JPH06110372A - 立体表示方法及び装置 - Google Patents

立体表示方法及び装置

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JPH06110372A
JPH06110372A JP4260921A JP26092192A JPH06110372A JP H06110372 A JPH06110372 A JP H06110372A JP 4260921 A JP4260921 A JP 4260921A JP 26092192 A JP26092192 A JP 26092192A JP H06110372 A JPH06110372 A JP H06110372A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】視点位置の異なる２次元画像からホログラムの
位相分布を計算して再生光の光学的な波面変換により動
的に立体像を表示する立体表示方法および装置に関し、
時間的に立体像の位置が変化しても眼の疲労を最小限に
抑える。 【構成】時刻ｔ１，ｔ２のように、時間的に変化する立
体像の位置３０−１，３０−２を検知し、物体からの距
離Ｌ1 ，Ｌ2 が疲労が少なくなる許容限界に入るように
仮想スクリーン３２−１，３２−２の位置を設定する。
この仮想スクリーン３２の位置で２次元画像の生成を行
い、ホログラム形成面３４での位相分布を計算し、立体
表示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、視点位置の異なる２次
元画像からホログラムの位相分布を計算して再生光の光
学的な波面変換により動的に立体像を表示する立体表示
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より立体視のできる表示方法につい
て様々な研究開発が行われている。従来の立体表示方法
は、メガネ方式に代表される２眼式のものであり、左右
の眼に異なる映像を見せ、両眼輻輳や両眼視差により立
体感を得るシステムである。また、２眼式の延長として
多眼式のレンティキュラ方法があり、立体視の原理は２
眼式と同様である。
【０００３】このような従来の立体表示方式では、観察
者が左右に頭を動かしても観察される立体像に差異（運
動視差）が生じないため、不自然な立体像しか見ること
ができなかった。このような問題を無くすものとしてホ
ログラフィック・ステレオグラムが挙げられる。ホログ
ラフィック・ステレオグラムでは、視差を含んだ２次元
の映像を垂直方向に細長いスリット状のセグメントホロ
グラムに記録し、水平方向に多数配置するため、観察者
が左右に頭を動かしても自然な立体感を得ることができ
る。また、垂直方向の視差を含んだホログラフィック・
ステレオグラムもある。
【０００４】例えば水平視差をもつホログラフィック・
ステレオグラムを例にとると、まず図４６に示すよう
に、カメラ位置を位置３３０−１〜３３０−ｎと変化さ
せながら物体３３２，３３４を撮像する。次に図４７に
示すように、図４６の撮影で得られたフィルム３３６に
レーザ光３４２を照射し、レンズ３３８で拡散板３４０
に投影して物体光３４４を出し、ホログラム乾板３５２
の前に、撮影位置に対応してスリット板３４８のスリッ
ト３５０を位置させ、参照光３５４との干渉により干渉
縞（位相分布）を露光記録する。
【０００５】更に、図４８に示すように、イメージ化さ
れたホログラムを作成する方法もある。即ち、図４７で
作成されたホログラム３５２に虚像として示す再生光源
３５４で集光するようにレーザ光（再生光）を照射し、
ホログラム３５２により波面変換された物体光３４４に
よる像の表示位置に別のホログラム乾板を設けて参照光
３６２の照射で露光してイメージ化した所謂イメージ・
ホログラム３６０を作る。
【０００６】このイメージ・ホログラム３６０は図４９
に示すように、再生光３６４を照射することによる波面
変換で視覚領域３６６から見て立体像を表示することが
できる。このような従来のホログラフィック・ステレオ
グラムにより時間的に画像が変化する動画を立体表示す
る場合には、図４７に示したホログラム乾板３５２の位
相分布を計算により求め、液晶デバイス等の表示装置を
駆動して位相分布を表現し、再生光を波面変換するよう
になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、計算に
より求めた位相分布を表示装置に表現して動画の立体像
表示を行う場合、観察者の疲労が大きいという問題があ
った。この理由は、動画表示の場合、表示しようとする
立体像の位置は時間的に変化しているが、ホログラフィ
ック・ステレオグラムでは、ホログラム形成面の位相分
布を計算するために２次元画像が生成される位置（以
下、「仮想スクリーン位置」という）は固定されてお
り、立体像の位置が時間的に変化しても２次元画像を生
成している仮想スクリーン位置が変化しないことによ
る。即ち、観察者の眼は、立体像の時間的な位置に追従
して輻輳角を変化させているが、実際に像は仮想スクリ
ーン位置に固定されており、仮想スクリーンに焦点を合
わせると輻輳角との間に矛盾を生じ、生態的なフィード
バックに乱れが起きることで疲労するようになる。
【０００８】更に、スクリーンと立体像の位置関係の許
容範囲は、近い距離ほど狭くなる傾向にあることが知ら
れている（「３次元ディスプレイ」４２〜４４頁、増田
著、平成２年５月２５日、産業図書株式会社発行）。こ
のため動画表示の際に、比較的近い位置の仮想スクリー
ンに対し表示する立体像の位置が遠く離れた位置になる
と、観察者が疲労する度合が更に大きくなるという問題
があった。本発明の目的は、計算された位相分布による
立体像の動的な表示で、時間的に立体像の位置が変化し
ても疲労を最小限に抑えた立体表示方法を提供する。
【０００９】本発明の他の目的は、位相分布の計算時に
２次元画像を生成する仮想スクリーン位置と表示しよう
とする物体像との位置関係を、疲労の少ない許容範囲に
設定して位相分布を求めるようにした立体表示装置を提
供することを目的とする。本発明の他の目的は、水平及
び垂直方向に視差のある複数の２次元画像から位相分布
を計算する際に、時間的に立体像の位置が変化しても疲
労が少ないようにした立体表示方法を提供する。
【００１０】本発明の他の目的は、水平方向にのみ差の
ある複数の２次元画像から位相分布を計算する際に、時
間的に立体像の位置が変化しても疲労が低減できるよう
にした立体表示方法を提供する。本発明の他の目的は、
仮想スクリーン面を物体の重心位置を通るようにした立
体表示方法を提供する。
【００１１】本発明は、物体ごとに仮想スクリーン位置
を設定するようにした立体表示方法を提供する。本発明
の他の目的は、複数物体を１つの物体と見做して単一の
仮想スクリーン位置を設定するようにした立体表示方法
を提供する。本発明の目的は、計算された位相分布によ
る立体像の動的な表示で、時間的に立体像の位置が変化
しても疲労が生じないようにした立体表示装置を提供す
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。まず本発明の立体表示方法は、 像位置が時間的に変化する３次元情報を生成する３次
元情報生成過程、 ３次元情報生成過程で生成した３次元情報から得られ
た時間的に変化する像位置に追従して、２次元画像を生
成する仮想スクリーン３２を設定する仮想スクリーン設
定過程、 仮想スクリーン設定過程で設定されたスクリーン３２
の面上に３次元情報から視方向の異なる複数の２次元画
像を生成する２次元画像生成過程、 ２次元画像生成過程で生成された複数の２次元画像か
らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
布計算過程、 位相分布計算過程で求めた位相分布をホログラム形成
面に表現するホログラム表現過程、 ホログラム表現過程で表現された位相分布に対し参照
光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
表示する波面変換過程、 とを備えたことを特徴とする。
【００１３】ここで仮想スクリーン面の設定は、少なく
とも物体の重心を通る位置に設定する。また表示対象物
が複数存在する場合、各物体毎に時間的に変化する仮想
スクリーン位置を設定する。この場合、複数の物体を１
つと見做して時間的に変化する仮想スクリーン位置を設
定してもよい。
【００１４】
【作用】このような構成を備えた本発明の立体表示方法
によれば、図１（ｂ）（ｃ）の時刻ｔ１，ｔ２のよう
に、時間的に変化する立体像の位置３０−１，３０−２
を検知し、仮想スクリーン３２の物体からの距離Ｌ1 ，
Ｌ2 が疲労が少なくなる許容限界に入るように仮想スク
リーン３２の位置を設定する。
【００１５】この仮想スクリーン３２の位置で２次元画
像の生成を行い、ホログラム形成面３４での位相分布を
計算し、立体表示を行う。このため表示する対象物が時
間的に変化しても、仮想スクリーンと物体位置との距離
が疲労を生じさせない距離内にあり、観察者の疲労を低
減させる表示を行うことができる。
【００１６】
【実施例】
＜ 目 次 ＞ １．立体表示装置及び方法の基本構成 ２．仮想スクリーンと物体位置 ３．仮想スクリーンの設定 ４．位相分布の計算 ５．水平及び垂直方向に視差をもつホログラムの位相計
算 ６．イメージ・ホログラムの位相計算 ７．水平方向に視差をもつホログラムの位相計算 ８．分割した２次元画像による位相計算 ９．位相計算量の低減 １０：立体表示 １１．カラー立体表示装置 １．立体表示装置及び方法の基本構成 図２は本発明の立体表示装置の構成を示した実施例構成
図である。
【００１７】図２において、本発明の立体表示装置はＣ
ＡＤシステム等を用いた３次元情報生成部１０、仮想ス
クリーン位置を設定する仮想スクリーン設定部１２、最
適仮想スクリーン位置の設定情報を格納したテーブル１
４、設定したスクリーン上に２次元画像を生成する２次
元画像生成部１６、２次元画像からホログラムの位相分
布を計算するホログラム位相計算部１８、ホログラム位
相計算部１８の計算位相を表現して波面変換することに
より立体像を表示するホログラム表示部２０を備える。
更に、ホログラム位相計算部１８は、イメージ化された
ホログラムの位相分布も計算する。
【００１８】図３は本発明の立体表示方法の基本的な処
理過程を示したフローチャートである。図３において、
まずステップＳ１で所定の処理時刻に達したか否か判定
しており、処理時刻に達するとステップＳ２に進み、表
示しようとする物体構造等を含む３次元情報を生成す
る。続いてステップＳ３において、３次元情報から２次
元画像を生成する。この２次元画像の生成の詳細は図４
にサブルーチンのフローチャートとして示している。
【００１９】図４の２次元画像の生成処理にあっては、
まずステップＳ１で３次元情報を物体毎、あるいは複数
物体毎の領域に分割し、ステップＳ２で分割した領域毎
の３次元データを生成する。続いてステップＳ３で各領
域の３次元データについて、仮想スクリーンを生成し、
最終的にステップＳ４で仮想スクリーン上に３次元画像
を投影して２次元画像を生成する。この２次元画像生成
処理における仮想スクリーンの設定の詳細は後の説明で
明らかにする。
【００２０】再び図３を説明するに、ステップＳ３で２
次元画像の生成が済むと、ステップＳ４で位相分布の計
算を行う。この位相分布の計算は水平および垂直方向に
視差をもつ複数の２次元画像に基づいて位相分布を計算
する方法、水平方向にのみ視差をもつ複数の２次元画像
に基づいて位相分布を計算する方法、更に、２次元画像
を分割して分割領域ごとに位相分布を計算する方法の３
つがあり、これら３つの位相計算方法については後の説
明で詳細に明らかにする。
【００２１】更に、位相分布の計算にあっては、イメー
ジ化したホログラムを作成するための位相分布の計算を
行うことも含む。ステップＳ４で位相分布の計算が済む
と、ステップＳ５で液晶デバイス等を駆動して計算され
た位相分布を表示し、ステップＳ６で位相分布を表示し
た液晶デバイスに参照光を照射して光学的な波面変換を
行うことで立体像を表示させる。
【００２２】続いてステップＳ７で時刻ｔをある時間単
位だけインクリメントし、ステップＳ８で処理停止の有
無をチェックした後、再びステップＳ１に戻って処理時
刻をチェックし、次の処理時刻の位相分布の計算と立体
像の表示処理に進む。この図３における時間的な処理
を、例えば動画の立体表示であれば、１／３０秒の周期
で行うことで滑らかな動画の動きを表示できる。また、
一定時間毎の動画表示に限定されず、本発明は時間的に
立体像の表示位置が異なる場合にそのまま適用できる。 ２．仮想スクリーンと物体位置 次に本発明における仮想スクリーン面の設定方法を説明
する。
【００２３】図５は従来のホログラフィック・ステレオ
グラムにおける物体位置と仮想スクリーンの関係を示し
た説明図である。図５において、ホログラフィック・ス
テレオグラム２６の右側に観察者２８の視点があり、従
来は仮想スクリーン３２の位置は固定的に決まってい
る。この状態で、いま時刻ｔ＝ｔ1 の遠い物体の物体位
置３０−１から次の時刻ｔ＝ｔ2 の近い物体位置３０−
２に移動したとする。このような物体位置３０−１，３
０−２の移動において、遠い物体３０−１では観察者２
８の輻輳角は小さく、近くの物体位置３０−２では観察
者２８の輻輳角は大きくなる。
【００２４】しかしながら、観察者２８が焦点を合わせ
ようとする仮想スクリーン３２の位置は固定であり、特
に仮想スクリーン３２から遠くなる物体位置３０−２と
なった場合には、物体位置３０−２に輻輳角を合わせる
と同時に仮想スクリーン３２に焦点を合わせる生態的な
フィードバックが行われるため、観察者の疲労は大きく
なる。
【００２５】即ち、固定的な仮想スクリーン３２に対す
る物体位置３０−１までの距離Ｌ1が仮想スクリーン３
２からの距離Ｌ2 となる物体位置３０−２に変化した場
合、物体位置がＬ1 からＬ2 に大きく変化する動画表示
では観察者の眼の疲れはかなり大きい。そこで本発明に
あっては、図６に示すように、時間的な物体位置３０−
１，３０−２の変化に追従して仮想スクリーン３２−
１，３２−２の位置も変化させるようにしたことを特徴
とする。
【００２６】即ち、時刻ｔ＝ｔ1 の物体位置３０−１に
対し、仮想スクリーン３２−１はそのときの輻輳角に対
し焦点調整を行っても疲労を感じない距離Ｌ1 に設定さ
れ、また時刻ｔ＝ｔ2 の物体位置３０−２についても、
物体位置３０−２に対する輻輳角で焦点調整を行っても
疲労を感じない距離Ｌ2 に仮想スクリーン３２−２を設
定している。
【００２７】ここで、物体位置３０−１，３０−２に対
する仮想スクリーン３２−１，３２−２の間隔Ｌ1 ，Ｌ
2 は、観察者２８の視点からの距離Ｚ1 ，Ｚ2 に依存し
た関係にある。一般的には、観察者２８の視点から物体
位置までの距離Ｚが近いほど物体位置に対する仮想スク
リーンの許容距離Ｌは小さく、物体位置が観察者２８か
ら遠くなるほど物体位置に対する仮想スクリーンの間隔
は大きくできる。
【００２８】図７は本発明の仮想スクリーンの設定のた
めに図２のテーブル１４に格納される特性データを示し
た説明図である。図７において、横軸は観察者の視点か
ら物体位置までの距離Ｚをとり、縦軸に物体位置から仮
想スクリーンまでの許容限界Ｌ0 を示している。この図
７の特性にあっては、視点から物体までの距離Ｚが短い
ときには仮想スクリーンの許容限界Ｌ0 は小さく、物体
位置に近づけて仮想スクリーンを設定しなければならな
い。
【００２９】一方、視点から物体までの距離Ｚが遠くな
ると物体から仮想スクリーンまでの許容限界Ｌ0 は大き
く設定でき、物体位置に対し仮想スクリーンの設定範囲
が広がる。従って本発明の仮想スクリーンの位置設定に
ついては、図７の特性に従った許容限界Ｌ0 以外となる
ように物体位置に対し仮想スクリーンを設定すればよ
い。 ３．仮想スクリーンの設定 図８は本発明における３次元情報に対する仮想スクリー
ンの設定方法の第１実施例を示す。
【００３０】図８の実施例にあっては、ホログラム形成
面３４の前方に表示しようとする対象物３００，３０２
及び３０４が距離を隔てて存在している。このように奥
行き方向に複数の対象物が存在する場合には、この実施
例にあっては対象物３００，３０２及び３０４を１つの
物体と見做し、例えばその重心を通る位置に仮想スクリ
ーン３２を設定する。尚、仮想スクリーン３２はホログ
ラム形成面３４に平行な２次元平面とする。
【００３１】図９は本発明における仮想スクリーン面の
他の設定方法を示したもので、図８と同様に、ホログラ
ム形成面３４の奥行き方向に複数の対象物３００，３０
２及び３０４が存在する場合、各対象物３００，３０
２，３０４毎に仮想スクリーン３２−１，３２−２，３
２−３を設定する。この場合、仮想スクリーン３２−１
〜３２−３のそれぞれは対象物３００，３０２，３０４
の少なくとも重心を通るように設定している。更に具体
的には、仮想スクリーン３２−１〜３２−３は重心を通
ると同時にホログラム形成面３４と平行に設定される。
【００３２】図１０は本発明における仮想スクリーン面
の他の設定方法を示したもので、この実施例にあっては
表示対象空間を複数ゾーンに分割した後に各ゾーン毎に
仮想スクリーン面を設定したことを特徴とする。図１０
において、ホログラム形成面３４に対する表示空間には
対象物３６，３８，４０が奥行き方向に並んで存在して
おり、例えば対象物３６，３８，４０を１つずつ含むよ
うにゾーン４２，４４，４６を設定する。ここで、対象
空間はＸＹＺの座標設定が行われ、またホログラム形成
面３４には２次元座標Ｘh ，Ｙhが設定される。
【００３３】このような対象空間のゾーン分割につい
て、図１１に示すように各ゾーン４２，４４，４６毎に
仮想スクリーン３２−１，３２−２，３２−３を設定す
る。ここで、仮想スクリーン３２−１，３２−２，３２
−３の位置はホログラム形成面３４からの奥行き方向の
距離Ｚ1 ，Ｚ2 ，Ｚ3 で決まり、この奥行き方向の距離
Ｚ1 〜Ｚ3 がホログラム形成面３４における位相分布の
計算の際の２次元画像の奥行き距離のパラメータとして
使用できる。
【００３４】図１２は図１１に示した分割ゾーン毎に示
した仮想スクリーン３２−１〜３２−３に対する投影２
次元データの生成を示した説明図である。いまホログラ
ム形成面３４をマトリクス状に分割して微小な要素ホロ
グラム１０８を形成する。この要素ホログラム１０８は
計算された位相分布を表示する表示デバイス例えば液晶
デバイスにより定まる。今、中央の要素ホログラム１０
８の位相分布を計算するために使用する２次元データの
生成を例にとると、要素ホログラム１０８を中心として
放射状に投影した対象物３６，３８，４０の各２次元画
像を仮想スクリーン３２−１，３２−２及び３２−３上
に形成する３次元データから２次元データへの変換処理
を行えばよい。
【００３５】図１３は本発明におけるゾーン分割により
仮想スクリーンを設定する場合につき、単一物体をゾー
ン分割した場合を示す。図１３にあっては、ホログラム
形成面３４の表示空間に表示しようとする対象物として
円筒体７０が存在しており、この円筒体７０に対し奥行
き方向にゾーン４２，４４，４６の３つが設定される。
【００３６】このようなゾーン分割に対し図１４に示す
ように各ゾーン４２，４４，４６毎に仮想スクリーン面
３２−１，３２−２，３２−３を設定する。この場合、
各ゾーンに属する円筒片７０−１，７０−２，７０−３
の重心を通るように仮想スクリーン３２−１，３２−
２，３２−３を設定している。図１５は図１４の奥行き
方向の単一対象物を複数の仮想スクリーンに分けた場合
の投影２次元データの生成を示しており、ホログラム形
成面３４の中央の要素ホログラム１０８での位相計算に
使用する２次元データの生成を例にとると、要素ホログ
ラム１０８から放射状に仮想スクリーン３２−１，３２
−２，３２−３を見て円筒片７０−１，７０−２，７０
−３の投影２次元データを生成する。
【００３７】図１６は本発明における仮想スクリーンの
他の設定方法を示している。図１６にあっては、球の対
象物３６及び円錐体の対象物３８に加え、奥行き方向の
構造をもつ円筒体７０が存在している。この場合、対象
物３６，３８については、重心を通り且つホログラム形
成面３４に平行な仮想スクリーン３２−１，３２−２を
設定しているが、奥行き構造をもつ円筒７０については
軸心線に沿って奥行き方向に斜めとなった仮想スクリー
ン３２−３を設定している。このように本発明の仮想ス
クリーンについては、対象物の構造に応じて任意の方向
に仮想スクリーン面を設定することができる。
【００３８】図１７は図１６の仮想スクリーンの設定に
対する２次元データの生成を示したもので、奥行き構造
をもつ円筒７０についても、例えばホログラム形成面３
４の中央の要素ホログラムの位相計算については、要素
ホログラム１０８から放射状に見た２次元投影データを
生成する。 ４．位相分布の計算 まずホログラムの原理を説明すると、ホログラムは１つ
のレーザ光を２つに分割し、一方のレーザ光を物体に照
射して物体より散乱されるレーザ光（物体光）ともう一
方のレーザ光（参照光）の２光束干渉により得られる。
ここで、参照光の波面をＲ・ｅｘｐ（ｊφr ）とし、物
体光の波面をＯ・ｅｘｐ（ｊφo ）とすると、ホログラ
ムの露光強度ＩH は
【００３９】
【数１】
【００４０】となる。ホログラムを現像する場合には、
（１）式の露光強度ＩH に比例した振幅及び位相の変化
がホログラムに起きる。電気的にホログラムを作成する
ためには、光の振幅や位相を変化することのできる液晶
デバイス等の空間光変調素子を使用すればよい。このよ
うにして作成されたホログラムに参照光と同じ波面を入
射することでホログラムを再生することができる。
（１）式の露光強度ＩH の内、物体光の再生に寄与する
のは右辺第３項のみであるので、この右辺第３項につい
て考えると、ホログラムからの透過光Ｔは
【００４１】
【数２】
【００４２】となる。ここで、（２）式の右辺第１項は
物体からの波面が再生されたことを示し、右辺第２項は
物体光の共役波を示している。以上の原理説明から、ホ
ログラムの位相分布の計算は（１）式の右辺第３項のみ
を計算すればよいことになる。図１８はフレネルタイプ
のホログラムの作成原理を示したもので、今、参照光を
平面波と考えると、平面波は場所による強度変化がない
ので光強度Ｒを無視することができ、また位相φr ＝０
として扱える。
【００４３】物体１１０の座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を
もつあるサンプリングポイント１１１の輝度（散乱度）
をＩｉとしたとき、ホログラム形成面３４上の最小単位
である要素ホログラム１０８の露光強度ＩH は
【００４４】
【数３】
【００４５】となる。図１８に示したフレネルタイプの
ホログラムの場合、物体１１０から到達した光はホログ
ラム全体に到達するので、（３）（４）式の計算をホロ
グラム形成面３４の領域全体に亘って行う必要がある。
これに対し図１９に示すイメージタイプのホログラムに
あっては、物体１１０を結像レンズ１１２によりホログ
ラム形成面３４の位置に実像１１４として結像している
ため、図２０に示すように像１１４の例えばサンプリン
グ点１１８を見ると、仮想開口１１６により決まるホロ
グラム形成面３４の領域１２０の間しか光が到達せず、
（３）（４）式の計算を行う領域が限定されることにな
る。 ５．水平及び垂直方向に視差をもつホログラムの位相計
算 図２１は仮想スクリーン位置に生成された２次元画像に
基づいて水平及び垂直方向に視差をもつホログラムの位
相計算状態を示した説明図である。
【００４６】図２１において、ホログラム形成面３４は
例えば水平方向にｎ個、垂直方向にｍ個のｎ×ｍのマト
リクスを構成された要素ホログラム１０８に分割されて
いる。今、ホログラム形成面３４における要素ホログラ
ム１０８を右上隅の領域をＳ 00、左下隅の最後の領域を
Ｓｍｎで表わすものとする。今、右上隅の要素ホログラ
ム領域Ｓ00に着目すると、この領域を視点とした２次元
画像３０８を図示のように仮想スクリーン位置に設定す
る。この仮想ホログラム領域Ｓ00に対応する２次元画像
３０８をＧ00で表わす。従って、ホログラム形成面３４
の位相計算に先立って要素ホログラム領域Ｓ00〜Ｓｍｎ
に対応した２次元画像Ｇ00〜Ｇｍｎが準備されているこ
とになる。
【００４７】要素ホログラム領域Ｓ00の位相計算は、対
応する２次元画像Ｇ00の全画素の輝度データについて
（３）（４）式の位相計算を行えばよい。以下、残りの
要素ホログラム領域Ｓ01〜Ｓｍｎについても同様に、そ
れぞれを視点位置として生成された対応する２次元画像
Ｇ01〜Ｇｍｎについて同様な位相計算を行えばよい。 ６．イメージ・ホログラムの位相計算 図２２は設定した仮想スクリーンに形成した２次元画像
に基づくイメージ・ホログラムの位相計算状態を示した
説明図である。
【００４８】図２２において、仮想ホログラフィック・
ステレオグラム３１８は図２１に示したホログラム形成
面３４に相当するもので、この要素ホログラム１０８に
対応する仮想開口３２０を備えている。このため、仮想
ホログラフィック・ステレオグラム３１８は左上隅の仮
想開口領域Ｓ00から右下隅の最後の仮想開口領域Ｓｍｎ
までのマトリクス領域で構成される。仮想ホログラフィ
ック・ステレオグラム３１８に対する仮想スクリーンの
設定位置には２次元画像３０８が設定される。２次元画
像３０８は図２１のホログラム形成面３４と同様、仮想
開口領域Ｓ00〜Ｓｍｎに対応して２次元画像Ｇ00〜Ｇｍ
ｎが予め準備されている。
【００４９】２次元画像３０８の近傍には位相計算の対
象となるイメージ・ホログラム形成面３１４が配置され
る。イメージ・ホログラム形成面３１４に対する位相分
布の計算は図２３に示すように、仮想ホログラフィック
・ステレオグラム３１８の仮想開口３２０に対応する２
次元画像３０８を設定したとすると、２次元画像３０８
からイメージ・ホログラム形成面２１４に到達する光線
は仮想開口３２０を通る光線となる。従って、２次元画
像３０８の画素３２２について仮想開口３２０による光
束の広がりで決まるイメージ・ホログラム形成面３１４
の光束到達領域３２３を求め、この光束到達領域３２３
について位相分布を計算する。以下同様に、２次元画像
３０８の各画素毎に同様にして仮想開口による光束到達
領域を求め、光束到達領域に対し位相分布を計算する。
【００５０】このようにして１つの仮想開口に対応する
２次元画像３０８のイメージ・ホログラム形成面３１４
に対する位相計算が済んだならば、他の残りの全ての仮
想開口に対応した２次元画像３０８について同様な位相
計算を行って、全ての位相計算により位相分布の総和と
してイメージ・ホログラム形成面３１４の位相分布が求
まる。 ７．水平方向に視差をもつホログラムの位相計算 図２４は水平方向にのみ視差をもつホログラムの位相分
布の計算の説明図である。
【００５１】図２４において、ホログラム形成面３４は
水平方向に分割して垂直方向に長いストライプ領域Ａ0
〜Ａｎを形成している。２次元画像３０８としては、ス
トライプ領域Ａ0 〜Ａｎのそれぞれの水平方向の異なる
位置を視点として見た２次元画像Ｇ0 〜Ｇｎが予め準備
されている。ホログラム形成面３４の左端のストライプ
領域Ａ0 の位相分布を計算しようとする場合には、スト
ライプ領域Ａ0 を水平方向での視点位置として予め仮想
スクリーンに形成された２次元画像Ｇ0 を設定する。
【００５２】ストライプ領域Ａ0 は図２１に示したホロ
グラム形成面３４と同様、縦方向にｍ個の要素ホログラ
ム１０８に分けられていることから、ストライプ領域Ａ
0 に属する要素ホログラム領域Ｓ00〜Ｓｍ0 の全てにつ
いて同じ２次元画像Ｇ0 を対象に、前記（３）（４）式
により位相分布を計算する。ストライプ領域Ａ0 につい
ての位相分布の計算が済んだならば、残りのストライプ
領域Ａ1 〜Ａｎを設定し、同様に位相分布を計算する。
【００５３】ここで、ストライプ領域Ａ0 〜Ａｎに対す
る位相分布の計算は、仮想スクリーン面に対する３次元
画像から２次元画像を投影する際に、ストライプ領域Ａ
0 〜Ａｎの水平方向の異なる位置で３次元画像に対する
視線を水平状態に保ったまま水平方向の視点位置を変え
るか、常に表示しようとする物体の１点を指向するよう
に視点位置を変えるかで、２次元画像３０８の表示面は
異なった位置に設定される。
【００５４】図２５は水平方向での視点位置の変化に対
し、対象物を見る視線方向を水平に移動した場合の位相
分布の計算の様子を示している。即ち、図２５は中央付
近にあるストライプ領域Ａｉに対応した画像内容Ｇｉを
もつ２次元画像３０８の表示状態を示しており、１つ左
側のストライプ領域Ａi- 1 については２次元画像３０８
の大きさを同じにすると、左側に１つずらした破線の２
次元画像Ｇi-1 のようになる。また、ストライプ領域Ａ
ｉから１つ右側にずらしたストライプ領域Ａi+1 につい
ては、同じく右側に１つずれた破線で示す２次元画像Ｇ
i+1 のようになる。
【００５５】これに対し、図２６は水平方向のストライ
プ領域Ａ0 〜Ａｎに対応する異なった位置で常に対象物
の１点を向くように視線方向を設定した場合であり、中
央付近にあるストライプ領域Ａｉに対応した２次元画像
３０８をＧｉとすると、左側に１つずらしたストライプ
領域Ａi-1 については右回りに１つずれた２次元画像Ｇ
i-1 となり、またストライプ領域Ａｉに対し右側に１つ
ずれたストライプ領域Ａi+1 については左周りに１つず
れた２次元画像Ｇi+1 となる。
【００５６】即ち、水平方向の視点位置の変化に対し２
次元画像３０８の面が回転した位置となり、この２次元
画像の面の動きに応じた２次元画像の画素データの位置
設定が行われ、順次回転する２次元画像に対応するスト
ライプ領域の位相分布の計算を行うことになる。図２４
に示した水平方向にのみ視差をもつホログラムの位相分
布の計算について、イメージ・ホログラムの位相分布を
計算する場合には、図２２，図２３に示した仮想ホログ
ラフィック・ステレオグラム３１８の仮想開口３２０が
図２４のホログラム形成面３４に示すように水平方向に
分割した垂直方向に長い仮想ストライプ開口となる点が
相違するだけであり、各仮想ストライプ開口に対応した
２次元画像の各画素についてイメージ・ホログラム形成
面における光束到達領域を求めて、この光束到達領域に
ついて対応画素から位相分布を計算すればよい。 ８．２次元画像の分割によるホログラムの位相計算 図２７は分割した２次元画像から計算される水平方向に
のみ視差をもつホログラムの位相分布の計算を示した説
明図である。
【００５７】図２７において、ホログラム形成面３４は
水平方向に分割された垂直方向に長いストライプ領域Ａ
0 〜Ａｎで構成されている。これに対し２次元画像１０
８は垂直方向に分割された水平方向に長い分割領域ＤＧ
0 〜ＤＧｍとしている。２次元画像１０８としてはホロ
グラム形成面３４の左隅のストライプ領域Ａ0を水平方
向の視点位置として求めた２次元画像Ｇ0 を設定してお
り、２次元画像Ｇ0 は分割領域ＤＧ0 〜ＤＧｎｍに分け
られており、これがホログラム形成面３４の垂直方向に
おける要素ホログラム領域Ｓ00〜Ｓ0 ｍに対応していた
とする。
【００５８】この場合、要素ホログラム領域Ｓ00につい
ては対応する分割領域ＤＧ0 の画素のみから位相分布を
計算し、残りの要素ホログラム領域Ｓ01〜Ｓ0 ｍについ
ても対応する２次元画像Ｇ0 の分割領域ＤＧ1 〜ＤＧｍ
毎に位相分布を計算する。このような２次元画像を水平
方向に長い領域に分割することで、ホログラム形成面３
４における１つの要素ホログラム領域Ｓｉｊ（但し、ｉ
＝０〜ｎ、ｊ＝０〜ｍ）における位相分布の計算量を低
減できる。
【００５９】図２７に示した分割した２次元画像につい
てのイメージ・ホログラムの位相計算については、２次
元画像１０８の分割領域ＤＧ0 〜ＤＧｍの領域毎に仮想
開口に対応した光束到達範囲での位相分布が計算される
ようになる。例えば、ストライプ領域Ａ0 の一番上の要
素セグメント領域Ｓ00を仮想開口とした場合、対応する
２次元画像１０８の分割領域ＤＧ0 を構成する各画素に
ついてＳ00に対応する仮想開口を通ってイメージ・ホロ
グラム形成面に到達する光束到達領域を求め、この領域
について対応する画素の位相分布を計算すればよい。
【００６０】また、図２７の分割した２次元画像から生
成されるイメージ・ホログラムの位相分布については、
イメージ・ホログラムの位相分布の計算における参照光
の設定をホログラムに垂直に入射させる計算条件を設定
した場合、イメージ・ホログラムにおける位相分布は水
平方向のみの成分となるため、立体像の再生時には垂直
方向への光学的な拡大が必要となる。
【００６１】そこで図２８に示すように、水平方向のみ
の位相分布成分を液晶デバイス１３０で表現して立体表
示する場合、液晶デバイス１３０の先に縦方向の視域拡
大機能をもつ光学素子として、例えばレンティキュラレ
ンズ３２２を垂直方向に並べたレンテュキュラシート３
２０を設け、液晶デバイス１３０に表現した水平方向の
みのホログラム位相分布による再生光の波面変換に対し
レンティキュラシート３２０で垂直方向に拡散し、垂直
方向にも十分な幅をもった視域３２４を作り出すように
する。 ９．位相計算量の低減 図２９は本発明のホログラム及びイメージ・ホログラム
における位相分布の計算量を低減するための方法を示し
た説明図である。図２９にあっては、２次元画像３０８
の中の画像がある領域３２６のみを位相計算に用いる画
素データとし、画像の存在しない領域の画素を位相計算
の対象から除外することで計算量を低減することができ
る。
【００６２】図３０は図２１に示した水平及び垂直方向
に視差をもつ位相計算における計算量の低減方法を示し
たもので、ホログラム３０６に対し視域３２４が決まっ
ている場合には、図示の中央の要素ホログラム１０８を
例にとると、視域３２４により定まる２次元画像３０８
の表示領域の画素のみを用いて要素ホログラム１０８の
位相分布を計算する。このように、位相分布の計算に用
いる２次元画像の領域を視域により制限することで計算
量を大幅に低減できる。 １０．立体像の表示 図３１は計算により求めた位相分布を表現して参照光の
照射により立体像を表示するホログラム表示装置の外観
を示した説明図である。
【００６３】図３１において、装置本体１２８の前面に
は電気的にホログラムを生成する空間光変調装置１３０
が設けられており、空間光変調装置１３０を透過する０
次光を遮光するためのフード１３２を設けている。図３
２は図３１の内部構造を示したもので、点光源として機
能するレーザ光源１３４、コリメートミラー１３６、更
にコントローラ１３８を内蔵している。コントローラ１
３８は計算により求めた位相分布を空間光変調装置１３
０に付与しており、この状態でレーザ光源１３４から点
光源として照射された球面波を反射型のコリメートミラ
ー１３６で平行光に変換して空間光変調装置１３０に照
射し、立体像１３５を再生する。
【００６４】この場合、一部の平行光が０次光としてそ
のまま空間光変調装置１３０を透過することから、フー
ド１３２により遮光している。ここで、レーザ光源１３
４としては、任意のレーザ光源を使用することができる
が、小型の半導体レーザを用いることが望ましい。半導
体レーザにあっては、波長幅が数ｎｍ以下の発光スペク
トルを有し、鮮明な立体像を再生することができる。
【００６５】使用波長は可視光域であれば任意の波長を
利用できるが、ホログラムの位相分布を計算する段階で
再生に用いる光源の波長を考慮する必要がある。具体的
には、波長が６００ｎｍ台の赤色、５００ｎｍ台の緑
色、あるいは４００ｍｎ台の青色の光を発する半導体レ
ーザを使用することができる。また、図１８に示したよ
うな物体１１０がホログラム形成面３４から離れている
フレネル型のホログラムにあっては、距離が大きくなる
程、再生光の波長幅による色分散の影響を受け易いこと
から、波長帯域が狭い半導体レーザを使用することが望
ましい。
【００６６】一方、図１９に示したような物体１１４が
ホログラム形成面３４の近くに生じるイメージ型ホログ
ラムでは、再生光の波長幅による色分散の影響は受けに
くいことから、多少、波長幅が広くても鮮明な再生像を
得ることができる。このため、イメージ型のホログラム
にあっては、波長幅が１０ｎｍ程度と広いハロゲンラン
プ等を使用することもできる。
【００６７】また、図３２にあっては、レーザ光源１３
４から直接、球面波を発射しているが、レーザビームを
対物レンズとピンホールで発生させる構成や、光ファイ
バにレーザ光を通して出射時に発散させる構成としても
よい。図３３は本発明で用いる空間光変調装置１３０の
一実施例を示した説明図である。
【００６８】図３３において、空間光変調装置１３０は
この実施例にあっては液晶ディスプレイを使用してい
る。即ち、入射面側のガラス基板１４０に続いて一様な
透明電極１４４を設け、出射側のガラス基板１４２に続
いては１つの表示セグメントを構成する分岐された透明
電極１４６−１〜１４６−ｎを形成している。透明電極
１４４，１４６−１〜１４６−ｎに続いては絶縁層１４
８，１５０を介して配向膜１５２，１５４が設けられ、
配向膜１５２，１５４の間に液晶１６０を設けている。
【００６９】この図３３の液晶ディスプレイは、計算さ
れた位相情報に対応した電圧が各分割電極１４６−１〜
１４６−ｎで決まる液晶セル毎に加わるように駆動され
る。液晶セルは印加された電圧に応じて再生光１６２が
透過する方向に対する屈折率を変化させる。図３４は液
晶ディスプレイの３画素分を例にとって位相変調の様子
を示す。異なる位相状態、即ち屈折率に駆動された画素
１１６−１，１１６−２，１１６−３に左側より位相の
揃った例えば平面波でなる再生光１６２−１〜１６２−
３が入射すると、液晶内部の光学的距離が画素１６６−
１〜１６６−３によって異なるため、出射時の光１６４
−１〜１６４−３に位相ずれを生ずる。
【００７０】理想的には、０から２π、即ち光学的距離
で波長分の長さの範囲の間の任意の位相を表現できるこ
とが望まれる。しかしながら、離散的に多値レベルで位
相を表現しても、実用的な範囲に近似的に位相分布は表
現できる。ここで、液晶の厚さｄは印加電圧によって変
えることのできる最大屈折率の変化Δｎとの積Δｎ×ｄ
が、再生光の波長λに等しくなる条件を満足するように
決定されている。勿論、位相分布を正確に表現し、鮮明
な再生立体像を得るためには、液晶セルを波長のオーダ
ーまで小さくして解像度の高い液晶ディスプレイを使用
することが必要である。
【００７１】図３５は本発明の立体像表示装置の他の実
施例を示した説明図であり、この実施例にあっては反射
型の空間光変調装置を用いたことを特徴とする。図３５
において、装置本体１２８内には反射型の空間光変調装
置１３０が設けられており、コントローラ１３８により
計算された位相分布のホログラムを電子的に表現してい
る。レーザ光源１３４からの再生光はミラー１４０で反
射され、更にハーフミラー１４２で反射されて反射型の
空間光変調装置１３０に入射する。反射型の空間光変調
装置１３０からの変調光はハーフミラー１４２を透過
し、立体像を表示する。
【００７２】反射型の光変調素子１３０は図３６に示す
ように透過型液晶ディスプレイ１４４の一方から再生光
を入射し、反対側の反射面１４６により反射し、再度透
過型液晶ディスプレイ１４４内を伝わって出射する。こ
のように、二度、透過型液晶ディスプレイ１４４内を通
過することから、図３３に示した透過型液晶ディスプレ
イに比べ、位相変化を得るための液晶の厚さを半分とす
ることができる。但し、偏光が保存されるホモジニアス
配向の液晶を用いる。
【００７３】図３７は本発明の立体像表示装置の他の実
施例を示した説明図であり、この実施例にあっては計算
された位相分布の情報を光学的に書き込んで再生するよ
うにしたことを特徴とする。図３７において、装置本体
１２８内には光走査部１４５からレーザ光によって光学
的に位相分布情報を書込み可能な空間光変調装置１４８
が設けられている。空間光変調装置１４８に対し、光走
査部１４５からレーザ光により位相分布情報を書き込む
と、コントローラ１３８は空間光変調装置１４８を図３
６に示した反射型の液晶ディスプレイと同じ状態に制御
し、レーザ光源１３４からのレーザ光をミラー１４０及
びハーフミラー１４２で反射して再生光として入射し、
ハーフミラー１４２を介して立体画像を表示している。
【００７４】図３８は図３７で用いる光学的に書込可能
な空間光変調装置の構造説明図である。図３８におい
て、書込み光１７０の入射側のガラス基板１５０に続い
て透明電極１５４，光導電部１５６及び遮光層１５８が
設けられる。遮光層１５８に続いては誘電体ミラー１６
０が設けられる。再生光１７２が入射する左側にはガラ
ス基板１５２が設けられ、続いて透明電極１５５が設け
られる。透明電極１５５と誘電体ミラー１６０の間には
絶縁層１６４，１６２を介して液晶１６５が配置されて
いる。
【００７５】図３８の空間光変調装置１４８の動作は、
まず書込み光１７０を光導電部１５６で受けると、光の
強度が大きいほど光導電部の抵抗値が低下する。光導電
部１５６の抵抗値が変化すると、駆動電圧は一定である
が光導電部１５６の抵抗値が変化することで、誘電体ミ
ラー１６０を介して液晶１６５の両端に加わる電圧が抵
抗値分だけ変化する。
【００７６】このように液晶１６５に加わる電圧が変化
すると屈折率が変化し、入射した再生光１７２は誘電体
ミラー１６０で反射されて戻ってくる際に、位相変調を
受けた変調光１７４となる。図３９は本発明の立体表示
装置の他の実施例を示す。図３９の実施例にあっては、
再生光１８０を計算された位相分布を表現した透過型液
晶ディスプレイ等を用いた空間光変調装置１３０に入射
して変調した後、投射光学系１７６により拡大されてホ
ログラムスクリーン１７８に投射され、視野角θの視野
範囲１８２において立体像を見られるようにしている。
【００７７】図４０は本発明の立体表示装置の他の実施
例を示したもので、０次光を防ぐフードを不要にしたこ
とを特徴とする。即ち、図４０の実施例にあっては、本
体１２８に０次光の出射を抑制する屈折体１８５を一体
化した空間光変調装置１８４を設けており、図４１に示
すようにレーザ光源１３４からの球面波を屈折体１８５
に導き、コリメートミラー１２８で反射させ、屈折体１
８５と一体化した空間光変調装置１８４に臨界角以上の
入射角で照射し、これによって０次光を全反射し、外部
に出射しないようにしている。このため、０次光を防ぐ
ためのフードは不要である。 １１．カラー立体表示 本発明でカラー立体像を表示する場合には、図３に示し
たステップＳ２の３次元情報の生成、ステップＳ３の２
次元画像の生成、及びステップＳ４の位相分布の計算
を、例えばＲＧＢの各成分毎に行えばよい。
【００７８】図４２は２系統の立体表示装置を用いてマ
ルチカラー表示を行うカラー立体表示装置の実施例構成
図である。図４２において、空間光変調装置２００には
コントローラ２２６で例えばＲ成分について計算された
位相分布に従った駆動が行われ、また空間光変調装置２
０２はＧ成分について計算した位相分布に従った駆動が
行われる。空間光変調装置２００，２０２に対してはレ
ーザ光源２０６，２０８、シャッター２１２，２１４、
及びコリメートレンズ２１６，２１８により再生光が照
射され、Ｒ成分立体像２２８とＧ成分立体像２３０を表
示する。
【００７９】Ｇ成分立体像２３０にハーフミラー２２０
で反射されて観察者の眼２２４に見え、一方、Ｒ成分立
体像２２８はハーフミラー２２０を透過して眼２２４に
入る。従って、観察者はＲ成分立体像２２８にＧ成分立
体像２３０が重なった合成カラー立体像を見ることがで
きる。図４３は本発明のカラー立体表示装置の他の実施
例を示したもので、ＲＧＢ成分毎に位相分布を計算して
合成カラー表示するようにしたことを特徴とする。即
ち、図４３の実施例は図４２の実施例に加えてＢ成分の
表示系統としてレーザ光源２１０、シャッター２１５，
コリメートレンズ２１９を設け、Ｂ成分について計算さ
れた位相分布に従って駆動される空間光変調装置２０４
を設けている。更に、空間光変調装置２０４に対応して
ハーフミラー２２２が追加されている。
【００８０】この図４３の実施例にあっても、矢印で示
すＲ，Ｇ，Ｂの各成分のカラー合成の立体像を観察者の
眼２２４で見ることができる。図４４は図４３のコント
ローラ２２６によるシャッター２１２，２１４，２１５
の開閉駆動によるＲＧＢ成分の時分割表示のための駆動
信号ＥR ，ＥG ，ＥBを示しており、周期Ｔ＝１／３０
秒で繰り返すと共に、各信号は（Ｔ／３）のタイミング
遅れをもつように駆動する。
【００８１】尚、図４２のＲＧの２成分の場合には、２
つの信号ＥR ，ＥG のタイミングずれを（Ｔ／２）とす
ればよい。図４５は図４２及び図４３における他の駆動
方法を示したタイミングチャートであり、この実施例に
あっては周期Ｔ＝１／３０秒で一斉にシャッターを開い
て、２つまたは３つのカラー成分の立体像を異なる位置
に同時表示してカラー合成するようにしたことを特徴と
する。
【００８２】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、時間的に物体位置が変化する動画表示において、物
体位置と仮想スクリーンとの間隔を常に眼に疲労を与え
ることのない許容された範囲内に設定した条件での位相
分布を計算して立体像を動的に表示するため、動画表示
で立体像の位置が変化しても観察者に与える疲労を最小
限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図
【図２】本発明の実施例構成図
【図３】本発明による立体表示方法の基本的な処理過程
を示したフローチャート
【図４】図３の２次元画像生成過程の詳細を示したフロ
ーチャート
【図５】従来の仮想スクリーンと時間的に変化する物体
位置との関係を示した説明図
【図６】本発明により設定される仮想スクリーンと時間
的に変化する物体位置との関係を示した説明図
【図７】本発明における視点から物体位置までの距離に
対する仮想スクリーン設定位置の許容限界を示した特性
図
【図８】本発明における複数物体を１つにまとめて仮想
スクリーンを設定する説明図
【図９】本発明における複数物体ごとに仮想スクリーン
を設定する説明図
【図１０】本発明における複数物体のゾーン分割の説明
図
【図１１】図１０の分割ゾーンごとの仮想スクリーンの
設定を示した説明図
【図１２】図１１のゾーン分割における投影２次元デー
タの生成を示した説明図
【図１３】本発明における奥行きのある単一物体のゾー
ン分割の説明図
【図１４】図１３の分割ゾーンごとの仮想スクリーンの
設定を示した説明図
【図１５】図１４のゾーン分割における投影２次元デー
タの生成を示した説明図
【図１６】本発明における奥行き構造をもつ物体に対す
る仮想スクリーンの設定を示した説明図
【図１７】図１６に示した奥行き構造をもつ物体の投影
２次元データの生成を示した説明図
【図１８】フレネルタイプのホログラムを生成する位相
分布計算の原理を示した説明図
【図１９】イメージタイプのホログラムの生成原理を示
した説明図
【図２０】イメージタイプのホログラム生成における位
相分布の計算範囲を示した説明図
【図２１】本発明による水平及び垂直方向に視差をもつ
ホログラム位相分布計算を示した説明図
【図２２】本発明によるイメージ・ホログラムの位相分
布計算を示した説明図
【図２３】図２２のイメージ・ホログラムにおける計算
領域の説明図
【図２４】本発明による水平方向に視差をもつホログラ
ム位相分布計算を示した説明図
【図２５】図２４において視点の位置変化に対し光軸が
平行の場合のホログラム位相分布計算の説明図
【図２６】図２４において視点の位置変化に対し光軸が
物体の一点を指向する場合のホログラム位相分布計算の
説明図
【図２７】分割した２次元画像によるホログラム位相分
布計算の説明図
【図２８】分割した２次元画像から計算されたイメージ
・ホログラムの位相分布による立体表示の説明図
【図２９】画像の領域のみで位相分布計算を行って計算
量を低減する説明図
【図３０】視域に対応する画像領域のみで位相分布計算
を行って計算量を低減する説明図
【図３１】本発明の立体表示装置の実施例を示した説明
図
【図３２】図３１の内部構造を示した説明図
【図３３】本発明で空間光変調装置として用いる液晶デ
ィスプレイの構造説明図
【図３４】図３３の３つの液晶セルを取出して再生光に
対する位相変調を示した説明図
【図３５】反射型空間光変調装置を用いた本発明の他の
立体表示装置の説明図
【図３６】図３５で用いる反射型空間光変調装置の説明
図
【図３７】光書込型の空間光変調装置を用いた本発明の
立体表示装置の説明図
【図３８】図３７で用いる光書込型の空間光変調装置の
構造説明図
【図３９】拡大スクリーンを用いた本発明の立体表示装
置の説明図
【図４０】０次光の透過を防ぐ屈折ホログラムを一体化
した空間光変調装置を用いた本発明の立体表示装置の説
明図
【図４１】図４０の装置の内部構造の説明図
【図４２】Ｒ，Ｇの２成分を用いてカラー立体表示を行
う本発明の立体表示装置の説明図
【図４３】Ｒ，Ｇ，Ｂの３成分を用いてカラー立体表示
を行う本発明の立体表示装置の説明図
【図４４】図４３でカラー成分を時分割で合成表示する
ためのタイミングチャート
【図４５】図４３でカラー成分を同一時刻に位置分割し
て合成表示するためのタイミングチャート
【図４６】ホログラフィックス・ステレオグラムの作成
で対象物を撮影する位置を示した説明図
【図４７】図４６で撮影したフィルムを用いたホログラ
フィック・ステレオグラムの露光により作成するための
説明図
【図４８】図４７で作成したホログラムを用いてイメー
ジ・ホログラムを作成する説明図
【図４９】図４８で作成したイメージ・ホログラムによ
る立体表示の説明図
【符号の説明】
１０：３次元情報生成部 １２：仮想スクリーン設定部 １４：テーブル １６：２次元画像生成部 １８：ホログラム位相計算部 ２０，２４：ホログラム表示装置 ２２：イメージ・ホログラム位相計算部 ２６：ホログラフィック・ステレオグラム ２８：観察者（視点） ３０−１，３０−２：像位置 ３２−１〜３２−３：仮想スクリーン（２次元平面） ３４：ホログラム形成面 36,38,40,68,70,90,92,94,96,98 ：対象物 42,44,46,80,82,84 ：ゾーン ７０：円筒体 ７０−１〜７０−３：円筒片 １０８：要素ホログラム １１０：物体 １１１：サンプリング点 １１２：結像レンズ １１４：実像 １１８，１１８−１，１１８−２：奥行き画像表示面 １２０：像 １２８：装置本体 １３０：空間光変調装置 １３２：フード １３４，２０６，２０８，２１０：レーザ光源 １３５：ホログラム像 １３６：コリメートミラー １３８，２２６：コントローラ １４０，１４２，１５０，１５２：ガラス基板 １４４，１４６−１〜１４６−ｎ，１５４，１５５：透
明電極 １４８，１５０，１５６：絶縁層 １５２，１５４，１６４，１６６：配向膜 １６０，１６５：液晶 １６２，１６２−１〜１６２−３，１７２，１８０：再
生光 １６４，１６４−１〜１６４−３，１７４：変調光（変
調された光） １４０：ミラー １４２，２２０，２２２：ハーフミラー １４５：光走査部 １４６：反射体 １４８：光書込型空間光変調装置 １５６：光導電部 １５８：遮光層 １６０：誘電体ミラー １６６：スペーサー １７６：投射光学系 １７８：ホログラムスクリーン １８２：視認範囲 １８４：屈折ホログラム一体型空間光変調装置 １８５：屈折体 １８６：ホログラム像 ２００，２０２，２０４：空間光変調装置（カラー成分
用） ２１２，２１４，２１５：シャッター ２１６，２１８，２１９：コリメートレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 宣子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】像位置が時間的に変化する３次元情報を生
    成する３次元情報生成過程と、 該３次元情報生成過程で生成した３次元情報から得られ
    た時間的に変化する像位置に追従して、２次元画像を生
    成する仮想スクリーン面を設定する仮想スクリーン面設
    定過程と、 該仮想スクリーン面設定過程で設定されたスクリーン面
    上に前記３次元情報から視方向の異なる複数の２次元画
    像を生成する２次元画像生成過程と、 該２次元画像生成過程で生成された複数の２次元画像か
    らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
    布計算過程と、 該位相分布計算過程で求めた位相分布をホログラム形成
    面に表現するホログラム表現過程と、 該ホログラム表現過程で表現された位相分布に対し参照
    光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
    表示する波面変換過程と、を備えたことを特徴とするホ
    ログラムの立体表示方法。
  2. 【請求項２】像位置が時間的に変化する３次元情報を生
    成する３次元情報生成過程と、 該３次元情報生成過程で生成した３次元情報から得られ
    た時間的に変化する像位置に追従して、２次元画像を生
    成する仮想スクリーン面を設定する仮想スクリーン面設
    定過程と、 該仮想スクリーン面設定過程で設定されたスクリーン面
    上に、ホログラム形成面を水平方向に分割した垂直方向
    に長い領域のそれぞれから見た前記３次元情報の投影像
    として水平方向に視差のある複数の２次元画像を生成す
    る２次元画像生成過程と、 該２次元画像生成過程で生成された複数の２次元画像か
    らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
    布計算過程と、 該位相分布計算過程で求めた立体像の位相分布をホログ
    ラム形成面に表現するホログラム表現過程と、 該ホログラム表現過程で表現された位相分布に対し参照
    光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
    表示する波面変換過程と、を備えたことを特徴とするホ
    ログラムの立体表示方法。
  3. 【請求項３】請求項１又は２記載の立体表示方法に於い
    て、前記位相分布計算過程は、ホログラム形成面を微小
    な要素ホログラム領域に分け、各要素ホログラムから見
    た２次元画像から位相分布を計算することを特徴とする
    立体表示方法。
  4. 【請求項４】請求項１又は２記載の立体表示方法に於い
    て、前記位相分布計算過程は、２次元画像を垂直方向に
    分割した水平方向に長い画像領域に分割し、該画像分割
    領域毎にホログラム形成面を分けて位相分布を計算する
    ことを特徴とする立体表示方法。
  5. 【請求項５】請求項１又は２記載の立体表示方法に於い
    て、前記仮想スクリーン設定過程は、少なくとも物体の
    重心を通る位置に仮想スクリーンを設定することを特徴
    とする立体表示方法。
  6. 【請求項６】請求項５記載の立体表示方法に於いて、前
    記仮想スクリーン設定過程は、表示対象者が複数存在す
    る場合、各物体毎に時間的に変化する仮想スクリーン位
    置を設定することを特徴とする立体表示方法。
  7. 【請求項７】請求項５記載の立体表示方法に於いて、前
    記仮想スクリーン設定過程は、表示対象者が複数存在す
    る場合、複数の物体を１つと見做して時間的に変化する
    仮想スクリーン位置を設定することを特徴とする立体表
    示方法。
  8. 【請求項８】像位置が時間的に変化する３次元情報を生
    成する３次元情報生成手段と、 該３次元情報生成手段で生成した３次元情報から得られ
    た時間的に変化する像位置に追従して、２次元画像を生
    成する仮想スクリーン面を設定する仮想スクリーン面設
    定手段と、 該仮想スクリーン面設定手段で設定されたスクリーン面
    上に前記３次元情報から視覚方向の異なる複数の２次元
    画像を生成する２次元画像生成手段と、 該２次元画像生成手段で生成された複数の２次元画像か
    らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
    布計算手段と、 該位相分布計算手段で求めた位相分布をホログラム形成
    面に表現するホログラム表現手段と、 該ホログラム表現手段で表現された位相分布に対し参照
    光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
    表示する波面変換手段と、を備えたことを特徴とするホ
    ログラムの立体表示装置。
  9. 【請求項９】像位置が時間的に変化する３次元情報を生
    成する３次元情報生成手段と、 該３次元情報生成手段で生成した３次元情報から得られ
    た時間的に変化する像位置に追従して、２次元画像を生
    成する仮想スクリーン面を設定する仮想スクリーン面設
    定手段と、 該仮想スクリーン面設定手段で設定されたスクリーン面
    上に、ホログラム形成面を水平方向に分割した垂直方向
    に長い領域のそれぞれから見た前記３次元情報の投影像
    として水平方向に視差のある複数の２次元画像を生成す
    る２次元画像生成手段と、 該２次元画像生成手段で生成された複数の２次元画像か
    らホログラム形成面における位相分布を計算する位相分
    布計算手段と、 該位相分布計算手段で求めた立体像の位相分布をホログ
    ラム形成面に表現するホログラム表現手段と、 該ホログラム表現手段で表現された位相分布に対し参照
    光を照射して光学的波面に変換することにより立体像を
    表示する波面変換手段と、を備えたことを特徴とするホ
    ログラムの立体表示装置。
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