子とすることができることから、エ
ンボス法によって安価に大量生産が可能となる。このた
め、これを基本デバイスとして用いることにより、各種
の立体像表示装置(例えば、ディスプレイ、立体テレ
ビ、立体ハードコピー等)を、比較的安価に大量に実現
することができる。
On the other hand, since the above-described diffraction grating array 2 can be a surface relief type diffraction grating, mass production can be performed at low cost by the embossing method. For this reason, by using this as a basic device, various types of stereoscopic image display devices (for example, a display, a stereoscopic television, a stereoscopic hard copy, etc.) can be realized in large quantities at a relatively low cost.

【0055】すなわち、例えば、高解像度のテレビに、
本実施例の回折格子アレイを組み合わせたような構成で
立体テレビが、またエンボス複製された本実施例の回折
格子アレイを高解像度のプリンターの紙の代わりに用い
ることで立体ハードコピーを実現することができる。
That is, for example, for a high-resolution television,
A three-dimensional television can be realized by combining the diffraction grating array of the present embodiment with the configuration of the present embodiment, and a three-dimensional hard copy can be realized by using the diffraction grating array of the present embodiment, which is embossed and duplicated, instead of paper of a high-resolution printer. Can be.

【0056】以下に、本実施例の回折格子アレイの適用
例について、具体的に説明する。
Hereinafter, an application example of the diffraction grating array of this embodiment will be specifically described.

【0057】(a)図7は、本実施例の回折格子アレイ
を用いた立体像表示装置であるディスプレイの構成例を
示すもので、図7(a)はその分解斜視図、図7(b)
は主構成部分の断面拡大図をそれぞれ示している。
(A) FIG. 7 shows an example of the configuration of a display which is a three-dimensional image display device using the diffraction grating array of the present embodiment. FIG. 7 (a) is an exploded perspective view thereof, and FIG. )
Shows enlarged cross-sectional views of main components.

【0058】すなわち、図7に示すように、本実施例の
ディスプレイは、樹脂層(回折格子形成層)11A、そ
の表面の反射層(Al蒸着層等)11Bよりなる前述し
た回折格子アレイ11と、回折格子アレイ11の前面に
設けられた光周波数フィルターであるカラーフィルター
層12と、カラーフィルター層12の前面に設けられた
遮光層(印刷層)13とから構成している。
That is, as shown in FIG. 7, the display of this embodiment has the above-mentioned diffraction grating array 11 composed of a resin layer (diffraction grating forming layer) 11A and a reflective layer (Al deposited layer) 11B on the surface thereof. A color filter layer 12 which is an optical frequency filter provided on the front surface of the diffraction grating array 11, and a light shielding layer (printing layer) 13 provided on the front surface of the color filter layer 12.

【0059】かかる本実施例のディスプレイにおいて、
微小領域について考えると、白色の入射光に対して、遮
光層13により透過/遮光が選択され、カラーフィルタ
ー層12により入射光の中からある波長が選択され、回
折格子アレイ11に到達して、回折格子アレイ11の表
面に形成されている反射層11Bにより、高効率で光が
回折される。この時、回折光の出射方向は、この微小領
域の格子間隔のX成分によりX方向の回折角βx が決ま
り、格子間隔のY成分によりY方向の回折角βy が決ま
る。そして、この回折角の方向から観察すると、前記図
2および図5で述べたように、この微小領域が光って見
える。
In the display of this embodiment,
Considering a minute area, transmission / shielding of white incident light is selected by the light shielding layer 13, a certain wavelength is selected from the incident light by the color filter layer 12, and reaches the diffraction grating array 11. Light is diffracted with high efficiency by the reflective layer 11B formed on the surface of the diffraction grating array 11. At this time, in the emission direction of the diffracted light, the diffraction angle β x in the X direction is determined by the X component of the lattice interval of the minute region, and the diffraction angle β y in the Y direction is determined by the Y component of the lattice interval. Then, when observed from the direction of the diffraction angle, as described with reference to FIGS. 2 and 5, the minute region appears to shine.

【0060】なお、図7において、遮光層13とカラー
フィルター層12の配置関係は、図示と逆であってもよ
い。また、図7は遮光層13を備えたものであるが、遮
光層部分を設ける代わりに、該当部分の回折格子を破壊
するようにしても、同様の効果が得られる。
In FIG. 7, the arrangement of the light-shielding layer 13 and the color filter layer 12 may be reversed from that shown in the figure. Although FIG. 7 includes the light shielding layer 13, the same effect can be obtained by destroying the diffraction grating in the corresponding part instead of providing the light shielding layer.

【0061】(b)図8は、本実施例の回折格子アレイ
を用いた立体像表示装置である立体テレビの構成例を示
すもので、図8(a)はその分解斜視図、図8(b)は
主構成部分の断面拡大図をそれぞれ示している。
(B) FIG. 8 shows an example of the configuration of a stereoscopic television which is a stereoscopic image display device using the diffraction grating array of the present embodiment. FIG. 8 (a) is an exploded perspective view thereof, and FIG. b) is an enlarged cross-sectional view of the main component.

【0062】すなわち、図8に示すように、本実施例の
立体テレビは、前述した回折格子アレイ21と、回折格
子アレイ21の後面に設けられた空間光変調素子である
液晶表示素子22と、液晶表示素子22の後面に設けら
れたカラーフィルター層23とから構成している。
That is, as shown in FIG. 8, the stereoscopic television of this embodiment includes the above-described diffraction grating array 21, a liquid crystal display element 22 which is a spatial light modulator provided on the rear surface of the diffraction grating array 21, and And a color filter layer 23 provided on the rear surface of the liquid crystal display element 22.

【0063】かかる本実施例の立体テレビにおいて、微
小領域について考えると、白色の入射光に対して、カラ
ーフィルター層23により入射光の中からある波長が選
択され、液晶表示素子22により光の透過/遮断が選択
されて、透過した光は回折格子アレイ21に到達する。
ここで、回折格子アレイ21は、光透過性の樹脂板等で
形成されており、到達した光は透過時に回折される。こ
の時、回折光の出射方向は、この微小領域の格子間隔の
X成分によりX方向の回折角βx が決まり、格子間隔の
Y成分によりY方向の回折角βy が決まる。そして、こ
の回折角の方向から観察すると、前記図2および図5で
述べたように、この微小領域が選択された波長で光って
見える。
In the three-dimensional television of this embodiment, considering a minute area, a certain wavelength is selected from the incident light by the color filter layer 23 for the white incident light, and the light is transmitted by the liquid crystal display element 22. With the selection of “/ block”, the transmitted light reaches the diffraction grating array 21.
Here, the diffraction grating array 21 is formed of a light transmissive resin plate or the like, and the arrived light is diffracted when transmitted. At this time, in the emission direction of the diffracted light, the diffraction angle β x in the X direction is determined by the X component of the lattice interval of the minute region, and the diffraction angle β y in the Y direction is determined by the Y component of the lattice interval. Then, when observed from the direction of the diffraction angle, as shown in FIGS. 2 and 5, the minute region appears to shine at the selected wavelength.

【0064】なお、図8において、カラーフィルター層
23、液晶表示素子22、回折格子アレイ21は、その
配置順序を入れ替えてもよい。
In FIG. 8, the arrangement order of the color filter layer 23, the liquid crystal display element 22, and the diffraction grating array 21 may be changed.

【0065】次に、元の被写体との対応関係について、
図9および図10を用いて説明する。
Next, regarding the correspondence with the original subject,
This will be described with reference to FIGS.

【0066】図9において、図示上部は、縦方向にも視
差を持たせる被写体24の撮影の様子を示している。こ
こでは、3×3のカメラ25の配置により、立体の被写
体24の視差画像を9枚得ている。
In FIG. 9, the upper part of the drawing shows the state of photographing the subject 24 having a parallax in the vertical direction. Here, nine parallax images of the three-dimensional subject 24 are obtained by the arrangement of the 3 × 3 cameras 25.

【0067】また、図示左下部は、その得られた視差画
像の一例をそれぞれ示している。いま、それぞれの視差
画像の同座標の黒い四角で示されたピクセルについて考
えると、図示右下部の本実施例の立体テレビの同座標の
位置にある回折格子セルの各分割領域に相当している。
この時、それぞれの視差画像の黒い四角に当たるピクセ
ルの明るさが、回折格子セルの各分割領域に対応した空
間光変調素子(液晶表示素子22)上の領域における透
過率に比例するように、空間光変調素子を制御する。こ
のような操作を全てのピクセルについて行ない、所定の
位置から単色光を入射すると、立体像が観察できる。
The lower left part of the figure shows an example of the obtained parallax image. Now, considering a pixel indicated by a black square of the same coordinates of each parallax image, it corresponds to each divided region of the diffraction grating cell at the same coordinate position of the stereoscopic television of the present embodiment at the lower right of the drawing. .
At this time, the brightness of the pixel corresponding to the black square of each parallax image is proportional to the transmittance in the region on the spatial light modulator (the liquid crystal display device 22) corresponding to each divided region of the diffraction grating cell. Control the light modulation element. When such an operation is performed for all pixels, and monochromatic light is incident from a predetermined position, a stereoscopic image can be observed.

【0068】ここで、フルカラー化の場合には、図10
に示すように、上記操作のピクセルの明るさをピクセル
のRの値とし、Rの色の光のみを透過するフィルターを
その回折格子セルに合わせて配置する。また、残りの
G,Bについても、この操作を繰り返せばよい。
Here, in the case of full color, FIG.
As shown in (1), the brightness of the pixel in the above operation is defined as the value of R of the pixel, and a filter that transmits only light of R color is arranged in accordance with the diffraction grating cell. This operation may be repeated for the remaining G and B.

【0069】(c)図11は本実施例の回折格子アレイ
を用いた立体像表示装置である立体ハードコピーの作製
例を示す概要図である。
(C) FIG. 11 is a schematic view showing an example of producing a three-dimensional hard copy which is a three-dimensional image display device using the diffraction grating array of this embodiment.

【0070】すなわち、立体ハードコピーの作製方法と
しては、図11に示すように、入力された視差画像31
を基に、コンピューター32によって遮光層のパターン
を計算し、コンピューター32の周辺機器であるプリン
ター33に、遮光層のパターンを出力することによっ
て、大量生産された前記回折格子アレイ34上に遮光層
を設けることにより、立体像のハードコピー35を得る
ことができる。
That is, as a method of producing a three-dimensional hard copy, as shown in FIG.
Based on the above, the pattern of the light-shielding layer is calculated by the computer 32, and the pattern of the light-shielding layer is output to the printer 33, which is a peripheral device of the computer 32, thereby forming the light-shielding layer on the mass-produced diffraction grating array 34. With this arrangement, a hard copy 35 of a stereoscopic image can be obtained.

【0071】このようにして作製された立体ハードコピ
ーは、図12に示すように(図12(a)はその分解斜
視図、図12(b)は主構成部分の断面拡大図をそれぞ
れ示している)、本実施例の立体ハードコピーは、樹脂
層(回折格子形成層)41A、その表面の反射層(Al
蒸着層等)41Bよりなる前述した回折格子アレイ41
と、回折格子アレイ41の前面に設けられた保護層42
と、保護層42の前面に設けられた遮光層(印刷層)4
3とから構成している。
The three-dimensional hard copy produced in this manner is shown in FIG. 12 (FIG. 12 (a) is an exploded perspective view thereof, and FIG. 12 (b) is an enlarged cross-sectional view of a main component. The three-dimensional hard copy according to the present embodiment includes a resin layer (diffraction grating forming layer) 41A and a reflective layer (Al
The above-mentioned diffraction grating array 41 composed of 41B)
And a protective layer 42 provided on the front surface of the diffraction grating array 41.
And a light shielding layer (printing layer) 4 provided on the front surface of the protective layer 42.
3.

【0072】かかる本実施例の立体ハードコピーにおい
て、微小領域について考えると、白色の入射光に対し
て、遮光層43により光の透過/遮断が選択され、保護
層42を通して回折格子アレイ41に到達して、回折格
子アレイ41の表面に形成されている反射層41Bによ
り、高効率で光が回折される。この時、回折光の出射方
向は、この微小領域の格子間隔のX成分によりX方向の
回折角βx が決まり、格子間隔のY成分によりY方向の
回折角βy が決まる。そして、この回折角の方向から観
察すると、前記図2および図5で述べたように、この微
小領域が光って見える。
In the three-dimensional hard copy of the present embodiment, when considering a minute area, transmission / blocking of white incident light is selected by the light shielding layer 43 and reaches the diffraction grating array 41 through the protective layer 42. Then, light is diffracted with high efficiency by the reflective layer 41B formed on the surface of the diffraction grating array 41. At this time, in the emission direction of the diffracted light, the diffraction angle β x in the X direction is determined by the X component of the lattice interval of the minute region, and the diffraction angle β y in the Y direction is determined by the Y component of the lattice interval. Then, when observed from the direction of the diffraction angle, as described with reference to FIGS. 2 and 5, the minute region appears to shine.

【0073】上述のようにして、遮光層43のみをその
都度形成することにより、極めて短時間に立体ハードコ
ピーを得ることができる。
As described above, by forming only the light shielding layer 43 each time, a three-dimensional hard copy can be obtained in an extremely short time.

【0074】以上のように、前記(a)〜(c)の各実
施例の立体像表示装置においては、次のような効果が得
られるものである。
As described above, the following effects can be obtained in the three-dimensional image display device of each of the embodiments (a) to (c).

【0075】 (a)立体動画像表示素子という観点から まず、偏向めがねや液晶シャッターめがね等を用いた2
眼式(視差画像が2枚で、各々の視差画像を左右の眼に
振り分けて立体像の観察を可能にする)の方法が一般的
である。しかし、これらの方法は、観察者が特殊なめが
ね等をかけなければならず、また2眼式であるために、
立体物を見る時に特有の視点を変えた時の像の変化は存
在しない。
(A) From the viewpoint of a three-dimensional moving image display element First, using a pair of polarizing glasses and liquid crystal shutter glasses,
An eye-based method (two parallax images are used, and each parallax image is distributed to the left and right eyes to enable observation of a stereoscopic image) is general. However, these methods require the observer to wear special glasses and the like, and are of the twin-lens type.
There is no change in the image when changing the specific viewpoint when viewing a three-dimensional object.

【0076】また、その他の立体の動画像を表示する技
術としては、「マルチプレックスホログラム」、「レン
チキュラー板とTVの組み合わせ」等がある。しかし、
前者は決められた画像の繰り返しであり、後者は視点の
位置が変わると立体感が反転したりといった難点があ
る。さらに、両者とも、立体像とは言っても横方向の視
差のみである。
Other techniques for displaying a three-dimensional moving image include "multiplex hologram" and "combination of lenticular plate and TV". But,
The former is a repetition of a predetermined image, and the latter has a drawback that the stereoscopic effect is reversed when the position of the viewpoint changes. Further, in both cases, even though they are stereoscopic images, they are only parallaxes in the horizontal direction.

【0077】これに対して、本実施例の立体像表示装置
では、観察者に特別な器具の装着を必要とせず、比較的
広い視野で立体像の観察が可能となる。また、所定の視
域から若干外れた場合、画像が見えなくなり、立体感が
反転するようなことがないため、観察者が視域を認識し
易く、従って極めて見易い。さらに、横方向の視差に加
えて縦方向の視差もあり、立体感を得易く、立体像の観
察に適している。さらにまた、R,G,Bの各波長用の
光周波数フィルターを組み合わせ(例えば、テレビのカ
ラーフィルター)、各光周波数フィルターの構成単位に
合わせて回折格子セル1をそれぞれ配置することによっ
て、フルカラーの立体動画像を表示することが可能とな
る。
On the other hand, the three-dimensional image display device of the present embodiment does not require the observer to attach a special instrument, and enables observation of the three-dimensional image in a relatively wide field of view. Also, if the image deviates slightly from the predetermined viewing area, the image becomes invisible and the stereoscopic effect does not reverse, so that the observer can easily recognize the viewing area, and thus is extremely easy to see. Furthermore, in addition to the parallax in the horizontal direction, there is also a parallax in the vertical direction. Furthermore, by combining optical frequency filters for R, G, and B wavelengths (for example, a color filter of a television) and arranging the diffraction grating cells 1 in accordance with the constituent units of each optical frequency filter, a full-color image is obtained. It is possible to display a three-dimensional moving image.

【0078】 (b)立体ハードコピーという観点から 立体のハードコピーを得るための方法として、従来方法
の一つとして、例えば3Dプリンターが挙げられる。し
かし、これは、ホログラム上の各点について、リップマ
ンホログラムに似た撮影を行なわなければならないた
め、画素数に比例して時間がかかり、さらに撮影前に現
像処理等も必要である。
(B) From the viewpoint of three-dimensional hard copy One of the conventional methods for obtaining a three-dimensional hard copy is, for example, a 3D printer. However, since it is necessary to perform imaging similar to a Lippmann hologram for each point on the hologram, it takes time in proportion to the number of pixels, and further requires development processing before imaging.

【0079】これに対して、本実施例の立体像表示装置
では、レーザー光のような特殊な光を使う必要がなく、
またコンピューター用のプリンター、プロッター等の精
度が十分であれば、遮光部となる部分を出力すればよ
く、紙にプリントアウトする感覚で、極めて短時間で立
体像のハードコピーを得ることが可能となる。これは、
コピー機、印刷機の場合にも適用できる、すなわち、立
体像コピー機、立体印刷を実現することが可能となる。
On the other hand, in the three-dimensional image display device of this embodiment, it is not necessary to use special light such as laser light,
If the accuracy of a computer printer, plotter, etc. is sufficient, it is only necessary to output the part that becomes the light-shielding part, and it is possible to obtain a hard copy of a three-dimensional image in a very short time as if printing on paper. Become. this is,
The present invention can be applied to a copying machine and a printing machine, that is, a three-dimensional image copying machine and three-dimensional printing can be realized.

【0080】より詳細には、次のような種々の効果が得
られるものである。
More specifically, the following various effects can be obtained.

【0081】(a)光を集光する機能を有する回折格子
により縦方向に光が集光後、広がって回折されるため、
横方向に視差のある立体像を縦方向にも広い視域で観察
することが可能となる。
(A) Light is condensed in the vertical direction by a diffraction grating having a function of condensing light, and then spread and diffracted.
A stereoscopic image having a parallax in the horizontal direction can be observed in a wide viewing range in the vertical direction.

【0082】この場合、光を集光する機能を有する回折
格子を用いているため、視域の領域分けが任意に行な
え、また視点移動時に滑らかな立体感を感じさせること
ができる。
In this case, since a diffraction grating having a function of condensing light is used, the viewing area can be arbitrarily divided, and a smooth three-dimensional effect can be felt when the viewpoint moves.

【0083】(b)光を集光する機能を有する回折格子
により縦方向に集光後、広がって回折する光を、回折格
子の縦方向の領域分割によって縦方向に視野を分割し、
それぞれの分割された視野に異なる視差画像を再生する
ため、横方向、縦方向共に視差のある立体像を観察する
ことが可能となる。
(B) After condensing the light in the vertical direction by a diffraction grating having a function of condensing light, the field of view is divided in the vertical direction by dividing the light that spreads and diffracts into vertical regions by dividing the diffraction grating into vertical regions.
Since different parallax images are reproduced in each of the divided visual fields, a stereoscopic image having parallax in both the horizontal and vertical directions can be observed.

【0084】(c)全面に回折格子セルが形成されてい
る本実施例の回折格子アレイを用意し、不要な領域にあ
る回折格子を、熱あるいは圧力で破壊することによって
回折光の方向が制御できるため、加熱,加圧等の方法に
より回折格子を部分的に破壊する場合に、極めて短時間
にかつ簡便に立体像を表示する立体像表示装置を作製す
ることが可能となる。
(C) The diffraction grating array of this embodiment in which diffraction grating cells are formed on the entire surface is prepared, and the direction of the diffracted light is controlled by destroying the diffraction grating in an unnecessary area by heat or pressure. Therefore, when the diffraction grating is partially destroyed by a method such as heating or pressing, a three-dimensional image display device that displays a three-dimensional image easily and in a very short time can be manufactured.

【0085】(d)全面に回折格子セルが形成されてい
る本実施例の回折格子アレイを用意し、不要な領域にあ
る回折格子の表面に、印刷等の方法を用いて遮光層を形
成するだけで回折光の方向が制御できるため、極めて短
時間にかつ安価にしかも簡便に立体像を表示する立体像
表示装置を作製することが可能となる。
(D) The diffraction grating array of this embodiment in which the diffraction grating cells are formed on the entire surface is prepared, and a light shielding layer is formed on the surface of the diffraction grating in an unnecessary area by a method such as printing. Since the direction of the diffracted light can be controlled only by the above, a three-dimensional image display device that displays a three-dimensional image in a very short time, at low cost, and easily can be manufactured.

【0086】(e)回折格子アレイと空間光変調素子と
の組み合わせにより、空間光変調素子の遮光パターンを
制御するだけで回折光の方向が制御できるため、空間光
変調素子の制御により、立体動画像を表示することが可
能となる。
(E) Since the direction of the diffracted light can be controlled only by controlling the light shielding pattern of the spatial light modulator by the combination of the diffraction grating array and the spatial light modulator, the stereoscopic moving image can be controlled by controlling the spatial light modulator. An image can be displayed.

【0087】特に、立体像表示のための情報量(本発明
の場合、数枚〜数十枚視差画像のピクセルの各値のみ)
が比較的少なくて済むため、電送等によるリアルタイム
な立体像の表示や、ビデオのような立体像情報蓄積の可
能性がある。
In particular, the amount of information for displaying a stereoscopic image (in the case of the present invention, only each pixel value of several to several tens of parallax images)
Therefore, there is a possibility of displaying a real-time stereoscopic image by electric transmission or the like and storing stereoscopic image information such as video.

【0088】(f)光周波数フィルターを個々の回折格
子セルに合わせて配置することで、その回折格子セルか
ら出射される光の波長を選択することができるため、フ
ルカラーの立体像の観察が可能となる。
(F) By arranging the optical frequency filter in accordance with each diffraction grating cell, the wavelength of light emitted from the diffraction grating cell can be selected, so that a full-color stereoscopic image can be observed. Becomes

【0089】(g)空間光変調素子の光を透過する面積
を変化させれば、回折光の強度が制御できるため、空間
光変調素子が光の透過/遮断の2値制御デバイスでも、
立体像の表示装置を実現することが可能となる。
(G) Since the intensity of the diffracted light can be controlled by changing the light transmitting area of the spatial light modulator, even if the spatial light modulator is a binary control device for transmitting / blocking light,
A display device for displaying a stereoscopic image can be realized.

【0090】(h)空間光変調素子の光の透過率を変化
させれば、回折光の強度が制御できるため、空間光変調
素子が、回折格子セルの分割された領域の大きさの分解
能があれば、立体像の表示装置を実現することが可能と
なる。
(H) Since the intensity of the diffracted light can be controlled by changing the light transmittance of the spatial light modulator, the spatial light modulator has a resolution of the size of the divided region of the diffraction grating cell. If so, a display device for displaying a stereoscopic image can be realized.

【0091】(i)さらにまた、回折格子として、表面
レリーフ型の回折格子が利用できることにより、エンボ
ス等の方法による安価で簡便な生産によって、大量生産
を行なうことが可能となる。また、光学的にも作成が容
易である。
(I) Further, since a surface relief type diffraction grating can be used as the diffraction grating, mass production can be performed by inexpensive and simple production by a method such as embossing. It is also easy to make optically.

【0092】すなわち、より具体的には、回折格子アレ
イの大きさを大きくすることができる。その結果、体積
位相型の回折格子も作製可能となり、よって波長選択性
が付与されると共に、回折効率が著しく向上する。ま
た、連続階調での回折格子の表現が可能となり、よって
2値の矩形パターンと比べて画質が向上する。
That is, more specifically, the size of the diffraction grating array can be increased. As a result, a volume phase type diffraction grating can also be manufactured, thereby providing wavelength selectivity and significantly improving diffraction efficiency. Further, it is possible to express the diffraction grating in a continuous tone, so that the image quality is improved as compared with a binary rectangular pattern.

【0093】以上のように、本実施例の回折格子アレイ
を各種の立体像表示装置に適用することにより、立体像
の観察時に、縦方向、横方向共に視域の広い立体像の観
察が可能になること、回折光の出射領域が限定されてい
るため、観察者が立体像の観察可能な領域を認識し易い
こと等の効果が得られる。
As described above, by applying the diffraction grating array of this embodiment to various types of three-dimensional image display devices, it is possible to observe a three-dimensional image having a wide viewing area both vertically and horizontally when observing a three-dimensional image. In addition, since the output area of the diffracted light is limited, it is possible to obtain an effect that the observer can easily recognize the area where the stereoscopic image can be observed.

【0094】また、立体像表示装置(立体テレビ以外の
もの)の作製時には、本実施例の大量生産された回折格
子アレイを利用することにより、表面に形成する遮光層
(印刷層)のマスクパターンのみを変化させるのみで、
極めて短時間にかつ低コストにて立体像表示装置を作製
することができる。
When a three-dimensional image display device (other than a three-dimensional television) is manufactured, the mask pattern of the light-shielding layer (printing layer) formed on the surface can be obtained by using the mass-produced diffraction grating array of this embodiment. Only change only
A three-dimensional image display device can be manufactured in a very short time and at low cost.

【0095】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in the following manner.

【0096】(a)上記実施例では、回折格子セルとし
て、光を集光する機能を有する回折格子セルを用いる場
合について説明したが、これに限らず、回折格子セルと
して、光を発散させる機能を有する回折格子セルを用い
る場合についても、前述と同様の考え方で実施して、同
様の効果を実現できるものである。
(A) In the above embodiment, the case where a diffraction grating cell having a function of condensing light is used as the diffraction grating cell is described. However, the present invention is not limited to this. In the case of using a diffraction grating cell having the above, the same effect can be realized by implementing the same concept as described above.

【0097】図13は、光を発散する機能を有する回折
格子を、2光束干渉により作製する場合の方法の一例を
示す光学系の概要図である。図13に示すように、レー
ザー光源から発生してミラーで反射したレーザービーム
を、ハーフミラーで2つに分岐し、一方はレンズ系を通
して平行光として感光材料に入射し、またこの感光材料
の同位置に、もう一方のレーザービームをミラーで反射
し、レンズ系を通して発散光として入射する。これによ
り、感光材料中に、2つの光による干渉縞が記録され
る。そして、このような操作を感光材料の位置を変えな
がら行なうことで、全面に干渉縞が記録された回折格子
アレイを得る。なお、この回折格子アレイが表面レリー
フ型であれば、容易にエンボスによる複製が可能であ
る。
FIG. 13 is a schematic diagram of an optical system showing an example of a method for producing a diffraction grating having a function of diverging light by two-beam interference. As shown in FIG. 13, a laser beam generated from a laser light source and reflected by a mirror is split into two by a half mirror, one of which is incident on a photosensitive material as parallel light through a lens system. At the position, the other laser beam is reflected by a mirror and is incident as divergent light through a lens system. As a result, interference fringes due to the two lights are recorded in the photosensitive material. By performing such an operation while changing the position of the photosensitive material, a diffraction grating array having interference fringes recorded on the entire surface is obtained. If the diffraction grating array is a surface relief type, duplication by embossing can be easily performed.

【0098】図14(a)は光を集光する機能を有する
回折格子セルの入射光と回折光との関係を示す側面図、
図14(b)は光を発散する機能を有する回折格子セル
の入射光と回折光との関係を示す側面図である。
FIG. 14A is a side view showing the relationship between incident light and diffracted light of a diffraction grating cell having a function of condensing light.
FIG. 14B is a side view showing a relationship between incident light and diffracted light of a diffraction grating cell having a function of diverging light.

【0099】(b)上記図7および図12の実施例で
は、遮光層を設ける場合について説明したが、これに限
らず、透光層を設ける場合についても、前述と同様の効
果を実現できるものである。
(B) In the above-described embodiments of FIGS. 7 and 12, the case where the light-shielding layer is provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same effect as described above can be realized when the light-transmitting layer is provided. It is.

【0100】(c)上記図7および図12の実施例で
は、回折格子を反射型で使用する場合について説明し、
図8の実施例では、回折格子を透過型で使用する場合に
ついて説明したが、これに限らず、反射型、透過型のい
ずれで使用するようにしてもよい。
(C) In the embodiment of FIGS. 7 and 12, the case where the diffraction grating is used in a reflection type will be described.
In the embodiment of FIG. 8, the case where the diffraction grating is used in the transmission type has been described. However, the present invention is not limited to this, and the diffraction grating may be used in any of the reflection type and the transmission type.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折格子
アレイおよびそれを用いた立体像表示装置によれば、セ
ルの内部で、回折格子の太さが段々細くかつ間隔が段々
狭くなるような回折格子が形成されており、光を発散ま
たは集光する機能を有する回折格子セルを、平面状の基
板に複数個配列し、上記回折格子セルを、格子の勾配
(または格子の勾配および格子間隔)が近い領域で空間
的に横方向(または横方向および縦方向)に分割し、こ
の各分割領域を各視差画像(1方向または2方向)に対
応させた回折格子アレイとし、またこの回折格子アレイ
を基本デバイスとして備え、横方向のみに(または横方
向、縦方向共に)視差を持つ立体像を表示するようにし
ているので、横方向のみに視差を持つ、または横方向・
縦方向共に視差を持つ立体像の表示が簡便にでき、かつ
光学的にも作製が容易で、しかも安価で大量生産が可能
となる。
As described above, according to the diffraction grating array and the three-dimensional image display device using the same according to the present invention, the thickness of the diffraction grating is gradually reduced and the interval between the diffraction gratings is gradually reduced inside the cell. A plurality of diffraction grating cells, each having a function of diverging or condensing light, are arranged on a planar substrate, and the diffraction grating cells are provided with a gradient of a grating (or a gradient of a grating and a grating). (Intervals) are spatially divided in the horizontal direction (or the horizontal and vertical directions), and each divided region is formed as a diffraction grating array corresponding to each parallax image (one direction or two directions). A grid array is provided as a basic device to display a stereoscopic image having parallax only in the horizontal direction (or both in the horizontal and vertical directions).
It is possible to easily display a stereoscopic image having parallax in the vertical direction, and it is also easy to produce optically, and mass production is possible at low cost.

【0102】さらに、この場合、光を発散または集光す
る機能を有する回折格子を用いるようにしているので、
視域の領域分けが任意に行なえ、また視点移動時に滑ら
かな立体感を感じさせることが可能となる。
Further, in this case, a diffraction grating having a function of diverging or condensing light is used.
It is possible to arbitrarily divide the viewing area, and to give a smooth three-dimensional effect when the viewpoint is moved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】回折格子セルの一例を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing an example of a diffraction grating cell.

【図2】本発明による回折格子アレイの一実施例を示す
概要図。
FIG. 2 is a schematic view showing one embodiment of a diffraction grating array according to the present invention.

【図3】同実施例における回折格子セルの一例を示す平
面図。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a diffraction grating cell in the embodiment.

【図4】同実施例における回折格子セルの他の例を示す
平面図。
FIG. 4 is a plan view showing another example of the diffraction grating cell in the embodiment.

【図5】同実施例における回折格子セルの微小領域での
解析の様子を説明するための概要図。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the state of analysis in a minute area of the diffraction grating cell in the embodiment.

【図6】同実施例における光を集光する機能を有する回
折格子を2光束干渉により作製する場合の方法の一例を
示す光学系の概要図。
FIG. 6 is a schematic diagram of an optical system showing an example of a method for manufacturing a diffraction grating having a function of condensing light by two-beam interference in the embodiment.

【図7】本発明による回折格子アレイを適用したディス
プレイの構成例を示す概要図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration example of a display to which a diffraction grating array according to the present invention is applied.

【図8】本発明による回折格子アレイを適用した立体テ
レビの構成例を示す概要図。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration example of a stereoscopic television to which the diffraction grating array according to the present invention is applied.

【図9】同立体テレビにおける元の被写体との対応関係
について説明するための概要図。
FIG. 9 is an exemplary diagram for explaining a correspondence relationship with an original subject in the stereoscopic television.

【図10】同立体テレビ(フルカラーの場合)における
元の被写体との対応関係について説明するための概要
図。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a correspondence relationship with an original subject in the stereoscopic television (in the case of full color).

【図11】本発明による回折格子アレイを適用した立体
ハードコピーの作製例を示す概要図。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of producing a three-dimensional hard copy to which the diffraction grating array according to the present invention is applied.

【図12】本発明による回折格子アレイを適用した立体
ハードコピーの構成例を示す概要図。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration example of a three-dimensional hard copy to which the diffraction grating array according to the present invention is applied.

【図13】本発明の他の実施例における光を発散する機
能を有する回折格子を2光束干渉により作製する場合の
方法の一例を示す光学系の概要図。
FIG. 13 is a schematic view of an optical system showing an example of a method for producing a diffraction grating having a function of diverging light by two-beam interference in another embodiment of the present invention.

【図14】光を集光、発散する機能を有する回折格子セ
ルの入射光と回折光との関係をそれぞれ示す側面図。
FIG. 14 is a side view showing a relationship between incident light and diffracted light of a diffraction grating cell having a function of condensing and diverging light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…回折格子セル、2…基板、11…回折格子アレイ、
11A…樹脂層(回折格子形成層)、11B…反射層、
12…カラーフィルター層、13…遮光層(印刷層)、
21…回折格子アレイ、22…液晶表示素子、23…カ
ラーフィルター層、24…被写体、25…カメラ、31
…視差画像、32…コンピューター、33…プリンタ
ー、34…回折格子アレイ、35…立体ハードコピー、
41…回折格子アレイ、41A…樹脂層(回折格子形成
層)、41B…反射層、42…保護層、43…遮光層
(インク層)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diffraction grating cell, 2 ... Substrate, 11 ... Diffraction grating array,
11A: resin layer (diffraction grating forming layer), 11B: reflection layer,
12: color filter layer, 13: light shielding layer (printing layer),
21: diffraction grating array, 22: liquid crystal display element, 23: color filter layer, 24: subject, 25: camera, 31
... Parallax image, 32 ... Computer, 33 ... Printer, 34 ... Diffraction grating array, 35 ... Three-dimensional hard copy,
41: diffraction grating array, 41A: resin layer (diffraction grating forming layer), 41B: reflection layer, 42: protective layer, 43: light shielding layer (ink layer).

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 セルの内部で、回折格子の太さが段々細
くかつ間隔が段々狭くなるような回折格子が形成されて
おり、光を発散または集光する機能を有する回折格子セ
ルを、平面状の基板に複数個配列し、 前記回折格子セルを、格子の勾配が近い領域で空間的に
横方向に分割し、この各分割領域を各視差画像(1方
向)のピクセルに対応させていることを特徴とする回折
格子アレイ。
1. A diffraction grating having a function of diverging or condensing light is formed inside a cell by forming a diffraction grating in which the thickness of the diffraction grating is gradually reduced and the interval is gradually reduced. A plurality of diffraction grating cells are spatially divided in a horizontal direction in a region where the gradient of the grating is close, and each divided region corresponds to a pixel of each parallax image (one direction). A diffraction grating array, characterized in that:
【請求項2】 前記回折格子として、軸外結像機能を有
するフレネルゾーンプレートを用いるようにしたことを
特徴とする請求項1に記載の回折格子アレイ。
2. The diffraction grating array according to claim 1, wherein a Fresnel zone plate having an off-axis imaging function is used as the diffraction grating.
【請求項3】 立体像を表示する装置において、 前記請求項1に記載の回折格子アレイを基本デバイスと
して備え、横方向のみに視差を持つ立体像を表示するよ
うにしたことを特徴とする立体像表示装置。
3. An apparatus for displaying a three-dimensional image, wherein the diffraction grating array according to claim 1 is provided as a basic device, and a three-dimensional image having parallax only in a horizontal direction is displayed. Image display device.
【請求項4】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積の回折格子のみを前記基板に形成したことを
特徴とする請求項3に記載の立体像表示装置。
4. The substrate according to claim 3, wherein, in each divided region of the diffraction grating cell, only a diffraction grating having an area proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image is formed on the substrate. 3D image display device.
【請求項5】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積のみを光が透過するように、前記基板表面に
遮光層または透光層を設けたことを特徴とする請求項3
に記載の立体像表示装置。
5. A light-shielding layer or a light-transmitting layer is provided on the substrate surface such that light is transmitted only in an area proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image in each divided region of the diffraction grating cell. 4. The device according to claim 3, wherein
3. The stereoscopic image display device according to 1.
【請求項6】 前記回折格子セルの各分割領域に対応す
る位置の光の入射または出射の強度を空間光変調素子に
よって制御することにより、立体像を表示できるように
したことを特徴とする請求項3に記載の立体像表示装
置。
6. A three-dimensional image can be displayed by controlling the intensity of light incident or emitted at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell by a spatial light modulator. Item 3. The stereoscopic image display device according to item 3.
【請求項7】 前記回折格子セルの各分割領域に対応す
る位置の光の波長を光周波数フィルターによって選択す
ることにより、フルカラーの画像を表示できるようにし
たことを特徴とする請求項3に記載の立体像表示装置。
7. A full-color image can be displayed by selecting a wavelength of light at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell by an optical frequency filter. 3D image display device.
【請求項8】 前記格子間隔を下記式により計算し、
R,G,Bの各色に対応させた格子間隔を持つ回折格子
セル3個を1組とし、対応する視差画像の対応するピク
セルのRの値に基づいて、R用のセルの前記各分割領域
に対応する位置の光の入射または出射の強度を空間光変
調素子によって制御し、Rの光の波長を光周波数フィル
ターによって選択し、これをR,G,Bの各色、全視差
画像全ピクセルについて同様の操作をすることにより、
フルカラーの立体像を表示できるようにしたことを特徴
とする請求項3に記載の立体像表示装置。 λ=dx (sinβx −sinθx ) λ=dy (sinβy −sinθy ) (λ:光の波長、dx :格子間隔のX成分、dy :格子
間隔のY成分、θx :X−Z面内での入射角、θy :Y
−Z面内での入射角、βx :X−Z面内での回折角、β
y :Y−Z面内での回折角)
8. The grid spacing is calculated by the following equation:
A set of three diffraction grating cells having a grid interval corresponding to each of the colors R, G, and B, and based on the value of R of the corresponding pixel of the corresponding parallax image, each of the divided areas of the cell for R. Is controlled by a spatial light modulator, and the wavelength of R light is selected by an optical frequency filter, and this is selected for each color of R, G, B, and all pixels of all parallax images. By performing the same operation,
4. The three-dimensional image display device according to claim 3, wherein a full-color three-dimensional image can be displayed. λ = d x (sinβ x -sinθ x) λ = d y (sinβ y -sinθ y) (λ: wavelength of light, d x: X component of the lattice spacing, d y: Y component of the lattice spacing, theta x: Incident angle in XZ plane, θ y : Y
-Angle of incidence in the Z plane, β x : diffraction angle in the XZ plane, β
y : diffraction angle in the YZ plane)
【請求項9】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積を空間光変調素子によって透過部とするよう
にしたことを特徴とする請求項3に記載の立体像表示装
置。
9. The spatial light modulation device according to claim 9, wherein in each of the divided regions of the diffraction grating cell, an area proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image is set as a transmission portion by a spatial light modulator. 4. The stereoscopic image display device according to 3.
【請求項10】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した透過率を空間光変調素子によって実現するように
したことを特徴とする請求項3に記載の立体像表示装
置。
10. A spatial light modulation device in each of the divided regions of the diffraction grating cell, wherein a transmittance proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image is realized by a spatial light modulator. 3. The stereoscopic image display device according to 1.
【請求項11】 セルの内部で、回折格子の太さが段々
細くかつ間隔が段々狭くなるような回折格子が形成され
ており、光を発散または集光する機能を有する回折格子
セルを、平面状の基板に複数個配列し、 前記回折格子セルを、格子の勾配および格子間隔が近い
領域で空間的に横方向および縦方向に分割し、この各分
割領域を各視差画像(2方向)のピクセルに対応させて
いることを特徴とする回折格子アレイ。
11. A diffraction grating having a function of diverging or condensing light is formed inside a cell by forming a diffraction grating in which the thickness of the diffraction grating is gradually reduced and the interval is gradually reduced. A plurality of diffraction grating cells are spatially divided in a region where the gradient of the grating and the grating interval are close to each other in the horizontal direction and the vertical direction, and each of the divided regions is divided into the respective parallax images (two directions). A diffraction grating array corresponding to pixels.
【請求項12】 前記回折格子として、軸外結像機能を
有するフレネルゾーンプレートを用いるようにしたこと
を特徴とする請求項11に記載の回折格子アレイ。
12. The diffraction grating array according to claim 11, wherein a Fresnel zone plate having an off-axis imaging function is used as the diffraction grating.
【請求項13】 立体像を表示する装置において、 前記請求項11に記載の回折格子アレイを基本デバイス
として備え、横方向・縦方向共に視差を持つ立体像を表
示するようにしたことを特徴とする立体像表示装置。
13. An apparatus for displaying a three-dimensional image, comprising the diffraction grating array according to claim 11 as a basic device, and displaying a three-dimensional image having parallax in both horizontal and vertical directions. 3D image display device.
【請求項14】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積の回折格子のみを前記基板に形成したことを
特徴とする請求項13に記載の立体像表示装置。
14. The substrate according to claim 13, wherein in each divided region of the diffraction grating cell, only a diffraction grating having an area proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image is formed on the substrate. 3D image display device.
【請求項15】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積のみを光が透過するように、前記基板表面に
遮光層または透光層を設けたことを特徴とする請求項1
3に記載の立体像表示装置。
15. A light-shielding layer or a light-transmitting layer is provided on the substrate surface such that light is transmitted only in an area proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image in each divided region of the diffraction grating cell. 2. The device according to claim 1, wherein
4. The stereoscopic image display device according to 3.
【請求項16】 前記回折格子セルの各分割領域に対応
する位置の光の入射または出射の強度を空間光変調素子
によって制御し、前記セルの各分割領域に対応する位置
の光の波長を光周波数フィルターによって選択すること
により、単色の立体像を表示できるようにしたことを特
徴とする請求項13に記載の立体像表示装置。
16. The spatial light modulator controls the intensity of light incident or emitted at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell, and converts the wavelength of light at a position corresponding to each divided region of the cell to light. 14. The three-dimensional image display device according to claim 13, wherein a single-color three-dimensional image can be displayed by selecting with a frequency filter.
【請求項17】 前記回折格子セルの各分割領域に対応
する位置の光の波長を光周波数フィルターによって選択
することにより、フルカラーの画像を表示できるように
したことを特徴とする請求項13に記載の立体像表示装
置。
17. A full-color image can be displayed by selecting a wavelength of light at a position corresponding to each divided region of the diffraction grating cell by using an optical frequency filter. 3D image display device.
【請求項18】 前記格子間隔を下記式により計算し、
R,G,Bの各色に対応させた格子間隔を持つ回折格子
セル3個を1組とし、対応する視差画像の対応するピク
セルのRの値に基づいて、R用のセルの前記各分割領域
に対応する位置の光の入射または出射の強度を空間光変
調素子によって制御し、Rの光の波長を光周波数フィル
ターによって選択し、これをR,G,Bの各色、全視差
画像全ピクセルについて同様の操作をすることにより、
フルカラーの立体像を表示できるようにしたことを特徴
とする請求項13に記載の立体像表示装置。 λ=dx (sinβx −sinθx ) λ=dy (sinβy −sinθy ) (λ:光の波長、dx :格子間隔のX成分、dy :格子
間隔のY成分、θx :X−Z面内での入射角、θy :Y
−Z面内での入射角、βx :X−Z面内での回折角、β
y :Y−Z面内での回折角)
18. The grid spacing is calculated by the following equation:
A set of three diffraction grating cells having a grid interval corresponding to each of the colors R, G, and B, and based on the value of R of the corresponding pixel of the corresponding parallax image, each of the divided areas of the cell for R. Is controlled by a spatial light modulator, and the wavelength of R light is selected by an optical frequency filter, and this is selected for each color of R, G, B, and all pixels of all parallax images. By performing the same operation,
14. The three-dimensional image display device according to claim 13, wherein a full-color three-dimensional image can be displayed. λ = d x (sinβ x -sinθ x) λ = d y (sinβ y -sinθ y) (λ: wavelength of light, d x: X component of the lattice spacing, d y: Y component of the lattice spacing, theta x: Incident angle in XZ plane, θ y : Y
-Angle of incidence in the Z plane, β x : diffraction angle in the XZ plane, β
y : diffraction angle in the YZ plane)
【請求項19】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積を空間光変調素子によって透過部とするよう
にしたことを特徴とする請求項13に記載の立体像表示
装置。
19. The spatial light modulation device according to claim 19, wherein in each of the divided regions of the diffraction grating cell, an area proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image is set as a transmission portion by a spatial light modulator. 14. The three-dimensional image display device according to 13.
【請求項20】 前記回折格子セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した透過率を空間光変調素子によって実現するように
したことを特徴とする請求項13に記載の立体像表示装
置。
20. The spatial light modulator according to claim 13, wherein in each of the divided areas of the diffraction grating cell, a transmittance proportional to the brightness of a corresponding pixel of a corresponding parallax image is realized by a spatial light modulator. 3. The stereoscopic image display device according to 1.
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