JP4313102B2 - 3D image display device - Google Patents

Description

【００１４】
【数２】

【００１５】
【数３】

【００１６】
上記（１）式においてλ_Ｒは記録波長（５３２ｎｍ）、λ_Ｃは再生波長、Ｒ_０はスリガラス６７面である物体上の一点とホログラムスクリーン６４面までの距離、Ｒ_ｒは参照光点とホログラムスクリーン６４面までの距離、Ｒ_Ｃは再生用照明光点とホログラムスクリーン６４までの距離、Ｒ_ｉはホログラムスクリーン６４から近軸像点までの距離である。また、ｘ_ｉおよびｙ_ｉはＲ_ｉのｘ成分およびｙ成分であり、ｘ_Ｃおよびｙ_ＣはＲ_Ｃのｘ成分およびｙ成分である。
【００１７】
再生時にホログラムスクリーン６４を通過し回折する光のうち、５３２ｎｍの波長の光の像点を近軸像点とする。このとき４５０ｎｍ（青）から６５０ｎｍ（赤）までの広がりを持つスペクトルの光でこのホログラムを照明した場合のスポットダイアグラムにより評価を行い記録時の最適条件が導出された。
【００１８】
記録波長は５３２ｎｍであり、スクリーンは１７（水平）×１３（垂直）インチ（対角：約２１インチ（１インチ＝２．５４ｃｍ））の大きさを想定して評価がなされた。このとき記録方式は収束する球面参照光による方式と発散する球面参照光による２方式についてそれぞれ計算された。
【００１９】
その結果、発散する球面参照光による虚像再生では、フレネルレンズ７０を合わせて用いる図２０の再生光学系の条件で再生を行った場合に生じる色収差が計算された。一方、収束する球面参照光の場合は、記録時の参照光と共役な光波面による実像再生を行った場合に生じる色収差が計算された。
【００２０】
そのスポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果は、それぞれ図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）、および図２２に示すとおりである。このスポットダイアグラムによる結果は、ホログラムスクリーンを記録するとき面光源の中の中央の点について得られる色収差である。
【００２１】
図２１（ａ）、図２１（ｂ）、および図２１（ｃ）に示すように、共役白色光照明の場合の方が、図２２のハイブリッドホログラムの場合よりも、垂直、水平方向への横収差が大きいことが分かる。この結果から、収束する球面参照光で記録し共役光により実像再生を行った場合は、スクリーンを大型化したとき再生時に色収差が大きくなる。
【００２２】
一方、図２２に示す色収差の結果の場合では、４５０ｎｍの分光スペクトルは近軸像点面上で垂直方向へ＋３０ｍｍ、６５０ｎｍの分光スペクトルは近軸像点面上で垂直方向へ−５０ｍｍ程度離れる色収差を伴っている。これは、図２１（ａ）、図２１（ｂ）、および図２１（ｃ）の結果と比べると小さいが、まだ零にはなっていない。
【００２３】
このように色収差が発生すると、図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）、および図２２に示すように、視点が垂直方向に沿って上側へずれてしまうと４５０ｎｍの分光スペクトルの影響によって青っぽく見えてしまい、逆に垂直方向に沿って下側へずれてしまうと６５０ｎｍの分光スペクトルの影響によって赤っぽく見えてしまう。すなわち、正しい色で見える視域が狭められてしまうという問題がある。
【００２４】
また、このように視域が狭められてしまうということは、波長に応じて光が分散しているために光の損失が多く、光が有効に利用されないという問題がある。
【００２５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて色収差をなくし、もって、視域の狭小化を阻止することが可能な立体像表示装置を提供することにある。
【００２６】
また、その第２の目的は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて色収差をなくし、もって、光をより有効に利用することが可能な立体像表示装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【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、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００３７】
請求項１の発明は、任意の２つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、再生した各虚像パターンを、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する各視域にそれぞれ虚像パターンに対応する実像パターン光として結像させるために集光する集光レンズと、集光レンズによって結線された各実像パターン光を両眼の配置方向と直交する方向にのみ発散させる発散レンズとを備えている。更に、各プロジェクターを、それぞれＲ成分からなる再生用照明光を照射するＲ成分サブプロジェクター、Ｇ成分からなる再生用照明光を照射するＧ成分サブプロジェクター、およびＢ成分からなる再生用照明光を照射するＢ成分サブプロジェクターの３台のサブプロジェクターからなる構成としている。更にまた、各視域において、実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように各サブプロジェクターを配置している。
【００３８】
従って、請求項１の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズからなるスクリーン上に、容易に高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。ホログラム、集光レンズ、および発散レンズはシート状とすることが好ましい。例えば、シート状集光レンズとしてはフレネルレンズ、シート状発散レンズとしてはレンチキュラーレンズがある。
【００３９】
ホログラムは、各視差画像を観察可能とする視域を正確にコントロールすることができる。またホログラムは、虚像再生型としたことにより、その作製が容易となる。更には、レンズとして例えばフレネルレンズを用いることによって、ホログラムとフレネルレンズとの組み合わせにより、ホログラムの０次回折光が観察者の目に入らないようにすることもできる。これによって、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【００４０】
また、発散レンズの作用により、立体像が観察可能な視域を観察者の両眼の配置方向と直交する方向に拡げることができる。
【００４１】
更に、プロジェクターの投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定できるようになるため、容易に両眼視差を実現することが可能となる。なお、スクリーンを構成するホログラム、集光レンズ、および発散レンズは、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。更にまた、ホログラムによって分散されたＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の各色の光をほぼ同様の空間的分布とすることができ、色ズレのないフルカラー立体像を表示することが可能となる。
【００４２】
請求項２の発明は、上記第２の目的を達成するために、請求項４の発明の立体像表示装置において、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズを、光透過性を有するシート状とする。
【００４３】
従って、請求項２の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズによって透過型のスクリーン構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターをスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【００４４】
請求項３の発明は、上記第２の目的を達成するために、請求項１の発明の立体像表示装置において、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズのうちプロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【００４５】
従って、請求項３の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズによって反射型のスクリーンを構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターを観察者側に配置することが可能となることから、観察者も含めて立体像表示装置をコンパクトに配置することが可能となる。
【００４８】
請求項４の発明は、プロジェクターを３つ以上備えた請求項１乃至３のうち何れか１項の発明の立体像表示装置である。
【００４９】
従って、請求項４の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、３つ以上のプロジェクターを用いて、３つ以上の視差画像を投影することにより、観察者の水平方向の視点位置の変化に伴い、視差画像の変化が起こり、自然な立体感を実現することが可能となる。
【００５０】
請求項５の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の立体像表示装置において、ホログラムとして、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心がホログラム面にほぼ平行な直線上にあり、直線上における板面の大きさ以上の間隔をあけて配置した複数の拡散板を用いて記録されたホログラムとしている。
【００５１】
従って、請求項５の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、複数の観察者が同時に立体像を観察することができる。例えば、３枚の拡散板を使用して記録した場合には、３人の観察者のそれぞれの左右の目に視差画像が観察されるので、３人が同時に立体像を観察することができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図１１を用いて説明する。
【００５４】
図１は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図である。
【００５５】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置は、複数のプロジェクター１０と、透過型のスクリーン１２とから構成してなる。図１（ａ）では、１つのプロジェクター１０しか示していないが、実際には図２に示すように複数のプロジェクター１０（＃１，＃２，＃３）を備えている。そして、図２および図３に示すように、各プロジェクター１０からの投影によって実現される視域２２（＃１，＃２，＃３）が、観察者の右目２３（＃Ｒ）と左目２３（＃Ｌ）とを結ぶ直線Ｈ上に形成されるようにしている。
【００５６】
更に、スクリーン１２は、図１（ｂ）に示すように、ホログラムシート１４とプリズムシート１６とフレネルレンズシート１８とを重ねた多層構造からなる。ホログラムシート１４、プリズムシート１６、およびフレネルレンズシート１８はともに透過性である。
【００５７】
各層の間は、密着している必要性はなく、図１（ｂ）に示すように、空気層からなる隙間２０を適宜設けてよい。また、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、プリズムシート１６、およびフレネルレンズシート１８はどのような組み合わせ順から構成しても良く、図４に示すようにプロジェクター１０側からホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、プリズムシート１６の順に配置するようにしても良い。
【００５８】
ホログラムシート１４は、図５にその概念を示すようにして例えば拡散板２８のような対象物体の形状パターンを予め記録しておく。つまり、レーザ光源６０から発せられる可視光をハーフミラー３２を通過させた後にレンズ３４によって光を拡散させ、ホログラムシート１４に参照光Ｒとして照射させる。一方、レーザ光源６０からの可視光の一部を、ハーフミラー３２によって反射させ更に反射ミラー３６によって反射させた後にレンズ３８によって拡散し、拡散板２８を照射する。そして、拡散板２８を透過した光が物体光Ｂとしてホログラムシート１４を照射する。これによって、ホログラムシート１４は、拡散板２８の形状パターンを記録する。これは、ホログラムの基本的な原理である。
【００５９】
このようにして拡散板２８の形状パターンを記録したホログラムシート１４に対して、図６に示すようにプロジェクター１０から参照光Ｒと同波長の可視光を照射する。これによって、この可視光が再生用照明光Ｓとして利用され、記録されている拡散板２８の形状パターンを、虚像パターン２６としてプロジェクター１０側に再生する。
【００６０】
プリズムシート１６は、上述したようにしてプロジェクター１０側に再生された虚像パターン２６をフレネルレンズシート１８側に偏向させる。これによって、虚像パターン２６の光は、実像パターン２４の光となる。
【００６１】
フレネルレンズシート１８は、プリズムシート１６によって偏向された実像パターン２４の光を集光し、視域２２に結像させる。
【００６２】
本来ホログラムシート１４は、波長分散性を有しており、同じ入射角で入射した可視光を集光する場合であっても、波長に応じて結像点がずれてしまう。例えば、図７に示すように、ホログラムシート１４とフレネルレンズシート１８とからなるスクリーンでは、虚像パターン２６を集光し、視域２２に実像パターン２４の光を結像させる。しかしながら、波長分散性によってＲＧＢ各色成分の光が高さ方向Ｖに沿ってずれてしまう。すなわち、Ｇ成分光を中心に、Ｂ成分光はＧ成分光よりも高い側に、Ｒ成分光はＧ成分光よりも低い側にそれぞれずれてしまう。
【００６３】
そこで本願発明では、ホログラムシート１４が有する波長分散性を補償するようなプリズムシート１６を用いることによって、図８に示すように、フレネルレンズシート１８によって集光された光が、波長に依存することなく同一の結像点において結像するようにしている。
【００６４】
これによって、各プロジェクター１０から光を投射することによって形成される視域２２の中心高さを全て一致させ、観察者は、任意の２つの視域２２を右目２３（＃Ｒ）および左目２３（＃Ｌ）によって観察することによって、両眼視差に基づく立体像を見ることができるようにしている。
【００６５】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る立体像表示装置の作用について説明する。
【００６６】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置は、複数のプロジェクター１０と１つのスクリーン１２とから構成されている。スクリーン１２は更にそれぞれ透過性のホログラムシート１４とプリズムシート１６とフレネルレンズシート１８とが重ね合わされることによってなる多層構造をなしている。なお、各層の間は、密着している必要性はなく、空気層からなる隙間２０が適宜設けられている。また、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、プリズムシート１６、およびフレネルレンズシート１８はどのような組み合わせ順から構成しても良い。
【００６７】
そして、視域２２に対象物体の実像パターン２４の光を結像するためには先ず、図５にその概念を示すようにして、対象物体の形状パターンがホログラムシート１４に予め記録される。これは、レーザ光源６０から発せられる可視光が、ハーフミラー３２を通過した後にレンズ３４によって拡散され、ホログラムシート１４に参照光Ｒとして照射される。その一方で、プロジェクター１０からの可視光の一部が、ハーフミラー３２によって反射され、更に反射ミラー３６によって反射された後にレンズ３８によって拡散され、拡散板２８が照射される。そして、拡散板２８を透過した光が物体光Ｂとして用いられ、ホログラムシート１４に照射される。これによって、ホログラムシート１４に、拡散板２８の形状パターンが記録される。
【００６８】
このようにして拡散板２８の形状パターン記録されたホログラムシート１４に対して、図６に示すようにプロジェクター１０から参照光Ｒと同波長の可視光が照射されると、この可視光が再生用照明光Ｓとして利用され、記録されている拡散板２８の形状パターンが、虚像パターン２６としてプロジェクター１０側に再生される。
【００６９】
このようにしてプロジェクター１０側に再生された虚像パターン２６は、プリズムシート１６によってフレネルレンズシート１８側へと偏向される。これによって、虚像パターン２６が実像パターン２４に変換される。
【００７０】
このような実像パターン２４の光は、フレネルレンズシート１８によって集光され、視域２２において結像される。
【００７１】
本来ホログラムシート１４は、波長分散性を有しており、同じ入射角で入射した光を集光する場合であっても、波長に応じて結像点がずれてしまう。しかしながら本願発明では、ホログラムシート１４が有する波長分散性を補償するようなプリズムシート１６が用いられている。したがって、図８に示すように、フレネルレンズシート１８によって集光された光が、波長に依存することなく視域２２における同一の結像点において結像される。
【００７２】
これによって、各プロジェクター１０から光を投射することによって形成される視域２２の中心高さは全て一致し、観察者は、任意の２つの視域２２を右目２３（＃Ｒ）および左目２３（＃Ｌ）によって観察することによって、両眼視差に基づく立体像が、色ズレのないフルカラーによって表示される。
【００７３】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、ホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６からなるスクリーン１２上に、色収差がなく、視域２２の狭小化をもたらすこともなく、高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクター１０をスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【００７４】
また、プロジェクター１０の投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定でき、容易に両眼視差を実現することができる。なお、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６は、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。
【００７５】
更に、図２に示すように、３つ以上のプロジェクター１０を用いることによって、３つ以上の視差画像を投影することができるようになり、観察者の水平方向に相当する直線Ｈに沿った視点位置の変化に伴い、視差画像の変化が起こり、自然な立体感を実現することが可能となる。
【００７６】
更にまた、図９（ａ）に示すように、各プロジェクター１０を、それぞれＲ成分からなる再生用照明光を照射するＲ成分サブプロジェクター１０（＃１Ｒ）、Ｇ成分からなる再生用照明光を照射するＧ成分サブプロジェクター１０（＃１Ｇ）、およびＢ成分からなる再生用照明光を照射するＢ成分サブプロジェクター１０（＃１Ｂ）の３台のサブプロジェクターからなる構成とし、各視域２２において、実像パターン２４の光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するようにサブプロジェクター１０（＃１Ｒ，＃１Ｇ，＃１Ｂ）を配置することによっても、色ズレのないフルカラー立体像を表示することが可能となる。
【００７７】
具体例としては、図９（ｂ）に示すように、直線Ｖ方向に沿って上側からＢ成分サブプロジェクター１０（＃Ｂ）、Ｇ成分サブプロジェクター１０（＃Ｇ）、Ｒ成分サブプロジェクター１０（＃Ｒ）の順に配置する。これによって、各視域２２において、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するようにしている。
【００７８】
このように、ホログラムシート１４は、各視差画像を観察可能とする視域２２を正確にコントロールすることができることから、例えば図１０に示すように、ホログラムシート１４とフレネルレンズシート１８との組み合わせにより、ホログラムシート１４の０次回折光Ｚが観察者の目に入らないようにした上でプリズムシート１６を配置することによって、Ｓ／Ｎ（シグナル／ノイズ）比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【００７９】
なお、本実施の形態では何れもスクリーン１２の下方側にプロジェクター１０を配置した場合を例に説明した。このような場合、例えば図１（ｂ）に示すように、刃が下方を向くようにプリズムシート１６を配置する。しかしながら、本実施の形態に係る立体像表示装置は、プロジェクター１０をスクリーン１２の下方側に配置する場合に限らず、図１１に示すように、プロジェクター１０をスクリーン１２の上方側に配置する場合も含まれる。その場合、図１１に示すように、刃が上方を向くようにプリズムシート１６を配置する。
【００８０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図１２から図１５を用いて説明する。
【００８１】
本実施の形態に係る立体像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の変形例であって、第１の実施の形態に係る立体像表示装置において、ホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６のうちプロジェクター１０側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【００８２】
図１２に示す例は、ホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６のうちプロジェクター１０側から最も遠い側に配置されたホログラムシート１４が光反射性を有しており、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６は光透過性を有している。本実施の形態に係る立体像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置と同様に、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびプリズムシート１６は、どのような組み合わせ順でもよい。したがって、図１３および図１４に示すように、プリズムシート１６が光反射性を有し、ホログラムシート１４およびフレネルレンズシート１８が光透過性を有しているスクリーン１２や、図１５に示すように、フレネルレンズシート１８が光反射性を有し、ホログラムシート１４およびプリズムシート１６が光透過性を有しているスクリーン１２であってもよい。
【００８３】
このような構成をなす本実施の形態に係る立体像表示装置は、反射型のスクリーン１２を構成し、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の作用効果を奏することができる。更に、プロジェクター１０を観察者２３側に配置することが可能となることから、コンパクトに配置することが可能となる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１６を用いて説明する。
【００８５】
本実施の形態に係る立体像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体像表示装置の変形例であって、第１の実施の形態に係る立体像表示装置において、プリズムシート１６をレンチキュラーレンズ４０に置き換えた構成としている。したがって、図１６では、図１と同一部分には同一符号を付している。以下においても、同一部分における説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００８６】
ホログラムシート１４は、第１の実施の形態で説明したようにしてプロジェクター１０側に虚像パターン２６の光を再生するようにしている。
【００８７】
フレネルレンズシート１８は、ホログラムシート１４によって再生された虚像パターン２６の光を、実像パターン２４の光として非プロジェクター側に集光させる。
【００８８】
レンチキュラーレンズ４０は、フレネルレンズシート１８によって集光された各実像パターン２４の光を図３および図１６中に示す±Ｖ方向に発散させる。直線Ｖは、直線Ｈと直交する。これによって、図１６に示すように、結像域を拡大させる。
【００８９】
このようにして結像域を±Ｖ方向に発散させることによって各色成分による結像域のオーバーラップ領域が増える。これによって視域２２が拡大するため、光をより有効に利用することができるようにしている。
【００９０】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る立体像表示装置の作用について説明する。
【００９１】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置もまた第１の実施の形態と同様に、複数のプロジェクター１０と１つのスクリーン１２とから構成されている。スクリーン１２は、それぞれ透過性のホログラムシート１４とフレネルレンズシート１８とレンチキュラーレンズ４０とを重ね合わせることによってなる多層構造をなしている。なお、各層の間は、密着している必要性はなく、空気層からなる隙間が適宜設けられている。また、スクリーン１２を構成するホログラムシート１４、フレネルレンズシート１８、およびレンチキュラーレンズ４０はどのような組み合わせ順から構成しても良い。
【００９２】
そして、視域２２に対象物体の実像パターン２４の光を結像するためには、図５を用いて第１の実施の形態で説明したようにして対象物体の形状パターンがホログラムシート１４に予め記録される。
【００９３】
このようにして拡散板２８の形状パターンが記録されたホログラムシート１４に対して、図６に示すようにプロジェクター１０から参照光Ｒと同波長の光が照射されると、この光が再生用照明光Ｓとして利用され、記録されている形状パターンが、虚像パターン２６としてプロジェクター１０側に再生される。
【００９４】
このようにしてプロジェクター１０側に再生された虚像パターン２６の光は、フレネルレンズシート１８によって、実像パターン２４の光として非プロジェクター側に集光される。
【００９５】
フレネルレンズシート１８によって集光された光は、レンチキュラーレンズ４０によって、図３および図１６中に示す±Ｖ方向に発散される。これによって、図１６に示すように、結像域が拡大される。
【００９６】
このようにして結像域を±Ｖ方向に発散させることによって各色成分による結像域のオーバーラップ領域が増える。これによって、色収差の減少が図られるとともに視域２２が拡大され、光がより有効に利用されるようになる。
【００９７】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、レンチキュラーレンズ４０によって実像パターン２４の光が発散されることによって、視域２２の拡大が図られる。その結果、光をより有効に利用することが可能となる。
【００９８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図１７を用いて説明する。
【００９９】
図１７は、第４の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図である。
【０１００】
すなわち、図１７（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る立体像表示装置に用いるホログラムは、複数の拡散板２８（＃１〜＃ｎ）により、ホログラム記録シート１５に記録する。
【０１０１】
図１７（ｂ）に示すように、各拡散板２８（＃１〜＃３）は、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心ｇ（＃１〜＃３）が同一直線Ｔ上にあるように配置している。なお、図１７（ｂ）では、３つの拡散板２８（＃１〜＃３）を備え、６０〜７０ｃｍ程度のピッチで配置した例を示しているが、もちろん３つに限定されるものでも、この配置ピッチに限定されるものではない。そして、これら拡散板２８（＃１〜＃３）と参照光Ｒとを用いてホログラム記録シート１５に立体像として表示するための被表示体の映像パターンを記録する。
【０１０２】
次に、ホログラム記録シート１５に記録された映像パターンを表示する場合には、ホログラム記録シート１５によって図１７（ａ）に示すようなスクリーン１２を形成し、このスクリーン１２に対して少なくとも２つのプロジェクター１０から再生用照明光Ｓを照射する。図１７（ｂ）に示すように３つの拡散板２８（＃１〜＃３）を６０〜７０ｃｍ程度のピッチで配置して記録した場合には、スクリーン１２の横方向長さは１．８〜２．１ｍ程度となる。
【０１０３】
このとき、図１７（ａ）に示すように、観察者２３（＃１〜＃３）もまた６０〜７０ｃｍ程度のピッチで並んでスクリーン１２の中心方向を観察することによって、プロジェクター１０からの光が３方向に回折され、それぞれ３人の観察者２３（＃１〜＃３）の目に入る。これによって、３人が同時に立体画像を観察できるようにしている。
【０１０４】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、複数の観察者２３が同時に立体像を観察することが可能となる。
【０１０５】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の立体像表示装置によれば、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて、色収差をなくし、視域の狭小化を阻止することが可能となる。
【０１０７】
また、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて、色収差をなくし、光をより有効に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図２】 第１の実施の形態に係る立体像表示装置の概念を示す平面図。
【図３】 視域と目線高さとの関係を示す模式図。
【図４】 スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図５】 ホログラムシートへの対象物体の記録方法を説明するための概念図。
【図６】 ホログラムシートに記録された対象物体の虚像パターンの再生方法を説明するための概念図。
【図７】 フレネルレンズシートによって結像される視域を説明するための概念図。
【図８】 第１の実施の形態に係る立体像表示装置によって結像される視域を示す概念図。
【図９】 ＲＧＢの３つ一組のサブプロジェクターからなるプロジェクターを配置してなる第１の実施の形態に係る立体像表示装置の概念を示す平面図。
【図１０】 ホログラムシートの０次回折光が観察者の目に入らないようにした第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１１】 プロジェクターをスクリーンの上方側に配置した第１の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１２】 第２の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１３】 スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図１４】 スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図１５】 スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図１６】 第３の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１７】 第４の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図１８】 ２眼式オートステレオスコピックディスプレイを説明するための概念図。
【図１９】 ２眼式オートステレオスコピックディスプレイにおけるホログラムスクリーンからの虚像再生方法を説明するための図。
【図２０】 ハイブリッドホログラムスクリーンを用いる立体像の再生システムの概念図。
【図２１】 スポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果を示す図。
【図２２】 スポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果を示す図。
【符号の説明】
１０…プロジェクター、１２…スクリーン、１４…ホログラムシート、１５…ホログラム記録シート、１６…プリズムシート、１８…フレネルレンズシート、２０…隙間、２２…視域、２３，７４…観察者、２４…実像パターン、２６…虚像パターン、２８…拡散板、３２…ハーフミラー、３４，３８，６６…レンズ、３６…反射ミラー、４０…レンチキュラーレンズ、６０…レーザ光源、６１…ハーフミラー、６２…ミラー、６３，６５…ピンホール、６４…ホログラムスクリーン、６７…スリガラス、６８…虚像、７０…フレネルレンズ、７２…ビデオプロジェクター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a stereoscopic image display device using a hybrid screen in which a hologram and a lens are combined.
[0002]
[Prior art]
As a method for displaying a stereoscopic image using a projection screen, a method using special glasses is common, but an autostereoscopic method without glasses is also being studied. As special screens for this purpose, there are a lenticular screen and a hologram screen.
[0003]
The size of the viewing zone can be adjusted in the two-dimensional stereoscopic display hologram screen. In an ideal recording method for a hologram screen, hologram exposure is performed using the convergent spherical reference light and the scattering diffusion surface light source as object light. However, when a real image is reproduced by conjugate light as a reproduction illumination method, an optical component having an opening larger than the screen is required to produce a large screen, and it is difficult to realize a large screen.
[0004]
In view of such circumstances, research on a twin-lens autostereoscopic display system has been conducted in order to realize a large screen (Non-Patent Document 1). In Non-Patent Document 1, a virtual image reproducing method is used when a hologram screen is illuminated (reproduced) by a projector, and a Fresnel lens is used in combination with the hologram screen to form one screen. Calculations and experiments have shown that this can reduce the effect of chromatic dispersion during observation.
[0005]
As shown in FIG. 18, the hologram screen used in the binocular autostereoscopic display is recorded as a reference light R as laser light emitted from a laser light source 60 passes through a half mirror 61 and is reflected by a mirror 62. Proceed from the lower left side in the figure toward the upper right side in the figure. The reference light R becomes a spherical wave that diverges through the pinhole 63 and irradiates the hologram screen 64.
[0006]
On the other hand, as the object light B, a part of the laser light emitted from the laser light source 60 is reflected by the half mirror 61, is scattered by the lens 66 through the pinhole 65, and then is scattered by the ground glass 67. And
[0007]
Therefore, a large hologram can be recorded without using a large optical component when recording on the hologram screen 64.
[0008]
As shown in FIG. 19, the hologram screen is used in the same manner as the reference light R at the time of recording since the positional / distance relationship of the reproduction light source (indicated by I in FIGS. 18 and 19). The virtual image 68 on the surface of the ground glass 67 is reproduced. If the virtual image 68 can be converted into a real image in this reproduction method, the reproduction is ideal from the viewpoint of aberration. For this conversion, a Fresnel lens 70 is used over the hologram.
[0009]
FIG. 20 is a conceptual diagram of a stereoscopic image reproduction system using the hybrid hologram screen 64 configured as described above. The first reason for using the Fresnel lens 70 during reproduction is to make a virtual image reproduced from the hologram screen 64 a real image. When the incident angle of the reference light R is set shallow in the recording optical system of FIG. 18, it is possible to prevent the zero-order diffracted light component Z from the hologram screen 64 from entering the eyes 75 of the observer 74 during reproduction. One reason.
[0010]
[Non-Patent Document 1]
“Large Hybrid Hologram Screen for Binocular Stereoscopic Display” 3D Image Conference 2002 Proceedings, pp. 177-180, July 4-5, 2002
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, a stereoscopic image reproduction system using such a hybrid hologram screen 64 has the following problems.
[0012]
That is, in the reproduction system, illumination is performed using a video projector 72 as shown in FIG. Since the video projector 72 is a white light source, light having a wavelength different from that at the time of hologram recording is included, and thus chromatic aberration occurs in diffraction by the hologram screen 64.
[0013]
This chromatic aberration can be quantitatively analyzed using the hologram imaging formula shown in the following equations (1), (2), and (3).
[Expression 1]

[0014]
[Expression 2]

[0015]
[Equation 3]

[0016]
In the above equation (1), λ_RIs the recording wavelength (532 nm), λ_CIs the reproduction wavelength, R₀Is the distance from one point on the object that is the surface of the ground glass 67 to the surface of the hologram screen 64, R_rIs the distance from the reference beam spot to the surface of the hologram screen 64, R_CIs the distance from the illumination light spot for reproduction to the hologram screen 64, R_iIs the distance from the hologram screen 64 to the paraxial image point. X_iAnd y_iIs R_iX component and y component of_CAnd y_CIs R_CX component and y component.
[0017]
Of the light that passes through the hologram screen 64 and is diffracted during reproduction, an image point of light having a wavelength of 532 nm is defined as a paraxial image point. At this time, an evaluation was made based on a spot diagram when the hologram was illuminated with light having a spectrum extending from 450 nm (blue) to 650 nm (red), and the optimum conditions for recording were derived.
[0018]
The recording wavelength was 532 nm, and the screen was evaluated assuming a size of 17 (horizontal) × 13 (vertical) inches (diagonal: about 21 inches (1 inch = 2.54 cm)). At this time, the recording method was calculated for each of a method using a converging spherical reference light and a method using a diverging spherical reference light.
[0019]
As a result, in the virtual image reproduction using the diverging spherical reference light, the chromatic aberration generated when the reproduction was performed under the conditions of the reproduction optical system of FIG. 20 using the Fresnel lens 70 together was calculated. On the other hand, in the case of a converging spherical reference beam, the chromatic aberration that occurs when a real image is reproduced by a light wavefront conjugate with the reference beam at the time of recording was calculated.
[0020]
The calculation results of the chromatic aberration of the spectral spectrum by the spot diagram are as shown in FIG. 21 (a), FIG. 21 (b), FIG. 21 (c), and FIG. The result of this spot diagram is the chromatic aberration obtained for the central point in the surface light source when recording a holographic screen.
[0021]
As shown in FIGS. 21 (a), 21 (b), and 21 (c), in the case of conjugate white light illumination, the horizontal and vertical directions are higher than in the case of the hybrid hologram of FIG. It can be seen that the aberration is large. From this result, when recording with a converging spherical reference beam and reproducing a real image with conjugate light, the chromatic aberration increases during reproduction when the screen is enlarged.
[0022]
On the other hand, in the case of the result of chromatic aberration shown in FIG. 22, the spectral spectrum of 450 nm is +30 mm in the vertical direction on the paraxial image point plane, and the spectral spectrum of 650 nm is chromatic aberration that is separated by about −50 mm in the vertical direction on the paraxial image point plane. Is accompanied. This is smaller than the results of FIGS. 21 (a), 21 (b), and 21 (c), but has not yet become zero.
[0023]
When chromatic aberration occurs in this way, as shown in FIGS. 21 (a), 21 (b), 21 (c), and 22, when the viewpoint shifts upward along the vertical direction, the spectral wavelength of 450 nm is obtained. If it shifts downward along the vertical direction, it looks reddish due to the influence of the spectral spectrum of 650 nm. That is, there is a problem that the viewing area that can be seen with the correct color is narrowed.
[0024]
In addition, the narrowing of the viewing zone in this way has a problem that the light is scattered according to the wavelength, so that the loss of light is large and the light is not used effectively.
[0025]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a first object thereof is to eliminate chromatic aberration in a hybrid screen combining a hologram and a lens, thereby preventing a narrowing of the viewing zone. An object of the present invention is to provide a stereoscopic image display device.
[0026]
A second object of the present invention is to provide a stereoscopic image display apparatus that can eliminate chromatic aberration in a hybrid screen in which a hologram and a lens are combined, and can use light more effectively.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
[0037]
  Claim1According to the present invention, in a stereoscopic image display device based on binocular parallax formed by two arbitrary viewing zones, a hologram in which a virtual image pattern corresponding to a real image pattern formed in the viewing zone is recorded, and toward the hologram A plurality of projectors that irradiate reproduction illumination light and reproduce the virtual image patterns recorded on the hologram, and the respective viewing zones that exist on different straight lines substantially parallel to the hologram surface. A condensing lens that condenses light to form a real image pattern light corresponding to each virtual image pattern, and a divergence that diverges each real image pattern light connected by the condensing lens only in a direction orthogonal to the binocular arrangement direction. And a lens.Further, each projector is irradiated with an R component sub-projector that irradiates reproduction illumination light composed of R components, a G component sub-projector that irradiates reproduction illumination light composed of G components, and a reproduction illumination light composed of B components. The B component subprojector is composed of three subprojectors. Furthermore, in each viewing zone, the dispersion of the image of the real image pattern light depending on the wavelength is compensated so that the real image pattern light is focused on the same point without depending on the wavelength. Each sub-projector is placed in
[0038]
  Therefore, the claims1In the stereoscopic image display apparatus of the invention, by taking the above-described means, a high-quality and large-sized stereoscopic image can be easily displayed on a screen including a hologram, a condenser lens, and a diverging lens. It becomes possible. The hologram, the condensing lens, and the diverging lens are preferably formed in a sheet shape. For example, the sheet-like condensing lens includes a Fresnel lens, and the sheet-like diverging lens includes a lenticular lens.
[0039]
The hologram can accurately control the viewing zone in which each parallax image can be observed. Further, the hologram can be easily manufactured by adopting a virtual image reproduction type. Furthermore, by using, for example, a Fresnel lens as a lens, it is possible to prevent the 0th-order diffracted light of the hologram from entering the eyes of the observer by combining the hologram and the Fresnel lens. As a result, a high-quality display with a high S / N (signal / noise) ratio can be realized.
[0040]
In addition, by the action of the diverging lens, it is possible to expand the viewing area where the stereoscopic image can be observed in a direction orthogonal to the arrangement direction of the observer's eyes.
[0041]
  Furthermore, since the angle at which each parallax image can be observed can be determined according to the projection angle of the projector, it is possible to easily realize binocular parallax. Note that the hologram, condensing lens, and diverging lens constituting the screen may be in any combination order, and can be made lightweight and compact by integrating them into a sheet.Furthermore, light of each color of the R component, G component, and B component dispersed by the hologram can be made to have substantially the same spatial distribution, and a full-color three-dimensional image with no color shift can be displayed.
[0042]
  Claim2In order to achieve the second object, in the stereoscopic image display device according to claim 4, the hologram, the condenser lens, and the diverging lens are formed into a sheet shape having light transmittance.
[0043]
  Therefore, the claims2In the stereoscopic image display apparatus according to the invention, by taking the above-described means, a transmissive screen can be constituted by the hologram, the condenser lens, and the diverging lens, and a large stereoscopic image is displayed on this screen. It becomes possible to do. Furthermore, since the projector can be arranged on the back surface of the screen, the viewpoint position of the observer can be arbitrarily set.
[0044]
  Claim3In order to achieve the second object of the present invention,1In the stereoscopic image display device according to the invention, among the hologram, the condensing lens, and the diverging lens, those arranged on the side farthest from the projector side have light reflectivity, and the others have light transmissivity. I am doing so.
[0045]
  Therefore, the claims3In the stereoscopic image display apparatus according to the invention, a reflection type screen can be constituted by the hologram, the condensing lens, and the diverging lens by taking the above-described means, and a large stereoscopic image can be formed on the screen. It is possible to display. Furthermore, since the projector can be arranged on the viewer side, the stereoscopic image display device including the viewer can be arranged in a compact manner.
[0048]
  Claim4The invention of claim 1 comprises three or more projectors.3The stereoscopic image display device according to any one of the inventions.
[0049]
  Therefore, the claims4In the stereoscopic image display apparatus according to the invention, by taking the above-described means, by projecting three or more parallax images using three or more projectors, A change in the parallax image occurs with the change, and a natural stereoscopic effect can be realized.
[0050]
  Claim5The invention of claim 1 to claim 13In the three-dimensional image display device according to any one of the above, as a hologram, each plate surface faces the same direction and each plate surface center is on a straight line substantially parallel to the hologram surface, and the plate on the straight line The hologram is recorded using a plurality of diffusion plates arranged with a space larger than the size of the surface.
[0051]
  Therefore, the claims5In the stereoscopic image display apparatus according to the invention, by taking the above-described means, a plurality of observers can observe a stereoscopic image at the same time. For example, when recording is performed using three diffusion plates, parallax images are observed in the left and right eyes of three observers, so that three persons can observe a stereoscopic image at the same time.
[0052]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0053]
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0054]
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment.
[0055]
In other words, the stereoscopic image display device according to the present embodiment is configured by a plurality of projectors 10 and a transmissive screen 12. In FIG. 1A, only one projector 10 is shown, but actually, a plurality of projectors 10 (# 1, # 2, # 3) are provided as shown in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the viewing zones 22 (# 1, # 2, # 3) realized by the projections from the projectors 10 are the right eye 23 (#R) and left eye 23 (#R) of the observer. #L) is formed on a straight line H.
[0056]
Further, as shown in FIG. 1B, the screen 12 has a multilayer structure in which a hologram sheet 14, a prism sheet 16, and a Fresnel lens sheet 18 are stacked. The hologram sheet 14, the prism sheet 16, and the Fresnel lens sheet 18 are all transmissive.
[0057]
There is no need for the layers to be in close contact with each other, and a gap 20 made of an air layer may be appropriately provided as shown in FIG. Further, the hologram sheet 14, the prism sheet 16, and the Fresnel lens sheet 18 constituting the screen 12 may be configured in any combination order. As shown in FIG. 4, the hologram sheet 14, the Fresnel lens sheet from the projector 10 side. 18 and prism sheet 16 may be arranged in this order.
[0058]
The hologram sheet 14 records in advance a shape pattern of a target object such as a diffusion plate 28 as shown in FIG. That is, the visible light emitted from the laser light source 60 passes through the half mirror 32 and then is diffused by the lens 34 to irradiate the hologram sheet 14 as the reference light R. On the other hand, a part of visible light from the laser light source 60 is reflected by the half mirror 32 and further reflected by the reflecting mirror 36, and then diffused by the lens 38 to irradiate the diffusion plate 28. Then, the light transmitted through the diffusion plate 28 irradiates the hologram sheet 14 as the object light B. Thereby, the hologram sheet 14 records the shape pattern of the diffusion plate 28. This is the basic principle of holograms.
[0059]
The hologram sheet 14 on which the shape pattern of the diffusion plate 28 is recorded in this way is irradiated with visible light having the same wavelength as the reference light R from the projector 10 as shown in FIG. Thus, the visible light is used as the reproduction illumination light S, and the recorded shape pattern of the diffusion plate 28 is reproduced as the virtual image pattern 26 on the projector 10 side.
[0060]
The prism sheet 16 deflects the virtual image pattern 26 reproduced on the projector 10 side as described above to the Fresnel lens sheet 18 side. Thereby, the light of the virtual image pattern 26 becomes the light of the real image pattern 24.
[0061]
The Fresnel lens sheet 18 condenses the light of the real image pattern 24 deflected by the prism sheet 16 and forms an image in the viewing zone 22.
[0062]
Originally, the hologram sheet 14 has wavelength dispersibility, and even when the visible light incident at the same incident angle is collected, the image forming point is shifted according to the wavelength. For example, as shown in FIG. 7, the virtual image pattern 26 is condensed on the screen including the hologram sheet 14 and the Fresnel lens sheet 18, and the light of the real image pattern 24 is formed in the viewing area 22. However, the light of each RGB color component shifts along the height direction V due to wavelength dispersion. That is, centering on the G component light, the B component light is shifted to a higher side than the G component light, and the R component light is shifted to a lower side than the G component light.
[0063]
Therefore, in the present invention, by using the prism sheet 16 that compensates the wavelength dispersion of the hologram sheet 14, the light collected by the Fresnel lens sheet 18 depends on the wavelength as shown in FIG. Instead, the image is formed at the same image point.
[0064]
As a result, the center heights of the viewing zones 22 formed by projecting light from the projectors 10 are all matched, and the observer can move any two viewing zones 22 to the right eye 23 (#R) and the left eye 23 ( By observing according to #L), a stereoscopic image based on binocular parallax can be seen.
[0065]
Next, the operation of the stereoscopic image display apparatus according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0066]
In other words, the stereoscopic image display apparatus according to the present embodiment includes a plurality of projectors 10 and one screen 12. The screen 12 further has a multilayer structure formed by superimposing a transmissive hologram sheet 14, a prism sheet 16, and a Fresnel lens sheet 18, respectively. In addition, it is not necessary to adhere | attach between each layer, and the clearance gap 20 which consists of an air layer is provided suitably. Further, the hologram sheet 14, the prism sheet 16, and the Fresnel lens sheet 18 constituting the screen 12 may be configured in any combination order.
[0067]
In order to image the light of the real image pattern 24 of the target object in the viewing zone 22, first, the shape pattern of the target object is recorded in advance on the hologram sheet 14 as shown in FIG. This is because visible light emitted from the laser light source 60 is diffused by the lens 34 after passing through the half mirror 32, and is applied to the hologram sheet 14 as reference light R. On the other hand, a part of visible light from the projector 10 is reflected by the half mirror 32, further reflected by the reflecting mirror 36, then diffused by the lens 38, and the diffusion plate 28 is irradiated. Then, the light transmitted through the diffusion plate 28 is used as the object light B, and is applied to the hologram sheet 14. As a result, the shape pattern of the diffusion plate 28 is recorded on the hologram sheet 14.
[0068]
When the hologram sheet 14 on which the shape pattern of the diffusion plate 28 is recorded in this manner is irradiated with visible light having the same wavelength as the reference light R from the projector 10 as shown in FIG. The shape pattern of the diffuser plate 28 that is used and recorded as the illumination light S is reproduced as the virtual image pattern 26 on the projector 10 side.
[0069]
The virtual image pattern 26 reproduced on the projector 10 side in this way is deflected by the prism sheet 16 toward the Fresnel lens sheet 18 side. As a result, the virtual image pattern 26 is converted into the real image pattern 24.
[0070]
The light of the real image pattern 24 is collected by the Fresnel lens sheet 18 and is imaged in the viewing zone 22.
[0071]
Originally, the hologram sheet 14 has wavelength dispersibility, and even when light incident at the same incident angle is collected, the imaging point is shifted according to the wavelength. However, in the present invention, a prism sheet 16 that compensates for the wavelength dispersion of the hologram sheet 14 is used. Therefore, as shown in FIG. 8, the light condensed by the Fresnel lens sheet 18 forms an image at the same image point in the viewing zone 22 without depending on the wavelength.
[0072]
As a result, the central heights of the viewing zones 22 formed by projecting light from the projectors 10 all coincide with each other, and the observer can view any two viewing zones 22 in the right eye 23 (#R) and the left eye 23 ( By observing according to #L), a stereoscopic image based on binocular parallax is displayed in full color with no color shift.
[0073]
As described above, in the stereoscopic image display device according to the present embodiment, due to the above-described action, there is no chromatic aberration on the screen 12 including the hologram sheet 14, the Fresnel lens sheet 18, and the prism sheet 16, and the viewing is not performed. A high-quality and large-sized three-dimensional image can be displayed without causing the area 22 to be narrowed. Furthermore, since the projector 10 can be disposed on the back of the screen, the viewpoint position of the observer can be arbitrarily set.
[0074]
Further, the angle at which each parallax image can be observed can be determined according to the projection angle of the projector 10, and binocular parallax can be easily realized. The hologram sheet 14, the Fresnel lens sheet 18, and the prism sheet 16 constituting the screen 12 may be in any combination order, and can be made light and compact by integrating them into a sheet shape. .
[0075]
Further, as shown in FIG. 2, by using three or more projectors 10, it becomes possible to project three or more parallax images, and a viewpoint along a straight line H corresponding to the horizontal direction of the observer. As the position changes, the parallax image changes, and a natural stereoscopic effect can be realized.
[0076]
Furthermore, as shown in FIG. 9 (a), each projector 10 is irradiated with reproduction component illumination light composed of an R component, an R component sub-projector 10 (# 1R), and illumination light composed of G component. The G component sub-projector 10 (# 1G) and the B component sub-projector 10 (# 1B) that irradiates the reproduction illumination light composed of the B component are configured with three sub-projectors. The sub-projector 10 (# 1R) compensates the wavelength dispersibility in which the light of the pattern 24 is dispersed and imaged depending on the wavelength, and the real image pattern light is imaged around the same point without depending on the wavelength. , # 1G, # 1B) can also display a full-color three-dimensional image without color misregistration.
[0077]
As a specific example, as shown in FIG. 9B, the B component sub projector 10 (#B), the G component sub projector 10 (#G), and the R component sub projector 10 (# R) in this order. Thereby, in each viewing zone 22, the real image pattern light is focused on the same point without depending on the wavelength.
[0078]
As described above, the hologram sheet 14 can accurately control the viewing zone 22 in which each parallax image can be observed. Therefore, for example, as shown in FIG. 10, a combination of the hologram sheet 14 and the Fresnel lens sheet 18 is used. By arranging the prism sheet 16 after preventing the 0th-order diffracted light Z of the hologram sheet 14 from entering the eyes of the observer, a high-quality display with a high S / N (signal / noise) ratio is realized. It becomes possible.
[0079]
In the present embodiment, the case where the projector 10 is disposed below the screen 12 has been described as an example. In such a case, for example, as shown in FIG. 1B, the prism sheet 16 is arranged so that the blade faces downward. However, the stereoscopic image display apparatus according to the present embodiment is not limited to the case where the projector 10 is disposed on the lower side of the screen 12, and may be disposed on the upper side of the screen 12 as illustrated in FIG. 11. included. In that case, as shown in FIG. 11, the prism sheet 16 is disposed so that the blade faces upward.
[0080]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0081]
The stereoscopic image display device according to the present embodiment is a modification of the stereoscopic image display device according to the first embodiment. In the stereoscopic image display device according to the first embodiment, the hologram sheet 14 and the Fresnel Of the lens sheet 18 and the prism sheet 16, the one disposed on the side farthest from the projector 10 side has light reflectivity, and the others have light transmissivity.
[0082]
In the example shown in FIG. 12, the hologram sheet 14 disposed on the farthest side from the projector 10 side among the hologram sheet 14, the Fresnel lens sheet 18, and the prism sheet 16 has light reflectivity, and the Fresnel lens sheet 18. The prism sheet 16 is light transmissive. The stereoscopic image display device according to the present embodiment is similar to the stereoscopic image display device according to the first embodiment in terms of the hologram sheet 14, the Fresnel lens sheet 18, and the prism sheet 16 that constitute the screen 12. Any combination order may be used. Therefore, as shown in FIGS. 13 and 14, the prism sheet 16 has light reflectivity, the hologram sheet 14 and the Fresnel lens sheet 18 have light transmittance, and as shown in FIG. Alternatively, the screen 12 may be a screen 12 in which the Fresnel lens sheet 18 has light reflectivity and the hologram sheet 14 and the prism sheet 16 have light transmittance.
[0083]
The stereoscopic image display apparatus according to the present embodiment having such a configuration constitutes the reflective screen 12 and can achieve the operational effects of the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment. Furthermore, since the projector 10 can be arranged on the viewer 23 side, it can be arranged compactly.
[0084]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0085]
The stereoscopic image display device according to the present embodiment is a modification of the stereoscopic image display device according to the first embodiment. In the stereoscopic image display device according to the first embodiment, the prism sheet 16 is lenticular. The lens 40 is replaced. Therefore, in FIG. 16, the same parts as those in FIG. In the following, description on the same part is omitted, and only different parts are described.
[0086]
The hologram sheet 14 reproduces the light of the virtual image pattern 26 on the projector 10 side as described in the first embodiment.
[0087]
The Fresnel lens sheet 18 condenses the light of the virtual image pattern 26 reproduced by the hologram sheet 14 on the non-projector side as the light of the real image pattern 24.
[0088]
The lenticular lens 40 diverges the light of each real image pattern 24 collected by the Fresnel lens sheet 18 in the ± V directions shown in FIGS. 3 and 16. The straight line V is orthogonal to the straight line H. As a result, as shown in FIG. 16, the imaging area is enlarged.
[0089]
By thus diverging the imaging area in the ± V direction, the overlapping area of the imaging area due to each color component increases. As a result, the viewing zone 22 is enlarged, so that light can be used more effectively.
[0090]
Next, the operation of the stereoscopic image display apparatus according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0091]
That is, the stereoscopic image display apparatus according to the present embodiment is also composed of a plurality of projectors 10 and one screen 12 as in the first embodiment. The screen 12 has a multilayer structure formed by superimposing a transmissive hologram sheet 14, a Fresnel lens sheet 18, and a lenticular lens 40, respectively. In addition, it is not necessary to adhere | attach between each layer, The clearance gap consisting of an air layer is provided suitably. Further, the hologram sheet 14, the Fresnel lens sheet 18, and the lenticular lens 40 constituting the screen 12 may be configured in any combination order.
[0092]
Then, in order to form the light of the real image pattern 24 of the target object in the viewing zone 22, the shape pattern of the target object is previously applied to the hologram sheet 14 as described in the first embodiment with reference to FIG. To be recorded.
[0093]
When the hologram sheet 14 on which the shape pattern of the diffusion plate 28 is recorded in this manner is irradiated with light having the same wavelength as the reference light R from the projector 10 as shown in FIG. The shape pattern used and recorded as the light S is reproduced as a virtual image pattern 26 on the projector 10 side.
[0094]
The light of the virtual image pattern 26 thus reproduced on the projector 10 side is condensed on the non-projector side as light of the real image pattern 24 by the Fresnel lens sheet 18.
[0095]
The light collected by the Fresnel lens sheet 18 is diverged by the lenticular lens 40 in the ± V directions shown in FIGS. 3 and 16. As a result, as shown in FIG. 16, the imaging area is enlarged.
[0096]
By thus diverging the imaging area in the ± V direction, the overlapping area of the imaging area due to each color component increases. As a result, the chromatic aberration is reduced and the viewing zone 22 is enlarged so that the light can be used more effectively.
[0097]
As described above, in the stereoscopic image display device according to the present embodiment, the light of the real image pattern 24 is diverged by the lenticular lens 40 by the above-described action, so that the viewing zone 22 is enlarged. As a result, light can be used more effectively.
[0098]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0099]
FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating an example of a stereoscopic image display apparatus according to the fourth embodiment.
[0100]
That is, as shown in FIG. 17B, the hologram used in the stereoscopic image display device according to the present embodiment is recorded on the hologram recording sheet 15 by the plurality of diffusion plates 28 (# 1 to #n).
[0101]
As shown in FIG. 17B, each of the diffusion plates 28 (# 1 to # 3) has the same plate surface facing the same direction, and the respective plate surface centers g (# 1 to # 3) are the same straight line. It is arranged so that it is on T. FIG. 17B shows an example in which three diffusion plates 28 (# 1 to # 3) are provided and arranged at a pitch of about 60 to 70 cm. It is not limited to this arrangement pitch. And the image | video pattern of the to-be-displayed body for displaying as a three-dimensional image on the hologram recording sheet 15 is recorded using these diffusion plates 28 (# 1- # 3) and the reference light R.
[0102]
Next, when displaying a video pattern recorded on the hologram recording sheet 15, a screen 12 as shown in FIG. 17A is formed by the hologram recording sheet 15, and at least two projectors are formed on the screen 12. The reproduction illumination light S is irradiated from 10. As shown in FIG. 17B, when the three diffusion plates 28 (# 1 to # 3) are arranged and recorded at a pitch of about 60 to 70 cm, the horizontal length of the screen 12 is 1.8 to It is about 2.1m.
[0103]
At this time, as shown in FIG. 17A, the observer 23 (# 1 to # 3) also observes the central direction of the screen 12 side by side with a pitch of about 60 to 70 cm, so that the light from the projector 10 is obtained. Are diffracted in three directions and enter the eyes of three observers 23 (# 1 to # 3), respectively. This allows three people to observe a stereoscopic image at the same time.
[0104]
As described above, in the stereoscopic image display device according to the present embodiment, a plurality of observers 23 can simultaneously observe a stereoscopic image by the above-described action.
[0105]
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this structure. Within the scope of the invented technical idea of the scope of claims, a person skilled in the art can conceive of various changes and modifications. The technical scope of the present invention is also applicable to these changes and modifications. It is understood that it belongs to.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the stereoscopic image display device of the present invention, it is possible to eliminate chromatic aberration and prevent the narrowing of the viewing area in a hybrid screen combining a hologram and a lens.
[0107]
Further, in a hybrid screen combining a hologram and a lens, chromatic aberration can be eliminated and light can be used more effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a stereoscopic image display apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing the concept of the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a viewing area and eye height.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a screen.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a method of recording a target object on a hologram sheet.
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a method of reproducing a virtual image pattern of a target object recorded on a hologram sheet.
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a viewing zone imaged by a Fresnel lens sheet.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a viewing zone imaged by the stereoscopic image display device according to the first embodiment.
FIG. 9 is a plan view showing the concept of the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment in which projectors each including a set of RGB sub-projectors are arranged.
FIG. 10 is a conceptual diagram showing an example of a stereoscopic image display device according to the first embodiment in which the 0th-order diffracted light of the hologram sheet does not enter the eyes of an observer.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an example of a stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment in which a projector is disposed on the upper side of a screen.
FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating an example of a stereoscopic image display device according to a second embodiment.
FIG. 13 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a screen.
FIG. 14 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a screen.
FIG. 15 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a screen.
FIG. 16 is a conceptual diagram illustrating an example of a stereoscopic image display apparatus according to a third embodiment.
FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating an example of a stereoscopic image display device according to a fourth embodiment.
FIG. 18 is a conceptual diagram for explaining a twin-lens autostereoscopic display.
FIG. 19 is a diagram for explaining a method of reproducing a virtual image from a hologram screen in a twin-lens autostereoscopic display.
FIG. 20 is a conceptual diagram of a stereoscopic image reproduction system using a hybrid hologram screen.
FIG. 21 is a view showing a calculation result of chromatic aberration of a spectral spectrum by a spot diagram.
FIG. 22 is a diagram showing a calculation result of chromatic aberration of a spectral spectrum by a spot diagram.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Projector, 12 ... Screen, 14 ... Hologram sheet, 15 ... Hologram recording sheet, 16 ... Prism sheet, 18 ... Fresnel lens sheet, 20 ... Gap, 22 ... Viewing zone, 23, 74 ... Observer, 24 ... Real image pattern , 26 ... Virtual image pattern, 28 ... Diffuser, 32 ... Half mirror, 34, 38, 66 ... Lens, 36 ... Reflecting mirror, 40 ... Lenticular lens, 60 ... Laser light source, 61 ... Half mirror, 62 ... Mirror, 63, 65 ... Pinhole, 64 ... Hologram screen, 67 ... Ground glass, 68 ... Virtual image, 70 ... Fresnel lens, 72 ... Video projector

Claims (5)

In a stereoscopic image display device based on binocular parallax formed by any two viewing zones,
A hologram in which a virtual image pattern corresponding to a real image pattern formed in the viewing zone is recorded;
A plurality of projectors for irradiating reproduction light toward the hologram and reproducing the virtual image patterns recorded on the hologram;
Condensation for condensing each reproduced virtual image pattern so as to form an image as real image pattern light corresponding to the virtual image pattern in each viewing zone on a straight line substantially parallel to the hologram surface and existing at different locations. A lens,
A diverging lens that diverges each real image pattern light connected by the condenser lens only in a direction orthogonal to the arrangement direction of both eyes;
Each of the projectors is irradiated with an R component sub-projector that irradiates reproduction illumination light composed of an R component, a G component sub-projector that irradiates reproduction illumination light composed of a G component, and a reproduction illumination light composed of a B component. The B component subprojector is composed of three subprojectors,
In each viewing zone, the dispersion of the real image pattern light depending on the wavelength is compensated for wavelength dispersion, and the real image pattern light is focused on the same point without depending on the wavelength. A stereoscopic image display device in which each of the sub-projectors is arranged . The stereoscopic image display apparatus according to claim 1 ,
A three-dimensional image display device in which the hologram, the condensing lens, and the diverging lens are formed into a sheet shape having light transmittance. The stereoscopic image display apparatus according to claim 1 ,
Among the hologram, the condenser lens, and the diverging lens, the one disposed on the side farthest from the projector side has light reflectivity, and the others have light transmissivity. Display device. Stereoscopic image display apparatus according to any one of claims 1 to 3 comprising three or more the projector. The stereoscopic image display apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
As the hologram, each plate surface faces the same direction, and the center of each plate surface is on a straight line substantially parallel to the hologram surface, and is arranged with an interval equal to or larger than the size of the plate surface on the straight line. A three-dimensional image display device as a hologram recorded using a plurality of diffusion plates.

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