WO2014119622A1 - 立体映像表示装置 - Google Patents

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WO2014119622A1
WO2014119622A1 PCT/JP2014/051988 JP2014051988W WO2014119622A1 WO 2014119622 A1 WO2014119622 A1 WO 2014119622A1 JP 2014051988 W JP2014051988 W JP 2014051988W WO 2014119622 A1 WO2014119622 A1 WO 2014119622A1
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牧夫 倉重
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大日本印刷株式会社
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    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen

Definitions

  • the present invention relates to a stereoscopic video display device capable of displaying a parallax image.
  • 3D image display devices are attracting attention as movies that display 3D images have become a hot topic.
  • the conventional stereoscopic image display device is premised on an observer wearing glasses, and has a problem that it is bothersome and easy to get tired.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-240965 discloses a technique for displaying a multi-view directional image in time division by changing the direction of light at high speed in time division.
  • the National Institute of Information and Communications Technology Quarterly Report Vol.56VolNos.1 / 2 2010 P.43-P.52 includes a projector array arranged horizontally and vertically and a horizontal direction with respect to the incident light from this projector array.
  • the information communication research organization quarterly report Vol.56 Nos.1 / 2 2010 P.43-P.52
  • the diffusion characteristic of the screen is usually a Gaussian distribution, and it is difficult to completely eliminate the crosstalk.
  • the optimum diffusion characteristics are limited to a very narrow range, which makes it difficult to design and manufacture the screen, resulting in high costs.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic video display apparatus that can visually recognize parallax images in a wide range without complicating the configuration.
  • n regions are provided corresponding to each of n parallax images, and each of them can diffuse coherent light.
  • An optical modulator for generating a modulated image to be There is provided a stereoscopic image display apparatus comprising: a projection optical system that projects each of the n parallax images generated by the modulated image so as to overlap each other on the same surface at different angles.
  • a modulated image is generated by an optical modulator in synchronization with the scanning of n areas with coherent light, and each of the n parallax images generated by the modulated image is projected on the same surface at different angles. For this reason, the area in which separate parallax images can be visually recognized by the right eye and the left eye of the observer widens, and the area in which the stereoscopic image can be visually recognized becomes wide.
  • a diffusing member may be provided in the projection optical system, thereby making it possible to visually recognize a larger parallax image.
  • the diffusing member may have a diffusing characteristic higher than that of the other direction with respect to one direction, and thereby the position of the observer's eyes is shifted up and down by setting the other direction as the up and down direction, for example.
  • the parallax image can be visually recognized correctly.
  • a condensing optical system that condenses each of the n parallax images generated from the modulated image in a separate area on the projection optical system may be provided, thereby efficiently modulating the modulated image light. The light can be focused on the system, and the aperture of the projection optical system can be reduced.
  • a hologram recording medium may be provided as an optical element, so that it is only necessary to form interference fringes for each of the n regions, so that the optical element can be formed relatively easily.
  • each of the n parallax images is horizontally aligned by the projection optical system. Can be lined up.
  • a lens array may be used as the optical element.
  • n strip regions may be closely arranged, so that the irradiation apparatus can continuously scan at each boundary of the n strip regions.
  • the irradiation device may scan each of the n strip regions in the longitudinal direction, and the optical modulator may continue to generate the same modulated image while scanning one strip region.
  • n parallax images can be generated by time division.
  • a position detection unit may be provided to detect the observer's line of sight, and the scanning range of the coherent light on the optical element may be controlled so that a parallax image is projected in the observer's line of sight.
  • the observer can reliably view the stereoscopic image without changing the line of sight.
  • the scanning range of coherent light can be narrowed and the use efficiency of coherent light is improved, a parallax image with higher brightness can be projected onto the screen 23.
  • the optical device may be scanned with coherent light by a scanning device, whereby speckles are temporally superimposed on the same surface and become inconspicuous.
  • a plurality of light source units that emit a plurality of coherent lights having different wavelength bands may be provided in the irradiation device, thereby making it possible to visually recognize a color stereoscopic image.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a stereoscopic video display apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. The figure which shows the modification of FIG. The figure explaining a mode that a parallax image spreads in a horizontal direction intelligibly.
  • (A) is a figure which shows one comparative example which has arrange
  • b) is a figure which shows only the chief ray of the coherent light of (a).
  • FIG. 1 The figure explaining a mode that the image of a scattering plate is reproduced
  • FIG. The figure which shows the scanning direction of the recording surface of the hologram recording medium 55 corresponding to FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a stereoscopic video display apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the stereoscopic image display apparatus 1 of FIG. 1 includes an optical element 50, an irradiation device 60, a light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) 30, and a projection optical system 20.
  • SLM Spatial Light Modulator
  • the optical element 50 is provided corresponding to each of n (n is an integer of 2 or more) parallax images, and has n regions 56 each capable of diffusing coherent light.
  • the optical element 50 includes, for example, a hologram recording medium 55 that can reproduce an image of a scattering plate in an illuminated area LZ provided so as to overlap the position of the light modulator 30. Details of the hologram recording medium 55 will be described later.
  • the irradiation device 60 irradiates the optical element 50 with the coherent light so that the coherent light scans the n regions 56 of the optical element 50.
  • the irradiation device 60 includes a laser light source 61 that emits coherent light, and a scanning device 65 that scans the surface of the optical element 50 with the coherent light emitted from the laser light source 61.
  • the scanning device 65 varies the reflection angle of the incident coherent light at a constant period so that the reflected coherent light scans on the hologram recording medium 55.
  • the light modulator 30 is illuminated by the coherent light that is incident and diffused from the irradiation device 60 to each position of the optical element 50, and the n regions are synchronized with the scanning of the coherent light on the n regions.
  • a modulated image corresponding to each of 56 is generated.
  • each position refers to an arbitrary position in the n regions 56 on the optical element 50 on which the coherent light reflected by the scanning device 65 is incident.
  • the light modulator 30 for example, a transmissive liquid crystal microdisplay can be used.
  • the light modulator 30 illuminated in a planar shape by the irradiation device 60 selects and transmits coherent light for each pixel, so that a modulated image is formed on the display that is the light modulator 30.
  • the image light that is the modulated image thus obtained is scaled by the projection optical system 20 and projected onto the screen 23.
  • the modulated image is displayed on the screen 23 with a magnification, that is, normally enlarged, and the observer can observe the image.
  • a reflective microdisplay can be used as the light modulator 30.
  • a modulated image is formed by the reflected light from the light modulator 30, and the surface on which the light modulator 30 is irradiated with coherent light from the irradiation device 60 and the image light of the modulated image generated by the light modulator 30.
  • the outgoing surface of certain reflected light is the same surface.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • DMD Digital Micromirror Device
  • the illumination device 60 includes the illumination device 60 and the optical element 50, and the illumination device 40 illuminates an illuminated area LZ provided to overlap the position of the light modulator 30.
  • the incident surface of the light modulator 30 has the same shape and size as the illuminated region LZ where the irradiation device 60 emits coherent light. In this case, it is because the coherent light from the irradiation device 60 can be used with high utilization efficiency for displaying an image on the screen.
  • the projection optical system 20 projects each of the n parallax images generated from the modulated image generated by the light modulator 30 on the same surface at different angles.
  • the projection optical system 20 includes a field lens (condensing optical system) 21, a projection lens (optical member) 22, and a screen 23.
  • the field lens 21 is used for scaling the modulated image generated by the light modulator 30, but may be omitted because it is not an essential component. However, by providing the field lens 21, the modulated image light generated by the light modulator 30 can be efficiently incident on the projection lens 22. If the field lens 21 is omitted, the aperture of the projection lens 22 needs to be as large as possible in order to allow the modulated image light from the light modulator 30 to enter.
  • the field lens 21 condenses each of the n parallax images generated from the modulated image in separate areas on the projection lens 22.
  • the projection lens 22 is an essential component used for projecting n parallax images collected in different regions on the screen 23.
  • the screen 23 is made of a diffusion member having a diffusion surface.
  • FIG. 1 shows an example using a transmissive screen 23.
  • the screen 23 may be omitted.
  • a mirror may be arranged instead of the screen 23.
  • the viewer visually recognizes the parallax image from the surface opposite to the surface on which the irradiation device 60 and the like are arranged, using the transmission screen 23.
  • the side visually recognized by the observer is referred to as the front of the screen 23.
  • the transmissive screen 23 has a higher diffusion characteristic in one direction than in the other direction.
  • the horizontal direction is a direction in which horizontally adjacent pixels of a stereoscopic image visually recognized on the transmissive screen 23 are arranged.
  • the hologram recording medium 55 of this embodiment is divided into n strip regions 56, and interference strips are formed in each strip region 56.
  • the coherent light diffracted by the interference fringes is emitted as diffused light. More specifically, the coherent light incident on each position in one of the strip regions 56 of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is diffracted by the hologram recording medium 55 and passes through the field lens 21 and the projection lens 22. After that, the image is projected on the screen 23.
  • each strip area 56 of the hologram recording medium 55 that is, the front and back direction of the paper surface of FIG. 1, is arranged in a direction orthogonal to the horizontal direction of the diffusion surface.
  • FIG. 2 is a diagram showing a recording surface of the hologram recording medium 55.
  • the coherent light from the irradiation device 60 sequentially scans the n strip regions 56 in the longitudinal direction.
  • the scanning direction is indicated by an arrow so that one strip region 56 is scanned once by coherent light.
  • one strip region 56 is moved at a high speed several times. It is possible to scan.
  • strip regions 56 are closely arranged, and the coherent light from the irradiation device 60 performs continuous scanning even when the border of the strip regions 56 is crossed.
  • a plurality of parallax images projected on the screen 23 spread in the horizontal direction, and the viewing area in which the observer can visually recognize the stereoscopic video is widened.
  • the light modulator 30 While the coherent light from the irradiation device 60 scans one strip area 56, the light modulator 30 continues to generate the same modulated image. When the coherent light starts to scan the adjacent strip region 56, the optical modulator 30 switches the modulated image in synchronization therewith.
  • n parallax images for one frame are projected onto the same region of the screen 23 in a time-sharing manner. These n parallax images are projected onto the same area of the screen 23 at different incident angles. These n parallax images are continuously arranged in the horizontal direction of the projection lens 22.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the projection direction of the parallax image in an easy-to-understand manner.
  • FIG. 4 shows an example in which the hologram recording medium 55 is divided into three strip regions 56a, 56b, and 56c for simplification.
  • the optical modulator 30 in synchronization with the coherent light from the irradiation device 60 scanning each strip region 56 of the hologram recording medium 55, the optical modulator 30 generates a modulated image corresponding to each strip region 56.
  • the modulated image is projected onto the screen 23 via the field lens 21 and the projection lens 22.
  • the coherent light from the strip area 56 a illuminates the entire illuminated area LZ that is placed over the optical modulator 30.
  • the parallax image which is a modulated image that has received this illumination, is focused on a partial area 22 a in the projection lens 22 by the field lens 21 and then projected on the entire area of the screen 23.
  • the coherent light from the strip area 56b illuminates the entire illuminated area, and the parallax image, which is a modulated image that has received this illumination, is transmitted to the other partial area 22b in the projection lens 22 by the field lens 21. After being condensed, it is projected on the entire area of the screen 23.
  • the coherent light from the strip area 56c illuminates the entire illuminated area, and the parallax image that is the modulated image that has received this illumination passes through another part of the area 22c in the projection lens 22; Projected to the entire area of the screen 23.
  • the regions 22a, 22b, and 22c in the projection lens 22 are closely arranged in the horizontal direction, and three different parallax images are continuously arranged on the projection lens 22. Also, these parallax images are incident on the screen 23 at different incident angles.
  • the light modulator 30 generates a parallax image in synchronization with the coherent light scanning each of the strip regions 56a to 56c. That is, the optical modulator 30 switches the parallax image in synchronization with which of the strip regions 56a to 56c is scanned by the coherent light.
  • the parallax image corresponding to the strip region 56a is viewed with the right eye, and the parallax image corresponding to the strip region 56c is viewed with the left eye.
  • the observer recognizes a stereoscopic image that appears near the screen 23.
  • the hologram recording medium 55 is divided into three strip regions 56 to display a three-parallax image, and the region where the same parallax image is visually recognized within the projection lens 22 is relatively wide.
  • the strip area 56 finely, an area where the same parallax image is visually recognized in the projection lens 22 is also narrowed, and a stereoscopic image display with more parallax is possible.
  • FIG. 5A is a diagram showing a comparative example in which a plurality of laser light sources 61 are arranged at intervals as the optical element 50, and FIG. 5B shows only the chief ray of the coherent light in FIG. 5A.
  • FIG. 5A is a diagram showing a comparative example in which a plurality of laser light sources 61 are arranged at intervals as the optical element 50, and FIG. 5B shows only the chief ray of the coherent light in FIG. 5A.
  • the three laser light sources 61 are sequentially turned on, and the parallax images generated by the light modulator 30 are switched in synchronization with the lighting of the light sources 61.
  • the positions of parallax images formed on the projection lens 22 are also discrete. Only when the focus position on the screen 23 and the imaging position of the parallax image of the projection lens 22 are aligned in the observer's line of sight when the observer focuses on an arbitrary position on the screen 23, The observer can visually recognize the parallax image on the screen 23.
  • the condensing range of the parallax image of the projection lens 22 is extremely narrow, even if the observer can visually recognize the parallax image, the observer cannot visually recognize the parallax image by merely shifting the line of sight slightly, and the stereoscopic image is visually recognized.
  • the possible viewing area is very narrow. Increasing the number of laser light sources 61 increases the number of viewing directions in which a stereoscopic image can be viewed. However, the stereoscopic image can only be viewed discretely, and it is difficult to widen the viewing zone.
  • the position where the parallax image can be visually recognized varies depending on the interval between the plurality of light sources, the diameter size of the projection lens 22, and the distance between the projection lens 22 and the screen 23. Since the positions where can be visually recognized only appear discretely, it becomes difficult for an observer to find a place where the stereoscopic image can be visually recognized, and if the position is shifted to the left or right, the stereoscopic image cannot be visually recognized.
  • the parallax image can be viewed only discretely, and it is not possible to view the parallax image in a continuous wide range as in the present embodiment. Is possible.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the present embodiment.
  • the stereoscopic image display device 1 in FIG. 6 includes a position detection unit 70 that detects the position of the observer in addition to the configuration in FIG. 1, and the irradiation device 60 includes the observer's detected by the position detection unit 70.
  • the scanning range of the coherent light is controlled according to the position.
  • the position detection unit 70 detects an observer's line of sight, for example.
  • the specific method for detecting the line of sight does not matter.
  • an observer (not shown) attached to the screen 23 captures an image of the observer side that is the front of the screen 23, analyzes the captured image, extracts a human eye area, and further extracts the interior of the eye area. The center of the pupil is extracted to detect the gaze direction.
  • the observer's line of sight detected by the position detector 70 is transmitted to the irradiation device 60.
  • the irradiation device 60 scans the coherent light only in a part of the n regions 56 on the optical element 50 so that the parallax image is projected in the viewing direction of the observer.
  • the light modulator 30 generates a modulated image in synchronization with a region where the irradiation device 60 scans coherent light.
  • the irradiation device 60 in FIG. 6 can narrow the range in which the coherent light is scanned on the optical element 50, and the use efficiency of the coherent light is improved, so that a higher-luminance parallax image is projected onto the screen 23. it can.
  • the position detection unit 70 detects the line of sight of each observer, and based on the detection result, the irradiation device 60 determines the line-of-sight direction of all observers.
  • the coherent light may be scanned only in a necessary area among the n areas 56 on the optical element 50 so that a parallax image is projected onto the optical element 50.
  • the n regions 56 on the optical element 50 are sequentially scanned with coherent light, and the optical modulator 30 performs the same modulated image while the coherent light scans one region 56.
  • the modulated image generated by the optical modulator 30 is switched, and the modulated image is condensed on the corresponding region of the projection lens 22 and then the screen 23. Since the projection is performed, the observer can view the parallax image in a wide range in the horizontal direction through the screen 23 and can widen the viewing area in which the stereoscopic video can be viewed.
  • each strip region 56 of the hologram recording medium 55 is arranged in the direction orthogonal to the horizontal direction of the diffusion surface. It may be arranged in the horizontal direction.
  • the optical modulator 30 does not continue to generate the same modulated image, but generates a modulated image only at a certain timing. Needs to be controlled so that nothing is generated.
  • the hologram recording medium 55 is not necessarily divided into strips, and may be divided into a lattice, for example.
  • the hologram recording medium 55 is divided into a lattice, while the coherent light from the irradiation device 60 scans one lattice region, the light modulator 30 continues to generate the same modulated image and scans the lattice.
  • the region changes the modulated image generated by the light modulator 30 is switched.
  • a parallax image can be projected not only in the horizontal direction of the screen 23 but also in the vertical direction, so that more multi-viewpoints can be realized, and the viewing area in which stereoscopic images can be viewed is further expanded. be able to.
  • the coherent light corresponding to the parallax image projected on the screen 23 is projected onto the screen 23 while the incident angle changes with time, so that speckles generated by the diffusion of the coherent light on the screen 23 are generated. Superimposed over time and inconspicuous.
  • the coherent light that is reflected by the scanning device 65 and scans the hologram recording medium 55 is incident on each position on the hologram recording medium 55 at an incident angle that satisfies the diffraction condition of the hologram recording medium 55. I am doing so. Since interference fringes are formed on the hologram recording medium 55, the coherent light incident on each point on the hologram recording medium 55 is diffracted by the interference fringes so as to illuminate the same illuminated region LZ. It has become. More specifically, the coherent light incident on each point on the hologram recording medium 55 is superimposed on the illuminated area LZ to reproduce the image of the scattering plate.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining how the image of the scattering plate 6 is formed on the hologram recording medium 55 as interference fringes.
  • the scattering plate 6 is a reference member that scatters light, and a specific form of the reference member is not limited.
  • the hologram recording medium 55 is manufactured using the scattered light from the actual scattering plate 6 as the object light Lo.
  • FIG. 7 shows a state in which a photosensitive hologram photosensitive material 58 having photosensitivity, which is a material for forming the hologram recording medium 55, is exposed to reference light Lr and object light Lo made of coherent light having mutual coherence. .
  • the reference light Lr for example, laser light from a laser light source 61 that oscillates laser light in a specific wavelength region is used.
  • the reference light Lr passes through the condensing element 7 made of a lens and is incident on the hologram photosensitive material 58.
  • the laser light corresponding to the reference light Lr is incident on the condensing element 7 as a parallel light beam parallel to the optical axis of the condensing element 7.
  • the reference light Lr is transmitted through the condensing element 7, so that the reference light Lr is shaped, that is, converted into a convergent light beam from the parallel light beam so far and is incident on the hologram photosensitive material 58.
  • the focal position FP of the convergent light beam Lr is at a position past the hologram photosensitive material 58.
  • the hologram photosensitive material 58 is disposed between the condensing element 7 and the focal position FP of the convergent light beam Lr collected by the condensing element 7.
  • the object light Lo is incident on the hologram photosensitive material 58 as scattered light from a scattering plate 6 made of, for example, opal glass.
  • the hologram recording medium 55 to be manufactured is a transmissive type, and the object light Lo is incident on the hologram photosensitive material 58 from the same surface as the reference light Lr.
  • the object light Lo is premised on having coherency with the reference light Lr. Therefore, for example, the laser light oscillated from the same laser light source 61 can be branched, and one of the branched light can be used as the reference light Lr and the other can be used as the object light Lo.
  • a parallel light beam parallel to the normal direction to the plate surface of the scattering plate 6 is incident on the scattering plate 6 and scattered, and the scattered light transmitted through the scattering plate 6 is the object light Lo.
  • the light enters the hologram photosensitive material 58.
  • the object light Lo from the scattering plate 6 is incident on the hologram photosensitive material 58 with a substantially uniform light amount distribution. Is possible.
  • the reference light Lr is incident on each position of the hologram photosensitive material 58 with a substantially uniform light amount from the entire area of the exit surface 6 a of the scattering plate 6. It becomes easy. In such a case, the light incident on each position of the obtained hologram recording medium 55 reproduces the image 5 of the scattering plate 6 with the same brightness, and the reproduced scattering plate 6 It can be realized that the image 5 is observed with substantially uniform brightness.
  • the reference light Lr and the object light Lo are exposed to the hologram photosensitive material 58, the reference light Lr and the object light Lo interfere with each other to generate an interference fringe.
  • the refractive index modulation pattern is recorded on the hologram photosensitive material 58 as an example. Thereafter, appropriate post-processing corresponding to the type of the hologram photosensitive material 58 is performed, and the hologram recording medium 55 is obtained.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining how the image of the scattering plate is reproduced using the interference fringes formed on the hologram recording medium 55 obtained through the exposure process of FIG.
  • the hologram recording medium 55 formed of the hologram photosensitive material 58 of FIG. 7 is light having the same wavelength as the laser beam used in the exposure process, and the optical path of the reference light Lr in the exposure process The light traveling in the opposite direction satisfies the Bragg condition. That is, as shown in FIG. 8, the reference point SP positioned with respect to the hologram recording medium 55 so as to have the same positional relationship as the relative position of the focal point FP with respect to the hologram photosensitive material 58 during the exposure process (see FIG. 7).
  • the divergent light beam that diverges from the light beam and has the same wavelength as the reference light Lr during the exposure process is diffracted by the hologram recording medium 55 as the reproduction illumination light La, and is relative to the hologram photosensitive material 58 during the exposure process.
  • the reproduced image 5 of the scattering plate 6 is generated at a specific position with respect to the hologram recording medium 55 that has the same positional relationship as the position (see FIG. 7).
  • the light Lb formed by diffracting the reproduction illumination light La which is the reproduction light for generating the reproduction image 5 of the scattering plate 6, by the hologram recording medium 55 travels from the scattering plate 6 toward the hologram photosensitive material 58 during the exposure process.
  • Each point of the image 5 of the scattering plate 6 is reproduced as light traveling in the opposite direction along the optical path of the object light Lo that has been emitted.
  • the object light Lo emitted from each position on the exit surface 6a of the scattering plate 6 during the exposure process is incident on almost the entire region of the hologram photosensitive material 58, respectively.
  • the configuration of the irradiation device 60 that irradiates the optical element 50 including the hologram recording medium 55 with the coherent light will be described.
  • the stereoscopic image display device 1 of FIG. 1 an example in which one laser light source 61 is provided in the irradiation device 60 is shown, but in order to display a color stereoscopic image, for example, three colors corresponding to each color of RGB are provided. It is necessary to provide the laser light source 61.
  • FIG. 9 is a view showing an example of an irradiation apparatus 60 having three laser light sources 61.
  • each of the three color laser light sources 61r, 61g, and 61b that generates coherent light and a scanning device 65 that changes the traveling direction of the coherent light from these laser light sources 61 are provided.
  • the laser light sources 61r, 61g, and 61b emit coherent light with different wavelength bands. Specifically, the laser light source 61r emits red light, the laser light source 61g emits green light, and the laser light source 61b Emits blue light. In addition to these three types of laser light sources 61, there may be provided a laser light source 61 having a separate wavelength band, that is, emitting other colors such as yellow. Further, at least one of the laser light sources 61r, 61g, and 61b may be replaced with a laser light source 61 that emits light of a different color.
  • the hologram recording medium 55 for example, as shown in an enlarged view in FIG. 10, a plurality of strip regions 56r, 56g, and 56b that are respectively irradiated by the laser light sources 61r, 61g, and 61b are closely arranged as one set. Interference fringes corresponding to these sets are repeatedly formed.
  • the hologram recording medium 55 includes a strip region 56r irradiated with the laser light source 61r, a strip region 56g irradiated with the laser light source 61g, and a strip region 56b irradiated with the laser light source 61b. N sets are closely arranged in the horizontal direction.
  • the laser light sources 61r, 61g, and 61b simultaneously scan the corresponding strip regions 56r, 56g, and 56b in one set, the illuminated region LZ is illuminated in white with the diffused light from these strip regions 56 overlapping. Will be. Therefore, if a color modulated image is generated by the light modulator 30, the color of the modulated image is projected on the screen 23 as it is.
  • the strip regions 56r, 56g, and 56b are collectively referred to as a strip region 56.
  • adjacent groups need to be closely arranged, but the boundaries between the three strip regions 56r, 56g, 56b in the same group do not necessarily have to be adjacent. There may be gaps. In this case, the coherent light reflected by the scanning device 65 is not incident on the gap, but there is no practical problem. Further, the strip regions 56r, 56g, and 56b of each color in one set do not need to have the same area.
  • the reference light Lr and the object light Lo are irradiated to each recording area and interfere with the corresponding recording area according to the principle of FIG. What is necessary is just to form a stripe.
  • a laser light source 61 that emits light in a color other than red, green, and blue for example, a laser light source 61 that emits yellow light separately provides a color closer to white.
  • the type of the laser light source 61 provided in the irradiation device 60 is not particularly limited. For example, when four color laser light sources 61 are provided, n pairs of strip regions 56 each corresponding to each of the four colors may be formed on the hologram recording medium 55 in association with each laser light source 61.
  • the scanning device 65 changes the traveling direction of the coherent light with time, and directs it in various directions so that the traveling direction of the coherent light is not constant. As a result, the coherent light whose traveling direction is changed by the scanning device 65 scans the incident surface of the hologram recording medium 55 of the optical element 50. In the example of FIG. 9, since three types of coherent light from the laser light sources 61r, 61g, and 61b are incident on the scanning device 65, the scanning device 65 changes the reflection angle of these coherent light over time to generate a hologram. The n pairs of strip regions 56 for each color of the recording medium 55 are scanned.
  • coherent light from the laser light sources 61 r, 61 g, 61 b is converged to one point of the scanning device 65.
  • the area of the reflection surface of the scanning device 65 may be small, the weight of the scanning device 65 can be reduced, and the power consumption required to rotate the scanning device 65 can be reduced.
  • the coherent light from the three laser light sources 61r, 61g, 61b converges to one point, strong light is irradiated to a specific portion of the reflection surface, and the durability of the scanning device 65 is shortened. There is a sex problem. Therefore, a method of dispersing the coherent light irradiated on the reflection surface of the scanning device 65 is also conceivable.
  • coherent light emitted from the laser light sources 61r, 61g, and 61b is incident on the scanning device 65 as parallel light, and the coherent light reflected by the scanning device 65 is incident on the hologram recording medium 55 as divergent light. It is a figure which shows an example.
  • coherent light from the laser light sources 61r, 61g, and 61b is incident on three locations of the scanning device 65, and the coherent light is reflected toward the hologram recording medium 55 from each location.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example in which a laser array 62 in which three color laser light sources 61r, 61g, and 61b are built in one chip is used as a light source. Also in the example of FIG. 12, the same hologram recording medium 55 as in FIG. 1 is used, and the configuration of the projection optical system 20 is the same as in FIG.
  • the laser light sources 61r, 61g, 61b in the laser array 62 emit coherent light in parallel directions
  • a condensing lens as a converging optical system is provided, and the coherent light is scanned as shown in FIG. It may be converged to 65 identical points.
  • the laser light sources 61r, 61g, 61b can be easily positioned, and variations in optical paths among the apparatuses are suppressed.
  • the hologram recording medium 55 described with reference to FIG. 10 and the like has n regions 56 for each color of the laser light sources 61r, 61g, and 61b.
  • interference fringes corresponding to the respective colors are recorded in a multiplexed manner in the surface direction.
  • the hologram recording medium 55 does not interfere with the diffraction conditions of coherent light in the wavelength regions of other colors, that is, so that the wavelength spectra of the mutual diffraction do not interfere with each other. It is necessary to adjust the film thickness and the refractive index modulation amount ⁇ n.
  • reference numerals 55r, 55g, and 55b are assigned to the recording areas corresponding to the respective colors. However, the recording areas 55r, 55g, and 55b are divided into n areas.
  • FIG. 13 shows an example of multiplex recording on the reflection type hologram recording medium 55, but a transmission type hologram recording medium 55 may be used as shown in FIG.
  • the hologram recording medium 55 may have a laminated structure, and a specific color may be diffracted by each layer.
  • a red layer 55r, a green layer 55g, and a blue layer 55b are stacked from top to bottom, and each layer receives coherent light in each wavelength region of each color. Interference fringes for causing interference are recorded.
  • each of the layers 55r, 55g, and 55b is divided into n regions.
  • each of the layers 55r, 55g, and 55b is divided into three recording areas in the plane direction of the hologram recording medium 55 as in FIG. 13, and is used to actually reproduce the scattering plate image.
  • the recording area to be recorded is only the hatched area. Therefore, when forming interference fringes for each layer, the interference fringes need only be formed in the hatched region.
  • FIG. 15 it is possible to form interference fringes in the entire area of each layer without dividing the recording area into three recording areas, and to use the entire area in the surface direction for reproducing the scattering plate image. Good.
  • the reflection type hologram recording medium 55 (hereinafter referred to as reflection type holo) has higher wavelength selectivity than the transmission type hologram recording medium 55 (hereinafter referred to as transmission type holo). That is, the reflection type holo can diffract coherent light having a desired wavelength only by a desired layer even if interference fringes corresponding to different wavelengths are laminated.
  • the reflection type holo is also excellent in that it is easy to remove the influence of zero-order light.
  • the transmission type holo has a wide diffractable spectrum and a wide tolerance of the laser light source 61.
  • interference fringes corresponding to different wavelengths are laminated, coherent light of a desired wavelength is generated even in layers other than the desired layer. It will be diffracted. Therefore, in general, it is difficult to make the transmission type holo a laminated structure.
  • a part of the coherent light from the irradiation device 60 passes through the hologram recording medium 55 without being diffracted by the hologram recording medium 55.
  • Such light is called zero order light. If zero-order light enters the illuminated area LZ, point areas, linear areas, and planar areas, which are abnormal areas where the brightness, that is, the brightness increases sharply compared to the surrounding area, are within the illuminated area LZ. Will occur.
  • the optical modulator 30 and the projection optical system 20 are not arranged in the direction in which the zero-order light travels, and therefore the zero-order light can be avoided relatively easily.
  • the optical modulator 30 and the projection optical system 20 are highly likely to be arranged in a direction close to the direction in which the zero-order light travels, and attention is required.
  • the scanning device 65 since the optical path of the coherent light reflected by the scanning device 65 changes, the zero-order light may pass through the optical modulator 30 and the projection optical system 20. Therefore, when the configuration of FIG. 1 is adopted, the scanning device 65, the optical modulator, and the like according to the traveling path of the zero-order light so that the zero-order light does not pass through the optical modulator 30 and the projection optical system 20. 30 and the location of the projection optical system 20 need to be designed.
  • the optical element 50 may include a plurality of hologram recording media 55. Further, the optical element 50 may include a volume hologram that is recorded using a photosensitive medium including a silver salt material. Further, the optical element 50 may include a reflection type volume hologram recording medium 55 or may include a relief type, that is, an embossed type hologram recording medium 55.
  • the volume type hologram is preferable.
  • the hologram interference fringes are recorded as a refractive index modulation pattern inside the medium, that is, a refractive index distribution, it is not affected by scattering due to the uneven structure on the surface.
  • the hologram recording medium 55 is preferably a volume hologram using a photopolymer.
  • a so-called Fresnel type hologram recording medium 55 is produced.
  • a Fourier transform type hologram recording medium 55 obtained by performing recording using a lens is produced. It doesn't matter. However, when the Fourier transform type hologram recording medium 55 is used, a lens may also be used during image reproduction.
  • the refractive index modulation pattern and the concave / convex pattern which are striped patterns to be formed on the hologram recording medium 55, do not use the actual object light Lo and the reference light Lr, but the planned wavelength and incident direction of the reproduction illumination light La.
  • it may be designed using a computer based on the shape and position of the image to be reproduced.
  • the hologram recording medium 55 obtained in this way is also called a computer-generated hologram.
  • the hologram recording medium 55 as a computer-generated hologram corresponds to each coherent light in each wavelength range.
  • the coherent light in each wavelength region may be diffracted in the corresponding region to reproduce an image.
  • the optical element 50 includes the hologram recording medium 55 that expands the coherent light irradiated to each position and illuminates the entire illuminated area LZ using the expanded coherent light.
  • the optical element 50 changes the traveling direction of the coherent light irradiated to each position and diffuses instead of the hologram recording medium 55 or in addition to the hologram recording medium 55 so that the entire area to be illuminated LZ is coherent light.
  • the irradiation apparatus 60 scans the lens array with the coherent light so as to irradiate the optical element 50 with the coherent light.
  • the irradiation device 60 and the optical element 50 By configuring the irradiation device 60 and the optical element 50 so that the traveling direction of the coherent light incident on the position is changed by the lens array to illuminate the illuminated area LZ, speckles are effectively inconspicuous. Can be made.
  • a lens array including at least three lenses corresponding to the laser light sources 61r, 61g, and 61b. Coherent light emitted from the corresponding laser light source 61 and reflected by the scanning device 65 is incident on each lens. Each lens diffuses the incident coherent light and irradiates the entire illuminated area LZ. Thereby, even if the hologram recording medium 55 is not provided, the entire illuminated area LZ can be illuminated, for example, in white.

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Abstract

［課題］拡散面の広い範囲で視差画像を視認可能な立体映像表示装置を提供する。 ［解決手段］立体映像表示装置１は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の視差画像のそれぞれに対応して設けられ、それぞれがコヒーレント光を拡散し得るｎ個の領域を有する光学素子５０と、光学素子にコヒーレント光を照射して、該コヒーレント光を前記ｎ個の領域上で走査させる照射装置６０と、照射装置から光学素子の各位置に入射されて拡散されたコヒーレント光によって照明され、コヒーレント光がｎ個の領域上を走査するのに同期して、ｎ個の領域のそれぞれに対応する変調画像を生成する光変調器３０と、変調画像により生成される前記ｎ個の視差画像のそれぞれを異なる角度で同一の面に重ねて投射する投射光学系２０と、を備える。

Description

立体映像表示装置
　本発明は、視差画像を表示させることができる立体映像表示装置に関する。
　立体映像を表示する映画が大きな話題になったこともあり、立体映像表示装置が注目されている。従来の立体映像表示装置は、観察者が眼鏡をかけるのを前提としており、煩わしくて疲れやすいという問題があった。
　このため、観察者が裸眼で立体映像を視認可能な方式がいくつか提案され、製品化もされている。例えば、特開２００７－２４０９６５号公報には、時間分割で高速に光の方向を変化させて多視点の指向性画像を時分割で表示する技術が開示されている。また、情報通信研究機構季報　Vol.56 Nos.1/2 2010 P.43-P.52には、水平および垂直方向に配列したプロジェクタアレーと、このプロジェクタアレーからの入射光に対して水平方向には狭い角度の拡散角特性を持ち、垂直方向に広い拡散角を有するリアスクリーンとを備えて立体画像を表示する技術が開示されている。
　複数の視差画像を裸眼で観察する場合、各視差画像間のクロストーク、すなわち重なりが問題となる。従来は、特開２００７－２４０９６５号公報に開示されているように、ＬＥＤなどからなる複数の光源を間隔を置いて配置して、これらを順次点灯させて、異なる視差画像を異なる角度で出射させていた。出射光は、観察面にレンズで集光されるため、隣接する光源同士の間隔が大きいと、最終的な出射光の角度が各光源ごとに飛び飛びになり、各視差画像の出射角度間隔も広がってしまい、立体映像を視認可能な領域を見つけにくくなる。
　出射角度が飛び飛びになるのを抑制するために、情報通信研究機構季報　Vol.56 Nos.1/2 2010 P.43-P.52に記載されているように、観察面に配置されるスクリーンにわずかに拡散特性を持たせる手法も提案されているが、スクリーンの拡散特性は通常、ガウシアン分布であり、クロストークを完全に除去するのは難しい。また、最適な拡散特性が極めて狭い範囲に限られており、スクリーンの設計や製造が難しく、コスト高になる。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成を複雑化することなく、広い範囲で視差画像を視認可能な立体映像表示装置を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、ｎ個（ｎは２以上の整数）の視差画像のそれぞれに対応して設けられ、それぞれがコヒーレント光を拡散し得るｎ個の領域を有する光学素子と、
　前記光学素子に前記コヒーレント光を照射して、該コヒーレント光を前記ｎ個の領域上で走査させる照射装置と、
　前記照射装置から前記光学素子の各位置に入射されて拡散されたコヒーレント光によって照明され、コヒーレント光が前記ｎ個の領域上を走査するのに同期して、前記ｎ個の領域のそれぞれに対応する変調画像を生成する光変調器と、
　前記変調画像により生成される前記ｎ個の視差画像のそれぞれを、異なる角度で同一の面に重ねて投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置が提供される。
　ｎ個の領域上をコヒーレント光が走査するのに同期して光変調器で変調画像を生成し、変調画像により生成されるｎ個の視差画像のそれぞれを異なる角度で同一の面に重ねて投射するため、観察者の右目と左目で別々の視差画像を視認可能な領域が広がり、立体画像を視認可能な領域が広くなる。
　また、投射光学系に拡散部材を設けてもよく、これにより、より大きな視差画像を視認可能となる。
　また、拡散部材は、一方向に対して他方向よりも高い拡散特性を有していてもよく、これにより、例えば他方向を上下方向とすることで、観察者の目の位置が上下にずれても、視差画像を正しく視認できる。
　また、変調画像により生成されるｎ個の視差画像のそれぞれを投射光学系上の別個の領域に集光させる集光光学系を設けてもよく、これにより、変調画像光を効率的に投射光学系に集光でき、投射光学系の口径を小さくできる。
　また、光学素子としてホログラム記録媒体を設けてもよく、これにより、ｎ個の領域のそれぞれごとに干渉縞を形成すればよいため、比較的容易に光学素子を形成できる。その際、ｎ個の領域に対応するｎ個の短冊領域の長手方向を、同一の面の水平方向に直交する方向に配置すれば、投射光学系でｎ個の視差画像のそれぞれを水平方向に並べることができる。なお、光学素子としてレンズアレイを用いてもよい。
　また、ｎ個の短冊領域を密接配置してもよく、これにより、照射装置は、ｎ個の短冊領域の各境界においても、連続的に走査することができる。
　また、照射装置は、ｎ個の短冊領域のそれぞれを長手方向に走査し、一つの短冊領域を走査している間は光変調器が同じ変調画像を生成し続けるようにしてもよく、これにより、時分割でｎ個の視差画像を生成できる。
　また、位置検出部を設けて観察者の視線を検出して、観察者の視線方向に視差画像が投射されるように、光学素子上のコヒーレント光の走査範囲を制御してもよく、これにより、観察者は、視線を変更しなくても、確実に立体画像を視認可能となる。また、コヒーレント光の走査範囲を狭めることができ、コヒーレント光の利用効率が向上することから、より高輝度の視差画像をスクリーン２３に投射できる。
　また、走査デバイスでコヒーレント光を光学素子上を走査させてもよく、これにより、同一の面上でスペックルが時間的に重畳されて目立たなくなる。
　また、波長帯域がそれぞれ異なる複数のコヒーレント光を放射する複数の光源部を照射装置に設けてもよく、これにより、カラーの立体画像を視認可能となる。
　本発明によれば、構成を複雑化することなく、同一の面の広い範囲で視差画像を視認可能な立体映像表示装置を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る立体映像表示装置の概略構成を示す図。 ホログラム記録媒体５５の記録面の走査方向を示す図。 図２の一変形例を示す図。 視差画像が水平方向に広がる様子をわかりやすく説明する図。 （ａ）は光学素子５０として複数のレーザ光源６１のそれぞれを間隔を隔てて配置した一比較例を示す図、（ｂ）は（ａ）のコヒーレント光の主光線のみを示す図。 本実施形態の一変形例を示す図。 ホログラム感光材料５８に散乱板６の像を干渉縞として形成する様子を説明する図。 図７の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体５５に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図。 ３つのレーザ光源６１を有する照射装置６０の一例を示す図。 図９に対応したホログラム記録媒体５５の記録面の走査方向を示す図。 レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂから放射されるコヒーレント光が平行光のまま走査デバイス６５に入射され、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光が発散光としてホログラム記録媒体５５に入射される例を示す図。 ３色のレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを一つのチップに内蔵したレーザアレイ６２を光源として用いる例を示す図。 各色に対応する干渉縞を面方向に多重記録したホログラム記録媒体５５の一例を示す図。 ホログラム記録媒体５５を積層構造にして、各層で特定の色を回折させる例を示す図。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから適宜変更したり、誇張してある。
　図１は本発明の一実施形態に係る立体映像表示装置の概略構成を示す図である。図１の立体映像表示装置１は、光学素子５０と、照射装置６０と、光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）３０と、投射光学系２０とを備えている。
　光学素子５０は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の視差画像のそれぞれに対応して設けられ、それぞれがコヒーレント光を拡散し得るｎ個の領域５６を有する。光学素子５０は、例えば、光変調器３０の位置に重ねて設けられる被照明領域ＬＺに散乱板の像を再生し得るホログラム記録媒体５５を有する。ホログラム記録媒体５５の詳細については後述する。
　照射装置６０は、コヒーレント光が光学素子５０のｎ個の領域５６上を走査するように、光学素子５０にコヒーレント光を照射する。照射装置６０は、コヒーレント光を放射するレーザ光源６１と、レーザ光源６１から放射されたコヒーレント光を光学素子５０の表面上で走査させる走査デバイス６５とを有する。
　走査デバイス６５は、入射されたコヒーレント光の反射角度を一定周期で可変させて、反射されたコヒーレント光がホログラム記録媒体５５上を走査するようにしている。
　光変調器３０は、照射装置６０から光学素子５０の各位置に入射されて拡散されたコヒーレント光によって照明され、コヒーレント光がｎ個の領域上を走査するのに同期して、ｎ個の領域５６のそれぞれに対応する変調画像を生成する。ここで、各位置とは、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光が入射される光学素子５０上のｎ個の領域５６内の任意の位置を指す。
　光変調器３０として、例えば、透過型の液晶マイクロディスプレイを用いることができる。この場合、照射装置６０によって面状に照明される光変調器３０が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、光変調器３０であるディスプレイ上に変調画像が形成される。こうして得られた変調画像である映像光は、投射光学系２０によって、変倍されてスクリーン２３へ投射される。これにより、変調画像がスクリーン２３上に変倍、すなわち通常は拡大されて表示され、観察者は当該画像を観察することができる。
　なお、光変調器３０として、反射型のマイクロディスプレイを用いることも可能である。この場合、光変調器３０での反射光によって変調画像が形成され、光変調器３０へ照射装置６０からコヒーレント光が照射される面と、光変調器３０で生成された変調画像の映像光である反射光の出射面が同一の面となる。このような反射光を利用する場合、光変調器３０としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いることも可能である。
　図１の照射装置６０と光学素子５０で照明装置４０が構成され、照明装置４０は光変調器３０の位置に重ねて設けられる被照明領域ＬＺを照明する。
　光変調器３０の入射面は、照射装置６０がコヒーレント光を照射する被照明領域ＬＺと同一の形状および大きさであることが好ましい。この場合、照射装置６０からのコヒーレント光を、スクリーンへの映像の表示に高い利用効率で利用することができるためである。
　投射光学系２０は、光変調器３０が生成した変調画像により生成されるｎ個の視差画像のそれぞれを異なる角度で同一の面に重ねて投射する。投射光学系２０は、フィールドレンズ（集光光学系）２１と、プロジェクションレンズ（光学部材）２２と、スクリーン２３とを有する。
　フィールドレンズ２１は、光変調器３０で生成された変調画像を変倍するために用いられるが、必須の構成部品ではないため、省略してもよい。ただし、フィールドレンズ２１を設けることにより、光変調器３０で生成された変調画像光を効率よくプロジェクションレンズ２２に入射させることができる。もし、フィールドレンズ２１を省略した場合は、光変調器３０からの変調画像光を入射させるためにプロジェクションレンズ２２の口径をできるだけ大きくする必要がある。
　フィールドレンズ２１は、変調画像により生成されるｎ個の視差画像のそれぞれを、プロジェクションレンズ２２上の別個の領域に集光させる。プロジェクションレンズ２２は、別々の領域に集光されたｎ個の視差画像をスクリーン２３上に重ねて投射するために用いられる必須構成部品である。
　スクリーン２３は拡散面を有する拡散部材からなる。図１では透過型スクリーン２３を用いる例を示している。なお、スクリーン２３は省略しても構わない。あるいは、スクリーン２３の代わりにミラーを配置してもよい。
　図１では、透過型スクリーン２３を用いて、照射装置６０等が配置される面とは反対の面側から観察者が視差画像を視認する。以下では、観察者が視認する側をスクリーン２３の正面とする。
　図１の透過型スクリーン２３は、拡散面の水平方向には拡散特性を持たせてもよいが、持たせなくてもよい。一方、垂直方向には広い拡散角を持っている。すなわち、透過型スクリーン２３は、一方向に対して他方向よりも高い拡散特性を有する。これにより、水平方向では、異なる角度で入射された複数の視差画像を視認でき、垂直方向では、入射角が大きく拡散することから、観察者の目の位置が上下にずれても、視差画像を正しく視認できる。ここで、水平方向とは、透過型スクリーン２３で視認される立体映像の水平隣接画素の並ぶ方向である。
　以下では、光学素子５０として、ホログラム記録媒体５５を用いる例をまず最初に説明する。本実施形態のホログラム記録媒体５５は、ｎ個の短冊領域５６に分かれており、各短冊領域５６には干渉縞が形成されている。各短冊領域５６にコヒーレント光が入射されると、干渉縞で回折されたコヒーレント光が拡散光となって放射される。より詳細には、照射装置６０からホログラム記録媒体５５のいずれかの短冊領域５６内の各位置に入射されたコヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５で回折されて、フィールドレンズ２１とプロジェクションレンズ２２を通過した後に、スクリーン２３上に投射される。
　また、本実施形態では、ホログラム記録媒体５５の各短冊領域５６の長手方向、すなわち図１の紙面の表裏方向は、拡散面の水平方向に直交する方向に配置されている。
　図２はホログラム記録媒体５５の記録面を示す図である。照射装置６０からのコヒーレント光は、ｎ個の短冊領域５６を順次に長手方向に走査する。図２では、一つの短冊領域５６を１回ずつコヒーレント光が走査するように矢印で走査方向を示しているが、実際には図３に示すように、１つの短冊領域５６を複数回高速に走査することもあり得る。
　ｎ個の短冊領域５６は、密接配置されており、照射装置６０からのコヒーレント光は、短冊領域５６の境界をまたぐ際にも連続的な走査を行う。これにより、スクリーン２３に投射される複数の視差画像が水平方向に広がり、観察者が立体映像を視認可能な視域が広くなる。
　照射装置６０からのコヒーレント光が一つの短冊領域５６を走査している間は、光変調器３０は同じ変調画像を生成し続ける。コヒーレント光が隣接する短冊領域５６を走査し始めると、それに同期して光変調器３０は変調画像を切り替える。
　このように、照射装置６０による各短冊領域５６上のコヒーレント光の走査と光変調器３０が生成する変調画像の切替とは同期して行われる。したがって、ｎ個の短冊領域５６をすべて走査し終わった時点で、１フレーム分のｎ個の視差画像が時分割でスクリーン２３の同じ領域に投射されることになる。これらｎ個の視差画像は、それぞれ異なる入射角度でスクリーン２３の同じ領域に投射される。そして、これらｎ個の視差画像は、プロジェクションレンズ２２の水平方向に連続的に並ぶことになる。
　図４は視差画像の投射方向をわかりやすく説明する図である。図４では、簡略化のために、ホログラム記録媒体５５が３つの短冊領域５６ａ、５６ｂ、５６ｃに分かれている例を示している。図示のように、照射装置６０からのコヒーレント光がホログラム記録媒体５５の各短冊領域５６を走査するのに同期して、光変調器３０は各短冊領域５６に対応する変調画像を生成し、この変調画像がフィールドレンズ２１とプロジェクションレンズ２２を介してスクリーン２３に投射される。
　短冊領域５６ａからのコヒーレント光は、光変調器３０に重ねて配置される被照明領域ＬＺの全域を照明する。この照明を受けた変調画像である視差画像は、フィールドレンズ２１によりプロジェクションレンズ２２内の一部の領域２２ａに集光された後、スクリーン２３の全域に投射される。
　また、短冊領域５６ｂからのコヒーレント光は、被照明領域の全域を照明し、この照明を受けた変調画像である視差画像は、フィールドレンズ２１によりプロジェクションレンズ２２内の他の一部の領域２２ｂに集光された後、スクリーン２３の全域に投射される。
　さらに、短冊領域５６ｃからのコヒーレント光は、被照明領域の全域を照明し、この照明を受けた変調画像である視差画像は、プロジェクションレンズ２２内の他の一部の領域２２ｃを通過した後、スクリーン２３の全域に投射される。
　プロジェクションレンズ２２内の領域２２ａ、２２ｂ、２２ｃは水平方向にそれぞれ密接配置されており、プロジェクションレンズ２２上では、異なる３つの視差画像が連続的に並ぶことになる。また、これらの視差画像は、それぞれ異なる入射角度でスクリーン２３に入射される。
　光変調器３０は、コヒーレント光が短冊領域５６ａ～５６ｃのそれぞれを走査するのに同期して、視差画像を生成する。すなわち、光変調器３０は、コヒーレント光が短冊領域５６ａ～５６ｃのどれを走査するかに同期して、視差画像を切り替える。
　図４のように、スクリーン２３の正面にいる観察者２４が、スクリーン２３の任意の水平位置に焦点を合わせると、その位置を通過する観察者の視線方向にあるプロジェクションレンズ２２上の領域２２ａ～２２ｃのいずれかに対応した視差画像を視認できることになる。観察者の目には、この視差画像がスクリーン２３上に形成されているように見える。
　観察者の目が例えば図４に示す位置にある場合は、右目では短冊領域５６ａに対応する視差画像を視認し、左目では短冊領域５６ｃに対応する視差画像を視認することになり、これらの視差により、観察者にはスクリーン２３付近に立体画像が浮かび上がって認識される。
　図４の例では、ホログラム記録媒体５５を３つの短冊領域５６に分けて３視差画像の表示を行っており、プロジェクションレンズ２２内で同じ視差画像が視認される領域も比較的広い。短冊領域５６を細かく分けることにより、プロジェクションレンズ２２内で同じ視差画像が視認される領域も狭くなり、より多視差の立体映像表示が可能となる。
　図５（ａ）は光学素子５０として複数のレーザ光源６１のそれぞれを間隔を隔てて配置した一比較例を示す図、図５（ｂ）は図５（ａ）のコヒーレント光の主光線のみを示す図である。
　この比較例では、３つのレーザ光源６１を順次に点灯させ、各光源６１の点灯に同期させて、光変調器３０で生成する視差画像を切り替える。この比較例のように、複数の光源６１のそれぞれが間隔を隔てて離散的に配置されている場合には、プロジェクションレンズ２２上に結像する視差画像の位置も離散的になる。観察者がスクリーン２３の任意の位置に焦点を合わせたときに、観察者の視線方向にスクリーン２３上の焦点位置とプロジェクションレンズ２２の視差画像の結像位置とが並んでいる場合に限って、観察者はスクリーン２３上に視差画像を視認できることになる。
　プロジェクションレンズ２２の視差画像の集光範囲は極めて狭いため、仮に観察者が視差画像を視認できても、視線方向をわずかにずらすだけで、観察者は視差画像を視認できなくなり、立体画像を視認可能な視域が極めて狭くなる。レーザ光源６１の数を増やせば、立体画像を視認可能な視方向の数が増えるが、立体画像が離散的にしか視認できないことには変わりはなく、視域を広くすることは困難である。
　図５の例では、視差画像を視認可能な位置は、複数の光源同士の間隔、プロジェクションレンズ２２の径サイズ、およびプロジェクションレンズ２２とスクリーン２３との距離によって変わるが、いずれにしても、視差画像が視認できる位置が離散的にしか現れないため、観察者は、立体画像を視認できる場所を見つけるのが困難になり、少しでも左右にずれると立体画像を視認できなくなってしまう。
　このように、複数のレーザ光源６１を離散的に配置する手法では、視差画像も離散的にしか視認できなくなり、本実施形態のように、視差画像を連続的な広い範囲で視認することは不可能である。
　図６は本実施形態の一変形例を示す図である。図６の立体映像表示装置１は、図１の構成に加えて、観察者の位置を検出する位置検出部７０を備えており、照射装置６０は、位置検出部７０で検出された観察者の位置に合わせて、コヒーレント光の走査範囲を制御する。
　位置検出部７０は、例えば、観察者の視線を検出する。視線を検出する具体的な手法は問わない。例えば、スクリーン２３に取り付けられた不図示のカメラで、スクリーン２３の正面である観察者側を撮影し、その撮影画像を解析して、人間の眼領域を抽出し、さらに、その眼領域の内部の瞳孔の中心を抽出して視線方向を検出する。
　位置検出部７０で検出された観察者の視線は、照射装置６０に伝達される。照射装置６０は、観察者の視線方向に視差画像が投射されるように、光学素子５０上のｎ個の領域５６のうち一部の領域のみでコヒーレント光を走査させる。また、光変調器３０は、照射装置６０がコヒーレント光を走査させる領域に同期させて、変調画像を生成する。
　以上により、図６の照射装置６０は、光学素子５０上でコヒーレント光を走査させる範囲を狭めることができ、コヒーレント光の利用効率が向上することから、より高輝度の視差画像をスクリーン２３に投射できる。
　また、スクリーン２３の正面に複数の観察者がいる場合には、位置検出部７０で各観察者の視線を検出し、その検出結果に基づいて、照射装置６０は、すべての観察者の視線方向に視差画像が投射されるように、光学素子５０上のｎ個の領域５６のうち必要な領域のみでコヒーレント光を走査させればよい。
　このように、本実施形態では、光学素子５０上のｎ個の領域５６を順にコヒーレント光で走査させ、コヒーレント光が一つの領域５６を走査している間は、光変調器３０で同じ変調画像を生成するようにし、コヒーレント光が走査する領域５６が変化すると、光変調器３０で生成する変調画像を切り替えるようにし、この変調画像をプロジェクションレンズ２２の対応領域に集光させた後にスクリーン２３に投射するため、観察者はスクリーン２３を通して水平方向に広い範囲で視差画像を視認でき、立体映像を視認可能な視域を広げることができる。
　なお、上述した実施形態では、ホログラム記録媒体５５の各短冊領域５６の長手方向を、拡散面の水平方向に直交する方向に配置する例を説明したが、各短冊領域５６の長手方向を拡散面の水平方向に配置してもよい。この場合、照射装置６０が一つの短冊領域５６でコヒーレント光を走査している間に、光変調器３０で同じ変調画像を生成し続けるのではなく、あるタイミングだけ変調画像を生成し、それ以外は何も生成しないような制御が必要となる。
　また、ホログラム記録媒体５５は、必ずしも短冊状に分割する必要はなく、例えば、格子状に分割してもよい。ホログラム記録媒体５５を格子状に分割した場合は、照射装置６０からのコヒーレント光が一つの格子領域を走査している間は、光変調器３０で同じ変調画像を生成し続けて、走査する格子領域が変化すると、光変調器３０で生成する変調画像を切り替えることになる。このような制御を行うと、スクリーン２３の水平方向だけでなく、垂直方向にも視差画像を投射でき、より多くの多視点化が可能となって、立体映像を視認可能な視域をより広げることができる。
　本実施形態では、スクリーン２３に投射された視差画像に対応するコヒーレント光は、時間的に入射角度が変化しながらスクリーン２３に投射されるため、スクリーン２３上でコヒーレント光の拡散で生じるスペックルが時間的に重畳されて目立たなくなる。
　次に、本実施形態で用いるホログラム記録媒体５５について詳述する。本実施形態では、走査デバイス６５で反射されてホログラム記録媒体５５上を走査するコヒーレント光は、ホログラム記録媒体５５上の各位置に、ホログラム記録媒体５５の回折条件を満たすような入射角度で入射するようにしている。ホログラム記録媒体５５上には干渉縞が形成されていることから、ホログラム記録媒体５５上の各点に入射したコヒーレント光は、この干渉縞で回折されて、同一の被照明領域ＬＺを照明するようになっている。より詳細には、ホログラム記録媒体５５上の各点に入射したコヒーレント光は、被照明領域ＬＺに重ねて散乱板の像を再生するようにしている。
　このようなコヒーレント光の回折作用を可能にするホログラム記録媒体５５として、例えば、フォトポリマーを用いた透過型の体積型ホログラムが考えられる。図７はホログラム記録媒体５５に散乱板６の像を干渉縞として形成する様子を説明する図である。ここで、散乱板６とは、光を散乱させる参照部材であり、参照部材の具体的な形態は問わない。
　図７に示すように、ホログラム記録媒体５５は、実物の散乱板６からの散乱光を物体光Ｌｏとして用いて作製されている。図７には、ホログラム記録媒体５５の形成材料である感光性を有するホログラム感光材料５８に、互いに干渉性を有するコヒーレント光からなる参照光Ｌｒと物体光Ｌｏとを露光する状態が示されている。
　参照光Ｌｒとしては、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源６１からのレーザ光が用いられている。参照光Ｌｒは、レンズからなる集光素子７を透過してホログラム感光材料５８に入射される。図７に示す例では、参照光Ｌｒに対応するレーザ光が、集光素子７の光軸と平行な平行光束として、集光素子７に入射される。参照光Ｌｒは、集光素子７を透過することによって、それまでの平行光束から収束光束に整形、すなわち変換され、ホログラム感光材料５８に入射される。この際、収束光束Ｌｒの焦点位置ＦＰは、ホログラム感光材料５８を通り過ぎた位置にある。すなわち、ホログラム感光材料５８は、集光素子７と、集光素子７によって集光された収束光束Ｌｒの焦点位置ＦＰと、の間に配置されている。
　次に、物体光Ｌｏは、たとえばオパールガラスからなる散乱板６からの散乱光として、ホログラム感光材料５８に入射される。図７の例では、作製されるべきホログラム記録媒体５５が透過型であり、物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと同じ側の面からホログラム感光材料５８に入射される。物体光Ｌｏは、参照光Ｌｒと干渉性を有することが前提である。したがって、例えば、同一のレーザ光源６１から発振されたレーザ光を分岐させて、分岐された一方を上述の参照光Ｌｒとして利用し、他方を物体光Ｌｏとして使用することができる。
　図７に示す例では、散乱板６の板面への法線方向と平行な平行光束が、散乱板６に入射されて散乱され、そして、散乱板６を透過した散乱光が物体光Ｌｏとしてホログラム感光材料５８に入射される。この方法によれば、通常安価に入手可能な等方散乱板を散乱板６として用いた場合に、散乱板６からの物体光Ｌｏを、ホログラム感光材料５８に概ね均一な光量分布で入射することが可能となる。またこの方法によれば、散乱板６による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料５８の各位置に、散乱板６の出射面６ａの全域から概ね均一な光量で参照光Ｌｒが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体５５の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板６の像５を同様の明るさで再生すること、および、再生された散乱板６の像５が概ね均一な明るさで観察されることが実現され得る。
　以上のようにして、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏがホログラム感光材料５８に露光されると、参照光Ｌｒおよび物体光Ｌｏが干渉して干渉縞が生成され、この光の干渉縞が、何らかのパターン、例えば体積型ホログラムでは、一例として、屈折率変調パターンとして、ホログラム感光材料５８に記録される。その後、ホログラム感光材料５８の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録媒体５５が得られる。
　図８は図７の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体５５に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図である。図８に示すように、図７のホログラム感光材料５８にて形成されたホログラム記録媒体５５は、露光工程で用いられたレーザ光と同一波長の光であって、露光工程における参照光Ｌｒの光路を逆向きに進む光によって、そのブラッグ条件が満たされるようになる。すなわち、図８に示すように、露光工程時におけるホログラム感光材料５８に対する焦点ＦＰの相対位置（図７参照）と同一の位置関係をなすようにしてホログラム記録媒体５５に対して位置する基準点ＳＰから発散し、露光工程時における参照光Ｌｒと同一の波長を有する発散光束は、再生照明光Ｌａとして、ホログラム記録媒体５５にて回折され、露光工程時におけるホログラム感光材料５８に対する散乱板６の相対位置（図７参照）と同一の位置関係をなすようになるホログラム記録媒体５５に対する特定の位置に、散乱板６の再生像５を生成する。
　この際、散乱板６の再生像５を生成する再生光である再生照明光Ｌａをホログラム記録媒体５５で回折してなる光Ｌｂは、露光工程時に散乱板６からホログラム感光材料５８へ向かって進んでいた物体光Ｌｏの光路を逆向きに進む光として散乱板６の像５の各点を再生する。そして、上述したように、また図７に示すように、露光工程時に散乱板６の出射面６ａの各位置から出射する物体光Ｌｏが、それぞれ、ホログラム感光材料５８の概ね全領域に入射するように拡散すなわち広がっている。すなわち、ホログラム感光材料５８上の各位置には、散乱板６の出射面６ａの全領域からの物体光Ｌｏが入射された結果として、出射面６ａ全体の情報がホログラム記録媒体５５の各位置にそれぞれ記録されている。
このため、図８に示された、再生照明光Ｌａとして機能する基準点ＳＰからの発散光束をなす各光は、それぞれ単独で、ホログラム記録媒体５５の各位置に入射して互いに同一の輪郭を有した散乱板６の像５を、互いに同一の位置である被照明領域ＬＺに再生することができる。
　ホログラム記録媒体５５に入射した光は、被照明領域ＬＺの方向に回折されるため、無駄な散乱光を効果的に抑制できる。したがって、ホログラム記録媒体５５に入射される再生照明光Ｌａをすべて、散乱板６の像を形成するために有効利用できる。
　次に、このようなホログラム記録媒体５５からなる光学素子５０にコヒーレント光を照射する照射装置６０の構成について説明する。図１の立体映像表示装置１では、照射装置６０内に１個のレーザ光源６１を設ける例を示しているが、カラーの立体映像を表示するためには、例えばＲＧＢの各色に対応した３つのレーザ光源６１を設ける必要がある。
　図９は３つのレーザ光源６１を有する照射装置６０の一例を示す図である。この例では、それぞれがコヒーレント光を生成する３色のレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂと、これらレーザ光源６１からのコヒーレント光の進行方向を変化させる走査デバイス６５と、を有する。
　レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂは、それぞれ波長帯域が違うコヒーレント光を放射するものであり、具体的には、レーザ光源６１ｒは赤色で発光し、レーザ光源６１ｇは緑色で発光し、レーザ光源６１ｂは青色で発光する。これら３種類のレーザ光源６１に加えて、別個の波長帯域を有する、すなわち他の色である例えば黄色で発光するレーザ光源６１を設けてもよい。また、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの少なくとも一つを別の色で発光するレーザ光源６１に置換してもよい。
　ホログラム記録媒体５５には、例えば図１０に拡大図示するように、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂのそれぞれが照射する計３つの短冊領域５６ｒ、５６ｇ、５６ｂを一つの組として、密接配置された複数の組に対応する干渉縞が繰り返し形成されている。図１０の例では、レーザ光源６１ｒが照射される短冊領域５６ｒと、レーザ光源６１ｇが照射される短冊領域５６ｇと、レーザ光源６１ｂが照射される短冊領域５６ｂとからなる組が、ホログラム記録媒体５５の水平方向にｎ組密接配置されている。レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂは同時に、一つの組内の対応する短冊領域５６ｒ、５６ｇ、５６ｂをそれぞれ走査するため、被照明領域ＬＺは、これら短冊領域５６からの拡散光が重なり合って白色で照明されることになる。よって、光変調器３０でカラーの変調画像を生成すれば、その変調画像の色がそのままスクリーン２３に投射されることになる。以下では、短冊領域５６ｒ、５６ｇ、５６ｂを総称して短冊領域５６と呼ぶ。
　ここで、図１０において、隣接する組同士は密接配置されている必要があるが、同じ組内の３つの短冊領域５６ｒ、５６ｇ、５６ｂ同士の境界は、必ずしも隣接していなくてもよく、間に隙間があってもよい。この場合、隙間には、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光が入射されないことになるが、実用上問題はない。また、一つの組内の各色の短冊領域５６ｒ、５６ｇ、５６ｂ同士は等面積である必要もない。
　ホログラム記録媒体５５に各色ごとのｎ組分の短冊領域５６を形成するには、図７の原理で、各記録領域ごとに参照光Ｌｒと物体光Ｌｏを照射して、対応する記録領域に干渉縞を形成すればよい。
　レーザ光源６１ｒ，６１ｇ、６１ｂの特性にもよるが、赤緑青以外の色で発光するレーザ光源６１、例えば、黄色で発光するレーザ光源６１を別個に設けた方が、より白色に近い色を再現できる場合もある。したがって、照射装置６０内に設けるレーザ光源６１の種類は、特に限定されるものではない。例えば、４色のレーザ光源６１を設ける場合は、各レーザ光源６１に対応づけて、ホログラム記録媒体５５に各組が４色のそれぞれに対応したｎ組分の短冊領域５６を形成すればよい。
　走査デバイス６５は、コヒーレント光の進行方向を経時的に変化させ、コヒーレント光の進行方向が一定とはならないよう種々の方向へ向ける。この結果、走査デバイス６５で進行方向を変化させられるコヒーレント光が、光学素子５０のホログラム記録媒体５５の入射面上を走査するようになる。図９の例では、走査デバイス６５にはレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからの３種類のコヒーレント光が入射されるため、走査デバイス６５は、これらコヒーレント光の反射角度を経時に変化させて、ホログラム記録媒体５５の各色ごとのｎ組分の短冊領域５６上を走査させる。
　図９では、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからのコヒーレント光が走査デバイス６５の一点に収束している。このため、走査デバイス６５の反射面の面積が小さくてもよく、走査デバイス６５の重量も軽量化でき、走査デバイス６５の回動に要する消費電力も少なくて済む。その一方で、３つのレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからのコヒーレント光が一点に収束するため、反射面の特定箇所に強い光が照射されることになり、走査デバイス６５の寿命が短くなるという耐久性の問題がある。そこで、走査デバイス６５の反射面に照射されるコヒーレント光を分散させる手法も考えられる。
　図１１は、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂから放射されるコヒーレント光が平行光のまま走査デバイス６５に入射され、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光が発散光としてホログラム記録媒体５５に入射される例を示す図である。
　図１１の例では、走査デバイス６５の３箇所にレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂからのコヒーレント光が入射され、各箇所からホログラム記録媒体５５に向けて、コヒーレント光が反射されることになる。
　また、図１２は、３色のレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを一つのチップに内蔵したレーザアレイ６２を光源として用いる例を示す図である。図１２の例でも、図１と同様のホログラム記録媒体５５が用いられ、投射光学系２０の構成も図１と同様である。
　なお、レーザアレイ６２内のレーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂは平行な方向にコヒーレント光を放射するため、収束光学系としての集光レンズを設けて、これらコヒーレント光を図９に示すように走査デバイス６５の同一点に収束させてもよい。
　図１２の装置では、レーザアレイ６２を用いることで、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの位置決めが容易になり、各装置間での光路のばらつきも抑制される。
〔ホログラム記録媒体５５の構造〕
　図１０等で説明したホログラム記録媒体５５は、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの各色ごとにｎ個の領域５６を有する。これら各色ごとのｎ個の領域５６のそれぞれには、図１３に示すように、各色に対応する干渉縞が面方向に多重記録されている。この場合、各色のコヒーレント光の設計入射角にて、他の色の波長域のコヒーレント光の回折条件が干渉しないように、すなわち、互いの回折の波長スペクトルが干渉しないように、ホログラム記録媒体５５の膜厚と屈折率変調量Δｎを調整する必要がある。
　なお、図１３では、各色に対応した記録領域に、符号５５ｒ、５５ｇ、５５ｂを付しているが、各記録領域５５ｒ、５５ｇ、５５ｂは、ｎ個の領域に分割されている。
　図１３は、反射型のホログラム記録媒体５５に多重記録する例を示しているが、図１等のように、透過型のホログラム記録媒体５５を用いてもよい。
　あるいは、図１４に示すように、ホログラム記録媒体５５を積層構造にして、各層で特定の色を回折させてもよい。図１４の例では、上から下に向かって、赤用の層５５ｒと、緑用の層５５ｇと、青用の層５５ｂとが積層され、各層には、各色の各波長域のコヒーレント光を干渉させるための干渉縞がそれぞれ記録されている。図１４においても、各層５５ｒ、５５ｇ、５５ｂは、ｎ個の領域に分割されている。
　図１４の例では、図１３と同様に、各層５５ｒ、５５ｇ、５５ｂともに、ホログラム記録媒体５５の面方向に３つの記録領域に分割されており、実際に散乱板像を再生するために使用される記録領域は、斜線を付した領域のみである。したがって、各層ごとに干渉縞を形成する際には、斜線を付した領域のみに干渉縞を形成すればよい。あるいは、図１５に示すように、面方向に３つの記録領域に分割せずに、各層の全領域に干渉縞をそれぞれ形成して、面方向の全域を散乱板像の再生に利用してもよい。
（反射型と透過型のホログラム記録媒体５５）
　反射型のホログラム記録媒体５５（以下、反射型ホロ）は、透過型のホログラム記録媒体５５（以下、透過型ホロ）に比べて、波長選択性が高い。すなわち、反射型ホロは、異なる波長に対応した干渉縞を積層させても、所望の層のみで所望の波長のコヒーレント光を回折させることができる。また、０次光の影響を除去しやすい点でも、反射型ホロは優れている。
　一方、透過型ホロは、回折可能なスペクトルが広く、レーザ光源６１の許容度が広いが、異なる波長に対応した干渉縞を積層させると、所望の層以外の層でも所望の波長のコヒーレント光が回折されてしまう。よって、一般には、透過型ホロは、積層構造にするのが困難である。
〔０次光の回避〕
　照射装置６０からのコヒーレント光の一部は、ホログラム記録媒体５５で回折されることなく当該ホログラム記録媒体５５を透過する。このような光は０次光と呼ばれる。０次光が被照明領域ＬＺに入射してしまうと、周囲と比較して明るさすなわち輝度が急激に上昇する異常領域である点状領域、線状領域、面状領域が被照明領域ＬＺ内に発生してしまう。
　反射型のホログラム記録媒体５５を用いる場合は、０次光が進行する方向には光変調器３０と投射光学系２０は配置されないため、０次光を比較的容易に回避できるが、図１等に示す透過型のホログラム記録媒体５５を用いる場合は、０次光が進行する方向と近い方向に光変調器３０と投射光学系２０が配置される可能性が高く、注意が必要である。
　例えば、図１の構成では、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光の光路は変化するため、０次光が光変調器３０や投射光学系２０を通過する可能性がある。このため、図１の構成を採用する場合には、０次光が光変調器３０や投射光学系２０を通過しないように、０次光の進行経路に応じて、走査デバイス６５、光変調器３０および投射光学系２０の配置場所を設計する必要がある。
（光学素子５０）
　上述した形態において、光学素子５０が、フォトポリマーを用いた透過型の体積型ホログラム５５からなる例を示したが、これに限られない。既に説明したように、光学素子５０は複数のホログラム記録媒体５５を含んでいてもよい。また、光学素子５０は、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。さらに、光学素子５０は、反射型の体積型ホログラム記録媒体５５を含んでいてもよいし、レリーフ型すなわちエンボス型のホログラム記録媒体５５を含んでいてもよい。
　ただし、レリーフすなわちエンボス型ホログラムは、表面の凹凸構造によってホログラム干渉縞の記録が行われる。しかしながら、このレリーフ型ホログラムの場合、表面の凹凸構造による散乱が、新たなスペックル生成要因となる可能性があり、この点において体積型ホログラムの方が好ましい。体積型ホログラムでは、媒体内部の屈折率変調パターンすなわち屈折率分布としてホログラム干渉縞の記録が行われるため、表面の凹凸構造による散乱による影響を受けることはない。
　もっとも、体積型ホログラムでも、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプのものは、銀塩粒子による散乱が新たなスペックル生成要因となる可能性がある。この点において、ホログラム記録媒体５５としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムの方が好ましい。
　また、図７に示す露光工程では、いわゆるフレネルタイプのホログラム記録媒体５５が作成されることになるが、レンズを用いた記録を行うことにより得られるフーリエ変換タイプのホログラム記録媒体５５を作成しても構わない。ただ、フーリエ変換タイプのホログラム記録媒体５５を用いる場合には、像再生時にもレンズを使用してもよい。
　また、ホログラム記録媒体５５に形成されるべき縞状パターンである屈折率変調パターンや凹凸パターンは、現実の物体光Ｌｏおよび参照光Ｌｒを用いることなく、予定した再生照明光Ｌａの波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計されてもよい。このようにして得られたホログラム記録媒体５５は、計算機合成ホログラムとも呼ばれる。また上述した変形例のように波長域の互いに異なる複数のコヒーレント光が照射装置６０から照射される場合には、計算機合成ホログラムとしてのホログラム記録媒体５５は、各波長域のコヒーレント光にそれぞれ対応して設けられた複数の領域に平面的に区分けされ、各波長域のコヒーレント光は対応する領域で回折されて像を再生するようにしてもよい。
　さらに、上述した形態において、光学素子５０が、各位置に照射されたコヒーレント光を拡げて、当該拡げたコヒーレント光を用いて被照明領域ＬＺの全域を照明するホログラム記録媒体５５を有する例を示したが、これに限られない。光学素子５０は、ホログラム記録媒体５５に代えて、或いはホログラム記録媒体５５に加えて、各位置に照射されたコヒーレント光の進行方向を変化させるとともに拡散させて、被照明領域ＬＺの全域をコヒーレント光で照明する光学要素としてのレンズアレイを有するようにしてもよい。このような具体例として、拡散機能を付与された全反射型または屈折型フレネルレンズや、フライアイレンズ等を挙げることができる。このような照射装置６０においても、照射装置６０が、レンズアレイ上をコヒーレント光が走査するようにして、光学素子５０にコヒーレント光を照射するようにし、且つ、照射装置６０から光学素子５０の各位置に入射したコヒーレント光が、レンズアレイによって進行方向を変化させられて被照明領域ＬＺを照明するよう、照射装置６０および光学素子５０を構成しておくことにより、スペックルを効果的に目立たなくさせることができる。
　より具体的には、本実施形態の場合、レーザ光源６１ｒ、６１ｇ、６１ｂのそれぞれに対応した少なくとも３つのレンズを含むレンズアレイを設ける必要がある。各レンズには、対応するレーザ光源６１から放射されて、走査デバイス６５で反射されたコヒーレント光が入射される。そして、各レンズは、入射されたコヒーレント光を拡散させて、被照明領域ＬＺの全域に照射する。これにより、ホログラム記録媒体５５を設けなくても、被照明領域ＬＺの全域を例えば白色で照明できる。
　本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

Claims (13)

  1. 　ｎ個（ｎは２以上の整数）の視差画像のそれぞれに対応して設けられ、それぞれがコヒーレント光を拡散し得るｎ個の領域を有する光学素子と、
    　前記光学素子に前記コヒーレント光を照射して、該コヒーレント光を前記ｎ個の領域上で走査させる照射装置と、
    　前記照射装置から前記光学素子の各位置に入射されて拡散されたコヒーレント光によって照明され、コヒーレント光が前記ｎ個の領域上を走査するのに同期して、前記ｎ個の領域のそれぞれに対応する変調画像を生成する光変調器と、
    　前記変調画像により生成される前記ｎ個の視差画像のそれぞれを異なる角度で同一の面に重ねて投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
  2. 　前記投射光学系は、前記面に配置されて、前記変調画像に対応するコヒーレント光を拡散させる拡散部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
  3. 　前記拡散部材は、一方向に対して他方向よりも高い拡散特性を有することを特徴とする請求項２に記載の立体映像表示装置。
  4. 　前記拡散部材は、前記面で視認される立体映像の水平隣接画素の並ぶ方向である水平方向に直交する方向に対して、水平方向よりも高い拡散特性を有することを特徴とする請求項３に記載の立体映像表示装置。
  5. 　前記変調画像により生成される前記ｎ個の視差画像のそれぞれを前記投射光学系上に設けられる光学部材の別個の領域に集光させる集光光学系を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
  6. 　前記光学素子は、ホログラム記録媒体であり、
    　前記ｎ個の領域のそれぞれは、前記ホログラム記録媒体の一方向に延在されてコヒーレント光を回折させる干渉縞が形成された短冊領域であることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
  7. 　前記ｎ個の短冊領域の長手方向は、前記拡散面の水平方向に直交する方向に配置されることを特徴とする請求項６に記載の立体映像表示装置。
  8. 　前記ｎ個の短冊領域のそれぞれは密接配置されることを特徴とする請求項６に記載の立体映像表示装置。
  9. 　前記照射装置は、前記ｎ個の短冊領域のそれぞれについて、順次にその長手方向に沿ってコヒーレント光を走査させ、
    　前記光変調器は、前記照射装置が一つの短冊領域上でコヒーレント光を走査させている間は、該短冊領域に対応する変調画像を生成し続けることを特徴とする請求項６に記載の立体映像表示装置。
  10. 　観察者の位置を検出する位置検出部を備え、
    　前記照射装置は、前記ｎ個の領域の一部のみでコヒーレント光を走査させて、前記位置検出部で検出された観察者の位置で視差画像を視認させることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
  11. 　前記位置検出部は、観察者の視線を検出することを特徴とする請求項１０に記載の立体映像表示装置。
  12. 　前記照射装置は、
    　コヒーレント光を放射する光源と、
    　前記光源から放射されたコヒーレント光の反射角度を調整して、反射されたコヒーレント光を前記光学素子上で走査させる走査デバイスと、を有することを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
  13. 　前記光源は、波長帯域がそれぞれ異なる複数のコヒーレント光を放射する複数の光源部を有し、
    　前記光学素子は、前記複数の光源部のそれぞれごとに、対応する光源部からのコヒーレント光が走査する前記ｎ個の領域を有することを特徴とする請求項１２に記載の立体映像表示装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016072504A1 (ja) * 2014-11-07 2017-08-17 大日本印刷株式会社 照明装置および車両

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016090901A (ja) * 2014-11-07 2016-05-23 大日本印刷株式会社 光学装置
TWI617767B (zh) * 2017-08-22 2018-03-11 雷射照明系統及其雷射光斑消除方法
CN109425995A (zh) * 2017-08-24 2019-03-05 陈致晓 激光照明系统及其激光光斑消除方法
US10880529B2 (en) * 2019-04-09 2020-12-29 GM Global Technology Operations LLC Speckle reduction with image dithering
CN112995638A (zh) * 2020-12-31 2021-06-18 上海易维视科技有限公司 自动调节视差的裸眼3d采集和显示系统及方法
CN113047522A (zh) * 2021-03-26 2021-06-29 吕正兴 一种智能建筑工程专用高强度板
CN113382226B (zh) * 2021-06-01 2023-03-28 浙江大学 一种多投影拼接三维显示装置
CN117518701A (zh) * 2022-07-27 2024-02-06 华为技术有限公司 立体投影系统、投影系统和交通工具

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10111475A (ja) * 1996-05-03 1998-04-28 Korea Advanced Inst Of Sci Technol 立体映像システム
JP2002287086A (ja) * 2001-03-23 2002-10-03 Mixed Reality Systems Laboratory Inc 立体画像表示装置
JP2002303821A (ja) * 2002-01-15 2002-10-18 Canon Inc 立体ディスプレイ装置及び立体ディスプレイ装置における画面制御方法
JP2004184938A (ja) * 2002-12-06 2004-07-02 Canon Inc 立体画像表示装置
JP2012083538A (ja) * 2010-10-12 2012-04-26 Asahi Kasei Corp 異方拡散スクリーン
JP2012220606A (ja) * 2011-04-06 2012-11-12 Dainippon Printing Co Ltd 立体画像表示装置および立体画像表示方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2267579A (en) * 1992-05-15 1993-12-08 Sharp Kk Optical device comprising facing lenticular or parallax screens of different pitch
US6932476B2 (en) 2002-09-20 2005-08-23 Canon Kabushiki Kaisha Stereoscopic image display apparatus and stereoscopic image display system
JP2007240965A (ja) 2006-03-09 2007-09-20 Tohoku Univ 立体表示ディスプレイ
US8702245B2 (en) * 2008-09-18 2014-04-22 Tseng-Lu Chien LED light device having a three-dimensional image projection assembly
GB2466023A (en) * 2008-12-08 2010-06-09 Light Blue Optics Ltd Holographic Image Projection Systems
US8075138B2 (en) * 2009-02-23 2011-12-13 Third Dimension Ip Llc System and methods for angular slice true 3-D display
DE102010018068A1 (de) * 2010-04-20 2011-10-20 Ralf Violonchi Set zum Betrachten von dreidimensionalen Punktwolken
CN201886212U (zh) * 2010-12-17 2011-06-29 贵阳科创科技发展有限公司 三维悬浮动态影像系统
US9310769B2 (en) * 2013-03-28 2016-04-12 Disney Enterprises, Inc. Coarse integral holographic display

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10111475A (ja) * 1996-05-03 1998-04-28 Korea Advanced Inst Of Sci Technol 立体映像システム
JP2002287086A (ja) * 2001-03-23 2002-10-03 Mixed Reality Systems Laboratory Inc 立体画像表示装置
JP2002303821A (ja) * 2002-01-15 2002-10-18 Canon Inc 立体ディスプレイ装置及び立体ディスプレイ装置における画面制御方法
JP2004184938A (ja) * 2002-12-06 2004-07-02 Canon Inc 立体画像表示装置
JP2012083538A (ja) * 2010-10-12 2012-04-26 Asahi Kasei Corp 異方拡散スクリーン
JP2012220606A (ja) * 2011-04-06 2012-11-12 Dainippon Printing Co Ltd 立体画像表示装置および立体画像表示方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016072504A1 (ja) * 2014-11-07 2017-08-17 大日本印刷株式会社 照明装置および車両
EP3216652A4 (en) * 2014-11-07 2018-05-16 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device and vehicle
US10023105B2 (en) 2014-11-07 2018-07-17 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device and vehicle
US10166911B2 (en) 2014-11-07 2019-01-01 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device and vehicle
US10457194B2 (en) 2014-11-07 2019-10-29 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device and vehicle
EP3575676A1 (en) * 2014-11-07 2019-12-04 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device and vehicle
US10632900B2 (en) 2014-11-07 2020-04-28 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Illumination device and vehicle
JP2020100403A (ja) * 2014-11-07 2020-07-02 大日本印刷株式会社 照明装置および車両

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