JP2005017894A - 立体像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の立体像表示装置によれば、視域に結像される実像パターン24に対応する虚像パターン26が記録されたホログラム14と、ホログラム14に向けて再生用照明光を照射しホログラム14に記録された虚像パターン26を各々再生させる複数のプロジェクター10と、再生した各虚像パターン26の光を各々集光し、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する各視域に各虚像パターン26に対応する実像パターン24の光として結像させるフレネルレンズ18と、各視域において、実像パターン24の光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン24の光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように偏向させるプリズム16とを備えている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンを用いた立体像表示装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
投写スクリーンを利用して立体画像を表示する方法としては、特殊なメガネを用いる方法が一般的であるが、メガネをかけないオートステレオスコピック方式も研究されている。そのための特殊なスクリーンとして、レンチキュラースクリーンとホログラムスクリーンとがある。
【0003】
2眼立体ディスプレイ用ホログラムスクリーンは視域の大きさを調整することができる。ホログラムスクリーンの理想的な記録法では、収束する球面参照光と散乱拡散面光源を物体光としてホログラム露光する。しかし再生用照明法として、共役光による実像再生を行う場合、大型スクリーンを作成するためには、そのスクリーンより大きい開口の光学部品が必要であり、大スクリーンの実現は困難である。
【0004】
このような事情に鑑み、大スクリーンを実現するために2眼式オートステレオスコピックディスプレイ方式の研究がなされている(非特許文献1)。非特許文献1では、プロジェクターによるホログラムスクリーンの照明時(再生時)には虚像再生方式を用い、フレネルレンズを併用してホログラムスクリーンと組み合わせて1つのスクリーンとしている。こうすることにより、観察時に生じる色分散の影響を低減できることが計算および実験によって示されている。
【0005】
2眼式オートステレオスコピックディスプレイで使われるホログラムスクリーンの記録は、図18に示すように、レーザ光源60から発せられたレーザ光がハーフミラー61を透過してミラー62によって反射され参照光Rとして図中左下側から図中右上側に向かって進む。この参照光Rは、ピンホール63を介して発散する球面波となりホログラムスクリーン64を照射する。
【0006】
一方、物体光Bとしては、レーザ光源60から発せられたレーザ光の一部がハーフミラー61によって反射され、ピンホール65を介してレンズ66によって発散された後にスリガラス67によって散乱されてなる散乱光とする。
【0007】
このためホログラムスクリーン64への記録時には大きな光学部品を使用せずに大きいホログラムの記録を実現できる。
【0008】
このホログラムスクリーンの使用方法は、図19に示すように再生光源の位置・距離関係(図18および図19中にてIで示す。)が記録時の参照光Rと同じでありホログラムスクリーン64からは、スリガラス67面の虚像68が再生される。この再生方法において虚像68を実像に変換できれば、収差の点からは理想的な再生になる。この変換のために、フレネルレンズ70がホログラムに重ねて用いられている。
【0009】
このように構成したハイブリッド式のホログラムスクリーン64を用いる立体像の再生システムの概念図を図20に示す。再生時にフレネルレンズ70を使用する第1の理由はホログラムスクリーン64から再生される虚像を実像にするためである。図18の記録光学系で参照光Rの入射角度を浅く設定した場合、再生時はホログラムスクリーン64からの0次回折光成分Zが観察者74の目75に入るのを避ける働きをさせることがもう一つの理由である。
【0010】
【非特許文献1】
「2眼立体デイスプレイ用大型ハイブリッドホログラム・スクリーン」
3次元画像コンファレンス2002講演論文集 177頁〜180頁、2002年7月4・5日
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなハイブリッド型のホログラムスクリーン64を用いる立体像の再生システムでは、以下のような問題がある。
【0012】
すなわち、該再生システムでは、図20に示すように、ビデオプロジェクター72を用いて照明する。ビデオプロジェクター72は白色光源であるので、ホログラム記録時とは異なる波長の光が含まれるので、ホログラムスクリーン64による回折では色収差が発生する。
【0013】
この色収差は、下記(1)式、(2)式、および(3)式に示すホログラム結像公式を用いて定量的に解析することができる。
【数1】
【0014】
【数2】
【0015】
【数3】
【0016】
上記(1)式においてλRは記録波長(532nm)、λCは再生波長、R0はスリガラス67面である物体上の一点とホログラムスクリーン64面までの距離、Rrは参照光点とホログラムスクリーン64面までの距離、RCは再生用照明光点とホログラムスクリーン64までの距離、Riはホログラムスクリーン64から近軸像点までの距離である。また、xiおよびyiはRiのx成分およびy成分であり、xCおよびyCはRCのx成分およびy成分である。
【0017】
再生時にホログラムスクリーン64を通過し回折する光のうち、532nmの波長の光の像点を近軸像点とする。このとき450nm(青)から650nm(赤)までの広がりを持つスペクトルの光でこのホログラムを照明した場合のスポットダイアグラムにより評価を行い記録時の最適条件が導出された。
【0018】
記録波長は532nmであり、スクリーンは17(水平)×13(垂直)インチ(対角:約21インチ(1インチ=2.54cm))の大きさを想定して評価がなされた。このとき記録方式は収束する球面参照光による方式と発散する球面参照光による2方式についてそれぞれ計算された。
【0019】
その結果、発散する球面参照光による虚像再生では、フレネルレンズ70を合わせて用いる図20の再生光学系の条件で再生を行った場合に生じる色収差が計算された。一方、収束する球面参照光の場合は、記録時の参照光と共役な光波面による実像再生を行った場合に生じる色収差が計算された。
【0020】
そのスポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果は、それぞれ図21(a)、図21(b)、図21(c)、および図22に示すとおりである。このスポットダイアグラムによる結果は、ホログラムスクリーンを記録するとき面光源の中の中央の点について得られる色収差である。
【0021】
図21(a)、図21(b)、および図21(c)に示すように、共役白色光照明の場合の方が、図22のハイブリッドホログラムの場合よりも、垂直、水平方向への横収差が大きいことが分かる。この結果から、収束する球面参照光で記録し共役光により実像再生を行った場合は、スクリーンを大型化したとき再生時に色収差が大きくなる。
【0022】
一方、図22に示す色収差の結果の場合では、450nmの分光スペクトルは近軸像点面上で垂直方向へ+30mm、650nmの分光スペクトルは近軸像点面上で垂直方向へ−50mm程度離れる色収差を伴っている。これは、図21(a)、図21(b)、および図21(c)の結果と比べると小さいが、まだ零にはなっていない。
【0023】
このように色収差が発生すると、図21(a)、図21(b)、図21(c)、および図22に示すように、視点が垂直方向に沿って上側へずれてしまうと450nmの分光スペクトルの影響によって青っぽく見えてしまい、逆に垂直方向に沿って下側へずれてしまうと650nmの分光スペクトルの影響によって赤っぽく見えてしまう。すなわち、正しい色で見える視域が狭められてしまうという問題がある。
【0024】
また、このように視域が狭められてしまうということは、波長に応じて光が分散しているために光の損失が多く、光が有効に利用されないという問題がある。
【0025】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて色収差をなくし、もって、視域の狭小化を阻止することが可能な立体像表示装置を提供することにある。
【0026】
また、その第2の目的は、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて色収差をなくし、もって、光をより有効に利用することが可能な立体像表示装置を提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【0028】
すなわち、請求項1の発明は、任意の2つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、再生した各虚像パターンをそれぞれ集光し、ホログラム面にほぼ平行な直線上であって異なる場所に存在する各視域にそれぞれ各虚像パターンに対する実像パターン光として結像させるレンズと、各視域において、実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように偏向させるプリズムとを備えている。
【0029】
従って、請求項1の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、レンズ、およびプリズムからなるスクリーン上に、容易に高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。ホログラム、レンズ、およびプリズムはシート状とすることが好ましい。例えば、シート状レンズとしてはフレネルレンズがある。
【0030】
ホログラムは、各視差画像を観察可能とする視域を正確にコントロールすることができる。またホログラムは、虚像再生型としたことにより、その作製が容易となる。更には、レンズとして例えばフレネルレンズを用いることによって、ホログラムとフレネルレンズとの組み合わせにより、ホログラムの0次回折光が観察者の目に入らないようにすることもできる。これによって、S/N(シグナル/ノイズ)比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【0031】
また、プリズムの作用により、ホログラムの波長分散を補償することができるようになり、色ズレのないフルカラーによる立体像を容易に表示することが可能となる。
【0032】
更にまた、プロジェクターの投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定できるようになるため、容易に両眼視差を実現することが可能となる。なお、スクリーンを構成するホログラム、レンズ、およびプリズムは、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。
【0033】
請求項2の発明は、上記第1の目的を達成するために、請求項1の発明の立体像表示装置において、ホログラム、レンズ、およびプリズムを、光透過性を有するシート状とする。
【0034】
従って、請求項2の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、レンズ、およびプリズムによって透過型のスクリーンを構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターをスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【0035】
請求項3の発明は、上記第1の目的を達成するために、請求項1の発明の立体像表示装置において、ホログラム、レンズ、およびプリズムのうちプロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【0036】
従って、請求項3の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、レンズ、およびプリズムによって反射型のスクリーンを構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターを観察者側に配置することが可能となることから、観察者も含めて立体像表示装置をコンパクトに配置することが可能となる。
【0037】
請求項4の発明は、任意の2つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、再生した各虚像パターンを、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する各視域にそれぞれ虚像パターンに対応する実像パターン光として結像させるために集光する集光レンズと、集光レンズによって結線された各実像パターン光を両眼の配置方向と直交する方向にのみ発散させる発散レンズとを備えている。
【0038】
従って、請求項4の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズからなるスクリーン上に、容易に高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。ホログラム、集光レンズ、および発散レンズはシート状とすることが好ましい。例えば、シート状集光レンズとしてはフレネルレンズ、シート状発散レンズとしてはレンチキュラーレンズがある。
【0039】
ホログラムは、各視差画像を観察可能とする視域を正確にコントロールすることができる。またホログラムは、虚像再生型としたことにより、その作製が容易となる。更には、レンズとして例えばフレネルレンズを用いることによって、ホログラムとフレネルレンズとの組み合わせにより、ホログラムの0次回折光が観察者の目に入らないようにすることもできる。これによって、S/N(シグナル/ノイズ)比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【0040】
また、発散レンズの作用により、立体像が観察可能な視域を観察者の両眼の配置方向と直交する方向に拡げることができる。
【0041】
更にまた、プロジェクターの投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定できるようになるため、容易に両眼視差を実現することが可能となる。なお、スクリーンを構成するホログラム、集光レンズ、および発散レンズは、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。
【0042】
請求項5の発明は、上記第2の目的を達成するために、請求項4の発明の立体像表示装置において、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズを、光透過性を有するシート状とする。
【0043】
従って、請求項5の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズによって透過型のスクリーン構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターをスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【0044】
請求項6の発明は、上記第2の目的を達成するために、請求項4の発明の立体像表示装置において、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズのうちプロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【0045】
従って、請求項6の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラム、集光レンズ、および発散レンズによって反射型のスクリーンを構成することができ、このスクリーン上に大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクターを観察者側に配置することが可能となることから、観察者も含めて立体像表示装置をコンパクトに配置することが可能となる。
【0046】
請求項7の発明は、請求項1乃至6のうち何れか1項の発明の立体像表示装置において、各プロジェクターを、それぞれR成分からなる再生用照明光を照射するR成分サブプロジェクター、G成分からなる再生用照明光を照射するG成分サブプロジェクター、およびB成分からなる再生用照明光を照射するB成分サブプロジェクターの3台のサブプロジェクターからなる構成としている。そして、更に、各視域において、実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように各サブプロジェクターを配置している。
【0047】
従って、請求項7の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、ホログラムによって分散されたR成分、G成分、B成分の各色の光をほぼ同様の空間的分布とすることができ、色ズレのないフルカラー立体像を表示することが可能となる。
【0048】
請求項8の発明は、プロジェクターを3つ以上備えた請求項1乃至7のうち何れか1項の発明の立体像表示装置である。
【0049】
従って、請求項8の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、3つ以上のプロジェクターを用いて、3つ以上の視差画像を投影することにより、観察者の水平方向の視点位置の変化に伴い、視差画像の変化が起こり、自然な立体感を実現することが可能となる。
【0050】
請求項9の発明は、請求項1乃至7のうち何れか1項に記載の立体像表示装置において、ホログラムとして、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心がホログラム面にほぼ平行な直線上にあり、直線上における板面の大きさ以上の間隔をあけて配置した複数の拡散板を用いて記録されたホログラムとしている。
【0051】
従って、請求項9の発明の立体像表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、複数の観察者が同時に立体像を観察することができる。例えば、3枚の拡散板を使用して記録した場合には、3人の観察者のそれぞれの左右の目に視差画像が観察されるので、3人が同時に立体像を観察することができる。
【0052】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0053】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態を図1から図11を用いて説明する。
【0054】
図1は、第1の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図である。
【0055】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置は、複数のプロジェクター10と、透過型のスクリーン12とから構成してなる。図1(a)では、1つのプロジェクター10しか示していないが、実際には図2に示すように複数のプロジェクター10(#1,#2,#3)を備えている。そして、図2および図3に示すように、各プロジェクター10からの投影によって実現される視域22(#1,#2,#3)が、観察者の右目23(#R)と左目23(#L)とを結ぶ直線H上に形成されるようにしている。
【0056】
更に、スクリーン12は、図1(b)に示すように、ホログラムシート14とプリズムシート16とフレネルレンズシート18とを重ねた多層構造からなる。ホログラムシート14、プリズムシート16、およびフレネルレンズシート18はともに透過性である。
【0057】
各層の間は、密着している必要性はなく、図1(b)に示すように、空気層からなる隙間20を適宜設けてよい。また、スクリーン12を構成するホログラムシート14、プリズムシート16、およびフレネルレンズシート18はどのような組み合わせ順から構成しても良く、図4に示すようにプロジェクター10側からホログラムシート14、フレネルレンズシート18、プリズムシート16の順に配置するようにしても良い。
【0058】
ホログラムシート14は、図5にその概念を示すようにして例えば拡散板28のような対象物体の形状パターンを予め記録しておく。つまり、レーザ光源60から発せられる可視光をハーフミラー32を通過させた後にレンズ34によって光を拡散させ、ホログラムシート14に参照光Rとして照射させる。一方、レーザ光源60からの可視光の一部を、ハーフミラー32によって反射させ更に反射ミラー36によって反射させた後にレンズ38によって拡散し、拡散板28を照射する。そして、拡散板28を透過した光が物体光Bとしてホログラムシート14を照射する。これによって、ホログラムシート14は、拡散板28の形状パターンを記録する。これは、ホログラムの基本的な原理である。
【0059】
このようにして拡散板28の形状パターンを記録したホログラムシート14に対して、図6に示すようにプロジェクター10から参照光Rと同波長の可視光を照射する。これによって、この可視光が再生用照明光Sとして利用され、記録されている拡散板28の形状パターンを、虚像パターン26としてプロジェクター10側に再生する。
【0060】
プリズムシート16は、上述したようにしてプロジェクター10側に再生された虚像パターン26をフレネルレンズシート18側に偏向させる。これによって、虚像パターン26の光は、実像パターン24の光となる。
【0061】
フレネルレンズシート18は、プリズムシート16によって偏向された実像パターン24の光を集光し、視域22に結像させる。
【0062】
本来ホログラムシート14は、波長分散性を有しており、同じ入射角で入射した可視光を集光する場合であっても、波長に応じて結像点がずれてしまう。例えば、図7に示すように、ホログラムシート14とフレネルレンズシート18とからなるスクリーンでは、虚像パターン26を集光し、視域22に実像パターン24の光を結像させる。しかしながら、波長分散性によってRGB各色成分の光が高さ方向Vに沿ってずれてしまう。すなわち、G成分光を中心に、B成分光はG成分光よりも高い側に、R成分光はG成分光よりも低い側にそれぞれずれてしまう。
【0063】
そこで本願発明では、ホログラムシート14が有する波長分散性を補償するようなプリズムシート16を用いることによって、図8に示すように、フレネルレンズシート18によって集光された光が、波長に依存することなく同一の結像点において結像するようにしている。
【0064】
これによって、各プロジェクター10から光を投射することによって形成される視域22の中心高さを全て一致させ、観察者は、任意の2つの視域22を右目23(#R)および左目23(#L)によって観察することによって、両眼視差に基づく立体像を見ることができるようにしている。
【0065】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る立体像表示装置の作用について説明する。
【0066】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置は、複数のプロジェクター10と1つのスクリーン12とから構成されている。スクリーン12は更にそれぞれ透過性のホログラムシート14とプリズムシート16とフレネルレンズシート18とが重ね合わされることによってなる多層構造をなしている。なお、各層の間は、密着している必要性はなく、空気層からなる隙間20が適宜設けられている。また、スクリーン12を構成するホログラムシート14、プリズムシート16、およびフレネルレンズシート18はどのような組み合わせ順から構成しても良い。
【0067】
そして、視域22に対象物体の実像パターン24の光を結像するためには先ず、図5にその概念を示すようにして、対象物体の形状パターンがホログラムシート14に予め記録される。これは、レーザ光源60から発せられる可視光が、ハーフミラー32を通過した後にレンズ34によって拡散され、ホログラムシート14に参照光Rとして照射される。その一方で、プロジェクター10からの可視光の一部が、ハーフミラー32によって反射され、更に反射ミラー36によって反射された後にレンズ38によって拡散され、拡散板28が照射される。そして、拡散板28を透過した光が物体光Bとして用いられ、ホログラムシート14に照射される。これによって、ホログラムシート14に、拡散板28の形状パターンが記録される。
【0068】
このようにして拡散板28の形状パターン記録されたホログラムシート14に対して、図6に示すようにプロジェクター10から参照光Rと同波長の可視光が照射されると、この可視光が再生用照明光Sとして利用され、記録されている拡散板28の形状パターンが、虚像パターン26としてプロジェクター10側に再生される。
【0069】
このようにしてプロジェクター10側に再生された虚像パターン26は、プリズムシート16によってフレネルレンズシート18側へと偏向される。これによって、虚像パターン26が実像パターン24に変換される。
【0070】
このような実像パターン24の光は、フレネルレンズシート18によって集光され、視域22において結像される。
【0071】
本来ホログラムシート14は、波長分散性を有しており、同じ入射角で入射した光を集光する場合であっても、波長に応じて結像点がずれてしまう。しかしながら本願発明では、ホログラムシート14が有する波長分散性を補償するようなプリズムシート16が用いられている。したがって、図8に示すように、フレネルレンズシート18によって集光された光が、波長に依存することなく視域22における同一の結像点において結像される。
【0072】
これによって、各プロジェクター10から光を投射することによって形成される視域22の中心高さは全て一致し、観察者は、任意の2つの視域22を右目23(#R)および左目23(#L)によって観察することによって、両眼視差に基づく立体像が、色ズレのないフルカラーによって表示される。
【0073】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、ホログラムシート14、フレネルレンズシート18、およびプリズムシート16からなるスクリーン12上に、色収差がなく、視域22の狭小化をもたらすこともなく、高品位でかつ大型の立体像を表示することが可能となる。更に、プロジェクター10をスクリーンの背面に配置できることから、観察者の視点位置を任意に設定することが可能となる。
【0074】
また、プロジェクター10の投影角度に応じて、各視差画像が観察可能な角度を決定でき、容易に両眼視差を実現することができる。なお、スクリーン12を構成するホログラムシート14、フレネルレンズシート18、およびプリズムシート16は、どのような組み合わせ順でもよく、シート状に一体型とすることによって軽量でかつコンパクトな構成とすることができる。
【0075】
更に、図2に示すように、3つ以上のプロジェクター10を用いることによって、3つ以上の視差画像を投影することができるようになり、観察者の水平方向に相当する直線Hに沿った視点位置の変化に伴い、視差画像の変化が起こり、自然な立体感を実現することが可能となる。
【0076】
更にまた、図9(a)に示すように、各プロジェクター10を、それぞれR成分からなる再生用照明光を照射するR成分サブプロジェクター10(#1R)、G成分からなる再生用照明光を照射するG成分サブプロジェクター10(#1G)、およびB成分からなる再生用照明光を照射するB成分サブプロジェクター10(#1B)の3台のサブプロジェクターからなる構成とし、各視域22において、実像パターン24の光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するようにサブプロジェクター10(#1R,#1G,#1B)を配置することによっても、色ズレのないフルカラー立体像を表示することが可能となる。
【0077】
具体例としては、図9(b)に示すように、直線V方向に沿って上側からB成分サブプロジェクター10(#B)、G成分サブプロジェクター10(#G)、R成分サブプロジェクター10(#R)の順に配置する。これによって、各視域22において、実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するようにしている。
【0078】
このように、ホログラムシート14は、各視差画像を観察可能とする視域22を正確にコントロールすることができることから、例えば図10に示すように、ホログラムシート14とフレネルレンズシート18との組み合わせにより、ホログラムシート14の0次回折光Zが観察者の目に入らないようにした上でプリズムシート16を配置することによって、S/N(シグナル/ノイズ)比の高い、高品位な表示を実現することが可能となる。
【0079】
なお、本実施の形態では何れもスクリーン12の下方側にプロジェクター10を配置した場合を例に説明した。このような場合、例えば図1(b)に示すように、刃が下方を向くようにプリズムシート16を配置する。しかしながら、本実施の形態に係る立体像表示装置は、プロジェクター10をスクリーン12の下方側に配置する場合に限らず、図11に示すように、プロジェクター10をスクリーン12の上方側に配置する場合も含まれる。その場合、図11に示すように、刃が上方を向くようにプリズムシート16を配置する。
【0080】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態を図12から図15を用いて説明する。
【0081】
本実施の形態に係る立体像表示装置は、第1の実施の形態に係る立体像表示装置の変形例であって、第1の実施の形態に係る立体像表示装置において、ホログラムシート14、フレネルレンズシート18、およびプリズムシート16のうちプロジェクター10側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにしている。
【0082】
図12に示す例は、ホログラムシート14、フレネルレンズシート18、およびプリズムシート16のうちプロジェクター10側から最も遠い側に配置されたホログラムシート14が光反射性を有しており、フレネルレンズシート18、およびプリズムシート16は光透過性を有している。本実施の形態に係る立体像表示装置は、第1の実施の形態に係る立体像表示装置と同様に、スクリーン12を構成するホログラムシート14、フレネルレンズシート18、およびプリズムシート16は、どのような組み合わせ順でもよい。したがって、図13および図14に示すように、プリズムシート16が光反射性を有し、ホログラムシート14およびフレネルレンズシート18が光透過性を有しているスクリーン12や、図15に示すように、フレネルレンズシート18が光反射性を有し、ホログラムシート14およびプリズムシート16が光透過性を有しているスクリーン12であってもよい。
【0083】
このような構成をなす本実施の形態に係る立体像表示装置は、反射型のスクリーン12を構成し、第1の実施の形態に係る立体像表示装置の作用効果を奏することができる。更に、プロジェクター10を観察者23側に配置することが可能となることから、コンパクトに配置することが可能となる。
【0084】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態を図16を用いて説明する。
【0085】
本実施の形態に係る立体像表示装置は、第1の実施の形態に係る立体像表示装置の変形例であって、第1の実施の形態に係る立体像表示装置において、プリズムシート16をレンチキュラーレンズ40に置き換えた構成としている。したがって、図16では、図1と同一部分には同一符号を付している。以下においても、同一部分における説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【0086】
ホログラムシート14は、第1の実施の形態で説明したようにしてプロジェクター10側に虚像パターン26の光を再生するようにしている。
【0087】
フレネルレンズシート18は、ホログラムシート14によって再生された虚像パターン26の光を、実像パターン24の光として非プロジェクター側に集光させる。
【0088】
レンチキュラーレンズ40は、フレネルレンズシート18によって集光された各実像パターン24の光を図3および図16中に示す±V方向に発散させる。直線Vは、直線Hと直交する。これによって、図16に示すように、結像域を拡大させる。
【0089】
このようにして結像域を±V方向に発散させることによって各色成分による結像域のオーバーラップ領域が増える。これによって視域22が拡大するため、光をより有効に利用することができるようにしている。
【0090】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る立体像表示装置の作用について説明する。
【0091】
すなわち、本実施の形態に係る立体像表示装置もまた第1の実施の形態と同様に、複数のプロジェクター10と1つのスクリーン12とから構成されている。スクリーン12は、それぞれ透過性のホログラムシート14とフレネルレンズシート18とレンチキュラーレンズ40とを重ね合わせることによってなる多層構造をなしている。なお、各層の間は、密着している必要性はなく、空気層からなる隙間が適宜設けられている。また、スクリーン12を構成するホログラムシート14、フレネルレンズシート18、およびレンチキュラーレンズ40はどのような組み合わせ順から構成しても良い。
【0092】
そして、視域22に対象物体の実像パターン24の光を結像するためには、図5を用いて第1の実施の形態で説明したようにして対象物体の形状パターンがホログラムシート14に予め記録される。
【0093】
このようにして拡散板28の形状パターンが記録されたホログラムシート14に対して、図6に示すようにプロジェクター10から参照光Rと同波長の光が照射されると、この光が再生用照明光Sとして利用され、記録されている形状パターンが、虚像パターン26としてプロジェクター10側に再生される。
【0094】
このようにしてプロジェクター10側に再生された虚像パターン26の光は、フレネルレンズシート18によって、実像パターン24の光として非プロジェクター側に集光される。
【0095】
フレネルレンズシート18によって集光された光は、レンチキュラーレンズ40によって、図3および図16中に示す±V方向に発散される。これによって、図16に示すように、結像域が拡大される。
【0096】
このようにして結像域を±V方向に発散させることによって各色成分による結像域のオーバーラップ領域が増える。これによって、色収差の減少が図られるとともに視域22が拡大され、光がより有効に利用されるようになる。
【0097】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、レンチキュラーレンズ40によって実像パターン24の光が発散されることによって、視域22の拡大が図られる。その結果、光をより有効に利用することが可能となる。
【0098】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態を図17を用いて説明する。
【0099】
図17は、第4の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図である。
【0100】
すなわち、図17(b)に示すように、本実施の形態に係る立体像表示装置に用いるホログラムは、複数の拡散板28(#1〜#n)により、ホログラム記録シート15に記録する。
【0101】
図17(b)に示すように、各拡散板28(#1〜#3)は、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心g(#1〜#3)が同一直線T上にあるように配置している。なお、図17(b)では、3つの拡散板28(#1〜#3)を備え、60〜70cm程度のピッチで配置した例を示しているが、もちろん3つに限定されるものでも、この配置ピッチに限定されるものではない。そして、これら拡散板28(#1〜#3)と参照光Rとを用いてホログラム記録シート15に立体像として表示するための被表示体の映像パターンを記録する。
【0102】
次に、ホログラム記録シート15に記録された映像パターンを表示する場合には、ホログラム記録シート15によって図17(a)に示すようなスクリーン12を形成し、このスクリーン12に対して少なくとも2つのプロジェクター10から再生用照明光Sを照射する。図17(b)に示すように3つの拡散板28(#1〜#3)を60〜70cm程度のピッチで配置して記録した場合には、スクリーン12の横方向長さは1.8〜2.1m程度となる。
【0103】
このとき、図17(a)に示すように、観察者23(#1〜#3)もまた60〜70cm程度のピッチで並んでスクリーン12の中心方向を観察することによって、プロジェクター10からの光が3方向に回折され、それぞれ3人の観察者23(#1〜#3)の目に入る。これによって、3人が同時に立体画像を観察できるようにしている。
【0104】
上述したように、本実施の形態に係る立体像表示装置においては、上記のような作用により、複数の観察者23が同時に立体像を観察することが可能となる。
【0105】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0106】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の立体像表示装置によれば、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて、色収差をなくし、視域の狭小化を阻止することが可能となる。
【0107】
また、ホログラムとレンズとを組み合わせたハイブリットスクリーンにおいて、色収差をなくし、光をより有効に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図2】第1の実施の形態に係る立体像表示装置の概念を示す平面図。
【図3】視域と目線高さとの関係を示す模式図。
【図4】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図5】ホログラムシートへの対象物体の記録方法を説明するための概念図。
【図6】ホログラムシートに記録された対象物体の虚像パターンの再生方法を説明するための概念図。
【図7】フレネルレンズシートによって結像される視域を説明するための概念図。
【図8】第1の実施の形態に係る立体像表示装置によって結像される視域を示す概念図。
【図9】RGBの3つ一組のサブプロジェクターからなるプロジェクターを配置してなる第1の実施の形態に係る立体像表示装置の概念を示す平面図。
【図10】ホログラムシートの0次回折光が観察者の目に入らないようにした第1の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図11】プロジェクターをスクリーンの上方側に配置した第1の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図12】第2の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図13】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図14】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図15】スクリーンの構成例を示す部分断面図。
【図16】第3の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図17】第4の実施の形態に係る立体像表示装置の一例を示す概念図。
【図18】2眼式オートステレオスコピックディスプレイを説明するための概念図。
【図19】2眼式オートステレオスコピックディスプレイにおけるホログラムスクリーンからの虚像再生方法を説明するための図。
【図20】ハイブリッドホログラムスクリーンを用いる立体像の再生システムの概念図。
【図21】スポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果を示す図。
【図22】スポットダイアグラムによる分光スペクトルの色収差の計算結果を示す図。
【符号の説明】
10…プロジェクター、12…スクリーン、14…ホログラムシート、15…ホログラム記録シート、16…プリズムシート、18…フレネルレンズシート、20…隙間、22…視域、23,74…観察者、24…実像パターン、26…虚像パターン、28…拡散板、32…ハーフミラー、34,38,66…レンズ、36…反射ミラー、40…レンチキュラーレンズ、60…レーザ光源、61…ハーフミラー、62…ミラー、63,65…ピンホール、64…ホログラムスクリーン、67…スリガラス、68…虚像、70…フレネルレンズ、72…ビデオプロジェクター
Claims (9)
- 任意の2つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、
前記視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、
前記ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、前記ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、
前記再生した各虚像パターンをそれぞれ集光し、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する前記各視域にそれぞれ前記各虚像パターンに対する実像パターン光として結像させるレンズと、
前記各視域において、前記実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、前記実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように偏向させるプリズムと
を備えた立体像表示装置。 - 請求項1に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記レンズ、および前記プリズムを、光透過性を有するシート状とした立体像表示装置。 - 請求項1に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記レンズ、および前記プリズムのうち前記プロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにした立体像表示装置。 - 任意の2つの視域によって形成される両眼視差に基づく立体像表示装置において、
前記視域に結像される実像パターンに対応する虚像パターンが記録されたホログラムと、
前記ホログラムに向けて再生用照明光を照射し、前記ホログラムに記録された虚像パターンをそれぞれ再生させる複数のプロジェクターと、
前記再生した各虚像パターンを、ホログラム面にほぼ平行な直線上にあって異なる場所に存在する前記各視域にそれぞれ前記虚像パターンに対応する実像パターン光として結像させるために集光する集光レンズと、
前記集光レンズによって結線された各実像パターン光を両眼の配置方向と直交する方向にのみ発散させる発散レンズと
を備えた立体像表示装置。 - 請求項4に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記集光レンズ、および前記発散レンズを、光透過性を有するシート状とした立体像表示装置。 - 請求項4に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラム、前記集光レンズ、および前記発散レンズのうち前記プロジェクター側から最も遠い側に配置されたものが光反射性を有しており、その他のものは光透過性を有するようにした立体像表示装置。 - 請求項1乃至6のうち何れか1項に記載の立体像表示装置において、
前記各プロジェクターを、それぞれR成分からなる再生用照明光を照射するR成分サブプロジェクター、G成分からなる再生用照明光を照射するG成分サブプロジェクター、およびB成分からなる再生用照明光を照射するB成分サブプロジェクターの3台のサブプロジェクターからなる構成とし、
前記各視域において、前記実像パターン光が波長に依存して分散して結像される波長分散性を補償し、前記実像パターン光が波長に依存することなく同一点を中心に結像するように前記各サブプロジェクターを配置するようにした立体像表示装置。 - 前記プロジェクターを3つ以上備えた請求項1乃至7のうち何れか1項に記載の立体像表示装置。
- 請求項1乃至7のうち何れか1項に記載の立体像表示装置において、
前記ホログラムとして、それぞれの板面が同一方向を向き、かつそれぞれの板面中心が前記ホログラム面にほぼ平行な直線上にあり、前記直線上における板面の大きさ以上の間隔をあけて配置した複数の拡散板を用いて記録されたホログラムとした立体像表示装置。
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