JPH03110592A

JPH03110592A - 液晶ホログラム再生装置

Info

Publication number: JPH03110592A
Application number: JP24983889A
Authority: JP
Inventors: Tadahisa Toyama; 忠久当山; Yukihiro Ishii; 行弘石井
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1991-05-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、液晶表示パネルを用いて計算機ホログラム
を再生表示する液晶ホログラム再生装置に関する。

［従来の技術］従来より３次元画像を表示する方法としては、以下に示
す２つの方法がある。

第１の方法は偏光メガネを用いる方法で、第８図はその
原理を示すものである。すなわち、第８図（ａ）に示す
ように適宜間隔をあけて並列した２台のテレビカメラ１
１．１２により１つの被写体１３を同時に撮影する。そ
の後、第８図（ｂ）に示すようにテレビカメラ１１で撮
影した画像Ａとテレビカメラ１２で撮影した画像Ｂとを
その偏光面が直交するようにしてスクリーン１４に重畳
して投影する。

このとき観察者１５は、偏光メガネ１６をかけた状態で
スクリーン１４上に投影される画像を見るようになるも
ので、偏光メガネ１Ｂは上記偏光面に対応して左目側の
レンズ及び右目側のレンズの偏光面が直交するようにな
っており、例えば左目側では画像Ａだけを、右目側では
画像Ｂだけを見ることができるようになっている。した
がって、上記テレビカメラ１１．１２と液晶表示パネル
１２の間隔による視差を偏光メガネ１８によりスクリー
ン１４の画像で得ることができ、３次元画像を得ること
ができるようになるものである。

また、第２の方法はホログラフィ技術を用いた方法であ
り、第９図はその原理を示すものである。

すなわち、第９図（ａ）に示すようにレーザ発生装置１
７からのレーザ光をハーフミラ−１８を介して２光東に
分け、一方の光束を直接３次元物体１９に照射Ｌ、その
反射光（物体光）２０で乾［２１を照明すると共に、上
記他方の光束をミラー２２で全反射させてその反Ｑ＝ｊ
光（２照光）２３で上記乾ｔＩＱ２１を照射する。その
後、第９図（ｂ）に示す如く乾板２１を現像して得られ
るホログラム２４に再生光源２５からのレーザ光を照’
！＝ｊ　Ｌ、観察者２６がホログラム２４にて記録され
ている物体光と参照光の干渉縞により回折されたレーザ
光２７を観察することにより、前記３次元物体！９の振
幅と位相の情報を有する真の像を見ることができるよう
になるものである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら上記偏光メガネを用いた第１の方法では、
偏光メガネ１６を必ず使用しなけれず、その装着が煩わ
しいという欠点を有する。

また、上記ホログラフィ技術を用いた第２の方法では、
乾板２１である高解像力写真フィルム上に物体を順次記
録して３次元画像を得ることができるが、写真フィルム
を現像してホログラム２４を作成するため、写真フィル
ムの湿式の現像処理の煩わしさが残り、撮影したその場
で直ぐに画像の表示を行なうことができないという欠点
ををすると共に、対象となる画像が基本的に静止画であ
り、長時間にわたる動画の表示には適さないという欠点
をも併せ持っていた。

本発明は」二紀のような実情に鑑みてなされたもので、
手軽に３次元画像の動画を表示再生することが可能な液
晶ホログラム再生装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、３次
元物体の立体像情報に基づいた計算機ホログラムを作成
した上でこれをコード化し、そのコード化された計り機
ホログラムに従って透過型の液晶表示パネルを表示駆動
して、この液晶表示パネルに再生光源よりレーザ光を照
射することにより３次元画像を得るようにしたもので、
液晶表示パネルに動画の計算機ホログラムを表示さける
ことにより、容易に３次元画像による動画をｒｊｆ能と
したものである。

［第１実施例］以下図面を参照してこの発明の第１実施例を説明する。

第１図はそのシステム構成を示すもので、３１は例えば
小型のコンピュータで構成され、３次元物体の立体像情
報を標本化フーリエ変換によりコード化して計算機ホロ
グラムを作成する計算機ホログラム作成部である。この
計算機ホログラＬ、作成部３１で作成された計算機ホロ
グラＩ、は、画像メモＩＪ３２に一旦書込まれた後に変
換テーブル部３３に読出される。変換テーブル部３３は
、コード化された＝１”算機ホログラムに対応する画素
駆動バター・ンのテーブルを有するものであり、出力さ
れた画素駆動パターン、すなわち、□液晶表示パターン
は液晶ドライバ３４に送られる。液晶ドライバ３４は、
変換テーブル部３３から順次送られてくる画素駆動パタ
ーンに従って透過型の液晶表示パネル３５を表示駆動す
る。この液晶表示パネル３５の背面には、対物レンズ３
Ｂ及びコリメータレンズ３７を介して再生光源３８が配
設され、この再生光源３８の発するレーザ光が再生先と
して対物レンズ３６、コリメータレンズ３７を介して液
晶表示パネル３５に照射される。液晶表示パネル３５を
透過したレーザ光は、液晶表示パネル３５前面に正対し
て配設され、望遠鏡光学系を構成する焦点距Ｍｔ１．ｒ
ｚのレンズ３９．４０及び焦点距ＡＩｌ　ｆ　３のフー
リエ変換レンズ４Ｌを介して結像されるもので、したが
ってその結像位置で３次元画像が表示されることとなる
。

上記計算機ホログラム作成部３１でなされる計算機ホロ
グラムのコード化は、まず、表示すべき３次元物体のフ
ーリエ変換値を算出し、次にこの算出されたフーリエ変
換値、すなわち、複素振幅分布Ａｅ１′′（Ａ＋振幅、
ｉ：位相）を振幅と位相の項からなると考える代わりに
実部と虚部とに分け、かつ、おのおのが正または負の値
をとるものとして行なう。すなわち、計算機ホログラム
の１画素が第２図に示すように実部Ｒｅと虚部１ｍの直
交する２軸からなる座標平面上の第１象限乃至第４象限
の内のどの象限にあるかに対応させて、第３図に示す液
晶表示パネル３５の隣接する４つのド・ソトｄ１〜ｄ４
を１単位画素とするうちの２ド・ノドを点すＪ駆動させ
るものである。この４つのド・ソトｄ１〜ｄ４の配列と
しＣは、ド＝７トｄ１がＲｅ＋、ドツトｄ２がＩｍ＋、
ドツトｄ３がＲｅ−ド・ノ１−ｄ４がＩ　ｍ−を表すも
のとし、したがってド・ソトｄｌ、ｄ’３のいずれか一
方とド・ン１−ｄ２．ｄ４のいずれか一方の計２つのド
ツトが点灯駆動されることとなり、ドツトｄ１とｄ３（
あるいはドツトｄ２とｄ４）が同時に点灯駆動されるこ
とはない。

例えば、第２図に示す座標平面で計算機ホログラムの１
画素が実部Ｒｅが士、虚部１ｍが十の第１象限にあると
きには、これに対応して第３図に示す液晶表示パネル３
５ではドツトｄ１とｄ２とを点灯駆動するようになる。

なお、上記実部Ｒｅと虚部Ｉｍそれぞれの値の大きさは
、各ドツトの透過率（表示階調）に比例させて表示させ
るものとする。

以上に示したコード化方法による計算機ホログラムは、
一般にり−（Ｌｅｅ）型計算機ホログラムと称されるも
のである。

次に上記第１実施例の動作について説明する。

計算機ホログラム作成部３１は入力画像をＮＸＮ個のサ
ンプル点により標本化フーリエ変換し、コード化した計
算機ホログラムを得る。この場合１、イａ１シン実部Ｒｅと虚部１ｍそれぞれひ咲きさは９段階寸表わす
。すなわち、液晶表示パネル３５で表示する際の階調数
をｒ９Ｊ　　（ｒＯＪ〜「８」）とする。

したがって、計算機ホログラムの取り得るコードの数は
、第２図の第１象限乃至第４象限のそれぞれにおいて実
部Ｒｅ、虚部１ｍが「９」の値を取りｉするので、ｒ３
２４　（９ｘ９ｘ４）Ｊとなる。

コード化された計算機ホログラムは例えばその１画像分
が順次画像メモリ３２に送られ、記憶されるようになる
もので、画像メモリ３２では１画像分の計算機ホログラ
ムが書込まれた時点でこれら計算機ホログラムを液晶表
示パネル３５での表示タイミングに合わせて順次読出し
、変換テーブル部３３に送出する。変換テーブル部３３
は第４図に示すように計算機ホログラムのコードＮｎ、
　（テーブルＮｏ、）に対応する上記Ｒｅ＋、Ｉｍ＋、
Ｒｅ−ｌｍ−の階調信号の変換テーブルをＨしており、
人力されたコードＮαに対応した該階調信号を出力する
もので、その階調信号によって液晶ドライバ３４が順次
液晶表示パネル３５の対応する表示位置にある画素を駆
動していく。

この液晶ドライバ３４による液晶表示パネル３５の表示
駆動と同時に、再生光源３８から発せられるレーザ光が
対物レンズ３Ｂで発散球面波に変換され、さらにコリメ
ータレンズ３７で液晶表示パネル３５の拡がりを持つ平
行波に変換されて液晶表示パネル３５全面に照射される
。液晶表示パネル３５各画素の階調表示により適宜減衰
しながら液晶表示パネル３５を透過したレーザ光は望遠
鏡光学系のレンズ３９゜４０を介して横倍率ｆ２　／ｆ
＋　　（ｆ＋　＞　ｆ２　）でレンズ４０からｆ２の焦
点距離上に縮小結像される。

こうして結像されたホログラムのパターンから回折され
るレーザ光の一次回折光の回折角は増幅され、」二記液
晶表示パネル３５でのレーザ光の回折角よりも大きくな
り、フーリエ変換レンズ４１を介して逆フーリエ変換さ
れて、フーリエ変換レンズ４１から焦点距＃ｆ、だけ離
れた位置で３次元画像として結像し、表示再生される。

なお、計算機ホログラム作成部３１によって連続した画
像データの計算機ホログラムを順次作成し、これをＶＴ
Ｒで録画しておけば、この録画した計算機ホログラムを
該ＶＴＲにより再生して直接変換テーブル部３３に送出
し、液晶ドライバ３４を介して液晶表示パネル３５で順
次表示させることにより、上記と同様の動作にして動画
の３次元画像を得ることができる。もちろん、低速の動
画であれば、画像メモリを２つ設け、一方の画像メモリ
に計算機ホログラムを書込んでいる間、他方の画像メモ
リから計算機ホログラムを読出すことにより動画表示を
行なうことができる。

［第２実施例］次にこの発明の第２実施例について図面を参照して説明
する。

そのシステム構成は上記第１図に示したものと同様であ
るので、同一部分は同一符号を用いてその説明は省略す
る。

しかして、計算機ホログラム作成部３１でなされる計算
機ホログラムのコード化は、まず、表示すべき３次元物
体のフーリエ変換値を算出し、次にこの算出されたフー
リエ変換値、すなわち、複素振幅分布Ａ　ｅ　”を振幅
と位相の項からなると考える代わりに、原点上で互いに
１２０°の中心角を有する座標平面上の３本の座標軸Ｈ
１〜Ｈ９の成分に分けて行なう。すなわち、計算機ホロ
グラムの１画素が第５図に示すように３本の座標軸Ｈ３
〜Ｈ１により分けられる座標平面上の３つの象限の内の
どの象限にあるかに対応させて、第６図に示す液晶表示
パネル３５の隣接する３つのドツトｄ１〜ｄ３を１単位
画素とするうちの２ドツトを点灯駆動させるものである
。この３つのドツトｄ１〜ｄ３の配列としては、ドツト
ｄ１が座標軸Ｈ６ドツトｄ２が座標軸Ｈ２、ドツトｄ３
が座標軸Ｈ１を表し、座標上の点Ａｅ”に隣り合う２つ
の座標軸に対応する２つのドツトのみを同時に点灯駆動
し、残る１つの座標軸に対応したドツトは点灯しないも
のとする。したがって、３つのドツトｄ１〜ｄ３がすべ
て同時に点灯駆動されることはない。

例えば、第５図に示す座標平面で計算機ホログラムの１
画素が座標軸Ｈ，と座標軸Ｈ２との間の象限にあるとき
には、これに対応して第６図に示す液晶表示パネル３５
ではドツトｄ１とｄ２とを点灯駆動するようになるもの
である。

なお、上記座標上の点Ａ　ｅ　”のＨ１〜Ｈ２座標それ
ぞれの値の大きさは、各ドツトの透過率（表示階調）に
比例させて表示させるものとする。

次いで上記第２実施例の動作について説明する。

計算機ホログラム作成部３１は人力画像をＮＸＮ個のサ
ンプル点により標本化フーリエ変換し、コード化した計
算機ホログラムを得る。この場合、各座標軸成分のそれ
ぞれの値の大きさは９段階で表わす、すなわち、液晶表
示パネル３５で表示する際の階調数をｒ９Ｊ　　Ｃｒ０
Ｊ〜「８」）とする。

し、たがって、計算機ホログラノ・の取り得るコードの
数は、第５図の３つの象限のそれぞれにおいて各２組の
座標軸がそれぞれ「９」の値を取り得るので、ｒ２４３
　（９ｘ９ｘ３）Ｊとなる。コード化された計算機ホロ
グラムはその１画像分が順次画像メモリ３２に送られ、
記憶されるようになるもので、画像メモリ３２では１画
像分の計算機ホログラムが書込まれた時点でこれら計算
機ホログラムを液晶表示パネル３５での表示タイミング
に合わせて順次読出し、変換テーブル部３３に送出する
。変換テーブル部３３は第７図に示すように計算機ホロ
グラムのコードＮａ（テーブルＮへ）に対応する上記座
標軸Ｈ３〜Ｈ５の階調信号の変換テーブルを有しており
、入力されたコードＮαに対応した該階調信号を出力す
るもので、その階調信号によって液晶ドライバ３４が順
次液晶表示パネル３５の対応する表示位置にある画素を
駆動していく。

この液晶ドライバ３４による液晶表示パネル３５の表示
駆動と同時に、再生光源３８から発せられるレーザ光が
対物レンズ３６で発散球面波に変換され、さらにコリメ
ータレンズ３７で液晶表示パネル３５の拡がりを持つ平
行波に変換されて液晶表示パネル３５全面に照射される
。液晶表示パネル３５各画素の階調表示により適宜減衰
しながら液晶表示パネル３５を透過したレーザ光は、望
遠鏡光学系のレンズ３９、４０を介して横倍率ｆ　２　
／　ｆ　＋　　（ｆ　＋　＞　ｆ　２　）でレンズ４０
からｆ２の焦点距離上に縮小結像される。こうして結像
されたホログラムのパターンから回折されるレーザ光の
一次回折光の回折角は増幅され、上記液晶表示パネル３
５でのレーザ光の回折角よりも大きくなり、フーリエ変
換レンズ４１を介して逆フーリエ変換されて、フーリエ
変換レンズ４１から焦点距離ｆ、だけ離れた位置で３次
元画像として結像し、表示再生される。

上記のような構成とすれば、１画素を３つのドツトによ
り表示することが可能となるため、液晶表示パネル３５
に必要なドツト数を軽減できる。したがって、計算機ホ
ログラムのサンプル点の数を増加させることができ、高
周波成分を有する帯域の広い物体の再生画像を得ること
ができる。つまり、→→→〒空間的なエリアジングを防
止することができる。加えて、この液晶表示パネル３５
は、既存のカラー液晶テレビ用の液晶表示パネルのカラ
ーフィルタを除去しただけの構成であり、１画素を構成
するＲ、Ｇ、Ｂの３ドツトをそのまま上記第３図のドツ
トｄ１〜ｄ３に対応させることができるので、この液晶
表示パネルの製造装置として既存のカラーテレビ用液晶
表示パネルの製造装置を流用することができ、液晶表示
パネルに要する生産コストを低く設定することもできる
。

［発明の効果］以上詳記した如くこの発明によれば、３次元物体の立体
像情報に基づいた計算機ホログラムを作成した上でこれ
をコード化し、そのコード化された計算機ホログラムに
従って透過型の液晶表示パネルを表示駆動して、この液
晶表示パネルに再生光源よりレーザ光を照射することに
より３次元画像を得るようにしたので、液晶表示パネル
に動画の計算機ホログラムを表示させることにより、容
品に３次元画像による動画の表示をも可能とした液晶ホ
ログラム再生装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図はこの発明の実施例を示すもので、第
１図は第１実施例のシステム構成を示すブロック図、第
２図は計算機ホログラム作成の原理を示す図、第３図は
第２図に対応した液晶表示パネルでの１画素の表示ドツ
トを示す図、第４図は変換テーブル部に設定された変換
テーブルを示す図、第５図は第２実施例の計算機ホログ
ラム作成の原理を示す図、第６図は第５図に対応した液
晶表示パネルでの１画素の表示ドツトを示す図、第７図
は変換テーブル部に設定された変換テーブルを示す図、
第８図及び第９図は従来の３次元画像の表示方法を示す
図である。１１、１２・・・テレビカメラ、　１２．１３・・・被
写体、１４・・・スクリーン、１５．２８・・・観察者
、１Ｂ・・・偏光メガネ、１７・・・レーザ発生装置、
１８・・・ノ＼−フミラー　１９・・・３次元物体、２
０．２３・・・反射光、２１・・・乾板、２２・・・ミ
ラ、２４・・・ホログラム、２５．３８・・・再生光源
、２７・・・レーザ光、３Ｉ・・・計算機ホログラム作
成部、３２・・・画像メモリ、３３・・・変換テーブル
部、３４・・・液晶ドライノく、３５・・・液晶表示パ
ネル、３６・・・対物レンズ、３７・・・コリメータレ
ンズ、　３９．４０・・・レンズ、４１・・・フーリエ
変換レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３次元物体の立体画像に関する計算機ホログラム
を作成する計算機ホログラム作成手段と、この計算機ホ
ログラム作成手段で作成された計算機ホログラムを表示
する透過型の液晶表示パネルと、この液晶表示パネルに再生光を照射する再生光源とを具備したことを特徴とする液晶ホログラム再生装置。
（２）上記計算機ホログラム作成手段は計算機ホログラ
ムをコード化するコード化手段を備え、このコード化手
段によりコード化された計算機ホログラムを作成するこ
とを特徴とする請求項（１）記載の液晶ホログラム再生
装置。