JPH0682612A - 回折格子アレイおよびそれを用いた立体像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、横方向のみ、または横方向・縦方向
共に視差を持つ立体像の表示が簡便にでき、安価で大量
生産可能なことを最も主要な目的としている。 【構成】本発明は、曲線形状の格子を平行に、かつその
格子間隔を変化させつつ並べた回折格子からなるセル
を、平面状の基板に複数個配列し、上記セルを、勾配、
または勾配および格子間隔が近い領域で空間的に、横方
向、または横方向および縦方向に分割し、この各分割領
域を各視差画像（１方向）に対応させた回折格子アレイ
とし、またこの回折格子アレイを基本デバイスとして備
え、横方向のみに視差を持つ立体像を表示することを特
徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立体像を表示する回折
格子アレイおよびそれを用いた立体像表示装置に係り、
特に横方向のみに視差を持つ、または横方向・縦方向共
に視差を持つ立体像の表示が簡便にでき、しかも安価で
大量生産が可能な回折格子アレイおよびそれを用いた立
体像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、平面状の基板の表面に、回折
格子からなる複数の微小なドットを配置することによ
り、回折格子パターンが形成されたディスプレイが多く
使用されてきている。この種の回折格子パターンを有す
るディスプレイを作製する方法としては、例えば“特開
昭６０−１５６００４号公報”に開示されているような
方法がある。この方法は、２光束干渉による微小な干渉
縞（以下、回折格子とする）を、そのピッチ、方向、お
よび光強度を変化させて、感光性フィルムに次々と露光
するものである。

【０００３】一方、最近では、例えば電子ビーム露光装
置を用い、かつコンピュータ制御により、平面状の基板
が載置されたＸ−Ｙステージを移動させて、基板の表面
に回折格子からなる複数の微小なドットを配置すること
により、ある絵柄の回折格子パターンが形成されたディ
スプレイを作製する方法が、本発明者によって提案され
てきている。その方法は、１９８８年１１月２５日にフ
ァイルされた“米国特許出願シリアル番号第２７６，４
６９号”に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな作製方法によって作製されたディスプレイにおいて
は、回折格子パターンを有するディスプレイの絵柄とし
て、イメージスキャナ等で入力した画像、あるいはコン
ピュータ・グラフィックスにより作製された２次元的な
画像などが使用されている。このため、回折格子パター
ンによって表現される絵柄は、回折格子が配置されてい
る基板上の平面に位置するために、平面的（２次元的）
な絵柄しか表現することができず、立体的（３次元的）
な絵柄を表現できないという問題がある。

【０００５】本発明は上記のような課題を解決するため
に成されたもので、横方向のみに視差を持つ、または横
方向・縦方向共に視差を持つ立体像の表示が簡便にで
き、しかも安価で大量生産が可能な回折格子アレイおよ
びそれを用いた立体像表示装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に記載の発明の回折格子アレイ
は、曲線形状の格子を平行に、かつその格子間隔を変化
させつつ並べた回折格子からなるセルを、平面状の基板
に複数個配列し、上記セルを、勾配が近い領域で空間的
に横方向に分割し、この各分割領域を各視差画像（１方
向）のピクセルに対応させている。

【０００７】また、請求項２に記載の発明の立体像表示
装置は、立体像を表示する装置において、上記請求項１
に記載の回折格子アレイを基本デバイスとして備え、横
方向のみに視差を持つ立体像を表示するようにしてい
る。

【０００８】一方、請求項１０に記載の発明の回折格子
アレイは、曲線形状の格子を平行に、かつその格子間隔
を変化させつつ並べた回折格子からなるセルを、平面状
の基板に複数個配列し、上記セルを、勾配および格子間
隔が近い領域で空間的に横方向および縦方向に分割し、
この各分割領域を各視差画像（２方向）のピクセルに対
応させている。

【０００９】また、請求項１１に記載の発明の立体像表
示装置は、立体像を表示する装置において、上記請求項
１０に記載の回折格子アレイを基本デバイスとして備
え、横方向・縦方向共に視差を持つ立体像を表示するよ
うにしている。

【００１０】ここで、特に上記セルの各分割領域におい
て、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比
例した面積のみを基板に形成している。

【００１１】また、上記セルの各分割領域において、対
応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した
面積の回折格子のみを光が透過するように、基板表面に
遮光層または透光層を設けている。

【００１２】さらに、上記セルの各分割領域に対応する
位置の光の波長を光周波数フィルターによって選択する
ことにより、フルカラーの画像を表示できるようにして
いる。

【００１３】すなわち、上記格子間隔を下記式により計
算し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応させた格子間隔を持つ回
折格子セル３個を１組とし、対応する視差画像の対応す
るピクセルのＲの値に基づいて、Ｒ用のセルの各分割領
域に対応する位置の光の入射または出射の強度を空間光
変調素子によって制御し、Ｒの光の波長を光周波数フィ
ルターによって選択し、これをＲ，Ｇ，Ｂの各色、全視
差画像全ピクセルについて同様の操作をすることによ
り、フルカラーの立体像を表示できるようにしている。
λ＝ｄ（ｓｉｎβ_y −ｓｉｎθ） （λ：光の波長、ｄ：格子間隔、θ：Ｙ−Ｚ面内での入
射角、β_y ：Ｙ−Ｚ面内での回折角）また、上記セルの
各分割領域において、対応する視差画像の対応するピク
セルの明るさに比例した面積を空間光変調素子によって
透過部とするようにしている。

【００１４】さらに、上記セルの各分割領域において、
対応する視差画像の対応するピクセルの明るさに比例し
た透過率を空間光変調素子によって実現するようにして
いる。

【００１５】

【作用】従って、請求項１および請求項２に記載の発明
の回折格子アレイおよびそれを用いた立体像表示装置に
おいては、横方向に視差のある立体像を、縦方向にも広
い視域で観察することができる。

【００１６】また、請求項１０および請求項１１に記載
の発明の回折格子アレイおよびそれを用いた立体像表示
装置においては、横方向、縦方向共に視差のある立体像
を観察することができる。

【００１７】一方、請求項２に記載の発明の立体像表示
装置においては、セルの各分割領域に対応する位置の光
の入射または出射の強度を空間光変調素子によって制御
することにより、立体動画像を表示することができる。

【００１８】また、請求項１１に記載の発明の立体像表
示装置においては、セルの各分割領域に対応する位置の
光の入射または出射の強度を空間光変調素子によって制
御し、セルの各分割領域に対応する位置の光の波長を光
周波数フィルターによって選択することにより、単色の
立体動画像を表示することができる。

【００１９】また、請求項２および請求項１１に記載の
発明の立体像表示装置においては、セルの各分割領域に
おいて、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさ
に比例した面積のみを光が透過するように、基板表面に
印刷等の方法で遮光層または透光層を設けることによ
り、極めて短時間にかつ安価にしかも簡便に立体像を表
示する装置を作製することができる。

【００２０】一方、請求項２および請求項１１に記載の
発明の立体像表示装置においては、セルの各分割領域に
対応する位置の光の波長を光周波数フィルターによって
選択することにより、フルカラーの立体像の観察ができ
る。

【００２１】また、請求項２および請求項１１に記載の
発明の立体像表示装置においては、セルの各分割領域に
おいて、対応する視差画像の対応するピクセルの明るさ
に比例した面積を空間光変調素子によって透過部とする
ことにより、空間光変調素子が光の透過／遮断の２値制
御デバイスでも、立体像の表示を実現することができ
る。

【００２２】さらに、請求項２および請求項１１に記載
の発明の立体像表示装置においては、セルの各分割領域
において、対応する視差画像の対応するピクセルの明る
さに比例した透過率を空間光変調素子によって実現する
ことにより、空間光変調素子が、回折格子セルの分割領
域の大きさの分解能があれば、立体像の表示を実現する
ことができる。

【００２３】

【実施例】本発明の要旨は、曲線形状の格子を平行に、
かつその格子間隔を変化させつつ並べた回折格子からな
るセルを、平面状の基板に複数個配列し、上記セルを、
勾配、または勾配および格子間隔が近い領域で空間的
に、横方向、または横方向および縦方向に分割し、この
各分割領域を各視差画像（１方向または２方向）に対応
させた回折格子アレイを得、またこの回折格子アレイを
基本デバイスとして用いて、横方向のみ、または横方向
・縦方向共に視差を持つ立体像の表示を可能とする立体
像表示装置を得る点にある。

【００２４】この立体像表示装置においては、フルカラ
ー化も比較的容易であり、また液晶表示素子等との組み
合わせにより、立体動画表示もできる。

【００２５】一方、この回折格子アレイを用いて、横方
向のみに視差を持つ立体像表示装置を作製した場合、縦
方向に視域が広くなるという効果がある。

【００２６】また、この回折格子アレイを用いて、横方
向・縦方向共に視差を持つ立体像表示装置を作製した場
合、縦方向・横方向に視域が広くなるという効果があ
る。

【００２７】以下、上記のような考え方に基づいた本発
明の一実施例について、図面を参照して詳細に説明す
る。

【００２８】本発明による回折格子アレイは、その一例
を図１に示すように、曲線の格子を平行に、かつその格
子間隔（ピッチ）を変化させつつ並べた回折格子からな
るセル１を、図２に示すように、平面状の基板２に複数
個配列し、さらにこのセル１を、図３に示すように、勾
配が近い領域で空間的に横方向に分割し、この各分割領
域を各視差画像（１方向）に対応させるか、あるいは上
記セル１を、図４（ａ）または（ｂ）に示すように、勾
配および格子間隔が近い領域で空間的に横方向および縦
方向に分割し、この各分割領域を各視差画像（２方向）
に対応させている。なお、図４の（ｂ）は、実際の分割
例を示している。

【００２９】すなわち、この場合、回折格子セル１の領
域分割数は、視差画像の数と等しく、任意の視差画像の
任意のピクセルは、回折格子アレイの同位置のセルの中
の、その視差画像に割り当てられた領域に対応してい
る。ここで、左方向から見た時の視差画像は、回折格子
セル１の左の分割領域に対応し、中央から見た時の視差
画像は、回折格子セル１の中央の分割領域に対応してい
る。

【００３０】また、同様に、縦方向にも領域を分割した
場合は、上方向から見た時の視差画像は、回折格子セル
１の上の分割領域に対応し、下方向から見た時の視差画
像は、回折格子セル１の下の分割領域に対応している。

【００３１】さらに、視差画像の各ピクセルの明るさ
は、対応する分割領域の回折格子の面積、あるいはその
領域に対応した空間光変調素子の透過面積もしくは光透
過率に比例する。

【００３２】次に、上記回折格子セル１のより詳細な構
成、およびその微小領域での回折について、図２および
図５を用いて説明する。

【００３３】図５では、Ｙ〜Ｚ平面に平行な光軸を持っ
た入射光の場合を示している。この場合、図の＋１次の
回折光の回折角β_x ，β_y は、次式に従う。

【００３４】 λ＝−（ｄ／ｔａｎΩ）ｓｉｎβ_x ……（１） λ＝ｄ（ｓｉｎβ_y −ｓｉｎθ） ……（２） 但し、λは光の波長、ｄは格子間隔、Ωは勾配、θはＹ
−Ｚ面内での入射角、β_x はＸ−Ｚ面内での回折角、β
_y はＹ−Ｚ面内での回折角を示している。

【００３５】この式から、該当する微小領域の回折光の
方向に対して、曲線格子のその部分での勾配Ωと格子間
隔ｄを定義すればよい。

【００３６】すなわち、横方向のみに視差画像を使用す
る場合は、横方向に視差を持った立体像が、縦方向に格
子間隔ｄの変化量に依存する視域で観察できる。

【００３７】また、縦方向にも視差を持たせる場合は、
各セル１に入射する光を１波長に限定する必要があり
（像のボケを防ぐため）、光周波数フィルターによって
波長を選択するか、レーザー光のような単色の光を各セ
ル１に入射することにより、縦方向にも視差を持った立
体像の表示ができる。

【００３８】さらに、フルカラー化の場合には、Ｒ，
Ｇ，Ｂの各色用に回折格子セル１を３種類用意し、これ
を基板２に配置するが、この時の回折格子セル１は、そ
れぞれ（１），（２）式に基づき、波長λについてＲ，
Ｇ，Ｂの各波長を用いて計算した格子の格子間隔を実現
すればよい。

【００３９】なお、上記回折格子セル１の作製には、電
子線描画装置等の微細加工能力のある装置を用いればよ
い。

【００４０】以上のように、本実施例の回折格子アレイ
においては、縦方向、横方向に、光をある決められた領
域に広げて回折するデバイスを実現することができる。

【００４１】すなわち、図３に示すような回折格子セル
１からなる回折格子アレイの場合には、格子間隔の変化
によって縦方向に光が広がって回折されるため、横方向
に視差のある立体像を縦方向にも広い視域で観察するこ
とができる。

【００４２】また、図４に示すような回折格子セル１か
らなる回折格子アレイの場合には、格子間隔の変化によ
って縦方向に広がって回折する光を、回折格子の縦方向
の領域分割によって縦方向に視野を分割し、それぞれの
分割された視野に異なる視差画像を再生するため、横方
向、縦方向共に視差のある立体像を観察することができ
る。

【００４３】これは、各回折格子セル１を形成する格子
の一つ一つが、あらかじめ決められた曲線からなり、決
められた格子間隔の変化を持っていることによる。そし
て、これらの曲線は、ある回折領域に対してただ１種類
用意すればよいため、曲線の計算時間は短時間で済み、
また電子線等を用いた描画時にも制御が簡単にできると
いうように、回折格子アレイ作製時にも利点が得られる
ものである。

【００４４】一方、前述した回折格子アレイは、表面レ
リーフ型の回折格子とすることができることから、エン
ボス法によって安価に大量生産が可能となる。このた
め、これを基本デバイスとして用いることにより、各種
の立体像表示装置（例えば、ディスプレイ、立体テレ
ビ、立体ハードコピー等）を、比較的安価に大量に実現
することができる。

【００４５】すなわち、例えば、高解像度のテレビに、
本実施例の回折格子アレイを組み合わせたような構成で
立体テレビが、またエンボス複製された本実施例の回折
格子アレイを高解像度のプリンターの紙の代わりに用い
ることで立体ハードコピーを実現することができる。

【００４６】以下に、本実施例の回折格子アレイの適用
例について、具体的に説明する。

【００４７】（ａ）図６は、本実施例の回折格子アレイ
を用いた立体像表示装置であるディスプレイの構成例を
示すもので、図６（ａ）はその分解斜視図、図６（ｂ）
は主構成部分の断面拡大図をそれぞれ示している。

【００４８】すなわち、図６に示すように、本実施例の
ディスプレイは、樹脂層（回折格子形成層）１１Ａ、そ
の表面の反射層（Ａｌ蒸着層等）１１Ｂよりなる前述し
た回折格子アレイ１１と、回折格子アレイ１１の前面に
設けられた光周波数フィルターであるカラーフィルター
層１２と、カラーフィルター層１２の前面に設けられた
遮光層（印刷層）１３とから構成している。

【００４９】かかる本実施例のディスプレイにおいて、
微小領域について考えると、白色の入射光に対して、遮
光層１３により透過／遮光が選択され、カラーフィルタ
ー層１２により入射光の中からある波長が選択され、回
折格子アレイ１１に到達して、回折格子アレイ１１の表
面に形成されている反射層１１Ｂにより、高効率で光が
回折される。この時、回折光の出射方向は、この微小領
域の勾配によりＸ方向の回折角β_x が決まり、格子間隔
によりＹ方向の回折角β_y が決まる。そして、この回折
角の方向から観察すると、前記図２および図５で述べた
ように、この微小領域が光って見える。

【００５０】なお、図６において、遮光層１３とカラー
フィルター層１２の配置関係は、図示と逆であってもよ
い。また、図６はカラーフィルター層１２を備えたもの
であるが、遮光層部分を設ける代わりに、該当部分の回
折格子を破壊するようにしても、同様の効果が得られ
る。

【００５１】（ｂ）図７は、本実施例の回折格子アレイ
を用いた立体像表示装置である立体テレビの構成例を示
すもので、図７（ａ）はその分解斜視図、図７（ｂ）は
主構成部分の断面拡大図をそれぞれ示している。

【００５２】すなわち、図７に示すように、本実施例の
立体テレビは、前述した回折格子アレイ２１と、回折格
子アレイ２１の後面に設けられた空間光変調素子である
液晶表示素子２２と、液晶表示素子２２の後面に設けら
れたカラーフィルター層２３とから構成している。

【００５３】かかる本実施例の立体テレビにおいて、微
小領域について考えると、白色の入射光に対して、カラ
ーフィルター層２３により入射光の中からある波長が選
択され、液晶表示素子２２により光の透過／遮断が選択
されて、透過した光は回折格子アレイ２１に到達する。
ここで、回折格子アレイ２１は、光透過性の樹脂板等で
形成されており、到達した光は透過時に回折される。こ
の時、回折光の出射方向は、この微小領域の勾配により
Ｘ方向の回折角β_x が決まり、格子間隔によりＹ方向の
回折角β_y が決まる。そして、この回折角の方向から観
察すると、前記図２および図５で述べたように、この微
小領域が選択された波長で光って見える。

【００５４】なお、図７において、カラーフィルター層
２３、液晶表示素子２２、回折格子アレイ２１は、その
配置順序を入れ替えてもよい。

【００５５】次に、元の被写体との対応関係について、
図８および図９を用いて説明する。

【００５６】図８において、図示上部は、縦方向にも視
差を持たせる被写体２４の撮影の様子を示している。こ
こでは、３×３のカメラ２５の配置により、立体の被写
体２４の視差画像を９枚得ている。

【００５７】また、図示左下部は、その得られた視差画
像の一例をそれぞれ示している。いま、それぞれの視差
画像の同座標の黒い四角で示されたピクセルについて考
えると、図示右下部の本実施例の立体テレビの同座標の
位置にある回折格子セルの各分割領域に相当している。
この時、それぞれの視差画像の黒い四角に当たるピクセ
ルの明るさが、回折格子セルの各分割領域に対応した空
間光変調素子（液晶表示素子２２）上の領域における透
過率に比例するように、空間光変調素子を制御する。こ
のような操作を全てのピクセルについて行ない、所定の
位置から単色光を入射すると、立体像が観察できる。

【００５８】ここで、フルカラー化の場合には、図９に
示すように、上記操作のピクセルの明るさをピクセルの
Ｒの値とし、Ｒの色の光のみを透過するフィルターをそ
の回折格子セルに合わせて配置する。また、残りのＧ，
Ｂについても、この操作を繰り返せばよい。

【００５９】（ｃ）図１０は本実施例の回折格子アレイ
を用いた立体像表示装置である立体ハードコピーの作製
例を示す概要図である。

【００６０】すなわち、立体ハードコピーの作製方法と
しては、図１０に示すように、入力された視差画像３１
を基に、コンピューター３２によって遮光層のパターン
を計算し、コンピューター３２の周辺機器であるプリン
ター３３に、遮光層のパターンを出力することによっ
て、大量生産された前記回折格子アレイ３４上に遮光層
を設けることにより、立体像のハードコピー３５を得る
ことができる。

【００６１】このようにして作製された立体ハードコピ
ーは、図１１に示すように（図１１（ａ）はその分解斜
視図、図１１（ｂ）は主構成部分の断面拡大図をそれぞ
れ示している）、本実施例の立体ハードコピーは、樹脂
層（回折格子形成層）４１Ａ、その表面の反射層（Ａｌ
蒸着層等）４１Ｂよりなる前述した回折格子アレイ４１
と、回折格子アレイ４１の前面に設けられた保護層４２
と、保護層４２の前面に設けられた遮光層（印刷層）４
３とから構成している。

【００６２】かかる本実施例の立体ハードコピーにおい
て、微小領域について考えると、白色の入射光に対し
て、遮光層４３により光の透過／遮断が選択され、保護
層４２を通して回折格子アレイ４１に到達して、回折格
子アレイ４１の表面に形成されている反射層４１Ｂによ
り、高効率で光が回折される。この時、回折光の出射方
向は、この微小領域の勾配によりＸ方向の回折角β_x が
決まり、格子間隔によりＹ方向の回折角β_y が決まる。
そして、この回折角の方向から観察すると、前記図２お
よび図５で述べたように、この微小領域が光って見え
る。

【００６３】上述のようにして、遮光層４３のみをその
都度形成することにより、極めて短時間に立体ハードコ
ピーを得ることができる。

【００６４】以上のように、前記（ａ）〜（ｃ）の各実
施例の立体像表示装置においては、次のような効果が得
られるものである。

【００６５】（ａ）立体動画像表示素子という観点から まず、偏向めがねや液晶シャッターめがね等を用いた２
眼式（視差画像が２枚で、各々の視差画像を左右の眼に
振り分けて立体像の観察を可能にする）の方法が一般的
である。しかし、これらの方法は、観察者が特殊なめが
ね等をかけなければならず、また２眼式であるために、
立体物を見る時に特有の視点を変えた時の像の変化は存
在しない。

【００６６】また、その他の立体の動画像を表示する技
術としては、「マルチプレックスホログラム」、「レン
チキュラー板とＴＶの組み合わせ」等がある。しかし、
前者は決められた画像の繰り返しであり、後者は視点の
位置が変わると立体感が反転したりといった難点があ
る。さらに、両者とも、立体像とは言っても横方向の視
差のみである。

【００６７】これに対して、本実施例の立体像表示装置
では、観察者に特別な器具の装着を必要とせず、比較的
広い視野で立体像の観察が可能となる。また、所定の視
域から若干外れた場合、画像が見えなくなり、立体感が
反転するようなことがないため、観察者が視域を認識し
易く、従って極めて見易い。さらに、横方向の視差に加
えて縦方向の視差もあり、立体感を得易く、立体像の観
察に適している。さらにまた、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長用の
光周波数フィルターを組み合わせ（例えば、テレビのカ
ラーフィルター）、各光周波数フィルターの構成単位に
合わせて回折格子セル１をそれぞれ配置することによっ
て、フルカラーの立体動画像を表示することが可能とな
る。

【００６８】（ｂ）立体ハードコピーという観点から 立体のハードコピーを得るための方法として、従来方法
の一つとして、例えば３Ｄプリンターが挙げられる。し
かし、これは、ホログラム上の各点について、リップマ
ンホログラムに似た撮影を行なわなければならないた
め、画素数に比例して時間がかかり、さらに撮影前に現
像処理等も必要である。

【００６９】これに対して、本実施例の立体像表示装置
では、レーザー光のような特殊な光を使う必要がなく、
またコンピュータ用のプリンター、プロッター等の精度
が十分であれば、遮光部となる部分を出力すればよく、
紙にプリントアウトする感覚で、極めて短時間で立体像
のハードコピーを得ることが可能となる。これは、コピ
ー機、印刷機の場合にも適用できる、すなわち、立体像
コピー機、立体印刷を実現することが可能となる。

【００７０】より詳細には、次のような種々の効果が得
られるものである。

【００７１】（ａ）格子間隔の変化によって縦方向に光
が広がって回折されるため、横方向に視差のある立体像
を縦方向にも広い視域で観察することが可能となる。

【００７２】（ｂ）格子間隔の変化によって縦方向に広
がって回折する光を、回折格子の縦方向の領域分割によ
って縦方向に視野を分割し、それぞれの分割された視野
に異なる視差画像を再生するため、横方向、縦方向共に
視差のある立体像を観察することが可能となる。

【００７３】（ｃ）全面に回折格子セルが形成されてい
る本実施例の回折格子アレイを用意し、不要な領域にあ
る回折格子を、熱あるいは圧力で破壊することによって
回折光の方向が制御できるため、加熱，加圧等の方法に
より回折格子を部分的に破壊する場合に、極めて短時間
にかつ簡便に立体像を表示する立体像表示装置を作製す
ることが可能となる。

【００７４】（ｄ）全面に回折格子セルが形成されてい
る本実施例の回折格子アレイを用意し、不要な領域にあ
る回折格子の表面に、印刷等の方法を用いて遮光層を形
成するだけで回折光の方向が制御できるため、極めて短
時間にかつ安価にしかも簡便に立体像を表示する立体像
表示装置を作製することが可能となる。

【００７５】（ｅ）回折格子アレイと空間光変調素子と
の組み合わせにより、空間光変調素子の遮光パターンを
制御するだけで回折光の方向が制御できるため、空間光
変調素子の制御により、立体動画像を表示することが可
能となる。

【００７６】特に、立体像表示のための情報量（本発明
の場合、数枚〜数十枚視差画像のピクセルの各値のみ）
が比較的少なくて済むため、電送等によるリアルタイム
な立体像の表示や、ビデオのような立体像情報蓄積の可
能性がある。

【００７７】（ｆ）光周波数フィルターを個々の回折格
子セルに合わせて配置することで、その回折格子セルか
ら出射される光の波長を選択することができるため、フ
ルカラーの立体像の観察が可能となる。

【００７８】（ｇ）空間光変調素子の光を透過する面積
を変化させれば、回折光の強度が制御できるため、空間
光変調素子が光の透過／遮断の２値制御デバイスでも、
立体像の表示装置を実現することが可能となる。

【００７９】（ｈ）空間光変調素子の光の透過率を変化
させれば、回折光の強度が制御できるため、空間光変調
素子が、回折格子セルの分割された領域の大きさの分解
能があれば、立体像の表示装置を実現することが可能と
なる。

【００８０】以上のように、本実施例の回折格子アレイ
を各種の立体像表示装置に適用することにより、立体像
の観察時に、縦方向、横方向共に視域の広い立体像の観
察が可能になること、回折光の出射領域が限定されてい
るため、観察者が立体像の観察可能な領域を認識し易い
こと等の効果が得られる。

【００８１】また、立体像表示装置（立体テレビ以外の
もの）の作製時には、本実施例の大量生産された回折格
子アレイを利用することにより、表面に形成する遮光層
（印刷層）のマスクパターンのみを変化させるのみで、
極めて短時間にかつ低コストにて立体像表示装置を作製
することができる。

【００８２】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。

【００８３】（ａ）上記実施例では、回折格子セルとし
て、曲線の格子を平行に、かつその格子間隔を変化させ
つつ並べた場合について説明したが、これに限らず、回
折格子セルとして、例えば図１２に示すように、曲線形
状の格子、すなわち連続的に勾配が変化する直線の格子
を平行に、かつその格子間隔を変化させつつ並べた場合
についても、前述と同様の効果を実現できるものであ
る。

【００８４】（ｂ）上記図６および図１１の実施例で
は、遮光層を設ける場合について説明したが、これに限
らず、透光層を設ける場合についても、前述と同様の効
果を実現できるものである。

【００８５】（ｃ）上記図６および図１１の実施例で
は、回折格子を反射型で使用する場合について説明し、
図７の実施例では、回折格子を透過型で使用する場合に
ついて説明したが、これに限らず、反射型、透過型のい
ずれで使用するようにしてもよい。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、曲
線形状の格子を平行に、かつその格子間隔を変化させつ
つ並べた回折格子からなるセルを、平面状の基板に複数
個配列し、上記セルを、勾配（または勾配および格子間
隔）が近い領域で空間的に横方向（または横方向および
縦方向）に分割し、この各分割領域を各視差画像（１方
向または２方向）に対応させた回折格子アレイとし、ま
たこの回折格子アレイを基本デバイスとして備え、横方
向のみに（または横方向、縦方向共に）視差を持つ立体
像を表示するようにしたので、横方向のみに視差を持
つ、または横方向・縦方向共に視差を持つ立体像の表示
が簡便にでき、しかも安価で大量生産が可能な回折格子
アレイおよびそれを用いた立体像表示装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】回折格子セルの一例を示す平面図。

【図２】本発明による回折格子アレイの一実施例を示す
概要図。

【図３】同実施例における回折格子セルの一例を示す平
面図。

【図４】同実施例における回折格子セルの他の例を示す
平面図。

【図５】同実施例における回折格子セルの微小領域での
解析の様子を説明するための概要図。

【図６】本発明による回折格子アレイを適用したディス
プレイの構成例を示す概要図。

【図７】本発明による回折格子アレイを適用した立体テ
レビの構成例を示す概要図。

【図８】同立体テレビにおける元の被写体との対応関係
について説明するための概要図。

【図９】同立体テレビ（フルカラーの場合）における元
の被写体との対応関係について説明するための概要図。

【図１０】本発明による回折格子アレイを適用した立体
ハードコピーの作製例を示す概要図。

【図１１】本発明による回折格子アレイを適用した立体
ハードコピーの構成例を示す概要図。

【図１２】回折格子セルの他の例を示す平面図。

【符号の説明】

１…回折格子セル、２…基板、１１…回折格子アレイ、
１１Ａ…樹脂層（回折格子形成層）、１１Ｂ…反射層、
１２…カラーフィルター層、１３…遮光層（印刷層）、
２１…回折格子アレイ、２２…液晶表示素子、２３…カ
ラーフィルター層、２４…被写体、２５…カメラ、３１
…視差画像、３２…コンピューター、３３…プリンタ
ー、３４…回折格子アレイ、３５…立体ハードコピー、
４１…回折格子アレイ、４１Ａ…樹脂層（回折格子形成
層）、４１Ｂ…反射層、４２…保護層、４３…遮光層
（インク層）。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲線形状の格子を平行に、かつその格子
   間隔を変化させつつ並べた回折格子からなるセルを、平
   面状の基板に複数個配列し、 前記セルを、勾配が近い領域で空間的に横方向に分割
   し、この各分割領域を各視差画像（１方向）のピクセル
   に対応させていることを特徴とする回折格子アレイ。
2. 【請求項２】 立体像を表示する装置において、 前記請求項１に記載の回折格子アレイを基本デバイスと
   して備え、横方向のみに視差を持つ立体像を表示するよ
   うにしたことを特徴とする立体像表示装置。
3. 【請求項３】 前記セルの各分割領域において、対応す
   る視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した面積
   の回折格子のみを前記基板に形成したことを特徴とする
   請求項２に記載の立体像表示装置。
4. 【請求項４】 前記セルの各分割領域において、対応す
   る視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した面積
   のみを光が透過するように、前記基板表面に遮光層また
   は透光層を設けたことを特徴とする請求項２に記載の立
   体像表示装置。
5. 【請求項５】 前記セルの各分割領域に対応する位置の
   光の入射または出射の強度を空間光変調素子によって制
   御することにより、立体像を表示できるようにしたこと
   を特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
6. 【請求項６】 前記セルの各分割領域に対応する位置の
   光の波長を光周波数フィルターによって選択することに
   より、フルカラーの画像を表示できるようにしたことを
   特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
7. 【請求項７】 前記格子間隔を下記式により計算し、
   Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応させた格子間隔を持つ回折格子
   セル３個を１組とし、対応する視差画像の対応するピク
   セルのＲの値に基づいて、Ｒ用のセルの前記各分割領域
   に対応する位置の光の入射または出射の強度を空間光変
   調素子によって制御し、Ｒの光の波長を光周波数フィル
   ターによって選択し、これをＲ，Ｇ，Ｂの各色、全視差
   画像全ピクセルについて同様の操作をすることにより、
   フルカラーの立体像を表示できるようにしたことを特徴
   とする請求項２に記載の立体像表示装置。 λ＝ｄ（ｓｉｎβ_y −ｓｉｎθ） （λ：光の波長、ｄ：格子間隔、θ：Ｙ−Ｚ面内での入
   射角、β_y ：Ｙ−Ｚ面内での回折角）
8. 【請求項８】 前記セルの各分割領域において、対応す
   る視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した面積
   を空間光変調素子によって透過部とするようにしたこと
   を特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
9. 【請求項９】 前記セルの各分割領域において、対応す
   る視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した透過
   率を空間光変調素子によって実現するようにしたことを
   特徴とする請求項２に記載の立体像表示装置。
10. 【請求項１０】 曲線形状の格子を平行に、かつその格
    子間隔を変化させつつ並べた回折格子からなるセルを、
    平面状の基板に複数個配列し、 前記セルを、勾配および格子間隔が近い領域で空間的に
    横方向および縦方向に分割し、この各分割領域を各視差
    画像（２方向）のピクセルに対応させていることを特徴
    とする回折格子アレイ。
11. 【請求項１１】 立体像を表示する装置において、 前記請求項１０に記載の回折格子アレイを基本デバイス
    として備え、横方向・縦方向共に視差を持つ立体像を表
    示するようにしたことを特徴とする立体像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記セルの各分割領域において、対応
    する視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した面
    積の回折格子のみを前記基板に形成したことを特徴とす
    る請求項１１に記載の立体像表示装置。
13. 【請求項１３】 前記セルの各分割領域において、対応
    する視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した面
    積のみを光が透過するように、前記基板表面に遮光層ま
    たは透光層を設けたことを特徴とする請求項１１に記載
    の立体像表示装置。
14. 【請求項１４】 前記セルの各分割領域に対応する位置
    の光の入射または出射の強度を空間光変調素子によって
    制御し、前記セルの各分割領域に対応する位置の光の波
    長を光周波数フィルターによって選択することにより、
    単色の立体像を表示できるようにしたことを特徴とする
    請求項１１に記載の立体像表示装置。
15. 【請求項１５】 前記セルの各分割領域に対応する位置
    の光の波長を光周波数フィルターによって選択すること
    により、フルカラーの画像を表示できるようにしたこと
    を特徴とする請求項１１に記載の立体像表示装置。
16. 【請求項１６】 前記格子間隔を下記式により計算し、
    Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応させた格子間隔を持つ回折格子
    セル３個を１組とし、対応する視差画像の対応するピク
    セルのＲの値に基づいて、Ｒ用のセルの前記各分割領域
    に対応する位置の光の入射または出射の強度を空間光変
    調素子によって制御し、Ｒの光の波長を光周波数フィル
    ターによって選択し、これをＲ，Ｇ，Ｂの各色、全視差
    画像全ピクセルについて同様の操作をすることにより、
    フルカラーの立体像を表示できるようにしたことを特徴
    とする請求項１１に記載の立体像表示装置。 λ＝ｄ（ｓｉｎβ_y −ｓｉｎθ） （λ：光の波長、ｄ：格子間隔、θ：Ｙ−Ｚ面内での入
    射角、β_y ：Ｙ−Ｚ面内での回折角）
17. 【請求項１７】 前記セルの各分割領域において、対応
    する視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した面
    積を空間光変調素子によって透過部とするようにしたこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の立体像表示装置。
18. 【請求項１８】 前記セルの各分割領域において、対応
    する視差画像の対応するピクセルの明るさに比例した透
    過率を空間光変調素子によって実現するようにしたこと
    を特徴とする請求項１１に記載の立体像表示装置。