JPH07281144A

JPH07281144A - 立体表示装置

Info

Publication number: JPH07281144A
Application number: JP6059597A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ishimoto; 学石本; Takakazu Aritake; 敬和有竹; Nobuko Sato; 宣子佐藤; Yoshihiro Mizuno; 義博水野; Masahito Nakajima; 雅人中島
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】機械的可動部がなく、無段階の偏向が可能な立
体表示装置を提供する。【構成】視方向の異なる複数の２次元画像を表示する２
次元画像表示手段６と、画像表示手段の画像を構成する
画素からの光を偏向するビーム偏向手段８とを備え、ビ
ーム偏向手段は、対向する一対の電極１６間に、誘電率
の異方性Δεが０より小さい液晶を挟んだ光偏向器を使
用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立体像を表示する表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、立体像を表示する表示装置に
ついて、種々提案されている。その一例として、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
方法がある。また、この２眼式の延長として、多眼式の
レンティキュラ方法がある。このレンティキュラ方法に
おける立体視の原理は２眼式と同様である。

【０００３】このような立体表示方法では、観察者が左
右に頭を動かしても立体像に差異（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い。この
ような問題を解消するものとして、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、これを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】この中で、水平視差を持つホログラフィッ
ク・ステレオグラムを例にとると、まず、図３３に示す
ようにカメラ位置を位置３３０−１から３３０−ｎへと
変化させながら物体を撮像する。

【０００５】次に、図３４に示すように、撮像したフィ
ルムにレーザ光を照射し、レンズで拡散板に投影して物
体光を出し、ホログラム乾板の前に、撮影位置に対応し
て撮影位置に対応してスリット板のスリットを配置し、
参照光との干渉により干渉縞（位相分布）を露光記録す
る。

【０００６】さらに、図３５に示したように、イメージ
化されたホログラムを作成する方法もある。すなわち、
図３４で作成されたホログラムに虚像として示す再生光
源で集光するようにレーザ光（再生光）を照射し、ホロ
グラムにより波面変換された物体光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の照射で露光し
てイメージ化したホログラフィック・ステレオグラム
（イメージタイプ・ホログラフィック・ステレオグラ
ム）３６０を作る。

【０００７】このイメージタイプ・ホログラフィック・
ステレオグラムは、図３６に示したように、再生光３６
４を照射することにより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。

【０００８】立体表示を行う場合、観察者の眼の疲労を
少なくするために、立体像がホログラム面の近傍に存在
することが望ましい。図３４のホログラフィック・ステ
レオグラムでは、ホログラム面上に立体像が重なるよう
に再生するために、カメラで取り込んだ画像をイメージ
化する必要がある。

【０００９】これに対し、図３６のイメージタイプ・ホ
ログラフィック・ステレオグラムでは、２次元画像はホ
ログラム上にあるため、画像の変換を行わなくとも、ホ
ログラム面と立体像とを重ねることができる。またホロ
グラムを参照する光の波長が変化しても、像面はホログ
ラム面上にあり、色収差が発生しない等の利点がある。
従って、イメージタイプ・ホログラフィック・ステレオ
グラムによる立体表示の方が見やすいと言える。

【００１０】また、立体像表示装置として、図３７に示
したように、二酸化テルル結晶からなる音響光学偏向器
（ＡＯＤ）５０１を使用し、ガルバノミラースキャナ５
０２とポリゴンミラー５０３、レンズ５０４を備えた表
示装置も知られている。この装置では、ホログラムとし
て表示する物体の３次元データから、ホログラム乾板上
に形成される干渉縞をコンピュータで計算する。干渉縞
のデータはコンピュータのフレームバッファに書き込
み、映像信号と同期信号を表示部に伝送する。

【００１１】表示部では、コンピュータのＣＲＴディス
プレイ用復号映像信号から光学走査部分同期信号と音響
光学偏向器（ＡＯＤ）を駆動する映像（ホログラム）信
号とに分離する。このとき音響光学偏向器（ＡＯＤ）の
駆動に必要な帯域が５０〜１００ＭＨｚであるため、映
像信号に１００ＭＨｚの搬送波を混合する。その伝送信
号が音響光学偏向器（ＡＯＤ）の超音波トランスデュー
サで超音波に変換され、それが音響光学偏向器（ＡＯ
Ｄ）の結晶中を伝達するとき、弾性的に変調される屈折
率変化が生じる。そこにレーザ光を入射すれば回折光が
得られる。これによ音響光学偏向器（ＡＯＤ）内にホロ
グラムが形成されるが、このホログラムは音速（二酸化
テルル結晶の遅い剪断波、６１７／秒）で動いているた
めポリゴンミラーを音速に同期して回転することで、ホ
ログラムを静止させる。このときポリゴンミラーは同時
に小さい要素ホログラムを水平走査するためにも用いら
れる。このように形成された横長の線状ホログラムをガ
ルバノミラースキャナによって垂直方向に走査し３次元
像を再生する。これにより、ポリゴンミラーの後に置い
た出射レンズの手前の空間に３次元像が浮かんで見え
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
立体表示装置において、ポリゴンミラーやガルバノミラ
ースキャナなどの機械的可動部を有すると、高い制御精
度が望めず、また、機械的な制御遅れを避けられない。
また、機械的共振などによるノイズの発生が問題とな
り、光軸がずれるなどして質のよい立体画像が得られな
い結果となるおそれがある。また、機械的調整等のメン
テナンスが容易ではない。

【００１３】本発明の第１の課題は、このような機械的
可動部を有しないビーム偏向手段を備える立体表示装置
を実現することを第１の課題とするこの課題のため、ホ
ログラムを例えば偏向部として液晶を用いた空間光変調
素子を用いて電子的に表示することが可能である。偏向
部として液晶を用いる場合、十分な偏向角（約３０゜程
度）を得るためには、液晶ディスプレイの画素ピッチを
１μｍ程度にしなければならないが、現実にはこれは不
可能であった。また、従来のＬＣＤ（液晶ディスプレ
イ）では画素ピッチの整数倍のみの空間周波数が表現可
能であり、これを用いた無段階の偏向は不可能であっ
た。

【００１４】本発明の第２の課題は、画素の微細加工無
しに、十分な偏向角を持ち、無段階の偏向を可能とする
光偏向器を備えた立体表示装置を提供することを課題と
する。

【００１５】ところで、液晶を用いた空間光変調素子を
用いてホログラムを電子的に表示するためには、一般に
表示しようとする３次元物体から光の位相分布をコンピ
ュータによる計算で求める必要があり、イメージタイプ
・ホログラフィック・ステレオグラムについては、２次
元画像から位相分布を計算する必要がある。

【００１６】この位相分布の計算は、ホログラム面を微
小ホログラム領域に分け、１つの不精領域につき物体の
全てのサンプル点の位置座標と輝度から位相分布を計算
し、この計算を全ての微小ホログラム領域について行
う。このため２次元画像を対象に位相計算を行うイメー
ジタイプ・ホログラフィック・ステレオグラムでもかな
りの計算量となる。

【００１７】また、表示する２次元画像の内容が変わる
と、その度に位相分布を計算する必要があり、コンピュ
ータによる計算の負荷が重く、この点の改善が望まれ
る。そこで、イメージタイプ・ホログラフィック・ステ
レオグラムを対象に、２次元画像が変化しても、位相分
布の計算を必要とせずに、立体表示することが望まれ
る。

【００１８】本発明は、前記第１、第２の課題を解決す
ると同時に、位相分布の計算をせずに立体表示する立体
表示装置を提供することを課題とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。＜本発明の要旨＞第１の課題、第２の課題を解決するた
め、本発明は、図１に示したように、視方向の異なる２
次元画像を表示する２次元画像表示手段６と、該画像表
示手段の画像を構成する画素からの光を偏向するビーム
偏向手段８とを備え、前記ビーム偏向手段８は、対向す
る一対の電極間に、誘電率の異方性（Δε）が０より小
さい液晶を挟んだ光偏向器を使用したことを特徴とす
る。＜２次元画像表示手段＞２次元画像表示手段は、視方向
の異なる複数の２次元画像を同時にあるいは時系列に順
次表示する。＜ビーム偏向手段＞本発明では、ビーム偏向手段とし
て、いわゆるＶＧＭ光偏向器を使用する。このＶＧＭ光
偏向器は、対向する一対の電極間に、誘電率の異方性
（Δε）が０より小さい液晶を挟んだ光偏向器を使用し
た。

【００２０】誘電率の異方性とは、液晶において長軸方
向の誘電率から短軸方向の誘電率を引いた値をいい、誘
電率差ともいう。ある種のネマティック液晶分子を透明
電極間に挟み、直流あるいは交流電圧を印加すると、電
圧がある一定のしきい値を越えたところで数μｍピッチ
の平行縞が現れることが報告されている（B.H.Soffer e
t,al.Opt.Eng.22,6,1983）。この現象がＶ．Ｇ．Ｍ（Va
riable Grating Mode）と呼ばれるものである。この平
行縞は液晶内の二次配向の分布に起因するものであり、
印加電圧の大きさによって平行縞のピッチ（即ち、空間
周波数）が変わる。

【００２１】この平行縞は回折格子の働きをするので、
印加電圧を変えることにより回折角を変えることができ
る。尚、平行縞のピッチは印加電圧の増大に比例して狭
くなり、回折角が大きくなることがわかっている。

【００２２】本発明の光偏向器はこのＶ．Ｇ．Ｍ現象を
利用したものである。＜付加的構成要件＞第３の課題を解決する手段として、
視方向の異なる複数の２次元画像を表示する画像表示手
段６と、該画像表示手段の画像を構成する画素からの光
を偏向するビーム偏向手段８とを備えた装置において、
視方向の異なる画像ごとの偏向方向を決める位相分布を
予め計算してデータテーブルに固定的に準備しておく。
立体表示で画像を切り替えた場合には、画像に対応する
データテーブルの位相分布を読み出してビーム偏向手段
を駆動する。このため、画像を切り替える毎に位相分布
の計算を必要としない。

【００２３】

【作用】本発明では、複数の視方向Ｏ1 〜Ｏn から撮像
した画像が入力される。入力された複数の視差画像は、
２次元画像表示手段６に表示される。そして、視方向Ｏ
1 から入力された像は仮想的な開口Ｓ1 に、視方向Ｏ2
から入力された像は仮想的な開口Ｓ2 に、視方向Ｏn か
ら入力された像は仮想的な開口Ｓn に、というように、
それぞれ対応する指定視域へと偏向される。これにより
入力時の被写体と撮像装置との角度関係が、再生時の観
察者と表示像との角度関係が等しくなり立体像が再生で
きる。

【００２４】動画を再生する場合、ある時間ｔ＝ｔ1 に
おける各視差画像を時系列に並び替え、Δｔ（例えば、
Δｔ＝１／３０秒）の間に、順に２次元画像を表示する
（シーン１の画像表示）。視点数分（Ｓ1 〜Ｓn ）の表
示を行った後、ｔ＝ｔ1 ＋Δｔにおける視差画像を同様
に時系列に並べ、表示を行う（シーン２の画像表示）。
これを繰り返すことにより動画を表示する。

【００２５】本発明では、対向する一対の電極間に、誘
電率の異方性（Δε）が０より小さい液晶を挟んだ光偏
向器をビーム偏向手段として用いたので、機械的可動部
の無い立体画像表示装置を実現できる。

【００２６】そして、位相分布を予め計算してデータテ
ーブルに格納して置けば、これを参照するのみで、偏向
が可能となる。

【００２７】

【実施例】

＜実施例１＞第１の実施例を図を参照して説明する。〔実施例の構成〕本実施例における立体画像記録・再生
システムを図１を参照して説明する。

【００２８】立体画像記録・再生システムは、被写体１
０を２次元画像として撮像する複数の撮像装置１（Ｏ1
〜Ｏn）、この撮像装置１で撮影された画像を視点数に
分割するライン分割部２、このライン分割部２で分割さ
れた２次元画像を時系列に並び替える時系列並び替え部
４、この時系列並び替え部で並び替えられた２次元画像
を時系列順で再生制御する２次元画像表示制御部５、こ
の２次元画像表示制御部５に制御されて２次元画像を時
系列順で再生する表示器６、この表示器６に表示された
２次元画像を前記複数の撮像装置の撮像視点に対応して
偏向制御する偏向制御部７、この偏向制御部７の制御情
報に従って、表示器６に表示された２次元画像を前記複
数の撮像装置の撮像視点へと偏向する光偏向器８、撮像
した画像を録画・再生する録画・再生装置３を備える。
以下、各構成の詳細を説明する。＜撮像装置＞撮像装置１は、例えば、２次元画像を撮像
するカラーＴＶカメラなどであり、被写体に対し、水平
方向、あるいは、垂直方向に適度の間隔をもって複数配
置される。水平方向、あるいは、垂直方向に適度の間隔
をもって撮像装置１を複数配置する理由は、適度の視差
をもって、複数の２次元画像を獲得するためである。視
差が水平方向に生じるためには、撮像装置１を水平方向
に複数並べる。視差が垂直方向に生じるためには、撮像
装置１を水平方向に複数並べる。視差が水平方向、垂直
方向の両方に生じるためには、撮像装置１を水平方向と
垂直方向の両方に並べる。

【００２９】図１ではＯ1 からＯnまでのカメラが水平
方向に複数配置されているものとする。撮像装置は、所
定の画素数を有する撮像素子を備え、この画素数に応じ
た分解能で、被写体１０を撮像し、画像を複数の画素と
して出力する。＜ライン分割部＞ライン分割部２は、前記撮像装置１で
撮影された画像を視点数に分割する。

【００３０】撮像装置１で撮影された画像はそれぞれ視
点数に分割される。例えば、カメラＯ1 の原画像は、以
下の表１に従い、図２に示したように、カメラの数ｋだ
けのライン数に分割される。

【００３１】

【表１】Ｏ1 → Ｏ1Ｌ1、Ｏ1Ｌ2、Ｏ1Ｌ3 ・・・・Ｏ1Ｌn Ｏ2 → Ｏ2Ｌ1、Ｏ2Ｌ2、Ｏ2Ｌ3 ・・・・Ｏ2Ｌn Ｏ3 → Ｏ3Ｌ1、Ｏ3Ｌ2、Ｏ3Ｌ3 ・・・・Ｏ3Ｌn ・・・・・・・・・・・・Ｏn → ＯnＬ1、ＯnＬ2、ＯnＬ3 ・・・・ＯnＬn ＜時系列並び替え部＞時系列並び替え部４は、ライン分
割部２で分割された２次元画像を時系列に並び替える。

【００３２】すなわち前記のように分割された原画像
は、並び替えられて組み合わされ、以下の表２に従い、
図３に示したように、画像Ｏ'1〜Ｏ'nが形成される。
すなわち、各撮像装置１から捉えた互いに視差のある各
原画像Ｏ1〜Ｏnのそれぞれを視点数のラインに分割し、
分割した各画像片を、視点順にかつ時系列に従って組み
合わせて元の視点の数の画像Ｏ'1〜Ｏ'nを形成するので
ある。

【００３３】

【表２】Ｏ1Ｌ1、Ｏ2Ｌ2、Ｏ3Ｌ3 ・・・・ＯnＬn → Ｏ'1 ＯnＬ1、Ｏ1Ｌ2、Ｏ2Ｌ3 ・・・・Ｏn-1Ｌn → Ｏ'2 Ｏn-1Ｌ1、ＯnＬ2、Ｏ1Ｌ3 ・・・・Ｏn-2Ｌn → Ｏ'3 ・・・・・・・・・・・・Ｏ2Ｌ1、Ｏ3Ｌ2、Ｏ4Ｌ3 ・・・・Ｏ1Ｌn → Ｏ'n ＜２次元画像表示制御部＞２次元画像表示制御部５は、
時系列並び替え部で並び替えられた２次元画像を時系列
順で再生制御する。すなわち、前記Ｏ'1、Ｏ'2、Ｏ'3
・・Ｏ'nをその順に従って再生する。この２次元画
像制御部５は、通常コンピュータのＣＰＵにより構成さ
れる。＜２次元画像表示器＞２次元画像表示器６は、２次元画
像表示制御部５に制御されて２次元画像を時系列順で表
示する。このような２次元画像表示器６として、ＬＣＤ
（液晶ディスプレイ）を使用する。

【００３４】ＬＣＤは十分な画素数を有し、入射した光
の光量を変化させる。すなわち、ＬＣＤは透過型ディス
プレイであり、通過する光の量を画素毎に変化させて２
次元画像を再生する。この２次元画像は、図４に示した
ように、光源（Ｌ）からの参照光を受け、投射光学系１
２を介して、光偏向器８に投射される。＜偏向制御部＞偏向制御部７は、２次元画像表示器６に
表示された２次元画像を前記複数の撮像装置１の撮像視
点に対応して偏向制御する。偏向制御部７は、光偏向器
８に印加する電圧を変化させて位相分布すなわち干渉縞
のピッチを変更する。

【００３５】図５はＶＧＭ光偏向器を駆動制御図であ
る。偏向制御部７は表示する２次元画面に対応した角度
情報により角画素に印加する電圧を決定する。すなわ
ち、２次元画像表示器６での画像表示に同期したタイミ
ング発生機（タイミングコントローラ）１３からの同期
信号を受け、表示された画像に対応した角度情報を偏向
制御部７が受けると偏向制御部７は角度−電圧変換テー
ブル１４を参照して、その角度情報に対応した電圧を導
き、その電圧を電圧発生器１５で発生させて、光偏向器
の各電極１６に印加する。＜光偏向器＞光偏向器８は、前記偏向制御部７の制御情
報に従って、表示器６に表示された２次元画像を前記複
数の撮像装置１の撮像視点に対応した仮想開口へと偏向
する。光偏向器８としては、ＶＧＭ光偏向器を使用す
る。ＶＧＭ光偏向器は、図６から図８に示したように、
誘電率の異方性（Δε）が０より小さい液晶１７と、こ
の液晶を挟む２枚のガラス基板１８と、このガラス基板
の内側に配置され前記液晶を間にして配置された透明電
極板１６とを備える。

【００３６】この光偏向器８は、前記したようにVariab
le Grating Mode(V.G.M.)と呼ばれる現象を利用したも
のである。ＶＧＭ現象が生じる液晶は、誘電率差△ε＜
０のものである。Ｖ．Ｇ．Ｍ現象が生じる液晶の代表例
を化１に示す。これは、Merck社のＮ−４として市販さ
れており、入手可能である。

【００３７】

【化１】そして、光偏向器８には、透明電極１６が、視点数に応
じて複数対設けられる。透明電極に電圧が印加されると
液晶に干渉縞が生じる。図６から図８では、２対の電極
を図示してあり、一方の電極間にＶ１、他方の電極間に
Ｖ２の電圧が印加され、Ｖ１＞Ｖ２の関係にある。図９
に示した印加電圧−空間周波数特性図のように、電極に
印加される電圧の大きさが大きいとき、干渉縞の空間周
波数が大きくなって、縞の間隔が小さくなり、電極に印
加される電圧の大きさが小さいとき、干渉縞の空間周波
数が小さくなり、縞の間隔が大きくなる。従って、図８
に示したように、Ｖ２の印加電圧に対応する部分の干渉
縞の間隔はＶ１の印加電圧に対応する部分の干渉縞の間
隔より大きい。

【００３８】各一対の電極１６に対応した表示器６の画
素にそれぞれ分割された画像の各ラインが表示されるの
で、そのライン毎の画像がそれぞれ異なる偏向により仮
想開口へと投射される。画像Ｏ1’が表示器６に表示さ
れると、それに対応する偏向方向に向くように光偏向器
がタイミングコントローラ１３による同期状態で制御さ
れる。この実施例では、単一の一方向光偏向器を用い、
水平方向にのみ視差を持つようにしてある。ＶＧＭ偏光
器は縦長の画素を持ち、垂直方向には単画素である。水
平方向の画素数Ｎと、２次元画像表示部の水平方向の画
素数Ｍは、図１０の（Ａ）部に示したようにＮ：Ｍ＝
１：１、または（Ｂ）部に示したようにＮ：Ｍ＝１：ｎ
（ｎ≧２）である。２次元画像表示画素からの光は水平
方向のみに偏向されるため垂直方向の像を全て同時に見
ることはできない。そこで、図４、図１０のように、レ
ンティキュラレンズ２０により垂直方向に光を拡散し、
この問題を解決している。すなわち、下の画素に表示さ
れる画像はそのままであると下の部分にしか投射されな
い。そこでレンティキュラレンズ２０で上下のいずれの
部分にも均一に拡散することで、上下方向での像の差を
無くしたのである。

【００３９】また、光偏向器８の前後に、一対の偏光板
２１、２２が、図４に示したように、配置されている。
一対の偏光板２１、２２は偏向方向が９０度ずれてお
り、これにより０次光が遮光される。＜録画・再生装置＞録画・再生装置３は、撮像した画像
を録画し、再生する。録画装置としては、ライン分割
部２に入力された、各撮像装置からの各画像をそれぞれ
別個に記録する場合、ライン分割部でライン毎に分割
された状態の画像を記録する場合、あるいは、時系列
並び替え部で並び替えた後の画像を記録する場合、があ
る。

【００４０】録画装置３に録画された画像を再生する再
生装置３では、前記の画像を再生した場合、その画像
をライン分割部２に入力する。また、の画像を再生し
た場合、再生画像を時系列並べ替え部に入力する。さら
に、の画像を再生した場合、再生画像を２次元画像表
示制御部５に入力する。〔実施例１の作用〕実施例１の装置により立体表示をす
る例を説明する。

【００４１】＜第１の表示例＞まず、被写体を２次元画
像として複数の撮像装置１（Ｏ1 〜Ｏn ）により撮像す
る。次いで、その画像をライン分割部２に入力し、各画
像を撮像装置１の数に前記表１のようにライン分割す
る。次いで、表２のように、分割された画像を時系列に
組み合わせ、シーン１として、Ｏ'1〜Ｏ'nを形成する。
これらはシーン毎に形成されるので、シーン１に次いで
シーン２、３・・ｎへと画像が続く。

【００４２】２次元画像Ｏ'1〜Ｏ'nは時系列順に２次元
画像表示制御部５によって再生制御され、表示器６に表
示される。この表示器６に表示された２次元画像を前記
複数の撮像装置１の撮像視点に対応して、偏向制御部７
で制御される光偏向器８で仮想開口Ｓ1〜Ｓnへと画像が
偏向される。すなわち、ＬＣＤから光学系によりＶＧＭ
光偏向器に投射された２次元画像は、光偏向器８に生じ
た屈折率分布のピッチに従って所望の仮想開口位置に偏
向されるのである。

【００４３】図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、分割した画像を
用いて立体表示する場合の走査法の例である。図１１で
偏向器は複数画素を持ち、それぞれの画素に対して設け
た電極への印加を異ならしめることで、それぞれの画素
に異なる位相分布を与え、所望の仮想開口に対して偏向
を行っている。この方式の場合、全仮想開口に対して、
１ラインづつ偏向を行う。この場合、偏向器８は複数の
画素を有し、偏向器画素Ｍ_L1，Ｍ_L2，・・・Ｍ_Ln，仮想
開口Ｓ₁，Ｓ₂，・・・Ｓ_nに対して、時間ｔ₁からｔ_nの
間に、以下の順で走査を行う。ｔ₁ Ｍ_L1→Ｓ₁、Ｍ_L2→Ｓ₂ … Ｍ_Ln→Ｓ_n 図１７（Ａ）ｔ₂ Ｍ_L1→Ｓ₂、Ｍ_L2→Ｓ₃ … Ｍ_Ln→Ｓ₁ 図１７（Ｂ）ｔ₃ Ｍ_L1→Ｓ₃、Ｍ_L2→Ｓ₄ … Ｍ_Ln→Ｓ₂ 図１７（Ｃ） … ｔ_n Ｍ_L1→Ｓ_n、Ｍ_L2→Ｓ₁ … Ｍ_Ln→Ｓ_n-1 図１７（Ｄ）（Ｍ_L1→Ｓ₁は、Ｍ_L1の画素が仮想開口Ｓ₁に対して偏向
を行うことを意味する。）この偏向方式の場合、偏向はライン毎の書き込みに同期
して行われる。

【００４４】この方式は、一つの画像を複数のラインに
分割して順次表示する。よって、観察者から見える画像
は、全体画像の一部であるが、このようにすることで、
常に観察者に対して画像を表示する（表示器全体が暗く
なることがない）ため全体の画像を見せる場合より観察
者の目の疲労を少なくすることができる。時系列に分割
され、時系列に組み替えられた画像は、Ｏ'1〜Ｏ'nの順
で時系列に再生されて時系列に仮想開口Ｓ1〜Ｓnに対応
する視点Ｓ1〜Ｓnに向けて投射されるのであるが、人の
目には残像が残るのでＯ'1〜Ｏ'nの画像は同時に見え、
立体像を形成する。

【００４５】ところで、ＶＧＭ光偏向器は、直線偏光を
入射すると、奇数次回折光と偶数次回折光とで偏向面が
直交する。図４、図１２に示したように、ＶＧＭ光偏向
器８を互いに直交する２枚の偏向板で挟むことで偶数次
回折光を遮光することができる。すなわち、最初の偏光
板２１で入射光を直線偏光とし、ＶＧＭ光偏向器８を通
過した後の偶数次回折光を第２の偏光板２２で遮光す
る。このため、図１２、図１４に示したように透過光
（０次光）を遮光することができる。なお、２枚の偏光
板は、９０度±１０の角度で交差するならば実質的に０
次光を遮光できる。＜第２の表示例＞図１５は、偏向器８が単一の画素を持
つ場合である。すなわち、偏向器８に一対の電極のみ配
置され、偏向器全体が均一に一定方向にのみ偏向する場
合である。

【００４６】２次元画像入力部から画像が入力される
と、２次元画像表示器６に画像が表示される。タイミン
グコントローラ１３によりこの２次元画像表示器６での
画像表示に同期して偏向器の電圧が制御され、偏向度が
制御される。

【００４７】この場合、偏向は単一方向にしか行うこと
ができないが、偏向器前面にレンズ１９を用いること
で、偏向した画像を所望の仮想開口に対して集める。＜表示の消去制御＞第１、第２の表示例による偏向法の
場合、２次元画像全体の書き込みに同期して偏向は行わ
れる。しかし、ある仮想開口Ｓ_k から次の仮想開口Ｓ
_k+1 に偏向が移るとき、Ｓ_kに偏向した画像の残像がＳ
_k+1の位置で見えないようにするために、偏向制御部７
において、画面書換の前に前表示画面の消去時間を設
け、この時間中は偏向を止める。このとき、２次元画像
表示制御部５では、表示器６の輝度を非常に暗くし、観
察者に残像を感じさせないようにする。

【００４８】１画面消去後、再び画面の書き込み及び偏
向を開始する。図１６は偏向方式のタイミングチャート
である。まず、Ｓ1Ｏ1の画像を仮想開口Ｓ1 に表示した
後、画面消去をし、その後、Ｓ1Ｏ2の画像を仮想開口Ｓ
2に表示し、Ｓ1Ｏn の画像を仮想開口Ｓn に表示してシ
ーン１の画像表示を完了する。次いで、シーン２の画像
Ｓ2０1・・Ｓ2Ｏnを表示する。＜第３の表示例＞実施例１の装置を使用し、画像を分割
しないで立体表示することも可能である。

【００４９】但し、この場合はライン分割部２、時系列
並べ替え部４は必要ではなく、単に入力画像を時系列に
入力する２次元画像入力部３０を有するにすぎない。そ
の例を図１７に示す。図１７で偏向器は複数画素を持
ち、それぞれの画素に対して設けた電極への印加を異な
らしめることで、それぞれの画素に異なる位相分布を与
え、所望の仮想開口に対して偏向を行っている。

【００５０】この図１７は、光偏向器８の偏向方式の実
施例の一つである。この方法ではある時間ｔ＝ｔ_n にお
いては、ただ一つの仮想開口に対し偏向を行い、ｔ＝ｔ
_n+1からｔ＝ｔ_n+kにつれ、仮想開口Ｓ1からＳnに順に偏
向していく。このとき偏向位置に応じた画像（Ｏ'1、
Ｏ'2、Ｏ'3 ・・Ｏ'nの内の一つ）が２次元画像表
示部に表示される。すなわち、撮像装置から入力した２
次元画像はそのまま時系列に並べられ、２次元画像表示
器６に表示され、そのまま仮想開口に偏向される。〔実施例１の効果〕このように、本実施例では、ＶＧＭ
光偏向器を使用しているので、立体画像の表示に機械的
可動部を必要としない。また、ＶＧＭ光偏向器による偏
向角度は十分であり、十分な立体表示が可能となってい
る。

【００５１】立体表示器の視域としては３０゜程度が望
ましい。ピッチｄの回折格子に波長λの光を入射すると
き回折角θとは、ｄ・Ｓｉｎθ＝ｎ・λ の関係があり、一次光回折角３０゜を得るためには、λ
＝６３３ｎｍとすると、ｄ＝１．２６μｍとなる。つま
り、通常のＬＣＤで偏向角３０゜の偏向器を得ようとす
ると、ピッチ１μｍ（空間周波数１０００本／ｍｍ）程
度の画素が必要となる。これに対し、本発明に係るＶＧ
Ｍ光偏向器では、空間周波数は印加電圧で決まり、画素
ピッチによらない。従って、望ましい視界の立体表示器
を容易の得ることが可能である。＜実施例２＞図１８は複数の一方向光偏向器を用いた場
合の実施例である。２次元画像表示器６から投射される
２次元画像は横長の画素を持つ垂直方向用ＶＧＭ光偏向
器８−１により、垂直方向に偏向され、さらに、縦長の
画素を持つ水平方向用ＶＧＭ光偏向器８−２により水平
方向に偏向される。これによって、上下両方向に視差を
持つ立体画像１１を表示できる。＜実施例３＞実施例１、２の光偏向器の制御において、
偏向の角度情報により位相分布を変化させる必要があ
る。すなわち、角度情報に従って位相分布を計算して光
偏向器の制御をすることも可能であるが、以下に示すよ
うに位相分布の計算をせずに立体表示することが好まし
い。〔位相分布格納テーブルの作成〕図２２、図２６に示し
た位相分布格納テーブル２８には、視方向の異なる画像
毎に決まる光偏向をもたらす位相分布（干渉縞）が予め
テーブルデータとして格納されており、偏向制御部７は
この位相分布格納テーブルに格納したデータを参照し
て、光偏向器の位相分布を制御する。この位相分布格納
テーブルに格納するデータの作成を説明すると次のよう
になる。１）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（jφ_r）とし、物体光
の波面をＯ・exp（jφ_o）とすると、ホログラムの露光
強度Ｉ_Hは、Ｉ_H＝Ｒ²＋Ｏ²＋２・Ｒ・Ｏ・cos（φ_o−φ_r）・・・（１）となる。ホログラムを現像する場合には、（１）式の露
光強度Ｉ_H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。

【００５２】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Ｉ_H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Ｔ＝Ｉ_H・Ｒ・exp（jφ） ∞２・Ｏ・cos（φ_o−φ_r）・exp（φ_r）＝Ｏ・exp（jφ_o）＋Ｏ・exp｛−j（φ_o−２・φ_r）｝・・・（２）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。

【００５３】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１９は、ホログラフィック・ステレオグ
ラムにおける位相分布の計算原理を示したもので、参考
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φ_r
＝０として扱える。また２次元画像のＺ軸方向の座標値
はＺ_iと一定である。

【００５４】２次元画像の中の座標（Ｘ_i，Ｙ_i）をもつ
あるサンプリング点Ｐの輝度（散乱度）をＩ_iとしたと
き、ホログラフィック・ステレオグラム上の座標
（Ｘ_hi，Ｙ_hi）となるＱ点の露光強度Ｉ_Hは但し、ｋはレーザ光の波数ｒ_i＝√｛（Ｘ_i−Ｘ_hi）²＋（Ｙ_i−Ｙ_hi）²＋Ｚ_i ²｝・・・（４）となる。２次元画像の各画素からの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フィ
ック・ステレオグラムの領域全体に亘って行う必要があ
る。２）水平及び垂直方向に視差をもつイメージホログラム
の位相計算図２０は、実施例２のように、水平及び垂直方向に視差
をもつ立体表示用の光偏向器の偏向機能を示した説明図
である。光偏向器８は２次元画像の１画素に対応する１
画素分位相表示部を垂直方向にＭ個、水平方向にＮ個の
合計Ｍ×Ｎ個を配列している。ここで水平方向をj、垂
直方向をiで現わすと、任意の１画素分位相表示部に対
応する画素はＰ_ijで表わされる。

【００５５】光偏向器８に対し可視領域となる位置には
仮想開口が配置される。この仮想開口は水平方向にｎ
個、垂直方向にｍ個の合計ｎ×ｍ個を配列している。こ
こで水平方向をＬ、垂直方向をｋで表すと、任意の仮想
開口領域はＳ_kLで表される。

【００５６】ここで光偏向器８の右上隅の１画素分位相
表示部に注目すると、対応画素Ｐ_INからの表示光の偏向
状態を示しており、対応画素Ｐ_INからの光は、すべての
仮想開口の領域Ｓ_ll〜Ｓ_mnに対し偏向されることにな
る。

【００５７】図２１は以上の偏向機能を実現する位相分
布の計算方法を示したもので、対応画素Ｐ_ijの１画素分
位相表示部４６における位相分布計算方法を１つの仮想
開口４８の領域Ｓ_kLとの関係を例にとって示している。

【００５８】図２１において、まず仮想開口４８に仮想
点光源５０を水平及び垂直方向に複数並べる。同時に仮
想参照光５２を設定する。この状態で１画素分位相表示
部４６を構成している位相表示用画素５４ごとに、全て
の仮想点光源５０との間で前記（３）（４）式により位
相分布を計算する。ここで２次元画像データとしては図
２３に示すように、仮想開口領域Ｓ_ll〜Ｓ _mnを視点とし
て見た複数の２次元画像データＧ_ll〜Ｇ_mnが準備され、
これを次分割で表示させる。このため、図２０に示した
仮想開口４８は２次元画像データＧ _ll〜Ｇ_mnの切換えに
伴って時間的に水平及び垂直方向に変化する。そこで図
２１の位相分布の計算は、２次元画像Ｇ_ll〜Ｇ_mnに伴っ
て時間的に位置が変化する仮想開口領域について計算す
る。

【００５９】従って、任意の対応画素Ｐ_ijについては、
時分割による２次元画像表示に対応して異なるＳ_ll〜Ｓ
_mnの仮想開口４８に画素からの光を偏向するため、位相
分布φ_ij，_ll〜φ_ij，_mnを計算することになる。

【００６０】このため本発明の位相分布格納テーブルに
は図２２に示すように、対応画素ごとに時分割表示によ
り使用される位相分布データが格納されることになる。３）水平方向に視差をもつイメージホログラムの位相計
算図２４は水平方向に視差をもつ立体表示に用いる本発明
の光偏向器８の偏向機能を示した説明図である。図２４
において、光偏向器８は垂直方向に長い画素を配列して
おり、一方、仮想開口４８は垂直方向に長いストライプ
領域として水平方向にｎ個を配列している。ここで水平
方向をlで現すと、任意の仮想開口領域はＳ_lで表され
る。

【００６１】ここで光偏向器８の右上隅の１画素分位相
表示部４６に注目すると、対応画素Ｐ_INからの表示光の
偏向状態を示しており、対応画素Ｐ_INからの光は図示の
ように、すべての仮想開口４８の領域Ｓ_l〜Ｓ_nに対し偏
向されることになる。

【００６２】図２５は図２４に示した偏向機能を実現す
る位相分布の計算方法を示したもので、対応画素Ｐ_ijの
１画素分位相表示部４６における位相分布計算方法を１
つの仮想開口４８の領域Ｓ₁との関係を例にとって示し
ている。

【００６３】図２５の場合にも、まず仮想開口４８に仮
想点光源５０を水平及び垂直方向に複数並べる。同時に
仮想参照光５２を設定する。この状態で１画素分位相表
示部４６を構成している位相表示用画素５４ごとに、全
ての仮想点光源５０との間で前記（３）（４）式より位
相分布を計算する。

【００６４】ここで２次元画像データとしては図２７に
示すように、仮想開口領域Ｓ₁〜Ｓ_nを視点として見た複
数の２次元画像データＧ₁〜Ｇ_nが準備され、これを時分
割で表示させる。このため、図２４に示した仮想開口４
８は２次元画像データＧ₁〜Ｇ_nの切換えに伴って時間的
に水平方向に変化する。そこで図１６の位相分布の計算
は、２次元画像Ｇ₁〜Ｇ_nに切換え伴って時間的に位置が
変化する仮想開口領域について計算する。

【００６５】従って、任意の対応画素Ｐ_ijについては、
時分割による２次元画像表示に対応して異なる領域Ｓ₁
〜Ｓ_nの仮想開口４８に画素からの光を偏向するため、
位相分布Φ_ij〜Φ_ij，_mnを計算することになる。

【００６６】このため水平方向に視差をもつ場合の位相
分布格納テーブルには図２６に示すように、対応画素ご
とに時分割表示により使用される位相分布データが格納
されることになる。４）画像を分割する場合のイメージホログラムの位相計
算図２８は分割した画像を用いて水平方向に視差をもつ立
体表示を行う本発明の光偏向器８の偏向機能を示した説
明図である。

【００６７】図２８において、光偏向器８は垂直方向に
長い画素を配列し、一方、仮想開口４８は垂直方向に長
いストライプ領域として水平方向にｎ個を配列してい
る。ここで水平方向を１で現わすと、任意の仮想開口領
域はＳ₁で表わされる。

【００６８】ここで２次元画像は垂直方向に分割されて
水辺方向のストライプ画像となっており、このため光偏
向器８の右上隅の１画素分位相表示部４６に注目する
と、対応画素Ｐ_1Nからの光は、画像分割に基づき、仮想
開口の最上列の領域Ｓ₁₁〜Ｓ_1nに偏向する。同様に光偏
向器８の２列目についても、仮想開口４８の２列目の領
域に偏向する。この結果、光偏向器８で垂直方向に並ん
だ１画素分位相表示部４６は、全て同じ方向に偏向する
ことになり、同じ位相分布をもつ。

【００６９】そこで、光偏向器８の垂直方向に並んだ複
数の１画素分位相表示部４６の位相分布は１つとして扱
うことができるので、対応画素を垂直方向に１つにまと
めてＰ₁〜Ｐ_Nで表わす。

【００７０】図２９は図２８に示した偏向機能を実現す
る位相分布の計算方法を示したもので、対応画素Ｐ_jの
１画素分位相表示部４６における位相分布計算方法を１
つの仮想開口４８の領域Ｓ₁との関係を例にとって示し
ている。

【００７１】図２９の場合に、１画素分位相表示部４６
と仮想開口４８に垂直な水平面５６を設定し、水平面５
６に沿って仮想開口４８上に仮想点光源５０を水平方向
に複数並べる。同時に仮想参照光５２を設定する。この
状態で１画素分位相表示部４６を構成している位相表示
用画素５４ごとに、全ての仮想点光源５０との間で前記
（３）（４）式二より位相分布を計算する。

【００７２】ここで２次元画像データは図２８と同じで
あり、仮想開口領域Ｓ₁〜Ｓ_nを視点として見た複数の２
次元画像データＧ₁〜Ｇ_nが準備され、これを時分割で表
示させる。このため、図２８に示した仮想開口４８は２
次元画像データＧ₁〜Ｇ_nの切換えに伴って時間的に水平
方向に変化する。そこで図２９の位相分布の計算は、２
次元画像Ｇ₁〜Ｇ_nに切換え伴って時間的に位置が変化す
る仮想開口領域について計算する。

【００７３】従って、任意の対応画素Ｐ_ijについては、
時分割による２次元画像表示に対応して異なる領域Ｓ₁
〜Ｓ_nの仮想開口４８に画素からの光を偏向するため、
位相分布Ф_j，_i〜Ф_j，_nを計算することになる。

【００７４】このため水平方向に視差をもつ場合の位相
分布格納テーブルには図３０に示すように、対応画素ご
とに時分割表示により使用される位相分布データが格納
されることになる。

【００７５】この分割２次元加増の位相分布を用いた本
発明の立体表示にあっては、視方向の異なる２次元画像
を切換えても、図２８に示すように垂直方向の偏向方向
は全て同じであり、水平方向の偏向方向が２次元画像ご
とに異なることにある。このため垂直方向への光は拡散
せず、立体像の再生時にはさらに垂直方向への光学的な
拡大が必要となる。

【００７６】そこで図３１に示すように光偏向器８に続
いて、垂直方向の可視領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１１２を設け、垂直方向
に拡散して可視領域４５を作り出す。このことは前に言
及した。＜実施例４＞図３２は、本発明を実現するための記録再
生システムの概略である。複数のカメラにより取り込ま
れた２次元画像はカメラの位置による角度情報とともに
データ圧縮部６０１で圧縮され、記録装置６０２で記録
され、あるいは、伝送装置で伝送される。記録される場
合は、磁気テープなどの記録媒体に記録される。伝送す
る場合は、通信ネットワーク等の通信媒体を経て通信さ
れる。

【００７７】再生されあるいは伝送されたデータは角度
情報とともにデータ伸長部６０３で伸長され計算機に入
力される。計算機の補間画像生成部６０４内で、各画像
の角度情報を元に表示すべき数の視差画像が補間計算さ
れ、必要に応じ、拡大、縮小、ライン等の入れ替え等の
操作を編集部６０５で加え、角度情報に応じた番号と対
にフレームバッファに書き込まれる。タイミング発生部
１３からの信号により、偏向制御部７は電圧制御器６０
７により所望の偏向になるよう光偏向器８を制御し、読
み出し回路６０６はフレームバッファにより偏向角に対
応する２次元画像データを読み出し、表示器に出力す
る。

【００７８】このようにして、それぞれ所定の視野内に
角度に対応した２次元画像を表示することにより、立体
表示を行う。

【００７９】

【発明の効果】本発明では、ビーム偏向手段８として、
対向する一対の電極間に、誘電率の異方性（Δε）が０
より小さい液晶を挟んだ光偏向器を使用したので、機械
的可動部分を有しない立体表示装置とすることができ、
機械的共振などの影響を受けず、立体表示の精度が向上
し、また、メンテナンスも容易となった。

【００８０】また、撮像装置１で撮影された画像を視点
数に分割するライン分割部２、このライン分割部２で分
割された２次元画像を時系列に並び替える時系列並び替
え部４、この時系列並び替え部で並び替えられた２次元
画像を時系列順で再生制御する２次元画像表示制御部
５、を備え、ビーム偏向手段８は、前記２次元画像表示
手段６に表示された２次元画像を、前記複数の撮像装置
の撮像視点に対応して仮想開口へと偏向することによ
り、部分的画像を表示するため、観察者の目の疲労を緩
和できる。

【００８１】ビーム偏向手段は、画像を水平方向に偏向
し、あるいは、前記ビーム偏向手段は、画像を垂直方向
に偏向することで、水平方向、垂直方向の立体画像を得
ることができる。

【００８２】前記ビーム偏向手段が、水平方向にのみ偏
向を行う場合、垂直方向への光拡散手段を備えること
で、垂直方向の画像を均一に見ることができる。また、
前記ビーム偏向手段を制御する偏向制御部が、位相分布
データを格納した位相分布テーブルを参照して、ビーム
偏向手段による偏向角度を決定するようにした場合、位
相分布計算をする時間を省くことができ、速やかな立体
表示をすることが可能となった。

【００８３】前記ビーム偏向手段を挟んだ前後に偏向方
向が９０度±１０の角度で交差する一対の偏光板を配置
することで、０次光を遮光できる。ビーム偏向手段によ
って、ある仮想開口Ｓ_k から次の仮想開口Ｓ_k+1 への偏
向が移るとき、偏向制御部７において、画面書換の前に
前表示画面の消去時間を設け、この時間中は偏向を止め
るようにしたことで、前回表示の残像をカットでき、ク
リアな立体表示をすることができる。

【００８４】その際、２次元画像表示手段による、画像
表示の輝度を暗くすることにより、立体表示はより鮮明
になる。そして、視方向の異なる複数の２次元画像を通
信ネットワークを介して伝送する送信側と、伝送された
前記２次元画像を受信する受信側とを備え、受信した２
次元画像を表示する２次元画像表示手段で表示し、該画
像表示手段の画像を構成する画素からの光を前記異なる
視方向に対応してビーム偏向手段で偏向することで遠隔
地にて立体画像を表示する立体画像通信システムを実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図

【図２】撮像装置で捉えた原画を視点数のラインに分
割した状態を示す図

【図３】分割後のライン画像を並び替えた状態を示す
図

【図４】立体表示器の平面構成図

【図５】偏向器の制御系を示すブロック図

【図６】ＶＧＭ光偏向器を示す図

【図７】ＶＧＭ光偏向器に電圧を印加した状態を示す
図

【図８】ＶＧＭ光偏向器に電圧を印加したときの位相
分布（干渉縞）の状態を示す図

【図９】ＶＧＭ光偏向器に使用する液晶の印加電圧と
空間周波数との関係を示すグラフ図

【図１０】水平方向にのみ視差を持つ立体表示器の構成
図

【図１１】偏向器における第１の偏向方法の例を示す図

【図１２】偏光板の配置構成図

【図１３】偏光板が存在しない場合の偏向器透過光の状
態を示す図

【図１４】偏光板による０次光遮断状態を示す図

【図１５】偏向器が単画素の場合の偏向方法を示す図

【図１６】画像表示間で、画面消去を行う場合のタイミ
ングチャート図

【図１７】偏向器における第２の偏向方法の例を示す図

【図１８】水平、垂直両方向に視差を有する場合の立体
表示器の構成図

【図１９】２次元画像を対象とした位相分布の計算原理
を示した説明図

【図２０】水平、垂直方向に視差を持つ場合の光偏向器
の偏向機能を示した説明図

【図２１】図２０の偏向機能を有する位相分布の計算方
法の説明図

【図２２】水平、垂直方向に視差を持つ場合の位相分布
格納テーブルの説明図

【図２３】水平、垂直方向に視差を持つ場合の２次元画
像格納テーブルの説明図

【図２４】水平方向に視差を持つ場合の光偏向器の偏向
機能を示した説明図

【図２５】図２４の偏向機能を実現する位相分布の計算
方法の説明図

【図２６】水平方向にのみ視差を持つ場合の位相分布格
納テーブルの説明図

【図２７】水平方向にのみ視差を持つ場合の２次元画像
格納テーブルの説明図

【図２８】画像分割の場合における光偏向器の偏向機能
を示した説明図

【図２９】図２８の偏向機能を実現する位相分布の計算
方法の説明図

【図３０】画像分割の場合の位相分布格納テーブルの説
明図

【図３１】図２８にレンティキュラレンズを設けて垂直
方向に光学的に拡大したときの偏向状態の説明図

【図３２】立体表示記録・再生システムの概略図

【図３３】ホログラフィック・ステレオグラム作成での
対象物の撮影位置を示した説明図

【図３４】ホログラフィック・ステレオグラムを干渉露
光で作成する説明図

【図３５】ホログラフィック・ステレオグラムを用いて
イメージタイプ・ホログラフィック・ステレオグラムを
干渉露光で作成する説明図

【図３６】イメージタイプ・ホログラフィック・ステレ
オグラムの再生を示す説明図

【図３７】機械的可動部を有する立体表示装置を示す図

【符号の説明】

１・・・撮像装置、２・・・ライン分割部、３・・・再生装置、３・・・録画・再生装置、３・・・録画装置、４・・・時系列並び替え部、５・・・２次元画像表示制御部、５・・・次元画像表示部、６・・・画像表示手段、６・・・２次元画像表示器（２次元画像表示手段）、７・・・偏向制御部、８・・・ＶＧＭ光偏向器（ビーム偏向手段）、８−１・・・垂直方向用ＶＧＭ光偏向器、８−２・・・水平方向用ＶＧＭ光偏向器、１０・・・被写体、１１・・・立体画像、１２・・・投射光学系、１３・・・タイミングコントローラ（タイミング発生
部）、１４・・・角度−電圧変換テーブル、１５・・・電圧発生器、１６・・・電極、１７・・・液晶、１８・・・ガラス基板、１９・・・レンズ、２０・・・レンティキュラレンズ、２１・・・偏光板、２２・・・偏光板、２８・・・位相分布格納テーブル、３０・・・２次元画像入力部４５・・・可視領域、４６・・・画素分位相表示部、４８・・・仮想開口、５０・・・仮想点光源、５２・・・仮想参照光、５４・・・位相表示用画素、５６・・・垂直名水平面、５６・・・水平面、１１２・・・レンティキュラレンズ、３３０−１・・・位置、３６４・・・再生光、３６６・・・視覚領域、５０２・・・ガルバノミラースキャナ、５０３・・・ポリゴンミラー、５０４・・・レンズ、６０１・・・データ圧縮部、６０２・・・記録装置、６０３・・・データ伸長部、６０５・・・編集部、６０６・・・読み出し回路、６０７・・・電圧制御器、

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年６月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】立体画像記録・再生システムは、被写体１
０を２次元画像として撮像する複数の撮像装置１（Ｏ1
〜Ｏn）、この撮像装置１で撮影された画像を視点数に
分割するライン分割部２、このライン分割部２で分割さ
れた２次元画像を時系列に並び替える時系列並び替え部
４、この時系列並び替え部で並び替えられた２次元画像
を時系列順で再生制御する２次元画像表示制御部５、こ
の２次元画像表示制御部５に制御されて２次元画像を時
系列順で再生する表示器６、この表示器６に表示された
２次元画像を前記複数の撮像装置の撮像視点に対応して
偏向制御する偏向制御部７、この偏向制御部７の制御情
報に従って、表示器６に表示された２次元画像を前記複
数の撮像装置の撮像視点へと偏向する光偏向器８、撮像
した画像を録画・再生する録画・再生装置３を備える。
以下、各構成の詳細を説明する。＜撮像装置＞撮像装置１は、例えば、２次元画像を撮像
するカラーＴＶカメラなどであり、被写体に対し、水平
方向、あるいは、垂直方向に適度の間隔をもって複数配
置される。水平方向、あるいは、垂直方向に適度の間隔
をもって撮像装置１を複数配置する理由は、適度の視差
をもって、複数の２次元画像を獲得するためである。視
差が水平方向に生じるためには、撮像装置１を水平方向
に複数並べる。視差が垂直方向に生じるためには、撮像
装置１を垂直方向に複数並べる。視差が水平方向、垂直
方向の両方に生じるためには、撮像装置１を水平方向と
垂直方向の両方に並べる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】撮像装置１で撮影された画像はそれぞれ視
点数に分割される。例えば、カメラＯ1 の原画像は、以
下の表１に従い、図２に示したように、カメラの数ｎだ
けのライン数に分割される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】ＬＣＤは十分な画素数を有し、入射した光
の光量を変化させる。すなわち、ＬＣＤは透過型ディス
プレイであり、通過する光の量を画素毎に変化させて２
次元画像を再生する。この２次元画像は、図４に示した
ように、光源（Ｌ）からの参照光を受け、投射光学系１
２を介して、光偏向器８に投射される。光偏向器８の前
後に互いに偏光方向を直交させた偏光板２１，２２を配
置することにより、０次光を含む偶数次回折光を遮光し
ている。すなわち、最初の偏光板２１で入射光を直線偏
光にして、光偏向器８を通過した後の０次光及び偶数次
回折光を第２の偏光板２２で遮光するのである。偏光板
２２を通過した回折光はレンティキュラレンズ２０によ
り垂直方向に拡散される。＜偏向制御部＞偏向制御部７は、２次元画像表示器６に
表示された２次元画像を前記複数の撮像装置１の撮像視
点に対応して偏向制御する。偏向制御部７は、光偏向器
８に印加する電圧を変化させて位相分布すなわち干渉縞
のピッチを変更する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】図５はＶＧＭ光偏向器を駆動制御図であ
る。偏向制御部７は表示する２次元画面に対応した角度
情報により各画素に印加する電圧を決定する。すなわ
ち、２次元画像表示器６での画像表示に同期したタイミ
ング発生機（タイミングコントローラ）１３からの同期
信号を受け、表示された画像に対応した角度情報を偏向
制御部７が受けると偏向制御部７は角度−電圧変換テー
ブル１４を参照して、その角度情報に対応した電圧を導
き、その電圧を電圧発生器１５で発生させて、光偏向器
の各電極１６に印加する。＜光偏向器＞光偏向器８は、前記偏向制御部７の制御情
報に従って、表示器６に表示された２次元画像を前記複
数の撮像装置１の撮像視点に対応した仮想開口へと偏向
する。光偏向器８としては、ＶＧＭ光偏向器を使用す
る。ＶＧＭ光偏向器は、図６から図８に示したように、
誘電率の異方性（Δε）が０より小さい液晶１７と、こ
の液晶を挟む２枚のガラス基板１８と、このガラス基板
の内側に配置され前記液晶を間にして配置された透明電
極板１６とを備える。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、分割した画像を
用いて立体表示する場合の走査法の例である。図１１で
偏向器は複数画素を持ち、それぞれの画素に対して設け
た電極への印加を異ならしめることで、それぞれの画素
に異なる位相分布を与え、所望の仮想開口に対して偏向
を行っている。この方式の場合、全仮想開口に対して、
１ラインづつ偏向を行う。この場合、偏向器８は複数の
画素を有し、偏向器画素Ｍ_L1，Ｍ_L2，・・・Ｍ_Ln，仮想
開口Ｓ₁，Ｓ₂，・・・Ｓ_nに対して、時間ｔ₁からｔ_nの
間に、以下の順で走査を行う。ｔ₁ Ｍ_L1→Ｓ₁、Ｍ_L2→Ｓ₂ … Ｍ_Ln→Ｓ_n 図１１（Ａ）ｔ₂ Ｍ_L1→Ｓ₂、Ｍ_L2→Ｓ₃ … Ｍ_Ln→Ｓ₁ 図１１（Ｂ）ｔ₃ Ｍ_L1→Ｓ₃、Ｍ_L2→Ｓ₄ … Ｍ_Ln→Ｓ₂ 図１１（Ｃ） … ｔ_n Ｍ_L1→Ｓ_n、Ｍ_L2→Ｓ₁ … Ｍ_Ln→Ｓ_n-1 図１１（Ｄ）（Ｍ_L1→Ｓ₁は、Ｍ_L1の画素が仮想開口Ｓ₁に対して偏向
を行うことを意味する。）この偏向方式の場合、偏向はライン毎の書き込みに同期
して行われる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】ところで、図１３に示すようにＶＧＭ光偏
向器８に直線偏光を入射すると出射側には奇数次回折光
と偶数次回折光が生じ、奇数次回折光と偶数次回折光と
で偏向面が直交する。図４、図１２に示したように、Ｖ
ＧＭ光偏向器８を互いに直交する２枚の偏向板で挟むこ
とで偶数次回折光を遮光することができる。すなわち、
最初の偏光板２１で入射光を直線偏光とし、ＶＧＭ光偏
向器８を通過した後の偶数次回折光を第２の偏光板２２
で遮光する。このため、図１２、図１４に示したように
透過光（０次光）を遮光することができる。なお、２枚
の偏光板は、９０度±１０の角度で交差するならば実質
的に０次光を遮光できる。＜第２の表示例＞図１５は、偏向器８が単一の画素を持
つ場合である。すなわち、偏向器８に一対の電極のみ配
置され、偏向器全体が均一に一定方向にのみ偏向する場
合である。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】この場合、単一画素を持つ光偏向器８では
２次元画像表示器６のＤL1〜ＤLNに対するそれぞれの偏
向角が同じであるため、平行光線となってこのままでは
集束することができない。そこで、光偏向器８の前面に
レンズ１９を用いることで、偏向した画像を所望の仮想
開口に集光せしめている。＜表示の消去制御＞第１、第２の表示例による偏向法の
場合、２次元画像全体の書き込みに同期して偏向は行わ
れる。しかし、ある仮想開口Ｓ_k から次の仮想開口Ｓ
_k+1 に偏向が移るとき、Ｓ_kに偏向した画像の残像がＳ
_k+1の位置で見えないようにするために、偏向制御部７
において、画面書換の前に前表示画面の消去時間を設
け、この時間中は偏向を止める。このとき、２次元画像
表示制御部５では、表示器６の輝度を非常に暗くし、観
察者に残像を感じさせないようにする。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】立体表示器の視域としては３０゜程度が望
ましい。ピッチｄの回折格子に波長λの光を入射すると
き回折角θとは、ｄ・Ｓｉｎθ＝ｎ・λ の関係があり、一次光回折角３０゜を得るためには、λ
＝６３３ｎｍとすると、ｄ＝１．２６μｍとなる。つま
り、通常のＬＣＤで偏向角３０゜の偏向器を得ようとす
ると、ピッチ１μｍ（空間周波数１０００本／ｍｍ）程
度の画素が必要となる。これに対し、本発明に係るＶＧ
Ｍ光偏向器では、空間周波数は印加電圧で決まり、画素
ピッチによらない。従って、望ましい視界の立体表示器
を容易の得ることが可能である。＜実施例２＞図１８は複数の一方向光偏向器を用いた場
合の実施例である。２次元画像表示器６から投射される
２次元画像は横長の画素を持つ垂直方向用ＶＧＭ光偏向
器８−１により、垂直方向に偏向され、さらに、縦長の
画素を持つ水平方向用ＶＧＭ光偏向器８−２により水平
方向に偏向される。これによって、上下両方向に視差を
持つ立体画像１１を表示できる。＜実施例３＞実施例１、２の光偏向器の制御において、
偏向の角度情報により位相分布を変化させる必要があ
る。すなわち、角度情報に従って位相分布を計算して光
偏向器の制御をすることも可能であるが、以下に示すよ
うに位相分布の計算をせずに立体表示することが好まし
い。〔位相分布格納テーブルの作成〕図２２、図２６に示し
た位相分布格納テーブル２８には、視方向の異なる画像
毎に決まる光偏向をもたらす位相分布（干渉縞）が予め
テーブルデータとして格納されており、偏向制御部７は
この位相分布格納テーブルに格納したデータを参照し
て、光偏向器の位相分布を制御する。尚、図２２におい
てΦ11,11、Φ11,12、・・・Φ11,mnは各干渉縞の位相
に対応する。図２６におけるΦ11,1、Φ11,2、・・・Φ
11,nについても同様である。この位相分布格納テーブル
に格納するデータの作成を説明すると次のようになる。１）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（jφ_r）とし、物体光
の波面をＯ・exp（jφ_o）とすると、ホログラムの露光
強度Ｉ_Hは、Ｉ_H＝Ｒ²＋Ｏ²＋２・Ｒ・Ｏ・cos（φ_o−φ_r）・・・（１）となる。ホログラムを現像する場合には、（１）式の露
光強度Ｉ_H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。

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１６】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水野義博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 (72)発明者中島雅人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

【特許請求の範囲】

【請求項１】視方向の異なる２次元画像を表示する２次
元画像表示手段（６）と、該画像表示手段の画像を構成
する画素からの光を偏向するビーム偏向手段（８）とを
備え、前記ビーム偏向手段（８）は、対向する一対の電
極（１６）間に、誘電率の異方性（Δε）が０より小さ
い液晶（１７）を挟んだ光偏向器を使用したことを特徴
とする立体表示装置。
【請求項２】請求項１において、撮像装置（１）で撮
影された画像を視点数に分割するライン分割部（２）、
このライン分割部（２）で分割された２次元画像を時系
列に並び替える時系列並び替え部（４）、この時系列並
び替え部で並び替えられた２次元画像を時系列順で再生
制御する２次元画像表示制御部（５）、を備え、前記ビーム偏向手段（８）は、前記２次元画像表示手段
（６）に表示された２次元画像を、前記複数の撮像装置
（１）の撮像視点に対応して仮想開口へと偏向すること
を特徴とする立体表示装置。
【請求項３】請求項１において、前記ビーム偏向手段
は、画像を水平方向に偏向することを特徴とする立体表
示装置。
【請求項４】請求項１において、前記ビーム偏向手段
は、画像を垂直方向に偏向することを特徴とする立体表
示装置。
【請求項５】請求項１において、画像を水平方向に偏
向する第１のビーム偏向手段と、画像を垂直方向に偏向
する第２のビーム偏向手段とを備えたことを特徴とする
立体表示装置。
【請求項６】請求項１において、前記２次元画像表示
手段は、画像を表示する画素を有し、ビーム偏向手段
は、画像を構成する各画素毎に独立に設けたことを特徴
とする立体表示装置。
【請求項７】請求項１において、前記２次元画像表示
手段は、画像を表示する画素を有し、ビーム偏向手段
は、画像を構成する複数の画素にまたがって設けたこと
を特徴とする立体表示装置。
【請求項８】請求項１において、前記ビーム偏向手段
は、誘電率の異方性（Δε）が０より小さい液晶（１
７）と、この液晶を挟む２枚のガラス基板（１８）と、
このガラス基板の内側に配置され前記液晶を間にして配
置された透明電極板（１６）とを備えたことを特徴とす
る立体表示装置。
【請求項９】請求項１において、前記ビーム偏向手段
は、水平方向にのみ偏向を行い、さらに、垂直方向への
光拡散手段を備えたことを特徴とする立体表示装置。
【請求項１０】請求項１において、前記ビーム偏向手
段は、偏向制御部に制御され、偏向制御部は、位相分布
データを格納した位相分布テーブルを参照して、ビーム
偏向手段による偏向角度を決定することを特徴とする立
体表示装置。
【請求項１１】請求項１において、前記ビーム偏向手
段を挟んだ前後に偏向方向が９０度±１０の角度で交差
する一対の偏光板（２１、２２）を配置したことを特徴
とする立体表示装置。
【請求項１２】請求項１において、ビーム偏向手段に
よって、ある仮想開口Ｓ_k から次の仮想開口Ｓ_k+1 への
偏向が移るとき、偏向制御部（７）において、画面書換
の前に前表示画面の消去時間を設け、この時間中は偏向
を止めることを特徴とする立体表示装置。
【請求項１３】請求項１において、ビーム偏向手段に
よって、ある仮想開口Ｓ_k から次の仮想開口Ｓ_k+1 への
偏向が移るとき、偏向制御部（７）において、画面書換
の前に前表示画面の消去時間を設け、この時間中は偏向
を止めるとともに、２次元画像表示手段による、画像表
示の輝度を暗くすることを特徴とする立体表示装置。
【請求項１４】請求項１において、撮像した画像を録
画し、再生する。録画・再生装置を備えたことを特徴と
する立体表示装置。
【請求項１５】視方向の異なる複数の２次元画像を通
信ネットワークを介して伝送する送信側と、伝送された
前記２次元画像を受信する受信側とを備え、受信した２
次元画像を表示する２次元画像表示手段（６）で表示
し、該画像表示手段の画像を構成する画素からの光を前
記異なる視方向に対応してビーム偏向手段（８）で偏向
することで遠隔地にて立体画像を表示する立体画像通信
システムであって、前記ビーム偏向手段（８）は、対向
する一対の電極間に、誘電率の異方性（Δε）が０より
小さい液晶を挟んだ光偏向器を使用したことを特徴とす
る立体通信システム。