JP5775376B2

JP5775376B2 - 3D display device

Info

Publication number: JP5775376B2
Application number: JP2011138058A
Authority: JP
Inventors: 三科　智之; 智之三科; 洗井　淳; 淳洗井; 奥井　誠人; 誠人奥井
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP2013003557A

Description

本発明はホログラフィを利用した立体表示技術に係わり、特にホログラムを表示する立体表示装置に関するものである。 The present invention relates to a stereoscopic display technology using holography, and more particularly to a stereoscopic display device that displays a hologram.

ホログラムを用いて動画像表示を行う場合、表示デバイスとして液晶素子の使用が有望であるが、液晶素子を干渉縞表示面に用いると、液晶素子の画素ピッチが粗いことから物体光と再生光のなす角が小さくなる。このように物体光と再生光のなす角が小さい場合のホログラムには、真の像の観視に妨げとなる妨害光（共役光、直接透過光）を除去するために、物体光の広がりの半分を使用するハーフゾーンプレート法を用いるのが有効である。 When moving images are displayed using holograms, the use of liquid crystal elements as a display device is promising. However, when liquid crystal elements are used on the interference fringe display surface, the pixel pitch of the liquid crystal elements is coarse, so object light and reproduction light The formed angle is reduced. In this way, in the hologram in which the angle between the object light and the reproduction light is small, in order to remove the interference light (conjugate light, direct transmission light) that hinders the viewing of the true image, It is effective to use the half zone plate method using half.

以下、ハーフゾーンプレート法を適用した立体表示装置について説明する。通常、計算機合成ホログラムと呼ばれる、干渉縞を計算機で生成するホログラムでは、物体を標本化し、図１０（ａ）に示すように、標本化された各点から発生される光（物体光）の干渉縞作成面４における光分布を計算し、物体上の全ての点からの物体光に対する光分布を加算して干渉縞を計算する。 Hereinafter, a stereoscopic display device to which the half zone plate method is applied will be described. Usually, in a hologram called a computer-generated hologram in which interference fringes are generated by a computer, an object is sampled and, as shown in FIG. 10A, interference of light (object light) generated from each sampled point The light distribution on the fringe creation surface 4 is calculated, and the interference fringes are calculated by adding the light distribution for the object light from all points on the object.

計算機合成ホログラムにハーフゾーンプレート法を適用した場合には、図１０（ｂ）に示すように、物体上の点から干渉縞作成面４に対して垂直に下ろした垂線を含んだ平面で物体光の広がりを２分割し、その片側の干渉縞作成面４における光分布のみを計算し、物体上の全ての点に対する光分布を加算して干渉縞を計算する。図１０（ｂ）に示す例においては、水平面を境界に干渉縞作成面４を上下に２分割し、それら分割された面の下側を計算するようにしている。 When the half zone plate method is applied to the computer-generated hologram, as shown in FIG. 10B, the object beam is projected on a plane including a perpendicular line perpendicular to the interference fringe creation surface 4 from a point on the object. Is divided into two, only the light distribution on the interference fringe creation surface 4 on one side is calculated, and the light distribution for all points on the object is added to calculate the interference fringes. In the example shown in FIG. 10B, the interference fringe creation surface 4 is divided into two parts up and down with a horizontal plane as a boundary, and the lower side of the divided surfaces is calculated.

図１０（ｂ）のような条件で作成された干渉縞を、図１１（ａ）に示すような光学系８を用いる構成によって干渉縞表示面１に表示してホログラム像を再生すると、同図に示すように、共役光の広がり（斜線部）と、所望とする真の像の結像に関する光（物体光）の広がり（ドット部）とが、凸レンズ５の後側焦平面（図１１（ａ）では凸レンズ５の右側の焦平面）において光軸を境界として上下に分離される。これを利用して、図１１（ａ）に示すように、共役光の広がる範囲を遮光する遮光板６を後側焦平面に設置することで、共役光を遮断することができる。 When the interference fringes created under the conditions as shown in FIG. 10B are displayed on the interference fringe display surface 1 by the configuration using the optical system 8 as shown in FIG. As shown in FIG. 11, the spread of the conjugate light (hatched portion) and the spread (dot portion) of the light (object light) related to the desired true image formation are the rear focal plane of the convex lens 5 (FIG. 11 ( In a), in the focal plane on the right side of the convex lens 5, the optical lens is separated into upper and lower sides with the optical axis as a boundary. Using this, as shown in FIG. 11A, the conjugate light can be blocked by installing the light shielding plate 6 that shields the range in which the conjugate light spreads on the rear focal plane.

また、ホログラム像の再生時には、図１１（ａ）に示すように、共役光以外にも、再生光がそのまま干渉縞表示面１を通過する、直接透過光（破線で示した部分）と呼ばれる妨害光も発生する。再生光には通常は平行光が使われるため、直接透過光は、図１１（ａ）に示すように、凸レンズ５の後側焦平面において、物体光の広がる範囲と共役光の広がる範囲との境界で１点に結像する。従って、遮光板６を用いることで、図１１（ａ）に示すように、この直接透過光も遮光することができる。以上の処理は、干渉縞表示面１から発生する光を空間周波数領域で半分に制限していることに相当する。これらの詳細は、例えば非特許文献１，２に記載されている。 Further, at the time of reproducing the hologram image, as shown in FIG. 11A, in addition to the conjugate light, the reproduced light passes through the interference fringe display surface 1 as it is and is directly interfered light (part indicated by a broken line). Light is also generated. Since parallel light is normally used as the reproduction light, the directly transmitted light has a range in which the object light spreads and a range in which the conjugate light spreads in the rear focal plane of the convex lens 5 as shown in FIG. An image is formed at one point at the boundary. Therefore, by using the light shielding plate 6, this directly transmitted light can be shielded as shown in FIG. The above processing corresponds to limiting the light generated from the interference fringe display surface 1 to half in the spatial frequency domain. These details are described in Non-Patent Documents 1 and 2, for example.

ここで、従来の技術は、図１１（ａ）に示すように、凸レンズ５の前側焦平面に干渉縞表示面１、後側焦平面に遮光板６を配置する光学系８が用いられている。一方、図１１（ａ）に示す構成では、原理上再生像に幾何学的な歪みが生じるため、別の構成として、図１１（ｂ）に示すように、凸レンズ５と同じ焦点距離ｆの凸レンズ７を遮光板６の右側の、焦点距離ｆだけ離れた場所に配置する光学系９とすることで幾何学歪を回避する例もある。 Here, as shown in FIG. 11A, the conventional technique uses an optical system 8 in which the interference fringe display surface 1 is arranged on the front focal plane of the convex lens 5 and the light shielding plate 6 is arranged on the rear focal plane. . On the other hand, in the configuration shown in FIG. 11 (a), geometric distortion occurs in the reproduced image in principle. As another configuration, as shown in FIG. 11 (b), a convex lens having the same focal length f as the convex lens 5 is used. There is also an example in which geometric distortion is avoided by using 7 as an optical system 9 arranged on the right side of the light shielding plate 6 at a position separated by the focal length f.

例えば、非特許文献３では、干渉縞表示面１に対角０．７インチの液晶パネルを用いた図１１（ｂ）の光学系９において、焦点距離が１５０ｍｍの凸レンズ５を用いた例が紹介されている。この例では、干渉縞表示面１の前面に４５０ｍｍ（＝３×１５０ｍｍ）の大きさの光学系９を配置していることになる。 For example, Non-Patent Document 3 introduces an example in which a convex lens 5 having a focal length of 150 mm is used in the optical system 9 of FIG. 11B using a 0.7 inch diagonal liquid crystal panel on the interference fringe display surface 1. Has been. In this example, the optical system 9 having a size of 450 mm (= 3 × 150 mm) is arranged on the front surface of the interference fringe display surface 1.

また、非特許文献４では、さらに大きな対角１．７インチの液晶パネルを用いるとともに、焦点距離が３００ｍｍの凸レンズ５を用いた例が紹介されている。この例では、干渉縞表示面１の前面に９００ｍｍ（３×３００ｍｍ）の大きさの光学系９を配置していることになる。 Non-Patent Document 4 introduces an example using a larger 1.7 inch diagonal liquid crystal panel and a convex lens 5 having a focal length of 300 mm. In this example, an optical system 9 having a size of 900 mm (3 × 300 mm) is arranged on the front surface of the interference fringe display surface 1.

O.Bryngdahl，A.Lohmann，“Single-Sideband Holography”, J．Opt．Soc．Am．Vol．58，620，1968O. Bryngdahl, A. Lohmann, “Single-Sideband Holography”, J. Opt. Soc. Am. Vol. 58, 620, 1968 T.Mishina，F.Okano，I.Yuyama，“Time-alternating method based on single-sideband holography with half-zone-plate processing for the enlargement of viewing zones”，Applied Optics，Vol.38，No.17，PP.3703-3713，June 1999T. Mishina, F. Okano, I. Yuyama, “Time-alternating method based on single-sideband holography with half-zone-plate processing for the enlargement of viewing zones”, Applied Optics, Vol. 38, No. 17, PP .3703-3713, June 1999 Y.Takaki，Y.Tanemoto，“Band-limited zone plates for single-sideband holography”，Applied Optics，Vol.48，Issue 34，PP.H64-H70，2009Y.Takaki, Y.Tanemoto, “Band-limited zone plates for single-sideband holography”, Applied Optics, Vol.48, Issue 34, PP.H64-H70, 2009 三科、妹尾、山本、大井、栗田、“超高精細液晶パネルを用いた電子ホログラフィによる立体カラー映像再生”、ホログラフィック・ディスプレイ研究会、Vol.30，No.2，PP.12-17，May 2010Sanshina, Senoo, Yamamoto, Oi, Kurita, “3D color image reproduction by electronic holography using ultra-high-definition liquid crystal panel”, holographic display study group, Vol.30, No.2, PP.12-17, May 2010

図１１（ｂ）に示すような従来の光学系９においては、干渉縞表示面１に加えて、さらにその前面に凸レンズ５の焦点距離の２倍もしくは３倍の大きさの光学系を配置する必要があった。また、前記した図１１（ａ），（ｂ）に示すような従来の光学系８，９で使用される凸レンズ５には、干渉縞表示面１から再生される光を通過させるために、干渉縞表示面１より大きな口径が必要となる。また、凸レンズにおける口径と焦点距離の組み合わせとして、口径以上の焦点距離をもつレンズ（Ｆ値が１以上）が一般的である。そのため、凸レンズ５には干渉縞表示面１の対角サイズより大きな焦点距離のレンズが必要であった。 In the conventional optical system 9 as shown in FIG. 11B, in addition to the interference fringe display surface 1, an optical system having a size twice or three times the focal length of the convex lens 5 is arranged on the front surface thereof. There was a need. Further, the convex lens 5 used in the conventional optical systems 8 and 9 as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b) described above has an interference in order to allow the light reproduced from the interference fringe display surface 1 to pass therethrough. A larger aperture than the striped display surface 1 is required. Further, as a combination of the aperture and the focal length of the convex lens, a lens having a focal length equal to or larger than the aperture (F value is 1 or more) is generally used. Therefore, the convex lens 5 needs a lens having a focal length larger than the diagonal size of the interference fringe display surface 1.

従って、図１１（ａ），（ｂ）に示すような従来の光学系８，９を用いた立体表示装置は、光学系のサイズが非常に大きくなり、小型化が困難であるという問題があった。 Accordingly, the stereoscopic display device using the conventional optical systems 8 and 9 as shown in FIGS. 11A and 11B has a problem that the size of the optical system becomes very large and it is difficult to reduce the size. It was.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、従来よりも光学系を小型化することができる立体表示装置を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of this point, Comprising: It aims at providing the three-dimensional display apparatus which can miniaturize an optical system conventionally.

前記課題を解決するために請求項１に係る立体表示装置は、ハーフゾーンプレート法によって干渉縞を干渉縞表示面に表示させて再生照明光を照射することにより、前記干渉縞表示面から物体光を再生する立体表示装置であって、前記干渉縞表示面の物体光射出側に、屈折率分布レンズを二次元状に複数並べたレンズアレイが配置され、前記屈折率分布レンズが、長さがｍｐ（ｍは正の整数、ｐは屈折率分布レンズによって決まる１光学長の長さ）であり、一方または他方の端面からｐ／４＋ｋｐ（ｋは０≦ｋ＜ｍの範囲内の整数）の位置において、光軸に対して垂直な面を直径で二等分した片側が遮光された構成とした。 In order to solve the above-described problem, the stereoscopic display device according to claim 1 displays the interference fringes on the interference fringe display surface by the half-zone plate method and irradiates the reproduction illumination light, thereby causing object light from the interference fringe display surface. A lens array in which a plurality of refractive index distribution lenses are arranged two-dimensionally is disposed on the object light exit side of the interference fringe display surface, and the refractive index distribution lens has a length. mp (m is a positive integer, p is a length of one optical length determined by a gradient index lens), and p / 4 + kp (k is an integer within a range of 0 ≦ k <m) from one or the other end face In the position, a configuration was adopted in which one side obtained by dividing a plane perpendicular to the optical axis into two equal parts by diameter was shielded from light.

これにより、立体表示装置は、干渉縞表示面の物体光射出側に、長さをｍｐとし、一方の端面（例えば入射面）または他方の端面（例えば出射面）からｐ／４＋ｋｐの位置の所定領域を遮光した屈折率分布レンズによって構成したレンズアレイを配置することで、干渉縞表示面から屈折率分布レンズに入射した物体光だけを屈折率分布レンズの出射面から出射させることができる。従って、ホログラムを用いて動画像表示を行う場合において、従来のように干渉縞表示面の物体光射出側に凸レンズを配置し、当該凸レンズの後側焦平面に遮光板を配置する必要がなくなる。 Accordingly, the stereoscopic display device sets the length to mp on the object light exit side of the interference fringe display surface, and is a predetermined position at a position of p / 4 + kp from one end surface (for example, the entrance surface) or the other end surface (for example, the exit surface). By disposing a lens array composed of a refractive index distribution lens whose region is shielded from light, only object light incident on the refractive index distribution lens from the interference fringe display surface can be emitted from the exit surface of the refractive index distribution lens. Therefore, when performing moving image display using a hologram, it is not necessary to dispose a convex lens on the object light exit side of the interference fringe display surface and dispose a light shielding plate on the rear focal plane of the convex lens as in the prior art.

また、請求項２に係る立体表示装置は、請求項１に係る立体表示装置において、前記レンズアレイが、複数の前記屈折率分布レンズが正方格子状に並べられて構成されることとした。なお、正方格子状とは、複数の屈折率分布レンズによってレンズアレイを構成した場合に、干渉縞表示面の縦方向および横方向に屈折率分布レンズの光軸が揃っており、当該屈折率分布レンズの光軸を仮想線で結んだ場合に正方格子となることを意味している。 A stereoscopic display device according to a second aspect is the stereoscopic display device according to the first aspect, wherein the lens array includes a plurality of the gradient index lenses arranged in a square lattice pattern. In addition, when the lens array is constituted by a plurality of refractive index distribution lenses, the square lattice shape means that the optical axes of the refractive index distribution lenses are aligned in the vertical direction and the horizontal direction of the interference fringe display surface, and the refractive index distribution This means that a square lattice is formed when the optical axes of the lenses are connected by virtual lines.

また、請求項３に係る立体表示装置は、請求項１に係る立体表示装置において、前記レンズアレイが、複数の前記屈折率分布レンズが三角格子状に並べられて構成されることとした。なお、三角格子状とは、複数の屈折率分布レンズによってレンズアレイを構成した場合に、干渉縞表示面の縦方向に屈折率分布レンズの光軸が一つおきに揃うとともに、干渉縞表示面の横方向に屈折率分布レンズの光軸が揃っており、当該屈折率分布レンズの光軸を仮想線で結んだ場合に三角格子となることを意味している。 According to a third aspect of the present invention, in the three-dimensional display device according to the first aspect, the lens array includes a plurality of the gradient index lenses arranged in a triangular lattice shape. The triangular lattice shape means that when a lens array is constituted by a plurality of refractive index distribution lenses, every other optical axis of the refractive index distribution lens is aligned in the vertical direction of the interference fringe display surface, and the interference fringe display surface. This means that the optical axis of the gradient index lens is aligned in the horizontal direction, and a triangular lattice is formed when the optical axis of the gradient index lens is connected by a virtual line.

請求項１に係る発明によれば、干渉縞表示面に対して所定距離離して配置する必要がある凸レンズや遮光板が不要となるため、従来の光学系と等価な光学系を、より小型の構成によって実現することができる。 According to the first aspect of the present invention, a convex lens and a light shielding plate that need to be arranged at a predetermined distance from the interference fringe display surface are not required. Therefore, an optical system equivalent to the conventional optical system can be reduced in size. It can be realized by the configuration.

請求項２に係る発明によれば、屈折率分布レンズを正方格子状に隙間なく並べることで、干渉縞表示面から再生される光を効率よく利用することができる。 According to the second aspect of the present invention, the light reproduced from the interference fringe display surface can be efficiently used by arranging the gradient index lenses in a square lattice pattern without gaps.

請求項３に係る発明によれば、屈折率分布レンズを三角格子状に並べることで、例えば四角格子状と比較して屈折率分布レンズをより密に並べることができるため、干渉縞表示面から再生される光をより効率よく利用することができる。 According to the third aspect of the invention, by arranging the refractive index distribution lenses in a triangular lattice shape, for example, the refractive index distribution lenses can be arranged more densely than in a square lattice shape. The regenerated light can be used more efficiently.

本発明に係る立体表示装置で用いられる屈折率分布レンズを説明するための概略図であって、（ａ）は、屈折率分布レンズにおける屈折率と光軸からの距離との関係を示す図、（ｂ）は、屈折率分布レンズに入射した光の光路を示す図、である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic for demonstrating the refractive index distribution lens used with the three-dimensional display apparatus which concerns on this invention, Comprising: (a) is a figure which shows the relationship between the refractive index in a refractive index distribution lens, and the distance from an optical axis, (B) is a figure which shows the optical path of the light which injected into the gradient index lens. 本発明に係る立体表示装置で用いられる屈折率分布レンズの遮光領域を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the light-shielding area | region of the gradient index lens used with the three-dimensional display apparatus which concerns on this invention. 本発明の第１実施形態に係る立体表示装置の全体構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a stereoscopic display device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る立体表示装置で用いられる光学系の構成を示す概略図であって、（ａ）は、レンズアレイを示す図、（ｂ）は、レンズアレイを構成する屈折率分布レンズを示す図、である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows the structure of the optical system used with the three-dimensional display apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention, Comprising: (a) is a figure which shows a lens array, (b) is the refractive index which comprises a lens array. It is a figure which shows a distribution lens. 本発明の第１実施形態に係る立体表示装置で用いられる屈折率分布レンズの所定領域を遮光した場合における光路を示す概略図である。It is the schematic which shows the optical path when the predetermined area | region of the refractive index distribution lens used with the three-dimensional display apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention is light-shielded. 本発明の第１実施形態に係る立体表示装置で用いられる屈折率分布レンズの作製例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of preparation of the refractive index distribution lens used with the three-dimensional display apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る立体表示装置で用いられる屈折率分布レンズを示す概略図である。It is the schematic which shows the refractive index distribution lens used with the three-dimensional display apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る立体表示装置で用いられる屈折率分布レンズの所定領域を遮光した場合における光路を示す概略図である。It is the schematic which shows the optical path when the predetermined area | region of the refractive index distribution lens used with the three-dimensional display apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention is light-shielded. 本発明の別の実施形態に係る立体表示装置で用いられるレンズアレイを示す概略図である。It is the schematic which shows the lens array used with the three-dimensional display apparatus which concerns on another embodiment of this invention. 従来技術に係るハーフゾーンプレート処理を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the half zone plate process concerning a prior art. 従来技術に係るハーフゾーンプレート処理によって、共役像の結像に関する光線を除去する様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that the light ray regarding the image formation of a conjugate image is removed by the half zone plate process which concerns on a prior art.

本発明の実施形態に係る立体表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の構成については同一の名称及び符号を付し、詳細説明を省略する。また、以下の説明で参照する図面では、説明の便宜上部材のサイズ等を誇張して示している場合がある。 A stereoscopic display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same configuration is given the same name and symbol, and detailed description is omitted. In the drawings referred to in the following description, the size of members may be exaggerated for convenience of description.

まず本発明の説明の前に、本発明の基本となる屈折率分布レンズについて説明する。屈折率分布レンズは、円柱状のガラスからなり、図１（ａ）に示すように、中心（光軸）と周辺とで屈折率が異なる特性を持つレンズである。この屈折率ｎと光軸からの距離ｒとの関係は、次の式（１）によって表される。 First, before describing the present invention, a gradient index lens which is the basis of the present invention will be described. The gradient index lens is made of cylindrical glass and has a characteristic that the refractive index differs between the center (optical axis) and the periphery as shown in FIG. The relationship between the refractive index n and the distance r from the optical axis is expressed by the following equation (1).

ｎ＝ｎ_０（１−Ａｒ^２／２）・・・式（１） _{^{n = n 0 (1-Ar}} 2/2) ··· Equation (1)

ここで、ｎ_０は光軸上の屈折率、Ａの平方根であるＡ^１／２は屈折率分布定数である。式（１）におけるＡの値は、材質やガラス内の屈折率の変化の状況によって決まる。 Here, n ₀ is the refractive index on the optical axis, and A ^1/2 that is the square root of A is the refractive index distribution constant. The value of A in formula (1) is determined by the state of change in the refractive index in the material and glass.

図１（ａ）に示されるような特性を持つ円柱状の屈折率分布レンズに入射した光は、図１（ｂ）に示すように、円柱内を正弦波的な光路を取りながら伝搬する。伝搬する光路の一周期の長さを１光学長と呼び、ここではｐと表す。この１光学長ｐは、次の式（２）によって与えられる。 As shown in FIG. 1B, the light incident on the cylindrical gradient index lens having the characteristics shown in FIG. 1A propagates in the cylinder while taking a sinusoidal optical path. The length of one cycle of the propagating optical path is referred to as one optical length, and is represented here as p. This one optical length p is given by the following equation (2).

ｐ＝２π／Ａ^１／２・・・式（２） p = 2π / A ^1/2 (2)

屈折率分布レンズは、長さによってレンズ出射面から出射される光が変化する。例えば、長さがｐ（１光学長）の屈折率分布レンズに光が入射した場合は、正弦波的にレンズ内を１周期伝搬し、出射面から入射光と同じ光が出射される。また、長さがｐ／４の場合は、入射する光の入射面における光分布の空間周波数分布が出射面で得られる。これは、屈折率分布レンズの入射面と出射面が、それぞれ通常の光学レンズにおける前側焦平面、後側焦平面に相当することを示している。従って、図２に示すように、例えば長さがｐ／４の屈折率分布レンズ２ａの出射面において、直径で２分割した片側（図２では上側）を遮光することで、図１１（ａ）に示すような、干渉縞表示面１の出射側の前面に配置する凸レンズ５と遮光板６とから構成される従来の光学系８と等価な光学系となる。 In the gradient index lens, the light emitted from the lens exit surface varies depending on the length. For example, when light enters a refractive index distribution lens having a length of p (1 optical length), the light propagates through the lens in one cycle in a sine wave and the same light as the incident light is emitted from the emission surface. When the length is p / 4, the spatial frequency distribution of the light distribution on the incident surface of the incident light is obtained on the exit surface. This indicates that the entrance surface and the exit surface of the gradient index lens respectively correspond to the front focal plane and the rear focal plane in a normal optical lens. Therefore, as shown in FIG. 2, for example, on the exit surface of the refractive index distribution lens 2 a having a length of p / 4, one side (the upper side in FIG. 2) divided by the diameter is shielded, so that FIG. An optical system equivalent to a conventional optical system 8 composed of a convex lens 5 and a light shielding plate 6 arranged on the front surface on the emission side of the interference fringe display surface 1 as shown in FIG.

［第１実施形態］
以上を前提として、本発明の第１実施形態に係る立体表示装置１０について、図３〜図６を参照しながら説明する。立体表示装置１０は、図３に示すように、図示しない干渉縞作成装置によって作成された干渉縞を干渉縞表示面１に表示させて再生照明光を照射することで、干渉縞表示面１から物体光を再生させるものである。なお、図示しない干渉縞作成装置は、前記した図１０（ｂ）に示すように、ハーフゾーンプレート法によって干渉縞を作成する。立体表示装置１０は、図３に示すように、干渉縞表示面１と、この干渉縞表示面１の物体光出射側に配置された、複数の屈折率分布レンズ２からなるレンズアレイ３と、から構成される。 [First Embodiment]
Based on the above, the stereoscopic display device 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, the stereoscopic display device 10 displays the interference fringes created by the interference fringe creation device (not shown) on the interference fringe display surface 1 and irradiates the reproduction illumination light. It reproduces object light. Note that an interference fringe creating apparatus (not shown) creates an interference fringe by the half zone plate method as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the stereoscopic display device 10 includes an interference fringe display surface 1 and a lens array 3 including a plurality of refractive index distribution lenses 2 disposed on the object light emission side of the interference fringe display surface 1. Consists of

屈折率分布レンズ２は、図３および図４（ａ）に示すように、その光軸が干渉縞表示面１に対してそれぞれ垂直になるように二次元状に多数並べられることで、レンズアレイ３を構成している。屈折率分布レンズ２は、口径が通常数ｍｍ（例えば１ｍｍ〜１．５ｍｍ）程度であるため、図４（ａ）に示すように二次元状に多数並べ、干渉縞表示面１以上の面積を有するレンズアレイ３を構成することで、干渉縞表示面１から再生される光の全てを、当該レンズアレイ３を構成する屈折率分布レンズ２に入射させることができる。 As shown in FIGS. 3 and 4A, the refractive index distribution lens 2 is arranged in a two-dimensional manner so that its optical axis is perpendicular to the interference fringe display surface 1, so that a lens array is obtained. 3 is constituted. Since the refractive index distribution lens 2 normally has a diameter of about several millimeters (for example, 1 mm to 1.5 mm), a large number are arranged two-dimensionally as shown in FIG. By configuring the lens array 3 to be included, all of the light reproduced from the interference fringe display surface 1 can be incident on the refractive index distribution lens 2 constituting the lens array 3.

屈折率分布レンズ２は、ここでは図４（ａ）に示すように、正方格子状に隙間なく並べられている。ここで、正方格子状とは、図４（ａ）に示すように複数の屈折率分布レンズ２によってレンズアレイ３を構成した場合に、干渉縞表示面１の縦方向および横方向に屈折率分布レンズ２の光軸が揃っており、当該屈折率分布レンズ２の光軸を仮想線（図示せず）で結んだ場合に正方格子となることを意味している。立体表示装置１０は、このように屈折率分布レンズ２を正方格子状に隙間なく並べることで、干渉縞表示面１から再生される光を効率よく利用することができる。また、屈折率分布レンズ２は、ここでは図４（ａ）に示すように、縦８個×横８個の計６４個並べられている。但し、屈折率分布レンズ２の個数は、当該屈折率分布レンズ２の口径や、当該屈折率分布レンズ２と干渉縞表示面１との距離、あるいは干渉縞表示面１の形状や面積に応じて適宜調整されるため、図４（ａ）に示す個数に限定されない。 Here, as shown in FIG. 4A, the refractive index distribution lenses 2 are arranged in a square lattice pattern without gaps. Here, the square lattice shape means a refractive index distribution in the vertical and horizontal directions of the interference fringe display surface 1 when the lens array 3 is constituted by a plurality of refractive index distribution lenses 2 as shown in FIG. This means that when the optical axes of the lenses 2 are aligned and the optical axis of the gradient index lens 2 is connected by a virtual line (not shown), a square lattice is formed. The stereoscopic display device 10 can efficiently use the light reproduced from the interference fringe display surface 1 by arranging the refractive index distribution lenses 2 in a square lattice pattern without gaps in this way. In addition, as shown in FIG. 4A, the refractive index distribution lenses 2 are arranged in a total of 64, 8 in the vertical direction and 8 in the horizontal direction. However, the number of the refractive index distribution lenses 2 depends on the aperture of the refractive index distribution lens 2, the distance between the refractive index distribution lens 2 and the interference fringe display surface 1, or the shape and area of the interference fringe display surface 1. Since it adjusts suitably, it is not limited to the number shown to Fig.4 (a).

複数の屈折率分布レンズ２によって構成されるレンズアレイ３は、ここでは図４（ａ）に示すように、それぞれが干渉縞表示面１に対して密着して配置されている。このようにレンズアレイ３を干渉縞表示面１に密着させた場合、当該レンズアレイ３の面積が干渉縞表示面１の面積と一致するように、屈折率分布レンズ２の個数と配置を調整する。これにより、立体表示装置１０は、干渉縞表示面１から再生される光の全てを、当該レンズアレイ３を構成する屈折率分布レンズ２に入射させることができる。 Here, as shown in FIG. 4A, the lens array 3 constituted by the plurality of refractive index distribution lenses 2 is arranged in close contact with the interference fringe display surface 1. When the lens array 3 is brought into close contact with the interference fringe display surface 1 in this way, the number and arrangement of the gradient index lenses 2 are adjusted so that the area of the lens array 3 matches the area of the interference fringe display surface 1. . Accordingly, the stereoscopic display device 10 can cause all of the light reproduced from the interference fringe display surface 1 to enter the refractive index distribution lens 2 constituting the lens array 3.

なお、レンズアレイ３は、干渉縞表示面１に対して離して配置してもよい。この場合、レンズアレイ３の面積が干渉縞表示面１から再生される光の全てが入射する大きさ（面積）となるように、屈折率分布レンズ２の個数と配置を調整する。具体的には、図示しない干渉縞作成装置によって作成された光の広がりの角度と、干渉縞表示面１からレンズアレイ３までの距離とに基づいて、必要となるレンズアレイ３の面積を算出し、当該面積となるように屈折率分布レンズ２の個数と配置を調整する。これにより、立体表示装置１０は、レンズアレイ３を干渉縞表示面１に密着させた場合と同様に、干渉縞表示面１から再生される光の全てを、当該レンズアレイ３を構成する屈折率分布レンズ２に入射させることができる。 The lens array 3 may be arranged away from the interference fringe display surface 1. In this case, the number and arrangement of the refractive index distribution lenses 2 are adjusted so that the area of the lens array 3 becomes a size (area) where all the light reproduced from the interference fringe display surface 1 is incident. Specifically, the required area of the lens array 3 is calculated based on the light spread angle created by the interference fringe creation device (not shown) and the distance from the interference fringe display surface 1 to the lens array 3. Then, the number and arrangement of the gradient index lenses 2 are adjusted so as to be the area. As a result, the stereoscopic display device 10, as in the case where the lens array 3 is brought into close contact with the interference fringe display surface 1, converts all of the light reproduced from the interference fringe display surface 1 to the refractive index constituting the lens array 3. The light can enter the distributed lens 2.

レンズアレイ３を構成する各屈折率分布レンズ２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、長さがｍｐ（ｍは正の整数、ｐは屈折率分布レンズ２によって決まる１光学長の長さ）になるように構成される。なお、図４（ａ），（ｂ）では、ｍ＝１の場合の例を示している。また、レンズアレイ３を構成する各屈折率分布レンズ２は、図４（ｂ）に示すように、干渉縞表示面１側に配置される入射面からｐ／４＋ｋｐ（ｋは０≦ｋ＜ｍの範囲内の整数）の位置において、光軸に対して垂直な面を直径で二等分した片側（ここでは上側）が遮光されている。屈折率分布レンズ２において遮光する位置は、ハーフゾーンプレート法によって干渉縞を作成する際に用いる物体光の範囲に対応している。 As shown in FIGS. 4A and 4B, each refractive index distribution lens 2 constituting the lens array 3 has a length mp (m is a positive integer, and p is one optical determined by the refractive index distribution lens 2. (Long length). 4A and 4B show an example in the case of m = 1. Further, as shown in FIG. 4B, each refractive index distribution lens 2 constituting the lens array 3 is p / 4 + kp (k is 0 ≦ k <m) from the incident surface arranged on the interference fringe display surface 1 side. (One integer in the range) is shielded from light on one side (here, the upper side) obtained by dividing a plane perpendicular to the optical axis into two equal parts. The light shielding position in the gradient index lens 2 corresponds to the range of object light used when creating interference fringes by the half zone plate method.

すなわち、前記した図１０（ｂ）に示す例では、干渉縞表示面１に表示する干渉縞は、水平面から下側に広がる物体光から作成されている。そのため、このように作成された干渉縞を干渉縞表示面１に表示してホログラム像を再生すると、図５に示すように、屈折率分布レンズ２の入射面からｐ／４＋ｋｐの位置において、妨害光（共役光、直接透過光）が屈折率分布レンズ２の上半分を進行することになる。従って、図４（ｂ）に示すように、屈折率分布レンズ２の上半分を遮光することで、図５に示すように、干渉縞表示面１から発生する、水平面から上方に進行する共役光と、直接透過光とが遮光され、所望の物体光だけが屈折率分布レンズ２内を伝搬する。その結果、干渉縞表示面１から屈折率分布レンズ２に入射した物体光だけが屈折率分布レンズ２の出射面から出射されることになる。 That is, in the example shown in FIG. 10B described above, the interference fringes displayed on the interference fringe display surface 1 are created from object light spreading downward from the horizontal plane. Therefore, when the interference fringes created in this way are displayed on the interference fringe display surface 1 and a hologram image is reproduced, as shown in FIG. 5, the interference occurs at a position of p / 4 + kp from the entrance surface of the gradient index lens 2. Light (conjugate light, directly transmitted light) travels in the upper half of the gradient index lens 2. Therefore, as shown in FIG. 4B, the upper half of the gradient index lens 2 is shielded, so that the conjugate light generated from the interference fringe display surface 1 and traveling upward from the horizontal plane as shown in FIG. Then, the directly transmitted light is shielded and only desired object light propagates through the gradient index lens 2. As a result, only the object light incident on the gradient index lens 2 from the interference fringe display surface 1 is emitted from the emission surface of the gradient index lens 2.

なお、上記とは逆に、干渉縞表示面１に表示する干渉縞が、水平面から上側に広がる物体光から作成されている場合は、屈折率分布レンズ２の下半分を遮光することで、干渉縞表示面１から発生する、水平面から下方に進行する共役光と、直接透過光とが遮光され、所望の物体光だけが屈折率分布レンズ２内を伝搬することになる。 Contrary to the above, when the interference fringe displayed on the interference fringe display surface 1 is created from the object light that spreads upward from the horizontal plane, the lower half of the gradient index lens 2 is shielded to interfere. Conjugate light generated from the striped display surface 1 and traveling downward from the horizontal plane is directly blocked from the transmitted light, and only desired object light propagates through the gradient index lens 2.

屈折率分布レンズ２の片側を遮光する方法は、入射面からの光を遮光することができれば特に限定されないが、例えば、後記するように２つの屈折率分布レンズ２ａ，２ｂを連結して屈折率分布レンズ２を構成する場合（図６参照）は、屈折率分布レンズ２ａの片側半分に遮光可能な塗料を塗布する方法が挙げられる。また、２つの屈折率分布レンズ２ａ，２ｂを用いない場合は、長さｍｐの屈折率分布レンズ２を用意し、遮光しようとする領域（入射面からｐ／４＋ｋｐの位置の上半分）に溝（切れ込み）を形成して塗料を流し込む方法が挙げられる。なお、図４（ｂ）では、ｍ＝１（すなわちｋ＝０）の場合の例を示している。 The method for shielding one side of the refractive index distribution lens 2 is not particularly limited as long as the light from the incident surface can be shielded. For example, as will be described later, two refractive index distribution lenses 2a and 2b are connected to form a refractive index. When the distributed lens 2 is configured (see FIG. 6), there is a method of applying a light-shielding paint to one half of the refractive index distribution lens 2a. When the two refractive index distribution lenses 2a and 2b are not used, a refractive index distribution lens 2 having a length mp is prepared, and a groove is formed in a region to be shielded from light (upper half of the position of p / 4 + kp from the incident surface). There is a method of forming a (cut) and pouring the paint. FIG. 4B shows an example in the case of m = 1 (that is, k = 0).

図４（ｂ）に示す屈折率分布レンズ２は、例えば図６に示すように、長さがｐ／４＋ｋｐ（ｋは０≦ｋ＜ｍの範囲内の整数）で、かつ、出射面を直径で二等分した片側（ここでは上半分）が遮光された屈折率分布レンズ２ａと、長さが３ｐ／４＋（ｍ−１−ｋ）ｐ（ｋは０≦ｋ＜ｍの範囲内の整数）の屈折率分布レンズ２ｂとを用意し、これらを熱融着や紫外線硬化型接着剤等によって連結することで作製することができる。なお、前記した屈折率分布レンズ２ｂの長さ「３ｐ／４＋（ｍ−１−ｋ）ｐ」とは、屈折率分布レンズ２の全長ｍｐから、屈折率分布レンズ２ａの長さ「ｐ／４＋ｋｐ」を除いたものを意味している（すなわち、ｍｐ−（ｐ／４＋ｋｐ）＝ｍｐ−（ｐ／４＋ｋｐ＋４ｐ／４−４ｐ／４）＝ｍｐ−ｋｐ−ｐ＋３ｐ／４＝３ｐ／４＋（ｍ−１−ｋ）ｐ）。また、図６では、ｍ＝１（すなわちｋ＝０）の場合の例を示している。 The refractive index distribution lens 2 shown in FIG. 4B has a length of p / 4 + kp (k is an integer in the range of 0 ≦ k <m) and the exit surface has a diameter as shown in FIG. 6, for example. And a refractive index distribution lens 2a that is light-shielded on one side (the upper half in this case) and a length of 3p / 4 + (m-1−k) p (k is an integer in the range of 0 ≦ k <m) ) And a refractive index distribution lens 2b, and these are connected by thermal fusion, ultraviolet curable adhesive, or the like. Note that the length “3p / 4 + (m−1−k) p” of the refractive index distribution lens 2b described above refers to the length “p / 4 + kp” of the refractive index distribution lens 2a from the total length mp of the refractive index distribution lens 2. ”(That is, mp− (p / 4 + kp) = mp− (p / 4 + kp + 4p / 4-4p / 4) = mp−kp−p + 3p / 4 = 3p / 4 + (m−1). -K) p). FIG. 6 shows an example in the case of m = 1 (that is, k = 0).

以上のような構成を備える第１実施形態に係る立体表示装置１０は、干渉縞表示面１の物体光射出側に、長さをｍｐとし、一方の端面（例えば入射面）または他方の端面（例えば出射面）からｐ／４＋ｋｐの位置の所定領域を遮光した屈折率分布レンズ２によって構成したレンズアレイ３を配置することで、干渉縞表示面１から屈折率分布レンズ２に入射した物体光だけを屈折率分布レンズ２の出射面から出射させることができる。従って、ホログラムを用いて動画像表示を行う場合において、従来のように干渉縞表示面１の物体光射出側に凸レンズ５を配置し、当該凸レンズの後側焦平面に遮光板６を配置する必要がなくなる。また、立体表示装置１０によれば、屈折率分布レンズ２の１光学長が通常数ｃｍ程度であるため、従来と比較して光学系を非常に小型化することができる。 The stereoscopic display device 10 according to the first embodiment having the above-described configuration has a length mp on the object light exit side of the interference fringe display surface 1 and one end surface (for example, an incident surface) or the other end surface ( For example, only the object light incident on the refractive index distribution lens 2 from the interference fringe display surface 1 is arranged by arranging the lens array 3 constituted by the refractive index distribution lens 2 that shields a predetermined region at a position of p / 4 + kp from the exit surface). Can be emitted from the exit surface of the gradient index lens 2. Therefore, when displaying a moving image using a hologram, it is necessary to dispose the convex lens 5 on the object light exit side of the interference fringe display surface 1 and dispose the light-shielding plate 6 on the rear focal plane of the convex lens as in the prior art. Disappears. Further, according to the stereoscopic display device 10, since one optical length of the gradient index lens 2 is usually about several centimeters, the optical system can be made very small as compared with the conventional one.

なお、立体表示装置１０を前記したような構成とした場合、図３に示すように、当該立体表示装置１０を観察側（図３右側）から見ると、物体上の点は、屈折率分布レンズ２の長さｍｐだけ右側にシフトし、真の像の位置で観察することができる。また、物体上の点のシフト量は、図３に示すように、屈折率分布レンズ２の長さｍｐと同一の値となる。 When the stereoscopic display device 10 is configured as described above, as shown in FIG. 3, when the stereoscopic display device 10 is viewed from the observation side (right side of FIG. 3), the point on the object is a refractive index distribution lens. It is shifted to the right by a length mp of 2 and can be observed at the true image position. Further, the shift amount of the point on the object has the same value as the length mp of the gradient index lens 2 as shown in FIG.

［第１実施形態の動作］
以下、立体表示装置１０の動作について、簡単に説明する。まず、図示しない干渉縞作成装置によって作成された干渉縞（例えば水平面から下側に広がる物体光から作成された干渉縞）を干渉縞表示面１に表示してホログラム像を再生すると、入射面からｐ／４＋ｋｐの位置において、妨害光（共役光、直接透過光）が屈折率分布レンズ２の上半分を進行する。そして、屈折率分布レンズ２の上半分を進行する妨害光（共役光、直接透過光）は、当該位置において遮光され、物体光だけが屈折率分布レンズ２内を伝搬する。これにより、干渉縞表示面１から屈折率分布レンズ２に入射した物体光だけが屈折率分布レンズ２の出射面から出射される。このように、立体表示装置１０は、干渉縞表示面１に対して所定距離離して配置する必要がある凸レンズ５や遮光板６が不要となるため（図１１（ａ），（ｂ）参照）、従来の光学系８と等価な光学系を、より小型の構成によって実現することができる。 [Operation of First Embodiment]
Hereinafter, the operation of the stereoscopic display device 10 will be briefly described. First, when an interference fringe created by an interference fringe creation device (not shown) (for example, an interference fringe created from object light extending downward from a horizontal plane) is displayed on the interference fringe display surface 1 and a hologram image is reproduced, Interference light (conjugate light, direct transmission light) travels in the upper half of the gradient index lens 2 at the position p / 4 + kp. Interfering light (conjugate light or directly transmitted light) traveling in the upper half of the refractive index distribution lens 2 is shielded at that position, and only object light propagates through the refractive index distribution lens 2. Thereby, only the object light incident on the refractive index distribution lens 2 from the interference fringe display surface 1 is emitted from the emission surface of the refractive index distribution lens 2. In this manner, the stereoscopic display device 10 does not require the convex lens 5 and the light shielding plate 6 that need to be arranged at a predetermined distance from the interference fringe display surface 1 (see FIGS. 11A and 11B). An optical system equivalent to the conventional optical system 8 can be realized with a smaller configuration.

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る立体表示装置について、図７および図８を参照しながら簡単に説明する。第２実施形態に係る立体表示装置は、屈折率分布レンズ２で構成されるレンズアレイ３の代わりに、屈折率分布レンズ２Ａで構成されるレンズアレイ３Ａを用いる以外は、第１実施形態に係る立体表示装置１０と同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、立体表示装置１０との相違点を中心に説明を行い、当該立体表示装置１０と重複する構成については詳細説明を省略する。また、第２実施形態に係る立体表示装置の動作も前記した立体表示装置１０と同様であるため、詳細説明を省略する。 [Second Embodiment]
Hereinafter, a stereoscopic display device according to a second embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 7 and 8. The stereoscopic display device according to the second embodiment relates to the first embodiment except that a lens array 3A configured by a refractive index distribution lens 2A is used instead of the lens array 3 configured by the refractive index distribution lens 2. A configuration similar to that of the stereoscopic display device 10 is provided. Therefore, in the following description, it demonstrates centering around difference with the stereoscopic display apparatus 10, and abbreviate | omits detailed description about the structure which overlaps with the said stereoscopic display apparatus 10. FIG. In addition, since the operation of the stereoscopic display device according to the second embodiment is the same as that of the above-described stereoscopic display device 10, detailed description thereof is omitted.

第２実施形態に係る立体表示装置は、図７に示すように、屈折率分布レンズ２Ａの遮光位置を出射面からｐ／４＋ｋｐ（ｋは０≦ｋ＜ｍの範囲内の整数）の位置とすることを特徴としている。言い換えれば、第２実施形態に係る立体表示装置は、図７に示すように、屈折率分布レンズ２Ａの遮光位置を入射面から３ｐ／４＋ｋｐ（ｋは０≦ｋ＜ｍの範囲内の整数）の位置としている。ただし、共役光および直接透過光は、図８に示すように、屈折率分布レンズ２Ａの出射面からｐ／４＋ｋｐの位置（入射面から３ｐ／４＋ｋｐの位置）において、屈折率分布レンズ２Ａの下半分を進行することになる。従って、屈折率分布レンズ２Ａは、図７および図８に示すように、遮光する部分が前記した屈折率分布レンズ２とは逆の下半分となる。なお、図７および図８では、ｍ＝１（すなわちｋ＝０）の場合の例を示している。 In the stereoscopic display device according to the second embodiment, as shown in FIG. 7, the light shielding position of the gradient index lens 2A is set to a position of p / 4 + kp (k is an integer in the range of 0 ≦ k <m) from the exit surface. It is characterized by doing. In other words, in the stereoscopic display device according to the second embodiment, as shown in FIG. 7, the light shielding position of the gradient index lens 2A is 3p / 4 + kp from the incident surface (k is an integer in the range of 0 ≦ k <m). And position. However, as shown in FIG. 8, the conjugate light and the directly transmitted light are below the refractive index distribution lens 2A at a position p / 4 + kp from the exit surface of the refractive index distribution lens 2A (position 3p / 4 + kp from the incident surface). Will progress half. Therefore, in the refractive index distribution lens 2A, as shown in FIGS. 7 and 8, the light shielding portion is the lower half opposite to the refractive index distribution lens 2 described above. 7 and 8 show examples in the case of m = 1 (that is, k = 0).

なお、上記とは逆に、干渉縞表示面１に表示する干渉縞が、水平面から上側に広がる物体光から作成されている場合は、屈折率分布レンズ２Ａの上半分を遮光することで、干渉縞表示面１から発生する、水平面から下方に進行する共役光と、直接透過光とが遮光され、所望の物体光だけが屈折率分布レンズ２Ａ内を伝搬することになる。 Contrary to the above, when the interference fringe displayed on the interference fringe display surface 1 is created from the object light spreading upward from the horizontal plane, the interference is obtained by shielding the upper half of the gradient index lens 2A. Conjugate light generated from the striped display surface 1 and traveling downward from the horizontal plane and direct transmitted light are shielded, and only desired object light propagates through the gradient index lens 2A.

このように、第２実施形態に係る立体表示装置は、第１実施形態に係る立体表示装置１０と異なる位置を遮光した場合であっても、当該立体表示装置１０と同等の効果を得ることができる。 As described above, the stereoscopic display device according to the second embodiment can obtain the same effect as that of the stereoscopic display device 10 even when the position different from that of the stereoscopic display device 10 according to the first embodiment is shielded. it can.

以上、本発明に係る立体表示装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 The stereoscopic display device according to the present invention has been specifically described above with reference to the embodiments for carrying out the invention. However, the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and is based on the descriptions in the claims. Must be interpreted widely. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

例えば、第１および第２実施形態に係る立体表示装置では、図１０（ｂ）に示すように、ハーフゾーンプレート法を水平面から下側に広がる物体光に適用した場合を例にしてきたが、物体光の広がりの方向はこれに限るものではない。すなわち、ハーフゾーンプレート法は、前記したように、物体上の点から干渉縞作成面４に対して垂直に下ろした垂線を含んだ平面で物体光の広がりを２分割し、その片側における干渉縞作成面４の光分布のみで干渉縞を計算する手法である。その際に物体光の広がりを２分割する平面は水平面に限るものではなく、任意の平面が適用できる。この場合、干渉縞の計算に用いる光の広がりに対応して、屈折率分布レンズ２，２Ａ内に遮光領域を形成すればよい。 For example, in the stereoscopic display devices according to the first and second embodiments, as shown in FIG. 10B, the case where the half zone plate method is applied to object light spreading downward from a horizontal plane has been taken as an example. The direction of the object light spread is not limited to this. That is, as described above, the half-zone plate method divides the spread of object light into two by a plane including a perpendicular line perpendicular to the interference fringe creation surface 4 from a point on the object, and the interference fringes on one side thereof. In this method, interference fringes are calculated only from the light distribution on the creation surface 4. In this case, the plane that divides the spread of the object light into two is not limited to the horizontal plane, and any plane can be applied. In this case, a light shielding region may be formed in the gradient index lenses 2 and 2A corresponding to the spread of light used for calculating interference fringes.

また、本発明に係る立体表示装置は、干渉縞表示面１から再生される光の空間周波数成分の半分を遮断する処理を複数の屈折率分布レンズ２，２Ａで分割して行うものである。従って、立体表示装置は、図４（ａ）に示す例では、屈折率分布レンズ２（２Ａ）が正方格子状に並べられているが、例えば図９に示すように、屈折率分布レンズ２（２Ａ）を三角格子状（デルタ配列状、俵積み配列状）に隙間なく並べる等、任意の並べ方を適用することができる。 In the stereoscopic display device according to the present invention, the process of blocking half of the spatial frequency component of the light reproduced from the interference fringe display surface 1 is divided by the plurality of refractive index distribution lenses 2 and 2A. Therefore, in the example shown in FIG. 4A, the three-dimensional display device has the refractive index distribution lenses 2 (2A) arranged in a square lattice shape. For example, as shown in FIG. Arbitrary arrangement methods can be applied, such as arranging 2A) in a triangular lattice pattern (delta array, stacked array) without gaps.

ここで、三角格子状とは、図９に示すように複数の屈折率分布レンズ２（２Ａ）によってレンズアレイ３（３Ａ）を構成した場合に、干渉縞表示面１の縦方向に屈折率分布レンズ２（２Ａ）の光軸が一つおきに揃うとともに、干渉縞表示面１の横方向に屈折率分布レンズ２（２Ａ）の光軸が揃っており、隣接する複数の屈折率分布レンズ２（２Ａ）の光軸を仮想線（図示せず）で結んだ場合に三角格子となることを意味している。このように、本発明に係る立体表装置は、屈折率分布レンズ２（２Ａ）を三角格子状に並べることで、例えば四角格子状と比較して屈折率分布レンズ２（２Ａ）を隙間なく密に並べることができるため、干渉縞表示面１から再生される光の利用効率を向上させることができる。 Here, the triangular lattice shape means a refractive index distribution in the vertical direction of the interference fringe display surface 1 when the lens array 3 (3A) is constituted by a plurality of refractive index distribution lenses 2 (2A) as shown in FIG. The optical axes of the lenses 2 (2A) are aligned every other, and the optical axes of the refractive index distribution lenses 2 (2A) are aligned in the lateral direction of the interference fringe display surface 1, so that a plurality of adjacent refractive index distribution lenses 2 are arranged. When the optical axis of (2A) is connected by a virtual line (not shown), it means that a triangular lattice is formed. As described above, the three-dimensional surface device according to the present invention arranges the refractive index distribution lenses 2 (2A) in a triangular lattice shape, so that the refractive index distribution lens 2 (2A) is denser than a square lattice shape, for example. Therefore, the utilization efficiency of the light reproduced from the interference fringe display surface 1 can be improved.

１干渉縞表示面
２，２Ａ，２ａ，２ｂ屈折率分布レンズ
３，３Ａレンズアレイ
４干渉縞作成面
５，７凸レンズ
６遮光板
８，９光学系
１０立体表示装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Interference fringe display surface 2, 2A, 2a, 2b Refractive index distribution lens 3, 3A Lens array 4 Interference fringe creation surface 5, 7 Convex lens 6 Light-shielding plates 8, 9 Optical system 10 Stereoscopic display device

Claims

A three-dimensional display device that reproduces object light from the interference fringe display surface by displaying the interference fringes on the interference fringe display surface and irradiating the reproduction illumination light by a half zone plate method ,
A lens array in which a plurality of refractive index distribution lenses are arranged two-dimensionally is disposed on the object light exit side of the interference fringe display surface,
The refractive index distribution lens has a length mp (m is a positive integer, p is a length of one optical length determined by the refractive index distribution lens), and p / 4 + kp (k is 0 ≦ 0) from one or the other end face. A stereoscopic display device characterized in that, at a position of k <m), one side obtained by dividing a plane perpendicular to the optical axis into two equal parts is shielded from light.

The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the lens array includes a plurality of the gradient index lenses arranged in a square lattice pattern.

The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the lens array includes a plurality of the gradient index lenses arranged in a triangular lattice pattern.