3次元像表示装置及び画像表示方法
【課題】3次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導され得る構成、構造を有する3次元像表示装置を提供する。
【解決手段】3次元像表示装置は、(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材11から構成された光源10、(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、並びに、(C)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段40を備えている。
【解決手段】3次元像表示装置は、(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材11から構成された光源10、(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、並びに、(C)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段40を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、立体画像を表示することができる3次元像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【0002】
観察者の両目が、それぞれ、視差画像と呼ばれる異なる画像を観察することによって立体画像を得る2眼式立体画像技術や、視差画像を複数組用意することによって異なる視点からの立体画像を複数得る多眼式立体画像技術が知られており、これらに関連する技術が多く開発されている。しかしながら、2眼式立体画像技術や多眼式立体画像技術にあっては、立体画像は、立体画像として意図した空間に位置するのではなく、例えば2次元のディスプレイ面上に存在し、常に、一定の位置に位置する。従って、特に視覚系生理反応である輻輳と調節とが連動せず、これに伴う眼精疲労が問題となっている。
【0003】
一方、実世界において、物体表面の情報は、光波を媒体として観察者の眼球まで伝搬する。そして、実世界において物理的に存在する物体表面からの光波を人工的に再現する技術として、ホログラフィ技術が知られている。ホログラフィ技術を用いた立体画像は、光の干渉に基づき生成された干渉縞を用い、この干渉縞を光で照明した際に生じる回折波面そのものを画像情報媒体として用いる。従って、観察者が実世界において物体を観察しているときと同様の輻輳、調節などの視覚系生理反応が生じ、眼精疲労の少ない画像を得ることができる。更には、物体からの光波面が再現されているということは、画像情報を伝達する方向に対して連続性が確保されていることを意味する。従って、観察者の視点が移動しても、その移動に応じた異なる角度からの適切な画像を連続的に提示することが可能であり、運動視差が連続的に提供されることとなる。
【0004】
しかしながら、ホログラフィ技術においては、物体の3次元空間情報を2次元空間における干渉縞として記録しており、その情報量は、同じ物体を撮影した写真等の2次元空間の情報量と比較すると極めて膨大な量となる。これは、3次元空間情報を2次元空間情報に変換する際に、その情報が2次元空間上における密度に変換されていると考えることができるからである。そのために、CGH(Computer Generated Hologram)による干渉縞を表示する表示装置に求められる空間分解能は極めて高く、また、膨大な情報量が必要であり、実時間ホログラムに基づき立体画像を実現することは、現状において、技術的に困難である。
【0005】
ホログラフィ技術においては、連続的な情報とみなすことのできる光波を情報媒体として用い、物体からの情報を伝達する。一方、光波を離散化し、理論的にはほぼ実世界における光波から成る場と等価である状況を光線によって再現することで立体画像を生成する技術として、光線再生法(インテグラルフォトグラフィ法とも呼ばれる)が知られている。光線再生法にあっては、予め、多くの方向へ伝搬する多数の光線から構成された光線群を、光学的手段によって空間に散布する。次に、任意の位置に位置する仮想的な物体の表面から伝搬される光線をこの光線群から選択し、選択された光線の強度や位相の変調を行うことによって、光線から成る像を空間に生成する。観察者は、この像を立体画像として観察することができる。光線再生法による立体画像は、任意の点において、複数の方向からの像が多重結像されたものであり、実世界における3次元物体を見たときと同様に、任意の点について、見る位置によって見え方が異なる。
【0006】
以上で述べた光線再生法を実現するための装置として、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の平面型表示装置とマイクロレンズアレイやピンホールアレイとを組み合わせた装置が提案されている(例えば、以下の特許文献1〜特許文献7を参照のこと)。また、プロジェクタ・ユニットを多数並べた装置も考えられる。図35に、プロジェクタ・ユニットを用いて光線再生法を実現する3次元像表示装置の一構成例を示す。この装置は、多数のプロジェクタ・ユニット501を水平方向及び垂直方向に並列的に配置し、各プロジェクタ・ユニット501から角度の異なる光線を出射するようにしたものである。これにより、ある断面502内の任意の点において多視角の像を多重再生し、立体画像を実現している。
【0007】
また、特開2007−041504には、
(A)複数の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
(C)前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
(D)フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた3次元像表示装置が開示されている。
【0008】
【特許文献1】特開2003−173128号公報
【特許文献2】特開2003−161912号公報
【特許文献3】特開2003−295114号公報
【特許文献4】特開2003−75771号公報
【特許文献5】特開2002−72135号公報
【特許文献6】特開2001−56450号公報
【特許文献7】特許第3523605号公報
【特許文献8】特開2007−041504号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述の光線再生法によれば、2眼式立体画像技術や多眼式立体画像では不可能であった視覚機能としての焦点調節及び両眼輻輳角調節に対して有効に働く程度の光線によって画像を生成するので、眼精疲労が極めて少ない立体画像を提供することができる。それだけでなく、仮想物体上の同一要素から複数の方向へ連続的に光線が出射されていることから、視点位置の移動に伴う画像の変化を連続的に提供することができる。
【0010】
しかしながら、現状の光線再生法によって生成された画像は、実世界における物体と比較すると臨場感に欠ける。これは、現状の光線再生法による立体画像が、実世界の物体から観察者が得る情報量に対して非常に少量の情報、即ち、少量の光線によって生成されていることに起因していると考えられる。一般に、人間の視認限界は角度分解能で1分程度と云われており、現状の光線再生法による立体画像は、この人間の視覚に対して不十分な光線によって生成されている。従って、実世界の物体が有する高い臨場感やリアリティを有する立体画像を生成するためには、少なくとも多量の光線によって画像を生成することが課題である。
【0011】
そして、その実現のためには、空間的に高い密度で光線群を生成することのできる技術が必要とされ、液晶表示装置等の表示装置の表示密度を高くすることが考えられる。あるいは又、図35に示した多数のプロジェクタ・ユニット501を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット501を出来るだけ小型化し、空間的に高い密度で並べることが考えられる。しかしながら、現在の表示装置における表示密度の飛躍的な向上は、光利用効率や回折限界の問題から困難である。また、図35に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット501を小型化するのには限界があるため、空間的に高い密度で並べることは困難であると考えられる。いずれの場合にあっても、高密度の光線群を生成するためには、複数のデバイスが必要となり、装置全体の大型化は避けられない。
【0012】
特開2007−041504に開示された3次元像表示装置にあっては、3次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることが可能である。しかしながら、特開2007−041504に開示された3次元像表示装置では、フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えることから、観察者の視線がこれらの明るい輝点へと自然に誘導されてしまい、立体画像が見にくくなるといった問題が生じる。
【0013】
また、例えば、光源が発光素子から構成されている場合、発光素子に輝度のバラツキが発生すると、生成される画像に輝度ムラが生じてしまうし、場合によっては、画像の色味に変化が生じ、画像の品質劣化の原因となる。発光素子の輝度のバラツキは、3次元像表示装置への光源の取り付け時(3次元像表示装置の組立時)だけでなく、経年変化や動作環境の変化によっても発生する。
【0014】
更には、特開2007−041504に開示された3次元像表示装置において、光変調手段によって2次元画像が生成されるが、2次元画像の生成の順序によっては、最終的に得られる立体画像にちらつき(フリッカー)が生じる場合がある。
【0015】
従って、本発明の第1の目的は、3次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることを可能とし、しかも、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導され得る構成、構造を有する3次元像表示装置を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、光源から出射される光の光強度に変化が生じた場合であっても、表示される画像の質の低下を招くことの無い3次元像表示装置を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、3次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることを可能とし、しかも、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導され得る構成、構造を有し、得られる立体画像にちらつきが生じ難い、あるいは、ちらつきが少ない画像表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記の第1の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置は、
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、並びに、
(C)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えている。
【0017】
上記の第1の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置は、
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
を備えている。
【0018】
上記の第2の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る画像表示方法は、本発明の第1の態様に係る画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記光変調手段において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記光変調手段において2次元画像を生成する。
【0019】
上記の第2の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る画像表示方法は、本発明の第2の態様に係る画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成する。
【0020】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置、あるいは、本発明の第1の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置にあっては、
(D)フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を更に備えていることが好ましい。
【0021】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置、第2の態様に係る3次元像表示装置、本発明の第1の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置、本発明の第2の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置を総称して、以下、単に、『本発明の3次元像表示装置』と呼ぶ場合がある。また、本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置、本発明の第1の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置を総称して、以下、単に、『本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等』と呼ぶ場合がある。更には、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置、本発明の第2の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置を総称して、以下、単に、『本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等』と呼ぶ場合がある。
【0022】
上記の好ましい形態を含む本発明の3次元像表示装置において、光源からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、(複数の回折次数)×U0×V0個となる。また、各面状発光部材から出射された光(『照明光』と呼ぶ場合がある)に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材の位置に対応して、フーリエ変換像形成手段あるいは第1のレンズによって、点状ではなく、或る面積をもって(具体的には、例えば、矩形形状にて)結像される。尚、後述するフーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを配置すれば、照明光によって形成されるフーリエ変換像(画像)の数は、最終的に、U0×V0個となる。
【0023】
上記の好ましい形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、フーリエ変換像形成手段はレンズ[第1のレンズ]から成り、このレンズ[第1のレンズ]の前側焦点面に光変調手段が配置されている構成とすることができる。
【0024】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、フーリエ変換像形成手段によって生成され、結像される像は、複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の立体画像を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
(E)前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
を更に備えており、このフーリエ変換像選択手段は、フーリエ変換像が結像される位置に配置されている構成とすることが好ましい。
【0025】
あるいは又、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等においても、第1のレンズによって生成され、結像される像は、複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の立体画像を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
(F)U0×V0個の開閉制御可能な開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する空間フィルタ、
を更に備えている構成とすることが好ましい。そして、この場合、空間フィルタにおいては、2次元画像形成装置による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることが望ましい。あるいは又、
(F)U0×V0個の開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する散乱回折制限部材、
を更に備えている構成とすることが好ましい。空間フィルタあるいは散乱回折制限部材を配設することで、生成した複数の回折次数の回折光の内、所望の回折光のみを通過させることができる。散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部(例えば、ピンホール)を設けることで作製することができる。
【0026】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等におけるフーリエ変換像選択手段、あるいは又、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等における空間フィルタは、U0×V0個の開口部を有することが望ましい。開口部は、開閉制御可能であってもよいし、常に開状態であってもよい。開閉制御可能な開口部を有するフーリエ変換像選択手段[あるいは空間フィルタ]として、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)を挙げることができるし、可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSを挙げることもできる。また、開閉制御可能な開口部を有するフーリエ変換像選択手段[あるいは空間フィルタ]においては、光変調手段[あるいは2次元画像形成装置]による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像[あるいは回折光]を選択する構成とすることができる。開口部の位置は、フーリエ変換像選択手段[あるいは第1のレンズ]によって得られるフーリエ変換像[あるいは回折光]の内の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像[あるいは回折光]が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、各面状発光部材が配された位置に対応している。また、フーリエ変換像選択手段が有する開口部の大きさは、フーリエ変換像選択手段上に結像されたフーリエ変換像の大きさと略等しく、また、空間フィルタが有する開口部の大きさは、2次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された2次元画像の大きさと略等しく、あるいは又、実質的に等しいことが好ましい。尚、空間フィルタにて結像された2次元画像の大きさは、次に述べるように、3次元像表示装置における光学系(各種のレンズ)の最適化を図ることで適切な値とすることが可能である。また、隣接する開口部の間に存在する隙間の幅(隣接する開口部の縁部間の距離)が観察者に対して張る角度θとして、2.9×10-4ラジアン以下を例示することができる。
【0027】
ここで、2次元画像形成装置の対角の長さをDPS、画像の対角の長さをIGSとすれば、これらの対角の長さと、例えば凸レンズから成る第1のレンズの焦点距離f1、例えば凸レンズから成る第2のレンズの焦点距離f2との間には、「k」を定数としたとき、以下の関係が成立する。それ故、光源から出射された光(照明光)の波長、2次元画像形成装置における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第1のレンズの焦点距離f1及び第2のレンズの焦点距離f2を適切に選択することで、画像の大きさを容易に設定することができる。尚、凸レンズは、両凸レンズ、平凸レンズ、メニスカス凸レンズのいずれかから構成することができる。
IGS/DPS=k・f2/f1
尚、f2/f1の値は、0<f2/f1を満足していればよく、例えば、
0.3≦f2/f1≦5
を満足していることがより好ましい。
【0028】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等は、フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、光変調手段によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段を更に備えていることが好ましい。
【0029】
また、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、光変調手段は2次元的に配列された複数(P×Q個)の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている形態とすることができ、この場合、2次元空間光変調器を、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)、あるいは、2次元空間光変調器の各開口内には可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された複数(P×Q個)の画素を有する液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)から成り、各画素には開口が備えられている形態とすることができ、あるいは又、2次元画像形成装置には、複数(P×Q個)の開口が設けられており、各開口には可動ミラーが設けられている(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された開口のそれぞれに配置された2次元型のMEMSから成る)形態とすることができる。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M×N組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅(強度)を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。
【0030】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、前記2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、後述する2次元画像の共役像における空間周波数は、2次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過する。光変調手段あるいは2次元画像形成装置に表示された空間周波数は全て伝達される。
【0031】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ(カレイドスコープとも呼ばれる)、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光素子(具体的には、コヒーレンスの低い発光素子、より具体的には、例えば発光ダイオードであり、以下の説明においても同様とすることができる)、
から構成することができる。面状発光部材をロッドインテグレータから構成することで、面状発光部材から面状に、且つ、均一に照明光を出射することができるし、例えば発光ダイオードを用いることで、レーザを用いる場合に問題となるスペックルノイズが発生することがない。以下の説明においても同様である。そして、この場合、ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている構成とすることができ、これによって、面状発光部材の一端面の光出射領域と、隣接する面状発光部材の一端面の光出射領域との間に存在する間隙が、肉眼により確認できるレベルにある場合に、光拡散部材自体が2次光源として作用することによって、このような間隙を肉眼で確認できないレベルとすることが可能となる。
【0032】
あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から構成することができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができ、更には、これらの好ましい構成において、各面状発光部材を、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている構成とすることができる。
【0033】
あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される構成とすることができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができる。
【0034】
第1プリズムは、例えば、第1斜面、第2斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができるし、第2プリズムも、第1斜面、第2斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができる。そして、この場合、第1プリズムの底面と第2プリズムの底面とは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、第1プリズムの第1斜面上には第1光反射部材が配置されており、場合によっては、第1プリズムの第1斜面と第1光反射部材との間には四分の一波長板が配置されており、第1プリズムの第2斜面上には第2光反射部材が配置されている。そして、第1プリズムの第1斜面から入射された光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって第1プリズムの第2斜面に向かって反射される。一方、P偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの第1斜面から出射される。
【0035】
あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る構成とすることができる。
【0036】
ここで、ロッドインテグレータとして、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、両端面が開放端の中空部材を挙げることができ、あるいは又、一端面が開放端であり、他端面が光拡散面から構成された中空部材を挙げることができる。そして、この場合、中空部材の内面あるいは外面には光反射層が設けられていることが好ましい。あるいは又、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、透明な材料から作製された中実部材を挙げることができる。そして、この場合にも、中実部材の外面には光反射層が設けられていることが好ましい。尚、発光素子と対向する他端面に、光拡散層を形成してもよい。中空部材や中実部材を構成する材料として、PMMA樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリアリレート樹脂(PAR)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、アクリル系樹脂といったプラスチック材料や、ガラスを例示することができる。また、光反射層として、スパッタリング法や真空蒸着法といった物理的気相成長法(PVD法)、化学的気相成長法(CVD法)、メッキ法等によって形成された銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。U0×V0個の面状発光部材を2次元マトリクス状に配列して光源を得るためには、限定するものではないが、例えば、U0×V0個の面状発光部材を2次元マトリクス状に配列した後(束ねた後)、適切な結束手段を用いて結束すればよい。尚、面状発光部材を2次元マトリクス状に配列したとき、隣接する面状発光部材の一端面(光出射面)の間には隙間(空間)が存在しないことが望ましい。発光ダイオードから出射された光は、ロッドインテグレータの光入射面(他端面)からロッドインテグレータに入射し、ロッドインテグレータの内部で反射を繰り返しながらロッドインテグレータの光出射面(一端面)から出射されるので、ロッドインテグレータから出射された光の均一化が図られ、しかも、ロッドインテグレータの光出射面(一端面)から面状に光が出射される。
【0037】
また、3次元像表示装置の仕様に依り、面状発光部材から単色光(赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、又は、青色発光ダイオードのいずれかの発光ダイオードからの光)あるいは白色光(白色発光ダイオードからの光)が出射される場合があり、あるいは又、光源は、赤色発光ダイオードを備えた面状発光部材、緑色発光ダイオードを備えた面状発光部材、及び、青色発光ダイオードを備えた面状発光部材の集合体から構成されており、これらの面状発光部材における発光ダイオードを順次駆動することで、光源から光(赤色光、緑色光、及び、青色光)を出射してもよい。
【0038】
反射型偏光部材は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十nm、ピッチ百数十nmにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。反射型偏光部材のロッドインテグレータの一端面あるいは板状部材の一端面への配置は、反射型偏光部材の仕様にも依るが、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。
【0039】
偏光ビームスプリッター(偏光膜とも呼ばれる)は、誘電体多層膜、誘電体高反射膜あるいはカットフィルターを、第1プリズム上に成膜することで、あるいは又、第2プリズム上に成膜することで、得ることができる。尚、偏光ビームスプリッターにあっては、多層膜中で界面への入射角がブリュースタ角に一致するように、膜と下地(第1プリズム、あるいは、第2プリズム)の屈折率や入射角が設定されているのが一般的である。例えば、第1プリズムの底面/偏光ビームスプリッター/第2プリズムの底面の積層構造は、第1プリズムの底面と偏光ビームスプリッターと第2プリズムの底面とを例えば接着剤を用いて固定することで得ることができる。
【0040】
光反射部材、第1光反射部材、第2光反射部材(以下、これらを総称して、『光反射部材等』と呼ぶ場合がある)として、増反射膜を挙げることができる。ここで、増反射膜として、例えば、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜が順に積層された構造を有する銀増反射膜を例示することができる。また、SiO2等の低屈折率薄膜とTiO2やTa2O5等の高屈折率薄膜とを数十層以上交互に積層した構造を有する誘電体多層反射膜、同様に屈折率の異なるサブミクロン厚さのポリマーフィルムを積層して作製される有機高分子多層薄膜型の反射膜を例示することもできる。あるいは又、光反射部材等として、銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。光反射部材等を設ける方法として、光反射部材等がシート状あるいはフィルム状、板状である場合、接着剤を用いる方法、ビス止めする方法、超音波接合で固着する方法、粘着剤を用いる方法等を挙げることができるし、光反射部材等が薄膜状である場合、真空蒸着法やスパッタリング法等のPVD法やCVD法といった周知の成膜方法を挙げることができる。
【0041】
四分の一波長板として、水晶や方解石といった複屈折結晶から作製された周知の四分の一波長板、あるいは又、プラスチックから作製された周知の四分の一波長板を用いればよい。四分の一波長板を設け、あるいは、配置するためには、例えば接着剤を用いればよい。
【0042】
シート状あるいはフィルム状の光拡散部材を構成する材料として、ポリカーボネート樹脂(PC);ポリスチレン系樹脂(PS);メタクリル樹脂を挙げることができる。これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面を、例えばサンドブラスト法に基づき梨地状(即ち、微細な凹凸面)に加工することで、光拡散部材を得ることができる。あるいは又、これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面に、光拡散剤を塗布することで、光拡散部材を得ることができる。ここで、光拡散剤は、光源からの光を拡散させる性質を有する粒子であり、無機材料粒子あるいは有機材料粒子から構成されている。無機材料粒子を構成する無機材料として、具体的には、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、マグネシウムシリケート、又は、これらの混合物を例示することができる。一方、有機材料粒子を構成する樹脂として、アクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、メラミン系樹脂を例示することができる。光拡散剤の形状として、例えば、球状、立方状、針状、棒状、紡錘形状、板状、鱗片状、繊維状を挙げることができる。光拡散部材を設ける方法として、光拡散部材を接着剤や接着シートを用いて反射型偏光部材に貼り付ける方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、反射型偏光部材に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、光拡散部材の所望の面に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。
【0043】
第1プリズム、第2プリズムは、周知の光学ガラスから作製すればよい。また、これらのプリズムのそれぞれを、複数のプリズムの組合せから構成してもよい。即ち、複数のプリズムを例えば接着剤で接着して、1つのプリズムを作製してもよい。尚、三角プリズムの2つの斜面の成す角度は90度である必要は無い。光線が入射、反射、屈折して所定の光学面を通るように構成し、ビームスプリッターで分離されたP偏光成分の光とS偏光成分の光が異なった光路を通っても第2プリズムの第1斜面から略同じ方向へ出射することが重要である。場合によっては、プリズムの斜面と底面とが交わる部分、プリズムの2つの斜面が交わる部分は、稜線で構成されておらず、平面あるいは曲面から構成されていてもよい。発光素子と対向する第1プリズムの面(第1斜面)の部分には光拡散層を形成してもよい。
【0044】
板状部材として、発光ダイオードから出射された光に対して透明な材料、例えば、ガラスや、プラスチック材料(例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、AS樹脂を含むスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂等のポリエステル系樹脂)を挙げることができる。
【0045】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置には、各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段が備えられていることが好ましく、これによって、光源から出射される光の光強度に変化が生じた場合であっても、表示される画像の質の低下を招くことが無くなる。そして、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御することができ、あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、光変調手段若しくは2次元画像形成装置の作動状態を制御することができる。
【0046】
光検出手段として、ホトダイオード、CCD、CMOSセンサーを挙げることができる。光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間にビームスプリッタや部分反射ミラー[パーシャルリフレクター]を配置し、光源から光変調手段あるいは2次元画像形成装置へと入射する光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、フーリエ変換像形成手段や2次元画像形成装置の後方に部分反射ミラーを配置し、フーリエ変換像形成手段や2次元画像形成装置から出射した光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、光変調手段あるいは2次元画像形成装置に光検出手段を取り付ける方式としてもよいし、面状発光部材に光検出手段を組み込む方式(具体的には、例えば、面状発光部材を構成する各発光素子の近傍に光検出手段を配置し、あるいは又、発光素子に光検出手段を組み込む方式)としてもよいし、光源から光変調手段あるいは2次元画像形成装置、フーリエ変換像形成手段、又は、その後方へと入射する有効領域を通る光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。
【0047】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、U0,V0の数として、限定するものではないが、4≦U0≦20、好ましくは、例えば、9≦U0≦11を挙げることができ、また、4≦V0≦20、好ましくは、例えば、9≦V0≦11を挙げることができる。U0の値とV0の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、フーリエ変換像形成手段によってフーリエ変換像が結像される平面(XY平面)を、以下、『結像面』と呼ぶ場合がある。
【0048】
例えば、4≦U0≦8,4≦V0≦8である場合には、U0×V0個の面状発光部材を2×2のセグメントに分割することが好ましい。また、9≦U0≦11,9≦V0≦11である場合には、U0×V0個の面状発光部材を3×3のセグメントに分割することが好ましい。更には、12≦U0≦20,12≦V0≦20である場合には、U0×V0個の面状発光部材を4×4のセグメントに分割することが好ましいが、これに限定するものではない。各セグメントを構成する面状発光部材の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。尚、U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されているが、U0×V0個の面状発光部材が物理的に分割されているわけではなく、U0×V0個の面状発光部材の動作の観点から、2以上のセグメントに分割されている。即ち、U0×V0個の面状発光部材が、2以上のグループに分けられている。或るセグメント(このセグメントを、説明上、セグメントAと呼ぶ)に属する面状発光部材を発光させたとき(この面状発光部材を、説明上、面状発光部材Aと呼ぶ)、次に発光する面状発光部材(この面状発光部材を、説明上、面状発光部材Bと呼ぶ)は、この或るセグメント(セグメントA)とは異なるセグメント(このセグメントを、説明上、セグメントBと呼ぶ)に属するが、面状発光部材Aと面状発光部材Bとは隣接していないことが望ましく、面状発光部材Aと面状発光部材Bとの間には、少なくとも1つ、別の面状発光部材が存在していることが一層望ましい。セグメントAとセグメントBとは、隣り合っていてもよいし、隣り合っていなくともよい。セグメント間における発光の順序、セグメント内における面状発光部材の発光の順序、それ自体は、本質的に任意である。面状発光部材は、出来る限り同じ時間間隔にて、また、出来る限り同じ時間、発光することが好ましい。
【0049】
本発明の3次元像表示装置における好ましい形態にあっては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過するが、ここで、所望の回折次数として、限定するものではないが、0次の回折次数を挙げることができる。
【0050】
以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間に、照明光を整形するための照明光学系を配置してもよい。具体的には、光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間にはレンズ(例えば、コリメータレンズ)が配置されており、光源は、このレンズの前側焦点面(あるいは前側焦点面近傍)に位置することが、レンズから出射された光(照明光)が平行光(概ね平行光)となるので好ましい。
【0051】
2次元空間光変調器あるいは2次元画像形成装置を構成する液晶表示装置においては、例えば、次に述べる透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域が、1画素(1ピクセル)に相当する。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素の光透過率(開口率)を制御することによって、面状発光部材から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、面状発光部材から出射された照明光が係る開口を通過することによって、画素毎に、フラウンホーファー回折が生じ、M×N組の回折光が生成される。
【0052】
液晶表示装置は、例えば、透明第1電極を備えたフロント・パネル、透明第2電極を備えたリア・パネル、及び、フロント・パネルとリア・パネルとの間に配された液晶材料から成る。フロント・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第1の基板と、第1の基板の内面に設けられた透明第1電極(共通電極とも呼ばれ、例えば、ITOから成る)と、第1の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。更には、透明第1電極上には配向膜が形成されている。一方、リア・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第2の基板と、第2の基板の内面に形成されたスイッチング素子と、スイッチング素子によって導通/非導通が制御される透明第2電極(画素電極とも呼ばれ、例えば、ITOから成る)と、第2の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。透明第2電極を含む全面には配向膜が形成されている。これらの透過型の液晶表示装置を構成する各種の部材や液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができる。尚、スイッチング素子として、単結晶シリコン半導体基板に形成されたMOS型FETや薄膜トランジスタ(TFT)といった3端子素子や、MIM素子、バリスタ素子、ダイオード等の2端子素子を例示することができる。あるいは又、複数の走査電極が第1の方向に延び、複数のデータ電極が第2の方向に延びる、所謂マトリックス電極構成を有する液晶表示装置とすることもできる。透過型の液晶表示装置にあっては、面状発光部材からの照明光は、第2の基板から入射し、第1の基板から出射される。一方、反射型の液晶表示装置にあっては、面状発光部材からの照明光は、第1の基板から入射し、例えば、第2の基板の内面に形成された第2電極(画素電極)によって反射され、再び、第1の基板から出射される。開口は、例えば、透明第2電極と配向膜との間に、面状発光部材からの照明光に不透明な絶縁材料層を形成し、係る絶縁材料層に開口を形成することで得ることができる。尚、反射型の液晶表示装置として、その他、LCoS(Liquid Crystal on Silicon)タイプを用いることもできる。
【0053】
光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データを2次元画像形成装置に送出する2次元画像データ送出手段を備えていてもよく、これによって、簡素な構成、構造にも拘わらず、収差の少ない立体画像を表示することができる。2次元画像データ送出手段は、周知のパーソナルコンピュータや所謂ワークステーションといった、記録手段を備えたコンピュータから構成することができる。そして、記録手段に、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データや、次に述べる演算子等を記録しておけばよい。記録手段として、ハードディスクや、各種固体メモリを挙げることができる。尚、2次元画像形成装置の動作の制御も、係るコンピュータによって行うことができる。
【0054】
収差補正前の2次元画像データData(A)に基づき理想的に再生された収差が無い画像(例えば、3次元像,立体画像)を「A」、実際に、2次元画像データData(A)に基づき再生されたときの画像(例えば、3次元像,立体画像)を「a」(各種の収差が含まれている)とする。このとき、実際に再生されたときの画像が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。そして、実際に再生されたときの画像が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を最終的に補正して得られた2次元画像データをData(A’)とする。すると、例えば、(u,v)の値等が決まれば、元の収差補正前の2次元画像データData(A)と最終的に収差補正された2次元画像データData(A’)との間には、一定の関係が存在する。ここで、(u,v)の値とは、光源を構成する面状発光部材あるいはフーリエ変換像選択手段、空間フィルタにおける位置番号を示し、u,vの値は整数であり、例えば、(−U0/2)≦u≦(U0/2)、(−V0/2)≦v≦(V0/2)を満足する。即ち、(u,v)の値等をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。係る演算子は、2次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておけばよい。そして、元の収差補正前の2次元画像データを係る関係(上記の演算子)に基づき収差補正した2次元画像データ[即ち、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データData(A’)]を2次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておき、この収差補正後の2次元画像データData(A’)を2次元画像データ送出手段から2次元画像形成装置へ送出し、2次元画像形成装置において画像を再生すればよい。あるいは又、3次元像表示装置に外部から送られてくる2次元画像データData(A)に対して、リアルタイムで演算子に基づき、2次元画像データ送出手段において収差補正を施し、収差補正された2次元画像データData(A’)を2次元画像データ送出手段から2次元画像形成装置へ送出し、2次元画像形成装置において画像を再生すればよい。尚、3次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの5収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。
【0055】
本発明の3次元像表示装置において、2次元画像の画素(ピクセル)の数P×Qを(P,Q)で表記したとき、(P,Q)の値として、具体的には、VGA(640,480)、S−VGA(800,600)、XGA(1024,768)、APRC(1152,900)、S−XGA(1280,1024)、U−XGA(1600,1200)、HD−TV(1920,1080)、Q−XGA(2048,1536)の他、(1920,1035)、(720,480)、(1280,960)等、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
【発明の効果】
【0056】
本発明の3次元像表示装置においては、各面状発光部材から順次出射された光(照明光)に基づき、光変調手段[2次元画像形成装置]によって、2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段[第1のレンズ]によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像[回折光]が生成され、結像され、最終的に観察者に到達する。この観察者に到達する画像には、光変調手段[2次元画像形成装置]への光(照明光)の入射方向の成分が含まれている。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、フーリエ変換像形成手段[第1のレンズ]から出射された光線群(U0×V0本の光線)を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、立体画像を構成するための光線の方向成分を効率的に制御した光線再生法に基づき、3次元像表示装置全体を大型化することなく、実世界の物体に近い質感の立体画像を得ることができる。
【0057】
しかも、光(照明光)は、点状ではなく、面状にて光源(面状発光部材)から出射されるので、フーリエ変換像形成手段や第1レンズの後方に形成された像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察される。従って、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。更には、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。
【0058】
更には、本発明の3次元像表示装置において、例えば、0次の回折光に基づき立体画像を構成すれば、明るく、クリアーで、高品質の立体画像を得ることができる。
【0059】
また、光検出手段を備えれば、面状発光部材の発光状態を監視することができ、面状発光部材の発光状態のバラツキや経時変化に起因した画像の品質劣化の発生を抑制することが可能となる。
【0060】
本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る画像表示方法にあっては、U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて光変調手段[2次元画像形成装置]において2次元画像を生成し、次に、この或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで光変調手段[2次元画像形成装置]において2次元画像を生成する。従って、次々に生成される2次元画像に基づき得られる立体画像にあっては、立体画像の隣接した領域が順次、表示されるのではなく、立体画像の或る程度離れた領域が順次、表示される。即ち、立体画像の隣接した領域が瞬時表示され、1表示フレーム分の時間経過後に、再び、立体画像の隣接した領域が瞬時表示されるのではなく、1表示フレーム分の時間経過内において、立体画像の隣接した領域が或る程度の時間を経て表示される。その結果、得られる立体画像にちらつき(フリッカー)が生じ難く、あるいは、ちらつき(フリッカー)が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0061】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例1】
【0062】
実施例1は、本発明の第1の態様及び第2の態様に係る3次元像表示装置に関する。図1に、単色表示の実施例1の3次元像表示装置の概念図を示す。ここで、図1において、光軸をz軸とし、z軸に直交する平面内での直交座標をx軸、y軸とし、x軸と平行な方向をX方向、y軸と平行な方向をY方向とする。X方向を、例えば3次元像表示装置における水平方向とし、Y方向を、例えば3次元像表示装置における垂直方向とする。z軸(光軸に相当する)は、3次元像表示装置を構成する各構成要素の中心を通り、しかも、3次元像表示装置を構成する各構成要素と直交する。ここで、図1は、yz平面における実施例1の3次元像表示装置の概念図である。xz平面における実施例1の3次元像表示装置の概念図も、実質的には図1と同様である。また、図2は、実施例1の3次元像表示装置を斜めから見たときの概念図であり、図3は、実施例1の3次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。図2においては、3次元像表示装置の構成要素の大部分を省略し、光線の図示も簡素化してあり、図1や図3とは異なっている。更には、図2においては、2次元画像形成装置から出射された光線の一部分のみを図示している。光変調手段[2次元画像形成装置]、フーリエ変換像形成手段[第1のレンズ]、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]の近傍を拡大した概念図を、図4、及び、図5の(A)、(B)に示す。更には、光源の模式的な正面図を図6に示し、空間フィルタの模式的な正面図を図7に示す。
【0063】
従来の光線再生法による立体画像の表示では、任意の位置に存在する仮想物体表面を仮想的な原点とした複数の光線を出射することを目的として、予め、様々な角度で出射する光線を提供できる装置を備えておく必要がある。即ち、例えば、図35に示した装置にあっては、多数(例えば、U0×V0個)のプロジェクタ・ユニット501を水平方向及び垂直方向に並列的に配置しなければならない。
【0064】
一方、実施例1の3次元像表示装置1にあっては、図1等に示した構成要素を備える3次元像表示装置単体で、従来の技術と比較して、空間的に密度が高く、且つ、大量の光線群を生成・形成することが可能である。実施例1の3次元像表示装置1は、1つの3次元像表示装置で、図35に示した多数(U0×V0個)のプロジェクタ・ユニット501を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、図34に概念図を示すように、分割された3次元画像の数(例えば、4×4=16)だけ、実施例1の3次元像表示装置1を備えればよい。
【0065】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例1の3次元像表示装置1は、
(A)X方向にU0個、Y方向にV0個の、2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材11から構成された光源10、
(B)複数の画素(個数:P×Q)31を有し、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)を各画素31によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、並びに、
(C)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数(総計M×N)に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段40、
を備えており、更には、
(D)フーリエ変換像形成手段40によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段60、
を備えている。
【0066】
あるいは又、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例1の3次元像表示装置1は、
(A)X方向にU0個、Y方向にV0個の、2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材11から構成された光源10、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口(個数:P×Q)を有し、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)の通過を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、この2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数(総計M×N)の回折光を生成する2次元画像形成装置30、
(C)その前側焦点面(光源側の焦点面)に2次元画像形成装置30が配置されている第1のレンズL1、
(D)第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)に、その前側焦点面(光源側の焦点面)が位置している第2のレンズL2、並びに、
(E)第2のレンズL2の後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズL3、
を備えている。
【0067】
ここで、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する。
【0068】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置の構成要素と本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置の構成要素とを対比すると、光変調手段30は2次元画像形成装置30に対応し、フーリエ変換像形成手段40は第1のレンズL1に対応し、後述するフーリエ変換像選択手段50は空間フィルタSFに対応し、逆フーリエ変換手段は第2のレンズL2に対応し、共役像形成手段60は第2のレンズL2及び第3のレンズL3に対応している。それ故、便宜上、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL2、及び、第3のレンズL3という用語に基づき、以下、説明を行う。
【0069】
実施例1にあっては、2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11の具体的な個数をU0×V0=11×11とし、P=1024、Q=768とした。但し、これらの値に限定するものではない。光源10と2次元画像形成装置30との間には、コリメータレンズ12が配置されている。ここで、コリメータレンズ12の前側焦点面あるいは前側焦点面近傍に複数の面状発光部材11が配置されており、各面状発光部材11から出射され、コリメータレンズ12に入射し、コリメータレンズ12から出射するときの光(平行光)の出射方向を、コリメータレンズ12によって立体的に変えることができる結果、光変調手段あるいは2次元画像形成装置30に入射する光(照明光)の入射方向を立体的に変えることができる(図4参照)。尚、各面状発光部材11から出射される光の出射方向を、実施例1にあっては同じとしたが(具体的には、光軸(z軸)に平行としたが)、異なっていてもよい。
【0070】
図7に示すように、実施例1にあっては、空間フィルタSFは、U0×V0個の開口部51を有する。開口部51は、開閉制御可能である。ここで、開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSFは、液晶表示装置(より具体的には、透過型の液晶表示装置)から構成されている。また、開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSFにおいては、2次元画像形成装置30による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部51を開状態とする。そして、これによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像[あるいは回折光]を選択することができる。開口部51は、第1のレンズL1によって得られるフーリエ変換像[あるいは回折光]の内の所望のフーリエ変換像[あるいは回折光]が結像する位置に配置されており、更には、係る開口部51の位置は、各面状発光部材11が配された位置に対応している。ここで、空間フィルタSFにおける開口部51の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。また、開口部51の大きさは、フーリエ変換像選択手段50上に結像されたフーリエ変換像の大きさと略等しく、あるいは又、2次元画像形成装置30によって生成され、空間フィルタSF上に結像された2次元画像の大きさと等しい。また、隣接する開口部51の間に存在する隙間の幅(隣接する開口部51の縁部間の距離)が観察者に対して張る角度θは、0ラジアンに限りなく近い。
【0071】
各面状発光部材11は、一端面112から光を出射するロッドインテグレータ111、及び、このロッドインテグレータ111の他端面113に配置された発光ダイオード116から構成されている。ロッドインテグレータ[カレイドスコープ]111を、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状は矩形である。そして、図8の(A)に模式的な断面図を示すように、ロッドインテグレータ111は、両端面112,113が開放端の中空部材から作製されている。あるいは又、図8の(B)に模式的な断面図を示すように、一端面112が開放端であり、他端面113が光拡散面から構成された中空部材から作製されている。あるいは又、図8の(C)に模式的な断面図を示すように、透明な材料から作製された中実部材から作製されている。あるいは又、図8の(D)に模式的な断面図を示すように、他端面113に光拡散層114が形成された中実部材から作製されている。あるいは又、図8の(E)に模式的な断面図を示すように、一端面112に光拡散層114が形成された中空部材から作製されている。中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面には、真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層115が設けられている。ロッドインテグレータ111はガラスから作製されている。結束手段(図示せず)を用いて、U0×V0個の面状発光部材11を2次元マトリクス状に隙間無く配列して結束することで、光源10を得ることができる(図8の(F)参照)。図8の(F)にあっては、4×4個の面状発光部材を図示している。
【0072】
光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cから出射された光束が、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、及び、空間フィルタSFを通過する状態を、模式的に、図4に示す。図4においては、光源10を構成する面状発光部材11Aから出射された光束を実線で示し、面状発光部材11Bから出射された光束を一点鎖線で示し、面状発光部材11Cから出射された光束を点線で示す。また、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された空間フィルタSFにおける像の位置を、それぞれ、符号(11A),(11B),(11C)で示す。尚、光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cのそれぞれの位置番号(これについては後述する)は、例えば、第(5,0)番目、第(0,0)番目、及び、第(−5,0)番目である。ここで、或る面状発光部材が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材は消灯状態となる。
【0073】
面状発光部材11と2次元画像形成装置30との間には、上述したとおり、コリメータレンズ12が配置されている。そして、面状発光部材11から出射され、コリメータレンズ12を通過した照明光によって、2次元画像形成装置30が照明されるが、上述したとおり、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向は、面状発光部材11の2次元的な位置(光出射位置)に依存して立体的に異なっている。即ち、光源10の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、光変調手段あるいは2次元画像形成装置30を照明することができる。
【0074】
光変調手段30は2次元的に配列された複数(P×Q個)の画素31を有する2次元空間光変調器から成り、各画素31は開口を備えている。ここで、2次元空間光変調器あるいは2次元画像形成装置30は、具体的には、2次元的に配列された、即ち、X方向にP個、Y方向にQ個の、2次元マトリクス状に配列されたP×Q個の画素31を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素31には開口が備えられている。尚、開口の平面形状は矩形である。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M×N組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅(強度)を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。
【0075】
1つの画素31は、透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素31の光透過率(開口率)を制御することによって、光源10を構成する面状発光部材11から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を面状発光部材11から出射された照明光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素31において、M×Nの回折光が生成される。云い換えれば、画素31の数はP×Qであるが故に、総計(P×Q×M×N)本の回折光が生じると考えることもできるし、光源10からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、全体として、M×N×U0×V0個となる。そして、2次元画像形成装置30においては、2次元画像における空間周波数が、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って2次元画像形成装置30から出射される。尚、2次元画像における空間周波数によっても回折角は異なる。
【0076】
各面状発光部材11から出射された照明光に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材11の位置に対応して、第1のレンズL1によって、例えば、矩形形状にて、後述する空間フィルタSFにおいて結像される。そして、空間フィルタSFを通過するフーリエ変換像の数は、最終的に、U0×V0個となる。
【0077】
実施例1の3次元像表示装置1にあっては、フーリエ変換像形成手段40はレンズ[第1のレンズL1]から成り、このレンズ[第1のレンズL1]の前側焦点面(光源側の焦点面)に光変調手段30が配置されている。
【0078】
実施例1の3次元像表示装置1には、複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段50が備えられている。ここで、このフーリエ変換像選択手段50は、フーリエ変換像が結像される位置(フーリエ変換像形成手段40によってフーリエ変換像が結像されるXY平面、結像面)に配置されている。具体的には、フーリエ変換像選択手段50は、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ[第1のレンズL1]の後側焦点面(観察者側の焦点面)に配置されている。あるいは又、云い換えれば、実施例1の3次元像表示装置1は、U0×V0個の開閉制御可能な開口部51を有し、第1のレンズL1の後側焦点面に位置する空間フィルタSFを備えている。即ち、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]は、U0×V0個の開口部51を有する。
【0079】
フーリエ変換像選択手段50[あるいは空間フィルタSF]は、より具体的には、U0×V0個の画素を有する強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置又は反射型の液晶表示装置、あるいは、可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された装置を含む2次元型のMEMSから構成することができる。ここで、例えば、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって開口部51の開閉制御を行うことができるし、可動ミラーの移動/非移動によって開口部51の開閉制御を行うことができる。フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]においては、光変調手段[2次元画像形成装置]30による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部51(具体的には、0次の回折光を通過させるための開口部51)を開状態とすることによって、所望の回折次数(0次)に対応するフーリエ変換像を選択することができる。
【0080】
更には、3次元像表示装置1は、フーリエ変換像形成手段40によって生成、結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、光変調手段30によって生成された2次元画像の実像RIを形成する逆フーリエ変換手段(具体的には、第2のレンズL2)を更に備えており、第2のレンズL2の後方(観察者側)に第3のレンズL3を更に備えている。ここで、実施例1にあっては、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は、具体的には、凸レンズから構成されている。
【0081】
上述したとおり、焦点距離f1を有する第1のレンズL1の前側焦点面(光源側の焦点面)には2次元画像形成装置30が配置されており、第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)には、フーリエ変換像を、空間的、且つ、時間的にフィルタリングするための時間的な開閉制御が可能な空間フィルタSFが配置されている。そして、第1のレンズL1によって、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は空間フィルタSF上に結像する。尚、図2においては、便宜上、64個のフーリエ変換像を点状にて図示したが、実際には、フーリエ変換像は矩形形状を有する。そして、図2に示す多数のフーリエ変換像から1つのフーリエ変換像が、面状発光部材11に対応して開状態となった開口部51を通過することで、選択される。
【0082】
ここで、2次元画像形成装置30の対角の長さをDPS、得られる立体画像の対角の長さをIGSとすれば、これらの対角の長さと、第1のレンズL1の焦点距離f1、第2のレンズL2の焦点距離f2との間には、「k」を定数としたとき、以下の関係が成立する。
IGS/DPS=k・f2/f1
【0083】
従って、光源10から出射された光(照明光)の波長及び2次元画像形成装置30における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第1のレンズL1の焦点距離f1及び第2のレンズL2の焦点距離f2を適切に選択することで、画像の大きさを規定することができる。実施例1にあっては、具体的には、
f1=50mm
f2=25mm
とした。このように、第1のレンズの焦点距離f1と第2のレンズの焦点距離f2の割合を予め規定することが可能であり、これによって、2次元画像形成装置の大きさのk・f2/f1倍の画像を得ることができる。即ち、特段の構成要素を附加すること無く、簡素な構成、構造であっても、所望の大きさの立体画像を得ることができる。
【0084】
2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11から成る光源10の模式的な正面図を図6に示し、液晶表示装置から成る空間フィルタSFの模式的な正面図を図7に示す。図6及び図7中、数字(u,v)は、光源10を構成する面状発光部材11あるいは空間フィルタSFを構成する開口部51の位置番号を示す。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、第(3,2)番目に位置する面状発光部材11による2次元画像の所望のフーリエ変換像(例えば0次の回折に対応するフーリエ変換像)のみが入射し、第(3,2)番目の開口部51を通過する。第(3,2)番目に位置する面状発光部材11による2次元画像の所望のフーリエ変換像以外のフーリエ変換像は、空間フィルタSFによって遮られる。焦点距離f2を有する第2のレンズL2の前側焦点面には空間フィルタSFが配置されている。更には、第2のレンズL2の後側焦点面と、焦点距離f3を有する第3のレンズL3の前側焦点面とが一致するように、第2のレンズL2及び第3のレンズL3が配置されている。
【0085】
前述したとおり、共役像形成手段60は、具体的には、第2のレンズL2及び第3のレンズL3から構成されている。そして、焦点距離f2を有する第2のレンズL2は、空間フィルタSFによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の実像RIを形成する。即ち、第2のレンズL2の後側焦点面に、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の実像RIが形成されるように配置されている。ここで得られる実像RIの2次元画像形成装置30に対する倍率は、第2のレンズL2の焦点距離f2を任意に選択することによって変化させることができる。また、焦点距離f3を有する第3のレンズL3は、空間フィルタSFによってフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIを形成する。
【0086】
ここで、第3のレンズL3の後側焦点面は空間フィルタSFの共役面であることから、空間フィルタSF上の1つの開口部51に相当する部分から、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分(P×Q)であって、空間フィルタSFを通過した光線である。即ち、空間フィルタSFを通過する光線の光量が、それ以降の3次元像表示装置の構成要素を通過、反射することによって減少することは、実質的に無い。また、第3のレンズL3の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像CIが形成されるが、2次元画像の共役像の方向成分は面状発光部材11から出射され、2次元画像形成装置30に入射する照明光の方向成分によって規定されるので、第3のレンズL3の後側焦点面においては、光線群が2次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第3のレンズL3の後側焦点面(共役像CIが形成される面)に、図35に示したプロジェクタ・ユニット501が複数の数(具体的にはU0×V0個)、配置されている状態と等価である。
【0087】
図5の(A)及び(B)に模式的に示すように、2次元画像形成装置30における1つの画素31によって、X方向及びY方向に沿って、合計、M×N組の回折光が生成される。尚、図5の(A)及び(B)では、0次光(n0=0)、±1次光(n0=±1)、及び、±2次光(n0=±2)の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次(例えば、±5次)の回折光が生成され、これらの回折光の一部(具体的には、例えば、0次光)に基づき、最終的に立体画像が形成される。尚、図5の(A)は、面状発光部材11Bから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示し、図5の(B)は、面状発光部材11Aから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示す。ここで、各回折次数の回折光(光束)には、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の全画像情報(全ての画素の情報)が集約されている。2次元画像形成装置30上の同一画素から回折によって生成される複数の光線群は、同時刻において、全て、同一の画像情報を有する。云い換えれば、P×Q個の画素31を有する透過型の液晶表示装置から成る2次元画像形成装置30においては、面状発光部材11からの照明光が各画素31によって変調されて2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数は、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射される。即ち、2次元画像のM×N個の一種のコピーが2次元画像形成装置30から、複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射される。
【0088】
そして、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の全画像情報が集約された2次元画像における空間周波数は、第1のレンズL1によってフーリエ変換され、各画素31から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像(例えば、0次の回折に対応するフーリエ変換像)のみを空間フィルタSFを通過させ、更には、この選択されたフーリエ変換像が第2のレンズL2によって逆フーリエ変換され、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の実像RIが形成され、この2次元画像の実像RIは、第3のレンズL3に入射し、第3のレンズL3によって共役像CIが結像される。尚、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、0次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ(即ち、画素構造の空間周波数の最大1/2の空間周波数まで)が、云い換えれば、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、空間フィルタSFを通過する。こうして、第3のレンズL3によって結像された2次元画像の共役像にあっては、2次元画像形成装置30の画素構造は含まれず、一方、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像における空間周波数の全てが含まれている。そして、第3のレンズL3において、2次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成される。
【0089】
以下、空間フィルタSFにおける開口部51の開閉制御のタイミングについて説明する。
【0090】
空間フィルタSFにおいては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するために、2次元画像形成装置30の画像出力と同期して、開口部51の開閉制御を行う。この操作を、図9、図10、及び、図11を参照して説明する。尚、図9の最上段は、2次元画像形成装置30における画像出力のタイミングを示しており、図9の中段は、空間フィルタSFにおける第(3,2)番目の開口部51の開閉タイミングを示し、図9の下段は、第(3,3)番目の開口部51の開閉タイミングを示す。
【0091】
図9に示すように、2次元画像形成装置30において、例えば時間t1S〜t1Eの間(期間TM1)に画像「A」が表示され、時間t2S〜t2Eの間(期間TM2)に画像「B」が表示されるとする。このとき、光源10においては、期間TM1にあっては第(3,2)番目の面状発光部材11のみを発光状態とし、期間TM2にあっては第(3,3)番目の面状発光部材11のみを発光状態とする。このように、各面状発光部材11から順次出射され、2次元画像形成装置30への入射方向が異なる照明光を使用し、しかも、係る照明光を各画素31によって変調する。一方、空間フィルタSFにおいては、図9に示すように、期間TM1にあっては第(3,2)番目の開口部51を、期間TM2にあっては第(3,3)番目の開口部51を開状態とする。こうして、2次元画像形成装置30における同じ画素31において異なる回折次数として生成され、第1のレンズL1によって生成されるフーリエ変換像に、異なる画像情報を付加することができる。云い換えれば、期間TM1にあっては、第(3,2)番目の面状発光部材11を発光状態とすることで、2次元画像形成装置30における或る画素31において得られる0次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「A」に関する画像情報、及び、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向情報が含まれている。一方、期間TM2にあっては、第(3,3)番目の面状発光部材11を発光状態とすることで、2次元画像形成装置30における同じ或る画素において得られる0次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「B」に関する画像情報、及び、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向情報が含まれている。
【0092】
図10に、2次元画像形成装置30における画像形成のタイミングと開口部51の制御のタイミングとを模式的に示す。期間TM1にあっては、2次元画像形成装置30において画像「A」が表示され、M×N個のフーリエ変換像が空間フィルタSFの対応する第(3,2)番目の開口部51を中心としてフーリエ変換像「α」として集光される。期間TM1では、第(3,2)番目の開口部51のみを開くので、0次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタSFを通過する。次の期間TM2にあっては、2次元画像形成装置30において画像「B」が表示され、同様にM×N個のフーリエ変換像が空間フィルタSFの対応する第(3,3)番目の開口部51を中心にフーリエ変換像「β」として集光される。期間TM2では、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、0次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタSFを通過する。以下、順次、2次元画像形成装置30の画像形成タイミングに同期して、空間フィルタSFにおける開口部51の開閉制御を行う。尚、図10において、開状態の開口部51を実線で囲み、閉状態の開口部51を点線で囲んだ。また、開状態にある開口部51を通過するフーリエ変換像「α」,「β」,「γ」は、0次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、明るい。一方、閉状態にある開口部51の部分に衝突するフーリエ変換像「α」,「β」,「γ」は、高次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、暗い。従って、場合によっては、空間フィルタSFは不要である。空間フィルタSFが占める空間を或る時間長さで眺めた場合、U0×V0個の矩形形状の像(フーリエ変換像)が2次元マトリクス状に並んだ状態(図2に示した状態に類似した状態)が見られるであろう。
【0093】
このようなタイミングで2次元画像形成装置30における画像形成と開口部51の開閉制御とを行った場合に、この3次元像表示装置の最終出力として得られる画像を、図11に模式的に示す。図11において、画像「A’」は、第(3,2)番目の開口部51のみを開くので、第(3,2)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像であり、画像「B’」は、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、第(3,3)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像であり、画像「C’」は、第(4,2)番目の開口部51のみを開くので、第(4,2)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「γ」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像である。尚、図11に示す画像は、観察者が眺める画像である。図11においては、便宜上、画像と画像とを実線で区分したが、係る実線は仮想の実線である。また、正確には、同時刻に、図11に示した画像が得られるわけではないが、画像の切り替え期間は非常に短時間なので、観察者の目には同時に表示されているように観察される。例えば、1表示フレームの表示期間内に、全ての面状発光部材11から順次出射された照明光に基づく(U0×V0)個の画像の選択が行われる。図11では平面的に図示しているが、観察者に実際に観察されるのは立体画像である。
【0094】
即ち、前述したように、第3のレンズL3の後側焦点面からは、(例えば、時系列的に、画像「A’」、画像「B’」・・・画像「C’」)が出力される。即ち、全体としては、第3のレンズL3の後側焦点面に、図35に示したプロジェクタ・ユニットが複数の面状発光部材11の数(具体的にはU0×V0個)だけ配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニットから画像「A’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニットから画像「B’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニットから画像「C’」が出力されると等価となる。そして、例えば、或る物体を種々の位置(角度)から撮影した多数の画像(あるいは、コンピュータによって作成した画像)のデータに基づき、2次元画像形成装置30において画像を時系列的に再生すれば、これらの画像に基づき立体画像を得ることができる。
【0095】
空間フィルタSFに設けられた開口部51の開閉制御を、全ての開口部51に対して行わなくともよい。即ち、例えば、1つおきに開口部51の開閉制御を行ってもよいし、所望の位置に位置する開口部51だけの開閉制御を行ってもよい。
【0096】
以上に説明したように、実施例1の3次元像表示装置1によれば、所定の面状発光部材11を発光させる一方、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]における所望の開口部51を開口する。従って、光変調手段[2次元画像形成装置]30によって生成された2次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段40[第1のレンズL1]によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIが形成される構成を有するので、3次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。そして、これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。しかも、光(照明光)は、点状ではなく、面状にて光源10(面状発光部材11)から出射されるので、フーリエ変換像形成手段40や第1レンズL1の後方に形成された像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察されるので、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。
【0097】
また、実施例1の3次元像表示装置1によれば、光線再生法を利用しているので、焦点調節、輻輳、運動視差などの視覚機能を満足した立体画像を提供することが可能である。更には、実施例1の3次元像表示装置1によれば、複数の面状発光部材11に依存して2次元画像形成装置30への入射方向が異なる照明光を効率的に利用しているので、従来の画像出力手法と比較して、1つの画像出力デバイス[2次元画像形成装置30]によって制御可能な光線を、面状発光部材11の数(即ち、U0×V0個)だけ得ることができる。しかも、実施例1の3次元像表示装置1によれば、空間的、且つ、時間的にフィルタリングを行うので、3次元像表示装置の時間的特性を、3次元像表示装置の空間的特性に変換することができる。また、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。更には、どのような方向からの観察に対しても適切な立体画像を提供することができる。また、空間的に高い密度で光線群を生成・散布することができるので、視認限界に近い精細な空間画像を提供することができる。
【実施例2】
【0098】
実施例2は、本発明の第1の態様及び第2の態様に係る画像表示方法に関する。実施例2における3次元像表示装置は、実施例1にて説明した3次元像表示装置と同じ構成、構造を有するので、3次元像表示装置の詳細な説明は省略し、以下、実施例2の画像表示方法を説明する。但し、実施例2にあっては、2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11の具体的な個数をU0×V0=9×9とし、P=1024、Q=768としたが、これらの値に限定するものではない。
【0099】
実施例2にあっては、U0×V0個=9×9個の面状発光部材は、2以上のセグメント、具体的には、3×3=9のセグメントに分割されている。尚、U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されているが、U0×V0個の面状発光部材が物理的に分割されているわけではなく、U0×V0個の面状発光部材の動作の観点から、2以上のセグメントに分割されているだけである。即ち、U0×V0個の面状発光部材が、2以上のグループに分けられている。どのようなセグメントに分割するかは、再生すべき立体画像等に依存して決定すればよく、具体的には、光変調手段[2次元画像形成装置]30の動作の制御を行うコンピュータにおいて、また、光変調手段[2次元画像形成装置]30の動作の制御を行うソフトウエアーに基づき決定すればよい。そして、或るセグメント(セグメントA)に属する面状発光部材(面状発光部材A)を発光させて光変調手段[2次元画像形成装置]30において2次元画像を生成し、次に、この或るセグメント(セグメントA)とは異なるセグメント(セグメントB)に属する面状発光部材(面状発光部材B)を発光させることで光変調手段[2次元画像形成装置]30において、コンピュータの制御下、2次元画像を生成する。
【0100】
より具体的には、図31の数字で示す順序に基づき、U0×V0個=9×9個の面状発光部材を発光させる。そして、同時に、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]における対応する開口部51を開口する。図31に示す例にあっては、各セグメントを構成する面状発光部材の数を同じとした。即ち、3×3の面状発光部材を単位セグメントとしている。セグメントAに属する面状発光部材Aを発光させ、次に、セグメントBに属する面状発光部材Bを発光させるが、面状発光部材Aと面状発光部材Bとは隣接しておらず、面状発光部材Aと面状発光部材Bとの間には、少なくとも1つ、別の面状発光部材が存在している。尚、図31に示す順序は例示であり、適宜、変更することができる。
【0101】
このように、次々に生成される2次元画像に基づき得られる立体画像にあっては、立体画像の隣接した領域が順次、表示されるのではなく、立体画像の或る程度離れた領域が順次、表示される。即ち、立体画像の隣接した領域が瞬時表示され、1表示フレーム分の時間経過後に、再び、立体画像の隣接した領域が瞬時表示されるのではなく、1表示フレーム分の時間経過内において、立体画像の隣接した領域が或る程度の時間を経て表示される。その結果、得られる立体画像にちらつき(フリッカー)が生じ難く、あるいは、ちらつきが少なくなる。
【0102】
即ち、実施例2の3次元像表示装置によれば、セグメントAに属する面状発光部材Aを発光させて光変調手段[2次元画像形成装置]30において2次元画像を生成し、次に、セグメントBに属する面状発光部材Bを発光させることで光変調手段[2次元画像形成装置]30において、コンピュータの制御下、2次元画像を生成する。従って、光変調手段[2次元画像形成装置]30によって生成された2次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段40[第1のレンズL1]によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIが形成されるが、隣り合ったフーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]によって、空間的、且つ、時間的に連続してフィルタリングされることはなく、また、フィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIが形成されるが、隣り合った共役像CIが時間的に連続して形成されることもない。隣り合った共役像CIは、時間的に離散して形成される。それ故、立体画像においては、離れた領域における部分的な画像が、時系列的に離れて再現されるので、ちらつき(フリッカー)が生じることがない。
【0103】
U0×V0個の面状発光部材を、同じセグメントとなるように分割できない場合がある。即ち、図33の(A)に概念図を示すように、U0×V0個の面状発光部材が(i+1)×(j+1)個のセグメントに分割される場合がある。尚、このようなセグメントの分割の要請は、表示すべき立体画像の性質、立体画像を観察する観察者の位置、人数等に基づく。そして、このような場合には、以下の2つの方法により発光パターンを決定すればよい。ここで、U0及びV0は、以下の関係にある。尚、図33の(A)に示した例では、u0=3,u1=1,v0=3,v1=1,i=3,j=3である。図33の(A)、(B)及び(C)において、セグメント間の境界を実線で示し、面状発光部材間の境界を点線で示す。
U0=u0×i+u1
V0=v0×j+v1
【0104】
第1番目の方法は、図33の(B)に概念図を示すように、規則的にセグメント化できない面状発光部材のグループ(セグメント−B及びセグメント−C)を、これらのセグメント−B及びセグメント−Cに隣接するセグメント化されている面状発光部材のグループ(セグメント−A)に含めて、変則的なグループ(セグメント−D,セグメント−E,セグメント−F)とする方法である。第2番目の方法は、図33の(C)に概念図を示すように、セグメント−B及びセグメント−Cをセグメント−Aには含ませず、単独で変則的な面状発光部材のグループ(セグメント−B及びセグメント−G)とする方法である。これらの2つ方法においては、どちらの方法にあっても、セグメント−A、セグメント−B、セグメント−D、セグメント−E、セグメント−F、セグメント−Gに対して、どのような発光パターンを与えてもよい。
【0105】
図32に示す例にあっては、各セグメントを構成する面状発光部材の数は、一部、異なっている。そして、U0×V0個=9×9=81個の面状発光部材を、恰も、40個の面状発光部材として動作させ、上述した第2番目の方法を採用している。具体的には、4×3=12個の面状発光部材から構成されたセグメントと、その他のセグメントに分けられている。即ち、図31に示した例にあっては、9×9=81のプロジェクタ・ユニット501が配置されたと等価であり、一方、図32に示した例にあっては、40のプロジェクタ・ユニット501が配置されたと等価である。そして、図32に示した例にあっては、具体的には、同じ数字で示された面状発光部材は、同時に動作させられる。
【0106】
実施例2にて説明した画像表示方法は、後述する実施例3〜実施例9にて説明する3次元像表示装置に適用することができる。
【実施例3】
【0107】
実施例3も実施例1の変形である。実施例3の3次元像表示装置にあっては、光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データを2次元画像形成装置に送出する2次元画像データ送出手段(図示せず)を備えている。
【0108】
例えば、焦点距離f2が50mm、Fナンバーが1.4の第2のレンズL2を用いたと想定する。ここで、2次元画像形成装置30の対角の長さDPSを22.4mmとする。このとき、画角は24.6度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである35.7mmが最大値となる。一方、焦点距離f2が20mm、Fナンバーが1.4の第2のレンズL2を用いる場合、画角は58.5度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである14.3mmが最大値となる。このように、短焦点距離のレンズを用いる場合、レンズの大口径化を図らなければならないが、大口径化のレンズを用いる場合、収差に起因した画像の乱れが大きな問題となる。実施例3においては、2次元画像データ送出手段を備えることで、係る問題に対処している。
【0109】
実施例3の3次元像表示装置にあっては、2次元画像形成装置の動作の制御は、図示しない2次元画像データ送出手段(具体的には、パーソナルコンピュータから成る)によって行われる。即ち、パーソナルコンピュータに備えられた記録手段(例えば、ハードディスク)に、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差(例えば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲といった所謂ザイデルの5収差)を補正した2次元画像データを記録しておく。あるいは又、(u,v)の値等をパラメータとした、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子をパーソナルコンピュータに備えられた記録手段に記録しておく。
【0110】
2次元画像データ送出手段においては、以下の処理がなされる。即ち、収差補正前のビデオ信号に相当する2次元画像データData(A)に基づき理想的に再生された収差が無い3次元像(立体画像)を「A」、実際に、2次元画像データData(A)に基づき再生されたときの3次元像(立体画像)を「a」(各種の収差が含まれている)とする。2次元画像データData(A)として、限定するものではないが、例えば、テストパターンを挙げることができる。このとき、実際に再生されたときの3次元像(立体画像)が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。即ち、例えば、テストパターンが所定の画像となるように、元の2次元画像データData(A)を補正する。より具体的には、例えば、テストパターンの画像を2次元画像形成装置30から出射する。そして、最も収差の少ない画像である第(0,0)番目の開口部51を開口して得られた再生3次元像(立体画像)と、所定の第(u,v)番目の開口部51を開口して得られた再生3次元像(立体画像)とを画像処理することで比較し、これらの2つの再生3次元像に差が生じないように、あるいは又、差が少なくなるように、テストパターンのデータを、例えば、作業者が補正するといった作業を繰り返し行うことで、例えば、(P,Q)の値、(u,v)の値をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。こうして、実際に再生されたときの3次元像(立体画像)が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を最終的に補正して得られた2次元画像データをData(A’)としたとき、(u,v)の値等が決まれば、元の収差補正前の2次元画像データData(A)と最終的に収差補正された2次元画像データData(A’)との間の一定の関係(一種の演算子)を得ることができる。云い換えれば、係る一定の関係(演算子)を求め、決定する。そして、元の収差補正前の2次元画像データ(ビデオ信号に相当する)を係る関係に基づき収差補正した2次元画像データ(即ち、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データ)を記録手段に記録しておき、この収差補正後の2次元画像データによって3次元像(立体画像)を再生する。あるいは又、3次元像表示装置に外部から送られてくるビデオ信号に相当する2次元画像データData(A)に対して、リアルタイムで係る演算子に基づき収差補正を施し、収差補正された2次元画像データData(A’)に基づき、3次元像表示装置において3次元像(立体画像)を再生する。こうして、3次元像表示装置を構成する光学系(例えば、光源10、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL2、第3のレンズL3)によって生じる収差を予め補正した2次元画像データに基づき、2次元画像形成装置30において2次元画像を生成するので、収差の無い、あるいは、収差の少ない3次元画像(立体画像)を表示することができる。また、3次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの5収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。
【0111】
実施例3の3次元像表示装置にあっては、2次元画像形成装置の動作の制御は、図示しないパーソナルコンピュータによって行われる。実施例3の3次元像表示装置は、実施例1において説明した構成要素に加えて、上述したとおり、記録手段(例えば、ハードディスク)を備えたコンピュータ(2次元画像データ送出手段)を有している。そして、この記録手段には、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差(例えば、ザイデルの5収差や、色収差)を補正した2次元画像データが記録されている。あるいは又、(u,v)の値等をパラメータとした、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子が記録されている。そして、コンピュータによって、2次元画像形成装置における2次元画像の生成を制御する。尚、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]は、光学系においては、所謂瞳面に配置されている。従って、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタの動作によって、瞳面は分割された状態となり、瞳が縮小されたことと等価となる。それ故、光学系の瞳面を分割し、2次元画像形成装置における2次元画像の生成、及び、分割された瞳面を、時系列的に制御することで、2次元画像の生成及び分割された瞳面の時系列的な制御と同期した動的な画像出力によって、所望の画像を得ることができる。
【0112】
このように、実施例3の3次元像表示装置にあっては、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データに基づき、2次元画像形成装置において2次元画像を生成する。従って、光学的手段のみでは解決できない収差の補正を行うことができ、単純な光学系にあっても、収差の無い、あるいは、収差の少ない画像(例えば、3次元画像,立体画像)を表示することができる。また、光学系を広角系とした場合、一般に、収差が増加するが、係る収差の増加を確実に抑制することができる。しかも、例えば、フーリエ変換像選択手段は、一種の絞りとして機能するので、光学系の焦点深度を深くすることができ、鮮明な画像を得ることができる。
【0113】
尚、実施例3における2次元画像データ送出手段を、実施例2において説明した3次元像表示装置に適用することができるし、また、後述する実施例4〜実施例9における3次元像表示装置に適用することもできる。
【実施例4】
【0114】
実施例4は、実施例1の変形である。実施例4の3次元像表示装置の概念図を、図12及び図13に示す。実施例1の3次元像表示装置にあっては、光透過型の2次元画像形成装置30を用いた。一方、実施例4の3次元像表示装置にあっては、反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aを用いる。反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aとして、例えば、反射型の液晶表示装置を挙げることができる。
【0115】
図12に示す実施例4の3次元像表示装置にあっては、z軸(光軸)上にビームスプリッタ70が備えられている。ビームスプリッタ70は、偏光成分の違いにより光を透過又は反射させる機能を有する。ビームスプリッタ70は、面状発光部材11から出射された照明光の内、例えば、S偏光成分の光を反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aに向けて反射し、P偏光成分の光は透過する。また、光変調手段[2次元画像形成装置]30Aからの変調された反射光を透過する。一方、図13に示す実施例4の3次元像表示装置にあっては、ビームスプリッタ70は、面状発光部材11から出射された照明光の内、例えば、P偏光成分の光を透過して、反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aに向けて出射し、S偏光成分の光を反射する。また、光変調手段[2次元画像形成装置]30Aからの変調された反射光を反射する。これらの点を除き、実施例4の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例1の3次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0116】
反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]として、代替的に、各開口内に可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)を採用することもでき、この場合には、可動ミラーの移動/非移動によって2次元画像が生成され、しかも、開口によってフラウンホーファー回折が発生する。2次元型のMEMSを採用する場合にはビームスプリッタは不要であり、2次元型のMEMSに対して斜め方向から照明光を入射させればよい。
【実施例5】
【0117】
実施例5も、実施例1の変形であり、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)の光強度を測定するための光検出手段80が備えられている。具体的には、実施例5にあっては、光検出手段80はホトダイオードから成り、図14に実施例5の3次元像表示装置のyz平面における概念図を示すように、光源10と2次元画像形成装置30との間、より具体的には、コリメータレンズ12と2次元画像形成装置30との間に、部分反射ミラー[パーシャルリフレクター]81が配置されており、面状発光部材11から2次元画像形成装置30へと入射する光の一部を取り出して、レンズ83を介して光検出手段80に入射させている。
【0118】
あるいは又、図15に概念図を示すように、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の後方に、より具体的には、第2のレンズL2の後方に、部分反射ミラー82が配置されており、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]から出射した光の一部を取り出して、レンズ(図示せず)を介して光検出手段80に入射させている。
【0119】
そして、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、面状発光部材11の発光状態を制御する。具体的には、図16に概念図を示すように、2次元画像形成装置30、面状発光部材11、及び、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の動作は、制御回路90によって制御される。より具体的には、制御回路90は、パルス幅変調(PWM)制御方式に基づき面状発光部材11を構成する発光ダイオード116のオン/オフ制御を行う光源制御回路93、及び、2次元画像形成装置駆動回路91から構成されている。光源制御回路93は、発光素子駆動回路94及び光検出手段制御回路95を備えている。制御回路90は、周知の回路とすることができる。
【0120】
面状発光部材11における発光ダイオード116の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段80によって測定され、光検出手段80からの出力は光検出手段制御回路95に入力され、光検出手段制御回路95において、面状発光部材11における発光ダイオード116の例えば輝度及び色度としてのデータ(信号)とされ、係るデータが光源制御回路93に送られて基準データと比較され、その結果に基づき、次の発光における同じ面状発光部材11における発光ダイオード116の発光状態が、光源制御回路93の制御下、発光素子駆動回路94によって制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、発光ダイオード116を流れる電流のオン/オフ制御は、発光素子駆動回路94によって制御されたスイッチング素子(例えば、FETから成るスイッチング素子)97に基づき行われる。また、面状発光部材11を構成する発光ダイオード116の下流には電流検出用の抵抗体rが、発光ダイオード116と直列に挿入されており、抵抗体rを流れる電流が電圧に変換され、抵抗体における電圧降下が所定の値となるように、光源制御回路93の制御下、発光素子駆動電源96の動作が制御される。
【0121】
あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、2次元画像形成装置30の作動状態を制御する。具体的には、面状発光部材11を構成する発光ダイオード116の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段80によって測定され、光検出手段80からの出力は光検出手段制御回路95に入力され、光検出手段制御回路95において、面状発光部材11における発光ダイオード116の例えば輝度及び色度としてのデータ(信号)とされ、係るデータが光源制御回路93に送られて基準データと比較され、その結果が、2次元画像形成装置駆動回路91に送られる。そして、その結果に基づき、同じ面状発光部材11の次の発光時において、画素31の開口における開口率(光透過率)が制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、面状発光部材11の発光状態の制御と、2次元画像形成装置30の作動状態の制御を、併せて行ってもよい。また、光検出手段80における光強度の測定結果に基づき、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の作動状態を制御する。空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の開口部51における開口率(光透過率)を制御することにより、輝度の補正を可能とする。
【0122】
実施例4において図12及び図13を参照して説明した3次元像表示装置に、光検出手段80を組み込んだ例、即ち、光源10と2次元画像形成装置30との間にビームスプリッタ70を配置し、面状発光部材11から2次元画像形成装置30へと入射する光の一部を取り出して、レンズ(図示せず)を介して光検出手段80に入射させる3次元像表示装置を、図17及び図18に示す。
【0123】
また、光検出手段80を2次元画像形成装置30に取り付けた例を、図19に示す。尚、図6に示した面状発光部材11のそれぞれの近傍に光検出手段80を配置してもよいし、あるいは又、面状発光部材11に光検出手段を組み込んでもよいし、光源10から2次元画像形成装置30へと入射する光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。
【実施例6】
【0124】
実施例6、あるいは後述する実施例7〜実施例9は、実施例1〜実施例5の変形であり、具体的には、用いられる面状発光部材の変形例に関する。
【0125】
実施例6にあっては、図20の(A)あるいは図20の(B)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Dは、
(a)一端面212から光を出射するロッドインテグレータ211、
(b)ロッドインテグレータ211の他端面213に配置された発光ダイオード216、
(c)ロッドインテグレータ211の一端面212に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材231、並びに、
(d)ロッドインテグレータ211の他端面213の発光ダイオード216から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材221、
から構成されている。
【0126】
ここで、ロッドインテグレータ211や発光ダイオード216の構成、構造は、実施例1におけるロッドインテグレータ111や発光ダイオード116の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、図20の(A)あるいは後述する図21の(A)に図示する例では、ロッドインテグレータ211は中実部材から作製されており、図20の(B)あるいは後述する図21の(B)に図示する例では、ロッドインテグレータ211は中空部材から作製されている。また、参照番号215は、中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面に真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層を示す。
【0127】
反射型偏光部材231は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十nm、ピッチ百数十nmにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。そして、反射型偏光部材231のロッドインテグレータ211の一端面212への配置は、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。光反射部材221は、樹脂等から成る基材にアルミニウム層を真空蒸着することで得ることができる。また、光反射部材221のロッドインテグレータ211の他端面213への配置は、基材を接着することで行うことができる。
【0128】
実施例6における面状発光部材11Dにあっては、発光ダイオード216から出射され、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ211に入射する。そして、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突した光の内、P偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。一方、S偏光成分は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、光反射部材221に衝突して反射され、更に、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に再び衝突する。このときの光には、ロッドインテグレータ211内における反射によってP偏光成分が生成し、係る生成したP偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。
【0129】
このようなロッドインテグレータ211を伝播する光の偏光状態を、図20の(C)に模式的に示す。ここで、状態[A]にて示す光は、発光ダイオード216から出射され、反射型偏光部材231に衝突し、反射型偏光部材231にて反射された光である。また、状態[B]にて示す光は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、光反射部材221にて反射された光である。更には、状態[C]にて示す光は、光反射部材221にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突する直前の光である。尚、図20の(C)、あるいは、後述する図21の(C)において、X軸は光のP偏光成分を示し、Y軸は光のS偏光成分を示す。
【0130】
そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード216の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード216から出射された光は、効率良く、ロッドインテグレータ211から出射される。
【0131】
尚、図22の(A)及び(B)に図示するように、反射型偏光部材231の上にPETフィルムから成る光拡散部材232を接着してもよい。また、光反射部材221と他端面213との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。
【実施例7】
【0132】
実施例7は、実施例6の変形である。実施例7の各面状発光部材11Eにおいては、ロッドインテグレータ211の他端面213と光反射部材221との間に、図21の(A)及び(B)に模式的な断面図を示すように、四分の一波長板222が配置されている。
【0133】
実施例7における面状発光部材11Eにあっては、発光ダイオード216から出射された、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ211に入射する。そして、反射型偏光部材231に衝突した光の内、P偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。一方、S偏光成分は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、四分の一波長板222を通過し、光反射部材221に衝突して反射され、四分の一波長板222を再び通過し、更に、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に再び衝突する。このときの光には、四分の一波長板222内の通過、及び、ロッドインテグレータ211内における反射によってP偏光成分が生成し、係る生成したP偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。
【0134】
このような状態においてロッドインテグレータ211を伝播する光の偏光状態を、図21の(C)に模式的に示す。ここで、状態[A]にて示す光は、発光ダイオード216から出射され、反射型偏光部材231に衝突し、反射型偏光部材231にて反射された光である。また、状態[B]にて示す光は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、四分の一波長板222に入射する直前の光である、更には、状態[C]にて示す光は、四分の一波長板222に入射し、光反射部材221にて反射され、四分の一波長板222を出射した光である。また、状態[D]にて示す光は、四分の一波長板222から出射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突する直前の光である。四分の一波長板222に入射し、光反射部材221にて反射され、四分の一波長板222を出射した光の偏光状態は、四分の一波長板222に入射する直前の光の偏光状態と相違している。
【0135】
そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード216の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード216から出射された光は、実施例6よりも、一層効率良く、ロッドインテグレータ211から出射される。図22の(C)及び(D)に示すように、実施例6と同様に、反射型偏光部材231の上に光拡散部材232を設けてもよい。また、光反射部材221と四分の一波長板222との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板222と他端面213との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。ロッドインテグレータ211の他端面213と四分の一波長板222との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板222と光反射部材221との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材231と光拡散部材232との間に隙間が存在していてもよい。
【実施例8】
【0136】
実施例8にあっては、図23の(A)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Fは、
(a)第1プリズム310、第2プリズム320及び偏光ビームスプリッター330を備えたPS偏光分離変換素子300、並びに、
(b)発光ダイオード316、
から成る。尚、発光ダイオード316の構成、構造は、実施例1における発光ダイオード116の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0137】
そして、光学ガラスから作製された第1プリズム310と第2プリズム320とは、偏光ビームスプリッター330の偏光分離面を介して対向して配置されている。また、第1プリズム310には、発光ダイオード316から出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材311、及び、第2光反射部材312が備えられている。ここで、発光ダイオード316から出射され、第1プリズム310に入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッター330によって反射され(図23の(A)においては、黒色の矢印で示す)、第2光反射部材312によって反射され(図23の(A)においては、斜線を付した矢印で示す)、偏光ビームスプリッター330によって再び反射され(図23の(A)においては、斜線を付した矢印で示す)、更に、第1光反射部材311によって反射される。そして、発光ダイオード316から出射され、第1プリズム310に入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材311によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッター330を通過し(これらを、図23の(A)においては、白抜きの矢印で示す)、第2プリズム320の出射面320Aから出射される。
【0138】
第1プリズム310は、例えば、第1斜面310A、第2斜面310B、及び、底面310Cを有する三角プリズムから構成されている。また、第2プリズム320も、第1斜面320A、第2斜面320B、及び、底面320Cを有する三角プリズムから構成されている。尚、第1プリズム310の底面310Cと第2プリズム320の底面320Cとは、偏光ビームスプリッター330の偏光分離面を介して対向して配置されている。第1プリズム310の第1斜面310A上には第1光反射部材311が配置されている。第1プリズム310の第2斜面310B上には第2光反射部材312が配置されている。そして、第1プリズム310の第1斜面310Aから入射された光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッター330によって第1プリズム310の第2斜面310Bに向かって反射される。一方、P偏光成分は、偏光ビームスプリッター330を通過し、第2プリズム320の第1斜面320Aから、効率良く、出射される。
【0139】
図23の(B)に示すように、第1プリズム310の第1斜面310Aと第1光反射部材311との間に、四分の一波長板313を配置してもよい。また、場合によっては、第2プリズム320を省略してもよい。実施例8にあっては、第1プリズム310と光反射部材311,312との間に隙間が存在していてもよい。また、第1光反射部材311と四分の一波長板313との間に隙間が存在していてもよいし、第1プリズム310と四分の一波長板313との間に隙間が存在していてもよい。
【実施例9】
【0140】
実施例9にあっては、図24の(A)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Gは、
(a)光学ガラス板から成り、一端面412から光を出射する板状部材411、
(b)板状部材411の他端面413に配置された発光ダイオード416、
(c)板状部材411の一端面412に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材431、
(d)板状部材411の他端面413の発光ダイオード416から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材421、
(e)板状部材411の他端面413と光反射部材421との間に配置された四分の一波長板422、並びに、
(f)反射型偏光部材431の上に設けられた光拡散部材432、
から成る。
【0141】
面状発光部材11Gにおける発光ダイオード416、反射型偏光部材431、光反射部材421、四分の一波長板422、光拡散部材432、光反射層415といった構成要素は、実施例6において説明した面状発光部材11Dの各構成要素と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。また、発光ダイオード416から出射され、板状部材411に入射した光の挙動は、実質的に、図21の(C)を参照して説明した実施例7の面状発光部材11Eにおける光の挙動と同じである。光反射部材421と四分の一波長板422との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板422と他端面413との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。板状部材411の他端面413と四分の一波長板422との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板422と光反射部材421との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材431と光拡散部材432との間に隙間が存在していてもよい。
【0142】
以上、本発明の3次元像表示装置を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例においては、光源10と光変調手段[2次元画像形成装置]30,30Aとの間にコリメータレンズ12を配置したが、その代わりに、マイクロレンズが2次元マトリクス状に配列されたマイクロレンズアレイを用いることもできる。
【0143】
光源10が2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11を具備し、各面状発光部材11から出射される光の出射方向が異なるように各面状発光部材11を配置してもよい。これによって、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、光変調手段あるいは2次元画像形成装置を照明することができる。実施例1の3次元像表示装置において、このような構成の光源を採用したときの3次元像表示装置の概念図を、図25に示す。図25においては、光源10を構成する面状発光部材11Aから出射された光束の1本を実線で示し、面状発光部材11Bから出射された光束の1本を一点鎖線で示し、面状発光部材11Cから出射された光束の1本を点線で示す。また、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された空間フィルタSFにおける像の位置を、それぞれ、符号(11A),(11B),(11C)で示し、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された第3のレンズL3の後側焦点面における像の位置を、それぞれ、符号(11a),(11b),(11c)で示す。また、光変調手段[2次元画像形成装置]30、フーリエ変換像形成手段40[第1のレンズL1]、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]の近傍を拡大した概念図であって、光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cから出射された光束が、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、及び、空間フィルタSFを通過する状態を、模式的に、図26、図27、及び、図28に示す。光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cのそれぞれの位置番号は、例えば、第(5,0)番目、第(0,0)番目、及び、第(−5,0)番目である。ここで、或る面状発光部材11が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材11は消灯状態となる。図25において、参照番号20は、照明光を整形するためのレンズから構成された照明光学系である。
【0144】
また、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の代わりに、U0×V0個の開口部を有し、第1のレンズL1の後側焦点面に位置する散乱回折制限部材を備えている構成とすることもできる。この散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部(例えば、ピンホール)を設けることで作製することができる。ここで、開口部の位置は、フーリエ変換像選択手段あるいは第1のレンズによって得られるフーリエ変換像[あるいは回折光]の内の所望の(例えば、0次の回折次数を有する)フーリエ変換像[あるいは回折光]が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、複数の面状発光部材11に対応させればよい。
【0145】
実施例1及び実施例4においては、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ[第1のレンズL1]の前側焦点面に光変調手段[2次元画像形成装置]30,30Aや回折光生成手段が配置されており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成としたが、場合によっては、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ[第1のレンズL1]の前側焦点面からずれた位置に光変調手段[2次元画像形成装置]30,30Aや回折光生成手段を配置してもよいし、後側焦点面からずれた位置に空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]を配置してもよい。また、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。
【0146】
実施例1及び実施例4においては、光源は全ての場合において単色若しくは単色に近い光源であることを前提としているが、光源は、このような構成に限定するものではない。光源10の波長帯域が複数の帯域に及んでもよい。但し、この場合には、例えば、実施例1における3次元像表示装置を例にとり説明すると、図29の(A)に示すように、コリメータレンズ12と光変調手段[2次元画像形成装置]30との間に、波長選択を行う狭帯域フィルタ71を配置することが好ましく、これによって、波長帯域を分別、選択し、単色光を抽出することができる。
【0147】
あるいは又、光源10の波長帯域が広帯域に及んでもよい。但し、この場合には、図29の(B)に示すように、コリメータレンズ12と光変調手段[2次元画像形成装置]30との間に、ダイクロイックプリズム72及び波長選択を行う狭帯域フィルタ71Gを配置することが好ましい。具体的には、ダイクロイックプリズム72は、例えば赤色光、青色光を別々の方向に反射すると共に、緑色光を含む光線を透過する。ダイクロイックプリズム72における緑色光を含む光線の出射側に、緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Gが配置されている。
【0148】
また、図30に示すように、ダイクロイックプリズム72における緑色光を含む光線の出射側に緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Gを配置し、赤色光を含む光線の出射側に赤色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Rを配置し、青色光を含む光線の出射側に、青色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Bを配置すれば、3原色を表示する3つの3次元像表示装置に対する光源を構成することができる。このような構成の3つの3次元像表示装置を用い、あるいは又、赤色光を出射する光源と3次元像表示装置、緑色光を出射する光源と3次元像表示装置、及び、青色光を出射する光源と3次元像表示装置の組合せを用い、各3次元像表示装置からの画像を、例えば光合成プリズムを用いて合成することで、カラー表示を行うことができる。ダイクロイックプリズムの代わりに、ダイクロイックミラーを用いることもできる。あるいは又、光源を、赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材から構成し、これらの赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材を、順次、発光状態とすることで、カラー表示を行うこともできる。以上に説明したこれらの3次元像表示装置の変形例は種々の実施例に適用することができることは云うまでもない。
【0149】
更には、以上に説明した種々の3次元像表示装置の変形例に対して、実施例5において説明した光検出手段を備えることができる。また、面状発光部材を構成する発光ダイオードの温度を温度センサーで監視し、その結果を、光源制御回路93にフィードバックすることで、面状発光部材を構成する発光ダイオードの輝度補償(補正)や温度制御を行ってもよい。具体的には、例えば、面状発光部材を構成する発光ダイオードにペルチェ素子を取り付けることで、発光ダイオードの温度制御を行うことができる。
【0150】
また、実施例9において説明した面状発光部材11Gにおいて、図24の(B)に示すように、板状部材411を複数の面状発光部材11Gにおいて共通とすることもできる。尚、この場合、板状部材411の露出した面411A,411Bには、光吸収層を設けてもよい。また、実施例6〜実施例9において説明した面状発光部材11D,11E,11F,11Gから出射された光の偏光状態の制御のために、面状発光部材から出射された光が通過する四分の一波長板を、例えば、面状発光部材と光変調手段[2次元画像形成装置30]との間に配置してもよい。更には、実施例6〜実施例9において説明した面状発光部材11D,11E,11F,11Gを、本発明の3次元像表示装置における面状発光部材として用いるだけでなく、その他の光源としても使用することができる。具体的には、例えば、透過型あるいは反射型の液晶表示装置の面状光源装置(バックライト)用の光源、カラー表示の直視型あるいはプロジェクション型液晶表示装置用の光源を例示することができるし、更には、光源として、放電ランプや蛍光管等を例示することができる。その他の光源として使用する場合、1つの面状発光部材に、1つの発光素子を配置するだけでなく、2以上の発光素子を配置してもよい。また、例えば、図20の(A)に示したロッドインテグレータの代わりに、図24の(C)に示すように、面状発光部材11Hにおいて、断面形状が裾広がりの透明部材211Aを用いることもできる。このような断面形状が裾広がりの透明部材211Aは、実施例6〜実施例9における他の面状発光部材をその他の光源として使用する場合にも適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0151】
【図1】図1は、実施例1の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。
【図2】図2は、実施例1の3次元像表示装置を斜めから見たときの概念図である。
【図3】図3は、実施例1の3次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。
【図4】図4は、実施例1の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図である。
【図5】図5の(A)及び(B)は、光変調手段[2次元画像形成装置]によって、複数の回折次数の回折光が生成される状態を模式的に示す図である。
【図6】図6は、光源の模式的な正面図である。
【図7】図7は、空間フィルタの模式的な正面図である。
【図8】図8の(A)〜(E)は、面状発光部材の模式的な断面図であり、図8の(F)は、光源を斜めから眺めた模式図である。
【図9】図9は、光変調手段[2次元画像形成装置]における2次元画像の形成タイミングとフーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]の開口部の開閉タイミングとを示す図であり、上段には、光変調手段[2次元画像形成装置]における2次元画像の形成タイミングを示し、中段及び下段には、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]の開口部の開閉タイミングを示す。
【図10】図10は、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]による空間フィルタリングの概念を模式的に時系列で示す図である。
【図11】図11は、図10に示した空間フィルタリングの結果得られる画像を模式的に示す図である。
【図12】図12は、実施例4の3次元像表示装置の一部分のyz平面における概念図である。
【図13】図13は、実施例4の変形例の3次元像表示装置の一部分のyz平面における概念図である。
【図14】図14は、実施例5の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。
【図15】図15は、実施例5の3次元像表示装置の変形例のyz平面における概念図である。
【図16】図16は、2次元画像形成装置及び光源の動作を制御する制御回路の概念図である。
【図17】図17は、実施例5の3次元像表示装置の別の変形例の概念図である。
【図18】図18は、実施例5の3次元像表示装置の更に別の変形例の概念図である。
【図19】図19は、2次元画像形成装置に光検出手段を取り付けた例を説明するための概念図である。
【図20】図20の(A)及び(B)は、実施例6における面状発光部材の模式的な断面図であり、図20の(C)は、実施例6における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。
【図21】図21の(A)及び(B)は、実施例7における面状発光部材の模式的な断面図であり、図21の(C)は、実施例7における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。
【図22】図22の(A)及び(B)は、実施例6における面状発光部材の変形例の模式的な断面図であり、図22の(C)及び(D)は、実施例7における面状発光部材の変形例の模式的な断面図である。
【図23】図23の(A)及び(B)は、実施例8における面状発光部材の模式的な断面図である。
【図24】図24の(A)、(B)及び(C)は、実施例9における面状発光部材及びその変形例の模式的な断面図である。
【図25】図25は、実施例1の変形例の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。
【図26】図26は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、或る面状発光部材11が発光状態にある)である。
【図27】図27は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、別の面状発光部材11が発光状態にある)である。
【図28】図28は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、更に別の面状発光部材11が発光状態にある)である。
【図29】図29の(A)及び(B)は、実施例1の3次元像表示装置の変形例の一部分のyz平面における概念図である。
【図30】図30は、実施例1の3次元像表示装置の変形例の別の変形例の一部分のyz平面における概念図である。
【図31】図31は、実施例2の画像表示方法における光源を構成する面状発光部材の点灯順を説明する図である。
【図32】図32は、実施例2の画像表示方法の変形例における光源を構成する面状発光部材の点灯順を説明する図である。
【図33】図33の(A)、(B)及び(C)は、本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る画像表示方法におけるU0×V0個の面状発光部材を複数のセグメントに分割するときの分割方法を説明する概念図である。
【図34】図34は、実施例1の3次元像表示装置を複数組み合わせたマルチユニット方式の3次元像表示装置を示す構成図である。
【図35】図35は、従来の3次元像表示装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【0152】
1・・・3次元像表示装置、10・・・光源、11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11H・・・面状発光部材、12・・・コリメータレンズ、20・・・照明光学系、30・・・光変調手段[2次元画像形成装置]、31・・・画素、40・・・フーリエ変換像形成手段、50・・・フーリエ変換像選択手段、51・・・開口部、60・・・共役像形成手段、70・・・ビームスプリッタ、71,71R,71G,71B・・・狭帯域フィルタ、72・・・ダイクロイックプリズム、L1・・・第1のレンズ、L2・・・第2のレンズ、L3・・・第3のレンズ、SF・・・空間フィルタ、RI・・・実像(逆フーリエ変換像)、CI・・・フーリエ変換像の共役像、80・・・光検出手段、81,82・・・部分反射ミラー[パーシャルリフレクター]、83・・・レンズ、90・・・制御回路、91・・・2次元画像形成装置駆動回路、93・・・光源制御回路、94・・・発光素子駆動回路、95・・・光検出手段制御回路、96・・・発光素子駆動電源、97・・・スイッチング素子、111,211・・・ロッドインテグレータ、112,212・・・ロッドインテグレータの一端面、113,213・・・ロッドインテグレータの他端面、114・・・光拡散層、115・・・光反射層、116.216,316,416・・・発光ダイオード、211A・・・透明部材、221・・・光反射部材、222・・・四分の一波長板、231・・・反射型偏光部材、232・・・光拡散部材、310・・・第1プリズム、310A・・・第1プリズムの第1斜面、310B・・・第1プリズムの第2斜面、310C・・・第1プリズムの底面、311・・・第1光反射部材、312・・・第2光反射部材、213・・・四分の一波長板、320・・・第2プリズム、320A・・・第2プリズムの第1斜面、320B・・・第2プリズムの第2斜面、320C・・・第2プリズムの底面、330・・・偏光ビームスプリッター、411・・・板状部材、412・・・板状部材の一端面、413・・・板状部材の他端面、415・・・光反射層、421・・・光反射部材、422・・・四分の一波長板、431・・・反射型偏光部材、432・・・光拡散部材、r・・・抵抗体
【技術分野】
【0001】
本発明は、立体画像を表示することができる3次元像表示装置及び画像表示方法に関する。
【背景技術】
【0002】
観察者の両目が、それぞれ、視差画像と呼ばれる異なる画像を観察することによって立体画像を得る2眼式立体画像技術や、視差画像を複数組用意することによって異なる視点からの立体画像を複数得る多眼式立体画像技術が知られており、これらに関連する技術が多く開発されている。しかしながら、2眼式立体画像技術や多眼式立体画像技術にあっては、立体画像は、立体画像として意図した空間に位置するのではなく、例えば2次元のディスプレイ面上に存在し、常に、一定の位置に位置する。従って、特に視覚系生理反応である輻輳と調節とが連動せず、これに伴う眼精疲労が問題となっている。
【0003】
一方、実世界において、物体表面の情報は、光波を媒体として観察者の眼球まで伝搬する。そして、実世界において物理的に存在する物体表面からの光波を人工的に再現する技術として、ホログラフィ技術が知られている。ホログラフィ技術を用いた立体画像は、光の干渉に基づき生成された干渉縞を用い、この干渉縞を光で照明した際に生じる回折波面そのものを画像情報媒体として用いる。従って、観察者が実世界において物体を観察しているときと同様の輻輳、調節などの視覚系生理反応が生じ、眼精疲労の少ない画像を得ることができる。更には、物体からの光波面が再現されているということは、画像情報を伝達する方向に対して連続性が確保されていることを意味する。従って、観察者の視点が移動しても、その移動に応じた異なる角度からの適切な画像を連続的に提示することが可能であり、運動視差が連続的に提供されることとなる。
【0004】
しかしながら、ホログラフィ技術においては、物体の3次元空間情報を2次元空間における干渉縞として記録しており、その情報量は、同じ物体を撮影した写真等の2次元空間の情報量と比較すると極めて膨大な量となる。これは、3次元空間情報を2次元空間情報に変換する際に、その情報が2次元空間上における密度に変換されていると考えることができるからである。そのために、CGH(Computer Generated Hologram)による干渉縞を表示する表示装置に求められる空間分解能は極めて高く、また、膨大な情報量が必要であり、実時間ホログラムに基づき立体画像を実現することは、現状において、技術的に困難である。
【0005】
ホログラフィ技術においては、連続的な情報とみなすことのできる光波を情報媒体として用い、物体からの情報を伝達する。一方、光波を離散化し、理論的にはほぼ実世界における光波から成る場と等価である状況を光線によって再現することで立体画像を生成する技術として、光線再生法(インテグラルフォトグラフィ法とも呼ばれる)が知られている。光線再生法にあっては、予め、多くの方向へ伝搬する多数の光線から構成された光線群を、光学的手段によって空間に散布する。次に、任意の位置に位置する仮想的な物体の表面から伝搬される光線をこの光線群から選択し、選択された光線の強度や位相の変調を行うことによって、光線から成る像を空間に生成する。観察者は、この像を立体画像として観察することができる。光線再生法による立体画像は、任意の点において、複数の方向からの像が多重結像されたものであり、実世界における3次元物体を見たときと同様に、任意の点について、見る位置によって見え方が異なる。
【0006】
以上で述べた光線再生法を実現するための装置として、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の平面型表示装置とマイクロレンズアレイやピンホールアレイとを組み合わせた装置が提案されている(例えば、以下の特許文献1〜特許文献7を参照のこと)。また、プロジェクタ・ユニットを多数並べた装置も考えられる。図35に、プロジェクタ・ユニットを用いて光線再生法を実現する3次元像表示装置の一構成例を示す。この装置は、多数のプロジェクタ・ユニット501を水平方向及び垂直方向に並列的に配置し、各プロジェクタ・ユニット501から角度の異なる光線を出射するようにしたものである。これにより、ある断面502内の任意の点において多視角の像を多重再生し、立体画像を実現している。
【0007】
また、特開2007−041504には、
(A)複数の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
(C)前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
(D)フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた3次元像表示装置が開示されている。
【0008】
【特許文献1】特開2003−173128号公報
【特許文献2】特開2003−161912号公報
【特許文献3】特開2003−295114号公報
【特許文献4】特開2003−75771号公報
【特許文献5】特開2002−72135号公報
【特許文献6】特開2001−56450号公報
【特許文献7】特許第3523605号公報
【特許文献8】特開2007−041504号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述の光線再生法によれば、2眼式立体画像技術や多眼式立体画像では不可能であった視覚機能としての焦点調節及び両眼輻輳角調節に対して有効に働く程度の光線によって画像を生成するので、眼精疲労が極めて少ない立体画像を提供することができる。それだけでなく、仮想物体上の同一要素から複数の方向へ連続的に光線が出射されていることから、視点位置の移動に伴う画像の変化を連続的に提供することができる。
【0010】
しかしながら、現状の光線再生法によって生成された画像は、実世界における物体と比較すると臨場感に欠ける。これは、現状の光線再生法による立体画像が、実世界の物体から観察者が得る情報量に対して非常に少量の情報、即ち、少量の光線によって生成されていることに起因していると考えられる。一般に、人間の視認限界は角度分解能で1分程度と云われており、現状の光線再生法による立体画像は、この人間の視覚に対して不十分な光線によって生成されている。従って、実世界の物体が有する高い臨場感やリアリティを有する立体画像を生成するためには、少なくとも多量の光線によって画像を生成することが課題である。
【0011】
そして、その実現のためには、空間的に高い密度で光線群を生成することのできる技術が必要とされ、液晶表示装置等の表示装置の表示密度を高くすることが考えられる。あるいは又、図35に示した多数のプロジェクタ・ユニット501を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット501を出来るだけ小型化し、空間的に高い密度で並べることが考えられる。しかしながら、現在の表示装置における表示密度の飛躍的な向上は、光利用効率や回折限界の問題から困難である。また、図35に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット501を小型化するのには限界があるため、空間的に高い密度で並べることは困難であると考えられる。いずれの場合にあっても、高密度の光線群を生成するためには、複数のデバイスが必要となり、装置全体の大型化は避けられない。
【0012】
特開2007−041504に開示された3次元像表示装置にあっては、3次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることが可能である。しかしながら、特開2007−041504に開示された3次元像表示装置では、フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えることから、観察者の視線がこれらの明るい輝点へと自然に誘導されてしまい、立体画像が見にくくなるといった問題が生じる。
【0013】
また、例えば、光源が発光素子から構成されている場合、発光素子に輝度のバラツキが発生すると、生成される画像に輝度ムラが生じてしまうし、場合によっては、画像の色味に変化が生じ、画像の品質劣化の原因となる。発光素子の輝度のバラツキは、3次元像表示装置への光源の取り付け時(3次元像表示装置の組立時)だけでなく、経年変化や動作環境の変化によっても発生する。
【0014】
更には、特開2007−041504に開示された3次元像表示装置において、光変調手段によって2次元画像が生成されるが、2次元画像の生成の順序によっては、最終的に得られる立体画像にちらつき(フリッカー)が生じる場合がある。
【0015】
従って、本発明の第1の目的は、3次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることを可能とし、しかも、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導され得る構成、構造を有する3次元像表示装置を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、光源から出射される光の光強度に変化が生じた場合であっても、表示される画像の質の低下を招くことの無い3次元像表示装置を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、3次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることを可能とし、しかも、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導され得る構成、構造を有し、得られる立体画像にちらつきが生じ難い、あるいは、ちらつきが少ない画像表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記の第1の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置は、
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、並びに、
(C)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えている。
【0017】
上記の第1の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置は、
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
を備えている。
【0018】
上記の第2の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る画像表示方法は、本発明の第1の態様に係る画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記光変調手段において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記光変調手段において2次元画像を生成する。
【0019】
上記の第2の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る画像表示方法は、本発明の第2の態様に係る画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成する。
【0020】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置、あるいは、本発明の第1の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置にあっては、
(D)フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を更に備えていることが好ましい。
【0021】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置、第2の態様に係る3次元像表示装置、本発明の第1の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置、本発明の第2の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置を総称して、以下、単に、『本発明の3次元像表示装置』と呼ぶ場合がある。また、本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置、本発明の第1の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置を総称して、以下、単に、『本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等』と呼ぶ場合がある。更には、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置、本発明の第2の態様に係る画像表示方法において使用される3次元像表示装置を総称して、以下、単に、『本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等』と呼ぶ場合がある。
【0022】
上記の好ましい形態を含む本発明の3次元像表示装置において、光源からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、(複数の回折次数)×U0×V0個となる。また、各面状発光部材から出射された光(『照明光』と呼ぶ場合がある)に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材の位置に対応して、フーリエ変換像形成手段あるいは第1のレンズによって、点状ではなく、或る面積をもって(具体的には、例えば、矩形形状にて)結像される。尚、後述するフーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを配置すれば、照明光によって形成されるフーリエ変換像(画像)の数は、最終的に、U0×V0個となる。
【0023】
上記の好ましい形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、フーリエ変換像形成手段はレンズ[第1のレンズ]から成り、このレンズ[第1のレンズ]の前側焦点面に光変調手段が配置されている構成とすることができる。
【0024】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、フーリエ変換像形成手段によって生成され、結像される像は、複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の立体画像を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
(E)前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
を更に備えており、このフーリエ変換像選択手段は、フーリエ変換像が結像される位置に配置されている構成とすることが好ましい。
【0025】
あるいは又、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等においても、第1のレンズによって生成され、結像される像は、複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の立体画像を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
(F)U0×V0個の開閉制御可能な開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する空間フィルタ、
を更に備えている構成とすることが好ましい。そして、この場合、空間フィルタにおいては、2次元画像形成装置による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることが望ましい。あるいは又、
(F)U0×V0個の開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する散乱回折制限部材、
を更に備えている構成とすることが好ましい。空間フィルタあるいは散乱回折制限部材を配設することで、生成した複数の回折次数の回折光の内、所望の回折光のみを通過させることができる。散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部(例えば、ピンホール)を設けることで作製することができる。
【0026】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等におけるフーリエ変換像選択手段、あるいは又、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等における空間フィルタは、U0×V0個の開口部を有することが望ましい。開口部は、開閉制御可能であってもよいし、常に開状態であってもよい。開閉制御可能な開口部を有するフーリエ変換像選択手段[あるいは空間フィルタ]として、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)を挙げることができるし、可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSを挙げることもできる。また、開閉制御可能な開口部を有するフーリエ変換像選択手段[あるいは空間フィルタ]においては、光変調手段[あるいは2次元画像形成装置]による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像[あるいは回折光]を選択する構成とすることができる。開口部の位置は、フーリエ変換像選択手段[あるいは第1のレンズ]によって得られるフーリエ変換像[あるいは回折光]の内の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像[あるいは回折光]が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、各面状発光部材が配された位置に対応している。また、フーリエ変換像選択手段が有する開口部の大きさは、フーリエ変換像選択手段上に結像されたフーリエ変換像の大きさと略等しく、また、空間フィルタが有する開口部の大きさは、2次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された2次元画像の大きさと略等しく、あるいは又、実質的に等しいことが好ましい。尚、空間フィルタにて結像された2次元画像の大きさは、次に述べるように、3次元像表示装置における光学系(各種のレンズ)の最適化を図ることで適切な値とすることが可能である。また、隣接する開口部の間に存在する隙間の幅(隣接する開口部の縁部間の距離)が観察者に対して張る角度θとして、2.9×10-4ラジアン以下を例示することができる。
【0027】
ここで、2次元画像形成装置の対角の長さをDPS、画像の対角の長さをIGSとすれば、これらの対角の長さと、例えば凸レンズから成る第1のレンズの焦点距離f1、例えば凸レンズから成る第2のレンズの焦点距離f2との間には、「k」を定数としたとき、以下の関係が成立する。それ故、光源から出射された光(照明光)の波長、2次元画像形成装置における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第1のレンズの焦点距離f1及び第2のレンズの焦点距離f2を適切に選択することで、画像の大きさを容易に設定することができる。尚、凸レンズは、両凸レンズ、平凸レンズ、メニスカス凸レンズのいずれかから構成することができる。
IGS/DPS=k・f2/f1
尚、f2/f1の値は、0<f2/f1を満足していればよく、例えば、
0.3≦f2/f1≦5
を満足していることがより好ましい。
【0028】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等は、フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、光変調手段によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段を更に備えていることが好ましい。
【0029】
また、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、光変調手段は2次元的に配列された複数(P×Q個)の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている形態とすることができ、この場合、2次元空間光変調器を、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)、あるいは、2次元空間光変調器の各開口内には可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置等において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された複数(P×Q個)の画素を有する液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)から成り、各画素には開口が備えられている形態とすることができ、あるいは又、2次元画像形成装置には、複数(P×Q個)の開口が設けられており、各開口には可動ミラーが設けられている(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された開口のそれぞれに配置された2次元型のMEMSから成る)形態とすることができる。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M×N組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅(強度)を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。
【0030】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置等において、前記2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、後述する2次元画像の共役像における空間周波数は、2次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過する。光変調手段あるいは2次元画像形成装置に表示された空間周波数は全て伝達される。
【0031】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ(カレイドスコープとも呼ばれる)、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光素子(具体的には、コヒーレンスの低い発光素子、より具体的には、例えば発光ダイオードであり、以下の説明においても同様とすることができる)、
から構成することができる。面状発光部材をロッドインテグレータから構成することで、面状発光部材から面状に、且つ、均一に照明光を出射することができるし、例えば発光ダイオードを用いることで、レーザを用いる場合に問題となるスペックルノイズが発生することがない。以下の説明においても同様である。そして、この場合、ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている構成とすることができ、これによって、面状発光部材の一端面の光出射領域と、隣接する面状発光部材の一端面の光出射領域との間に存在する間隙が、肉眼により確認できるレベルにある場合に、光拡散部材自体が2次光源として作用することによって、このような間隙を肉眼で確認できないレベルとすることが可能となる。
【0032】
あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から構成することができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができ、更には、これらの好ましい構成において、各面状発光部材を、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている構成とすることができる。
【0033】
あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される構成とすることができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができる。
【0034】
第1プリズムは、例えば、第1斜面、第2斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができるし、第2プリズムも、第1斜面、第2斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができる。そして、この場合、第1プリズムの底面と第2プリズムの底面とは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、第1プリズムの第1斜面上には第1光反射部材が配置されており、場合によっては、第1プリズムの第1斜面と第1光反射部材との間には四分の一波長板が配置されており、第1プリズムの第2斜面上には第2光反射部材が配置されている。そして、第1プリズムの第1斜面から入射された光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって第1プリズムの第2斜面に向かって反射される。一方、P偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの第1斜面から出射される。
【0035】
あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る構成とすることができる。
【0036】
ここで、ロッドインテグレータとして、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、両端面が開放端の中空部材を挙げることができ、あるいは又、一端面が開放端であり、他端面が光拡散面から構成された中空部材を挙げることができる。そして、この場合、中空部材の内面あるいは外面には光反射層が設けられていることが好ましい。あるいは又、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、透明な材料から作製された中実部材を挙げることができる。そして、この場合にも、中実部材の外面には光反射層が設けられていることが好ましい。尚、発光素子と対向する他端面に、光拡散層を形成してもよい。中空部材や中実部材を構成する材料として、PMMA樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリアリレート樹脂(PAR)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、アクリル系樹脂といったプラスチック材料や、ガラスを例示することができる。また、光反射層として、スパッタリング法や真空蒸着法といった物理的気相成長法(PVD法)、化学的気相成長法(CVD法)、メッキ法等によって形成された銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。U0×V0個の面状発光部材を2次元マトリクス状に配列して光源を得るためには、限定するものではないが、例えば、U0×V0個の面状発光部材を2次元マトリクス状に配列した後(束ねた後)、適切な結束手段を用いて結束すればよい。尚、面状発光部材を2次元マトリクス状に配列したとき、隣接する面状発光部材の一端面(光出射面)の間には隙間(空間)が存在しないことが望ましい。発光ダイオードから出射された光は、ロッドインテグレータの光入射面(他端面)からロッドインテグレータに入射し、ロッドインテグレータの内部で反射を繰り返しながらロッドインテグレータの光出射面(一端面)から出射されるので、ロッドインテグレータから出射された光の均一化が図られ、しかも、ロッドインテグレータの光出射面(一端面)から面状に光が出射される。
【0037】
また、3次元像表示装置の仕様に依り、面状発光部材から単色光(赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、又は、青色発光ダイオードのいずれかの発光ダイオードからの光)あるいは白色光(白色発光ダイオードからの光)が出射される場合があり、あるいは又、光源は、赤色発光ダイオードを備えた面状発光部材、緑色発光ダイオードを備えた面状発光部材、及び、青色発光ダイオードを備えた面状発光部材の集合体から構成されており、これらの面状発光部材における発光ダイオードを順次駆動することで、光源から光(赤色光、緑色光、及び、青色光)を出射してもよい。
【0038】
反射型偏光部材は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十nm、ピッチ百数十nmにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。反射型偏光部材のロッドインテグレータの一端面あるいは板状部材の一端面への配置は、反射型偏光部材の仕様にも依るが、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。
【0039】
偏光ビームスプリッター(偏光膜とも呼ばれる)は、誘電体多層膜、誘電体高反射膜あるいはカットフィルターを、第1プリズム上に成膜することで、あるいは又、第2プリズム上に成膜することで、得ることができる。尚、偏光ビームスプリッターにあっては、多層膜中で界面への入射角がブリュースタ角に一致するように、膜と下地(第1プリズム、あるいは、第2プリズム)の屈折率や入射角が設定されているのが一般的である。例えば、第1プリズムの底面/偏光ビームスプリッター/第2プリズムの底面の積層構造は、第1プリズムの底面と偏光ビームスプリッターと第2プリズムの底面とを例えば接着剤を用いて固定することで得ることができる。
【0040】
光反射部材、第1光反射部材、第2光反射部材(以下、これらを総称して、『光反射部材等』と呼ぶ場合がある)として、増反射膜を挙げることができる。ここで、増反射膜として、例えば、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜が順に積層された構造を有する銀増反射膜を例示することができる。また、SiO2等の低屈折率薄膜とTiO2やTa2O5等の高屈折率薄膜とを数十層以上交互に積層した構造を有する誘電体多層反射膜、同様に屈折率の異なるサブミクロン厚さのポリマーフィルムを積層して作製される有機高分子多層薄膜型の反射膜を例示することもできる。あるいは又、光反射部材等として、銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。光反射部材等を設ける方法として、光反射部材等がシート状あるいはフィルム状、板状である場合、接着剤を用いる方法、ビス止めする方法、超音波接合で固着する方法、粘着剤を用いる方法等を挙げることができるし、光反射部材等が薄膜状である場合、真空蒸着法やスパッタリング法等のPVD法やCVD法といった周知の成膜方法を挙げることができる。
【0041】
四分の一波長板として、水晶や方解石といった複屈折結晶から作製された周知の四分の一波長板、あるいは又、プラスチックから作製された周知の四分の一波長板を用いればよい。四分の一波長板を設け、あるいは、配置するためには、例えば接着剤を用いればよい。
【0042】
シート状あるいはフィルム状の光拡散部材を構成する材料として、ポリカーボネート樹脂(PC);ポリスチレン系樹脂(PS);メタクリル樹脂を挙げることができる。これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面を、例えばサンドブラスト法に基づき梨地状(即ち、微細な凹凸面)に加工することで、光拡散部材を得ることができる。あるいは又、これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面に、光拡散剤を塗布することで、光拡散部材を得ることができる。ここで、光拡散剤は、光源からの光を拡散させる性質を有する粒子であり、無機材料粒子あるいは有機材料粒子から構成されている。無機材料粒子を構成する無機材料として、具体的には、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、マグネシウムシリケート、又は、これらの混合物を例示することができる。一方、有機材料粒子を構成する樹脂として、アクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、メラミン系樹脂を例示することができる。光拡散剤の形状として、例えば、球状、立方状、針状、棒状、紡錘形状、板状、鱗片状、繊維状を挙げることができる。光拡散部材を設ける方法として、光拡散部材を接着剤や接着シートを用いて反射型偏光部材に貼り付ける方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、反射型偏光部材に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、光拡散部材の所望の面に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。
【0043】
第1プリズム、第2プリズムは、周知の光学ガラスから作製すればよい。また、これらのプリズムのそれぞれを、複数のプリズムの組合せから構成してもよい。即ち、複数のプリズムを例えば接着剤で接着して、1つのプリズムを作製してもよい。尚、三角プリズムの2つの斜面の成す角度は90度である必要は無い。光線が入射、反射、屈折して所定の光学面を通るように構成し、ビームスプリッターで分離されたP偏光成分の光とS偏光成分の光が異なった光路を通っても第2プリズムの第1斜面から略同じ方向へ出射することが重要である。場合によっては、プリズムの斜面と底面とが交わる部分、プリズムの2つの斜面が交わる部分は、稜線で構成されておらず、平面あるいは曲面から構成されていてもよい。発光素子と対向する第1プリズムの面(第1斜面)の部分には光拡散層を形成してもよい。
【0044】
板状部材として、発光ダイオードから出射された光に対して透明な材料、例えば、ガラスや、プラスチック材料(例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、AS樹脂を含むスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂等のポリエステル系樹脂)を挙げることができる。
【0045】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置には、各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段が備えられていることが好ましく、これによって、光源から出射される光の光強度に変化が生じた場合であっても、表示される画像の質の低下を招くことが無くなる。そして、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御することができ、あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、光変調手段若しくは2次元画像形成装置の作動状態を制御することができる。
【0046】
光検出手段として、ホトダイオード、CCD、CMOSセンサーを挙げることができる。光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間にビームスプリッタや部分反射ミラー[パーシャルリフレクター]を配置し、光源から光変調手段あるいは2次元画像形成装置へと入射する光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、フーリエ変換像形成手段や2次元画像形成装置の後方に部分反射ミラーを配置し、フーリエ変換像形成手段や2次元画像形成装置から出射した光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、光変調手段あるいは2次元画像形成装置に光検出手段を取り付ける方式としてもよいし、面状発光部材に光検出手段を組み込む方式(具体的には、例えば、面状発光部材を構成する各発光素子の近傍に光検出手段を配置し、あるいは又、発光素子に光検出手段を組み込む方式)としてもよいし、光源から光変調手段あるいは2次元画像形成装置、フーリエ変換像形成手段、又は、その後方へと入射する有効領域を通る光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。
【0047】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、U0,V0の数として、限定するものではないが、4≦U0≦20、好ましくは、例えば、9≦U0≦11を挙げることができ、また、4≦V0≦20、好ましくは、例えば、9≦V0≦11を挙げることができる。U0の値とV0の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、フーリエ変換像形成手段によってフーリエ変換像が結像される平面(XY平面)を、以下、『結像面』と呼ぶ場合がある。
【0048】
例えば、4≦U0≦8,4≦V0≦8である場合には、U0×V0個の面状発光部材を2×2のセグメントに分割することが好ましい。また、9≦U0≦11,9≦V0≦11である場合には、U0×V0個の面状発光部材を3×3のセグメントに分割することが好ましい。更には、12≦U0≦20,12≦V0≦20である場合には、U0×V0個の面状発光部材を4×4のセグメントに分割することが好ましいが、これに限定するものではない。各セグメントを構成する面状発光部材の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。尚、U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されているが、U0×V0個の面状発光部材が物理的に分割されているわけではなく、U0×V0個の面状発光部材の動作の観点から、2以上のセグメントに分割されている。即ち、U0×V0個の面状発光部材が、2以上のグループに分けられている。或るセグメント(このセグメントを、説明上、セグメントAと呼ぶ)に属する面状発光部材を発光させたとき(この面状発光部材を、説明上、面状発光部材Aと呼ぶ)、次に発光する面状発光部材(この面状発光部材を、説明上、面状発光部材Bと呼ぶ)は、この或るセグメント(セグメントA)とは異なるセグメント(このセグメントを、説明上、セグメントBと呼ぶ)に属するが、面状発光部材Aと面状発光部材Bとは隣接していないことが望ましく、面状発光部材Aと面状発光部材Bとの間には、少なくとも1つ、別の面状発光部材が存在していることが一層望ましい。セグメントAとセグメントBとは、隣り合っていてもよいし、隣り合っていなくともよい。セグメント間における発光の順序、セグメント内における面状発光部材の発光の順序、それ自体は、本質的に任意である。面状発光部材は、出来る限り同じ時間間隔にて、また、出来る限り同じ時間、発光することが好ましい。
【0049】
本発明の3次元像表示装置における好ましい形態にあっては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過するが、ここで、所望の回折次数として、限定するものではないが、0次の回折次数を挙げることができる。
【0050】
以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の3次元像表示装置において、光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間に、照明光を整形するための照明光学系を配置してもよい。具体的には、光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間にはレンズ(例えば、コリメータレンズ)が配置されており、光源は、このレンズの前側焦点面(あるいは前側焦点面近傍)に位置することが、レンズから出射された光(照明光)が平行光(概ね平行光)となるので好ましい。
【0051】
2次元空間光変調器あるいは2次元画像形成装置を構成する液晶表示装置においては、例えば、次に述べる透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域が、1画素(1ピクセル)に相当する。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素の光透過率(開口率)を制御することによって、面状発光部材から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、面状発光部材から出射された照明光が係る開口を通過することによって、画素毎に、フラウンホーファー回折が生じ、M×N組の回折光が生成される。
【0052】
液晶表示装置は、例えば、透明第1電極を備えたフロント・パネル、透明第2電極を備えたリア・パネル、及び、フロント・パネルとリア・パネルとの間に配された液晶材料から成る。フロント・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第1の基板と、第1の基板の内面に設けられた透明第1電極(共通電極とも呼ばれ、例えば、ITOから成る)と、第1の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。更には、透明第1電極上には配向膜が形成されている。一方、リア・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第2の基板と、第2の基板の内面に形成されたスイッチング素子と、スイッチング素子によって導通/非導通が制御される透明第2電極(画素電極とも呼ばれ、例えば、ITOから成る)と、第2の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。透明第2電極を含む全面には配向膜が形成されている。これらの透過型の液晶表示装置を構成する各種の部材や液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができる。尚、スイッチング素子として、単結晶シリコン半導体基板に形成されたMOS型FETや薄膜トランジスタ(TFT)といった3端子素子や、MIM素子、バリスタ素子、ダイオード等の2端子素子を例示することができる。あるいは又、複数の走査電極が第1の方向に延び、複数のデータ電極が第2の方向に延びる、所謂マトリックス電極構成を有する液晶表示装置とすることもできる。透過型の液晶表示装置にあっては、面状発光部材からの照明光は、第2の基板から入射し、第1の基板から出射される。一方、反射型の液晶表示装置にあっては、面状発光部材からの照明光は、第1の基板から入射し、例えば、第2の基板の内面に形成された第2電極(画素電極)によって反射され、再び、第1の基板から出射される。開口は、例えば、透明第2電極と配向膜との間に、面状発光部材からの照明光に不透明な絶縁材料層を形成し、係る絶縁材料層に開口を形成することで得ることができる。尚、反射型の液晶表示装置として、その他、LCoS(Liquid Crystal on Silicon)タイプを用いることもできる。
【0053】
光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データを2次元画像形成装置に送出する2次元画像データ送出手段を備えていてもよく、これによって、簡素な構成、構造にも拘わらず、収差の少ない立体画像を表示することができる。2次元画像データ送出手段は、周知のパーソナルコンピュータや所謂ワークステーションといった、記録手段を備えたコンピュータから構成することができる。そして、記録手段に、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データや、次に述べる演算子等を記録しておけばよい。記録手段として、ハードディスクや、各種固体メモリを挙げることができる。尚、2次元画像形成装置の動作の制御も、係るコンピュータによって行うことができる。
【0054】
収差補正前の2次元画像データData(A)に基づき理想的に再生された収差が無い画像(例えば、3次元像,立体画像)を「A」、実際に、2次元画像データData(A)に基づき再生されたときの画像(例えば、3次元像,立体画像)を「a」(各種の収差が含まれている)とする。このとき、実際に再生されたときの画像が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。そして、実際に再生されたときの画像が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を最終的に補正して得られた2次元画像データをData(A’)とする。すると、例えば、(u,v)の値等が決まれば、元の収差補正前の2次元画像データData(A)と最終的に収差補正された2次元画像データData(A’)との間には、一定の関係が存在する。ここで、(u,v)の値とは、光源を構成する面状発光部材あるいはフーリエ変換像選択手段、空間フィルタにおける位置番号を示し、u,vの値は整数であり、例えば、(−U0/2)≦u≦(U0/2)、(−V0/2)≦v≦(V0/2)を満足する。即ち、(u,v)の値等をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。係る演算子は、2次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておけばよい。そして、元の収差補正前の2次元画像データを係る関係(上記の演算子)に基づき収差補正した2次元画像データ[即ち、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データData(A’)]を2次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておき、この収差補正後の2次元画像データData(A’)を2次元画像データ送出手段から2次元画像形成装置へ送出し、2次元画像形成装置において画像を再生すればよい。あるいは又、3次元像表示装置に外部から送られてくる2次元画像データData(A)に対して、リアルタイムで演算子に基づき、2次元画像データ送出手段において収差補正を施し、収差補正された2次元画像データData(A’)を2次元画像データ送出手段から2次元画像形成装置へ送出し、2次元画像形成装置において画像を再生すればよい。尚、3次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの5収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。
【0055】
本発明の3次元像表示装置において、2次元画像の画素(ピクセル)の数P×Qを(P,Q)で表記したとき、(P,Q)の値として、具体的には、VGA(640,480)、S−VGA(800,600)、XGA(1024,768)、APRC(1152,900)、S−XGA(1280,1024)、U−XGA(1600,1200)、HD−TV(1920,1080)、Q−XGA(2048,1536)の他、(1920,1035)、(720,480)、(1280,960)等、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
【発明の効果】
【0056】
本発明の3次元像表示装置においては、各面状発光部材から順次出射された光(照明光)に基づき、光変調手段[2次元画像形成装置]によって、2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段[第1のレンズ]によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像[回折光]が生成され、結像され、最終的に観察者に到達する。この観察者に到達する画像には、光変調手段[2次元画像形成装置]への光(照明光)の入射方向の成分が含まれている。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、フーリエ変換像形成手段[第1のレンズ]から出射された光線群(U0×V0本の光線)を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、立体画像を構成するための光線の方向成分を効率的に制御した光線再生法に基づき、3次元像表示装置全体を大型化することなく、実世界の物体に近い質感の立体画像を得ることができる。
【0057】
しかも、光(照明光)は、点状ではなく、面状にて光源(面状発光部材)から出射されるので、フーリエ変換像形成手段や第1レンズの後方に形成された像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察される。従って、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。更には、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。
【0058】
更には、本発明の3次元像表示装置において、例えば、0次の回折光に基づき立体画像を構成すれば、明るく、クリアーで、高品質の立体画像を得ることができる。
【0059】
また、光検出手段を備えれば、面状発光部材の発光状態を監視することができ、面状発光部材の発光状態のバラツキや経時変化に起因した画像の品質劣化の発生を抑制することが可能となる。
【0060】
本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る画像表示方法にあっては、U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて光変調手段[2次元画像形成装置]において2次元画像を生成し、次に、この或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで光変調手段[2次元画像形成装置]において2次元画像を生成する。従って、次々に生成される2次元画像に基づき得られる立体画像にあっては、立体画像の隣接した領域が順次、表示されるのではなく、立体画像の或る程度離れた領域が順次、表示される。即ち、立体画像の隣接した領域が瞬時表示され、1表示フレーム分の時間経過後に、再び、立体画像の隣接した領域が瞬時表示されるのではなく、1表示フレーム分の時間経過内において、立体画像の隣接した領域が或る程度の時間を経て表示される。その結果、得られる立体画像にちらつき(フリッカー)が生じ難く、あるいは、ちらつき(フリッカー)が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0061】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例1】
【0062】
実施例1は、本発明の第1の態様及び第2の態様に係る3次元像表示装置に関する。図1に、単色表示の実施例1の3次元像表示装置の概念図を示す。ここで、図1において、光軸をz軸とし、z軸に直交する平面内での直交座標をx軸、y軸とし、x軸と平行な方向をX方向、y軸と平行な方向をY方向とする。X方向を、例えば3次元像表示装置における水平方向とし、Y方向を、例えば3次元像表示装置における垂直方向とする。z軸(光軸に相当する)は、3次元像表示装置を構成する各構成要素の中心を通り、しかも、3次元像表示装置を構成する各構成要素と直交する。ここで、図1は、yz平面における実施例1の3次元像表示装置の概念図である。xz平面における実施例1の3次元像表示装置の概念図も、実質的には図1と同様である。また、図2は、実施例1の3次元像表示装置を斜めから見たときの概念図であり、図3は、実施例1の3次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。図2においては、3次元像表示装置の構成要素の大部分を省略し、光線の図示も簡素化してあり、図1や図3とは異なっている。更には、図2においては、2次元画像形成装置から出射された光線の一部分のみを図示している。光変調手段[2次元画像形成装置]、フーリエ変換像形成手段[第1のレンズ]、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]の近傍を拡大した概念図を、図4、及び、図5の(A)、(B)に示す。更には、光源の模式的な正面図を図6に示し、空間フィルタの模式的な正面図を図7に示す。
【0063】
従来の光線再生法による立体画像の表示では、任意の位置に存在する仮想物体表面を仮想的な原点とした複数の光線を出射することを目的として、予め、様々な角度で出射する光線を提供できる装置を備えておく必要がある。即ち、例えば、図35に示した装置にあっては、多数(例えば、U0×V0個)のプロジェクタ・ユニット501を水平方向及び垂直方向に並列的に配置しなければならない。
【0064】
一方、実施例1の3次元像表示装置1にあっては、図1等に示した構成要素を備える3次元像表示装置単体で、従来の技術と比較して、空間的に密度が高く、且つ、大量の光線群を生成・形成することが可能である。実施例1の3次元像表示装置1は、1つの3次元像表示装置で、図35に示した多数(U0×V0個)のプロジェクタ・ユニット501を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、図34に概念図を示すように、分割された3次元画像の数(例えば、4×4=16)だけ、実施例1の3次元像表示装置1を備えればよい。
【0065】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例1の3次元像表示装置1は、
(A)X方向にU0個、Y方向にV0個の、2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材11から構成された光源10、
(B)複数の画素(個数:P×Q)31を有し、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)を各画素31によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、並びに、
(C)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数(総計M×N)に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段40、
を備えており、更には、
(D)フーリエ変換像形成手段40によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段60、
を備えている。
【0066】
あるいは又、本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例1の3次元像表示装置1は、
(A)X方向にU0個、Y方向にV0個の、2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材11から構成された光源10、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口(個数:P×Q)を有し、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)の通過を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、この2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数(総計M×N)の回折光を生成する2次元画像形成装置30、
(C)その前側焦点面(光源側の焦点面)に2次元画像形成装置30が配置されている第1のレンズL1、
(D)第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)に、その前側焦点面(光源側の焦点面)が位置している第2のレンズL2、並びに、
(E)第2のレンズL2の後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズL3、
を備えている。
【0067】
ここで、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する。
【0068】
本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置の構成要素と本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置の構成要素とを対比すると、光変調手段30は2次元画像形成装置30に対応し、フーリエ変換像形成手段40は第1のレンズL1に対応し、後述するフーリエ変換像選択手段50は空間フィルタSFに対応し、逆フーリエ変換手段は第2のレンズL2に対応し、共役像形成手段60は第2のレンズL2及び第3のレンズL3に対応している。それ故、便宜上、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL2、及び、第3のレンズL3という用語に基づき、以下、説明を行う。
【0069】
実施例1にあっては、2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11の具体的な個数をU0×V0=11×11とし、P=1024、Q=768とした。但し、これらの値に限定するものではない。光源10と2次元画像形成装置30との間には、コリメータレンズ12が配置されている。ここで、コリメータレンズ12の前側焦点面あるいは前側焦点面近傍に複数の面状発光部材11が配置されており、各面状発光部材11から出射され、コリメータレンズ12に入射し、コリメータレンズ12から出射するときの光(平行光)の出射方向を、コリメータレンズ12によって立体的に変えることができる結果、光変調手段あるいは2次元画像形成装置30に入射する光(照明光)の入射方向を立体的に変えることができる(図4参照)。尚、各面状発光部材11から出射される光の出射方向を、実施例1にあっては同じとしたが(具体的には、光軸(z軸)に平行としたが)、異なっていてもよい。
【0070】
図7に示すように、実施例1にあっては、空間フィルタSFは、U0×V0個の開口部51を有する。開口部51は、開閉制御可能である。ここで、開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSFは、液晶表示装置(より具体的には、透過型の液晶表示装置)から構成されている。また、開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSFにおいては、2次元画像形成装置30による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部51を開状態とする。そして、これによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像[あるいは回折光]を選択することができる。開口部51は、第1のレンズL1によって得られるフーリエ変換像[あるいは回折光]の内の所望のフーリエ変換像[あるいは回折光]が結像する位置に配置されており、更には、係る開口部51の位置は、各面状発光部材11が配された位置に対応している。ここで、空間フィルタSFにおける開口部51の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。また、開口部51の大きさは、フーリエ変換像選択手段50上に結像されたフーリエ変換像の大きさと略等しく、あるいは又、2次元画像形成装置30によって生成され、空間フィルタSF上に結像された2次元画像の大きさと等しい。また、隣接する開口部51の間に存在する隙間の幅(隣接する開口部51の縁部間の距離)が観察者に対して張る角度θは、0ラジアンに限りなく近い。
【0071】
各面状発光部材11は、一端面112から光を出射するロッドインテグレータ111、及び、このロッドインテグレータ111の他端面113に配置された発光ダイオード116から構成されている。ロッドインテグレータ[カレイドスコープ]111を、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状は矩形である。そして、図8の(A)に模式的な断面図を示すように、ロッドインテグレータ111は、両端面112,113が開放端の中空部材から作製されている。あるいは又、図8の(B)に模式的な断面図を示すように、一端面112が開放端であり、他端面113が光拡散面から構成された中空部材から作製されている。あるいは又、図8の(C)に模式的な断面図を示すように、透明な材料から作製された中実部材から作製されている。あるいは又、図8の(D)に模式的な断面図を示すように、他端面113に光拡散層114が形成された中実部材から作製されている。あるいは又、図8の(E)に模式的な断面図を示すように、一端面112に光拡散層114が形成された中空部材から作製されている。中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面には、真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層115が設けられている。ロッドインテグレータ111はガラスから作製されている。結束手段(図示せず)を用いて、U0×V0個の面状発光部材11を2次元マトリクス状に隙間無く配列して結束することで、光源10を得ることができる(図8の(F)参照)。図8の(F)にあっては、4×4個の面状発光部材を図示している。
【0072】
光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cから出射された光束が、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、及び、空間フィルタSFを通過する状態を、模式的に、図4に示す。図4においては、光源10を構成する面状発光部材11Aから出射された光束を実線で示し、面状発光部材11Bから出射された光束を一点鎖線で示し、面状発光部材11Cから出射された光束を点線で示す。また、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された空間フィルタSFにおける像の位置を、それぞれ、符号(11A),(11B),(11C)で示す。尚、光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cのそれぞれの位置番号(これについては後述する)は、例えば、第(5,0)番目、第(0,0)番目、及び、第(−5,0)番目である。ここで、或る面状発光部材が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材は消灯状態となる。
【0073】
面状発光部材11と2次元画像形成装置30との間には、上述したとおり、コリメータレンズ12が配置されている。そして、面状発光部材11から出射され、コリメータレンズ12を通過した照明光によって、2次元画像形成装置30が照明されるが、上述したとおり、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向は、面状発光部材11の2次元的な位置(光出射位置)に依存して立体的に異なっている。即ち、光源10の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、光変調手段あるいは2次元画像形成装置30を照明することができる。
【0074】
光変調手段30は2次元的に配列された複数(P×Q個)の画素31を有する2次元空間光変調器から成り、各画素31は開口を備えている。ここで、2次元空間光変調器あるいは2次元画像形成装置30は、具体的には、2次元的に配列された、即ち、X方向にP個、Y方向にQ個の、2次元マトリクス状に配列されたP×Q個の画素31を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素31には開口が備えられている。尚、開口の平面形状は矩形である。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M×N組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅(強度)を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。
【0075】
1つの画素31は、透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素31の光透過率(開口率)を制御することによって、光源10を構成する面状発光部材11から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を面状発光部材11から出射された照明光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素31において、M×Nの回折光が生成される。云い換えれば、画素31の数はP×Qであるが故に、総計(P×Q×M×N)本の回折光が生じると考えることもできるし、光源10からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、全体として、M×N×U0×V0個となる。そして、2次元画像形成装置30においては、2次元画像における空間周波数が、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って2次元画像形成装置30から出射される。尚、2次元画像における空間周波数によっても回折角は異なる。
【0076】
各面状発光部材11から出射された照明光に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材11の位置に対応して、第1のレンズL1によって、例えば、矩形形状にて、後述する空間フィルタSFにおいて結像される。そして、空間フィルタSFを通過するフーリエ変換像の数は、最終的に、U0×V0個となる。
【0077】
実施例1の3次元像表示装置1にあっては、フーリエ変換像形成手段40はレンズ[第1のレンズL1]から成り、このレンズ[第1のレンズL1]の前側焦点面(光源側の焦点面)に光変調手段30が配置されている。
【0078】
実施例1の3次元像表示装置1には、複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段50が備えられている。ここで、このフーリエ変換像選択手段50は、フーリエ変換像が結像される位置(フーリエ変換像形成手段40によってフーリエ変換像が結像されるXY平面、結像面)に配置されている。具体的には、フーリエ変換像選択手段50は、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ[第1のレンズL1]の後側焦点面(観察者側の焦点面)に配置されている。あるいは又、云い換えれば、実施例1の3次元像表示装置1は、U0×V0個の開閉制御可能な開口部51を有し、第1のレンズL1の後側焦点面に位置する空間フィルタSFを備えている。即ち、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]は、U0×V0個の開口部51を有する。
【0079】
フーリエ変換像選択手段50[あるいは空間フィルタSF]は、より具体的には、U0×V0個の画素を有する強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置又は反射型の液晶表示装置、あるいは、可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された装置を含む2次元型のMEMSから構成することができる。ここで、例えば、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって開口部51の開閉制御を行うことができるし、可動ミラーの移動/非移動によって開口部51の開閉制御を行うことができる。フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]においては、光変調手段[2次元画像形成装置]30による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部51(具体的には、0次の回折光を通過させるための開口部51)を開状態とすることによって、所望の回折次数(0次)に対応するフーリエ変換像を選択することができる。
【0080】
更には、3次元像表示装置1は、フーリエ変換像形成手段40によって生成、結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、光変調手段30によって生成された2次元画像の実像RIを形成する逆フーリエ変換手段(具体的には、第2のレンズL2)を更に備えており、第2のレンズL2の後方(観察者側)に第3のレンズL3を更に備えている。ここで、実施例1にあっては、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は、具体的には、凸レンズから構成されている。
【0081】
上述したとおり、焦点距離f1を有する第1のレンズL1の前側焦点面(光源側の焦点面)には2次元画像形成装置30が配置されており、第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)には、フーリエ変換像を、空間的、且つ、時間的にフィルタリングするための時間的な開閉制御が可能な空間フィルタSFが配置されている。そして、第1のレンズL1によって、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は空間フィルタSF上に結像する。尚、図2においては、便宜上、64個のフーリエ変換像を点状にて図示したが、実際には、フーリエ変換像は矩形形状を有する。そして、図2に示す多数のフーリエ変換像から1つのフーリエ変換像が、面状発光部材11に対応して開状態となった開口部51を通過することで、選択される。
【0082】
ここで、2次元画像形成装置30の対角の長さをDPS、得られる立体画像の対角の長さをIGSとすれば、これらの対角の長さと、第1のレンズL1の焦点距離f1、第2のレンズL2の焦点距離f2との間には、「k」を定数としたとき、以下の関係が成立する。
IGS/DPS=k・f2/f1
【0083】
従って、光源10から出射された光(照明光)の波長及び2次元画像形成装置30における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第1のレンズL1の焦点距離f1及び第2のレンズL2の焦点距離f2を適切に選択することで、画像の大きさを規定することができる。実施例1にあっては、具体的には、
f1=50mm
f2=25mm
とした。このように、第1のレンズの焦点距離f1と第2のレンズの焦点距離f2の割合を予め規定することが可能であり、これによって、2次元画像形成装置の大きさのk・f2/f1倍の画像を得ることができる。即ち、特段の構成要素を附加すること無く、簡素な構成、構造であっても、所望の大きさの立体画像を得ることができる。
【0084】
2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11から成る光源10の模式的な正面図を図6に示し、液晶表示装置から成る空間フィルタSFの模式的な正面図を図7に示す。図6及び図7中、数字(u,v)は、光源10を構成する面状発光部材11あるいは空間フィルタSFを構成する開口部51の位置番号を示す。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、第(3,2)番目に位置する面状発光部材11による2次元画像の所望のフーリエ変換像(例えば0次の回折に対応するフーリエ変換像)のみが入射し、第(3,2)番目の開口部51を通過する。第(3,2)番目に位置する面状発光部材11による2次元画像の所望のフーリエ変換像以外のフーリエ変換像は、空間フィルタSFによって遮られる。焦点距離f2を有する第2のレンズL2の前側焦点面には空間フィルタSFが配置されている。更には、第2のレンズL2の後側焦点面と、焦点距離f3を有する第3のレンズL3の前側焦点面とが一致するように、第2のレンズL2及び第3のレンズL3が配置されている。
【0085】
前述したとおり、共役像形成手段60は、具体的には、第2のレンズL2及び第3のレンズL3から構成されている。そして、焦点距離f2を有する第2のレンズL2は、空間フィルタSFによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の実像RIを形成する。即ち、第2のレンズL2の後側焦点面に、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の実像RIが形成されるように配置されている。ここで得られる実像RIの2次元画像形成装置30に対する倍率は、第2のレンズL2の焦点距離f2を任意に選択することによって変化させることができる。また、焦点距離f3を有する第3のレンズL3は、空間フィルタSFによってフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIを形成する。
【0086】
ここで、第3のレンズL3の後側焦点面は空間フィルタSFの共役面であることから、空間フィルタSF上の1つの開口部51に相当する部分から、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分(P×Q)であって、空間フィルタSFを通過した光線である。即ち、空間フィルタSFを通過する光線の光量が、それ以降の3次元像表示装置の構成要素を通過、反射することによって減少することは、実質的に無い。また、第3のレンズL3の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像CIが形成されるが、2次元画像の共役像の方向成分は面状発光部材11から出射され、2次元画像形成装置30に入射する照明光の方向成分によって規定されるので、第3のレンズL3の後側焦点面においては、光線群が2次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第3のレンズL3の後側焦点面(共役像CIが形成される面)に、図35に示したプロジェクタ・ユニット501が複数の数(具体的にはU0×V0個)、配置されている状態と等価である。
【0087】
図5の(A)及び(B)に模式的に示すように、2次元画像形成装置30における1つの画素31によって、X方向及びY方向に沿って、合計、M×N組の回折光が生成される。尚、図5の(A)及び(B)では、0次光(n0=0)、±1次光(n0=±1)、及び、±2次光(n0=±2)の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次(例えば、±5次)の回折光が生成され、これらの回折光の一部(具体的には、例えば、0次光)に基づき、最終的に立体画像が形成される。尚、図5の(A)は、面状発光部材11Bから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示し、図5の(B)は、面状発光部材11Aから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示す。ここで、各回折次数の回折光(光束)には、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の全画像情報(全ての画素の情報)が集約されている。2次元画像形成装置30上の同一画素から回折によって生成される複数の光線群は、同時刻において、全て、同一の画像情報を有する。云い換えれば、P×Q個の画素31を有する透過型の液晶表示装置から成る2次元画像形成装置30においては、面状発光部材11からの照明光が各画素31によって変調されて2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数は、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射される。即ち、2次元画像のM×N個の一種のコピーが2次元画像形成装置30から、複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射される。
【0088】
そして、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の全画像情報が集約された2次元画像における空間周波数は、第1のレンズL1によってフーリエ変換され、各画素31から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像(例えば、0次の回折に対応するフーリエ変換像)のみを空間フィルタSFを通過させ、更には、この選択されたフーリエ変換像が第2のレンズL2によって逆フーリエ変換され、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の実像RIが形成され、この2次元画像の実像RIは、第3のレンズL3に入射し、第3のレンズL3によって共役像CIが結像される。尚、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、0次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ(即ち、画素構造の空間周波数の最大1/2の空間周波数まで)が、云い換えれば、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、空間フィルタSFを通過する。こうして、第3のレンズL3によって結像された2次元画像の共役像にあっては、2次元画像形成装置30の画素構造は含まれず、一方、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像における空間周波数の全てが含まれている。そして、第3のレンズL3において、2次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成される。
【0089】
以下、空間フィルタSFにおける開口部51の開閉制御のタイミングについて説明する。
【0090】
空間フィルタSFにおいては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するために、2次元画像形成装置30の画像出力と同期して、開口部51の開閉制御を行う。この操作を、図9、図10、及び、図11を参照して説明する。尚、図9の最上段は、2次元画像形成装置30における画像出力のタイミングを示しており、図9の中段は、空間フィルタSFにおける第(3,2)番目の開口部51の開閉タイミングを示し、図9の下段は、第(3,3)番目の開口部51の開閉タイミングを示す。
【0091】
図9に示すように、2次元画像形成装置30において、例えば時間t1S〜t1Eの間(期間TM1)に画像「A」が表示され、時間t2S〜t2Eの間(期間TM2)に画像「B」が表示されるとする。このとき、光源10においては、期間TM1にあっては第(3,2)番目の面状発光部材11のみを発光状態とし、期間TM2にあっては第(3,3)番目の面状発光部材11のみを発光状態とする。このように、各面状発光部材11から順次出射され、2次元画像形成装置30への入射方向が異なる照明光を使用し、しかも、係る照明光を各画素31によって変調する。一方、空間フィルタSFにおいては、図9に示すように、期間TM1にあっては第(3,2)番目の開口部51を、期間TM2にあっては第(3,3)番目の開口部51を開状態とする。こうして、2次元画像形成装置30における同じ画素31において異なる回折次数として生成され、第1のレンズL1によって生成されるフーリエ変換像に、異なる画像情報を付加することができる。云い換えれば、期間TM1にあっては、第(3,2)番目の面状発光部材11を発光状態とすることで、2次元画像形成装置30における或る画素31において得られる0次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「A」に関する画像情報、及び、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向情報が含まれている。一方、期間TM2にあっては、第(3,3)番目の面状発光部材11を発光状態とすることで、2次元画像形成装置30における同じ或る画素において得られる0次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「B」に関する画像情報、及び、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向情報が含まれている。
【0092】
図10に、2次元画像形成装置30における画像形成のタイミングと開口部51の制御のタイミングとを模式的に示す。期間TM1にあっては、2次元画像形成装置30において画像「A」が表示され、M×N個のフーリエ変換像が空間フィルタSFの対応する第(3,2)番目の開口部51を中心としてフーリエ変換像「α」として集光される。期間TM1では、第(3,2)番目の開口部51のみを開くので、0次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタSFを通過する。次の期間TM2にあっては、2次元画像形成装置30において画像「B」が表示され、同様にM×N個のフーリエ変換像が空間フィルタSFの対応する第(3,3)番目の開口部51を中心にフーリエ変換像「β」として集光される。期間TM2では、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、0次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタSFを通過する。以下、順次、2次元画像形成装置30の画像形成タイミングに同期して、空間フィルタSFにおける開口部51の開閉制御を行う。尚、図10において、開状態の開口部51を実線で囲み、閉状態の開口部51を点線で囲んだ。また、開状態にある開口部51を通過するフーリエ変換像「α」,「β」,「γ」は、0次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、明るい。一方、閉状態にある開口部51の部分に衝突するフーリエ変換像「α」,「β」,「γ」は、高次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、暗い。従って、場合によっては、空間フィルタSFは不要である。空間フィルタSFが占める空間を或る時間長さで眺めた場合、U0×V0個の矩形形状の像(フーリエ変換像)が2次元マトリクス状に並んだ状態(図2に示した状態に類似した状態)が見られるであろう。
【0093】
このようなタイミングで2次元画像形成装置30における画像形成と開口部51の開閉制御とを行った場合に、この3次元像表示装置の最終出力として得られる画像を、図11に模式的に示す。図11において、画像「A’」は、第(3,2)番目の開口部51のみを開くので、第(3,2)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像であり、画像「B’」は、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、第(3,3)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像であり、画像「C’」は、第(4,2)番目の開口部51のみを開くので、第(4,2)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「γ」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像である。尚、図11に示す画像は、観察者が眺める画像である。図11においては、便宜上、画像と画像とを実線で区分したが、係る実線は仮想の実線である。また、正確には、同時刻に、図11に示した画像が得られるわけではないが、画像の切り替え期間は非常に短時間なので、観察者の目には同時に表示されているように観察される。例えば、1表示フレームの表示期間内に、全ての面状発光部材11から順次出射された照明光に基づく(U0×V0)個の画像の選択が行われる。図11では平面的に図示しているが、観察者に実際に観察されるのは立体画像である。
【0094】
即ち、前述したように、第3のレンズL3の後側焦点面からは、(例えば、時系列的に、画像「A’」、画像「B’」・・・画像「C’」)が出力される。即ち、全体としては、第3のレンズL3の後側焦点面に、図35に示したプロジェクタ・ユニットが複数の面状発光部材11の数(具体的にはU0×V0個)だけ配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニットから画像「A’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニットから画像「B’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニットから画像「C’」が出力されると等価となる。そして、例えば、或る物体を種々の位置(角度)から撮影した多数の画像(あるいは、コンピュータによって作成した画像)のデータに基づき、2次元画像形成装置30において画像を時系列的に再生すれば、これらの画像に基づき立体画像を得ることができる。
【0095】
空間フィルタSFに設けられた開口部51の開閉制御を、全ての開口部51に対して行わなくともよい。即ち、例えば、1つおきに開口部51の開閉制御を行ってもよいし、所望の位置に位置する開口部51だけの開閉制御を行ってもよい。
【0096】
以上に説明したように、実施例1の3次元像表示装置1によれば、所定の面状発光部材11を発光させる一方、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]における所望の開口部51を開口する。従って、光変調手段[2次元画像形成装置]30によって生成された2次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段40[第1のレンズL1]によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIが形成される構成を有するので、3次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。そして、これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。しかも、光(照明光)は、点状ではなく、面状にて光源10(面状発光部材11)から出射されるので、フーリエ変換像形成手段40や第1レンズL1の後方に形成された像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察されるので、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。
【0097】
また、実施例1の3次元像表示装置1によれば、光線再生法を利用しているので、焦点調節、輻輳、運動視差などの視覚機能を満足した立体画像を提供することが可能である。更には、実施例1の3次元像表示装置1によれば、複数の面状発光部材11に依存して2次元画像形成装置30への入射方向が異なる照明光を効率的に利用しているので、従来の画像出力手法と比較して、1つの画像出力デバイス[2次元画像形成装置30]によって制御可能な光線を、面状発光部材11の数(即ち、U0×V0個)だけ得ることができる。しかも、実施例1の3次元像表示装置1によれば、空間的、且つ、時間的にフィルタリングを行うので、3次元像表示装置の時間的特性を、3次元像表示装置の空間的特性に変換することができる。また、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。更には、どのような方向からの観察に対しても適切な立体画像を提供することができる。また、空間的に高い密度で光線群を生成・散布することができるので、視認限界に近い精細な空間画像を提供することができる。
【実施例2】
【0098】
実施例2は、本発明の第1の態様及び第2の態様に係る画像表示方法に関する。実施例2における3次元像表示装置は、実施例1にて説明した3次元像表示装置と同じ構成、構造を有するので、3次元像表示装置の詳細な説明は省略し、以下、実施例2の画像表示方法を説明する。但し、実施例2にあっては、2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11の具体的な個数をU0×V0=9×9とし、P=1024、Q=768としたが、これらの値に限定するものではない。
【0099】
実施例2にあっては、U0×V0個=9×9個の面状発光部材は、2以上のセグメント、具体的には、3×3=9のセグメントに分割されている。尚、U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されているが、U0×V0個の面状発光部材が物理的に分割されているわけではなく、U0×V0個の面状発光部材の動作の観点から、2以上のセグメントに分割されているだけである。即ち、U0×V0個の面状発光部材が、2以上のグループに分けられている。どのようなセグメントに分割するかは、再生すべき立体画像等に依存して決定すればよく、具体的には、光変調手段[2次元画像形成装置]30の動作の制御を行うコンピュータにおいて、また、光変調手段[2次元画像形成装置]30の動作の制御を行うソフトウエアーに基づき決定すればよい。そして、或るセグメント(セグメントA)に属する面状発光部材(面状発光部材A)を発光させて光変調手段[2次元画像形成装置]30において2次元画像を生成し、次に、この或るセグメント(セグメントA)とは異なるセグメント(セグメントB)に属する面状発光部材(面状発光部材B)を発光させることで光変調手段[2次元画像形成装置]30において、コンピュータの制御下、2次元画像を生成する。
【0100】
より具体的には、図31の数字で示す順序に基づき、U0×V0個=9×9個の面状発光部材を発光させる。そして、同時に、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]における対応する開口部51を開口する。図31に示す例にあっては、各セグメントを構成する面状発光部材の数を同じとした。即ち、3×3の面状発光部材を単位セグメントとしている。セグメントAに属する面状発光部材Aを発光させ、次に、セグメントBに属する面状発光部材Bを発光させるが、面状発光部材Aと面状発光部材Bとは隣接しておらず、面状発光部材Aと面状発光部材Bとの間には、少なくとも1つ、別の面状発光部材が存在している。尚、図31に示す順序は例示であり、適宜、変更することができる。
【0101】
このように、次々に生成される2次元画像に基づき得られる立体画像にあっては、立体画像の隣接した領域が順次、表示されるのではなく、立体画像の或る程度離れた領域が順次、表示される。即ち、立体画像の隣接した領域が瞬時表示され、1表示フレーム分の時間経過後に、再び、立体画像の隣接した領域が瞬時表示されるのではなく、1表示フレーム分の時間経過内において、立体画像の隣接した領域が或る程度の時間を経て表示される。その結果、得られる立体画像にちらつき(フリッカー)が生じ難く、あるいは、ちらつきが少なくなる。
【0102】
即ち、実施例2の3次元像表示装置によれば、セグメントAに属する面状発光部材Aを発光させて光変調手段[2次元画像形成装置]30において2次元画像を生成し、次に、セグメントBに属する面状発光部材Bを発光させることで光変調手段[2次元画像形成装置]30において、コンピュータの制御下、2次元画像を生成する。従って、光変調手段[2次元画像形成装置]30によって生成された2次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段40[第1のレンズL1]によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIが形成されるが、隣り合ったフーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]によって、空間的、且つ、時間的に連続してフィルタリングされることはなく、また、フィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIが形成されるが、隣り合った共役像CIが時間的に連続して形成されることもない。隣り合った共役像CIは、時間的に離散して形成される。それ故、立体画像においては、離れた領域における部分的な画像が、時系列的に離れて再現されるので、ちらつき(フリッカー)が生じることがない。
【0103】
U0×V0個の面状発光部材を、同じセグメントとなるように分割できない場合がある。即ち、図33の(A)に概念図を示すように、U0×V0個の面状発光部材が(i+1)×(j+1)個のセグメントに分割される場合がある。尚、このようなセグメントの分割の要請は、表示すべき立体画像の性質、立体画像を観察する観察者の位置、人数等に基づく。そして、このような場合には、以下の2つの方法により発光パターンを決定すればよい。ここで、U0及びV0は、以下の関係にある。尚、図33の(A)に示した例では、u0=3,u1=1,v0=3,v1=1,i=3,j=3である。図33の(A)、(B)及び(C)において、セグメント間の境界を実線で示し、面状発光部材間の境界を点線で示す。
U0=u0×i+u1
V0=v0×j+v1
【0104】
第1番目の方法は、図33の(B)に概念図を示すように、規則的にセグメント化できない面状発光部材のグループ(セグメント−B及びセグメント−C)を、これらのセグメント−B及びセグメント−Cに隣接するセグメント化されている面状発光部材のグループ(セグメント−A)に含めて、変則的なグループ(セグメント−D,セグメント−E,セグメント−F)とする方法である。第2番目の方法は、図33の(C)に概念図を示すように、セグメント−B及びセグメント−Cをセグメント−Aには含ませず、単独で変則的な面状発光部材のグループ(セグメント−B及びセグメント−G)とする方法である。これらの2つ方法においては、どちらの方法にあっても、セグメント−A、セグメント−B、セグメント−D、セグメント−E、セグメント−F、セグメント−Gに対して、どのような発光パターンを与えてもよい。
【0105】
図32に示す例にあっては、各セグメントを構成する面状発光部材の数は、一部、異なっている。そして、U0×V0個=9×9=81個の面状発光部材を、恰も、40個の面状発光部材として動作させ、上述した第2番目の方法を採用している。具体的には、4×3=12個の面状発光部材から構成されたセグメントと、その他のセグメントに分けられている。即ち、図31に示した例にあっては、9×9=81のプロジェクタ・ユニット501が配置されたと等価であり、一方、図32に示した例にあっては、40のプロジェクタ・ユニット501が配置されたと等価である。そして、図32に示した例にあっては、具体的には、同じ数字で示された面状発光部材は、同時に動作させられる。
【0106】
実施例2にて説明した画像表示方法は、後述する実施例3〜実施例9にて説明する3次元像表示装置に適用することができる。
【実施例3】
【0107】
実施例3も実施例1の変形である。実施例3の3次元像表示装置にあっては、光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データを2次元画像形成装置に送出する2次元画像データ送出手段(図示せず)を備えている。
【0108】
例えば、焦点距離f2が50mm、Fナンバーが1.4の第2のレンズL2を用いたと想定する。ここで、2次元画像形成装置30の対角の長さDPSを22.4mmとする。このとき、画角は24.6度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである35.7mmが最大値となる。一方、焦点距離f2が20mm、Fナンバーが1.4の第2のレンズL2を用いる場合、画角は58.5度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである14.3mmが最大値となる。このように、短焦点距離のレンズを用いる場合、レンズの大口径化を図らなければならないが、大口径化のレンズを用いる場合、収差に起因した画像の乱れが大きな問題となる。実施例3においては、2次元画像データ送出手段を備えることで、係る問題に対処している。
【0109】
実施例3の3次元像表示装置にあっては、2次元画像形成装置の動作の制御は、図示しない2次元画像データ送出手段(具体的には、パーソナルコンピュータから成る)によって行われる。即ち、パーソナルコンピュータに備えられた記録手段(例えば、ハードディスク)に、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差(例えば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲といった所謂ザイデルの5収差)を補正した2次元画像データを記録しておく。あるいは又、(u,v)の値等をパラメータとした、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子をパーソナルコンピュータに備えられた記録手段に記録しておく。
【0110】
2次元画像データ送出手段においては、以下の処理がなされる。即ち、収差補正前のビデオ信号に相当する2次元画像データData(A)に基づき理想的に再生された収差が無い3次元像(立体画像)を「A」、実際に、2次元画像データData(A)に基づき再生されたときの3次元像(立体画像)を「a」(各種の収差が含まれている)とする。2次元画像データData(A)として、限定するものではないが、例えば、テストパターンを挙げることができる。このとき、実際に再生されたときの3次元像(立体画像)が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。即ち、例えば、テストパターンが所定の画像となるように、元の2次元画像データData(A)を補正する。より具体的には、例えば、テストパターンの画像を2次元画像形成装置30から出射する。そして、最も収差の少ない画像である第(0,0)番目の開口部51を開口して得られた再生3次元像(立体画像)と、所定の第(u,v)番目の開口部51を開口して得られた再生3次元像(立体画像)とを画像処理することで比較し、これらの2つの再生3次元像に差が生じないように、あるいは又、差が少なくなるように、テストパターンのデータを、例えば、作業者が補正するといった作業を繰り返し行うことで、例えば、(P,Q)の値、(u,v)の値をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。こうして、実際に再生されたときの3次元像(立体画像)が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を最終的に補正して得られた2次元画像データをData(A’)としたとき、(u,v)の値等が決まれば、元の収差補正前の2次元画像データData(A)と最終的に収差補正された2次元画像データData(A’)との間の一定の関係(一種の演算子)を得ることができる。云い換えれば、係る一定の関係(演算子)を求め、決定する。そして、元の収差補正前の2次元画像データ(ビデオ信号に相当する)を係る関係に基づき収差補正した2次元画像データ(即ち、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データ)を記録手段に記録しておき、この収差補正後の2次元画像データによって3次元像(立体画像)を再生する。あるいは又、3次元像表示装置に外部から送られてくるビデオ信号に相当する2次元画像データData(A)に対して、リアルタイムで係る演算子に基づき収差補正を施し、収差補正された2次元画像データData(A’)に基づき、3次元像表示装置において3次元像(立体画像)を再生する。こうして、3次元像表示装置を構成する光学系(例えば、光源10、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL2、第3のレンズL3)によって生じる収差を予め補正した2次元画像データに基づき、2次元画像形成装置30において2次元画像を生成するので、収差の無い、あるいは、収差の少ない3次元画像(立体画像)を表示することができる。また、3次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの5収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。
【0111】
実施例3の3次元像表示装置にあっては、2次元画像形成装置の動作の制御は、図示しないパーソナルコンピュータによって行われる。実施例3の3次元像表示装置は、実施例1において説明した構成要素に加えて、上述したとおり、記録手段(例えば、ハードディスク)を備えたコンピュータ(2次元画像データ送出手段)を有している。そして、この記録手段には、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差(例えば、ザイデルの5収差や、色収差)を補正した2次元画像データが記録されている。あるいは又、(u,v)の値等をパラメータとした、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子が記録されている。そして、コンピュータによって、2次元画像形成装置における2次元画像の生成を制御する。尚、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]は、光学系においては、所謂瞳面に配置されている。従って、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタの動作によって、瞳面は分割された状態となり、瞳が縮小されたことと等価となる。それ故、光学系の瞳面を分割し、2次元画像形成装置における2次元画像の生成、及び、分割された瞳面を、時系列的に制御することで、2次元画像の生成及び分割された瞳面の時系列的な制御と同期した動的な画像出力によって、所望の画像を得ることができる。
【0112】
このように、実施例3の3次元像表示装置にあっては、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データに基づき、2次元画像形成装置において2次元画像を生成する。従って、光学的手段のみでは解決できない収差の補正を行うことができ、単純な光学系にあっても、収差の無い、あるいは、収差の少ない画像(例えば、3次元画像,立体画像)を表示することができる。また、光学系を広角系とした場合、一般に、収差が増加するが、係る収差の増加を確実に抑制することができる。しかも、例えば、フーリエ変換像選択手段は、一種の絞りとして機能するので、光学系の焦点深度を深くすることができ、鮮明な画像を得ることができる。
【0113】
尚、実施例3における2次元画像データ送出手段を、実施例2において説明した3次元像表示装置に適用することができるし、また、後述する実施例4〜実施例9における3次元像表示装置に適用することもできる。
【実施例4】
【0114】
実施例4は、実施例1の変形である。実施例4の3次元像表示装置の概念図を、図12及び図13に示す。実施例1の3次元像表示装置にあっては、光透過型の2次元画像形成装置30を用いた。一方、実施例4の3次元像表示装置にあっては、反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aを用いる。反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aとして、例えば、反射型の液晶表示装置を挙げることができる。
【0115】
図12に示す実施例4の3次元像表示装置にあっては、z軸(光軸)上にビームスプリッタ70が備えられている。ビームスプリッタ70は、偏光成分の違いにより光を透過又は反射させる機能を有する。ビームスプリッタ70は、面状発光部材11から出射された照明光の内、例えば、S偏光成分の光を反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aに向けて反射し、P偏光成分の光は透過する。また、光変調手段[2次元画像形成装置]30Aからの変調された反射光を透過する。一方、図13に示す実施例4の3次元像表示装置にあっては、ビームスプリッタ70は、面状発光部材11から出射された照明光の内、例えば、P偏光成分の光を透過して、反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]30Aに向けて出射し、S偏光成分の光を反射する。また、光変調手段[2次元画像形成装置]30Aからの変調された反射光を反射する。これらの点を除き、実施例4の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例1の3次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0116】
反射型の光変調手段[2次元画像形成装置]として、代替的に、各開口内に可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)を採用することもでき、この場合には、可動ミラーの移動/非移動によって2次元画像が生成され、しかも、開口によってフラウンホーファー回折が発生する。2次元型のMEMSを採用する場合にはビームスプリッタは不要であり、2次元型のMEMSに対して斜め方向から照明光を入射させればよい。
【実施例5】
【0117】
実施例5も、実施例1の変形であり、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)の光強度を測定するための光検出手段80が備えられている。具体的には、実施例5にあっては、光検出手段80はホトダイオードから成り、図14に実施例5の3次元像表示装置のyz平面における概念図を示すように、光源10と2次元画像形成装置30との間、より具体的には、コリメータレンズ12と2次元画像形成装置30との間に、部分反射ミラー[パーシャルリフレクター]81が配置されており、面状発光部材11から2次元画像形成装置30へと入射する光の一部を取り出して、レンズ83を介して光検出手段80に入射させている。
【0118】
あるいは又、図15に概念図を示すように、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の後方に、より具体的には、第2のレンズL2の後方に、部分反射ミラー82が配置されており、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]から出射した光の一部を取り出して、レンズ(図示せず)を介して光検出手段80に入射させている。
【0119】
そして、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、面状発光部材11の発光状態を制御する。具体的には、図16に概念図を示すように、2次元画像形成装置30、面状発光部材11、及び、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の動作は、制御回路90によって制御される。より具体的には、制御回路90は、パルス幅変調(PWM)制御方式に基づき面状発光部材11を構成する発光ダイオード116のオン/オフ制御を行う光源制御回路93、及び、2次元画像形成装置駆動回路91から構成されている。光源制御回路93は、発光素子駆動回路94及び光検出手段制御回路95を備えている。制御回路90は、周知の回路とすることができる。
【0120】
面状発光部材11における発光ダイオード116の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段80によって測定され、光検出手段80からの出力は光検出手段制御回路95に入力され、光検出手段制御回路95において、面状発光部材11における発光ダイオード116の例えば輝度及び色度としてのデータ(信号)とされ、係るデータが光源制御回路93に送られて基準データと比較され、その結果に基づき、次の発光における同じ面状発光部材11における発光ダイオード116の発光状態が、光源制御回路93の制御下、発光素子駆動回路94によって制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、発光ダイオード116を流れる電流のオン/オフ制御は、発光素子駆動回路94によって制御されたスイッチング素子(例えば、FETから成るスイッチング素子)97に基づき行われる。また、面状発光部材11を構成する発光ダイオード116の下流には電流検出用の抵抗体rが、発光ダイオード116と直列に挿入されており、抵抗体rを流れる電流が電圧に変換され、抵抗体における電圧降下が所定の値となるように、光源制御回路93の制御下、発光素子駆動電源96の動作が制御される。
【0121】
あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、2次元画像形成装置30の作動状態を制御する。具体的には、面状発光部材11を構成する発光ダイオード116の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段80によって測定され、光検出手段80からの出力は光検出手段制御回路95に入力され、光検出手段制御回路95において、面状発光部材11における発光ダイオード116の例えば輝度及び色度としてのデータ(信号)とされ、係るデータが光源制御回路93に送られて基準データと比較され、その結果が、2次元画像形成装置駆動回路91に送られる。そして、その結果に基づき、同じ面状発光部材11の次の発光時において、画素31の開口における開口率(光透過率)が制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、面状発光部材11の発光状態の制御と、2次元画像形成装置30の作動状態の制御を、併せて行ってもよい。また、光検出手段80における光強度の測定結果に基づき、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の作動状態を制御する。空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の開口部51における開口率(光透過率)を制御することにより、輝度の補正を可能とする。
【0122】
実施例4において図12及び図13を参照して説明した3次元像表示装置に、光検出手段80を組み込んだ例、即ち、光源10と2次元画像形成装置30との間にビームスプリッタ70を配置し、面状発光部材11から2次元画像形成装置30へと入射する光の一部を取り出して、レンズ(図示せず)を介して光検出手段80に入射させる3次元像表示装置を、図17及び図18に示す。
【0123】
また、光検出手段80を2次元画像形成装置30に取り付けた例を、図19に示す。尚、図6に示した面状発光部材11のそれぞれの近傍に光検出手段80を配置してもよいし、あるいは又、面状発光部材11に光検出手段を組み込んでもよいし、光源10から2次元画像形成装置30へと入射する光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。
【実施例6】
【0124】
実施例6、あるいは後述する実施例7〜実施例9は、実施例1〜実施例5の変形であり、具体的には、用いられる面状発光部材の変形例に関する。
【0125】
実施例6にあっては、図20の(A)あるいは図20の(B)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Dは、
(a)一端面212から光を出射するロッドインテグレータ211、
(b)ロッドインテグレータ211の他端面213に配置された発光ダイオード216、
(c)ロッドインテグレータ211の一端面212に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材231、並びに、
(d)ロッドインテグレータ211の他端面213の発光ダイオード216から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材221、
から構成されている。
【0126】
ここで、ロッドインテグレータ211や発光ダイオード216の構成、構造は、実施例1におけるロッドインテグレータ111や発光ダイオード116の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、図20の(A)あるいは後述する図21の(A)に図示する例では、ロッドインテグレータ211は中実部材から作製されており、図20の(B)あるいは後述する図21の(B)に図示する例では、ロッドインテグレータ211は中空部材から作製されている。また、参照番号215は、中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面に真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層を示す。
【0127】
反射型偏光部材231は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十nm、ピッチ百数十nmにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。そして、反射型偏光部材231のロッドインテグレータ211の一端面212への配置は、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。光反射部材221は、樹脂等から成る基材にアルミニウム層を真空蒸着することで得ることができる。また、光反射部材221のロッドインテグレータ211の他端面213への配置は、基材を接着することで行うことができる。
【0128】
実施例6における面状発光部材11Dにあっては、発光ダイオード216から出射され、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ211に入射する。そして、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突した光の内、P偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。一方、S偏光成分は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、光反射部材221に衝突して反射され、更に、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に再び衝突する。このときの光には、ロッドインテグレータ211内における反射によってP偏光成分が生成し、係る生成したP偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。
【0129】
このようなロッドインテグレータ211を伝播する光の偏光状態を、図20の(C)に模式的に示す。ここで、状態[A]にて示す光は、発光ダイオード216から出射され、反射型偏光部材231に衝突し、反射型偏光部材231にて反射された光である。また、状態[B]にて示す光は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、光反射部材221にて反射された光である。更には、状態[C]にて示す光は、光反射部材221にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突する直前の光である。尚、図20の(C)、あるいは、後述する図21の(C)において、X軸は光のP偏光成分を示し、Y軸は光のS偏光成分を示す。
【0130】
そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード216の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード216から出射された光は、効率良く、ロッドインテグレータ211から出射される。
【0131】
尚、図22の(A)及び(B)に図示するように、反射型偏光部材231の上にPETフィルムから成る光拡散部材232を接着してもよい。また、光反射部材221と他端面213との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。
【実施例7】
【0132】
実施例7は、実施例6の変形である。実施例7の各面状発光部材11Eにおいては、ロッドインテグレータ211の他端面213と光反射部材221との間に、図21の(A)及び(B)に模式的な断面図を示すように、四分の一波長板222が配置されている。
【0133】
実施例7における面状発光部材11Eにあっては、発光ダイオード216から出射された、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ211に入射する。そして、反射型偏光部材231に衝突した光の内、P偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。一方、S偏光成分は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、四分の一波長板222を通過し、光反射部材221に衝突して反射され、四分の一波長板222を再び通過し、更に、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に再び衝突する。このときの光には、四分の一波長板222内の通過、及び、ロッドインテグレータ211内における反射によってP偏光成分が生成し、係る生成したP偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。
【0134】
このような状態においてロッドインテグレータ211を伝播する光の偏光状態を、図21の(C)に模式的に示す。ここで、状態[A]にて示す光は、発光ダイオード216から出射され、反射型偏光部材231に衝突し、反射型偏光部材231にて反射された光である。また、状態[B]にて示す光は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、四分の一波長板222に入射する直前の光である、更には、状態[C]にて示す光は、四分の一波長板222に入射し、光反射部材221にて反射され、四分の一波長板222を出射した光である。また、状態[D]にて示す光は、四分の一波長板222から出射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突する直前の光である。四分の一波長板222に入射し、光反射部材221にて反射され、四分の一波長板222を出射した光の偏光状態は、四分の一波長板222に入射する直前の光の偏光状態と相違している。
【0135】
そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード216の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード216から出射された光は、実施例6よりも、一層効率良く、ロッドインテグレータ211から出射される。図22の(C)及び(D)に示すように、実施例6と同様に、反射型偏光部材231の上に光拡散部材232を設けてもよい。また、光反射部材221と四分の一波長板222との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板222と他端面213との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。ロッドインテグレータ211の他端面213と四分の一波長板222との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板222と光反射部材221との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材231と光拡散部材232との間に隙間が存在していてもよい。
【実施例8】
【0136】
実施例8にあっては、図23の(A)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Fは、
(a)第1プリズム310、第2プリズム320及び偏光ビームスプリッター330を備えたPS偏光分離変換素子300、並びに、
(b)発光ダイオード316、
から成る。尚、発光ダイオード316の構成、構造は、実施例1における発光ダイオード116の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0137】
そして、光学ガラスから作製された第1プリズム310と第2プリズム320とは、偏光ビームスプリッター330の偏光分離面を介して対向して配置されている。また、第1プリズム310には、発光ダイオード316から出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材311、及び、第2光反射部材312が備えられている。ここで、発光ダイオード316から出射され、第1プリズム310に入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッター330によって反射され(図23の(A)においては、黒色の矢印で示す)、第2光反射部材312によって反射され(図23の(A)においては、斜線を付した矢印で示す)、偏光ビームスプリッター330によって再び反射され(図23の(A)においては、斜線を付した矢印で示す)、更に、第1光反射部材311によって反射される。そして、発光ダイオード316から出射され、第1プリズム310に入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材311によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッター330を通過し(これらを、図23の(A)においては、白抜きの矢印で示す)、第2プリズム320の出射面320Aから出射される。
【0138】
第1プリズム310は、例えば、第1斜面310A、第2斜面310B、及び、底面310Cを有する三角プリズムから構成されている。また、第2プリズム320も、第1斜面320A、第2斜面320B、及び、底面320Cを有する三角プリズムから構成されている。尚、第1プリズム310の底面310Cと第2プリズム320の底面320Cとは、偏光ビームスプリッター330の偏光分離面を介して対向して配置されている。第1プリズム310の第1斜面310A上には第1光反射部材311が配置されている。第1プリズム310の第2斜面310B上には第2光反射部材312が配置されている。そして、第1プリズム310の第1斜面310Aから入射された光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッター330によって第1プリズム310の第2斜面310Bに向かって反射される。一方、P偏光成分は、偏光ビームスプリッター330を通過し、第2プリズム320の第1斜面320Aから、効率良く、出射される。
【0139】
図23の(B)に示すように、第1プリズム310の第1斜面310Aと第1光反射部材311との間に、四分の一波長板313を配置してもよい。また、場合によっては、第2プリズム320を省略してもよい。実施例8にあっては、第1プリズム310と光反射部材311,312との間に隙間が存在していてもよい。また、第1光反射部材311と四分の一波長板313との間に隙間が存在していてもよいし、第1プリズム310と四分の一波長板313との間に隙間が存在していてもよい。
【実施例9】
【0140】
実施例9にあっては、図24の(A)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Gは、
(a)光学ガラス板から成り、一端面412から光を出射する板状部材411、
(b)板状部材411の他端面413に配置された発光ダイオード416、
(c)板状部材411の一端面412に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材431、
(d)板状部材411の他端面413の発光ダイオード416から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材421、
(e)板状部材411の他端面413と光反射部材421との間に配置された四分の一波長板422、並びに、
(f)反射型偏光部材431の上に設けられた光拡散部材432、
から成る。
【0141】
面状発光部材11Gにおける発光ダイオード416、反射型偏光部材431、光反射部材421、四分の一波長板422、光拡散部材432、光反射層415といった構成要素は、実施例6において説明した面状発光部材11Dの各構成要素と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。また、発光ダイオード416から出射され、板状部材411に入射した光の挙動は、実質的に、図21の(C)を参照して説明した実施例7の面状発光部材11Eにおける光の挙動と同じである。光反射部材421と四分の一波長板422との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板422と他端面413との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。板状部材411の他端面413と四分の一波長板422との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板422と光反射部材421との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材431と光拡散部材432との間に隙間が存在していてもよい。
【0142】
以上、本発明の3次元像表示装置を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例においては、光源10と光変調手段[2次元画像形成装置]30,30Aとの間にコリメータレンズ12を配置したが、その代わりに、マイクロレンズが2次元マトリクス状に配列されたマイクロレンズアレイを用いることもできる。
【0143】
光源10が2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11を具備し、各面状発光部材11から出射される光の出射方向が異なるように各面状発光部材11を配置してもよい。これによって、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、光変調手段あるいは2次元画像形成装置を照明することができる。実施例1の3次元像表示装置において、このような構成の光源を採用したときの3次元像表示装置の概念図を、図25に示す。図25においては、光源10を構成する面状発光部材11Aから出射された光束の1本を実線で示し、面状発光部材11Bから出射された光束の1本を一点鎖線で示し、面状発光部材11Cから出射された光束の1本を点線で示す。また、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された空間フィルタSFにおける像の位置を、それぞれ、符号(11A),(11B),(11C)で示し、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された第3のレンズL3の後側焦点面における像の位置を、それぞれ、符号(11a),(11b),(11c)で示す。また、光変調手段[2次元画像形成装置]30、フーリエ変換像形成手段40[第1のレンズL1]、フーリエ変換像選択手段50[空間フィルタSF]の近傍を拡大した概念図であって、光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cから出射された光束が、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、及び、空間フィルタSFを通過する状態を、模式的に、図26、図27、及び、図28に示す。光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cのそれぞれの位置番号は、例えば、第(5,0)番目、第(0,0)番目、及び、第(−5,0)番目である。ここで、或る面状発光部材11が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材11は消灯状態となる。図25において、参照番号20は、照明光を整形するためのレンズから構成された照明光学系である。
【0144】
また、空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]の代わりに、U0×V0個の開口部を有し、第1のレンズL1の後側焦点面に位置する散乱回折制限部材を備えている構成とすることもできる。この散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部(例えば、ピンホール)を設けることで作製することができる。ここで、開口部の位置は、フーリエ変換像選択手段あるいは第1のレンズによって得られるフーリエ変換像[あるいは回折光]の内の所望の(例えば、0次の回折次数を有する)フーリエ変換像[あるいは回折光]が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、複数の面状発光部材11に対応させればよい。
【0145】
実施例1及び実施例4においては、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ[第1のレンズL1]の前側焦点面に光変調手段[2次元画像形成装置]30,30Aや回折光生成手段が配置されており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成としたが、場合によっては、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ[第1のレンズL1]の前側焦点面からずれた位置に光変調手段[2次元画像形成装置]30,30Aや回折光生成手段を配置してもよいし、後側焦点面からずれた位置に空間フィルタSF[フーリエ変換像選択手段50]を配置してもよい。また、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。
【0146】
実施例1及び実施例4においては、光源は全ての場合において単色若しくは単色に近い光源であることを前提としているが、光源は、このような構成に限定するものではない。光源10の波長帯域が複数の帯域に及んでもよい。但し、この場合には、例えば、実施例1における3次元像表示装置を例にとり説明すると、図29の(A)に示すように、コリメータレンズ12と光変調手段[2次元画像形成装置]30との間に、波長選択を行う狭帯域フィルタ71を配置することが好ましく、これによって、波長帯域を分別、選択し、単色光を抽出することができる。
【0147】
あるいは又、光源10の波長帯域が広帯域に及んでもよい。但し、この場合には、図29の(B)に示すように、コリメータレンズ12と光変調手段[2次元画像形成装置]30との間に、ダイクロイックプリズム72及び波長選択を行う狭帯域フィルタ71Gを配置することが好ましい。具体的には、ダイクロイックプリズム72は、例えば赤色光、青色光を別々の方向に反射すると共に、緑色光を含む光線を透過する。ダイクロイックプリズム72における緑色光を含む光線の出射側に、緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Gが配置されている。
【0148】
また、図30に示すように、ダイクロイックプリズム72における緑色光を含む光線の出射側に緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Gを配置し、赤色光を含む光線の出射側に赤色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Rを配置し、青色光を含む光線の出射側に、青色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Bを配置すれば、3原色を表示する3つの3次元像表示装置に対する光源を構成することができる。このような構成の3つの3次元像表示装置を用い、あるいは又、赤色光を出射する光源と3次元像表示装置、緑色光を出射する光源と3次元像表示装置、及び、青色光を出射する光源と3次元像表示装置の組合せを用い、各3次元像表示装置からの画像を、例えば光合成プリズムを用いて合成することで、カラー表示を行うことができる。ダイクロイックプリズムの代わりに、ダイクロイックミラーを用いることもできる。あるいは又、光源を、赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材から構成し、これらの赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材を、順次、発光状態とすることで、カラー表示を行うこともできる。以上に説明したこれらの3次元像表示装置の変形例は種々の実施例に適用することができることは云うまでもない。
【0149】
更には、以上に説明した種々の3次元像表示装置の変形例に対して、実施例5において説明した光検出手段を備えることができる。また、面状発光部材を構成する発光ダイオードの温度を温度センサーで監視し、その結果を、光源制御回路93にフィードバックすることで、面状発光部材を構成する発光ダイオードの輝度補償(補正)や温度制御を行ってもよい。具体的には、例えば、面状発光部材を構成する発光ダイオードにペルチェ素子を取り付けることで、発光ダイオードの温度制御を行うことができる。
【0150】
また、実施例9において説明した面状発光部材11Gにおいて、図24の(B)に示すように、板状部材411を複数の面状発光部材11Gにおいて共通とすることもできる。尚、この場合、板状部材411の露出した面411A,411Bには、光吸収層を設けてもよい。また、実施例6〜実施例9において説明した面状発光部材11D,11E,11F,11Gから出射された光の偏光状態の制御のために、面状発光部材から出射された光が通過する四分の一波長板を、例えば、面状発光部材と光変調手段[2次元画像形成装置30]との間に配置してもよい。更には、実施例6〜実施例9において説明した面状発光部材11D,11E,11F,11Gを、本発明の3次元像表示装置における面状発光部材として用いるだけでなく、その他の光源としても使用することができる。具体的には、例えば、透過型あるいは反射型の液晶表示装置の面状光源装置(バックライト)用の光源、カラー表示の直視型あるいはプロジェクション型液晶表示装置用の光源を例示することができるし、更には、光源として、放電ランプや蛍光管等を例示することができる。その他の光源として使用する場合、1つの面状発光部材に、1つの発光素子を配置するだけでなく、2以上の発光素子を配置してもよい。また、例えば、図20の(A)に示したロッドインテグレータの代わりに、図24の(C)に示すように、面状発光部材11Hにおいて、断面形状が裾広がりの透明部材211Aを用いることもできる。このような断面形状が裾広がりの透明部材211Aは、実施例6〜実施例9における他の面状発光部材をその他の光源として使用する場合にも適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0151】
【図1】図1は、実施例1の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。
【図2】図2は、実施例1の3次元像表示装置を斜めから見たときの概念図である。
【図3】図3は、実施例1の3次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。
【図4】図4は、実施例1の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図である。
【図5】図5の(A)及び(B)は、光変調手段[2次元画像形成装置]によって、複数の回折次数の回折光が生成される状態を模式的に示す図である。
【図6】図6は、光源の模式的な正面図である。
【図7】図7は、空間フィルタの模式的な正面図である。
【図8】図8の(A)〜(E)は、面状発光部材の模式的な断面図であり、図8の(F)は、光源を斜めから眺めた模式図である。
【図9】図9は、光変調手段[2次元画像形成装置]における2次元画像の形成タイミングとフーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]の開口部の開閉タイミングとを示す図であり、上段には、光変調手段[2次元画像形成装置]における2次元画像の形成タイミングを示し、中段及び下段には、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]の開口部の開閉タイミングを示す。
【図10】図10は、フーリエ変換像選択手段[空間フィルタ]による空間フィルタリングの概念を模式的に時系列で示す図である。
【図11】図11は、図10に示した空間フィルタリングの結果得られる画像を模式的に示す図である。
【図12】図12は、実施例4の3次元像表示装置の一部分のyz平面における概念図である。
【図13】図13は、実施例4の変形例の3次元像表示装置の一部分のyz平面における概念図である。
【図14】図14は、実施例5の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。
【図15】図15は、実施例5の3次元像表示装置の変形例のyz平面における概念図である。
【図16】図16は、2次元画像形成装置及び光源の動作を制御する制御回路の概念図である。
【図17】図17は、実施例5の3次元像表示装置の別の変形例の概念図である。
【図18】図18は、実施例5の3次元像表示装置の更に別の変形例の概念図である。
【図19】図19は、2次元画像形成装置に光検出手段を取り付けた例を説明するための概念図である。
【図20】図20の(A)及び(B)は、実施例6における面状発光部材の模式的な断面図であり、図20の(C)は、実施例6における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。
【図21】図21の(A)及び(B)は、実施例7における面状発光部材の模式的な断面図であり、図21の(C)は、実施例7における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。
【図22】図22の(A)及び(B)は、実施例6における面状発光部材の変形例の模式的な断面図であり、図22の(C)及び(D)は、実施例7における面状発光部材の変形例の模式的な断面図である。
【図23】図23の(A)及び(B)は、実施例8における面状発光部材の模式的な断面図である。
【図24】図24の(A)、(B)及び(C)は、実施例9における面状発光部材及びその変形例の模式的な断面図である。
【図25】図25は、実施例1の変形例の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。
【図26】図26は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、或る面状発光部材11が発光状態にある)である。
【図27】図27は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、別の面状発光部材11が発光状態にある)である。
【図28】図28は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、更に別の面状発光部材11が発光状態にある)である。
【図29】図29の(A)及び(B)は、実施例1の3次元像表示装置の変形例の一部分のyz平面における概念図である。
【図30】図30は、実施例1の3次元像表示装置の変形例の別の変形例の一部分のyz平面における概念図である。
【図31】図31は、実施例2の画像表示方法における光源を構成する面状発光部材の点灯順を説明する図である。
【図32】図32は、実施例2の画像表示方法の変形例における光源を構成する面状発光部材の点灯順を説明する図である。
【図33】図33の(A)、(B)及び(C)は、本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る画像表示方法におけるU0×V0個の面状発光部材を複数のセグメントに分割するときの分割方法を説明する概念図である。
【図34】図34は、実施例1の3次元像表示装置を複数組み合わせたマルチユニット方式の3次元像表示装置を示す構成図である。
【図35】図35は、従来の3次元像表示装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【0152】
1・・・3次元像表示装置、10・・・光源、11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11H・・・面状発光部材、12・・・コリメータレンズ、20・・・照明光学系、30・・・光変調手段[2次元画像形成装置]、31・・・画素、40・・・フーリエ変換像形成手段、50・・・フーリエ変換像選択手段、51・・・開口部、60・・・共役像形成手段、70・・・ビームスプリッタ、71,71R,71G,71B・・・狭帯域フィルタ、72・・・ダイクロイックプリズム、L1・・・第1のレンズ、L2・・・第2のレンズ、L3・・・第3のレンズ、SF・・・空間フィルタ、RI・・・実像(逆フーリエ変換像)、CI・・・フーリエ変換像の共役像、80・・・光検出手段、81,82・・・部分反射ミラー[パーシャルリフレクター]、83・・・レンズ、90・・・制御回路、91・・・2次元画像形成装置駆動回路、93・・・光源制御回路、94・・・発光素子駆動回路、95・・・光検出手段制御回路、96・・・発光素子駆動電源、97・・・スイッチング素子、111,211・・・ロッドインテグレータ、112,212・・・ロッドインテグレータの一端面、113,213・・・ロッドインテグレータの他端面、114・・・光拡散層、115・・・光反射層、116.216,316,416・・・発光ダイオード、211A・・・透明部材、221・・・光反射部材、222・・・四分の一波長板、231・・・反射型偏光部材、232・・・光拡散部材、310・・・第1プリズム、310A・・・第1プリズムの第1斜面、310B・・・第1プリズムの第2斜面、310C・・・第1プリズムの底面、311・・・第1光反射部材、312・・・第2光反射部材、213・・・四分の一波長板、320・・・第2プリズム、320A・・・第2プリズムの第1斜面、320B・・・第2プリズムの第2斜面、320C・・・第2プリズムの底面、330・・・偏光ビームスプリッター、411・・・板状部材、412・・・板状部材の一端面、413・・・板状部材の他端面、415・・・光反射層、421・・・光反射部材、422・・・四分の一波長板、431・・・反射型偏光部材、432・・・光拡散部材、r・・・抵抗体
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、並びに、
(C)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えている3次元像表示装置。
【請求項2】
(D)フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を更に備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項3】
(E)前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
を更に備えており、
該フーリエ変換像選択手段は、フーリエ変換像が結像される位置に配置されている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項4】
フーリエ変換像選択手段は、液晶表示装置から成る請求項3に記載の3次元像表示装置。
【請求項5】
フーリエ変換像選択手段は、U0×V0個の開口部を有する請求項3に記載の3次元像表示装置。
【請求項6】
フーリエ変換像選択手段が有する開口部の大きさは、フーリエ変換像選択手段上に結像されたフーリエ変換像の大きさと略等しい請求項5に記載の3次元像表示装置。
【請求項7】
フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、光変調手段によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段を更に備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項8】
光変調手段は、2次元的に配列された複数の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項9】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項10】
ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている請求項9に記載の3次元像表示装置。
【請求項11】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項12】
各面状発光部材は、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項11に記載の3次元像表示装置。
【請求項13】
各面状発光部材は、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている請求項11又は請求項12に記載の3次元像表示装置。
【請求項14】
各面状発光部材は、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項15】
各面状発光部材は、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項14に記載の3次元像表示装置。
【請求項16】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項17】
各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項18】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する請求項17に記載の3次元像表示装置。
【請求項19】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、光変調手段の作動状態を制御する請求項17に記載の3次元像表示装置。
【請求項20】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
を備えている3次元像表示装置。
【請求項21】
(F)U0×V0個の開閉制御可能な開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する空間フィルタ、
を更に備えている請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項22】
空間フィルタは、液晶表示装置から成る請求項21に記載の3次元像表示装置。
【請求項23】
空間フィルタは、U0×V0個の開口部を有する請求項21に記載の3次元像表示装置。
【請求項24】
空間フィルタが有する開口部の大きさは、2次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された2次元画像の大きさと略等しい請求項21に記載の3次元像表示装置。
【請求項25】
(F)U0×V0個の開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する散乱回折制限部材、
を更に備えている請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項26】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から成る請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項27】
ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている請求項26に記載の3次元像表示装置。
【請求項28】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から成る請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項29】
各面状発光部材は、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項28に記載の3次元像表示装置。
【請求項30】
各面状発光部材は、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている請求項28又は請求項29に記載の3次元像表示装置。
【請求項31】
各面状発光部材は、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項32】
各面状発光部材は、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項31に記載の3次元像表示装置。
【請求項33】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項34】
各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項35】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する請求項34に記載の3次元像表示装置。
【請求項36】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、2次元画像形成装置の作動状態を制御する請求項34に記載の3次元像表示装置。
【請求項37】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、並びに、
(C)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えている画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記光変調手段において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記光変調手段において2次元画像を生成する画像表示方法。
【請求項38】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
を備えている画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成する画像表示方法。
【請求項1】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、並びに、
(C)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えている3次元像表示装置。
【請求項2】
(D)フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を更に備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項3】
(E)前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
を更に備えており、
該フーリエ変換像選択手段は、フーリエ変換像が結像される位置に配置されている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項4】
フーリエ変換像選択手段は、液晶表示装置から成る請求項3に記載の3次元像表示装置。
【請求項5】
フーリエ変換像選択手段は、U0×V0個の開口部を有する請求項3に記載の3次元像表示装置。
【請求項6】
フーリエ変換像選択手段が有する開口部の大きさは、フーリエ変換像選択手段上に結像されたフーリエ変換像の大きさと略等しい請求項5に記載の3次元像表示装置。
【請求項7】
フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、光変調手段によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段を更に備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項8】
光変調手段は、2次元的に配列された複数の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項9】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項10】
ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている請求項9に記載の3次元像表示装置。
【請求項11】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項12】
各面状発光部材は、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項11に記載の3次元像表示装置。
【請求項13】
各面状発光部材は、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている請求項11又は請求項12に記載の3次元像表示装置。
【請求項14】
各面状発光部材は、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項15】
各面状発光部材は、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項14に記載の3次元像表示装置。
【請求項16】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項17】
各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。
【請求項18】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する請求項17に記載の3次元像表示装置。
【請求項19】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、光変調手段の作動状態を制御する請求項17に記載の3次元像表示装置。
【請求項20】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
を備えている3次元像表示装置。
【請求項21】
(F)U0×V0個の開閉制御可能な開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する空間フィルタ、
を更に備えている請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項22】
空間フィルタは、液晶表示装置から成る請求項21に記載の3次元像表示装置。
【請求項23】
空間フィルタは、U0×V0個の開口部を有する請求項21に記載の3次元像表示装置。
【請求項24】
空間フィルタが有する開口部の大きさは、2次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された2次元画像の大きさと略等しい請求項21に記載の3次元像表示装置。
【請求項25】
(F)U0×V0個の開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する散乱回折制限部材、
を更に備えている請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項26】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から成る請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項27】
ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている請求項26に記載の3次元像表示装置。
【請求項28】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から成る請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項29】
各面状発光部材は、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項28に記載の3次元像表示装置。
【請求項30】
各面状発光部材は、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている請求項28又は請求項29に記載の3次元像表示装置。
【請求項31】
各面状発光部材は、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項32】
各面状発光部材は、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項31に記載の3次元像表示装置。
【請求項33】
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項34】
各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている請求項20に記載の3次元像表示装置。
【請求項35】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する請求項34に記載の3次元像表示装置。
【請求項36】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、2次元画像形成装置の作動状態を制御する請求項34に記載の3次元像表示装置。
【請求項37】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)複数の画素を有し、各面状発光部材から順次出射された光を各画素によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段、並びに、
(C)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えている画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記光変調手段において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記光変調手段において2次元画像を生成する画像表示方法。
【請求項38】
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(B)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
を備えている画像表示装置を用いた画像表示方法であって、
U0×V0個の面状発光部材は2以上のセグメントに分割されており、或るセグメントに属する面状発光部材を発光させて前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成し、次に、該或るセグメントとは異なるセグメントに属する面状発光部材を発光させることで前記2次元画像形成装置において2次元画像を生成する画像表示方法。
【図1】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図2】
【公開番号】特開2009−288759(P2009−288759A)
【公開日】平成21年12月10日(2009.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−166904(P2008−166904)
【出願日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年12月10日(2009.12.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
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