JPH06242715A - ３次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成でホログラムによる３次元画像を得
ることができる３次元画像表示装置を提供することを目
的とする。 【構成】回転角度に対応して複数の領域に分割され、光
が照射されると前記各領域毎に該ホログラム板の奥行き
方向の異なる位置に点像を複数個形成するよう露光が施
されたホログラム板と、前記ホログラム板を回転駆動す
る回転駆動手段と、複数の光源が前記ホログラム板に対
して略同じ距離を保つよう略ー直線状に並設された光照
射手段と、表示すべき３次元画像信号にしたがって前記
回転駆動手段の駆動制御および前記複数の光源の点灯制
御を行うことにより３次元空間に形成される複数の点像
の点灯制御を行う制御手段とを具えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ホログラムを用いて
静的又は動的な立体像を表示する３次元画像表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】】機
械系のＣＡＤ等では、３次元物体などの形状を表示する
ために、通常、３面図や２次元投影法を用いている。し
かし、複雑な形状を２次元投影像から正確に認識するの
はかなり困難であり、また３次元コンピュータグラフィ
ックなどでは、いろいろな方向から観察するためには、
画面上で画像を回転しなくてはならず、空間的に全体像
を把握するのは困難であった。

【０００３】また、流体などのシミュレーション結果を
可視化したり、超音波診断像やＣＴ像（断層像）から骨
や血管等の形状を表示する場合も、２次元像より３次元
立体像のほうが好ましい。さらに、立体映像の分野で
も、臨場感を得るために、動的な立体映像が望まれてい
る。

【０００４】そこで、３次元の立体像を表示するため
に、従来は通常２眼式立体表示方法を用いるようにして
いる。

【０００５】この２眼式立体表示方法は、左右眼に別の
像を提供して奥行きを得るものであり、奥行き距離の異
なった２つの物体を両眼で観察すると、左右眼の網膜上
に形成される２つの物体像の位置は、物体間の距離差に
比例したズレ量となる。この左右眼でのズレ量を両眼視
差という。このような両眼視差の情報を含む２枚の動画
あるいは静止画映像を表示し、色や偏向の差を利用した
特殊眼鏡や、微小光学素子を配列した特殊スクリーン等
を用いて、各々左右眼に対応する映像成分だけを分離観
察できる。、そして、スクリーン面を挟んでその前後方
向に立体的な空間を再現することができる。

【０００６】しかし、この２眼式立体表示方法は、１方
向から観察したときの両眼視差だけで、空間を再現す
る。そのため、 ・他方向からの情報が不足しているために、観察位置に
伴う映像の変化が見られない ・観察者側から見たい対象物体にピント調節ができない ・スクリーン面と映像再現位置が異なるので、ピント調
整が日常生活では経験しない手法となる ・左右眼で見る映像に差異が生じるので、違和感を感じ
る 等の問題がある。

【０００７】そこで、かかる問題を解決する手法として
ホログラフィ表示方法が最近注目されている。

【０００８】ホログラフィは、ある平面における光波の
振幅と位相の両方を記憶し再生させる技術であり、この
ため上下左右に視点を移動させても、異なった角度から
の３次元映像を見ることができる。人が立体を認識する
全ての生理的な要因、両眼視差、輻輳、目の調節が成り
立つため、他の方法より自然な３次元映像となる。ホロ
グラムは、物体光といわれる被写体からの光波と、参照
光といわれる別方向からくる光波を干渉させ、この干渉
縞を記憶することによって作成される。このホログラム
に参照光を入射すると、ホログラム中の干渉縞により回
折されてもとの物体光と同一な波面が形成され、物体像
が空間に浮かび上がる。

【０００９】しかし、従来のホログラフィ表示は、１被
写体（１画像）に対して１枚のホログラムが必要であ
り、このため１画像（静止画像）の立体像においては、
その立体性は非常に高いが、動画像のホログラムを表示
する場合は、多量のホログラムが必要であり、また装置
構成が非常に複雑になる。

【００１０】また、従来のホログラフィでは、観察可能
な視野角が狭く、同時に観察できる人数が数人以下とい
う問題がある。

【００１１】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、簡単な構成でホログラムによる３次元画像を
得ることができる３次元画像表示装置を提供することを
目的とする。

【００１２】またこの発明では、３６０度方向から表示
されたホログラム画像を観察できる３次元画像表示装置
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明では、
回転角度に対応してホログラムが複数の領域に分割さ
れ、光が照射されると前記各領域はホログラムの奥行き
方向の異なる位置に点像をそれぞれ形成するよう露光が
施されたホログラム板と、前記ホログラム板を回転駆動
する回転駆動手段と、複数の光源が前記ホログラム板に
対して略同じ距離を保つよう略ー直線状に並設された光
照射手段と、表示すべき３次元画像信号にしたがって前
記回転駆動手段の駆動制御および前記光照射手段の複数
の光源の点灯制御を行うことにより３次元空間に形成さ
れる複数の点像の点灯制御を行う制御手段とを具えるよ
うにする。

【００１４】かかる本発明によれば、光照射手段の複数
の光源の点灯タイミングをホログラム回転角度に応じて
制御する事によりホログラム板の奥行き方向（ｚ方向と
する）および複数の光源の配列方向（ｙ方向とする）に
垂直なｘ方向についての座標制御を行い、複数の光源の
点灯制御によりｙ方向についての座標制御を行い、前記
回転駆動手段を制御する事による複数のホログラムの選
択制御によりｚ方向についての座標制御を行うことによ
り、３次元空間内の複数の点像を画像信号に応じて再生
する。したがって、人間の残像時間内に複数の点像が点
灯されれば、人間の視覚には３次元の立体的な像が観察
される。また、残像時間毎に、作成する像を移動させれ
ば動画像を得ることができる。

【００１５】またこの発明では、回転角度に対応してホ
ログラムが複数の領域に分割され、光が照射されると前
記各領域はホログラムの奥行き方向の異なる位置に点像
をそれぞれ形成するよう露光が施されたホログラム板
と、前記ホログラム板を回転駆動する回転駆動手段と、
複数の光源が前記ホログラム板に対して略同じ距離を保
つよう略ー直線状に並設された光源モジュールが複数個
放射状に配設される光照射手段と、表示すべき３次元画
像信号にしたがって前記回転駆動手段の駆動制御および
前記光照射手段の複数の光源モジュールの各光源の点灯
制御を行うことにより３次元空間に形成される複数の点
像の点灯制御を行う制御手段とを具える様にする。 か
かる本発明の構成によれば、複数の光源が並設された光
源モジュールを複数個放射状に配設し、これら各光源モ
ジュールの各光源からの光を回転角度に対応して複数の
領域に分割されたホログラム板に照射するとともに、表
示すべき３次元画像信号にしたがってホログラム板の回
転制御および前記複数の光源モジュールの各光源の点灯
制御を行うことにより、３６０度方向から観察可能な像
空間内に画像信号に応じた３次元画像を表示する。

【００１６】

【実施例】以下この発明を添付図面に示す実施例に従っ
て詳細に説明する。

【００１７】図１にこの発明の第１の実施例を示す。

【００１８】図１において、複数の光源（例えばレーザ
光源）1-1、1-2、…、1-nを有する光照射手段１から発
せられたレーザ光Ｌは、各光源毎に設けられた複数の導
波路（例えば光ファイバー）2-1、2-2、…、2-nに入射
され、それらの出射光はホログラム３の所定領域に入射
される。なお、光源１がホログラム３に近接して配置で
きる場合は、導波路２は必要ない。

【００１９】ホログラム３は、モータ４によって回転可
能に構成されており、モータ４の回転角度信号は制御装
置５に入力されている。制御装置５には、画像信号が入
力されており、制御装置５は、入力された画像信号Ｄ及
び前記モータの回転角度信号に応じてモータ４の回転制
御及び複数の光源１の点灯制御を実行する。

【００２０】この場合、ホログラム３としては、図２に
示すように扇型の複数のホログラム3-1、3-2、…、3-m
を用い、これらを１枚の円盤上に円状に貼り付けてい
る。なお、１つの光源により２つ以上のホログラムが同
時に再生されることを防止するために、各ホログラムは
隣接しないように間隔をおいて配置されている。また、
光源１からの光を導光する導波路2-1、2-2、…、2-n
は、ｙ方向にー直線状に並設されている。

【００２１】ここで、各ホログラム3-1、3-2、…、3-m
は、１つのレーザ光源１の光が入射された場合、図３に
示すように、３次元空間のｚ方向（ホログラムの奥行き
方向）の異なる位置に点光源の像6-1、6-2、…、6-mを
それぞれ再生するような露光が施されている。すなわち
この場合、ホログラム3-1に１つのレーザ光源１からの
光が入射されると点像6-1を再生し、…、ホログラム3-m
に１つのレーザ光源１からの光が入射されると点像6-m
を再生する。したがって、前記モータ４の回転によって
光が照射されるホログラムを択一選択する事によって点
像６のｚ方向の座標を選択することができる。

【００２２】また、かかる露光が施されたホログラムに
対してｙ方向にー直線状に並設された光源１から光が照
射されるために、１つのホログラム、例えば3-1に対し
て、複数の光源を1-1、1-2、…、1-nを全て点灯した状
態でレーザ光を照射すると、図２に示すように、ｙ方向
に整列した複数の点像6-1、6-2、…、6-nを同時に再生
することができる。したがって、前記複数の光源1-1、1
-2、…、1-nを選択的に点灯することにより点像６のｙ
方向の座標を選択することができる。

【００２３】また、１つの光源を点灯した状態でホログ
ラム板３を１つのホログラムの回転角度範囲内で回転さ
せると、前記点像6-1、6-2、…、6-mは、図３に示すよ
うに、３次元空間のｘ方向に延びる円弧を形成する。し
たがって、１つのホログラムの領域内で、光源１の点灯
タイミングをホログラム回転角度に応じて選択すること
により点像６のｘ方向の座標を選択することができる。

【００２４】すなわちこの実施例において、制御装置５
は、光源１の点灯タイミングをホログラム回転角度に応
じて制御する事によりｘ方向についての座標制御を行
い、ｙ方向に配列した複数の光源の点灯制御によりｙ方
向についての座標制御を行い、前記モータ４の回転によ
る複数のホログラムの選択制御によりｚ方向についての
座標制御を行うことにより、図４に示すような３次元空
間６内の複数の点像を画像信号に応じて再生するように
している。

【００２５】図５は、制御装置５による光源１の点灯制
御の具体例を示すものである。

【００２６】制御装置５は、モータ４に取り付けられて
いるエンコーダからのエンコーダパルスの入力があると
（ステップ１００）、この入力パルスがホログラム板３
が１回転する毎に出されるインデックスパルスか否かを
判定し（ステップ１１０）、インデックスパルスである
場合は、上記エンコーダパルスをカウントするカウンタ
のカウント値ｔを０にリセットする（ステップ１２
０）。上記入力パルスがインデックスパルスでなくて通
常のエンコーダパルスである場合は、このパルスによっ
て上記カウンタのカウント値ｔを＋１する（ステップ１
３０）。

【００２７】そして、制御装置５は、これら何れの場合
にしても、まず全ての光源１を消灯する（ステップ１４
０）。

【００２８】つぎに、制御装置５は上記＋１されたカウ
ント値ｔを予め設定された所定の演算式ｘ＝ｆ（ｔ）、
ｚ＝ｇ（ｔ）に入力することにより、該カウント値に対
応するｘ座標およびｚ座標を算出する（ステップ１５
０）。

【００２９】次に、制御装置５はｙ座標を一旦ｙ＝１に
初期化した後（ステップ１６０）、該ステップ１５０お
よび１６０で算出された３次元座標（ｘ，１，ｚ）が、
今回入力された画像信号Ｄに含まれるか否かを判定し
（ステップ１７０）、含まれる場合は、このｙ座標（こ
の場合ｙ＝１）に対応する光源1-yを点灯する（ステッ
プ１８０）。

【００３０】また、上記３次元座標（ｘ，１，ｚ）が、
今回入力された画像信号Ｄに含まれていない場合は、ｙ
座標を＋１し（ステップ１９０）、該＋１したｙ座標を
用いて、再度３次元座標（ｘ，２，ｚ）が、今回入力さ
れた画像信号Ｄに含まれるか否かを判定し（ステップ１
７０）、前記と同様の光源点灯制御を行う（ステップ１
８０）。

【００３１】このようにして、ｙ座標が光源の個数ｎを
超えるまで（ステップ２００）ｙ座標を＋１ずつしなが
ら上記画像信号と３次元座標との比較による光源点灯制
御を繰り返し実行する。

【００３２】これらの一連の制御を人間の残像時間内に
実行するようにすれば、画像信号に応じた所望の物体を
３次元表示することができる。また、残像時間毎に、作
成する像を移動させれば動画像を得ることができる。

【００３３】図６にこの発明の第２実施例を示す。

【００３４】この図６に示す第２実施例は、放射状に配
設された複数の光源モジュール１ａ〜１ｄ，ホログラム
板３、ホログラム板３を回転駆動するモータ４、制御装
置５によって構成されている。

【００３５】各光源モジュール１ａ〜１ｄにおいては、
図７に示すように、複数の光源1-1、1-2、…1-nが直線
状に配列されている。これら複数の光源モジュール１
ａ、１ｂ、〜１ｄは個別に点灯制御可能で、またこれら
各光源モジュールの各光源1-1、1-2、…1-nも個別に点
灯制御できる。この場合、光源モジュール１ａ、１ｃは
ｙ方向に沿って各光源1-1、1-2、…1-nが配列され、光
源モジュール１ｂ、１ｄはｘ方向に沿って各光源1-1、1
-2、…1-nが配列されている。

【００３６】これら放射状に配設された複数の光源モジ
ュール１ａ〜１ｄに対して対向するように配設される円
盤状のホログラム３は、図８に示すように、複数の扇型
状の領域3-1、3-2、…、3-mに分割されている。そし
て、これら分割された各ホログラム領域には、１つの光
源モジュールの１つの光源から光が入射された場合、図
９に示すように、３次元空間のｚ方向（ホログラムの奥
行き方向）の異なる位置に点光源の像6-1、6-2、…、6-
mを夫々再生するような露光が施されている。すなわち
この場合、ホログラム3-1に１つの或る光源からの光が
入射されると点像6-1を再生し、ホログラム3-2に該光源
からの光が入射されると点像6-2を再生し、…、ホログ
ラム3-mに該光源からの光が入射されると点像6-mを再生
する。

【００３７】また、光源モジュール１ａは複数の光源1-
1、1-2、…1-nがｙ方向にー直線状に並設されているた
めに、１つのホログラム、例えば3-1に対して、複数の
光源を1-1、1-2、…、1-nを全て点灯した状態でレーザ
光を照射すると、図１０に示すように、ｙ方向に整列し
た複数の点像6-1、6-2、…、6-nを同時に再生すること
ができる。また、図示はしていないが、光源モジュール
１ｂは複数の光源1-1、1-2、…1-nがｘ方向にー直線状
に並設されているために、１つのホログラム、例えば3-
1に対して、該光源モジュール１ｂの複数の光源を1-1、
1-2、…、1-nを全て点灯した状態でレーザ光を照射する
と、ｘ方向に整列した複数の点像6-1、6-2、…、6-nを
同時に再生することができる。

【００３８】また、１つの光源を点灯した状態でホログ
ラム板３を１つの分割領域に対応する回転角度範囲内で
回転させると、図９に示した点像6-1〜6-m、または図１
０に示した点像6-1〜6-nは、同図に示すように、円弧を
形成する。図１０の場合は、光源モジュール１ａに対応
してｙ方向に配列された点像を示しているので、ホログ
ラム板３が回転されると、略ｘ方向に延びる円弧が形成
される。

【００３９】すなわち、１つの光源モジュールにおける
複数の光源1-1、1-2、…1-nの点灯制御およびモータ４
によるホログラム板３の回転制御によって、図１１に示
すような円柱を縦切りにしたショートケーキ型の３次元
空間６内にｘｙｚ方向に配列される複数の点像を再生す
ることができる。

【００４０】例えば、１つの光源モジュール１ａに着目
した場合、光源モジュール１ａの複数の光源1-1、1-2、
…1-nの点灯タイミングをホログラム回転角度に応じて
制御する事によりｘ方向についての座標制御を行い、ｙ
方向に配列された複数の光源1-1、1-2、…1-nの点灯制
御によりｙ方向についての座標制御を行い、前記モータ
４の回転による複数の分割領域3-1、3-2、…、3-mの選
択制御によりｚ方向についての座標制御を行うことによ
り、図１１に示すようなショートケーキ形状の３次元空
間６−１内に複数の点像を画像信号に応じて再生するこ
とができる。

【００４１】また、複数の光源1-1、1-2、…1-nがｘ方
向に配列された光源モジュール１ｂに着目すると、該光
源モジュール１ｂの複数の光源1-1、1-2、…1-nの点灯
タイミングをホログラム回転角度に応じて制御する事に
よりｙ方向についての座標制御を行い、ｘ方向に配列さ
れた複数の光源1-1、1-2、…1-nの点灯制御によりｘ方
向についての座標制御を行い、前記モータ４の回転によ
る複数の分割領域3-1、3-2、…、3-mの選択制御により
ｚ方向についての座標制御を行うことにより、前記ショ
ートケーキ形状の３次元空間６−１に隣接する位置に同
様の形状の複数の点像からなる３次元空間を形成するこ
とができる。

【００４２】したがって、ホログラム板３の分割態様お
よび光源モジュール１の個数等を適宜設定することによ
りホログラム板３を挟んだ光源モジュールと反対側に、
図１２に示すように、互いに隣接した複数のショートケ
ーキ形状の像空間の組み合せによる円柱状の３次元点像
空間を作成することができる。

【００４３】すなわち制御装置５では、先の図５のフロ
ーチャートに示したような光源制御を、複数の光源モジ
ュールについて並行して行うことにより、図６に示すよ
うに、円柱状の３次元点像空間６に画像信号Ｄに応じた
３次元画像７を形成する。

【００４４】なお、実施例では、ホログラム板３として
円盤形状を用いるようにしたが、他の任意の形状を採用
するようにしてもよい。また、ホログラムの分割態様、
分割個数、光源モジュールの個数などは実施例に示した
ものに限らず任意である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ホログラムの回転駆動および複数の光源の点灯制御によ
り、３次元空間の複数の点像を画像信号に対応して点灯
制御するようにしたので、少ないホログラムかつ簡単な
制御構成で様々な３次元画像を表示することができる。

【００４６】またこの発明によれば、複数の光源が並設
された光源モジュールを複数個放射状に配設し、これら
各光源モジュールの各光源からの光を回転角度に対応し
て複数の領域に分割されたホログラム板に照射するとと
もに、表示すべき３次元画像信号にしたがってホログラ
ム板の回転制御および前記複数の光源モジュールの各光
源の点灯制御を行うようにしたので、３６０度方向から
観察可能な像空間内に画像信号に応じた３次元画像を表
示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す図。

【図２】第１実施例によるｙ方向についての点像選択原
理を説明する図。

【図３】第１実施例によるｚ及びｘ方向の点像選択原理
を説明する図。

【図４】第１実施例によって作成された３次元点像空間
を示す図。

【図５】第１実施例の作用を示すフローチャート。

【図６】この発明の第２実施例を示す図。

【図７】光源モジュールの詳細を示す図。

【図８】ホログラムの分割態様を示す図。

【図９】第２実施例によるｚ及びｘ方向の点像選択原理
を説明する図。

【図１０】第２実施例によるｙ方向についての点像選択
原理を説明する図。

【図１１】第２実施例の１つの光源モジュールによって
作成された３次元点像空間を示す図。

【図１２】第２実施例によって作成された３次元点像空
間を示す図。

【符号の説明】

１…光源、光源モジュール ２…導光路 ３…ホログラム ４…モータ ５…制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 清和 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 寺田 啓治 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 守屋 正人 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 塩 耕史 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転角度に対応してホログラムが複数の領
   域に分割され、光が照射されると前記各領域はホログラ
   ムの奥行き方向の異なる位置に点像をそれぞれ形成する
   よう露光が施されたホログラム板と、 前記ホログラム板を回転駆動する回転駆動手段と、 複数の光源が前記ホログラム板に対して略同じ距離を保
   つよう略ー直線状に並設され、前記複数の光源の光を前
   記ホログラム板に照射する光照射手段と、 表示すべき３次元画像信号にしたがって前記回転駆動手
   段の駆動制御および前記光照射手段の複数の光源の点灯
   制御を行うことにより３次元空間に形成される複数の点
   像の点灯制御を行う制御手段と、 を具える３次元画像表示装置。
2. 【請求項２】回転角度に対応してホログラムが複数の領
   域に分割され、光が照射されると前記各領域はホログラ
   ムの奥行き方向の異なる位置に点像をそれぞれ形成する
   よう露光が施されたホログラム板と、 前記ホログラム板を回転駆動する回転駆動手段と、 複数の光源が前記ホログラム板に対して略同じ距離を保
   つよう略ー直線状に並設された光源モジュールが複数個
   放射状に配設され、前記各光源モジュールの複数の光源
   の光を前記ホログラム板に照射する光照射手段と、 表示すべき３次元画像信号にしたがって前記回転駆動手
   段の駆動制御および前記光照射手段の複数の光源モジュ
   ールの各光源の点灯制御を行うことにより３次元空間に
   形成される複数の点像の点灯制御を行う制御手段と、 を具える３次元画像表示装置。