JP3583634B2 - 立体映像表示方法並びに装置及びその制御方法を記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元物体を立体的に表示する立体映像表示方法、装置、及びその制御プログラムを記録した記録媒体に関し、特に、書き換え可能な表示装置を用いて物体から来る光をフォトリフラクティブ結晶(素子)に照射し、フォトリフラクティブ結晶内部に、光の干渉縞を記録し、再生することにより、3次元物体を立体的に表示する立体映像表示技術に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、立体的に物体を表示する方法として、立体視を応用した方法、ホログラムを用いた方法などがある。前者の立体視の方法では、左右の眼で観察される映像を別々に眼に投射する方法であり、観察者のみ表示対象物を立体的に観察することができる。
後者のホログラムによる方法は、物体から反射してくる光の波面をそのまま再現する方法であり、立体表示の方法としてはもっとも理想的で、両眼視差、ピント調節を実物の観察と変わりなく行うことができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
人間が物体を立体的に知覚する大きな要因は、両眼視差とピント調節が挙げられる。前者の立体視の方法では、眼のピントは、常に映像が投射されているスクリーンに合っているため、両眼視差による物体の飛び出し効果と反して、ピント位置が固定であるため、長時間の観察による眼精疲労が避けられないという問題があった。
【0004】
前記ホログラムによる方法では、ホログラムを記録するためには、光の回折現象を再現する必要があるため、1ミリあたり数千本という縞を記録できる必要がある。そのため、これまで、ホログラムはあくまで写真としての立体表示方法であった。
【0005】
ホログラムを動画として表示する方法として、液晶パネルを用いた方法が提案されているが、液晶パネルの表示可能な解像度(空間周波数)は、ホログラム表示には十分でない。解像度が低く、表示可能な濃淡値が制約されるため、実際のホログラムの様な複雑な縞を表示するには未だ十分ではない。そのため、これら電子デバイスを用いてホログラムを表示しようとすると、小さな、少数の物体(点光源)しか表示することができていないという問題があった。
また、解像度が粗いために、液晶パネルを直接透過する光と回折光との分離がむずかしく、観察域が狭いという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、解像度に限界のある電子装置(電子デバイス)を用いた立体映像表示手段において、視野の広い、立体映像を再生することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)ホログラムを書き換え可能な表示装置(表示電子デバイス)に表示し、前記表示装置に非散乱光を照射し、非散乱光と前記表示装置からの散乱光とを同時にフォトリフラクティブ結晶に照射し、前記フォトリフラクティブ結晶内部に、前記非散乱光と前記散乱光との干渉縞を記録し、その後、非散乱光のみを前記フォトリフラクティブ結晶に照射し、前記記録した干渉縞から像を再生することにより立体映像を表示する立体映像表示方法において、前記表示装置とフォトリフラクティブ結晶との間、及び前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間にシャッターを設置し、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は、前記表示装置とフォトリフラクティブ結晶との間に設置したシャッターを開き、前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置したシャッターを閉じ、前記記録した干渉縞から像を再生するときは、前記表示装置とフォトリフラクティブ結晶との間に設置したシャッターを閉じ、前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置したシャッターを開いて立体映像を表示する立体映像表示方法である。
【0008】
(2)前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間に、前記表示装置に複数のホログラムを順次表示する立体映像表示方法である。
【0010】
(3)前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間に、前記表示装置に複数のホログラムを時分割で表示し、前記ホログラムの表示に同期させて、前記表示装置からの散乱光の前記フォトリフラクティブ結晶への照射位置を変化させる立体映像表示方法である。
【0011】
(4)光源と、該光源から照射される光を2つの光路に分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された一方の光が照射されるホログラムを表示する書き換え可能な表示手段と、該表示手段からの反射光及び前記光路分割手段で分割された他方の光が照射されるフォトリフラクティブ結晶と、該フォトリフラクティブ結晶に前記表示手段からの反射光と前記光路分割手段で分割された他方の光をそれぞれ異なる入射角で照射する照射手段と、前記表示手段とフォトリフラクティブ結晶との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は開き、前記記録した干渉縞から像を再生するときは閉じる第一のシャッターと、前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は閉じ、前記記録した干渉縞から像を再生するときは開く第二のシャッターとを具備する立体映像表示装置である。
【0012】
(5)光源と、該光源から照射される光を2つの光路に分割する光路分割手段と、該光路分割手段で分割された一方の光が照射されるホログラムを表示する書き換え可能な表示手段と、該表示手段からの反射光及び前記光路分割手段で分割された他方の光が照射されるフォトリフラクティブ結晶と、該フォトリフラクティブ結晶に前記表示手段からの反射光と前記光路分割手段で分割された他方の光をそれぞれ異なる入射角で照射する照射手段と、前記表示手段とフォトリフラクティブ結晶との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は開き、前記記録した干渉縞から像を再生するときは閉じる第一のシャッターと、前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は閉じ、前記記録した干渉縞から像を再生するときは開く第二のシャッターとを備えた立体表示装置であって、前記表示手段からの反射光をフォトリフラクティブ結晶上へ照射する際に、その照射位置を制御する照射位置制御手段を具備する。
【0013】
(6)ホログラムを書き換え可能な表示装置に表示し、前記表示装置に非散乱光を照射し、非散乱光と前記表示装置からの散乱光とを同時に結晶に照射し、前記結晶内部に、前記非散乱光と前記散乱光との干渉縞を記録し、その後、非散乱光のみを前記フォトリフラクティブ結晶に照射し、前記記録した干渉縞から像を再生することにより立体映像を表示する処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記結晶に干渉縞を記録している間は、前記表示装置と前記結晶との間に設置した第一のシャッターを開き、前記結晶と観察者との間に設置した第二のシャッターを閉じ、前記記録した干渉縞から像を再生するときは、前記表示装置と前記結晶との間に設置した前記第一のシャッターを閉じ、前記結晶と観察者との間に設置した前記第二のシャッターを開いて立体映像を表示する処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
(7)ホログラムを書き換え可能な表示装置に表示し、前記表示装置に非散乱光を照射し、非散乱光と前記表示装置からの散乱光とを同時に結晶に照射し、前記結晶内部に、前記非散乱光と前記散乱光との干渉縞を記録し、その後、非散乱光のみを前記フォトリフラクティブ結晶に照射し、前記記録した干渉縞から像を再生することにより立体映像を表示する処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記結晶に干渉縞を記録している間は、前記表示装置と前記結晶との間に設置した第一のシャッターを開き、前記結晶と観察者との間に設置した第二のシャッターを閉じ、前記記録した干渉縞から像を再生するときは、前記表示装置と前記結晶との間に設置した前記第一のシャッターを閉じ、前記結晶と観察者との間に設置した前記第二のシャッターを開いて立体映像を表示する処理手順と、前記結晶に干渉縞を記録している間に、前記表示装置に複数のホログラムを順次表示する処理手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【0014】
ここで、書き換え可能な表示装置(表示電子デバイス)とは、例えば、液晶パネルなどがある。一般にこれら表示電子デバイスの解像度はホログラムを表示するには、かなり粗いため、写真のホログラムのようなクリアな再生像を再現することができない。つまり、on−axis型のホログラムしか再現できないのが現状である。
【0015】
前記(1)の手段では、フォトリフラクティブ結晶に記録することで、表示電子デバイスで再現したon−axis型ホログラムを、off−axis型のホログラムに変換して再生することができるようになる。つまり、ホログラム(表示電子デバイス)を直接透過した光が眼に入らない表示対象物のみをクリアに再生することが可能となる。
【0016】
前記on−axis型ホログラムとoff−axis型のホログラムとの違いは、物体光と参照光(非散乱光)が同じ光軸にあるか否かである。フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録する際は、物体光と参照光の光軸が異るので、off−axis型となる。on−axis型とoff−axis型の違いは、on−axis型に比べoff−axis型は空間周波数の高い縞を記録する必要がある。そのため、LCD等の空間周波数の低い表示装置ではoff−axis型の表示ができない。
【0017】
一方、フォトリフラクティブ結晶は、ホログラム乾板以上の記録密度を有する(つまり、非常に高い空間周波数の記録が可能である)ため、off−axis型の記録が可能となる。
【0018】
on−axis型では、物体光と参照光が同時に眼に入るため、物体を観察できる領域が非常に狭くなる(実際、参照光のすぐ脇に物体の像が見える程度である)。一方、off−axis型では、参照光は視域の外に出てしまうから物体光のみを観察することが可能となる。
【0019】
また、これらの表示電子デバイスは、高速に書き換え可能であり、画像として保持されているホログラムの画像列を順次表示できることになる。しかし、これら表示電子デバイスは、表示可能な濃淡値つまりダイナミックレンジに限界がある。そのため、同時に表示可能な物体(例えば点光源の数)が少数に制約されてしまう。
【0020】
前記(2)の手段では、一度に表示可能な物体数が少ないとしても、少数の物体に対応したホログラムを、時分割で複数表示している。つまり、時間方向に積算するようにすることで、多数の物体を多重表示していることになる。一方、参照光との干渉縞の記録に使用しているフォトリフラクティブ結晶は、多重記録が可能な素子である。つまり、先に述べたように、複数の物体を表現するホログラム画像列の表示により得られた散乱光は、結晶内部で非散乱光との干渉縞として多重記録されることになる。
そして、多重記録された結果のみを、シャッターを開口して観察するようにしている。そのため、表示電子デバイスのダイナミックレンジが低いとしても、高解像度の像(複数物体)を、結晶を通して観察することが可能になっている。
【0022】
前記(3)の手段では、表示電子デバイスの表示面積が少ないとしても、空間的に分割して、それぞれの空間に対応する干渉縞を順次記録している。通常、電子デバイスは、表示する画像のサイズが大きくなると、データ量が膨大になる。そのため、一般的には、動画表示可能な画素数には限界がある。ホログラムの場合、表示画素のピッチが問題となるため、画素数一定で画面を大きくしても、視域の拡大には繋がらず、かえって、像が結像しなくなってしまう。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態(実施例)を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0024】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1の立体映像表示装置の概略構成を示す模式図である。本実施例1の立体映像表示装置は、図1に示すように、ホログラム生成手段1と光学系2により構成される。前記光学系2は、レーザ201、ミラー202、スペイシャルフィルタ203、コリメータレンズ204、偏光ビームスプリツタ205、反射型液晶(パネル)206、ミラー207、フォトリフラクティブ結晶(素子)208、及びシャッター209,210で構成されている。
【0025】
図1において、3は観察者、220はレーザビーム、221は球面波に変換されたレーザ光、222は平面波のレーザ光、223は偏光ビームスプリツタを反射した光、224は反射型液晶206を反射した光、225は偏光ビームスプリツタ205を透過した光、226は参照光(レーザ光225がミラー207で反射した光)、227は反射型液晶206を反射して偏光ビームスプリツタを透過した光、228はフォトリフラクティブ結晶208を透過した物体光である。
【0026】
本実施例1の立体映像表示装置では、表示装置として、反射型液晶(パネル)206を用い、フォトリフラクティブ結晶208として、ニオブ酸ストロンチウムバリウム(SBN)を用いる。参照光(非散乱光)として、レーザ201で発生されるレーザ光を用い、偏光ビームスプリツタ205により、レーザ光を2つの光路223及び225に分配し、偏光ビームスプリツタ205を反射した非散乱光(参照光)223を反射型液晶206に照射する。
【0027】
以下に、本実施例1の立体映像表示装置の動作を、前記偏光ビームスプリツタ205を透過した非散乱光(参照光)225をミラー207を介してフォトリフラクティブ結晶(以下、単にSBNという)208へ照射する参照光226として利用できる光学系2を利用して説明する。
【0028】
図2に示すように、まず、最初に、表示対象物を4つの部品に分割する(ステップ101)。例えば、“HOLO”という4文字の物体を表示しようとする場合、“H”、“O”、“L”、“O”の1文字に分割する。それぞれの部品に関して、それぞれ反射型液晶(パネル)206の位置に生成されるホログラムを計算により求め、フレーム(frame)1、フレーム2、フレーム3、フレーム4とする(ステップ102)。これらの個々のフレームを順次反射型液晶(パネル)206に表示する。このとき、反射型液晶(パネル)206を反射した光224は、偏光ビームスプリツタ205を通過して、SBN208の方向に進行する。偏光ビームスプリツタ205を透過した散乱光227は、SBN208の結晶内部を伝搬していく。このとき、参照光226も同時にSBN208の内部を伝搬しているから、参照光226と散乱光227により発生する停在波(つまり干渉縞)が発生し、その干渉縞がSBN208に記録される。
【0029】
フレーム1〜4のホログラムを順次反射型液晶(パネル)206に表示することにより、4つのフレームに相当する干渉縞がSBN208の内部に多重記録されることになる(ステップ104,105)。記録している最中は、シャッターB210が閉じられていて、観察者3は反射型液晶(パネル)206を反射した光228を直接観察することはない(ステップ103)。
【0030】
前記フレーム1〜4まで、照射したら散乱光(干渉縞)227の照射をシャッターA209により遮断し、参照光226のみが照射されるようにし(ステップ106)、観察者3は、結晶208を通して物体光228を見ることになり、物体像、例えば、前記“HOLO”の4文字を知覚することができる(ステップ107)。そして、次の物体を表示する場合は、ステップ101から繰り返される(ステップ108)。
この時、参照光226のみを照射する時間を長くするか、あるいは照射強度を強くして、SBN208に記録されていた干渉縞を消去する。
【0031】
図3は、照射の順序をタイムシーケンスで表した図である。例えば、フレーム1を0.03秒液晶パネルに表示し、次の0.03秒間はフレーム2を表示するというように順次繰り返す。そして、その間同時に参照光(再生光)を照射し続けている。フレーム1〜4までを照射している間は、シャッターA209は開いていて、シャッターB210は閉じた状態になっている。そして、フレーム4まで表示した後、0.12秒の間は参照光のみが照射され、シャッターA209が閉じられ、シャッターB210が開いた状態になる。このシーケンスを順次繰り返すことで、フレーム1からフレーム4までの再生像(例えば、“H”、“O”、“L”、“O”)は多重記録により一つの物体として観察できることになる。
尚、このタイムシーケンスの時間は一例であり、物体数及び表示装置の画像切り替え速度に応じて適宜変更は可能であり、本発明を限定するものではない。
【0032】
(実施例2)
図4は、本発明の実施例2の立体映像表示装置の概略構成を示す模式図である。本実施例2の立体映像表示装置は、図4に示すように、前記実施例1と同様の光学系2に、さらに、光路変更手段401を設けたものである。
すなわち、本実施例2の立体映像表示装置は、前記光路変更手段401により、反射型液晶パネルを反射した散乱光420に示すようにSBN208の異なる部分に照射するようになる。例えば、ガルパノミラーで、垂直方向に反射光が走査するようにし、ポリゴンミラー等で、水平方向を走査するような、2つのミラーで構成した光路変更手段401を用いることで、入射した光を、図5(照射の一例)に示すような9つの異なる場所に照射するようにすることが可能である。
【0033】
例えば、表示する物体が、9つのホログラムで表現されているとする。このとき、フレーム1に相当する部分に、液晶パネルでフレーム1を照射したときの散乱光が照射されるようにする。以下、同様に、フレーム9までの散乱光(干渉縞)を、SBN208に記録していく。すべてのフレームの提示が終了したら、前述したステップ107により、観察するようにする。
【0034】
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるのではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいうまでもない。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、解像度に限界のある電子表示デバイス等の表示装置を用いて、視野の広い、立体映像を再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の立体映像表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】本実施例1の立体映像表示装置の動作を説明するための流れ図である。
【図3】本実施例1の立体映像表示装置の動作における制御シーケンスの一実施形態を示す図である。
【図4】本発明の実施例2の立体映像表示装置の概略構成を示す模式図である。
【図5】本発明の実施例2の立体映像表示装置のSBNへの照射位置を説明するための図である。
【符号の説明】
1…ホログラム発生手段、2…光学系、3…観察者、201…レーザ、202…ミラー、203…スペイシャルフィルタ、204…コリメータレンズ、205…偏光ビームスプリツタ、206…反射型液晶(パネル)、207…ミラー、208…フォトリフラクティブ結晶(SBN)、209,210…シャッター、220…レーザビーム、221…球面波に変換されたレーザ光、222…平面波のレーザ光、223…偏光ビームスプリツタを反射した光、224…液晶を反射した光、225…偏光ビームスプリツタを透過した光、226…参照光、227…液晶を反射して偏光ビームスプリツタを透過した光、228…SBNを透過した物体光、401…物体光の光路を変化させる手段、420…光路が変更された散乱光。
Claims (7)
- ホログラムを書き換え可能な表示装置に表示し、
前記表示装置に非散乱光を照射し、
非散乱光と前記表示装置からの散乱光とを同時にフォトリフラクティブ結晶に照射し、
前記フォトリフラクティブ結晶内部に、前記非散乱光と前記散乱光との干渉縞を記録し、
その後、非散乱光のみを前記フォトリフラクティブ結晶に照射し、
前記記録した干渉縞から像を再生することにより立体映像を表示する立体映像表示方法において、
前記表示装置とフォトリフラクティブ結晶との間、及び前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間にシャッターを設置し、
前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は、前記表示装置とフォトリフラクティブ結晶との間に設置したシャッターを開き、前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置したシャッターを閉じ、
前記記録した干渉縞から像を再生するときは、前記表示装置とフォトリフラクティブ結晶との間に設置したシャッターを閉じ、前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置したシャッターを開いて立体映像を表示する
ことを特徴とする立体映像表示方法。 - 前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間に、
前記表示装置に複数のホログラムを順次表示する
ことを特徴とする請求項1に記載の立体映像表示方法。 - 前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間に、
前記表示装置に複数のホログラムを時分割で表示し、
前記ホログラムの表示に同期させて、前記表示装置からの散乱光の前記フォトリフラクティブ結晶への照射位置を変化させる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の立体映像表示方法。 - 光源と、
該光源から照射される光を2つの光路に分割する光路分割手段と、
該光路分割手段で分割された一方の光が照射されるホログラムを表示する書き換え可能な表示手段と、
該表示手段からの反射光及び前記光路分割手段で分割された他方の光が照射されるフォトリフラクティブ結晶と、
該フォトリフラクティブ結晶に前記表示手段からの反射光と前記光路分割手段で分割された他方の光をそれぞれ異なる入射角で照射する照射手段と、
前記表示手段とフォトリフラクティブ結晶との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は開き、前記記録した干渉縞から像を再生するときは閉じる第一のシャッターと、
前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は閉じ、前記記録した干渉縞から像を再生するときは開く第二のシャッターと
を具備することを特徴とする立体映像表示装置。 - 光源と、
該光源から照射される光を2つの光路に分割する光路分割手段と、
該光路分割手段で分割された一方の光が照射されるホログラムを表示する書き換え可能な表示手段と、
該表示手段からの反射光及び前記光路分割手段で分割された他方の光が照射されるフォトリフラクティブ結晶と、
該フォトリフラクティブ結晶に前記表示手段からの反射光と前記光路分割手段で分割された他方の光をそれぞれ異なる入射角で照射する照射手段と、
前記表示手段とフォトリフラクティブ結晶との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は開き、前記記録した干渉縞から像を再生するときは閉じる第一のシャッターと、
前記フォトリフラクティブ結晶と観察者との間に設置され、前記フォトリフラクティブ結晶に干渉縞を記録している間は閉じ、前記記録した干渉縞から像を再生するときは開く第二のシャッターと
を備えた立体表示装置であって、
前記表示手段からの反射光をフォトリフラクティブ結晶上へ照射する際に、その照射位置を制御する照射位置制御手段を具備する
ことを特徴とする立体映像表示装置。 - ホログラムを書き換え可能な表示装置に表示し、
前記表示装置に非散乱光を照射し、
非散乱光と前記表示装置からの散乱光とを同時に結晶に照射し、
前記結晶内部に、前記非散乱光と前記散乱光との干渉縞を記録し、
その後、非散乱光のみを前記フォトリフラクティブ結晶に照射し、
前記記録した干渉縞から像を再生することにより立体映像を表示する処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記結晶に干渉縞を記録している間は、前記表示装置と前記結晶との間に設置した第一のシャッターを開き、前記結晶と観察者との間に設置した第二のシャッターを閉じ、
前記記録した干渉縞から像を再生するときは、前記表示装置と前記結晶との間に設置した前記第一のシャッターを閉じ、前記結晶と観察者との間に設置した前記第二のシャッターを開いて立体映像を表示する処理手順
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - ホログラムを書き換え可能な表示装置に表示し、
前記表示装置に非散乱光を照射し、
非散乱光と前記表示装置からの散乱光とを同時に結晶に照射し、
前記結晶内部に、前記非散乱光と前記散乱光との干渉縞を記録し、
その後、非散乱光のみを前記フォトリフラクティブ結晶に照射し、
前記記録した干渉縞から像を再生することにより立体映像を表示する処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記結晶に干渉縞を記録している間は、前記表示装置と前記結晶との間に設置した第一のシャッターを開き、前記結晶と観察者との間に設置した第二のシャッターを閉じ、
前記記録した干渉縞から像を再生するときは、前記表示装置と前記結晶との間に設置した前記第一のシャッターを閉じ、前記結晶と観察者との間に設置した前記第二のシャッターを開いて立体映像を表示する処理手順と、
前記結晶に干渉縞を記録している間に、前記表示装置に複数のホログラムを順次表示する処理手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (2)
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