JP4479374B2 - 画像表示装置、画像記録用媒体および画像記録方法 - Google Patents

Description

この発明は、２次元又は３次元の画像情報が記録されたホログラム又はホログラフィックステレオグラムから２次元又は３次元の画像を再生する画像表示装置、画像記録用媒体および画像記録方法に関する。

異なる視点から見た被写体の２次元画像を原画として、３次元画像を再生するホログラムを合成することが可能である。ホログラフィックステレオグラムは、例えば、被写体を異なる観察点から順次撮影することにより得られた多数の画像を原画として、これらを１枚のホログラム用記録媒体に短冊状又はドット状の要素ホログラムとして順次記録することにより作製される。

例えば、横方向のみに視差情報を持つホログラフィックステレオグラムは、図１８に示すように、被写体１００を横方向の異なる観察点から順次撮影することにより得られた複数の原画１０１ａ〜１０１ｅが画像記録装置により、短冊状の要素ホログラムとしてホログラム用記録媒体１０２に順次記録されることにより作製される。

このホログラフィックステレオグラムでは、横方向の異なる観察点から順次撮影することにより得られた画像情報が短冊状の要素ホログラムとして横方向に順次記録されているので、このホログラフィックステレオグラムを観察者が両目で見たとき、その左右の目にそれぞれ写る２次元画像は若干異なるものとなる。これにより、観察者は視差を感じることとなり、３次元画像が再生されることとなる。以降、ホログラフィックステレオグラムも含めて、単にホログラムと適宜称する。

ところで、通常のホログラムは、媒体に対して、照明光源を観察者と同じ側におくか、反対側におくかによって、それぞれ反射型、透過型というように区別することができる。

反射型は材料面に平行に近い角度の干渉縞が記録材料内部に形成されるため、ブラッグ回折による波長選択性が高くなり白色光で照射したときでもきれいに再生できるという特徴をもつが、ホログラムの前面に光源を配置しなければならない煩わしさが残る。

一方、透過型は、バックライト化が可能であるが、波長選択性が落ちる上、覗き込むと光源が観察者の目に入ったりし、コントラストの低下を生むといった問題があった。

また、この反射型、透過型の中間に分類されるものとして、照明光をホログラムの端面から入れるエッジリット(edge-lit)方式というホログラムがある。すなわち、材料内部において、臨界角を超えるような照明光角度で照明するホログラムである。

このエッジリット方式ならば、透過型よりも波長選択性があり、かつ、コンパクトな光源一体型ホログラム再生装置を実現させることも可能である。

エッジリット方式によって、記録媒体を透過した光により３次元の画像が再生される透過型ホログラムを作製する際は、図１９に示すように、適当な厚さのガラス又はプラスチック等の透明材料からなる光導入ブロック１１０の一方の面１１０ａにホログラム用記録媒体１１１を貼り付ける。このとき、通常、ホログラム用記録媒体１１１は、光の全反射を防ぐために、図示しないインデックスマッチング液を介して光導入ブロック１１０に貼り付けられる。そして、光導入ブロック１１０の他方の面１１０ｂから、被写体１１３からの物体光１１４をホログラム用記録媒体１１１に向けて照射するとともに、光導入ブロック１１０の端面１１０ｃから参照光１１５をホログラム用記録媒体１１１に向けて照射する。これにより、透過型エッジリットホログラムが作製される。

そして、このように作製された透過型エッジリットホログラムを再生する際は、従来、ホログラム用記録媒体にガラスなどの光導入ブロックを張り合わせ、その光導入ブロックの端面から照明光を入射することでホログラムの再生を行っていた。具体的には図２０に示すように、光導入ブロック１２０の一方の面１２０ａにホログラム１２１を図示しないインデックスマッチング液を介して貼り付けた上で、光導入ブロック１２０の端面１２０ｂから再生用照明光１２３をホログラム１２１に向けて照射する。このとき、ホログラム１２１を透過する光は、ホログラム１２１によって回折される。そして、この回折光１２４によって再生像１２５が生じ、当該再生像１２５が観察者１２６によって観察されることとなる。

図２０では、一例としてホログラム１２１への再生用照明光１２３の入射角を光導入ブロック１２０の内部で６０度としている。このように、光導入ブロック１２０を介して再生用照明光１２３を導入することで、ホログラム記録材料と空気の間での表面反射を防ぐことができ、この効果は特に光入射角度が急になるほど顕著であるので、エッジリットホログラムはコンパクトな再生装置の実現上、有利であると考えられている。

ところで、上記図２０に示したようにホログラム１２１に光導入ブロック１２０を貼り付けた構成では、ホログラム１２１自体が光導入ブロック１２０と一体化されるために、全体として大きくなってしまい、持ち運びなどに不便である。また、保管などにも不便であった。

例えば、上述したようにホログラム１２１への再生用照明光１２３の入射角が光導入ブロック１２０の内部で６０度であり、ホログラム１２１の長さＬが３０ｍｍであるとき、光導入ブロック１２０の一方の面１２０ａの長さも最低限上記Ｌに近い長さであるとすれば、光導入ブロック１２０の端面１２０ｂ側の厚みは１７．３ｍｍ以上必要となる。

また、エッジリット方式で再生する複数枚のホログラムは、さらに持ち運びなどに不便であり、保管等にも不便である。ホログラム１枚につき光導入ブロックが１個必要とされるので、複数枚のホログラムに対しては、厚み１７．３ｍｍの光導入ブロックも同数個必要となる。

ホログラムと光導入ブロックを分離することも可能であるが、観察者がインデックスマッチング液を補充しないと見られない不便さが生じる。

この問題を解決するために、下記の特許文献１に記載の発明が提案されている。すなわち、図２１に示すように、ホログラム１２１を、表面側１３１ａを階段状の凹凸とした光学部材１３１の裏面側１３１ｂを張り合わせ、表面側１３１ａから照明光１３２を所定の角度、例えば６０度で入射させる。光学部材１３１は、例えば光学ガラスや透明プラスチック等から形成され、照明光１３２が垂直に入射する光入射面１３３を表面側１３１ａに複数形成している。この光学部材１３１は、ホログラム１２１との界面１３４に対する照明光１３２の入射角度θを、界面１３４において表面反射を抑えることのできる角度、例えば６０度としている。

特開２００２−０４０９１１号公報

特許文献１に記載の方式では、高精度に階段状凹凸が形成できないと、その角部や隅部での光の散乱や屈折が生じて、画像のない部分で明るく光ってしまい、画像コントラストが低下する問題点があった。

これは、再生時の問題点であるが、記録時にも問題があった。すなわち臨界角を超えた角度での参照光は、媒体と空気との界面で全反射を起こし、媒体内部に余計な光の滞留を許すことになる。この余分な光は像を再生するのに本来必要ではない余計な干渉縞を形成することになり、回折効率の低下や画質の劣化を生じさせる問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを目的とするものである。すなわち、この発明の目的は、光導入ブロックを用いたエッジリットホログラムの再生に比べ、小型軽量化され、持ち運びや保管上有利となり、さらに、先に提案されている、階段状光導入部材を用いたエッジリットホログラムの記録・再生時の諸問題を解決した高画質な、画像表示装置、画像記録用媒体および画像記録方法を提供することにある。

上述した画題を解決するために、この発明の第１の態様は、動画又は静止画の画像情報をホログラフィックに表示する画像表示装置において、
媒体内部で臨界角を超える角度で照明されることにより画像を表示するホログラフィック媒体と、
ホログラフィック媒体の観察者とは反対側の面に空気を介さず光学的に接触するように貼りあわされたホログラフィック光学素子と、
ホログラフィック媒体の観察者とは反対側に配置された光源を有することを特徴とする画像表示装置である。

また、この発明による画像表示装置は、ホログラム又はホログラフィックステレオグラムと光導入ホログラフィック光学素子との間に、光の透過方向を制御する光制御層が、同様に空気を介さず光学的に接触するように貼りあわされていてもよい。この光制御層の間隔、角度は、いわゆる画像を記録するホログラムまたはホログラフィックステレオグラムの参照光の角度と一致している。ルーバーはホログラム画像とのコントラストが上げるため、黒色、または、暗い色により形成されていることが好ましい。

また、この発明による画像表示装置は、ホログラム又はホログラフィックステレオグラムに光導入ホログラフィック光学素子や、ルーバーフィルムを貼り合わせた状態で、画像ホログラムの媒体を外側した円筒を形成し、この円筒の内側に照明光を入射させて２次元又は３次元の画像を再生してもよい。これにより、円筒型エッジリットホログラムを再生する画像表示装置となる。

また、この発明による画像表示装置は、所定の位置、所定の角度から、所定の波長で照明できるように、専用光源が内蔵されていてもよい。光源は、白色光で再生したときに最も効率が高く回折される波長の近くにピーク波長を持つ、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)やレーザーなどである。これら光源は複数の異なる波長のものを使い、フルカラーで表示できるようになっていても良い。また、ホログラムに対して、上下に観察位置を変えても、色バランスの変化が起こらないように、これら複数の光源をずらして配置してあってもよい。

また、ホログラム画像部分は、記録媒体に記録済みのものではなく、液晶などの干渉縞表示装置を使っても良い。その場合、動画表示が可能となる。

この発明の第２の態様は、画像を記録するための画像記録用媒体において、
ホログラフィックに画像を記録するホログラフィック記録層と、光の向きを制御する光方向制御層と、光の向きを曲げるホログラフィック光学素子とがこの順に積層されており、光学的に接触していることを特徴とする画像記録用媒体である。

この発明による画像記録媒体は、ホログラフィック記録層、光方向制御層、ホログラフィック光学素子の間には、保護層や接着層、中間バリヤ層が設けられていても良いが、それらの屈折率がホログラフィック記録層の屈折率と０．２以下の差しかもたず、複屈折も小さく、透過率も高いものが使われている。

ホログラフィック光学素子層は、所定の位置に配置される光源に合わせ、媒体内部で光方向制御層の角度に一致した光になるように、あらかじめ作られている。

この発明の第３の態様は、ホログラフィックに画像を記録するホログラフィック記録層と、光の向きを制御する光方向制御層と、光の向きを曲げるホログラフィック光学素子とがこの順に積層されており、光学的に接触している画像記録用媒体を用い、
画像記録用媒体に対して物体光と同じ側に光導入ブロックを光学的に接触させ、臨界角を超える角度の参照光を媒体に対して物体光と同じ側から入射させることによりホログラムまたはホログラフィックステレオグラムを記録することを特徴とする画像記録方法である。

この発明によれば、従来の光導入ブロックを用いたエッジリットホログラムの再生に比べ、コントラストが大幅に向上し、ノイズ低減した画像を再生でき、小型軽量化され、持ち運びや保管上有利となるホログラム再生装置を提供できる。また、光源からの照明光を理想光として対応するだけでなく、場所によって光の当たる角度が変化するということにも対応できる。さらに、円筒型エッジリットホログラムを構成できる。配置関係としては、透過型のホログラムと同じような手軽さで再生できるにもかかわらず、光学的にはエッジリットの特性を活かした波長選択性の良いホログラムを記録、再生することが可能となる。また、動画ホログラフィック表示装置に応用すれば、高輝度高コントラスト高画質の表示装置をコンパクトに構成することが可能となる。

以下、この発明を適用した具体的ないくつかの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この発明は以下の例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。

先ず、第１の実施形態による画像再生装置について説明する。図１において、参照符号１は、ホログラフィック媒体（以下、ホログラム記録層と適宜称する）を示す。ホログラム記録層は、例えば３次元画像が記録されたホログラフィックステレオグラムである。ホログラム記録層１の観察者側に保護層としての透明なカバーフィルム２が被着される。ホログラム記録層１の観察者と反対側の面に空気を介さずに光学的に接触するように、ホログラフィック光学素子４が貼り合わされる。図１の例では、ホログラム記録層１に対して中間バリア層としてのブロッキング層３を介してホログラフィック光学素子４が貼り合わされている。ホログラフィック光学素子４に対して透明なカバーフィルム５が貼り合わされている。

図２は、ホログラム記録層１に記録された画像を再生する再生装置を示す。カバーフィルム５の側から図示しない光源からの平行照明光６が入射される。入射された光がカバーフィルム５、光導入機能を果たすホログラフィック光学素子４、ブロッキング層３を介してホログラム記録層１に入射され、２次元又は３次元の画像を再生することができる。

ここで、カバーフィルム２、５、ホログラフィック光学素子４、ブロッキング層３、およびホログラム記録層１の屈折率ｎを１．５とする。これらの素子の屈折率は、０．２以下の差の範囲であることが望ましい。空気中で材料法線に対して５０度の角度をもって平行光６が照明されると、まずカバーフィルム５の内部では、Ｓｎｅｌｌの法則に従い材料内部で３０．７度で内側に屈折する。この角度は、界面７に対する法線に対しての角度である。なお、Ｓｎｅｌｌの法則は、入射光線の媒質の屈折率をn1とし、屈折光線の媒質の屈折率をn2とし、入射角をθ１、屈折角をθ２とすると、（n1 sin θ1 ＝n2 sin θ2）
で表されるものである。

ここで、ホログラフィック光学素子４を配置することにより、材料内部にて、入射光を６０度まで角度を変化させる。屈折率１．５の材料中では、臨界角は、約４１．８度であるので、６０度のような角度で端面以外から入射することは通常不可能であるが、ホログラフィック光学素子４を使うことにより、界面７から入射することができるようになる。

ホログラフィック光学素子４は、レンズ作用を含む任意の波面変換を行うことができる等の特徴を有するものである。ホログラフィック光学素子４は、図３に示すように、光導入ブロックに光学的に接触させ、２光束を干渉させて干渉縞を記録することにより製作が可能である。ホログラフィック光学素子４は、波長依存性を持つが、この発明は、所定の波長（単一波長、三原色光等）でもって記録・再生を行うので、ホログラフィック光学素子４の波長依存性の影響を少なくできる。

さて、ブロッキング層３では、６０度の平行光となった照明光は、ホログラム記録層１を透過する際に回折され、再生像が生じ、この再生像が観察者１０によって観察されることになる。

したがって、第１の実施形態による画像再生装置を使うことにより、従来の光導入ブロックを用いたエッジリット方式のホログラフィックステレオグラムの再生に比べて、小型軽量化が実現され、持ち運びや保管上有利となる。

次に、図４を参照して第１の実施形態の画像再生装置により再生される、ホログラム記録層１例えばホログラフィックステレオグラムを作成するシステムの一構成例について説明する。なお、以下の説明では、ドット状の複数の要素ホログラムを一つの記録媒体上に記録することにより、横方向および縦方向の視差情報を持たせたホログラフィックステレオグラムを例に挙げる。ただし、この発明は、短冊状の複数の要素ホログラムを一つの記録媒体上に記録することにより、横方向の視差情報を持たせたホログラフィックステレオグラムに対しても適用可能であることは言うまでもない。記録時には、上述したようなホログラフィック記録層と、光の向きを曲げるホログラフィック光学素子とがこの順に積層されており、光学的に接触している画像記録用媒体を用い、画像記録用媒体に対して物体光と同じ側に光導入ブロックを光学的に接触させ、臨界角を超える角度の参照光を媒体に対して物体光と同じ側から入射させるようになされる。

このホログラフィックステレオグラム作成システムは、物体光と参照光との干渉縞が記録されたホログラム用記録媒体をそのままホログラフィックステレオグラムとする、いわゆるワンステップホログラフィックステレオグラムを作成するシステムであり、記録対象の画像データの処理を行うデータ処理部１１と、このシステム全体の制御を行う制御用コンピュータ１２と、ホログラフィックステレオグラム作成用の光学系を有するホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３とから構成されている。

データ処理部１１は、多眼式カメラや移動式カメラ等を備えた視差画像列撮影装置２３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１や、画像データ生成用コンピュータ２４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２等に基づいて、視差画像列Ｄ３を生成する。

ここで、視差画像列撮影装置２３から供給される視差情報を含む複数の画像データＤ１は、例えば、多眼式カメラによる同時撮影、又は移動式カメラによる連続撮影等によって、実物体を横方向の異なる複数の観察点から撮影することにより得られた複数画像分の画像データである。

また、画像データ生成用コンピュータ２４によって生成された視差情報を含む複数の画像データＤ２は、例えば、横方向に順次視差を与えて作成された複数のＣＡＤ（Computer Aided Design)画像やＣＧ（Computer Graphics)画像等の画像データである。

そして、データ処理部２１は、視差画像列Ｄ３に対して画像処理用コンピュータ２１によってホログラフィックステレオグラム用の所定の画像処理を施す。そして、所定の画像処理が施された画像データＤ４を、メモリ又はハードディスク等の記憶装置２２に記録する。

また、データ処理部１１は、ホログラム用記録媒体に画像を記録する際に、記憶装置２２に記録された画像データＤ４から、１画像分毎にデータを順番に読み出し、この画像データＤ５を制御用コンピュータ１２に送出する。

一方、制御用コンピュータ１２は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３を駆動し、データ処理部１１から供給された画像データＤ５に基づく画像を、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３内にセットされたホログラム用記録媒体３０に、要素ホログラムとして順次記録する。

このとき、制御用コンピュータ１２は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３に設けられたシャッタ３２、表示装置４１および記録媒体送り機構等の制御を行う。すなわち、制御用コンピュータ１２は、シャッタ３２に制御信号Ｓ１を送出してシャッタ３２の開閉を制御し、また、表示装置４１に画像データＤ５を供給して表示装置４１に当該画像データＤ５に基づく画像を表示させ、また、記録媒体送り機構に制御信号Ｓ２を送出して記録媒体送り機構によるホログラム用記録媒体３０の送り動作を制御する。

上述したホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３の光学系について、図５を参照してより詳細に説明する。なお、図５は、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３全体の光学系を上方から見た図である。

ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３は、図５に示すように、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源３１と、レーザ光源３１からのレーザ光Ｌ１の光軸上に配されたシャッタ３２、ミラー３８およびハーフミラー３３とを備えている。ここで、レーザ光源３１には、例えば、波長が約５３２ｎｍのレーザ光を出射するものを用いる。

シャッタ３２は、制御用コンピュータ１２によって制御され、ホログラム用記録媒体３０を露光しないときには閉じられ、ホログラム用記録媒体３０を露光するときに開放される。また、ハーフミラー３３は、シャッタ３２を通過してきたレーザ光Ｌ２を、参照光と物体光とに分離するためのものであり、ハーフミラー３３によって反射された光Ｌ３が参照光となり、ハーフミラー３３を透過した光Ｌ４が物体光となる。

ハーフミラー３３によって反射された光Ｌ３は、全反射ミラー３６により、反射され、光導入ブロック３７に入射され、インデックスマッチング液を介して、感光材料３０上に到達する。このとき、Ｌ３の光軸上には、参照光用の光学系として、後述する物体光同様、絞りをおいてその絞りを感光材料上で結像させるような光学系を形成してもよい。

ここで、ホログラム用記録媒体３０は、エッジリット方式によって要素ホログラムが記録されるように、透明なガラスからなる光導入ブロック３７にマッチング液を介して接するように配されている。そして、参照光は、光導入ブロック３７が配された側からホログラム用記録媒体３０に入射する。

すなわち、参照光は、光導入ブロック３７の端面３７ａから光導入ブロック３７内に入射し、光導入ブロック３７にマッチング液を介して接するように配されたホログラム用記録媒体３０に対して、大きな入射角にて入射する。

一方、ハーフミラー３３を透過した光Ｌ４の光軸上には、物体光用の光学系として、ハーフミラー３３からの透過光をきれいに整形する凸レンズとピンホールを組み合わせたスペーシャルフィルタ３９と、物体光を平行光とするためのコリメータレンズ４０と、そのビームを反射する全反射ミラー３８と、記録対象の画像を表示する表示装置４１と、表示装置４１を透過してきた光を拡散させる拡散板４２と、物体光をホログラム用記録媒体３０上に集光させるレンズ４３と、アパーチャ４６と、レンズ４４と、レンズ４５とがこの順に配置されている。

ハーフミラー３３を透過した光Ｌ４は、全反射ミラー３８によって反射された後、スペーシャルフィルタ３９によって点光源からの拡散光とされる。次に、コリメータレンズ４０によって平行光とされ、ミラー３８で反射されて表示装置４１に入射する。ここで、表示装置４１は、例えば液晶ディスプレイからなる透過型の画像再生装置であり、制御用コンピュータ１２によって制御され、制御用コンピュータ１２から送られた画像データＤ５に基づく画像を表示する。そして、表示装置４１を透過した光は、表示装置４１に表示された画像に応じて変調され、拡散板４２によって拡散された後、レンズ４３に入射する。ここで、拡散板４２は、表示装置４１からの透過光を若干拡散させることにより、作製されるホログラフィックステレオグラムの画質の向上に寄与する。

そして、表示装置４１を透過した光は、レンズ４３により横方向に集束され、物体光としてホログラム用記録媒体３０に入射する。すなわち、このホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３では、表示装置４１からの投影光が短冊状の物体光としてホログラム用記録媒体３０に入射する。ここで、物体光は、光導入ブロック３７が配されていない側から、ホログラム用記録媒体３０の面に対して光軸がほぼ垂直となるように、ホログラム用記録媒体３０に入射する。

なお、光学系において、ハーフミラー３３によって反射され、光導入ブロック３７を介してホログラム用記録媒体３０に入射する参照光の光路長と、ハーフミラー３３を透過し、表示装置４１を介してホログラム用記録媒体３０に入射する物体光の光路長とは、ほぼ同じ長さとする。これにより、参照光と物体光との干渉性が高まり、より鮮明な再生像が得られるホログラフィックステレオグラムを作製することが可能となる。

また、ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３では、光導入ブロック３７とホログラム用記録媒体３０とのインデックスマッチングのために、光導入ブロック３７とホログラム用記録媒体３０との間にインデックスマッチング液を滴下する機構を設けることが好ましい。具体的には、例えば、ホログラム用記録媒体３０と接するように、インデックスマッチング液を浸透させたスポンジを、光導入ブロック３７とホログラム用記録媒体３０とが接する部分の近傍に配した。これにより、ホログラム用記録媒体３０が送られる毎に、光導入ブロック３７とホログラム用記録媒体３０との間に、スポンジからインデックスマッチング液が供給され、光導入ブロック３７とホログラム用記録媒体３０とのインデックスマッチングが図られることとなる。

このとき、参照光として光導入ブロックに入射した光は、記録層にて物体光と干渉し、ホログラム記録に使われた後も直進するが、この発明を用いない場合、図６に示すように、臨界角以上で入射した光は、ホログラム記録層（記録層）１あるいはブロッキング層３など、空気層との界面において全反射をおこすことになる。この全反射したビームは再度ホログラム記録層１に到達するため、本来ホログラムを記録する以外のエネルギーが照射され、画像の不安定性を生むことになる。

しかしながら、図７に示すようなホログラフィック光学素子４を、再生時のみならず、記録時から形成しておけば、全反射を起こす光のほとんどが、回折によって曲げられ、記録層４の外に出ることになる。これにより、不要な光の滞留を避けることができ、画像のコントラストは向上する。

また、このホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３は、制御用コンピュータ１２の制御のもとに、ホログラム用記録媒体３０を１要素ホログラム分だけ間欠送りし得る記録媒体送り機構を備えている。この記録媒体送り機構は、制御用コンピュータ１２からの制御信号に基づいて、フィルム状のホログラム用記録媒体を間欠送りし得るようになっている。そして、このホログラフィックステレオグラムプリンタ装置１３でホログラフィックステレオグラムを作製する際は、記録媒体送り機構に所定の状態でセットされたホログラム用記録媒体３０に対して、視差画像列の各画像データに基づく画像を要素ホログラムとして順次記録する。

以上、第１の実施形態の画像再生装置（図２参照）により再生される、ホログラフィックステレオグラムを作成するシステムについて説明した。

次に、第２の実施形態による画像再生装置について図８を参照して説明する。この第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の構成で、異なる点は、ホログラム記録層１と、光導入用のホログラフィック光学素子層４との間に、光方向制御層８を形成することである。

図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃに示すように、ＰＥＴフィルムなどのカバー材９ｂおよび９ｃ間に、物理的にすだれ状のルーバー９ａが形成されたフィルムは、ライトコントロールフィルムとも呼ばれ、既に市販されている。このルーバーフィルムは、垂直に多数のルーバーが設けられたものである。図９Ａおよび図９Ｂは、面状の光源９ｄに対してルーバーフィルムを対向させた状態をそれぞれ示す。図９Ａは、可視角度を６０度に制御する場合を示し、図９Ｂは、可視角度を９０度に制御する場合を示す。例えば携帯電話の表示面にルーバーフィルムを貼り付け、覗き見されることを防止する用途としてルーバーフィルムが使用されている。

この発明の第２の実施形態の光方向制御層８として使用する場合では、ルーバー９ａの角度が記録時の材料内参照光角度、再生時の理想参照光角度と一致するようになされる。例えばこれらの角度を６０度とした場合では、カバー材９ｂおよび９ｃ間に３０度の角度でルーバーが傾いた構成のルーバーフィルムが使用される。

図１０は、各機能層の中間に、これら機能層とほぼ屈折率を同じくするカバーフィルム２、５、ブロッキング層３ａ、３ｂを設けた例である。実際には、このような積層構造をつくるフィルム作製工程上、このような構成となるが、光学的には図８の単純モデルに置き換えても良い。

図１０において、光方向制御層８があることにより、再生時に画像を観察する際、像が無い部分は光方向制御層８としてのルーバー（羽根）を見ることになり、ルーバーを黒色にて形成しておけば、背景が黒となり、コントラストの高い画像を観察することができる。

記録時から、光方向制御層８が形成されていても、必要なホログラムの記録には全く悪影響を及ぼさない。それどころか、光方向制御層８により、不要なビームの反射が第１の実施形態以上に抑えられることにより、不要な干渉縞によるノイズや回折効率の低下は抑えることができる。

さらに大きなメリットとして、再生装置の光源の位置や平行性に自由度が加わる。第１の実施形態の場合、ホログラムから光源方向を覗き込むと、光源が見えてしまうため、通常目に入りにくい位置に光源をおくという配慮が必要だった。図１１Ａは、ホログラフィック光学素子４を使用して再生するときの光路を示し、図１１Ｂは、ホログラフィック光学素子４を作成するときの光路を示す。

また、背景が明るいため、画像コントラストが得られにくいという問題もあった。例えば、図１２Ａに示すように、ホログラムの法線方向、観察者とは反対側から平行光を照らした場合、所定の参照光・照明光角度のルーバーを配置されていれば、光源自体は見えないので、コントラストの高いホログラム像を観察することができる。この位置から照明すると、観察時、基材と空気との界面での表面反射が最も少なくなるため、光利用効率の高い明るいホログラムを再生できるというメリットもある。このときに用いるホログラフィック光学素子４は、図１２Ｂのような光学系にて作成することができる。

さらに異なる例として、図１３Ａに図示するように、ホログラムの法線方向からある距離はなれたところに点光源を置いた拡散光源を配置することも可能である。この点光源を配置する位置に応じて、あらかじめ共役光を用いて、図１３Ｂに図示するような光学系にて、ホログラフィック光学素子を作製しておけば良い。こうすれば、コリメート光学系を省略し、よりコンパクトな再生装置を安価に実現することが可能である。

なお、第２の実施形態をより具体的に構成する場合、再生装置は、光源とその筐体部分、媒体保持部分からなるビューワーと、画像記録済みホログラムとルーバーとホログラフィック光学素子およびそれらの保護層、ブロッキング層、接着層を含む媒体とに分離した構成とされ、媒体を取り外しても、ビューワーに同じ位置に固定できるようになされる。このような構造にすることにより、複数の媒体を取り替えて、ビューワーにセットし観察することができるようになる。

また、媒体を取りはずしたとき、観察者が発光中の光源を直接見ることが無いように、媒体がビューワーにセットされないと、光源に電源が供給されないように、インターロックスイッチ機構を組み込むことが好ましい。

ところで、光源の種類や配置位置は、必ずしも一種類にはならず、複数のパターンが存在する場合、それに応じて、最適なホログラフィック光学素子は変わるため、ビューワーの仕様と、媒体の仕様は、対応する必要がある。このため、ビューワーと媒体には、それぞれ形状に工夫が施されており、組み合わせが一致しないと装着できないようになっている。例えば、媒体側に凸部、ビューワー側に凹部が存在し、それらが合わない場合は、媒体を装着できず、インターロック機構により、光源が作動しないようになされる。

また、媒体には、表裏があるため、逆には装着できないように、形状に工夫が施されている。すなわち、上述の凸部凹部は、表裏非対称に作られており、逆差しはできないようになっている。

次に、この発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態も画像再生装置であるが、第１または第２の実施形態で用いたホログラフィックステレオグラムと光導入ホログラフィック光学素子とで円筒型の画像再生装置を形成し、この円筒型画像再生装置にて円筒状のホログラフィックステレオグラムを再生するものである。

具体的には、図１４に示すように、図８に示したホログラフィックステレオグラム１、光方向制御層８、光導入ホログラフィック光学素子４が積層されたフィルム５１を、外から内に向かうように丸くし、円筒型のエッジリット方式ホログラフィックステレオグラム５２を形成する。そして、図１５に示すように、この円筒型のエッジリット方式ホログラフィックステレオグラム５２の内側に光源５３を配置し、三次元画像を再生する。

すなわち、この円筒型画像再生装置では、平面用に作ったホログラフィックステレオグラム１とホログラフィック光学素子４の組５１を曲げて円筒型にすることで円筒型のエッジリット方式ホログラフィックステレオグラム５２を作成する。円筒型のエッジリット方式ホログラフィックステレオグラム５２に対して光源５３から発した照明光を材料内部で角度６０度の平行光になるようにホログラフィック光学素子４で変換し、円筒内に物体が存在するかのような三次元画像を得ることが可能となる。図１に示した構成のように、光方向制御層を有しない媒体を使用して同様に円筒型画像再生装置を構成できる。

次に、第４の実施形態について図１６を参照して説明する。この第４の実施形態も画像再生装置であるが、前述のように記録済みのホログラフィックステレオグラム、又はホログラムを再生するだけではなく、動画のホログラムを表示できる装置である。例えば、画素間隔がミクロンオーダー以下の液晶パネルを用いると、干渉縞により回折像をあるリフレッシュレートで書き換えながら表示することができる。この構成に、第２の実施形態を適用する。すなわち、透過型液晶パネル６１の観察者とは反対側にルーバーフィルムを有する光方向制御層８、光導入ホログラフィック光学素子４を配置し、空気層を介して光源を背後に設置する。

次に、第５の実施形態について説明する。図１７に図示すように、円筒状の液晶パネル６１の内部に、外から内に向かって、光方向制御層８、ホログラフィック光学素子４を配置し、円筒中心に光源６２を配置することにより、円筒型の動画ホログラムディスプレイを形成することができる。

以上、この発明の各実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述した第４の実施形態および第５の実施形態では、画像ホログラム表示デバイスとして、液晶パネルを使用した例について述べたが、空間光変調素子であれば、他の方式のものでも可能である。

この発明の例として、単色について説明したが、カラーでも可能である。光源は、白色光であっても、エッジリットホログラム自体のブラッグ回折条件による波長選択で、カラー再生することが可能であるが、例えばＲ，Ｇ，Ｂなど複数の光源を使ってもカラーの表示装置、再生装置が構成できる。既に記録されたホログラムまたはホログラフィックステレオグラムの再生装置の場合は、その記録波長に近い波長成分をもつ光源が望ましい。実際には、記録材料の特性によっては、再生波長は記録波長からシフトすることも多いが、一般的に記録波長から±３０ｎｍ程度にピーク波長を持つ光源で再生すると良好な画像が得られた。カラー再生のために、複数の光源を配置する場合、光源の位置を波長に応じて斜めにずらして配置することにより、上下に視点を変えても再生像の色バランスが崩れないようにすることができる。この発明の例では、このいわゆるアクロマチックアングルを満たす位置にＲ、Ｇ、Ｂの半導体レーザを配置し、良好な再生像を得ることができた。

また、この発明の画像再生装置は、３次元画像情報が記録されたホログラム又はホログラフィックステレオグラムを再生するのみに適用が限定されるものではなく、２次元画像情報が記録されたホログラム又はホログラフィックステレオグラムを再生するときに適用することができる。

この発明の第１の実施形態によるホログラム再生装置を示す略線図である。 この発明の第１の実施形態によるホログラム再生装置を説明するための略線図である。 この発明に使用するホログラフィック光学素子を作成するときの光路を示す略線図である。 ホログラフィックステレオグラム作成システムの一構成例を示す略線図である。 ホログラフィックステレオグラムプリンタ装置の光学系の一例を示す略線図である。 ホログラフィック光学素子を設けない場合の光路の説明に使用する略線図である。 ホログラフィック光学素子を設けた場合の光路の説明に使用する略線図である。 この発明の第２の実施形態によるホログラム再生装置を示す略線図である。 この発明の第２の実施形態に用いられている光方向制御層を説明するための斜視図である。 この発明の第２の実施形態によるホログラム再生装置を示す略線図である。 この発明のホログラフィック光学素子を使って再生するときの機能を示す略線図およびそのホログラフィック光学素子を作成するときの光路を示す略線図である。 この発明のホログラフィック光学素子を使って再生するときの機能を示す略線図およびそのホログラフィック光学素子を作成するときの光路を示す略線図である。 この発明のホログラフィック光学素子を使って再生するときの機能を示す略線図およびそのホログラフィック光学素子を作成するときの光路を示す略線図である。 この発明の第３の実施形態による円筒型エッジリットホログラム再生装置の形成方法を示す略線図である。 この発明の第３の実施形態による円筒型エッジリットホログラム再生装置の構成を示す略線図である。 この発明の第４の実施形態によるホログラフィック表示装置を示す略線図である。 この発明の第５の実施形態によるホログラフィック表示装置を示す略線図である。 ホログラフィックステレオグラムの作成方法を示す略線図である。 透過型エッジリットホログラムの作成方法を示す略線図である。 透過型エッジリットホログラムの再生方法を示す略線図である。 先に提案されている画像再生装置の構成を示す略線図である。

符号の説明

１・・・ホログラム記録層
２・・・カバーフィルム
３・・・ブロッキング層
４・・・ホログラフィック光学素子
６・・・照明光
８・・・光方向制御層

Claims (14)

1. 動画又は静止画の画像情報をホログラフィックに表示する画像表示装置において、
   媒体内部で臨界角を超える角度で照明されることにより画像を表示するホログラフィック媒体と、
   上記ホログラフィック媒体の観察者とは反対側の面に空気を介さず光学的に接触するように貼りあわされたホログラフィック光学素子と、
   上記ホログラフィック媒体の観察者とは反対側に配置された光源を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 上記ホログラフィック媒体と、上記ホログラフィック光学素子との間に、画像表示に必要な照明光角度に応じた光方向制御層を、空気を介さずに光学的に接触するように貼りあわせたことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 上記ホログラフィック媒体が記録済みのホログラム又はホログラフィックステレオグラムであることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 上記ホログラフィック媒体は、略円筒状、またはその一部形状をしており、
   上記ホログラフィック媒体の内側に配置された光源からの光により画像を表示できるように、上記ホログラフィック媒体の内側にホログラフィック光学素子を空気を介さず光学的に接触するように貼りあわせたことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
5. 上記ホログラフィック媒体は、略円筒状、またはその一部形状をしており、
   上記ホログラフィック媒体と、ホログラフィック光学素子媒体との間に、画像表示に必要な照明光角度に応じた光方向制御層を、空気を介さずに光学的に接触するように貼りあわせたことを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
6. 上記ホログラフィック媒体が静止画が記録されたホログラム又はホログラフィックステレオグラムであることを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
7. 上記光源は、複数のピーク波長をもつ光源の集合体であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
8. アクロマティックアングルを満たす位置に複数の光源をずらして配置したことを特徴とする請求項７記載の画像表示装置。
9. 画像を記録するための画像記録用媒体において、
   ホログラフィックに画像を記録するホログラフィック記録層と、光の向きを制御する光方向制御層と、光の向きを曲げるホログラフィック光学素子とがこの順に積層されており、光学的に接触していることを特徴とする画像記録用媒体。
10. 保護層や中間バリヤ層が設けられており、それらの屈折率が上記ホログラフィック記録層の屈折率と０．２以下の差しか持たないことを特徴とする請求項９記載の画像記録用媒体。
11. 上記光方向制御層が黒色であることを特徴とする請求項９記載の画像記録用媒体。
12. 表裏を判別するための形状が施されていることを特徴とする請求項９記載の画像記録用媒体。
13. 照明すべき光源の位置や種類を規定するための形状が施されていることを特徴とする請求項９記載の画像記録用媒体。
14. ホログラフィックに画像を記録するホログラフィック記録層と、光の向きを制御する光方向制御層と、光の向きを曲げるホログラフィック光学素子とがこの順に積層されており、光学的に接触している画像記録用媒体を用い、
    上記画像記録用媒体に対して物体光と同じ側に光導入ブロックを光学的に接触させ、臨界角を超える角度の参照光を媒体に対して物体光と同じ側から入射させることによりホログラムまたはホログラフィックステレオグラムを記録することを特徴とする画像記録方法。

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