CN105008984B - 立体影像显示装置 - Google Patents

Abstract

提供能够在扩散面的宽广的范围内看到视差图像的立体影像显示装置。立体影像显示装置(1)具有：光学元件(50)，其具有与n个视差图像分别对应地设置且分别能够使相干光扩散的n个区域，其中，n为2以上的整数；照射装置(60)，其向光学元件照射相干光，使该相干光在所述n个区域上扫射；光调制器(30)，其被从照射装置向光学元件的各位置入射而扩散的相干光照射，与相干光在n个区域上扫射同步地生成与n个区域分别对应的调制图像；以及投射光学系统(20)，其使根据调制图像生成的所述n个视差图像分别以不同的角度重叠地投射到同一面上。

Description

立体影像显示装置

技术领域

本发明涉及能够显示视差图像的立体影像显示装置。

背景技术

显示立体影像的电影是重要话題，立体影像显示装置受到关注。现有的立体影像显示装置以观察者佩戴有眼镜为前提，存在使人容易烦扰而疲劳的问题。

因此，已提出了多个观察者能够裸眼地看到立体影像的方式且进行了产品化。例如，在日本特开2007-240965号公报中公开了如下技术：以时分方式高速地改变光的方向，以分时方式显示多视点的指向性图像。此外，信息通信研究机构季报Vol.56 Nos.1/2 2010P.43-P.52中公开了如下的显示立体图像的技术：其具有：投影机阵列，其沿水平和垂直方向排列；以及后置屏幕，其相对于来自该投影机阵列的入射光在水平方向上具有窄的角度的扩散角特性，在垂直方向上具有宽广的扩散角。

发明内容

在裸眼观察多个视差图像的情况下，存在各视差图像间的串扰、即重合问题。以往，如日本特开2007-240965号公报所公开的那样，隔开间隔地配置由LED等构成的多个光源，使它们依次点亮，使不同的视差图像以不同的角度射出。射出光借助透镜会聚在观察面，因此，在相邻的光源彼此的间隔较大时，最终射出光的角度按每个光源而分散，各视差图像的射出角度间隔也扩大，难以找到到能够看到立体影像的区域。

为了抑制射出角度跳动分散，如信息通信研究机构季报Vol.56 Nos.1/2 2010P.43-P.52所记载的那样，还提出了使配置在观察面的屏幕略具有扩散特性的方法，但屏幕的扩散特性通常为高斯分布，难以完全去除串扰。此外，最优的扩散特性局限在非常小的范围内，屏幕的设计或制造变得困难，成本提高。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种立体影像显示装置，通过该立体影像显示装置，能够在宽广的范围内看到视差图像而不会使结构复杂化。

为了解决上述问题，在本发明的一个方式中，提供立体影像显示装置，其特征在于，具有：光学元件，其具有与n个视差图像分别对应地设置且分别能够使相干光扩散的n个区域，其中，n为2以上的整数；

照射装置，其向所述光学元件照射所述相干光，使该相干光在所述n个区域上扫射；

光调制器，其被从所述照射装置向所述光学元件的各位置入射而扩散的相干光照射，与相干光在所述n个区域上的扫射同步地，生成与所述n个区域分别对应的调制图像；以及

投射光学系统，其使根据所述调制图像生成的所述n个视差图像分别以不同的角度重叠地投射到同一面上。

与相干光在n个区域上扫射同步地，利用光调制器生成调制图像，使根据调制图像生成的n个视差图像分别以不同的角度重叠地投射到同一面上，因此，能够扩大由观察者的右眼和左眼能够看到各个视差图像的区域，扩大能够看到立体图像的区域。

此外，可以在投射光学系统中设置扩散部件，由此，能够看到更大的视差图像。

此外，扩散部件可以在一个方向上具有比其它方向高的扩散特性，由此，例如通过将其它方向设为上下方向，使得即使观察者的眼睛的位置上下偏移，也能够正确地看到视差图像。

此外，可以设置如下的会聚光学系统，该会聚光学系统使根据调制图像生成的n个视差图像分别会聚于投射光学系统上的个别区域，由此，能够使调制图像光高效地会聚于投射光学系统，能够减小投射光学系统的口径。

此外，可以设置全息记录介质作为光学元件，由此，只要在n个区域中分别形成干涉图样即可，因此，能够比较容易地形成光学元件。此时，如果将与n个区域对应的n个条状区域的长边方向配置为与同一面的水平方向正交的方向，就能够通过投射光学系统使n个视差图像分别沿水平方向排列。此外，也可以使用透镜阵列作为光学元件。

此外，也可以紧贴地配置n个条状区域，由此，照射装置即使在n个条状区域的各边界处也能够连续地进行扫射。

此外，照射装置可以在沿长边方向扫射n个条状区域中的各个条状区域，在扫射一个条状区域的期间，光调制器连续地生成相同的调制图像，由此，能够以分时方式生成n个视差图像。

此外，可以设置位置检测部来检测观察者的视线，控制光学元件上的相干光的扫射范围，使视差图像沿观察者的视线方向投射，由此，观察者即使不变更视线，也能够可靠地看到立体图像。此外，能够缩小相干光的扫射范围，提高相干光的利用效率，因此能够在屏幕23上投射出亮度更高的视差图像。

此外，也可以利用扫射设备使相干光在光学元件上扫射，由此，在同一面上，光斑不会随时间重叠而变得显眼。

此外，可以在照射装置中设置多个光源部，所述多个光源部放射出波段各不相同的多个相干光，由此，能够看到彩色的立体图像。

根据本发明，可实现一种立体影像显示装置，通过该立体影像显示装置，能够在同一面的宽广的范围内看到视差图像而不会使结构复杂化。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的立体影像显示装置的概略结构的图。

图2是示出全息记录介质55的记录面的扫射方向的图。

图3是示出图2的一变形例的图。

图4是易理解地说明视差图像沿水平方向扩大的情况的图。

图5的(a)是示出使多个激光源61分别隔开间隔地配置来作为光学元件50的一比较例的图，(b)是仅示出(a)的相干光的主光线的图。

图6是示出本实施方式的一变形例的图。

图7是对使漫射板6的像在全息感光材料58上形成为干涉图样的情况进行说明的图。

图8是对使用经过图7的曝光步骤得到的在全息记录介质55中形成的干涉图样来再现漫射板的像的情况进行说明的图。

图9是示出具有3个激光源61的照射装置60的一例的图。

图10是示出与图9对应的全息记录介质55的记录面的扫射方向的图。

图11是示出从激光源61r、61g、61b放射出的相干光以平行光的状态入射于扫射设备65、被扫射设备65反射的相干光作为发散光而入射到全息记录介质55的例子的图。

图12是示出将在一个芯片中内置有3色的激光源61r、61g、61b的激光阵列62用作光源的例子的图。

图13是示出在面方向上多重地记录与各颜色对应的干涉图样的全息记录介质55的一例的图。

图14是示出将全息记录介质55设为层叠结构并在利用各层来使特定的色衍射的例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在本件说明书的附图中，为了便于图示和理解，有时使比例尺和纵横的尺寸比等相对于实物适当地变更或夸张。

图1是示出本发明的一个实施方式的立体影像显示装置的概略结构的图。图1的立体影像显示装置1具有光学元件50、照射装置60、光调制器(SLM：Spatial LightModulator：空间光调制器)30和投射光学系统20。

光学元件50具有n个区域56，n个区域56与n个(n为2以上的整数)视差图像分别对应地设置，且分别能够使相干光扩散。光学元件50例如具有全息记录介质55，该全息记录介质55能够在与光调制器30的位置重叠地设置的被照明区域LZ再现出漫射板的像。将在后面记述全息记录介质55的详细情况。

照射装置60以相干光在光学元件50的n个区域56上扫射的方式，向光学元件50照射相干光。照射装置60具有：放射相干光的激光源61以及；使从激光源61放射出的相干光在光学元件50的表面上扫射的扫射设备65。

扫射设备65可使入射的相干光的反射角度以一定周期改变，使反射的相干光在全息记录介质55上扫射。

光调制器30被从照射装置60向光学元件50的各位置入射而扩散的相干光照射，与相干光在n个区域上扫射同步地生成与n个区域56分别对应的调制图像。此处，各位置是指入射有被扫射设备65反射的相干光的光学元件50上的n个区域56内的任意位置。

例如，可以使用透过型的液晶微型显示器作为光调制器30。在该情况下，被照射装置60面状地照射的光调制器30按每一像素选择相干光并使其透过，由此，在作为光调制器30的显示器上形成调制图像。作为这样得到的调制图像的影像光通过投射光学系统20被变倍而投射到屏幕23上。由此，调制图像在屏幕23上被变倍即通常被放大地显示，观察者能够观察到该图像。

此外，也可以使用反射型的微型显示器作为光调制器30。在该情况下，由光调制器30的反射光形成调制图像，从照射装置60向光调制器30照射相干光的面与作为由光调制器30生成的调制图像的影像光的反射光的射出面成为同一面。在利用这样的反射光的情况下，也可以使用DMD(Digital Micromirror Device：数字微镜设备)等MEMS(Micro ElectroMechanical Systems：微电子机械系统)元件作为光调制器30。

由图1的照射装置60和光学元件50构成了照明装置40，照明装置40对在光调制器30的位置重叠地设置的被照明区域LZ进行照明。

光调制器30的入射面优选与照射装置60照射相干光的被照明区域LZ为相同形状和大小。这是因为，在该情况下，能够以高的利用效率将来自照射装置60的相干光用于屏幕上的影像的显示。

投射光学系统20使基于光调制器30生成的调制图像而生成的n个视差图像分别以不同的角度重叠地投射到同一面上。投射光学系统20具有场镜(会聚光学系统)21、投影透镜(光学部件)22和屏幕23。

场镜21被用于对由光调制器30生成的调制图像进行变倍，但不是必需的结构部件，也可以省略。不过，通过设置场镜21，能够高效地使由光调制器30生成的调制图像光入射到投影透镜22。在省略了场镜21的情况下，为了使来自光调制器30的调制图像光入射，需要尽量增大投影透镜22的口径。

场镜21使基于调制图像生成的n个视差图像分别会聚于投影透镜22上的个别区域。投影透镜22是用于使会聚于各个区域的n个视差图像重叠地投射到屏幕23上的必需的结构部件。

屏幕23由具有扩散面的扩散部件构成。在图1中，示出了使用透过型屏幕23的例子。此外，也可以省略屏幕23。或者，也可以配置镜子来替代屏幕23。

在图1中，观察者使用透过型屏幕23，从与配置有照射装置60等的面相反的一面侧看到视差图像。以下，设观察者看到的一侧为屏幕23的正面。

图1的透过型屏幕23可以在扩散面的水平方向上具有扩散特性，也可以不具有扩散特性。另一方面，在垂直方向上，具有宽广的扩散角。即，透过型屏幕23在一个方向上具有比其它方向高的扩散特性。由此，能够看到在水平方向上以不同的角度入射的多个视差图像，在垂直方向上，使入射角扩散得较大，因此，即使观察者的眼睛的位置上下偏移，也能够正确地看到视差图像。此处，水平方向是指穿过透过型屏幕23而被看到的立体影像的水平相邻像素排列的方向。

以下，首先对使用全息记录介质55作为光学元件50的例子进行说明。本实施方式的全息记录介质55被分为n个条状区域56，在各条状区域56中形成干涉图样。在各条状区域56被相干光入射时，以干涉图样进行衍射的相干光成为扩散光而被放射出。更具体而言，从照射装置60入射到全息记录介质55中的任意条状区域56内的各位置的相干光借助全息记录介质55而被衍射，在穿过场镜21和投影透镜22之后，被投射到屏幕23上。

此外，在本实施方式中，将全息记录介质55的各条状区域56的长边方向、即图1的纸面的正反侧方向配置为与扩散面的水平方向正交的方向。

图2是示出全息记录介质55的记录面的图。来自照射装置60的相干光依次沿长边方向扫射n个条状区域56。在图2中，以相干光逐一扫射一个条状区域56的方式，用箭头来表示扫射方向，而实际上，也可以如图3所示那样，多次高速地扫射1个条状区域56。

n个条状区域56被紧贴地配置，在来自照射装置60的相干光跨着条状区域56的边界时，也进行连续的扫射。由此，在屏幕23上投射出的多个视差图像在水平方向上扩大，观察者能够看到立体影像的视域也扩大。

在来自照射装置60的相干光扫射一个条状区域56的期间，光调制器30连续地生成相同的调制图像。在开始扫射相干光相邻的条状区域56时，光调制器30与其同步地切换调制图像。

这样，同步地进行照射装置60对各条状区域56上的相干光的扫射与光调制器30生成的调制图像的切换。因此，在全部扫射完n个条状区域56的时刻，以分时方式将1帧的n个视差图像投射到屏幕23的相同的区域。这n个视差图像被以各不相同的入射角度投射到屏幕23的相同的区域。然后，这n个视差图像在投影透镜22的水平方向上连续地排列。

图4是易于理解地说明视差图像的投射方向的图。在图4中，为了简化，示出了全息记录介质55被分割为3个条状区域56a、56b、56c的例子。如图所示，与来自照射装置60的相干光扫射全息记录介质55的各条状区域56同步地，光调制器30生成与各条状区域56对应的调制图像，该调制图像经由场镜21和投影透镜22被投射到屏幕23上。

来自条状区域56a的相干光对与光调制器30重叠地配置的被照明区域LZ的整个区域进行照明。作为受到该照明的调制图像的视差图像在被场镜21会聚于投影透镜22内的一部分区域22a后，被投射到屏幕23的整个区域。

此外，来自条状区域56b的相干光对被照明区域的整个区域进行照明，作为受到该照明的调制图像的视差图像在被场镜21会聚于投影透镜22内的其它一部分区域22b后，被投射到屏幕23的整个区域。

此外，来自条状区域56c的相干光对被照明区域的整个区域进行照明，作为受到该照明的调制图像的视差图像在穿过投影透镜22内的其它部分区域22c后，被投射到屏幕23的整个区域。

投影透镜22内的区域22a、22b、22c在水平方向上彼此紧贴地配置，在投影透镜22上，不同的3个视差图像连续地排列。此外，这些视差图像以各不相同的入射角度入射到屏幕23。

光调制器30与相干光扫射条状区域56a～56c中的各个条状区域同步地生成视差图像。即，光调制器30与相干光扫射条状区域56a～56c中的哪一个条状区域同步地切换视差图像。

如图4所示，位于屏幕23的正面的观察者24在使焦点对准屏幕23的任意水平位置时，能够看到与位于穿过该位置的观察者的视线方向的投影透镜22上的区域22a～22c中的任意一个对应的视差图像。在观察者的眼睛中可看到，该视差图像形成在屏幕23上。

在观察者的眼睛例如位于图4所示的位置的情况下，在右眼中，看到与条状区域56a对应的视差图像，在左眼中，看到与条状区域56c对应的视差图像，通过这些视差，观察者识别为，立体图像在屏幕23附近鼓出。

在图4的例子中，将全息记录介质55分割为3个条状区域56，来进行3视差图像的显示，在投影透镜22内看到相同的视差图像的区域也比较宽广。通过将条状区域56分割得较细，能够使得在投影透镜22内看到出相同的视差图像的区域也变窄，能够进行更多视差的立体影像显示。

图5的(a)是示出使多个激光源61分别隔开间隔配置来作为光学元件50的一比较例的图，图5的(b)是仅示出图5的(a)的相干光的主光线的图。

在该比较例中，使3个激光源61依次点亮，使各光源61的点亮同步，切换由光调制器30生成的视差图像。如该比较例所示，在将多个光源61分别隔开间隔而分散地配置的情况下，在投影透镜22上成像的视差图像的位置也变得分散。在观察者使焦点对准屏幕23的任意位置时，仅限于屏幕23上的焦点位置和投影透镜22的视差图像的成像位置沿观察者的视线方向排列的情况下，观察者能够在屏幕23上看到视差图像。

投影透镜22的视差图像的会聚范围非常窄，即使假设观察者能够看到视差图像，仅因视线方向略微倾斜，观察者就不能看到视差图像，能够看到立体图像的视域非常窄。如果增加激光源61的数量，则能够看到立体图像的视方向的数量也增加，但只能分散地看到立体图像的情况并没有变化，难以扩大视域。

在图5的例子中，能够看到视差图像的位置因多个光源彼此的间隔、投影透镜22的口径尺寸和投影透镜22与屏幕23之间的距离而变化，但无论如何，能够看到视差图像的位置只分散地出现，因此，观察者难以找到能够看到立体图像的位置，在左右略微偏移时，不能看到立体图像。

这样，在分散地配置多个激光源61的方法中，只能分散地看到视差图像，不能如本实施方式那样，在连续的宽广的范围内看到视差图像。

图6是示出本实施方式的一变形例的图。图6的立体影像显示装置1在图1的结构之上，还具有检测观察者的位置的位置检测部70，照射装置60根据位置检测部70检测出的观察者的位置，控制相干光的扫射范围。

位置检测部70例如检测观察者的视线。检测视线的具体方法没有限制。例如，利用安装于屏幕23的未图示的照相机来拍摄作为屏幕23的正面的观察者侧，解析该摄影图像，提取人的眼睛区域，进而提取该眼睛区域的内部的瞳孔的中心，检测视线方向。

由位置检测部70检测出的观察者的视线被传递到照射装置60。照射装置60仅在光学元件50上的n个区域56中一部分区域中使相干光扫射，使得视差图像沿观察者的视线方向投射。此外，光调制器30与照射装置60使相干光扫射的区域同步地生成调制图像。

由此，图6的照射装置60能够缩小在光学元件50上使相干光扫射的范围，提高相干光的利用效率，因此，能够在屏幕23上投射出亮度更高的视差图像。

此外，在多个观察者位于屏幕23的正面的情况下，通过位置检测部70检测各观察者的视线，照射装置60可以基于其检测结果，仅在光学元件50上的n个区域56中的所需的区域中使相干光扫射，使得视差图像沿全部观察者的视线方向投射。

这样，在本实施方式中，依次利用相干光扫射光学元件50上的n个区域56，在相干光扫射一个区域56的期间，利用光调制器30生成相同的调制图像，在相干光扫射的区域56变化时，切换由光调制器30生成的调制图像，使该调制图像会聚于投影透镜22的对应区域，然后投射到屏幕23上，因此，观察者能够穿过屏幕23，在水平方向上宽广的范围内看到视差图像，能够扩大可看到立体影像的视域。

此外，在上述实施方式中，对将全息记录介质55的各条状区域56的长边方向配置为与扩散面的水平方向正交的方向的例子进行了说明，但也可以将各条状区域56的长边方向配置为扩散面的水平方向。在该情况下，需要进行如下控制：当照射装置60在一个条状区域56中使相干光进行扫射的期间，不通过光调制器30连续地生成相同的调制图像，而仅在某时机生成调制图像，除此以外，不生成调制图像。

此外，全息记录介质55不是必须分割为短条状，例如，也可以分割为格子状。在将全息记录介质55分割为格子状的情况下，在来自照射装置60的相干光扫射一个格子区域的期间，通过光调制器30连续地生成相同的调制图像，在所扫射的格子区域发生变化时，切换由光调制器30生成的调制图像。在进行这样的控制时，不仅在屏幕23的水平方向，还能够在垂直方向上投射视差图像，能够实现更多的多视点化，能够扩大可看到立体影像的视域。

在本实施方式中，与在屏幕23上投射出的视差图像对应的相干光以入射角度随时间而变化的方式被投射在屏幕23上，因此，在屏幕23上因相干光的扩散而产生的光斑不会随时间重叠而变得显眼。

接下来，对在本实施方式中使用的全息记录介质55进行详细记述。在本实施方式中，被扫射设备65反射而在全息记录介质55上扫射的相干光以满足全息记录介质55的衍射条件那样的入射角度入射到全息记录介质55上的各位置。在全息记录介质55上形成有干涉图样，因此，入射到全息记录介质55上的各点的相干光以该干涉图样进行衍射，对同一被照明区域LZ进行照明。更具体而言，入射到全息记录介质55上的各点的相干光重叠于被照明区域LZ而再现漫射板的像。

作为能够进行这样的相干光的衍射作用的全息记录介质55，例如，考虑使用光致聚合物的透过型的体积型全息记录介质。图7是对在全息记录介质55上使漫射板6的像形成为干涉图样的情况进行说明的图。此处，漫射板6是使光漫射的参照部件，参照部件的具体方式没有限制。

如图7所示，全息记录介质55是将来自实物的漫射板6的漫射光用作物体光Lo而制造出的。图7示出了，在作为全息记录介质55的形成材料的具有感光性的全息感光材料58中，由彼此具有干涉性的相干光构成的参照光Lr和物体光Lo进行曝光的状态。

例如使用来自使特定波段的激光振荡的激光源61的激光来作为参照光Lr。参照光Lr透过由透镜构成的会聚元件7，入射到全息感光材料58中。在图7所示的例中，与参照光Lr对应的激光作为与会聚元件7的光轴平行的平行光束入射到会聚元件7。参照光Lr透过会聚元件7，由此，从到此为止的平行光束变形即转换为收敛光束，入射到全息感光材料58中。此时，收敛光束Lr的焦点位置FP位于穿过全息感光材料58的位置。即，全息感光材料58被配置在会聚元件7和由会聚元件7会聚的收敛光束Lr的焦点位置FP之间。

接下来，物体光Lo例如作为来自由乳白玻璃构成的漫射板6的漫射光而入射到全息感光材料58中。在图7的例子中，应该制造的全息记录介质55为透过型，物体光Lo从与参照光Lr相同的侧的面入射到全息感光材料58中。前提是，物体光Lo与参照光Lr具有干涉性。因此，例如，可以使从同一激光源61振荡出的激光分支，将分支中的一方用作上述的参照光Lr，将另一方用作物体光Lo。

在图7所示的例中，与朝向漫射板6的板面的法线方向平行的平行光束入射到漫射板6而被漫射，进而，透过漫射板6的漫射光作为物体光Lo入射到全息感光材料58中。根据该方法，在将通常能够低廉获得的等方漫射板用作漫射板6的情况下，来自漫射板6的物体光Lo能够以大致均匀的光量分布入射到全息感光材料58中。此外，根据该方法，虽然也依存于漫射板6漫射的程度，但参照光Lr容易以大致均匀的光量从漫射板6的射出面6a的整个区域入射到全息感光材料58的各位置。在这样的情况下，实现了：入射到所得到的全息记录介质55的各位置的光分别以相同的亮度再现出漫射板6的像5，以及，再现出的漫射板6的像5以大致均匀的亮度被观察到。

如上所述，当参照光Lr和物体光Lo在全息感光材料58中被曝光时，参照光Lr和物体光Lo发生干涉，生成干涉图样，该光的干涉图样作为某种纹样而被记录到全息感光材料58中，例如，作为一例，在体积型全息记录介质中作为折射率调制纹样而被记录到全息感光材料58中。然后，实施与全息感光材料58的种类对应的适当的后处理，得到全息记录介质55。

图8是对使用经过图7的曝光步骤得到的在全息记录介质55中形成的干涉图样来再现漫射板的像的情况进行说明的图。如图8所示，由图7的全息感光材料58形成的全息记录介质55与在曝光步骤中使用的激光为同一波长的光，使曝光步骤中的参照光Lr的光路通过逆向行进的光而满足其布拉格条件。即，如图8所示，具有与曝光步骤时的参照光Lr同一波长的发散光束以相对于曝光步骤时的全息感光材料58的焦点FP的相对位置(参照图7)为同一位置关系的方式，相对于全息记录介质55而从所处的基准点SP发散，作为再现照明光La而被全息记录介质55衍射，以相对于曝光步骤时的全息感光材料58的漫射板6的相对位置(参照图7)为同一位置关系的方式，在相对于全息记录介质55的特定的位置处生成漫射板6的再现像5。

此时，光Lb作为在进行曝光步骤时逆向地在从漫射板6朝向全息感光材料58行进的物体光Lo的光路中行进的光，再现出漫射板6的像5的各点，其中，光Lb是通过全息记录介质55使再现照明光La衍射而得到的，所述再现照明光La是生成漫射板6的再现像5的再现光。进而，如上所述，还如图7所示那样，在曝光步骤时，从漫射板6的射出面6a的各位置射出的物体光Lo以分别入射到全息感光材料58中的大致整个区域的方式扩散即扩大。即，作为来自漫射板6的射出面6a的整个区域的物体光Lo入射到全息感光材料58上的各位置的结果，射出面6a整体的信息被分别记录到全息记录介质55的各位置。

因此，如图8所示，形成作为再现照明光La来发挥作用的来自基准点SP的发散光束的各光能够分别独立地入射到全息记录介质55的各位置，在作为彼此相同的位置的被照明区域LZ再现出彼此具有相同轮廓的漫射板6的像5。

入射到全息记录介质55的光沿被照明区域LZ的方向被衍射，因此，能够有效地抑制无用的漫射光。因此，能够有效地将入射到全息记录介质55的再现照明光La全部用于形成漫射板6的像。

接下来，对照射装置60的结构进行说明，该照射装置60向由这样的全息记录介质55构成的光学元件50照射相干光。在图1的立体影像显示装置1中，示出了在照射装置60内设置1个激光源61的例子，但为了显示彩色的立体影像，例如需要设置与RGB的各颜色对应的3个激光源61。

图9是示出具有3个激光源61的照射装置60的一例的图。在该例子中，具有：分别生成相干光的3色的激光源61r、61g、61b；以及使来自这些激光源61的相干光的行进方向发生变化的扫射设备65。

激光源61r、61g、61b分别放射波段不同的相干光，具体而言，激光源61r以红色发光，激光源61g以绿色发光，激光源61b以蓝色发光。除了这3种激光源61以外，还可以设置具有其它波段即其它色的例如以黄色发光的激光源61。此外，也可以将激光源61r、61g、61b中的至少一个置换为以其它颜色发光的激光源61。

例如如图10放大地示出的那样，在全息记录介质55中，激光源61r、61g、61b分别照射的共计3个条状区域56r、56g、56b作为一个组，反复地形成与紧贴地配置的多个组对应的干涉图样。在图10的例子中，由激光源61r照射的条状区域56r、激光源61g照射的条状区域56g、激光源61b照射的条状区域56b构成的组在全息记录介质55的水平方向上被紧贴地配置n组。激光源61r、61g、61b同时地分别扫射一个组内的对应的条状区域56r、56g、56b，因此，在被照明区域LZ中，来自这些条状区域56的扩散光重合，被照明区域LZ以白色被照明。因此，如果通过光调制器30生成彩色的调制图像，则该调制图像的颜色直接投射在屏幕23上。以下，将条状区域56r、56g、56b统称作条状区域56。

此处，在图10中，相邻的组需要彼此紧贴地配置，同一组内的3个条状区域56r、56g、56b彼此的边界不是必须相邻，其间也可以隔开间隙。在该情况下，被扫射设备65反射的相干光不会入射到间隙中，在实用上没有问题。此外，一个组内的各颜色的条状区域56r、56g、56b的面积不是必须彼此相等。

为了在全息记录介质55上形成各种颜色的n组条状区域56，可以基于图7的原理，在每一记录区域照射参照光Lr和物体光Lo，在对应的记录区域形成干涉图样。

虽然也依赖于激光源61r、61g、61b的特性，但如果另外设置以红绿蓝以外的颜色发光的激光源61，例如设置以黄色发光的激光源61，则有时能够再现出更接近白色的颜色。因此，设置在照射装置60内的激光源61的种类没有特别限定。例如，在设置4色的激光源61的情况下，只要与各激光源61对应地在全息记录介质55上形成n组条状区域56即可，其中，n组条状区域56的各个组与4色的各个颜色分别对应。

扫射设备65使相干光的行进方向随时间变化，以相干光的行进方向不固定的方式朝向各种方向。其结果是，被扫射设备65改变行进方向的相干光扫射光学元件50的全息记录介质55的入射面。在图9的例子中，来自激光源61r、61g、61b的3种相干光入射于扫射设备65，因此，扫射设备65使这些相干光的反射角度随时间而变化，在全息记录介质55的各种颜色的n组条状区域56上进行扫射。

在图9中，来自激光源61r、61g、61b的相干光收敛于扫射设备65的一点。因此，可以减小扫射设备65的反射面的面积，还能够使扫射设备65的重量轻量化，扫射设备65的转动所需的功耗即使很小也没有问题。另一方面，为了使来自3个激光源61r、61g、61b的相干光收敛于一点，使强光照射于反射面的特定部位，存在扫射设备65的寿命变短这样的耐久性的问题。因此，也考虑使照射于扫射设备65的反射面的相干光分散的方法。

图11是示出从激光源61r、61g、61b放射出的相干光以平行光的状态入射于扫射设备65、被扫射设备65反射的相干光作为发散光入射到全息记录介质55的例子的图。

在图11的例子中，来自激光源61r、61g、61b的相干光入射于扫射设备65的3个部位，相干光从各部位被朝向全息记录介质55反射。

此外，图12是示出使用在一个芯片内置有3色的激光源61r、61g、61b的激光阵列62作为光源的例子的图。在图12的例子，使用与图1相同的全息记录介质55，与投射光学系统20的结构也和图1相同。

此外，激光阵列62内的激光源61r、61g、61b为了沿平行的方向放射相干光，设置作为收敛光学系统的会聚透镜，如图9所示那样，使这些相干光收敛于扫射设备65的同一点。

在图12的装置中，使用激光阵列62，由此，使激光源61r、61g、61b的定位变得容易，且抑制了各装置之间的光路偏差。

〔全息记录介质55的结构〕

在图10等中说明的全息记录介质55按激光源61r、61g、61b的各颜色具有n个区域56。如图13所示，在按这些各种颜色而具有的n个区域56中的各个区域，在面方向上多重地记录与各颜色对应的干涉图样。在该情况下，需要通过各颜色的相干光的设计入射角，调整全息记录介质55的膜厚和折射率调制量Δn，使得其它颜色的波段的相干光的衍射条件不干涉，即，衍射的波长光谱彼此不干涉。

此外，在图13中，对与各颜色对应的记录区域标注了符号55r、55g、55b，将各记录区域55r、55g、55b分割为n个区域。

图13示出了在反射型的全息记录介质55中进行多重地记录的例子，但也可以如图1等那样，使用透过型的全息记录介质55。

或者，如图14所示，也可以将全息记录介质55设为层叠结构，并在利用各层来使特定的颜色衍射。在图14的例子中，从上向下层叠有红色用的层55r、绿色用的层55g、蓝色用的层55b，在各层中，分别记录有用于使各颜色的各波段的相干光干涉的干涉图样。在图14中，各层55r、55g、55b也被分割为n个区域。

在图14的例子中，与图13同样地，在各层55r、55g、55b中，沿全息记录介质55的面方向分割为3个记录区域，实际上，用于再现漫射板像的记录区域仅为带斜线的区域。因此，当在各层中形成干涉图样时，仅在带斜线的区域中形成干涉图样即可。或者，如图15所示，也可以不在面方向上分割为3个记录区域，而在各层的整个区域中分别形成干涉图样，将面方向的整个区域用于漫射板像的再现。

(反射型和透过型的全息记录介质55)

反射型的全息记录介质55(以下，反射型全息记录介质)与透过型的全息记录介质55(以下，透过型全息记录介质)相比，波长选择性较高。即，在反射型全息记录介质中，即便使与不同的波长对应的干涉图样层叠，也能够仅在期望的层使期望的波长的相干光衍射。此外，在容易去除0次光的影响这点上，反射型全息记录介质较优。

另一方面，透过型全息记录介质的能够衍射的光谱较大，激光源61的允许度较广，在使与不同的波长对应的干涉图样层叠时，即使在期望的层以外的层，期望的波长的相干光也被衍射。因此，通常，透过型全息记录介质难以设为层叠结构。

〔0次光的避免〕

来自照射装置60的相干光的一部分不被全息记录介质55衍射，而透过该全息记录介质55。这样的光被称作为0次光。在0次光入射到被照明区域LZ时，与周围相比，在被照明区域LZ内产生作为亮度(即辉度)急剧上升的异常区域的点状区域、线状区域、面状区域。

在使用反射型的全息记录介质55的情况下，在0次光行进的方向上，不配置光调制器30和投射光学系统20，因此，能够比较容易地避免0次光，而在使用图1等所示的透过型的全息记录介质55的情况下，在与0次光行进的方向接近的方向上配置有光调制器30和投射光学系统20的可能性较高，需要注意。

例如，在图1的结构中，被扫射设备65反射的相干光的光路发生变化，因此，0次光有可能穿过光调制器30或投射光学系统20。因此，在采用图1的结构的情况下，为了使0次光不穿过光调制器30或投射光学系统20，需要根据0次光的行进路径来设计扫射设备65、光调制器30和投射光学系统20的配置部位。

(光学元件50)

在上述方式中，示出了光学元件50使用由光致聚合物的透过型的体积型全息记录介质55构成的例子，但是不限于此。也可以如已经说明的那样，光学元件50包含多个全息记录介质55。此外，光学元件50可以包含利用包含银盐材料的感光介质来进行记录的类型的体积型全息记录介质。此外，光学元件50也可以包含反射型的体积型全息记录介质55，也可以包含凹凸型(relief)即模压型(embossing)的全息记录介质55。

不过，凹凸即模压型全息记录介质是借助表面的凹凸结构来进行全息干涉图样的记录的。但是，在该凹凸型全息记录介质的情况下，表面的凹凸结构导致的漫射有可能成为新光斑生成因素，在这点上，优选采用体积型全息记录介质。在体积型全息记录介质中，采用介质内部的折射率调制纹样即折射率分布，来进行全息干涉图样的记录，因此，不会受到表面的凹凸结构导致的漫射的影响。

体积型全息记录介质原本也是利用包含银盐材料的感光介质来进行记录的类型，银盐粒子导致的漫射有可能成为新的光斑生成因素。在这点上，作为全息记录介质55，优选为使用光致聚合物的体积型全息记录介质。

此外，在图7所示的曝光步骤中，制成所谓菲涅耳型的全息记录介质55，但也可以制成傅立叶转换类型的全息记录介质55，该傅立叶转换类型的全息记录介质55是通过进行使用了透镜的记录而得到的。不过，在使用傅立叶转换类型的全息记录介质55的情况下，也可以在进行像再现时使用透镜。

此外，关于作为应该在全息记录介质55中形成的条纹状纹样的折射率调制纹样或凹凸纹样，可以不使用现实的物体光Lo和参照光Lr，而基于预定的再现照明光La的波长或入射方向和应该再现的像的形状或位置等，使用计算机来进行设计。这样得到的全息记录介质55也被称作计算机合成全息记录介质。此外，也可以是，如上述变形例子那样，在从照射装置60照射波段彼此不同的多个相干光的情况下，作为计算机合成全息记录介质的全息记录介质55被平面地划分为与各波段的相干光分别对应地设置的多个区域，各波段的相干光在对应的区域被衍射，再现出像。

此外，在上述方式中，示出了具有如下全息记录介质55的例子：光学元件50在各位置使照射的相干光进行扩散，使用该扩散的相干光，对被照明区域LZ的整个区域进行照明，但是不限于此。关于光学元件50，可以替代全息记录介质55，或者，在全息记录介质55之外具有透镜阵列，该透镜阵列是如下光学元件：使向各位置照射的相干光的行进方向改变并扩散，通过相干光来对被照明区域LZ的整个区域进行照明。作为这样的具体例，可举出被赋予了扩散功能的全反射型或折射型菲涅尔透镜或复眼透镜等。在这样的照射装置60中，照射装置60也使相干光在透镜阵列上扫射，向光学元件50照射相干光，并且，从照射装置60入射到光学元件50的各位置的相干光被透镜阵列改变行进方向，对被照明区域LZ进行照明，构成照射装置60和光学元件50，由此，能够有效地使光斑变得不显眼。

更具体而言，本实施方式的情况下，需要设置包含与激光源61r、61g、61b分别对应的至少3个透镜在内的透镜阵列。使从对应的激光源61放射而被扫射设备65反射的相干光入射到各个透镜。进而，各透镜使入射的相干光扩散而照射于被照明区域LZ的整个区域。由此，即使不设置全息记录介质55，也能够以例如白色来对被照明区域LZ的整个区域进行照明。

本发明的方式不限于上述各实施方式，也包含本领域技术人员能够想到的各种变形，本发明效果也不限于上述内容。即，在不脱离从所请求的范围规定的内容及其均等物导出的本发明的概念的思想和主旨的范围内，能够进行各种追加、变更和局部删除。

Claims (13)

1.一种立体影像显示装置，其特征在于，具有：

光学元件，其具有与n个视差图像分别对应地设置且分别能够使相干光扩散的n个区域，其中，n为2以上的整数；

照射装置，其向所述光学元件照射所述相干光，使该相干光在所述n个区域上扫射；

光调制器，其被从所述照射装置向所述光学元件的各位置入射而扩散的相干光照射，与相干光在所述n个区域上的扫射同步地，生成与所述n个区域分别对应的调制图像；以及

投射光学系统，其使根据所述调制图像生成的所述n个视差图像分别以不同的角度重叠地投射到同一面上。

2.根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述投射光学系统具有扩散部件，该扩散部件被配置在所述面上，使与所述调制图像对应的相干光扩散。

3.根据权利要求2所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述扩散部件在一个方向上具有比其它方向高的扩散特性。

4.根据权利要求3所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述扩散部件对于与水平方向正交的方向，具有比水平方向高的扩散特性，其中，所述水平方向是在所述面上被看到的立体影像的水平相邻像素的排列方向。

5.根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述立体影像显示装置具有会聚光学系统，该会聚光学系统使根据所述调制图像生成的所述n个视差图像分别会聚于设置在所述投射光学系统上的光学部件的个别区域。

6.根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述光学元件是全息记录介质，

所述n个区域分别是条状区域，该条状区域沿所述全息记录介质的一个方向延伸，且形成有使相干光衍射的干涉图样。

7.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述n个条状区域的长边方向被配置为与所述面的水平方向正交的方向，其中，所述水平方向是在所述面上被看到的立体影像的水平相邻像素的排列方向。

8.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述n个条状区域分别被紧贴地配置。

9.根据权利要求6所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述照射装置对于所述n个条状区域中的各个条状区域，依次沿着其长边方向扫射相干光，

在所述照射装置在一个条状区域上使相干光进行扫射的期间，所述光调制器连续地生成与该条状区域对应的调制图像。

10.根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述立体影像显示装置具有检测观察者的位置的位置检测部，

所述照射装置仅在所述n个区域中的一部分上扫射相干光，在由所述位置检测部检测出的观察者的位置处使视差图像被看到。

11.根据权利要求10所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述位置检测部检测观察者的视线。

12.根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述照射装置具有：

光源，其放射相干光；以及

扫射设备，其调整从所述光源放射出的相干光的反射角度，使反射的相干光在所述光学元件上扫射。

13.根据权利要求12所述的立体影像显示装置，其特征在于，

所述光源具有多个光源部，所述多个光源部放射出波段各不相同的多个相干光，

所述光学元件对于所述多个光源部中的每个光源部具有所述n个区域，来自对应的光源部的相干光在所述n个区域上扫射。