JPH11190968A - ホログラム立体表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】作製が容易で、装置設計の自由度の大きい立体
像の表示装置の実現。 【解決手段】立体像の表示装置は、拡散型ホログラムの
スクリーン１とスクリーン１に向けて情報光を出射する
複数のプロジェクタ２とを備え、複数のプロジェクタ２
からの異なる情報光を左眼用、右眼用に応じて観察者３
の左眼、右眼のそれぞれの位置へ導くような拡散型ホロ
グラムが、スクリーン１に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、拡散型ホログラム
を使用したホログラム立体表示装置に関し、詳細には光
の再帰性を有する拡散性物体又は光の広がりを制御する
拡散性物体の像を形成した拡散型ホログラム上に表示像
を結像させて立体像を表示するホログラム立体表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】左眼用、右眼用の画像を組み合わせて立
体像として認識させる２眼式立体像表示装置として、従
来から、パララックス・ステレオグラムやレンティキュ
ラ板を用いた方式、偏光式、２色式などのものが知られ
ている。このうち、偏光式と２色式は、観察者が特殊な
メガネを必要とし、あまり一般的でない。一方、パララ
ックス・ステレオグラムでは、特殊なメガネを必要とし
ないが、光量の低下や画像の前面にある縦縞状の開口部
であるパララックス・バリヤが目障りである欠点があ
る。

【０００３】そこで、特殊なメガネを使わない立体像の
表示装置としては、現在、レンティキュラ板を用いた方
式が一般的である。しかし、レンティキュラ板を用いた
方式では、立体的に見える観察位置が複数個所あり、立
体的に見える位置を探すのが困難であったり、観察位置
によっては右眼用の画像が左眼に、左眼用の画像が右眼
に入る、いわゆる逆視と呼ばれる現象が発生するなどの
問題があった。

【０００４】このレンティキュラ板を用いた方式に対
し、観察位置を限定することにより逆視の問題を解消
し、明るくかつ見やすいレンティキュラ板を用いた改良
型の２眼式立体像表示装置が提案されている。

【０００５】図４は、レンティキュラ板を用いた改良型
の表示装置の平面図であり、図５は、レンティキュラ板
を用いた改良型の表示装置の側面図である。この表示装
置のスクリーン部１１は、図４に示すように光の反射部
の断面が三角形の凹凸状で、三角形の２辺のなす角度を
９０°にした二面直交鏡面型スクリーン８による光の再
帰性（入射した方向へ戻る性質）を利用している。

【０００６】ここでは観察者３の左眼と右眼との間隔に
等しい距離をあけて配置した２つの表示装置２から出射
した画像の情報光が、二面直交鏡面型スクリーン８によ
って反射され再び表示装置付近に集光するので、観察者
３の眼を表示装置の真上又は真下に配置すれば、立体像
を観察できる。また、反射光を観察者の方に集光して画
像を明るくするために、図５に示すように二面直交鏡面
型スクリーン８を湾曲させている。

【０００７】しかし、単に湾曲させただけでは、視点が
上下にわずかずれただけでも立体像が観察できなくな
る。そこで、二面直交鏡面型スクリーン８上にさらにレ
ンティキュラ板９を重ねて上下方向の視域を拡大してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、二面直交鏡面
型スクリーンを使用した立体像の表示装置では、二面直
交鏡面型スクリーンやレンティキュラ板の作製、これら
の貼り合わせ、スクリーンの湾曲化などに高度の技術を
要し、さらにそのためのコストアップも伴う。また、二
面直交鏡面型スクリーンを用いるため、縦方向に細かい
ピッチの線が見えることが避けられなかった。

【０００９】さらに、二面直交鏡面型スクリーン上にレ
ンティキュラ板を重ねているために横方向にも細かいピ
ッチの線が見える。これらのピッチの線が見えること
は、立体像の画質を大幅に劣化させる原因となってい
た。さらに、光の再帰性を利用しているため、観察者の
スクリーンからの距離は表示装置のスクリーンからの距
離と同じでなければ、左眼、右眼にそれぞれの画像の光
情報が入らず立体像はおろか画像さえ認識できなかっ
た。このことは、装置設計の自由度を著しく低下させて
いた。

【００１０】本発明の目的は、従来技術の前述の欠点を
解決し、拡散型ホログラムを使用したホログラム立体表
示装置を新規に提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、拡散型ホログ
ラムと該拡散型ホログラムに向けて情報光を出射する発
光表示手段とを備えたホログラム立体表示装置におい
て、観察者の左眼用、右眼用に異なる情報光を出射する
２つ以上の発光表示手段と、該発光表示手段からの異な
る情報光を左眼用、右眼用に応じて観察者の左眼、右眼
のそれぞれの位置へ導くような拡散型ホログラムとを備
えたホログラム立体表示装置を提供する。また、該拡散
型ホログラムは、１つのホログラム感光材料中に多重に
ホログラムの像が形成されている上記のホログラム立体
表示装置を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のホログラム立体表示装置
は、観察者の左眼用、右眼用に異なる画像の情報光を出
射する２つ以上の発光表示手段を有する。左眼用、右眼
用に異なる画像の情報光を出射する発光表示手段は、２
台以上いくつあってもよい。つまり左眼用に２台、右眼
用に３台などあってもよい。これら発光表示手段は、そ
の数に応じて多くの情報光を出射でき、それらを組み合
わせることにより複雑な像表現ができる。しかし、ホロ
グラム立体表示装置の構成の簡便性、さらには拡散型ホ
ログラム作製の容易性から発光表示手段は２つであるこ
とが好ましい。発光表示手段には、液晶プロジェクタ、
スライド用プロジェクタ、ＯＨＰなど含む種々のプロジ
ェクタ類を使用できる。

【００１３】一方、本発明のホログラム立体表示装置
は、発光表示手段からの異なる情報光を左眼用、右眼用
に応じて観察者の左眼、右眼のそれぞれの位置へ導くよ
うな拡散型ホログラムを有する。この拡散型ホログラム
は、光の再帰性を有する拡散性物体や光の広がりを制御
する拡散性物体の像が形成された拡散型ホログラムであ
ることが好ましい。

【００１４】拡散性物体の像が形成されることによって
スクリーン上に表示像を結像させることができ、実像表
示による安定した像が視認できる。さらに、光の再帰性
を有する拡散性物体や光の広がりを制御する拡散性物
体、つまり光の広がりが制御できる面形状を有する拡散
性物体、の像が形成されることによって、拡散型ホログ
ラムによる回折光の方向や視野角の広がりを制御できる
ため、明るくて指向性のある表示像が得られる。

【００１５】使用される拡散型ホログラムは、反射型ホ
ログラムでも透過型ホログラムでもよいが、反射型ホロ
グラムの場合には０次の透過光が観察者に与える影響を
無視できて好ましい。また、反射型ホログラムは発光表
示手段やスクリーンである拡散型ホログラム及び観察者
の占領する空間が透過型ホログラムの場合と比べて小さ
くて好ましい。

【００１６】以下の説明では反射型ホログラムを使用す
るものとする。この反射型である拡散型ホログラムに
は、特定の曲率半径を有する凹面状の物体の像（格子
面）が形成されている。そして、発光表示手段から出射
された情報光は、（１）式を満足するようにして、観察
者の眼の位置に導かれる。

【００１７】ここでＬ₁ とＬ₂ はそれぞれ、発光表示手
段と拡散型ホログラムまでの距離及び観察者の眼と拡散
型ホログラムまでの距離であり、Ｌ₃ はホログラム内に
形成されている格子面の曲率半径である。 ２／Ｌ₃ ＝１／Ｌ₁ ＋１／Ｌ₂ （１）

【００１８】ここで拡散型ホログラムの作製時に使用す
る拡散性物体は、作製時の簡便さを考慮すると、光が出
射方向に戻る再帰性と光が多方向に反射する拡散性を併
有する拡散性物体が好ましい。このような物体として例
えば次のものがある。透明で微小な多くのガラスビーズ
を、入射光が入射と反対側のガラスビーズの面側で拡散
的に反射するような材料に部分的に埋め込むなどして、
ガラスビーズの単一層のシートとした再帰反射性シート
や、微小で内面が光反射性を有する立方体箱の頂点部を
切断して三角錐状にし頂点を下にして多数の三角錐を平
面状に並べたコーナキューブなどである。

【００１９】これらの光の再帰性を有する拡散性物体を
用いて曲率半径がＬ₃ の格子面をホログラム感光材料内
に形成するには、ホログラム感光材料の背面に光の再帰
性を有する拡散性物体を配置し、拡散性物体とは反対側
の距離Ｌ₃ の位置に発散性の出射口を有するレーザ光を
ホログラム感光材料に向けて照射するだけでよい。しか
しこの光の再帰性を有する拡散性物体は、これらの構成
や物体に限定されず、光の再帰性と光の散乱性を併有す
る物体であればよい。

【００２０】光の再帰性を有する拡散性物体を用いず
に、拡散型ホログラムを作製するには光の広がりを制御
する拡散性物体、例えば曲率半径がＬ₃ の凹面状の拡散
板をホログラム感光材料の背面に配置し、凹面状の拡散
板とは反対側の距離Ｌ₃ の位置に発散性の出射口を有す
るレーザ光をホログラム感光材料に向けて照射すること
により光の再帰性を有する拡散性物体と同様に拡散型ホ
ログラムが得られる。さらに、他の光の広がりを制御す
る拡散性物体としては、拡散性を有するシリンドリカル
レンズ、拡散性を有する非球面レンズなどがある。

【００２１】本発明では、エンボスタイプ、リップマン
タイプなどのホログラムを使用できる。ホログラム感光
材料としては、ポリビニルカルバゾール、重クロム酸ゼ
ラチン、光レジスト、フォトポリマ、銀塩など種々の感
光材料を使用できる。

【００２２】複数枚の拡散型ホログラムを作製する場
合、発光表示手段の位置と観察者の眼の位置が（１）式
を満足するように、複数のホログラム感光材料に左眼
用、右眼用の拡散型ホログラムを別々に作製すればよ
い。発光表示手段の数に合わせて拡散型ホログラムを作
製してもよい。発光表示手段の数より少ないホログラム
感光材料に形成してもよい。

【００２３】しかし１つのホログラム感光材料に多くの
拡散型ホログラムを形成すると、すなわち多重に物体の
像を形成すると、像を形成した複数枚の拡散型ホログラ
ムを重ねる場合と比べ像ズレや像歪みなどが発生しな
い。さらに、複数枚の拡散型ホログラムを貼りあわせる
工程の必要がなく、作業効率向上が図れる。

【００２４】以下、図面に基づいて本発明をさらに詳細
に説明する。図１は、本発明の立体像を表示するホログ
ラム立体表示装置を示す平面図である。拡散型ホログラ
ムを使用した本発明のスクリーン１上に、このスクリー
ン１から距離Ｌ₁ 離れた位置に人間の左眼と右眼の間隔
と同じ間隔で左右に並んで配置された発光表示手段であ
る２台のプロジェクタ２から出射した左眼用、右眼用の
情報光を入射させ、スクリーン１上に結像させる。

【００２５】２台のプロジェクタ２から出射した情報光
は、スクリーン１によって回折され、左眼用のプロジェ
クタからの情報光はスクリーン１から距離Ｌ₂ の位置に
いる観察者３の左眼に集光され、右眼用のプロジェクタ
からの情報光は観察者の右眼に集光される。

【００２６】図２は、本発明の立体像を表示するホログ
ラム立体表示装置を示す側面図である。プロジェクタ２
からの情報光は、スクリーン１の法線１０となす角度θ
₁ でスクリーン１に入射し、スクリーン１の法線１０と
なす角度θ₂ で観察者の眼に向けて回折される。

【００２７】図３は、本発明の立体像を表示するホログ
ラム立体表示装置に用いる、拡散型ホログラムの作製方
法を示す側面図である。ガラス基板６上に積層されたホ
ログラム感光材料５の背面に光の再帰性を有する拡散性
物体４を配置して、ホログラム感光材料５側から露光光
であるレーザ光をスペーシャルフィルタ７を通して拡大
し照射して作製する。

【００２８】このとき、ホログラム感光材料とレーザ光
の出射部であるスペーシャルフィルタ７との距離Ｌ₃
と、ホログラム感光材料の法線１０とレーザ光の光軸と
のなす角度である露光角度θ₃ を変えることにより、
（１）式の条件を満たしつつ、Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、θ₁ 、θ₂
が自由に決められ、表示装置の設計が自由にできる。

【００２９】この場合、露光角度θ₃ は（２）式及び
（３）式に基づいて算出される。両式において、θ₁ ’
など、ダッシュの付いた角度はホログラム感光材料中で
の角度を意味し、ホログラム感光材料の屈折率をｎとす
ると、ホログラム感光材料外の空気中でのダッシュの付
かない角度とは（３）式の関係にある。ここでｋは１、
２及び３の値をとる。 θ₃ ’＝（θ₁ ’−θ₂ ’）／２ （２） ｓｉｎθ_k ＝ｎｓｉｎθ_k ’ （３）

【００３０】以上は図２に示すような垂直方向の平面内
のみでの眼とプロジェクタの配置を考慮したものである
が、水平方向での配置すなわち左眼と右眼の位置の違い
を考慮すると、左眼と右眼の間隔の半分だけ水平面内で
スペーシャルフィルタ７を左側又は右側へ移動させ、さ
らにレーザ光の光軸が所望の位置、例えばホログラム感
光材料の中心に向かうように水平面内でスペーシャルフ
ィルタ７を傾ければよい。なお、右眼用の拡散型ホログ
ラムか左眼用の拡散型ホログラムかによって、スペーシ
ャルフィルタ７の移動方向は異なる。実際に拡散型ホロ
グラムを作製する場合は、垂直方向と水平方向の配置を
同時に考慮して行う。

【００３１】このように作製した左眼用、右眼用の例え
ば２枚の拡散型ホログラムを、拡散型ホログラムの中心
などを合わせて重ねてスクリーンとすればよい。拡散型
ホログラム３枚、４枚と重ね合わせてもよく、その場合
プロジェクタの数も３台、４台と増加する。

【００３２】１枚のホログラム感光材料中に左眼用、右
眼用のそれぞれの拡散型ホログラムを多重露光するとき
にも、拡散型ホログラムの作製方法は基本的には上記の
ものと変わらない。

【００３３】また、１つのレーザ波長光で作製した拡散
型ホログラムを使用してもよいが、複数のレーザ波長光
で作製した拡散型ホログラムを使用することによりカラ
ーの表示像を有するホログラム立体表示装置が得られ
る。

【００３４】さらに、拡散型ホログラムの作製時に通常
の凸レンズの代わりにシリンドリカルレンズや、非球面
レンズなどを用いてレーザ光の形状を変えて作製した拡
散型ホログラムを使用すると、スクリーンの視域が広大
されたり、縮小されたりしたホログラム立体表示装置が
得られる。

【００３５】なお、透過型ホログラムを使用したホログ
ラム立体表示装置の場合、プロジェクタの位置と観察者
の位置が、スクリーンを挟んで反対の位置となる。この
場合も左眼用、右眼用の複数のプロジェクタが画像の情
報光を透過型ホログラムに向けて出射し、透過型ホログ
ラムがこの情報光を観察者の左眼、右眼の位置に集光さ
せる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。まず、拡散型ホログラムの作製法を
述べる。図１に示してあるＬ₁ が１ｍ、Ｌ₂ が２ｍで、
図２に示してあるθ₁ が３０°、θ₂ が０°、左眼と右
眼の間隔が６０ｍｍ用のホログラムを作製した。使用し
たホログラム感光材料は屈折率ｎが１．４８のフォトポ
リマであり、（１）式、（２）式及び（３）式を使用し
て、Ｌ₃ ＝１．３３ｍ、θ₃ ＝１４．７°の露光条件を
求めた。

【００３７】図３に示す作製方法に従って、ガラス基板
６上に貼り付けたホログラム感光材料５である１枚のフ
ォトポリマの背面に光の再帰性を有する拡散性物体４と
して住友スリーエム社の再帰反射性シート７６１０を配
置して、右眼用の場合はスペーシャルフィルタ７をホロ
グラム感光材料５に向かって右側に３０ｍｍ水平方向に
移動させ、波長５１５ｎｍのレーザの光軸をホログラム
感光材料５の中心に向け露光した。

【００３８】左眼用の場合はスペーシャルフィルタ７を
フォトポリマに向かって左側に３０ｍｍ水平方向に移動
させ、波長５１５ｎｍのレーザの光軸をフォトポリマの
中心に向け同一のフォトポリマに重ねて露光した。

【００３９】このように作製した拡散型ホログラムを板
ガラスに積層してホログラムのスクリーンとした。像の
表示用に使用したプロジェクタは液晶プロジェクタであ
り、図１及び図２に示すように左眼用、右眼用の２台の
プロジェクタを６０ｍｍ離して、スクリーン１からＬ₁
＝１ｍ、法線方向からθ₁ ＝３０°の位置に設置した。
観察者は２ｍ離れて法線の方向から観察し、明るくて良
好な立体像を視認できた。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、従来のレンティキュラ
板を用いた改良型の表示装置のスクリーンと比べきわめ
て簡単に、低コストで拡散型ホログラムのスクリーンを
作製できる。

【００４１】また、この拡散型ホログラムのスクリーン
を用いることで、従来存在していた細かなピッチの線に
よる画質の劣化がなく良好な立体像が得られる。さら
に、拡散型ホログラム作製時の露光の距離、露光角度を
変化させることにより、表示装置、スクリーン、観察者
の位置関係の自由度の大きい立体像表示のホログラム立
体表示装置が実現できる。また、拡散型ホログラム作製
時のレーザ光の形状を変えることにより、観察者の視域
を自由に制御したホログラム立体表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラム立体表示装置を示す平面
図。

【図２】本発明のホログラム立体表示装置を示す側面
図。

【図３】本発明に用いる拡散型ホログラムの作製方法を
示す側面図。

【図４】従来のレンティキュラ板を用いた表示装置の平
面図。

【図５】従来のレンティキュラ板を用いた表示装置の側
面図。

【符号の説明】

１：スクリーン ２：プロジェクタ ３：観察者 ４：光の再帰性を有する拡散性物体 ５：ホログラム感光材料 ６：ガラス基板 ７：スペーシャルフィルタ ８：二面直交鏡面型スクリーン ９：レンティキュラ板 １０：法線 １１：従来のスクリーン部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】拡散型ホログラムと該拡散型ホログラムに
   向けて情報光を出射する発光表示手段とを備えたホログ
   ラム立体表示装置において、観察者の左眼用、右眼用に
   異なる情報光を出射する２つ以上の発光表示手段と、該
   発光表示手段からの異なる情報光を左眼用、右眼用に応
   じて観察者の左眼、右眼のそれぞれの位置へ導くような
   拡散型ホログラムとを備えたホログラム立体表示装置。
2. 【請求項２】該拡散型ホログラムは、１つのホログラム
   感光材料中に多重にホログラムの像が形成されている請
   求項１記載のホログラム立体表示装置。