多視点立体表示装置
【課題】 専用の眼鏡を必要とせずに鮮明な立体像を観察可能な立体表示装置を提供する。
【解決手段】 立体表示装置１０は、参照光及び物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーン１と、ホログラムスクリーン１に対して参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する３つ以上のプロジェクタ２−Ｘとを備えている。各プロジェクタは、共役照明光の入射角度がホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、各共役回折光の各結像領域が水平方向に沿って観察者３の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群を形成するように配置されている。各プロジェクタから照射する共役照明光は、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記各２次元画像によって多視点画像群が形成される。
【解決手段】 立体表示装置１０は、参照光及び物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーン１と、ホログラムスクリーン１に対して参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する３つ以上のプロジェクタ２−Ｘとを備えている。各プロジェクタは、共役照明光の入射角度がホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、各共役回折光の各結像領域が水平方向に沿って観察者３の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群を形成するように配置されている。各プロジェクタから照射する共役照明光は、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記各２次元画像によって多視点画像群が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置に関し、特に、専用の眼鏡を必要とせずに鮮明な多視点の立体像を観察可能な多視点立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、左眼用及び右眼用の画像を組み合わせて立体像として視認させる立体表示装置として種々の形式のものが提案されている。それらの内、立体像を観察するための専用の眼鏡を必要としない立体表示装置として、例えば特許文献１において、図８に示す構成の立体表示装置が提案されている。
【０００３】
図８に示すように、特許文献１に記載の立体表示装置（ホログラム立体表示装置）２０は、拡散型ホログラムを使用したスクリーン２１と、スクリーン２１に向けて情報光を出射する発光表示手段２としての２つのプロジェクタ２−１及び２−２とを備えている。
【０００４】
２つのプロジェクタ２−１及び２−２は、スクリーン２１から距離Ｌ１だけ離れた位置において、観察者３の左眼３−１と右眼３−２の間隔と同じ間隔で左右（図８の紙面上下）に並んで配置され、左眼用プロジェクタ２−１及び右眼用プロジェクタ２−２からそれぞれ出射した左眼用及び右眼用の情報光をスクリーン２１上に結像させる。左眼用プロジェクタ２−１及び右眼用プロジェクタ２−２からそれぞれ出射した情報光は、スクリーン２１によって回折し、左眼用の情報光（回折光）はスクリーン２１から距離Ｌ２だけ離れた位置にいる観察者３の左眼３−１に集光する一方、右眼用の情報光（回折光）は観察者３の右眼３−２に集光する。これにより、観察者３は、左眼用及び右眼用の情報光が組み合わさった立体像を観察することが可能である。
【０００５】
上記のような機能を奏するスクリーン２１は、図９に示す光学系によって作製される。図９に示すように、スクリーン２１の作製（スクリーン２１に用いる拡散型ホログラムの作製）に際しては、ホログラム感光材料６をガラス基板７上に積層し、ホログラム感光材料６の背面に光の再帰性を有する拡散性物体１４を配置した状態で、ホログラム感光材料６側から露光光であるレーザ光をスペーシャルフィルタ８を通して拡大し照射する。より具体的には、図９に示すように、図８の左眼３−１と右眼３−２の間隔の半分だけ水平面内でスペーシャルフィルタ８を左側又は右側（図８の紙面の上下方向）に移動（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移動方向を変える）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６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８を傾ける。以上のようにして作製した左眼用及び右眼用の２枚の拡散型ホログラムを各拡散型ホログラムの中心などを合わせて重ねることにより、図８に示すスクリーン２１が作製される。或いは、１つのホログラム感光材料６に対して左眼用及び右眼用の光学系配置で２回に分けて露光して作製した拡散型ホログラムを用いてスクリーン２１を形成することも可能である。
【０００６】
発光表示手段２から出射された情報光は、下記の式（１）を満足するようにして、観察者３の眼の位置に導かれる。
２／Ｌ３＝１／Ｌ１＋１／Ｌ２ ・・・（１）
ここで、前述したように、Ｌ１は発光表示手段２であるプロジェクタ２−１又は２−２とスクリーン２１までの距離を、Ｌ２は観察者３の眼３−１又は３−２とスクリーン２１までの距離をそれぞれ意味する。また、Ｌ３は、スクリーン２１内に形成される格子面の曲率半径（すなわちスペーシャルフィルタ８からホログラム感光材料６までの距離）を意味する。
【特許文献１】特開平１１−１９０９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の立体表示装置には、以下に述べるような問題がある。
すなわち、左眼用及び右眼用の２枚の拡散型ホログラムを重ね合わせて作製したスクリーン２１では、各プロジェクタ２−１及び２−２から出射する各情報光の入射角度が近接しているので、双方共に拡散型ホログラムの角度選択幅の範囲内に含まれてしまい、２つの情報光の何れによっても、左眼方向と右眼方向の双方に回折光が生じ、クロストークが発生して立体像を鮮明に観察できないという問題がある（第１の課題）。
【０００８】
また、拡散型ホログラムを重ね合わせて作製したスクリーン２１であっても、左眼用及び右眼用の光学系配置でホログラム感光材料６を２回に分けて露光して作製した拡散型ホログラムを用いたスクリーン２１であっても、左眼用の光学系配置で露光することによって拡散型ホログラムに記録された干渉縞の多数のきめ細かい回折層が、右眼用の情報光又は回折光の光路上で減光や光散乱の原因となってしまう。一方、右眼用の光学系配置で露光することによって拡散型ホログラムに記録された干渉縞の多数のきめ細かい回折層は、左眼用の情報光又は回折光の光路上で減光や光散乱の原因となってしまう。これにより、観察者３の両眼３−１、３−２に届く回折光の明るさは低下し、明所での立体像観察が困難になるという問題を生じる（第２の課題）。特に、多視点で立体像を観察可能にするべく、発光表示手段２であるプロジェクタの数を増やすことに応じて、拡散型ホログラムを重ね合わせる数を増やせば、回折光の減光の度合いが増すため、多視点の立体像の観察が困難になるという問題は顕著になる。
【０００９】
また、透過型のスクリーン２１を作製する場合には、光の再帰性を有する拡散性物体１４による反射光を利用することができない。従って、ホログラムを作製するための物体光として、スペーシャルフィルタ８の位置から拡散板を通した光を照射する必要があるものの、既に同じ位置にスペーシャルフィルタ８による参照光が存在しており不可能であるため、このような拡散光を生成するために新たな光学系を発案する必要が生じるという問題がある（第３の課題）。
【００１０】
また、前述した式（１）は、ホログラム感光材料６及びスクリーン２１の中心部に対して成立する関係式であり、大型のスクリーン２１の場合、その周辺部については、発光表示手段２から出射される情報光の入射角度が大きいので、角度選択幅は中心部より狭くなるため簡単に角度選択幅の範囲外となり、スクリーン２１の周辺部からの回折光が観察者３の左右の眼３−１及び３−２に届かなくなる結果、大型の立体像を観察できないという問題を生じる（第４の課題）。
【００１１】
また、スクリーン２１を作製する際に光の再帰性を有する拡散性物体１４を用いる条件のみでは、スクリーン２１から距離Ｌ２だけ離れた位置において観察する際に、回折光が観察者３の両眼の間隔以上に拡散する場合が発生して、左右２つの回折光が左右何れの眼３−１、３−２にも届き、立体像を鮮明に観察し難いという問題もある（第５の課題）。
【００１２】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、専用の眼鏡を必要とせずに鮮明な多視点の立体像を観察可能な多視点立体表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記第１〜第３の課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する３つ以上のプロジェクタとを備え、前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群を形成するように配置されており、前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置を提供するものである。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ホログラムスクリーンが、参照光及び物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されているため、各プロジェクタから照射された各共役照明光によって生じる回折光（共役回折光）は、それぞれ単一の光束となり、当該光束の断面は何処でも単一の閉領域を形成しており、通常は球面波であるため、それぞれ多少の収差は残るものの一点に集光した結像領域（結像点）となる。換言すれば、各共役回折光の結像領域はそれぞれ点状に形成され、ホログラムスクリーンに対して共役照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射することにより、共役照明光の数（プロジェクタの数）に応じた数からなる共役回折光の結像領域群（結像点群）が形成されることになる。しかも、各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように配置されているため、ホログラムスクリーンの何れの部位で生じた共役回折光も、各共役照明光の照射方向に応じた結像点に結像することになる。
【００１５】
各プロジェクタから照射する共役照明光は、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であると共に、各プロジェクタは、各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って観察者の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように配置されているため、前記各共役照明光によって生じる各共役回折光の結像点の一つに観察者が一方の眼を位置させると共に、当該一方の眼を位置させた前記結像点と観察者の眼間距離だけ水平方向に離間した他の結像点に観察者が他方の眼を位置させてホログラムスクリーンを観察することにより、両眼に届く水平視差の異なる２次元画像が融合され、専用の眼鏡を必要とせずに立体像を観察することが可能である。また、ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されるため、両眼を水平方向に順次移動させることにより、移動した位置に合致する別の立体像（移動した両眼位置にそれぞれ共役回折光の結像点を有する２次元画像が融合されることによって観察される立体像）を連続的に観察することができ、立体像の実在感が増大するという利点を有する。
【００１６】
また、本発明によれば、各共役照明光によってそれぞれ独立別個に生じる各共役回折光の結像点群を観察することになるので、従来のように、複数の照明光を同時にホログラムスクリーンに照射することによって照明光の数の２乗の数だけ余分に発生するクロストーク像が生じず、鮮明な立体像を観察することが可能である。
【００１７】
また、本発明によれば、ホログラムスクリーンが、参照光及び物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されているため、ホログラムに記録される干渉縞の方向が揃っており、共役照明光又は共役回折光の光路上において、従来のように回折に寄与しない干渉縞の多数のきめ細かい回折層による減光や光散乱の影響を受けることがなく、明所でも鮮明な立体像の観察が可能である。
【００１８】
さらに、本発明によれば、透過型及び反射型の何れのホログラムスクリーンとする場合であっても、参照光及び物体光として独立した２光束を用いるので、類似の光学系を使用して同じように作製することが可能である。
【００１９】
なお、本発明における「角度選択幅」とは、共役照明光のホログラムスクリーンに対する入射角度が、ホログラム作製時（干渉縞記録時）の参照光のホログラムスクリーンに対する入射角度に対して共役回折光を生成し得る許容変位可能な最大の角度幅であり、下記の式（２）で定義される｜Δθ｜を意味する。また、「共役照明光の入射角度を角度選択幅の範囲内に収まるように」するとは、共役照明光のホログラムスクリーンに対する入射角度をθ’とすれば、下記の式（３）を満足させることを意味する。
｜Δθ｜＝λ・（ｎ２−sin２（θ））１／２／（ｔ・｜sin（θ）・cos（θ）｜）・・（２）
θ−Δθ＜θ’＜θ＋Δθ ・・（３）
ここで、上記式（２）又は式（３）において、θは参照光のホログラムスクリーンに対する入射角度を、｜Δθ｜は角度選択幅を、λはホログラム作製時における参照光の波長を、ｎはホログラム感光材料の屈折率を、ｔはホログラムの厚みを意味する。
【００２０】
前記第１〜第３の課題に加えてさらに前記第４の課題を解決するべく、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、複数の分割領域の各分割領域毎に前記参照光及び前記物体光の干渉縞が記録されたホログラムから形成するのが好ましい。
【００２１】
斯かる構成によれば、ホログラムスクリーンを大型にする場合であっても、各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように各プロジェクタを配置することが可能である。換言すれば、ホログラム作製時において単一の光軸方向から参照光及び物体光をホログラムスクリーンを形成するためのホログラム感光材料全面に照射したのでは、ホログラムスクリーンが大きいがために、その周辺部については共役照明光の入射角度が前述した角度選択幅の範囲内に収まるようにできない場合であっても、複数の分割領域の各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞を記録することにより（各分割領域毎に後述する式（５）に基づいて距離を計算し直して中心軸上で物体光と参照光の入射角度を適宜変更することにより）、共役照明光の入射角度がホログラムスクリーン全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるようにすることが可能である。従って、ホログラムスクリーンの周辺部からの共役回折光も観察者の左右の眼に届くことになり、大型の立体像を観察することが可能である。
【００２２】
前記第１〜第３の課題（或いは前記第１〜第４の課題）に加えてさらに前記第５の課題を解決するべく、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、前記各プロジェクタから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるようにその寸法が決定された拡散板を介して、前記物体光が照射されることにより形成するのが好ましい。
【００２３】
斯かる構成によれば、ホログラム作製時において、拡散板を介して物体光が照射されるため、各プロジェクタから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域は、広がりを持った面状の領域となる。従って、観察者は、左右両眼をそれぞれ共役回折光の面状の結像領域の範囲内に位置させることによって立体像を観察可能になるため、広がりのない点状の結像領域に左右両眼を位置させる場合に比べれば観察が容易になる。しかも、拡散板の寸法は、各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるように決定されているため、各共役回折光の結像領域がオーバーラップすることによるクロストークが発生せず、鮮明な立体像を観察可能である。
【００２４】
なお、特許請求の範囲の請求項４に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長の共役回折光が、前記各波長の共役照明光をそれぞれ照射する各光源の位置及び入射角度を一致させた場合に同一の結像領域を生じるように前記干渉縞がカラー記録されたホログラムから形成され、前記各プロジェクタは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む共役照明光を照射するように構成するのが好ましい。
【００２５】
斯かる構成によれば、各プロジェクタから照射する共役照明光を少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む照明光とした場合に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各波長に対応する各共役回折光が同一の結像領域に結像するため、各プロジェクタから照射する共役照明光を、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元カラー画像として結像する光とすれば、観察する立体像をカラー化することが可能である。
【００２６】
また、好ましくは、特許請求の範囲の請求項５に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、体積型ホログラムから形成される。
【００２７】
斯かる構成によれば、ホログラムスクリーンが体積型ホログラムから形成されるため、当該ホログラムスクリーンに共役照明光を照射した場合、１次のブラッグ回折光と０次の透過光しか発生せず、平面型ホログラムのように高次回折光に伴う減光やノイズ光が発生しないので、観察者はより一層明るく鮮明な立体像を観察することが可能である。
【００２８】
また、特許請求の範囲の請求項６に記載の如く、前記ホログラムスクリーンの形状は、平面形状、複数の平面形状から構成される多面体形状、当該多面体形状の一部、円筒形状、当該円筒形状の一部及び曲面形状の内のいずれか一つとすることが可能である。
【００２９】
さらに、特許請求の範囲の請求項７に記載の如く、前記各プロジェクタを、当該各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向のみならず垂直方向に沿っても分布するように配置し、前記垂直方向に沿って分布する各結像領域で結像する各共役回折光を生じさせる各共役照明光を、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ垂直視差の異なる２次元画像として結像する光とすることも可能である。
【００３０】
斯かる構成によれば、観察者が両眼を垂直方向に移動させてホログラムスクリーンを観察することにより、移動前に観察した立体像と移動後に観察できる立体像との間に垂直視差が生じるため、仮想の物体像（立体像）の実在感をより一層高めることが可能である。
【００３１】
また、前記第１〜第３の課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項８に記載の如く、参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する２つのプロジェクタとを備え、前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の２つの結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離で互いに離間するように配置されており、前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって２視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置としても提供される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る立体表示装置によれば、ホログラムスクリーンに照射した各共役照明光によって生じる各共役回折光の結像点の一つに観察者が一方の眼を位置させると共に、当該一方の眼を位置させた前記結像点と観察者の眼間距離だけ水平方向に離間した他の結像点に観察者が他方の眼を位置させてホログラムスクリーンを観察することにより、両眼に届く水平視差の異なる２次元画像が融合され、専用の眼鏡を必要とせずに立体像を観察することが可能である。また、ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されるため、両眼を水平方向に順次移動させることにより、移動した位置に合致する別の立体像（移動した両眼位置にそれぞれ共役回折光の結像点を有する２次元画像が融合されることによって観察される立体像）を連続的に観察することができ、立体像の実在感が増大するという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る多視点立体表示装置の実施形態について説明する。
【００３４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る多視点立体表示装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、本実施形態に係る多視点立体表示装置１０は、ホログラムスクリーン１と、３つ以上の（本実施形態では４つ）のプロジェクタ２−Ｘ（Ｘ＝１〜４）を具備する発光表示手段２とを備えている。
【００３５】
ホログラムスクリーン１は、後述するように、参照光及び物体光の２光束を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されている。これにより、各プロジェクタ２−Ｘから照射された各共役照明光（前記参照光と共役な照明光）によって生じる回折光（共役回折光）は、それぞれ単一の光束となり、当該光束の断面は何処でも単一の閉領域を形成することになる。すなわち、ホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ１だけ離間した位置にある一のプロジェクタ２−Ｘを点光源と考えた場合、当該点光源からホログラムスクリーン１に対して共役照明光を照射すると、これによって生じる共役回折光はホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ２だけ離間した位置に点状の結像領域を形成する。なお、本実施形態では、ホログラムスクリーン１が透過型である場合を示しているが、反射型の場合も同様である（反射型の場合、ホログラムスクリーン１に対して図１の紙面左側に結像領域が形成される）。
【００３６】
発光表示手段２は、ホログラムスクリーン１に対して共役照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する４つのプロジェクタ２−Ｘ（Ｘ＝１〜４）を備えている。より具体的には、ホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ１だけ離間した４箇所の位置に、それぞれ各プロジェクタ２−Ｘが円弧状に配置され、各プロジェクタ２−Ｘの光軸がホログラムスクリーン１の中心を通るように傾けられている。ホログラムスクリーン１は、前述のように、一つのプロジェクタ２−Ｘから照射された単一光束の共役照明光に対して単一光束の共役回折光を生成するため、プロジェクタ２−Ｘの数（共役照明光の光束数）に応じた数からなる共役回折光の結像領域群（結像点群）が形成されることになる。より具体的には、ホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ２だけ離間した４箇所の位置に、各プロジェクタ２−Ｘから照射された共役照明光（光軸４−Ｘ）に対応する共役回折光（光軸５−Ｘ）の結像点群が円弧状に形成されることになる。なお、本実施形態では、後述するように、ホログラム作製時に用いる参照光及び物体光の光軸が平面視で同軸とされているため、各共役照明光の光軸４−Ｘ（Ｘ＝１〜４）とこれに対応する共役回折光の光軸５−Ｘ（Ｘ＝１〜４）とは、平面視で同一直線上に存在することになる。
【００３７】
各プロジェクタ２−Ｘは、当該各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度が、ホログラムスクリーン１の全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように配置されている。より具体的には、平面視において、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度θ’（例えば、図１に示すプロジェクタ２−２の場合、光軸において入射角度θ’＝θ１’、ホログラムスクリーン１の水平方向左端部において入射角度θ’＝θ２’、ホログラムスクリーン１の水平方向右端部において入射角度θ’＝θ３’となる）が、ホログラムスクリーン１の全面に亘って下記の式（２）で定義される角度選択幅｜Δθ｜の範囲内に収まるように配置されている。つまり、各プロジェクタ２−Ｘから照射される共役照明光のホログラムスクリーン１上でのそれぞれの光点の入射角度θ’が下記の式（３）を満足するように配置されている。
｜Δθ｜＝λ・（ｎ２−sin２（θ））１／２／（ｔ・｜sin（θ）・cos（θ）｜）・・（２）
θ−Δθ＜θ’＜θ＋Δθ ・・（３）
ここで、上記式（２）又は式（３）において、θは参照光のホログラムスクリーン１に対する入射角度（図３参照。例えば、ホログラム感光材料６の中心においてθ＝θ１＝０°、水平方向左端部においてθ＝θ２、水平方向右端部においてθ＝θ３となる）を、｜Δθ｜はホログラムスクリーン１上の各点における角度選択幅を、λはホログラム作製時における参照光の波長を、ｎはホログラム感光材料の屈折率を、ｔはホログラムの厚みを意味する。
【００３８】
以上のように、各プロジェクタ２−Ｘは、当該各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度θ’が、ホログラムスクリーン１の全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように配置されているため、ホログラムスクリーン１の何れの部位で生じた共役回折光も、各共役照明光の照射方向に応じた結像点に結像することになる。
【００３９】
また、各プロジェクタ２−Ｘは、当該各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１に対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って（厳密には水平面内の円弧に沿って）観察者３の眼間距離だけ離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように配置されている。さらに、各プロジェクタ２−Ｘから照射される共役照明光は、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光とされ、ホログラムスクリーン１上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されている。
【００４０】
従って、各共役照明光によって生じる各共役回折光の結像点の一つ（図１に示す状態では、光軸５−２を有する共役回折光の結像点）に観察者３が左眼３−１を位置させると共に、左眼を位置させた前記結像点と観察者３の眼間距離だけ水平方向に離間した他の結像点（図１に示す状態では、光軸５−３を有する共役回折光の結像点）に観察者３が右眼３−２を位置させてホログラムスクリーン１を観察することにより、各結像点に対応する各共役照明光（図１に示す状態では、左眼３−１を位置させた結像点には、光軸４−２を有する共役照明光が対応し、右眼３−２を位置させた結像点には、光軸４−３を有する共役照明光が対応する）によって提供される水平視差の異なる２次元画像が融合され、専用の眼鏡を必要とせずに立体像を観察することが可能である。また、両眼３−１、３−２を水平方向に順次移動させることにより、移動した位置に合致する別の立体像（移動した両眼位置にそれぞれ共役回折光の結像点を有する２次元画像が融合されることによって観察される立体像）を連続的に観察することができ、立体像の実在感が増大するという利点を有する。より具体的に説明すれば、例えば、図１に示す状態から右方向に両眼を移動させ、光軸５−３を有する共役回折光の結像点に左眼３−１を、光軸５−４を有する共役回折光の結像点に右眼３−２をそれぞれ位置させてホログラムスクリーン１を観察することにより、各結像点に対応する各共役照明光によって提供される水平視差の異なる２次元画像が融合され、図１に示す状態で観察される立体像とは視差の異なる別の立体像を観察することが可能である。
【００４１】
なお、本実施形態においては、各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１に対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って観察者３の眼間距離だけ離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように各プロジェクタ２−Ｘを配置する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って観察者３の眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように配置することも可能である。斯かる構成によれば、例えば、観察者３の眼間距離を２等分した間隔で各結像領域（結像点）が分布するように各プロジェクタ２−Ｘを配置すれば、観察者３が眼間距離の１／２だけ移動するだけで視差の異なる別の立体像を観察できることになる。同様にして、各結像領域（結像点）の離間距離を眼間距離の１／３、１／４、１／５等に狭めていく（ただし、これに応じて各プロジェクタ２−Ｘの個数を増やすことになる）に従って、少しの移動で視差の異なる別の立体像を観察できることになり、連続的な立体像の観察が可能になることから、立体像の実在感がより一層増大するという利点を有する。また、眼間距離は観察者３によって個人差があるため、本実施形態のように、各結像領域（結像点）を観察者３の眼間距離だけ離間して分布させる構成を採用する場合には、人間の平均的な眼間距離に設定するか、或いは、対象とする観察者３を特化した多視点立体表示装置１０とする（例えば、大人用と子供用とで別個の多視点立体表示装置とする）ことが考えられる。前者の場合には、平均的な眼間距離と差の大きい眼間距離を有する観察者３が上手く立体像を観察できない事態が生じ得るという問題があり、後者の場合には、汎用性に乏しいため販促上の不都合が生じるという問題もある。これに対して、各共役回折光の各結像領域（結像点）が観察者３の眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布するように構成し、間隔を細分化すればするほど、上記のような問題が生じなくなるという点で好都合である。
【００４２】
図２は、図１に示す立体表示装置の側面図である。図２に示すように、立体表示装置１０が備える各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘは、側面視において、ホログラムスクリーン１の法線に対して一定の傾きを有するように配置されている。これは、後述するように、本実施形態では、ホログラム作製時において参照光の光軸をホログラムスクリーン１の法線に対して傾けて照射するため、参照光と共役な照明光を出射する各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘも一定の傾きを有するように配置することになるからである。なお、側面視においても、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度θ”（例えば、図２に示す光軸４−Ｘにおいて入射角度θ”＝θ１”、ホログラムスクリーン１の上端部において入射角度θ”＝θ３”、ホログラムスクリーン１の下端部においてθ”＝θ２”となる）は、ホログラムスクリーン１の全面に亘って前述した角度選択幅（ただし、参照光のホログラムスクリーン１に対する入射角度θについては図４を参照。例えば、ホログラム感光材料６の中心においてθ＝θ１＊、上端部においてθ＝θ３＊、下端部においてθ＝θ２＊となる）の範囲内に収まるように配置されている。
【００４３】
各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘが、側面視において、ホログラムスクリーン１の法線に対して一定の傾きを有するため、本実施形態のように透過型のホログラムスクリーン１であっても、各プロジェクタ２−Ｘから出射された共役照明光が観察者３の眼に直接侵入することは無い。また、ホログラムスクリーン１が反射型である場合にも、各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘが傾いているので、各プロジェクタ２−Ｘから出射された共役照明光のホログラムスクリーン１での反射光が観察者３の眼に直接侵入することは無い。
【００４４】
また、各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘが、ホログラムスクリーン１の法線に対して一定の傾きを有するため（参照光の光軸がホログラム感光材料の法線に対して一定の傾きを有するため）、ホログラムスクリーン１が透過型及び反射型の何れであっても、体積型ホログラムとして形成することができる。以下、その理由について説明する。
【００４５】
一般的に、体積型ホログラムとなる条件は下記の式で表される。
２πλｔ／（ｎΛ２cos（φ））＞＞１０
ここで、上記式において、πは円周率を、λはホログラム作製時における参照光の波長を、ｔはホログラムの厚みを、ｎはホログラムの屈折率を、Λは干渉縞の間隔を、φは干渉縞の水平方向（ホログラム感光材料の法線方向）からの傾き角を意味する。
【００４６】
後述する図４に示すように、物体光の光軸が水平である（ホログラムの法線方向に合致する）ため、仮に参照光の光軸が水平であるとすれば、干渉縞も水平方向に形成されることになる。すなわち、上記式において、φ＝０となり、cos（φ）＝１となる。ここで、参照光の光軸が水平方向に対して傾斜すると、干渉縞も傾斜してφが大きくなる（干渉縞の方向は、物体光の光軸と参照光の光軸との２等分線の方向になる）。これに応じて、cos（φ）が１から徐々に減少することになる。cos（φ）は、上記式の左辺の分母に含まれるため、cos（φ）が減少するに従って左辺自体は次第に大きな値となり、やがて上記の式が成立することになる。通常、ｔ＝１０μｍのホログラムでは、参照光の光軸が水平方向に対して成す角度が３０°以上であれば、上記の式が成立し、体積型ホログラムになる。なお、上記の式の左辺の分子に含まれるホログラムの厚みｔの値をｔ＝２０〜３０μｍに増せば、φが小さくても上記の式が成立することになる。
【００４７】
ホログラムスクリーン１を体積型ホログラムとして形成した場合には、当該ホログラムスクリーン１に共役照明光を照射しても１次のブラッグ回折光と０次の透過光しか発生せず高次回折光に伴う減光やノイズ光が発生しないので、観察者３はより一層明るく鮮明な立体像を観察することが可能である。
【００４８】
さらに、前述したように、ホログラム感光材料の厚みを増すことにより、体積型ホログラムの性質を維持しつつ、各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘのホログラムスクリーン１への入射角θ”を小さくして法線方向に近づけることができる（参照光の光軸が水平方向に対して成す角度を小さくできる）ため、各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１上に投影される２次元画像の歪みを軽減することが可能である。
【００４９】
以下、図３及び図４を適宜参照しつつ、本実施形態に係るホログラムスクリーン１の作製方法について説明する。
【００５０】
図３及び図４は、それぞれ本実施形態に係るホログラムスクリーン１を作製するための光学系の概略構成を示す平面図及び側面図である。図３又は図４に示すように、ホログラムスクリーン１の作製に際しては、干渉縞を記録するためのホログラム感光材料６がガラス基板７上に固定される。ホログラム感光材料６としては、フォトポリマ、銀塩感光材料、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、エンボス箔などを用いることができる。
【００５１】
そして、ホログラム感光材料６への参照光として、ホログラム感光材料６から距離Ｄ３だけ離間した位置に配設されたスペーシャルフィルタ８によって拡大されたレーザ光９が、ガラス基板７側からホログラム感光材料６の表面に略均一に照射される。レーザ光９の光軸はホログラム感光材料６の中心を通るように設定されている。また、ホログラム感光材料６への物体光として、ホログラム感光材料６から距離Ｄ４だけ離間した位置に配設されたスペーシャルフィルタ１１によって拡大されたレーザ光１３が、ガラス基板７側からホログラム感光材料６の表面に略均一に照射される。レーザ光９と同様に、レーザ光１３の光軸もホログラム感光材料６の中心を通るように設定されている。以上のようにして、ホログラム感光材料６に参照光と物体光との干渉縞が一回だけ記録され、ホログラムが作製される。作製されたホログラムがホログラムスクリーン１として用いられる。
【００５２】
なお、図３に示すように、平面視において、参照光及び物体光の光軸がホログラム感光材料６の法線に沿って互いに同軸とされているため、前述のように、各プロジェクタ２−Ｘから出射された共役照明光の光軸４−Ｘとこれに対応する共役回折光の光軸５−Ｘとは、平面視で同一直線上に存在することになる。また、図４に示すように、側面視においては、参照光の光軸のみをホログラム感光材料６の法線に対して傾けている。これにより、前述したように、参照光と共役な照明光を出射する各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘは、ホログラムスクリーン１に対して一定の傾きを有するように配置されることになる。
【００５３】
また、図３及び図４には、後述する第３実施形態の構成を同じ図面を用いて説明する便宜上、スペーシャルフィルタ１１の後段に拡散板１２を配置した構成を図示しているが、本実施形態においては、拡散板１２は配置されない。
【００５４】
図１及び図２に示した距離Ｄ１及びＤ２と、図３及び図４に示した距離Ｄ３及びＤ４の間には、下記の式（４）の関係式が成立する。
１／Ｄ３−１／Ｄ４＝−（１／Ｄ１−１／Ｄ２）・・（４）
ここで、上記式（４）において、ホログラム作製時（ホログラム感光材料６への干渉縞記録時）の光学系とホログラムスクリーン１の再生時（ホログラムスクリーン１への照明光の照射時）の光学系とは共役であるため、上記式（４）の右辺には負の符号が付されている。また、各距離の正負は、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６に対して入射する光である場合に負であり、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６から出射する光である場合には正である。
【００５５】
なお、上記式（４）は、前述した角度選択幅の範囲内で、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６（ホログラムスクリーン１）の中心で成立する関係式である。ホログラム感光材料６（ホログラムスクリーン１）の周辺部でも同様の式が成立するが、共役回折光（距離Ｄ２）の結像位置は収差分だけズレる。中心から周辺部に遠ざかるほど収差が大きくなるため、ホログラム感光材料６（ホログラムスクリーン１）の大きさの制約となる。収差のズレた分だけ角度選択幅も狭まることになる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る立体表示装置は、図１及び図２を参照して前述した第１実施形態に係る立体表示装置と同様の構成を有する（従って、本実施形態に係る立体表示装置の概略構成の説明に際しては、図１及び図２に図示した各構成要素の符号を援用する）。ただし、第１実施形態とはホログラムスクリーン１の作製方法が異なる。以下、本実施形態におけるホログラムスクリーンの作製方法について説明する。
【００５７】
図５及び図６は、それぞれ本実施形態に係るホログラムスクリーン１を作製するための光学系の概略構成を示す平面図及び側面図である。図３及び図４に示す第１実施形態と同様の構成を有する部材には同一の符号を付している。図５又は図６に示すように、本実施形態に係るホログラムスクリーン１を作製するに際しても、第１実施形態と同様に、干渉縞を記録するためのホログラム感光材料６がガラス基板７上に固定される。しかしながら、本実施形態に係るホログラムスクリーン１は、複数の分割領域の各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞が記録されたホログラムから形成される点で第１実施形態と異なる。
【００５８】
より具体的に説明すれば、本実施形態では、ホログラム感光材料６の中心を基準として左右方向に２分割（図５（ａ）及び（ｂ）参照）、上下方向に２分割（図６（ａ）及び（ｂ）参照）の計４分割した各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞が記録される。つまり、平面視が図５（ａ）で側面視が図６（ａ）となる構成の光学系によって、参照光及び物体光の照射側から見てホログラム感光材料６の右側上部の分割領域に干渉縞が記録される。平面視が図５（ａ）で側面視が図６（ｂ）となる構成の光学系によって、ホログラム感光材料６の右側下部の分割領域に干渉縞が記録される。平面視が図５（ｂ）で側面視が図６（ａ）となる構成の光学系によって、ホログラム感光材料６の左側上部の分割領域に干渉縞が記録される。平面視が図５（ｂ）で側面視が図６（ｂ）となる構成の光学系によって、ホログラム感光材料６の左側下部の分割領域に干渉縞が記録される。さらに具体的に説明すれば、本実施形態では、４つのホログラム感光材料（ホログラム感光材料６の各分割領域に相当）を用いて、各ホログラム感光材料毎に参照光及び物体光の干渉縞を記録している。なお、図５及び図６では、図３及び図４と対比する上での便宜上、４つのホログラム感光材料を組み合わせた１つのホログラム感光材料６を図示しているが、実際には４つのホログラム感光材料のそれぞれについて、その中心に参照光と物体光の光軸が向くようにスペーシャルフィルタ８、１１の位置を調整し、各ホログラム感光材料に別々に干渉縞を記録している。
【００５９】
本実施形態に係るホログラムスクリーン１の作製方法によれば、ホログラムスクリーン１を大型にする場合であっても、各プロジェクタ２−Ｘ（図１参照）から照射する共役照明光の入射角度がホログラムスクリーン１の全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように各プロジェクタ２−Ｘを配置することが可能である。換言すれば、ホログラム作製時において単一の光軸方向から参照光及び物体光をホログラムスクリーン１を形成するためのホログラム感光材料６全面に照射したのでは、ホログラムスクリーン１が大きいがために、その周辺部については共役照明光の入射角度が前述した角度選択幅の範囲内に収まるようにできない場合であっても、複数の分割領域の各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞を記録することにより、各分割領域毎に後述する式（５）に基づいて距離を計算し直して中心軸上で物体光と参照光の入射角度θ（図５、図６参照）が適宜変更され、共役照明光の入射角度がホログラムスクリーン全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるようにすることが可能である。従って、ホログラムスクリーン１の周辺部からの共役回折光も観察者の左右の眼に届くことになり、大型の立体像を観察することが可能である。
【００６０】
なお、各分割領域において、図５及び図６に示した距離Ｄ３−Ｚ及びＤ４−Ｚと、図１及び図２に示した距離Ｄ１及びＤ２の間には、下記の式（５）の関係式が成立する。
１／（Ｄ３−Ｚ）−１／（Ｄ４−Ｚ）
＝−（１／（Ｄ１−Ｚ）−１／（Ｄ２−Ｚ））・・（５）
ここで、上記式（５）において、距離Ｄ３−Ｚは、ホログラム感光材料６の各分割領域の中心と参照光を照射するためのスペーシャルフィルタ８との距離を意味する。また、距離Ｄ４−Ｚは、ホログラム感光材料６の各分割領域の中心と物体光を照射するためのスペーシャルフィルタ１１との距離を意味する。距離Ｄ１−Ｚは、作製されたホログラムスクリーン１の各分割領域の中心とプロジェクタ２−Ｘとの距離を意味する。距離Ｄ２−Ｚは、作製されたホログラムスクリーン１の各分割領域の中心と共役回折光（光軸５−Ｘ）の結像領域（観察者３の眼）との距離を意味する。また、ホログラム作製時（ホログラム感光材料６への干渉縞記録時）の光学系とホログラムスクリーン１の再生時（ホログラムスクリーン１への照明光の照射時）の光学系とは共役であるため、上記式（４）の右辺には負の符号が付されている。また、各距離の正負は、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６に対して入射する光である場合に負であり、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６から出射する光である場合には正である。
【００６１】
また、図５及び図６には、後述する第３実施形態の構成を同じ図面を用いて説明する便宜上、スペーシャルフィルタ１１の後段に拡散板１２を配置した構成を図示しているが、本実施形態においても、拡散板１２は配置されない。
【００６２】
＜第３実施形態＞
本実施形態に係る立体表示装置は、図１及び図２を参照して前述した第１実施形態又は第２実施形態に係る立体表示装置と同様の構成を有する（従って、本実施形態に係る立体表示装置の概略構成の説明に際しては、図１及び図２に図示した各構成要素の符号を援用する）。ただし、ホログラムスクリーン１が、スペーシャルフィルタ１１の後段に拡散板１２を配置して作製される点で第１実施形態又は第２実施形態と異なる。本実施形態では、図３及び図４に示す拡散板１１が配置された状態で、或いは、図５及び図６に示す拡散板１１が配置された状態でホログラムスクリーン１が作製される。すなわち、拡散板１１を介してホログラム感光材料６に物体光が照射されることによりホログラムスクリーン１が作製される。
【００６３】
上記のようにして作製されたホログラムスクリーン１の場合、各プロジェクタ２−Ｘから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域は、広がりを持った面状の領域となる。従って、観察者３は、左右両眼をそれぞれ共役回折光の面状の結像領域の範囲内に位置させることによって立体像を観察可能になるため、広がりのない点状の結像領域に左右両眼を位置させる場合に比べれば観察が容易になる。
【００６４】
ここで、各共役回折光の結像領域の寸法は拡散板１２の寸法に依存する。各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が観察者３の両眼距離より大きくなると（或いは、各結像領域が眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群である場合には、当該間隔より大きくなると）、各結像領域がオーバーラップし、左右両眼に同一の２次元画像が提供されてしまう。そこで、本実施形態における拡散板１１の寸法は、各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるように決定されている。従って、各共役回折光の結像領域がオーバーラップすることによるクロストークが発生せず、鮮明な立体像を観察可能である
【００６５】
なお、以上に説明した第１〜第３実施形態において、好ましくは、ホログラムスクリーン１が、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長の共役回折光が、前記各波長の共役照明光をそれぞれ照射する各光源の位置及び入射角度を一致させた場合に同一の結像領域を生じるように干渉縞がカラー記録されたホログラムから形成される。より具体的に説明すれば、ホログラム作製時（ホログラム感光材料６への干渉縞記録時）に、参照光及び物体光として、少なくとも赤色、緑色及び青色の波長を含む３種類以上のレーザ光を用い、各レーザ光が前述した式（４）又は式（５）の関係式を満足するようにホログラム感光材料６を照射する。これにより、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光を少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む照明光とした場合に、各プロジェクタ２−Ｘから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各波長に対応する各共役回折光は同一の結像領域で結像することになる。従って、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光を、ホログラムスクリーン１上でそれぞれ水平視差の異なる２次元カラー画像として結像する光とすれば、観察する立体像をカラー化することが可能である。
【００６６】
また、第１〜第３実施形態において、ホログラムスクリーン１の形状は平面形状とされているが、本発明はこれに限るもでのはなく、複数の平面形状から構成される多面体形状、当該多面体形状の一部、円筒形状、当該円筒形状の一部、或いは、曲面形状とすることも可能である。ホログラムスクリーン１の形状として、平面形状以外の前記形状を採用し、その凹部を観察者３が観察するように構成すれば、観察者３の視界を容易に広げることができるため、立体像の実在感や臨場感が高まる点で好適である。
【００６７】
さらに、第１〜第３実施形態において、図７に示すように、各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１に対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向のみならず垂直方向（図７の紙面上下方向）に沿っても分布するように各プロジェクタ２−Ｘを配置（水平方向に４個、垂直方向に３個で、計１２個のプロジェクタ２−Ｘを配置）し、前記垂直方向に沿って分布する各結像領域で結像する各共役回折光を生じさせる各共役照明光を、ホログラムスクリーン１上でそれぞれ垂直視差の異なる２次元画像として結像する光とすることも可能である。
【００６８】
斯かる構成によれば、観察者３が両眼を垂直方向に移動させてホログラムスクリーン１を観察することにより、移動前に観察した立体像と移動後に観察できる立体像との間に垂直視差が生じるため、立体像の実在感をより一層高めることが可能である。
【００６９】
なお、本実施形態では、３つ以上のプロジェクタを具備する構成について説明したが、本発明は必ずしもこれに限るものではなく、２つのプロジェクタを具備する多視点立体表示装置として構成することも可能である。すなわち、参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する２つのプロジェクタとを備え、前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の２つの結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離で互いに離間するように配置されており、前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって２視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る立体表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す立体表示装置の側面図である。
【図３】図３は、図１に示すホログラムスクリーンを作製するための光学系の概略構成を示す平面図である。
【図４】図４は、図３に示す光学系の側面図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態に係るホログラムスクリーンを作製するための光学系の概略構成を示す平面図である。
【図６】図６は、図５に示す光学系の側面図である。
【図７】図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る立体表示装置の概略構成を示す側面図である。
【図８】図８は、従来の立体表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図９】図９は、図８に示すスクリーンを作製するための光学系の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０・・・立体表示装置
１・・・ホログラムスクリーン
２−Ｘ・・・プロジェクタ
３・・・観察者
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置に関し、特に、専用の眼鏡を必要とせずに鮮明な多視点の立体像を観察可能な多視点立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、左眼用及び右眼用の画像を組み合わせて立体像として視認させる立体表示装置として種々の形式のものが提案されている。それらの内、立体像を観察するための専用の眼鏡を必要としない立体表示装置として、例えば特許文献１において、図８に示す構成の立体表示装置が提案されている。
【０００３】
図８に示すように、特許文献１に記載の立体表示装置（ホログラム立体表示装置）２０は、拡散型ホログラムを使用したスクリーン２１と、スクリーン２１に向けて情報光を出射する発光表示手段２としての２つのプロジェクタ２−１及び２−２とを備えている。
【０００４】
２つのプロジェクタ２−１及び２−２は、スクリーン２１から距離Ｌ１だけ離れた位置において、観察者３の左眼３−１と右眼３−２の間隔と同じ間隔で左右（図８の紙面上下）に並んで配置され、左眼用プロジェクタ２−１及び右眼用プロジェクタ２−２からそれぞれ出射した左眼用及び右眼用の情報光をスクリーン２１上に結像させる。左眼用プロジェクタ２−１及び右眼用プロジェクタ２−２からそれぞれ出射した情報光は、スクリーン２１によって回折し、左眼用の情報光（回折光）はスクリーン２１から距離Ｌ２だけ離れた位置にいる観察者３の左眼３−１に集光する一方、右眼用の情報光（回折光）は観察者３の右眼３−２に集光する。これにより、観察者３は、左眼用及び右眼用の情報光が組み合わさった立体像を観察することが可能である。
【０００５】
上記のような機能を奏するスクリーン２１は、図９に示す光学系によって作製される。図９に示すように、スクリーン２１の作製（スクリーン２１に用いる拡散型ホログラムの作製）に際しては、ホログラム感光材料６をガラス基板７上に積層し、ホログラム感光材料６の背面に光の再帰性を有する拡散性物体１４を配置した状態で、ホログラム感光材料６側から露光光であるレーザ光をスペーシャルフィルタ８を通して拡大し照射する。より具体的には、図９に示すように、図８の左眼３−１と右眼３−２の間隔の半分だけ水平面内でスペーシャルフィルタ８を左側又は右側（図８の紙面の上下方向）に移動（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移動方向を変える）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６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８を傾ける。以上のようにして作製した左眼用及び右眼用の２枚の拡散型ホログラムを各拡散型ホログラムの中心などを合わせて重ねることにより、図８に示すスクリーン２１が作製される。或いは、１つのホログラム感光材料６に対して左眼用及び右眼用の光学系配置で２回に分けて露光して作製した拡散型ホログラムを用いてスクリーン２１を形成することも可能である。
【０００６】
発光表示手段２から出射された情報光は、下記の式（１）を満足するようにして、観察者３の眼の位置に導かれる。
２／Ｌ３＝１／Ｌ１＋１／Ｌ２ ・・・（１）
ここで、前述したように、Ｌ１は発光表示手段２であるプロジェクタ２−１又は２−２とスクリーン２１までの距離を、Ｌ２は観察者３の眼３−１又は３−２とスクリーン２１までの距離をそれぞれ意味する。また、Ｌ３は、スクリーン２１内に形成される格子面の曲率半径（すなわちスペーシャルフィルタ８からホログラム感光材料６までの距離）を意味する。
【特許文献１】特開平１１−１９０９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の立体表示装置には、以下に述べるような問題がある。
すなわち、左眼用及び右眼用の２枚の拡散型ホログラムを重ね合わせて作製したスクリーン２１では、各プロジェクタ２−１及び２−２から出射する各情報光の入射角度が近接しているので、双方共に拡散型ホログラムの角度選択幅の範囲内に含まれてしまい、２つの情報光の何れによっても、左眼方向と右眼方向の双方に回折光が生じ、クロストークが発生して立体像を鮮明に観察できないという問題がある（第１の課題）。
【０００８】
また、拡散型ホログラムを重ね合わせて作製したスクリーン２１であっても、左眼用及び右眼用の光学系配置でホログラム感光材料６を２回に分けて露光して作製した拡散型ホログラムを用いたスクリーン２１であっても、左眼用の光学系配置で露光することによって拡散型ホログラムに記録された干渉縞の多数のきめ細かい回折層が、右眼用の情報光又は回折光の光路上で減光や光散乱の原因となってしまう。一方、右眼用の光学系配置で露光することによって拡散型ホログラムに記録された干渉縞の多数のきめ細かい回折層は、左眼用の情報光又は回折光の光路上で減光や光散乱の原因となってしまう。これにより、観察者３の両眼３−１、３−２に届く回折光の明るさは低下し、明所での立体像観察が困難になるという問題を生じる（第２の課題）。特に、多視点で立体像を観察可能にするべく、発光表示手段２であるプロジェクタの数を増やすことに応じて、拡散型ホログラムを重ね合わせる数を増やせば、回折光の減光の度合いが増すため、多視点の立体像の観察が困難になるという問題は顕著になる。
【０００９】
また、透過型のスクリーン２１を作製する場合には、光の再帰性を有する拡散性物体１４による反射光を利用することができない。従って、ホログラムを作製するための物体光として、スペーシャルフィルタ８の位置から拡散板を通した光を照射する必要があるものの、既に同じ位置にスペーシャルフィルタ８による参照光が存在しており不可能であるため、このような拡散光を生成するために新たな光学系を発案する必要が生じるという問題がある（第３の課題）。
【００１０】
また、前述した式（１）は、ホログラム感光材料６及びスクリーン２１の中心部に対して成立する関係式であり、大型のスクリーン２１の場合、その周辺部については、発光表示手段２から出射される情報光の入射角度が大きいので、角度選択幅は中心部より狭くなるため簡単に角度選択幅の範囲外となり、スクリーン２１の周辺部からの回折光が観察者３の左右の眼３−１及び３−２に届かなくなる結果、大型の立体像を観察できないという問題を生じる（第４の課題）。
【００１１】
また、スクリーン２１を作製する際に光の再帰性を有する拡散性物体１４を用いる条件のみでは、スクリーン２１から距離Ｌ２だけ離れた位置において観察する際に、回折光が観察者３の両眼の間隔以上に拡散する場合が発生して、左右２つの回折光が左右何れの眼３−１、３−２にも届き、立体像を鮮明に観察し難いという問題もある（第５の課題）。
【００１２】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、専用の眼鏡を必要とせずに鮮明な多視点の立体像を観察可能な多視点立体表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記第１〜第３の課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載の如く、参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する３つ以上のプロジェクタとを備え、前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群を形成するように配置されており、前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置を提供するものである。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ホログラムスクリーンが、参照光及び物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されているため、各プロジェクタから照射された各共役照明光によって生じる回折光（共役回折光）は、それぞれ単一の光束となり、当該光束の断面は何処でも単一の閉領域を形成しており、通常は球面波であるため、それぞれ多少の収差は残るものの一点に集光した結像領域（結像点）となる。換言すれば、各共役回折光の結像領域はそれぞれ点状に形成され、ホログラムスクリーンに対して共役照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射することにより、共役照明光の数（プロジェクタの数）に応じた数からなる共役回折光の結像領域群（結像点群）が形成されることになる。しかも、各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように配置されているため、ホログラムスクリーンの何れの部位で生じた共役回折光も、各共役照明光の照射方向に応じた結像点に結像することになる。
【００１５】
各プロジェクタから照射する共役照明光は、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であると共に、各プロジェクタは、各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って観察者の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように配置されているため、前記各共役照明光によって生じる各共役回折光の結像点の一つに観察者が一方の眼を位置させると共に、当該一方の眼を位置させた前記結像点と観察者の眼間距離だけ水平方向に離間した他の結像点に観察者が他方の眼を位置させてホログラムスクリーンを観察することにより、両眼に届く水平視差の異なる２次元画像が融合され、専用の眼鏡を必要とせずに立体像を観察することが可能である。また、ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されるため、両眼を水平方向に順次移動させることにより、移動した位置に合致する別の立体像（移動した両眼位置にそれぞれ共役回折光の結像点を有する２次元画像が融合されることによって観察される立体像）を連続的に観察することができ、立体像の実在感が増大するという利点を有する。
【００１６】
また、本発明によれば、各共役照明光によってそれぞれ独立別個に生じる各共役回折光の結像点群を観察することになるので、従来のように、複数の照明光を同時にホログラムスクリーンに照射することによって照明光の数の２乗の数だけ余分に発生するクロストーク像が生じず、鮮明な立体像を観察することが可能である。
【００１７】
また、本発明によれば、ホログラムスクリーンが、参照光及び物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されているため、ホログラムに記録される干渉縞の方向が揃っており、共役照明光又は共役回折光の光路上において、従来のように回折に寄与しない干渉縞の多数のきめ細かい回折層による減光や光散乱の影響を受けることがなく、明所でも鮮明な立体像の観察が可能である。
【００１８】
さらに、本発明によれば、透過型及び反射型の何れのホログラムスクリーンとする場合であっても、参照光及び物体光として独立した２光束を用いるので、類似の光学系を使用して同じように作製することが可能である。
【００１９】
なお、本発明における「角度選択幅」とは、共役照明光のホログラムスクリーンに対する入射角度が、ホログラム作製時（干渉縞記録時）の参照光のホログラムスクリーンに対する入射角度に対して共役回折光を生成し得る許容変位可能な最大の角度幅であり、下記の式（２）で定義される｜Δθ｜を意味する。また、「共役照明光の入射角度を角度選択幅の範囲内に収まるように」するとは、共役照明光のホログラムスクリーンに対する入射角度をθ’とすれば、下記の式（３）を満足させることを意味する。
｜Δθ｜＝λ・（ｎ２−sin２（θ））１／２／（ｔ・｜sin（θ）・cos（θ）｜）・・（２）
θ−Δθ＜θ’＜θ＋Δθ ・・（３）
ここで、上記式（２）又は式（３）において、θは参照光のホログラムスクリーンに対する入射角度を、｜Δθ｜は角度選択幅を、λはホログラム作製時における参照光の波長を、ｎはホログラム感光材料の屈折率を、ｔはホログラムの厚みを意味する。
【００２０】
前記第１〜第３の課題に加えてさらに前記第４の課題を解決するべく、特許請求の範囲の請求項２に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、複数の分割領域の各分割領域毎に前記参照光及び前記物体光の干渉縞が記録されたホログラムから形成するのが好ましい。
【００２１】
斯かる構成によれば、ホログラムスクリーンを大型にする場合であっても、各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように各プロジェクタを配置することが可能である。換言すれば、ホログラム作製時において単一の光軸方向から参照光及び物体光をホログラムスクリーンを形成するためのホログラム感光材料全面に照射したのでは、ホログラムスクリーンが大きいがために、その周辺部については共役照明光の入射角度が前述した角度選択幅の範囲内に収まるようにできない場合であっても、複数の分割領域の各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞を記録することにより（各分割領域毎に後述する式（５）に基づいて距離を計算し直して中心軸上で物体光と参照光の入射角度を適宜変更することにより）、共役照明光の入射角度がホログラムスクリーン全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるようにすることが可能である。従って、ホログラムスクリーンの周辺部からの共役回折光も観察者の左右の眼に届くことになり、大型の立体像を観察することが可能である。
【００２２】
前記第１〜第３の課題（或いは前記第１〜第４の課題）に加えてさらに前記第５の課題を解決するべく、特許請求の範囲の請求項３に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、前記各プロジェクタから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるようにその寸法が決定された拡散板を介して、前記物体光が照射されることにより形成するのが好ましい。
【００２３】
斯かる構成によれば、ホログラム作製時において、拡散板を介して物体光が照射されるため、各プロジェクタから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域は、広がりを持った面状の領域となる。従って、観察者は、左右両眼をそれぞれ共役回折光の面状の結像領域の範囲内に位置させることによって立体像を観察可能になるため、広がりのない点状の結像領域に左右両眼を位置させる場合に比べれば観察が容易になる。しかも、拡散板の寸法は、各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるように決定されているため、各共役回折光の結像領域がオーバーラップすることによるクロストークが発生せず、鮮明な立体像を観察可能である。
【００２４】
なお、特許請求の範囲の請求項４に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長の共役回折光が、前記各波長の共役照明光をそれぞれ照射する各光源の位置及び入射角度を一致させた場合に同一の結像領域を生じるように前記干渉縞がカラー記録されたホログラムから形成され、前記各プロジェクタは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む共役照明光を照射するように構成するのが好ましい。
【００２５】
斯かる構成によれば、各プロジェクタから照射する共役照明光を少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む照明光とした場合に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各波長に対応する各共役回折光が同一の結像領域に結像するため、各プロジェクタから照射する共役照明光を、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元カラー画像として結像する光とすれば、観察する立体像をカラー化することが可能である。
【００２６】
また、好ましくは、特許請求の範囲の請求項５に記載の如く、前記ホログラムスクリーンは、体積型ホログラムから形成される。
【００２７】
斯かる構成によれば、ホログラムスクリーンが体積型ホログラムから形成されるため、当該ホログラムスクリーンに共役照明光を照射した場合、１次のブラッグ回折光と０次の透過光しか発生せず、平面型ホログラムのように高次回折光に伴う減光やノイズ光が発生しないので、観察者はより一層明るく鮮明な立体像を観察することが可能である。
【００２８】
また、特許請求の範囲の請求項６に記載の如く、前記ホログラムスクリーンの形状は、平面形状、複数の平面形状から構成される多面体形状、当該多面体形状の一部、円筒形状、当該円筒形状の一部及び曲面形状の内のいずれか一つとすることが可能である。
【００２９】
さらに、特許請求の範囲の請求項７に記載の如く、前記各プロジェクタを、当該各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向のみならず垂直方向に沿っても分布するように配置し、前記垂直方向に沿って分布する各結像領域で結像する各共役回折光を生じさせる各共役照明光を、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ垂直視差の異なる２次元画像として結像する光とすることも可能である。
【００３０】
斯かる構成によれば、観察者が両眼を垂直方向に移動させてホログラムスクリーンを観察することにより、移動前に観察した立体像と移動後に観察できる立体像との間に垂直視差が生じるため、仮想の物体像（立体像）の実在感をより一層高めることが可能である。
【００３１】
また、前記第１〜第３の課題を解決するべく、本発明は、特許請求の範囲の請求項８に記載の如く、参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する２つのプロジェクタとを備え、前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の２つの結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離で互いに離間するように配置されており、前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって２視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置としても提供される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る立体表示装置によれば、ホログラムスクリーンに照射した各共役照明光によって生じる各共役回折光の結像点の一つに観察者が一方の眼を位置させると共に、当該一方の眼を位置させた前記結像点と観察者の眼間距離だけ水平方向に離間した他の結像点に観察者が他方の眼を位置させてホログラムスクリーンを観察することにより、両眼に届く水平視差の異なる２次元画像が融合され、専用の眼鏡を必要とせずに立体像を観察することが可能である。また、ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されるため、両眼を水平方向に順次移動させることにより、移動した位置に合致する別の立体像（移動した両眼位置にそれぞれ共役回折光の結像点を有する２次元画像が融合されることによって観察される立体像）を連続的に観察することができ、立体像の実在感が増大するという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る多視点立体表示装置の実施形態について説明する。
【００３４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る多視点立体表示装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すように、本実施形態に係る多視点立体表示装置１０は、ホログラムスクリーン１と、３つ以上の（本実施形態では４つ）のプロジェクタ２−Ｘ（Ｘ＝１〜４）を具備する発光表示手段２とを備えている。
【００３５】
ホログラムスクリーン１は、後述するように、参照光及び物体光の２光束を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されている。これにより、各プロジェクタ２−Ｘから照射された各共役照明光（前記参照光と共役な照明光）によって生じる回折光（共役回折光）は、それぞれ単一の光束となり、当該光束の断面は何処でも単一の閉領域を形成することになる。すなわち、ホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ１だけ離間した位置にある一のプロジェクタ２−Ｘを点光源と考えた場合、当該点光源からホログラムスクリーン１に対して共役照明光を照射すると、これによって生じる共役回折光はホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ２だけ離間した位置に点状の結像領域を形成する。なお、本実施形態では、ホログラムスクリーン１が透過型である場合を示しているが、反射型の場合も同様である（反射型の場合、ホログラムスクリーン１に対して図１の紙面左側に結像領域が形成される）。
【００３６】
発光表示手段２は、ホログラムスクリーン１に対して共役照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する４つのプロジェクタ２−Ｘ（Ｘ＝１〜４）を備えている。より具体的には、ホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ１だけ離間した４箇所の位置に、それぞれ各プロジェクタ２−Ｘが円弧状に配置され、各プロジェクタ２−Ｘの光軸がホログラムスクリーン１の中心を通るように傾けられている。ホログラムスクリーン１は、前述のように、一つのプロジェクタ２−Ｘから照射された単一光束の共役照明光に対して単一光束の共役回折光を生成するため、プロジェクタ２−Ｘの数（共役照明光の光束数）に応じた数からなる共役回折光の結像領域群（結像点群）が形成されることになる。より具体的には、ホログラムスクリーン１（ホログラムスクリーン１の中心）から距離Ｄ２だけ離間した４箇所の位置に、各プロジェクタ２−Ｘから照射された共役照明光（光軸４−Ｘ）に対応する共役回折光（光軸５−Ｘ）の結像点群が円弧状に形成されることになる。なお、本実施形態では、後述するように、ホログラム作製時に用いる参照光及び物体光の光軸が平面視で同軸とされているため、各共役照明光の光軸４−Ｘ（Ｘ＝１〜４）とこれに対応する共役回折光の光軸５−Ｘ（Ｘ＝１〜４）とは、平面視で同一直線上に存在することになる。
【００３７】
各プロジェクタ２−Ｘは、当該各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度が、ホログラムスクリーン１の全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように配置されている。より具体的には、平面視において、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度θ’（例えば、図１に示すプロジェクタ２−２の場合、光軸において入射角度θ’＝θ１’、ホログラムスクリーン１の水平方向左端部において入射角度θ’＝θ２’、ホログラムスクリーン１の水平方向右端部において入射角度θ’＝θ３’となる）が、ホログラムスクリーン１の全面に亘って下記の式（２）で定義される角度選択幅｜Δθ｜の範囲内に収まるように配置されている。つまり、各プロジェクタ２−Ｘから照射される共役照明光のホログラムスクリーン１上でのそれぞれの光点の入射角度θ’が下記の式（３）を満足するように配置されている。
｜Δθ｜＝λ・（ｎ２−sin２（θ））１／２／（ｔ・｜sin（θ）・cos（θ）｜）・・（２）
θ−Δθ＜θ’＜θ＋Δθ ・・（３）
ここで、上記式（２）又は式（３）において、θは参照光のホログラムスクリーン１に対する入射角度（図３参照。例えば、ホログラム感光材料６の中心においてθ＝θ１＝０°、水平方向左端部においてθ＝θ２、水平方向右端部においてθ＝θ３となる）を、｜Δθ｜はホログラムスクリーン１上の各点における角度選択幅を、λはホログラム作製時における参照光の波長を、ｎはホログラム感光材料の屈折率を、ｔはホログラムの厚みを意味する。
【００３８】
以上のように、各プロジェクタ２−Ｘは、当該各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度θ’が、ホログラムスクリーン１の全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように配置されているため、ホログラムスクリーン１の何れの部位で生じた共役回折光も、各共役照明光の照射方向に応じた結像点に結像することになる。
【００３９】
また、各プロジェクタ２−Ｘは、当該各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１に対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って（厳密には水平面内の円弧に沿って）観察者３の眼間距離だけ離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように配置されている。さらに、各プロジェクタ２−Ｘから照射される共役照明光は、ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光とされ、ホログラムスクリーン１上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されている。
【００４０】
従って、各共役照明光によって生じる各共役回折光の結像点の一つ（図１に示す状態では、光軸５−２を有する共役回折光の結像点）に観察者３が左眼３−１を位置させると共に、左眼を位置させた前記結像点と観察者３の眼間距離だけ水平方向に離間した他の結像点（図１に示す状態では、光軸５−３を有する共役回折光の結像点）に観察者３が右眼３−２を位置させてホログラムスクリーン１を観察することにより、各結像点に対応する各共役照明光（図１に示す状態では、左眼３−１を位置させた結像点には、光軸４−２を有する共役照明光が対応し、右眼３−２を位置させた結像点には、光軸４−３を有する共役照明光が対応する）によって提供される水平視差の異なる２次元画像が融合され、専用の眼鏡を必要とせずに立体像を観察することが可能である。また、両眼３−１、３−２を水平方向に順次移動させることにより、移動した位置に合致する別の立体像（移動した両眼位置にそれぞれ共役回折光の結像点を有する２次元画像が融合されることによって観察される立体像）を連続的に観察することができ、立体像の実在感が増大するという利点を有する。より具体的に説明すれば、例えば、図１に示す状態から右方向に両眼を移動させ、光軸５−３を有する共役回折光の結像点に左眼３−１を、光軸５−４を有する共役回折光の結像点に右眼３−２をそれぞれ位置させてホログラムスクリーン１を観察することにより、各結像点に対応する各共役照明光によって提供される水平視差の異なる２次元画像が融合され、図１に示す状態で観察される立体像とは視差の異なる別の立体像を観察することが可能である。
【００４１】
なお、本実施形態においては、各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１に対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って観察者３の眼間距離だけ離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように各プロジェクタ２−Ｘを配置する構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、各共役回折光の各結像領域（結像点）が水平方向に沿って観察者３の眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群（結像点群）を形成するように配置することも可能である。斯かる構成によれば、例えば、観察者３の眼間距離を２等分した間隔で各結像領域（結像点）が分布するように各プロジェクタ２−Ｘを配置すれば、観察者３が眼間距離の１／２だけ移動するだけで視差の異なる別の立体像を観察できることになる。同様にして、各結像領域（結像点）の離間距離を眼間距離の１／３、１／４、１／５等に狭めていく（ただし、これに応じて各プロジェクタ２−Ｘの個数を増やすことになる）に従って、少しの移動で視差の異なる別の立体像を観察できることになり、連続的な立体像の観察が可能になることから、立体像の実在感がより一層増大するという利点を有する。また、眼間距離は観察者３によって個人差があるため、本実施形態のように、各結像領域（結像点）を観察者３の眼間距離だけ離間して分布させる構成を採用する場合には、人間の平均的な眼間距離に設定するか、或いは、対象とする観察者３を特化した多視点立体表示装置１０とする（例えば、大人用と子供用とで別個の多視点立体表示装置とする）ことが考えられる。前者の場合には、平均的な眼間距離と差の大きい眼間距離を有する観察者３が上手く立体像を観察できない事態が生じ得るという問題があり、後者の場合には、汎用性に乏しいため販促上の不都合が生じるという問題もある。これに対して、各共役回折光の各結像領域（結像点）が観察者３の眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布するように構成し、間隔を細分化すればするほど、上記のような問題が生じなくなるという点で好都合である。
【００４２】
図２は、図１に示す立体表示装置の側面図である。図２に示すように、立体表示装置１０が備える各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘは、側面視において、ホログラムスクリーン１の法線に対して一定の傾きを有するように配置されている。これは、後述するように、本実施形態では、ホログラム作製時において参照光の光軸をホログラムスクリーン１の法線に対して傾けて照射するため、参照光と共役な照明光を出射する各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘも一定の傾きを有するように配置することになるからである。なお、側面視においても、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光の入射角度θ”（例えば、図２に示す光軸４−Ｘにおいて入射角度θ”＝θ１”、ホログラムスクリーン１の上端部において入射角度θ”＝θ３”、ホログラムスクリーン１の下端部においてθ”＝θ２”となる）は、ホログラムスクリーン１の全面に亘って前述した角度選択幅（ただし、参照光のホログラムスクリーン１に対する入射角度θについては図４を参照。例えば、ホログラム感光材料６の中心においてθ＝θ１＊、上端部においてθ＝θ３＊、下端部においてθ＝θ２＊となる）の範囲内に収まるように配置されている。
【００４３】
各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘが、側面視において、ホログラムスクリーン１の法線に対して一定の傾きを有するため、本実施形態のように透過型のホログラムスクリーン１であっても、各プロジェクタ２−Ｘから出射された共役照明光が観察者３の眼に直接侵入することは無い。また、ホログラムスクリーン１が反射型である場合にも、各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘが傾いているので、各プロジェクタ２−Ｘから出射された共役照明光のホログラムスクリーン１での反射光が観察者３の眼に直接侵入することは無い。
【００４４】
また、各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘが、ホログラムスクリーン１の法線に対して一定の傾きを有するため（参照光の光軸がホログラム感光材料の法線に対して一定の傾きを有するため）、ホログラムスクリーン１が透過型及び反射型の何れであっても、体積型ホログラムとして形成することができる。以下、その理由について説明する。
【００４５】
一般的に、体積型ホログラムとなる条件は下記の式で表される。
２πλｔ／（ｎΛ２cos（φ））＞＞１０
ここで、上記式において、πは円周率を、λはホログラム作製時における参照光の波長を、ｔはホログラムの厚みを、ｎはホログラムの屈折率を、Λは干渉縞の間隔を、φは干渉縞の水平方向（ホログラム感光材料の法線方向）からの傾き角を意味する。
【００４６】
後述する図４に示すように、物体光の光軸が水平である（ホログラムの法線方向に合致する）ため、仮に参照光の光軸が水平であるとすれば、干渉縞も水平方向に形成されることになる。すなわち、上記式において、φ＝０となり、cos（φ）＝１となる。ここで、参照光の光軸が水平方向に対して傾斜すると、干渉縞も傾斜してφが大きくなる（干渉縞の方向は、物体光の光軸と参照光の光軸との２等分線の方向になる）。これに応じて、cos（φ）が１から徐々に減少することになる。cos（φ）は、上記式の左辺の分母に含まれるため、cos（φ）が減少するに従って左辺自体は次第に大きな値となり、やがて上記の式が成立することになる。通常、ｔ＝１０μｍのホログラムでは、参照光の光軸が水平方向に対して成す角度が３０°以上であれば、上記の式が成立し、体積型ホログラムになる。なお、上記の式の左辺の分子に含まれるホログラムの厚みｔの値をｔ＝２０〜３０μｍに増せば、φが小さくても上記の式が成立することになる。
【００４７】
ホログラムスクリーン１を体積型ホログラムとして形成した場合には、当該ホログラムスクリーン１に共役照明光を照射しても１次のブラッグ回折光と０次の透過光しか発生せず高次回折光に伴う減光やノイズ光が発生しないので、観察者３はより一層明るく鮮明な立体像を観察することが可能である。
【００４８】
さらに、前述したように、ホログラム感光材料の厚みを増すことにより、体積型ホログラムの性質を維持しつつ、各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘのホログラムスクリーン１への入射角θ”を小さくして法線方向に近づけることができる（参照光の光軸が水平方向に対して成す角度を小さくできる）ため、各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１上に投影される２次元画像の歪みを軽減することが可能である。
【００４９】
以下、図３及び図４を適宜参照しつつ、本実施形態に係るホログラムスクリーン１の作製方法について説明する。
【００５０】
図３及び図４は、それぞれ本実施形態に係るホログラムスクリーン１を作製するための光学系の概略構成を示す平面図及び側面図である。図３又は図４に示すように、ホログラムスクリーン１の作製に際しては、干渉縞を記録するためのホログラム感光材料６がガラス基板７上に固定される。ホログラム感光材料６としては、フォトポリマ、銀塩感光材料、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、エンボス箔などを用いることができる。
【００５１】
そして、ホログラム感光材料６への参照光として、ホログラム感光材料６から距離Ｄ３だけ離間した位置に配設されたスペーシャルフィルタ８によって拡大されたレーザ光９が、ガラス基板７側からホログラム感光材料６の表面に略均一に照射される。レーザ光９の光軸はホログラム感光材料６の中心を通るように設定されている。また、ホログラム感光材料６への物体光として、ホログラム感光材料６から距離Ｄ４だけ離間した位置に配設されたスペーシャルフィルタ１１によって拡大されたレーザ光１３が、ガラス基板７側からホログラム感光材料６の表面に略均一に照射される。レーザ光９と同様に、レーザ光１３の光軸もホログラム感光材料６の中心を通るように設定されている。以上のようにして、ホログラム感光材料６に参照光と物体光との干渉縞が一回だけ記録され、ホログラムが作製される。作製されたホログラムがホログラムスクリーン１として用いられる。
【００５２】
なお、図３に示すように、平面視において、参照光及び物体光の光軸がホログラム感光材料６の法線に沿って互いに同軸とされているため、前述のように、各プロジェクタ２−Ｘから出射された共役照明光の光軸４−Ｘとこれに対応する共役回折光の光軸５−Ｘとは、平面視で同一直線上に存在することになる。また、図４に示すように、側面視においては、参照光の光軸のみをホログラム感光材料６の法線に対して傾けている。これにより、前述したように、参照光と共役な照明光を出射する各プロジェクタ２−Ｘの光軸４−Ｘは、ホログラムスクリーン１に対して一定の傾きを有するように配置されることになる。
【００５３】
また、図３及び図４には、後述する第３実施形態の構成を同じ図面を用いて説明する便宜上、スペーシャルフィルタ１１の後段に拡散板１２を配置した構成を図示しているが、本実施形態においては、拡散板１２は配置されない。
【００５４】
図１及び図２に示した距離Ｄ１及びＤ２と、図３及び図４に示した距離Ｄ３及びＤ４の間には、下記の式（４）の関係式が成立する。
１／Ｄ３−１／Ｄ４＝−（１／Ｄ１−１／Ｄ２）・・（４）
ここで、上記式（４）において、ホログラム作製時（ホログラム感光材料６への干渉縞記録時）の光学系とホログラムスクリーン１の再生時（ホログラムスクリーン１への照明光の照射時）の光学系とは共役であるため、上記式（４）の右辺には負の符号が付されている。また、各距離の正負は、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６に対して入射する光である場合に負であり、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６から出射する光である場合には正である。
【００５５】
なお、上記式（４）は、前述した角度選択幅の範囲内で、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６（ホログラムスクリーン１）の中心で成立する関係式である。ホログラム感光材料６（ホログラムスクリーン１）の周辺部でも同様の式が成立するが、共役回折光（距離Ｄ２）の結像位置は収差分だけズレる。中心から周辺部に遠ざかるほど収差が大きくなるため、ホログラム感光材料６（ホログラムスクリーン１）の大きさの制約となる。収差のズレた分だけ角度選択幅も狭まることになる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
本実施形態に係る立体表示装置は、図１及び図２を参照して前述した第１実施形態に係る立体表示装置と同様の構成を有する（従って、本実施形態に係る立体表示装置の概略構成の説明に際しては、図１及び図２に図示した各構成要素の符号を援用する）。ただし、第１実施形態とはホログラムスクリーン１の作製方法が異なる。以下、本実施形態におけるホログラムスクリーンの作製方法について説明する。
【００５７】
図５及び図６は、それぞれ本実施形態に係るホログラムスクリーン１を作製するための光学系の概略構成を示す平面図及び側面図である。図３及び図４に示す第１実施形態と同様の構成を有する部材には同一の符号を付している。図５又は図６に示すように、本実施形態に係るホログラムスクリーン１を作製するに際しても、第１実施形態と同様に、干渉縞を記録するためのホログラム感光材料６がガラス基板７上に固定される。しかしながら、本実施形態に係るホログラムスクリーン１は、複数の分割領域の各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞が記録されたホログラムから形成される点で第１実施形態と異なる。
【００５８】
より具体的に説明すれば、本実施形態では、ホログラム感光材料６の中心を基準として左右方向に２分割（図５（ａ）及び（ｂ）参照）、上下方向に２分割（図６（ａ）及び（ｂ）参照）の計４分割した各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞が記録される。つまり、平面視が図５（ａ）で側面視が図６（ａ）となる構成の光学系によって、参照光及び物体光の照射側から見てホログラム感光材料６の右側上部の分割領域に干渉縞が記録される。平面視が図５（ａ）で側面視が図６（ｂ）となる構成の光学系によって、ホログラム感光材料６の右側下部の分割領域に干渉縞が記録される。平面視が図５（ｂ）で側面視が図６（ａ）となる構成の光学系によって、ホログラム感光材料６の左側上部の分割領域に干渉縞が記録される。平面視が図５（ｂ）で側面視が図６（ｂ）となる構成の光学系によって、ホログラム感光材料６の左側下部の分割領域に干渉縞が記録される。さらに具体的に説明すれば、本実施形態では、４つのホログラム感光材料（ホログラム感光材料６の各分割領域に相当）を用いて、各ホログラム感光材料毎に参照光及び物体光の干渉縞を記録している。なお、図５及び図６では、図３及び図４と対比する上での便宜上、４つのホログラム感光材料を組み合わせた１つのホログラム感光材料６を図示しているが、実際には４つのホログラム感光材料のそれぞれについて、その中心に参照光と物体光の光軸が向くようにスペーシャルフィルタ８、１１の位置を調整し、各ホログラム感光材料に別々に干渉縞を記録している。
【００５９】
本実施形態に係るホログラムスクリーン１の作製方法によれば、ホログラムスクリーン１を大型にする場合であっても、各プロジェクタ２−Ｘ（図１参照）から照射する共役照明光の入射角度がホログラムスクリーン１の全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるように各プロジェクタ２−Ｘを配置することが可能である。換言すれば、ホログラム作製時において単一の光軸方向から参照光及び物体光をホログラムスクリーン１を形成するためのホログラム感光材料６全面に照射したのでは、ホログラムスクリーン１が大きいがために、その周辺部については共役照明光の入射角度が前述した角度選択幅の範囲内に収まるようにできない場合であっても、複数の分割領域の各分割領域毎に参照光及び物体光の干渉縞を記録することにより、各分割領域毎に後述する式（５）に基づいて距離を計算し直して中心軸上で物体光と参照光の入射角度θ（図５、図６参照）が適宜変更され、共役照明光の入射角度がホログラムスクリーン全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まるようにすることが可能である。従って、ホログラムスクリーン１の周辺部からの共役回折光も観察者の左右の眼に届くことになり、大型の立体像を観察することが可能である。
【００６０】
なお、各分割領域において、図５及び図６に示した距離Ｄ３−Ｚ及びＤ４−Ｚと、図１及び図２に示した距離Ｄ１及びＤ２の間には、下記の式（５）の関係式が成立する。
１／（Ｄ３−Ｚ）−１／（Ｄ４−Ｚ）
＝−（１／（Ｄ１−Ｚ）−１／（Ｄ２−Ｚ））・・（５）
ここで、上記式（５）において、距離Ｄ３−Ｚは、ホログラム感光材料６の各分割領域の中心と参照光を照射するためのスペーシャルフィルタ８との距離を意味する。また、距離Ｄ４−Ｚは、ホログラム感光材料６の各分割領域の中心と物体光を照射するためのスペーシャルフィルタ１１との距離を意味する。距離Ｄ１−Ｚは、作製されたホログラムスクリーン１の各分割領域の中心とプロジェクタ２−Ｘとの距離を意味する。距離Ｄ２−Ｚは、作製されたホログラムスクリーン１の各分割領域の中心と共役回折光（光軸５−Ｘ）の結像領域（観察者３の眼）との距離を意味する。また、ホログラム作製時（ホログラム感光材料６への干渉縞記録時）の光学系とホログラムスクリーン１の再生時（ホログラムスクリーン１への照明光の照射時）の光学系とは共役であるため、上記式（４）の右辺には負の符号が付されている。また、各距離の正負は、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６に対して入射する光である場合に負であり、ホログラムスクリーン１又はホログラム感光材料６から出射する光である場合には正である。
【００６１】
また、図５及び図６には、後述する第３実施形態の構成を同じ図面を用いて説明する便宜上、スペーシャルフィルタ１１の後段に拡散板１２を配置した構成を図示しているが、本実施形態においても、拡散板１２は配置されない。
【００６２】
＜第３実施形態＞
本実施形態に係る立体表示装置は、図１及び図２を参照して前述した第１実施形態又は第２実施形態に係る立体表示装置と同様の構成を有する（従って、本実施形態に係る立体表示装置の概略構成の説明に際しては、図１及び図２に図示した各構成要素の符号を援用する）。ただし、ホログラムスクリーン１が、スペーシャルフィルタ１１の後段に拡散板１２を配置して作製される点で第１実施形態又は第２実施形態と異なる。本実施形態では、図３及び図４に示す拡散板１１が配置された状態で、或いは、図５及び図６に示す拡散板１１が配置された状態でホログラムスクリーン１が作製される。すなわち、拡散板１１を介してホログラム感光材料６に物体光が照射されることによりホログラムスクリーン１が作製される。
【００６３】
上記のようにして作製されたホログラムスクリーン１の場合、各プロジェクタ２−Ｘから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域は、広がりを持った面状の領域となる。従って、観察者３は、左右両眼をそれぞれ共役回折光の面状の結像領域の範囲内に位置させることによって立体像を観察可能になるため、広がりのない点状の結像領域に左右両眼を位置させる場合に比べれば観察が容易になる。
【００６４】
ここで、各共役回折光の結像領域の寸法は拡散板１２の寸法に依存する。各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が観察者３の両眼距離より大きくなると（或いは、各結像領域が眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群である場合には、当該間隔より大きくなると）、各結像領域がオーバーラップし、左右両眼に同一の２次元画像が提供されてしまう。そこで、本実施形態における拡散板１１の寸法は、各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるように決定されている。従って、各共役回折光の結像領域がオーバーラップすることによるクロストークが発生せず、鮮明な立体像を観察可能である
【００６５】
なお、以上に説明した第１〜第３実施形態において、好ましくは、ホログラムスクリーン１が、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長の共役回折光が、前記各波長の共役照明光をそれぞれ照射する各光源の位置及び入射角度を一致させた場合に同一の結像領域を生じるように干渉縞がカラー記録されたホログラムから形成される。より具体的に説明すれば、ホログラム作製時（ホログラム感光材料６への干渉縞記録時）に、参照光及び物体光として、少なくとも赤色、緑色及び青色の波長を含む３種類以上のレーザ光を用い、各レーザ光が前述した式（４）又は式（５）の関係式を満足するようにホログラム感光材料６を照射する。これにより、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光を少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む照明光とした場合に、各プロジェクタ２−Ｘから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各波長に対応する各共役回折光は同一の結像領域で結像することになる。従って、各プロジェクタ２−Ｘから照射する共役照明光を、ホログラムスクリーン１上でそれぞれ水平視差の異なる２次元カラー画像として結像する光とすれば、観察する立体像をカラー化することが可能である。
【００６６】
また、第１〜第３実施形態において、ホログラムスクリーン１の形状は平面形状とされているが、本発明はこれに限るもでのはなく、複数の平面形状から構成される多面体形状、当該多面体形状の一部、円筒形状、当該円筒形状の一部、或いは、曲面形状とすることも可能である。ホログラムスクリーン１の形状として、平面形状以外の前記形状を採用し、その凹部を観察者３が観察するように構成すれば、観察者３の視界を容易に広げることができるため、立体像の実在感や臨場感が高まる点で好適である。
【００６７】
さらに、第１〜第３実施形態において、図７に示すように、各プロジェクタ２−Ｘからホログラムスクリーン１に対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向のみならず垂直方向（図７の紙面上下方向）に沿っても分布するように各プロジェクタ２−Ｘを配置（水平方向に４個、垂直方向に３個で、計１２個のプロジェクタ２−Ｘを配置）し、前記垂直方向に沿って分布する各結像領域で結像する各共役回折光を生じさせる各共役照明光を、ホログラムスクリーン１上でそれぞれ垂直視差の異なる２次元画像として結像する光とすることも可能である。
【００６８】
斯かる構成によれば、観察者３が両眼を垂直方向に移動させてホログラムスクリーン１を観察することにより、移動前に観察した立体像と移動後に観察できる立体像との間に垂直視差が生じるため、立体像の実在感をより一層高めることが可能である。
【００６９】
なお、本実施形態では、３つ以上のプロジェクタを具備する構成について説明したが、本発明は必ずしもこれに限るものではなく、２つのプロジェクタを具備する多視点立体表示装置として構成することも可能である。すなわち、参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する２つのプロジェクタとを備え、前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の２つの結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離で互いに離間するように配置されており、前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって２視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る立体表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す立体表示装置の側面図である。
【図３】図３は、図１に示すホログラムスクリーンを作製するための光学系の概略構成を示す平面図である。
【図４】図４は、図３に示す光学系の側面図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態に係るホログラムスクリーンを作製するための光学系の概略構成を示す平面図である。
【図６】図６は、図５に示す光学系の側面図である。
【図７】図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る立体表示装置の概略構成を示す側面図である。
【図８】図８は、従来の立体表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図９】図９は、図８に示すスクリーンを作製するための光学系の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０・・・立体表示装置
１・・・ホログラムスクリーン
２−Ｘ・・・プロジェクタ
３・・・観察者
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、
前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する３つ以上のプロジェクタとを備え、
前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群を形成するように配置されており、
前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、
前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置。
【請求項２】
前記ホログラムスクリーンは、複数の分割領域の各分割領域毎に前記参照光及び前記物体光の干渉縞が記録されたホログラムから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多視点立体表示装置。
【請求項３】
前記ホログラムスクリーンは、前記各プロジェクタから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるようにその寸法が決定された拡散板を介して、前記物体光が照射されることにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多視点立体表示装置。
【請求項４】
前記ホログラムスクリーンは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長の共役回折光が、前記各波長の共役照明光をそれぞれ照射する各光源の位置及び入射角度を一致させた場合に同一の結像領域を生じるように前記干渉縞がカラー記録されたホログラムから形成され、
前記各プロジェクタは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む共役照明光を照射することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項５】
前記ホログラムスクリーンは、体積型ホログラムから形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項６】
前記ホログラムスクリーンの形状は、平面形状、複数の平面形状から構成される多面体形状、当該多面体形状の一部、円筒形状、当該円筒形状の一部及び曲面形状の内のいずれか一つであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項７】
前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向のみならず垂直方向に沿っても分布するように配置されており、
前記垂直方向に沿って分布する各結像領域で結像する各共役回折光を生じさせる各共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ垂直視差の異なる２次元画像として結像する光であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項８】
参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、
前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する２つのプロジェクタとを備え、
前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の２つの結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離で互いに離間するように配置されており、
前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、
前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって２視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置。
【請求項１】
参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、
前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する３つ以上のプロジェクタとを備え、
前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離又は眼間距離を均等に分割した間隔で互いに離間して分布する結像領域群を形成するように配置されており、
前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、
前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって多視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置。
【請求項２】
前記ホログラムスクリーンは、複数の分割領域の各分割領域毎に前記参照光及び前記物体光の干渉縞が記録されたホログラムから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多視点立体表示装置。
【請求項３】
前記ホログラムスクリーンは、前記各プロジェクタから共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の結像領域の水平方向の寸法が前記結像領域群中に含まれる隣接する結像領域の離間距離の範囲内に収まるようにその寸法が決定された拡散板を介して、前記物体光が照射されることにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多視点立体表示装置。
【請求項４】
前記ホログラムスクリーンは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長の共役回折光が、前記各波長の共役照明光をそれぞれ照射する各光源の位置及び入射角度を一致させた場合に同一の結像領域を生じるように前記干渉縞がカラー記録されたホログラムから形成され、
前記各プロジェクタは、少なくとも赤色、緑色及び青色の３種類の波長を含む共役照明光を照射することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項５】
前記ホログラムスクリーンは、体積型ホログラムから形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項６】
前記ホログラムスクリーンの形状は、平面形状、複数の平面形状から構成される多面体形状、当該多面体形状の一部、円筒形状、当該円筒形状の一部及び曲面形状の内のいずれか一つであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項７】
前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の各結像領域が水平方向のみならず垂直方向に沿っても分布するように配置されており、
前記垂直方向に沿って分布する各結像領域で結像する各共役回折光を生じさせる各共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ垂直視差の異なる２次元画像として結像する光であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の多視点立体表示装置。
【請求項８】
参照光及び物体光を照射することにより、前記参照光及び前記物体光の干渉縞が一回だけ記録されたホログラムから形成されたホログラムスクリーンと、
前記ホログラムスクリーンに対して前記参照光と共役な照明光をそれぞれ異なる角度から同時に照射する２つのプロジェクタとを備え、
前記各プロジェクタは、当該各プロジェクタから照射する共役照明光の入射角度が、前記ホログラムスクリーンの全面に亘って角度選択幅の範囲内に収まると共に、前記各プロジェクタから前記ホログラムスクリーンに対して共役照明光が照射されることによって生じる各共役回折光の２つの結像領域が水平方向に沿って観察者の眼間距離で互いに離間するように配置されており、
前記各プロジェクタから照射する共役照明光は、前記ホログラムスクリーン上でそれぞれ水平視差の異なる２次元画像として結像する光であり、
前記ホログラムスクリーン上で結像された前記水平視差の異なる各２次元画像によって２視点画像群が形成されることを特徴とする多視点立体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１１３１８２（Ｐ２００６−１１３１８２Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９８７９０（Ｐ２００４−２９８７９０）
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（５０４１８０９１８）
【出願人】（０００１０８９９３）ダイソー株式会社 (229)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（５０４１８０９１８）
【出願人】（０００１０８９９３）ダイソー株式会社 (229)
【Ｆターム（参考）】
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