JP2007041504A - Three-dimensional image display apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional image display apparatus capable of producing and emitting a light beam group necessary for displaying a stereoscopic image with spatially high density without making the entire apparatus large. <P>SOLUTION: The three-dimensional image display apparatus is equipped with: a light source 10; a light modulation means 30 which modulates a light from the light source by means of respective pixels to produce two-dimensional images and emits a spatial frequency of the produced two-dimensional images along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders produced from each pixel; a Fourier transform image formation means 40 which Fourier transforms the spatial frequency of the two-dimensional images emitted from the light modulation means 30 to produce Fourier transform images whose number corresponds to the number of the plurality of diffraction orders; a Fourier transform image selection means 50 which selects the Fourier transform image which corresponds to a desired diffraction order out of the Fourier transform images produced by the number corresponding to the number of the plurality of diffraction orders; and a conjugate image formation means 60 which forms a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、立体画像を表示することができる3次元像表示装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional image display device capable of displaying a stereoscopic image.

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。   Both eyes of the observer can obtain a plurality of stereoscopic images from different viewpoints by preparing a plurality of sets of parallax images or a binocular stereoscopic image technique for obtaining stereoscopic images by observing different images called parallax images. Ocular stereoscopic image technology is known, and many technologies related to these have been developed. However, in the binocular stereoscopic image technology and the multi-view stereoscopic image technology, the stereoscopic image is not located in a space intended as a stereoscopic image, but exists on a two-dimensional display surface, for example. Located at a certain position. Accordingly, convergence and adjustment, which are visual system physiological reactions in particular, do not work together, and eye strain associated therewith is a problem.

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。   On the other hand, in the real world, information on the surface of an object propagates to an observer's eyeball using light waves as a medium. A holography technique is known as a technique for artificially reproducing a light wave from an object surface that physically exists in the real world. A stereoscopic image using the holography technique uses an interference fringe generated based on light interference, and uses a diffraction wavefront itself generated when the interference fringe is illuminated with light as an image information medium. Therefore, visual system physiological reactions such as convergence and adjustment similar to those when the observer observes an object in the real world occur, and an image with less eye strain can be obtained. Furthermore, the fact that the light wavefront from the object is reproduced means that continuity is ensured in the direction in which image information is transmitted. Therefore, even if the observer's viewpoint moves, it is possible to continuously present appropriate images from different angles according to the movement, and motion parallax can be continuously provided.

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。   However, in the holography technology, three-dimensional space information of an object is recorded as interference fringes in a two-dimensional space, and the amount of information is extremely large compared to the amount of information in a two-dimensional space such as a photograph of the same object taken. Amount. This is because it can be considered that when the three-dimensional space information is converted into the two-dimensional space information, the information is converted into the density in the two-dimensional space. Therefore, the spatial resolution required for a display device that displays interference fringes by CGH (Computer Generated Hologram) is extremely high, and an enormous amount of information is required. Realizing a stereoscopic image based on a real-time hologram At present, it is technically difficult.

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。   In the holography technique, light waves that can be regarded as continuous information are used as an information medium to transmit information from an object. On the other hand, as a technique for generating a stereoscopic image by discretizing light waves and recreating a situation that is theoretically equivalent to a field consisting of light waves in the real world with light rays, the light ray reproduction method (also called the integral photography method) )It has been known. In the light beam reproduction method, a light beam group composed of a large number of light beams propagating in many directions is scattered in the space in advance by optical means. Next, a light ray propagating from the surface of a virtual object located at an arbitrary position is selected from the group of light rays, and the intensity or phase of the selected light ray is modulated, so that an image composed of the light rays is converted into a space. Generate. An observer can observe this image as a stereoscopic image. A stereoscopic image obtained by the ray reconstruction method is an image in which images from a plurality of directions are multiplexed at an arbitrary point, and the viewing position of an arbitrary point is the same as when a three-dimensional object is viewed in the real world. The way it looks is different.

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22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301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301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302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。   As an apparatus for realizing the above-described light beam reproduction method, an apparatus combining a flat display device such as a liquid crystal display device or a plasma display device with a microlens array or a pinhole array has been proposed (for example, the following). (See Patent Literature 1 to Patent Literature 7). An apparatus in which a large number of projector units are arranged is also conceivable. FIG. 22 shows a configuration example of a three-dimensional image display apparatus that realizes the light beam reproduction method using a projector unit. In this apparatus, a large number of projector units 301 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction, and light beams having different angles are emitted from each projector unit 301. As a result, a multi-view angle image is multiplexed and reproduced at an arbitrary point in a certain cross section 302 to realize a stereoscopic image.

特開2003−173128号公報JP 2003-173128 A 特開2003−161912号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-161912 特開2003−295114号公報JP 2003-295114 A 特開2003−75771号公報JP 2003-75771 A 特開2002−72135号公報JP 2002-72135 A 特開2001−56450号公報JP 2001-56450 A 特許第3523605号公報Japanese Patent No. 3523605

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射出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。   According to the above-described light ray reproduction method, an image is obtained with light rays that are effective for focus adjustment as a visual function and binocular convergence angle adjustment, which is impossible with binocular stereoscopic image technology and multi-view stereoscopic images. Therefore, it is possible to provide a stereoscopic image with very little eye strain. In addition, since light rays are continuously emitted in a plurality of directions from the same element on the virtual object, it is possible to continuously provide a change in the image accompanying the movement of the viewpoint position.

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。   However, an image generated by the current light beam reproduction method lacks a sense of reality compared to an object in the real world. This is because the stereoscopic image by the current light beam reproduction method is generated by a very small amount of information, that is, a small amount of light with respect to the amount of information obtained by the observer from the object in the real world. Conceivable. In general, it is said that the human visual perception limit is about 1 minute in angular resolution, and a three-dimensional image by the current light beam reproduction method is generated by light rays that are insufficient for human vision. Therefore, in order to generate a stereoscopic image having high realism and reality of an object in the real world, it is a problem to generate an image with at least a large amount of light.

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22に示した多数のプロジェクタ・ユニット301を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット301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22に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット301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。   In order to realize this, a technique capable of generating a light beam group with high spatial density is required, and it is conceivable to increase the display density of a display device such as a liquid crystal display device. Alternatively, in the case of the apparatus in which a large number of projector units 301 shown in FIG. 22 are arranged, it is conceivable that the projector units 301 are miniaturized as much as possible and arranged with high spatial density. However, a dramatic improvement in display density in current display devices is difficult due to problems of light utilization efficiency and diffraction limit. In the case of the apparatus shown in FIG. 22, it is considered difficult to arrange the projector units 301 at a high spatial density because there is a limit to downsizing the projector units 301. In any case, in order to generate a high-density light beam group, a plurality of devices are required, and the overall size of the apparatus cannot be avoided.

従って、本発明の目的は、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する3次元像表示装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to generate and scatter a group of light beams necessary for displaying a stereoscopic image at a high spatial density without increasing the size of the entire three-dimensional image display device. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional image display device that makes it possible to obtain a three-dimensional image using light beams of similar quality.

上記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)光源、
(B)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射出する光変調手段、
(C)光変調手段から射出された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、
(D)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、
(E)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、
を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention comprises:
(A) a light source,
(B) Having a plurality of pixels, modulating the light from the light source by each pixel to generate a two-dimensional image, and corresponding the spatial frequency in the generated two-dimensional image to a plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(C) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image having a number corresponding to the plurality of diffraction orders by Fourier transforming the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means;
(D) Fourier transform image selection means for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among Fourier transform images generated in a number corresponding to the plurality of diffraction orders, and
(E) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
It is characterized by having.

本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、共役像形成手段には、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が含まれる構成とすることが好ましい。   In the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention, the conjugate image forming means is generated by the light modulation means by performing inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means. It is preferable that an inverse Fourier transform unit for forming a real image of a two-dimensional image is included.

上記の好ましい構成を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、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。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、後述するように、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。   In the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred configuration, the light modulation means is composed of a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In this case, the two-dimensional spatial light modulator may be a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device), or two-dimensional spatial light. It is preferable to adopt a configuration in which a movable mirror is provided in each opening of the modulator (a configuration composed of a two-dimensional MEMS in which the movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix). Here, the planar shape of the opening is preferably rectangular. When the planar shape of the opening is rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M × N sets of diffracted light are generated as described later. That is, such an aperture forms an amplitude grating that periodically modulates the amplitude (intensity) of the incident light wave and obtains a light amount distribution that matches the light transmittance distribution of the grating.

あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は、
(B−1)1次元画像を生成する1次元空間光変調器、
(B−2)1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系、及び、
(B−3)2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する格子フィルタ、
から成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、透過光量の位相を変調する、即ち、光の振幅(強度)はそのままで、位相を変調する位相格子から構成されていてもよい。
Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred configuration, the light modulation means includes:
(B-1) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image;
(B-2) a scanning optical system that generates a two-dimensional image by two-dimensionally developing a one-dimensional image generated by a one-dimensional spatial light modulator, and
(B-3) a grating filter that is arranged on a generation surface of a two-dimensional image and emits spatial frequencies in the generated two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders;
It can be set as the form which consists of. The grating filter may be composed of an amplitude grating, or may be composed of a phase grating that modulates the phase while modulating the phase of the transmitted light amount, that is, the light amplitude (intensity) remains unchanged. .

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次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズから成り、このレンズの前側焦点面に光変調手段が配置されており、このレンズの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することができる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred configuration and configuration, the Fourier transform image forming means is formed of a lens, and the light modulation means is disposed on the front focal plane of the lens. In addition, a Fourier transform image selection means can be arranged on the rear focal plane of this lens.

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1の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、前記複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部を有する構成とすることができ、この場合、フーリエ変換像選択手段は液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)から成る形態とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、フーリエ変換像選択手段においては、光変調手段による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を選択する構成とすることができる。   Further, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the preferred configuration and form described above, the Fourier transform image selecting means has a number of opening / closing controllable openings corresponding to the plurality of diffraction orders. In this case, the Fourier transform image selection means can be formed of a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device), and is movable. It is also possible to adopt a form of a two-dimensional type MEMS in which mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. The Fourier transform image selection means is configured to select a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order by opening a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the light modulation means. It can be.

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る。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred configuration and form, the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information using the spatial frequency of the pixel structure as the carrier frequency. It can be set as the structure to do.

上記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)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P×Q個(但し、P及びQは任意の正の整数)の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折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、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組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配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(E)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
を備えていることを特徴とする。
A three-dimensional image display apparatus according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
(A) a light source,
(B) P × Q apertures (where P and Q are arbitrary positive integers) arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and the passage and reflection of light from the light source Alternatively, a two-dimensional image is generated by controlling diffraction for each aperture, and based on the two-dimensional image, M sets (m-th to m′-th) from the m-th order along the X direction for each aperture. Where m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the nth order to the n′th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N is A two-dimensional image forming apparatus that generates a total of M × N sets of diffracted light.
(C) a first lens having a two-dimensional image forming apparatus disposed on its front focal plane;
(D) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the first lens and has a total of M × N open / close controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(E) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
It is characterized by having.

本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された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、2次元画像形成装置における各開口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開口のそれぞれに配置された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。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、係る開口によって振幅格子が形成される。   In the three-dimensional image display device according to the second aspect of the present invention, the two-dimensional image forming device includes a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive type) having two-dimensionally arranged P × Q pixels. Or a reflection type liquid crystal display device, and each pixel may be provided with an opening, or each opening in the two-dimensional image forming apparatus is provided with a movable mirror (movable) It is preferable that the mirror is configured of a two-dimensional type MEMS disposed in each of the openings arranged in a two-dimensional matrix. Here, the planar shape of the opening is preferably rectangular. When the planar shape of the opening is rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M × N sets of diffracted light are generated. That is, an amplitude grating is formed by the openings.

上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置においては、空間フィルタはM×N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)から成る構成とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、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構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the second aspect of the present invention including the above preferable configuration and form, the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels (more specifically, a transmissive type or a reflective type). Liquid crystal display device) or a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. In addition, the spatial filter can be configured to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus.

上記の目的を達成するための本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置は、
(A)光源、
(B)X方向に沿ってP個の画素を有し、1次元画像を生成する1次元空間光変調器;1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系;及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)回折光を生成する回折光生成手段から成る2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に回折光生成手段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配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個(但し、Nは正の整数)の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(E)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
を備えていることを特徴とする。
A three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
(A) a light source,
(B) A one-dimensional spatial light modulator that has P pixels along the X direction and generates a one-dimensional image; two-dimensionally expands the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator; A scanning optical system for generating a two-dimensional image; and M sets from the m-th order to the m′-th order (where m and m ′ are integers) arranged on the generation surface of the two-dimensional image; , M is a positive integer) a two-dimensional image forming apparatus comprising diffracted light generating means for generating diffracted light,
(C) a first lens in which diffracted light generating means is disposed on the front focal plane;
(D) Arranged on the rear focal plane of the first lens, M × N in the X direction and N in the Y direction (where N is a positive integer). A spatial filter having a controllable opening,
(E) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
It is characterized by having.

本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置において、1次元空間光変調器は、光源からの光を回折することによって1次元画像を生成する構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention, the one-dimensional spatial light modulator may be configured to generate a one-dimensional image by diffracting light from the light source.

上記の好ましい構成を含む本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置において、空間フィルタはM×N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)から成る構成とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、空間フィルタにおいては、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構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention including the above preferred configuration, the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal). A display device), or a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. In addition, the spatial filter can be configured to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image.

更には、上記の好ましい構成を含む本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置において、第3のレンズの後方には、更に、異方性の光拡散を生じさせる部材(異方性拡散フィルタ、異方性拡散シート、あるいは、異方性拡散フィルム)が配置されている形態とすることもできる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention including the above-described preferable configuration, a member that causes anisotropic light diffusion (anisotropy) is further provided behind the third lens. A diffusion filter, an anisotropic diffusion sheet, or an anisotropic diffusion film) may be provided.

本発明の第2の態様あるいは第3の態様に係る3次元像表示装置において、m及びm’は整数であり、Mは正の整数であるが、m,m’,Mの関係は、m≦m’であり、且つ、M=m’−m+1である。また、n及びn’は整数であり、Nは正の整数であるが、n,n’,Nの関係は、n≦n’であり、且つ、N=n’−n+1である。また、回折次数の総数に相当するM,Nの数として、限定するものではないが、
0≦M(=m’−m+1)≦21
好ましくは、例えば、
5≦M(=m’−m+1)≦21
また、
0≦N(=n’−n+1)≦21
好ましくは、例えば、
5≦N(=n’−n+1)≦21
を例示することができる。Mの値とNの値は、等しくてもよいし、異なっていてもよいし、|m’|の値と|m|の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよいし、|n’|の値と|n|の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
In the three-dimensional image display device according to the second aspect or the third aspect of the present invention, m and m ′ are integers and M is a positive integer, but the relationship between m, m ′, and M is m ≦ m ′ and M = m′−m + 1. In addition, n and n ′ are integers, and N is a positive integer, but the relationship between n, n ′, and N is n ≦ n ′ and N = n′−n + 1. The number of M and N corresponding to the total number of diffraction orders is not limited,
0 ≦ M (= m′−m + 1) ≦ 21
Preferably, for example,
5 ≦ M (= m′−m + 1) ≦ 21
Also,
0 ≦ N (= n′−n + 1) ≦ 21
Preferably, for example,
5 ≦ N (= n′−n + 1) ≦ 21
Can be illustrated. The value of M and the value of N may be equal to or different from each other. The value of | m ′ | and the value of | m | may be equal to or different from each other. The value of n ′ | may be equal to or different from the value of | n |.

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第1の態様〜第3の態様に係る3次元像表示装置(以下、これらを総称して、単に、本発明の3次元像表示装置と呼ぶ)における光源として、レーザ、発光ダイオード(LED)や白色光源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、光源から射出された光を整形するための照明光学系を配置してもよい。   The three-dimensional image display device according to the first to third aspects of the present invention including the various preferred configurations and forms described above (hereinafter collectively referred to simply as the three-dimensional image display device of the present invention) As the light source in the above, a laser, a light emitting diode (LED), and a white light source can be given. An illumination optical system for shaping the light emitted from the light source may be disposed between the light source and the light modulation unit or the two-dimensional image forming apparatus.

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、各画素の光透過率を制御することによって、光源から射出された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、光源から射出された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。   In a liquid crystal display device that constitutes a two-dimensional spatial light modulator or a two-dimensional image forming apparatus, for example, an area where a transparent first electrode and a transparent second electrode described below are overlapped and includes a liquid crystal cell is one pixel. (1 pixel). Then, by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve), that is, by controlling the light transmittance of each pixel, the light transmittance of light emitted from the light source is controlled as a whole. A two-dimensional image can be obtained. A rectangular opening is provided in the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, and light emitted from the light source passes through the opening, whereby Fraunhofer diffraction occurs for each pixel. XN sets of diffracted light are generated.

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、光源からの光は、第2の基板から入射し、第1の基板から射出される。一方、反射型の液晶表示装置にあっては、光源からの光は、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の基板から射出される。開口は、例えば、透明第2電極と配向膜との間に、光源からの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。   The liquid crystal display device includes, for example, a front panel provided with a transparent first electrode, a rear panel provided with a transparent second electrode, and a liquid crystal material disposed between the front panel and the rear panel. More specifically, the front panel includes, for example, a first substrate made of, for example, a glass substrate or a silicon substrate, and a transparent first electrode (also called a common electrode, for example, ITO provided on the inner surface of the first substrate. And a polarizing film provided on the outer surface of the first substrate. Furthermore, an alignment film is formed on the transparent first electrode. On the other hand, the rear panel more specifically includes, for example, a second substrate made of a glass substrate or a silicon substrate, a switching element formed on the inner surface of the second substrate, and conduction / non-conduction by the switching element. A transparent second electrode to be controlled (also called a pixel electrode, which is made of, for example, ITO) and a polarizing film provided on the outer surface of the second substrate. An alignment film is formed on the entire surface including the transparent second electrode. Various members and liquid crystal materials constituting these transmissive liquid crystal display devices can be formed of known members and materials. Examples of the switching element include a three-terminal element such as a MOS type FET and a thin film transistor (TFT) formed on a single crystal silicon semiconductor substrate, and a two-terminal element such as an MIM element, a varistor element, and a diode. Alternatively, a liquid crystal display device having a so-called matrix electrode configuration in which a plurality of scanning electrodes extend in a first direction and a plurality of data electrodes extend in a second direction can be provided. In the transmissive liquid crystal display device, light from the light source enters from the second substrate and is emitted from the first substrate. On the other hand, in the reflective liquid crystal display device, light from the light source enters from the first substrate and is reflected by, for example, a second electrode (pixel electrode) formed on the inner surface of the second substrate, Again, it is injected from the first substrate. The opening can be obtained, for example, by forming an insulating material layer opaque to light from the light source between the transparent second electrode and the alignment film, and forming the opening in the insulating material layer. In addition, as the reflective liquid crystal display device, an LCoS (Liquid Crystal on Silicon) type can also be used.

また、1次元空間光変調器(1次元画像形成装置)として、より具体的には、回折格子−光変調素子(GLV:Grating Light Valve)が一次元的にアレイ状に配列されて成る装置(以下、回折格子−光変調装置と呼ぶ場合がある)を挙げることができる。   As a one-dimensional spatial light modulator (one-dimensional image forming apparatus), more specifically, an apparatus in which diffraction grating-light modulation elements (GLV: Grating Light Valve) are arranged one-dimensionally in an array ( Hereinafter, it may be referred to as a diffraction grating-light modulation device).

本発明の3次元像表示装置にあっては、共役像形成手段によって形成された共役像を投射する光学的手段を備えていてもよいし、あるいは第3のレンズの後方に、第3のレンズによって形成された像を投射する光学的手段を備えていてもよい。   In the three-dimensional image display device of the present invention, optical means for projecting the conjugate image formed by the conjugate image forming means may be provided, or the third lens may be provided behind the third lens. An optical means for projecting an image formed by the above may be provided.

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。   In the three-dimensional image display device of the present invention, when the number P × Q of the pixels (pixels) of the two-dimensional image is represented by (P, Q), specifically, as the value of (P, Q), 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), (1920, 1035), (720, 480), (1280, 960), etc. It is not limited to these values.

本発明の第1の態様〜第3の態様に係る3次元像表示装置においては、光変調手段あるいは2次元画像形成装置等によって、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や回折光生成手段から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出され、フーリエ変換像形成手段あるいは第1のレンズによって空間周波数をフーリエ変換して、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、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタによって、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の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が2次元画像の形成タイミングと同期して選択され、共役像形成手段(第2のレンズ及び第3のレンズ)によって、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタに基づき選択されたフーリエ変換像の共役像が形成され、最終的に観察者に到達するといった操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、複数の回折次数に相当する光線群を、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、光の回折現象を効率的に利用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。   In the three-dimensional image display apparatus according to the first to third aspects of the present invention, a two-dimensional image is generated by the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus, and the generated two-dimensional image The spatial frequency is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel and the diffracted light generating means, and the spatial frequency is Fourier-transformed by the Fourier transform image forming means or the first lens, so that a plurality of diffraction orders are obtained. A Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among the Fourier transform images generated by the number corresponding to a plurality of diffraction orders by the Fourier transform image selecting means or the spatial filter is generated. Is selected in synchronization with the formation timing of the two-dimensional image, and the Fourier transform image is selected by the conjugate image forming means (second lens and third lens). A light beam corresponding to a plurality of diffraction orders is obtained by forming a conjugate image of the Fourier transform image selected based on the stage or the spatial filter and finally repeating the operation of reaching the observer in time series. The group can be generated and scattered in a spatially high density and distributed in a plurality of directions. As a result, the light group efficiently utilizes the light diffraction phenomenon that has not been possible in the past. Based on the light beam reproduction method, it is possible to obtain a stereoscopic image having a texture close to that of an object in the real world without increasing the size of the entire three-dimensional image display device.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

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及び図2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。尚、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。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る。   Example 1 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the first and second aspects of the present invention. 1 and 2 are conceptual diagrams of a three-dimensional image display apparatus according to Example 1 for monochromatic display. In FIG. 1, the optical axis is the z axis, the orthogonal coordinates in the plane orthogonal to the z axis are the x axis and the y axis, the direction parallel to the x axis is the X direction, and the direction parallel to the y axis is Y. The direction. The X direction is, for example, the horizontal direction in the 3D image display device, and the Y direction is, for example, the vertical direction in the 3D image display device. Here, FIG. 1 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 1 in the yz plane. The conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of the first embodiment in the xz plane is substantially the same as FIG. FIG. 2 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment when viewed from an oblique direction.

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22に示した装置にあっては、多数(例えば、M×N個)のプロジェクタ・ユニット301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。   In the display of stereoscopic images using the conventional ray reconstruction method, rays that are emitted at various angles are provided in advance in order to emit a plurality of rays with the virtual object surface existing at an arbitrary position as a virtual origin. It is necessary to have a device that can do this. That is, for example, in the apparatus shown in FIG. 22, a large number (for example, M × N) of projector units 301 must be arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction.

一方、実施例1の3次元像表示装置1にあっては、図1及び図2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22に示した多数(M×N個)のプロジェクタ・ユニット301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21に示すように、分割された3次元画像の数だけ、実施例1の3次元像表示装置1を備えればよい。図21においては、実施例1の3次元像表示装置1を、4×4=16、備えた装置を例示している。   On the other hand, in the three-dimensional image display apparatus 1 according to the first embodiment, the three-dimensional image display apparatus alone including the components shown in FIGS. 1 and 2 has a spatial density compared to the conventional technique. It is possible to generate and form a large amount of light beams that are high. The three-dimensional image display apparatus 1 according to the first embodiment is a single three-dimensional image display apparatus, and a large number (M × N) of projector units 301 shown in FIG. 22 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction. It has a function equivalent to the device. For example, when the multi-unit method is adopted, the three-dimensional image display device 1 of the first embodiment may be provided as many as the number of divided three-dimensional images as shown in FIG. FIG. 21 illustrates an apparatus provided with 4 × 4 = 16 three-dimensional image display apparatuses 1 according to the first embodiment.

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)光源10、
(B)複数の画素31を有し、光源からの光を各画素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射出する光変調手段30、
(C)光変調手段30から射出された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するフーリエ変換像形成手段40、
(D)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50、並びに、
(E)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60、
を備えている。
Describing along the components of the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1 of Example 1 is:
(A) Light source 10,
(B) A plurality of pixels 31 are provided, a light from a light source is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image, and a spatial frequency in the generated two-dimensional image is converted into a plurality of diffractions generated from each pixel 31. Light modulating means 30 for emitting along a diffraction angle corresponding to the order (total M × N),
(C) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image having a number corresponding to the plurality of diffraction orders (total M × N) by subjecting the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means 30 to Fourier transform. 40,
(D) Fourier transform image selection means 50 for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among the Fourier transform images generated by the number corresponding to the plurality of diffraction orders, and
(E) conjugate image forming means 60 for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
It has.

更には、共役像形成手段60には、フーリエ変換像選択手段50によって選択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次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段(具体的には、後述する第2のレンズL2)が備えられている。また、フーリエ変換像形成手段40はレンズから成り、このレンズの前側焦点面に光変調手段30が配置されており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段50が配置されている。フーリエ変換像選択手段50は、複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部51を有する。 Further, the conjugate image forming unit 60 performs inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection unit 50 to form a real image of the two-dimensional image generated by the light modulation unit 30. Conversion means (specifically, a second lens L 2 described later) is provided. Further, the Fourier transform image forming means 40 comprises a lens, the light modulation means 30 is disposed on the front focal plane of the lens, and the Fourier transform image selection means 50 is disposed on the rear focal plane of the lens. The Fourier transform image selection means 50 has a number of openings 51 that can be controlled to be opened and closed corresponding to a plurality of diffraction orders.

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。   Here, the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information using the spatial frequency of the pixel structure as the carrier frequency.

また、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)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P×Q個(但し、P及びQは任意の正の整数である)の開口を有し、光源10からの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、該2次元画像に基づき、開口毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組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(より具体的には、実施例1にあっては凸レンズ)L1
(D)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSF、
(E)その前側焦点面に空間フィルタSFが配置されている第2のレンズ(より具体的には、実施例1にあっては凸レンズ)L2、並びに、
(F)第2のレンズL2の後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ(より具体的には、実施例1にあっては凸レンズ)L3
を備えている。
Further, when describing along the components of the three-dimensional image display device according to the second aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1 of Example 1 is:
(A) Light source 10,
(B) P × Q apertures (where P and Q are arbitrary positive integers) arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and the light from the light source 10 A two-dimensional image is generated by controlling the passage for each aperture, and M sets from the m-th order to the m′-th order along the X direction are provided for each aperture based on the two-dimensional image (however, m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the n-th order to the n′-th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N is a positive number) A two-dimensional image forming apparatus 30 that generates a total of M × N sets of diffracted light,
(C) a first lens (more specifically, a convex lens in the first embodiment) L 1 in which the two-dimensional image forming apparatus 30 is disposed on the front focal plane thereof;
(D) M × N open / close controllable openings 51 are arranged in the rear focal plane of the first lens L 1 and M in the X direction and N in the Y direction. A spatial filter SF,
(E) a second lens (more specifically, a convex lens in Example 1) L 2 in which a spatial filter SF is disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens (more specifically, a convex lens in the first embodiment) L 3 in which the front focal point is located at the rear focal point of the second lens L 2 ;
It has.

ここで、実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例3にあっては、P=1024、Q=768であり、m=−5、m’=5、M=m’−m+1=11、n=−5、n’=5、N=n’−n+1=11である。但し、これらの値に限定するものではない。また、z軸(光軸に相当する)は、実施例1あるいは後述する実施例2〜実施例3の3次元像表示装置1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1を構成する各構成要素と直交する。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の態様あるいは第3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、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L1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L1、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。 Here, in Example 1 or Example 2 to Example 3 described later, P = 1024, Q = 768, m = −5, m ′ = 5, M = m′−m + 1 = 11, n = −5, n ′ = 5, and N = n′−n + 1 = 11. However, it is not limited to these values. The z-axis (corresponding to the optical axis) passes through the center of each component constituting the three-dimensional image display device 1 of the first embodiment or the second to third embodiments to be described later, and displays a three-dimensional image. It is orthogonal to each component constituting the device 1. When the constituent elements of the three-dimensional image display apparatus according to the first aspect of the present invention are compared with the constituent elements of the three-dimensional image display apparatus according to the second aspect or the third aspect of the present invention, the light modulation means 30 is corresponding to the two-dimensional image forming apparatus 30, the Fourier transform image forming means 40 corresponds to the first lens L 1, the Fourier transform image selection means 50 corresponds to the spatial filter SF, the inverse Fourier transform unit and the second lens Corresponding to L 1 , the conjugate image forming means 60 corresponds to the second lens L 2 and the third lens L 3 . Therefore, for convenience, the following description will be made based on the terms of the two-dimensional image forming apparatus 30, the first lens L 1 , the spatial filter SF, the second lens L 1 , and the third lens L 3 .

光源10と2次元画像形成装置30との間には、光源10から射出された光を整形するための照明光学系20が配置されている。そして、光源10から射出され、照明光学系20を通過した光(照明光)によって、2次元画像形成装置30が照明される。照明光として、例えば、空間コヒーレンスの高い光源10からの光を照明光学系20によって平行光に整形された光を用いる。尚、照明光の特性、及び、係る照明光を得るための具体的な構成例に関しては、後述する。   An illumination optical system 20 for shaping light emitted from the light source 10 is disposed between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatus 30. Then, the two-dimensional image forming apparatus 30 is illuminated with light (illumination light) emitted from the light source 10 and passed through the illumination optical system 20. As illumination light, for example, light obtained by shaping light from the light source 10 having high spatial coherence into parallel light by the illumination optical system 20 is used. Note that the characteristics of the illumination light and a specific configuration example for obtaining the illumination light will be described later.

2次元画像形成装置30は、2次元的に配列された複数の画素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。具体的には、2次元画像形成装置30あるいは2次元空間光変調器は、2次元的に配列された、即ち、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、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。   The two-dimensional image forming apparatus 30 includes a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels 31 arranged two-dimensionally, and each pixel 31 has an opening. Specifically, the two-dimensional image forming apparatus 30 or the two-dimensional spatial light modulator is two-dimensionally arranged, that is, P × Q arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction. It consists of a transmissive liquid crystal display device having a single pixel 31, and each pixel 31 is provided with an opening.

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の光透過率を制御することによって、光源10から射出された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、係る開口を光源10から射出された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組=121組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。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から射出される。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。   One pixel 31 is composed of an overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode and including a liquid crystal cell. Then, by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve), that is, by controlling the light transmittance of each pixel 31, the light transmittance of the light emitted from the light source 10 is controlled, As a whole, a two-dimensional image can be obtained. In the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, a rectangular opening is provided. When light emitted from the light source 10 passes through the opening, Fraunhofer diffraction occurs. × N sets = 121 sets of diffracted light are generated. In other words, since the number of pixels 31 is P × Q, it can be considered that a total of (P × Q × M × N) diffracted lights are generated. In the two-dimensional image forming apparatus 30, the spatial frequency in the two-dimensional image is emitted from the two-dimensional image forming apparatus 30 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N) generated from each pixel 31. . The diffraction angle varies depending on the spatial frequency in the two-dimensional image.

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)には空間フィルタSFが配置されている。第1のレンズL1によって、複数の回折次数に対応する数であるM×N=121個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。 A two-dimensional image forming apparatus 30 is arranged on the front focal plane (focal plane on the light source side) of the first lens L 1 having a focal length f 1, and the rear focal plane (observation) of the first lens L 1. The spatial filter SF is disposed on the focal plane on the person side. The first lens L 1 generates M × N = 121 Fourier transform images that are numbers corresponding to a plurality of diffraction orders, and these Fourier transform images are formed on the spatial filter SF. In FIG. 2, for the sake of convenience, 64 Fourier transform images are shown as dots.

空間フィルタSFは、具体的には、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である。より具体的には、空間フィルタSFは、複数の回折次数に対応する数(具体的には、M×N=121)の開閉制御可能な開口部51を有する。そして、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1つの開口部51を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応する1つのフーリエ変換像を選択する。より具体的には、空間フィルタSFを、例えば、M×N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。尚、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3に示す。図3中、数字(m0,n0)は、開口部51の番号を示し、且つ、回折次数を示す。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する。 Specifically, the spatial filter SF is a spatial filter capable of temporal opening and closing control for spatially and temporally filtering the Fourier transform image. More specifically, the spatial filter SF includes a number of openings 51 that can be controlled to open and close (specifically, M × N = 121) corresponding to a plurality of diffraction orders. In the spatial filter SF, one Fourier corresponding to a desired diffraction order is obtained by opening one desired opening 51 in synchronization with the generation timing of a two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus 30. Select the conversion image. More specifically, the spatial filter SF is, for example, a transmissive liquid crystal display device or a reflective liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal having M × N pixels, or a movable mirror is a two-dimensional matrix. It can be composed of a two-dimensional type MEMS including devices arranged in a shape. FIG. 3 shows a schematic front view of the spatial filter SF composed of a liquid crystal display device. In FIG. 3, numerals (m 0 , n 0 ) indicate the numbers of the openings 51 and the diffraction orders. That is, for example, a Fourier transform image having a diffraction order of m 0 = 3 and n 0 = 2 is incident on the (3, 2) -th opening 51.

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。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。 As described above, specifically, the conjugate image forming unit 60 includes the second lens L 2 and the third lens L 3 . The second lens L 2 having the focal length f 2 performs the inverse Fourier transform on the Fourier transform image filtered by the spatial filter SF, thereby realizing the real image RI of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30. Form. The third lens L 3 having a focal length f 3 forms a conjugate image CI of the Fourier transform image filtered by the spatial filter SF.

第2のレンズL2は、その前側焦点面上に、空間フィルタSFが位置するように配置され、その後側焦点面に、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。 The second lens L 2 is arranged on the front focal plane so that the spatial filter SF is positioned, and the real image RI of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is formed on the rear focal plane. Are arranged to be. The magnification of the real image RI obtained here with respect to the two-dimensional image forming apparatus 30 can be changed by arbitrarily selecting the focal length f 2 of the second lens L 2 .

一方、第3のレンズL3は、その前側焦点面が第2のレンズL2の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面にフーリエ変換像の共役像CIが形成されるように配置されている。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)の光線に、光学系を透過した複数の回折次数(具体的にはM×N)を乗じた量で定義することができる。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、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の後側焦点面に、図22に示したプロジェクタ・ユニットが複数の回折次数分(具体的にはM×N個)、配置されている状態と等価である。 On the other hand, the third lens L 3 is arranged such that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the second lens L 2 , and a conjugate image CI of the Fourier transform image is formed on the rear focal plane. Are arranged as follows. Here, since the rear focal plane of the third lens L 3 is a conjugate plane of the spatial filter SF, it is generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 from a portion corresponding to one opening 51 on the spatial filter SF. This is equivalent to the output of the two-dimensional image. The amount of light finally generated and output is an amount obtained by multiplying the number of pixels (P × Q) by a plurality of diffraction orders (specifically, M × N) transmitted through the optical system. Can be defined. Further, although the back focal plane of the third lens L 3 conjugate image CI of the Fourier transform image is formed, in the back focal plane of the third lens L 3, orderly group of light beams are two-dimensionally It can be regarded as being placed. That is, as a whole, the projector unit shown in FIG. 22 is arranged on the rear focal plane of the third lens L 3 for a plurality of diffraction orders (specifically, M × N). Is equivalent.

図2及び図4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方向に沿って第−5次から第+5次までの11組の、Y方向に沿って第−5次から第+5’次までの11組の、合計、M×N組=121組の回折光が生成される。尚、図4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、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光に基づき、最終的に立体画像が形成される。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(11×11=121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、光源10からの光が各画素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射出される。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射出される。 As schematically shown in FIGS. 2 and 4, 11 pixels from the −5th order to the + 5th order along the X direction along the Y direction by one pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30. Eleven sets from the −5th order to the + 5′th order, M × N sets = 121 sets of diffracted light are generated. In FIG. 4, only the diffracted light of 0th order light (n 0 = 0), ± 1st order light (n 0 = ± 1), and ± 2nd order light (n 0 = ± 2) is shown as a representative. As shown, higher-order diffracted light is actually generated, and a stereoscopic image is finally formed based on these diffracted light. Here, all image information (information of all pixels) of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is collected in the diffracted light (light beam) of each diffraction order. A plurality of light beam groups (11 × 11 = 121 light beam groups) generated by diffraction from the same pixel on the two-dimensional image forming apparatus 30 all have the same image information at the same time. In other words, in the two-dimensional image forming apparatus 30 including a transmissive liquid crystal display device having P × Q pixels 31, the light from the light source 10 is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image. In addition, the spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N) generated from each pixel 31. That is, M × N types of copies of the two-dimensional image are ejected from the two-dimensional image forming apparatus 30 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N).

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、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が生成され、係るフーリエ変換像は空間フィルタSF上に結像される。第1のレンズL1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出された2次元画像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。 Then, the spatial frequency in the two-dimensional image in which all the image information of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is aggregated is Fourier transformed by the first lens L 1 , and a plurality of diffraction orders (total M × The number of Fourier transform images corresponding to N) is generated, and the Fourier transform images are formed on the spatial filter SF. In the first lens L 1 , a Fourier transform image having a spatial frequency in a two-dimensional image emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders is generated. Obtainable.

ここで、光源10から射出された光(照明光)の波長をλ(mm)、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像における空間周波数をν(lp/mm)、第1のレンズL1の焦点距離をf1(mm)とすると、第1のレンズL1の後側焦点面では、光軸から距離Y1(mm)の位置に、空間周波数νを有する光(フーリエ変換像)が現れる。 Here, the wavelength of light (illumination light) emitted from the light source 10 is λ (mm), the spatial frequency in the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is ν (lp / mm), and the first lens Assuming that the focal length of L 1 is f 1 (mm), light having a spatial frequency ν (Fourier transform image) at a distance Y 1 (mm) from the optical axis on the rear focal plane of the first lens L 1. ) Appears.

1=f1・λ・ν (1) Y 1 = f 1 · λ · ν (1)

第1のレンズL1における集光状態を、図5に模式的に示す。尚、図5中、「Y0」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y軸方向の長さを示し、「Y1」は、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像に基づく空間フィルタSF上でのフーリエ変換像のy軸方向の間隔を示す。また、0次の回折光を実線で示し、第1次の回折光を点線で示し、第2次の回折光を一点鎖線で示す。各回折次数の回折光が、云い換えれば、回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像が、第1のレンズL1によって空間フィルタSF上の異なる開口部51に集光される(図2も参照)。開口部51の数は、先に説明したとおりM×N個=121個である。空間フィルタSFへの集光角(空間フィルタSFから射出された後の発散角)θは、回折次数が同じフーリエ変換像(あるいは回折光)にあっては、P×Q個の画素31において同一である。空間フィルタSF上において、隣接する回折次数のフーリエ変換像の間の間隔は、式(1)から求めることができる。式(1)から、第1のレンズL1の焦点距離f1を任意に選択することによって、フーリエ変換像の位置(空間フィルタSF上の結像位置)を変化させることが可能である。 FIG. 5 schematically shows a condensing state of the first lens L 1 . In FIG. 5, “Y 0 ” indicates the length in the y-axis direction of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30, and “Y 1 ” is formed by the two-dimensional image forming apparatus 30. The interval in the y-axis direction of the Fourier transform image on the spatial filter SF based on the two-dimensional image is shown. Further, the 0th-order diffracted light is indicated by a solid line, the first-order diffracted light is indicated by a dotted line, and the second-order diffracted light is indicated by a one-dot chain line. In other words, the diffracted light of each diffraction order, in other words, the Fourier transform image generated by the number corresponding to the diffraction order is condensed by the first lens L 1 on different openings 51 on the spatial filter SF (FIG. 2). As described above, the number of the openings 51 is M × N = 121. The condensing angle (divergence angle after being emitted from the spatial filter SF) θ to the spatial filter SF is the same in the P × Q pixels 31 in the Fourier transform image (or diffracted light) having the same diffraction order. It is. On the spatial filter SF, an interval between Fourier transform images of adjacent diffraction orders can be obtained from Expression (1). By arbitrarily selecting the focal length f 1 of the first lens L 1 from the expression (1), the position of the Fourier transform image (image position on the spatial filter SF) can be changed.

第1のレンズL1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出された2次元画像における空間周波数を透過させるためには、利用する回折次数に応じて第1のレンズL1の開口率NAを選択する必要があり、焦点距離に拘わらず、第1のレンズL1以降の全てのレンズの開口率は、第1のレンズL1の開口率NA以上であることが要求される。 In the first lens L 1, in order to transmit the spatial frequency in the two-dimensional image emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders, the first lens L 1 in accordance with the diffraction order to use It is necessary to select an aperture ratio NA, and the aperture ratios of all lenses after the first lens L 1 are required to be equal to or higher than the aperture ratio NA of the first lens L 1 regardless of the focal length. .

開口部51の大きさは、式(1)におけるY1の値と同じ値とすればよい。一例として、照明光の波長λを532nm、第1のレンズL1の焦点距離f1を50mm、2次元画像形成装置30の1画素31の大きさを13μm〜14μm程度とすると、Y1の値は約2mmとなる。これは、空間フィルタSF上において、約2mm間隔という高い密度で各回折次数に対応したフーリエ変換像を得ることができることを意味する。云い換えれば、空間フィルタSF上において、X方向、Y方向のいずれの方向においても、約2mm間隔で、11×11=121個のフーリエ変換像を得ることができる。 Size of the opening 51 may be the same value as the value of Y 1 in the formula (1). As an example, the wavelength λ of the illumination light 532 nm, and the focal length f 1 of the first lens L 1 50 mm, the size of one pixel 31 of the two-dimensional image forming apparatus 30 is for approximately 13Myuemu~14myuemu, Y 1 Value Is about 2 mm. This means that a Fourier transform image corresponding to each diffraction order can be obtained at a high density of about 2 mm on the spatial filter SF. In other words, 11 × 11 = 121 Fourier transform images can be obtained on the spatial filter SF at intervals of about 2 mm in both the X direction and the Y direction.

ここで、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像における空間周波数νは、2次元画像がP×Q個の画素31から構成される2次元画像形成装置30によって形成されているので、最高でも、2次元画像形成装置30を構成する連続した2つの画素31から成る周期を有する周波数である。   Here, the spatial frequency ν in the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 composed of P × Q pixels 31. At most, the frequency has a period composed of two consecutive pixels 31 constituting the two-dimensional image forming apparatus 30.

図6の(A)に、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像における空間周波数が最も低い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図を示す。ここで、最も空間周波数が低い状態とは、全ての画素を、黒表示、又は、白表示にした場合であり、この場合の2次元画像における空間周波数は、平面波成分のみ(DC成分)を有する。尚、図6の(A)では白表示とした場合を示す。この場合における、第1のレンズL1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に図7の(A)に示すが、フーリエ変換像の光強度のピークは周波数ν1の間隔で現れる。 FIG. 6A is a schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 in a state where the spatial frequency in the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is the lowest. Here, the state with the lowest spatial frequency is a case where all pixels are displayed in black or white, and the spatial frequency in the two-dimensional image in this case has only a plane wave component (DC component). . FIG. 6A shows a case where white display is performed. In this case, the frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the first lens L 1 is schematically shown in FIG. 7A. The peak of the light intensity of the Fourier transform image has a frequency ν 1. Appears at intervals of.

一方、図6の(B)に、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像における空間周波数が最も高い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図を示す。ここで、最も空間周波数が高い状態とは、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。この場合における、第1のレンズL1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に図7の(B)に示すが、フーリエ変換像の光強度のピークは周波数ν2(=ν1/2)の間隔で現れる。図8の(A)に、空間フィルタSF上(xy平面上)におけるフーリエ変換像の分布を模式的に示し、図8の(B)及び(C)に、図8の(A)のx軸(点線で表す)上におけるフーリエ変換像の光強度分布を模式的に示す。尚、図8の(B)は最低空間周波数成分(平面波成分)を示し、図8の(C)は最高空間周波数成分を示す。 On the other hand, FIG. 6B shows a schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 in the state where the spatial frequency in the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is the highest. Here, the state with the highest spatial frequency is a case where all the pixels alternately display black display and white display. In this case, the frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the first lens L 1 is schematically shown in FIG. 7B. The peak of the light intensity of the Fourier transform image has a frequency ν 2. (= ν 1/2) appears at intervals. 8A schematically shows a Fourier transform image distribution on the spatial filter SF (on the xy plane), and FIGS. 8B and 8C show the x-axis of FIG. 8A. The light intensity distribution of the Fourier transform image on (it represents with a dotted line) is shown typically. 8B shows the lowest spatial frequency component (plane wave component), and FIG. 8C shows the highest spatial frequency component.

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。更には、フーリエ変換像の平面波成分のピーク位置が中心となるように、各々の回折次数に対して開口部51を設ければよい。これによって、各開口部51の中心位置52に、フーリエ変換像の光強度のピークが位置する。即ち、2次元画像における空間周波数が最低空間周波数成分(平面波成分)の場合におけるフーリエ変換像の周期的なパターンを中心として、2次元画像における正負の最高空間周波数を全て通過させ得るような開口部51とすればよい。   The planar shape of the opening 51 in the spatial filter SF may be determined based on the shape of the Fourier transform image. Furthermore, an opening 51 may be provided for each diffraction order so that the peak position of the plane wave component of the Fourier transform image is at the center. As a result, the peak of the light intensity of the Fourier transform image is located at the center position 52 of each opening 51. That is, an opening that allows all the highest positive and negative spatial frequencies in the two-dimensional image to pass through the periodic pattern of the Fourier transform image when the spatial frequency in the two-dimensional image is the lowest spatial frequency component (plane wave component). 51 may be used.

ところで、最も空間周波数が高い状態とは、図6の(B)に示したように、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。また、2次元画像形成装置30における画素構造の空間周波数と、2次元画像における空間周波数との関係は、以下のとおりである。即ち、開口が画素の全てを占めていると仮定したとき、2次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の(1/2)である。また、開口が画素の或る割合(1未満)を占めている場合には、2次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の(1/2)を下回る。それ故、空間フィルタSFにおいて現れる画素構造に起因した周期的なパターンの間隔の半分の位置までに、2次元画像における空間周波数は全て出現する。このことから、全ての開口部51を、空間的に相互に干渉することなく配置することができる。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する一方、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像は、他の開口部51には入射しない。これにより、フーリエ変換像毎に独立した開口部51を有する空間フィルタSF上において、1つの開口部51に位置するフーリエ変換像内に、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像における空間周波数が存在する一方、開口部51の空間的な制限によって2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像における空間周波数が欠落することはない。尚、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とみなすことができ、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。 By the way, the state with the highest spatial frequency is a case where all the pixels alternately display black and white as shown in FIG. 6B. The relationship between the spatial frequency of the pixel structure in the two-dimensional image forming apparatus 30 and the spatial frequency in the two-dimensional image is as follows. That is, assuming that the aperture occupies all of the pixels, the highest spatial frequency in the two-dimensional image is (1/2) of the spatial frequency of the pixel structure. Also, if the aperture occupies a certain percentage of pixels (less than 1), the highest spatial frequency in the two-dimensional image is below (1/2) the spatial frequency of the pixel structure. Therefore, all the spatial frequencies in the two-dimensional image appear up to the half of the periodic pattern interval due to the pixel structure appearing in the spatial filter SF. For this reason, all the openings 51 can be arranged without spatially interfering with each other. That is, for example, the (3,2) th aperture 51, while the Fourier transform image having a diffraction order of m 0 = 3, n 0 = 2 enters, the m 0 = 3, n 0 = 2 The Fourier transform image having the diffraction order does not enter the other openings 51. Thereby, the space in the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 in the Fourier transform image located in one opening 51 on the spatial filter SF having the independent opening 51 for each Fourier transform image. While the frequency exists, the spatial frequency in the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is not lost due to the spatial limitation of the opening 51. The spatial frequency of the pixel structure can be regarded as the carrier frequency, and the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information using the spatial frequency of the pixel structure as the carrier frequency.

そして、空間フィルタSFにおいては、M×N個のフーリエ変換像のそれぞれの通過/不通過を制御するために、開口部51の開閉制御が行われる。空間フィルタSFを、例えば液晶表示装置から構成すれば、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。   In the spatial filter SF, the opening / closing control of the opening 51 is performed in order to control the passage / non-passage of the M × N Fourier transform images. If the spatial filter SF is composed of, for example, a liquid crystal display device, the opening / closing control of the opening 51 can be performed by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve).

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。   Hereinafter, the timing of opening / closing control of the opening 51 in the spatial filter SF will be described.

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。   In the spatial filter SF, in order to select a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order, the opening / closing control of the opening 51 is performed in synchronization with the image output of the two-dimensional image forming apparatus 30. This operation will be described with reference to FIGS. 9, 10, and 11. FIG. 9 shows the image output timing in the two-dimensional image forming apparatus 30, and the middle stage in FIG. 9 shows the opening / closing timing of the (3, 2) -th opening 51 in the spatial filter SF. The lower part of FIG. 9 shows the opening / closing timing of the (3, 3) th opening 51.

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T1)に画像「A」が表示され、時間t2S〜t2Eの間(期間T2)に画像「B」が表示されるとする。このとき、空間フィルタSFにおいては、図9に示すように、期間T1にあっては第(3,2)番目の開口部51を、期間T2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T1にあっては、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m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「A」に関する画像情報が含まれている。一方、期間T2にあっては、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m0=3,n0=3の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「B」に関する画像情報が含まれている。 As shown in FIG. 9, in the two-dimensional image forming apparatus 30, for example, the image “A” is displayed during time t 1S to t 1E (period T 1 ), and during time t 2S to t 2E (period T 2). ) Is displayed as an image “B”. At this time, in the spatial filter SF, as shown in FIG. 9, the (3, 2) -th opening 51 is provided in the period T 1 and the (3, 3) -th in the period T 2. The opening 51 is set in an open state. In this way, different image information can be added to the Fourier transform image generated as different diffraction orders in the same pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 and generated by the first lens L 1 . In other words, in the period T 1 , an image “A” is displayed in a Fourier transform image having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 2 obtained in a certain pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30. Image information about is included. On the other hand, in the period T 2 , the Fourier transform image having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 3 obtained at the same certain pixel in the two-dimensional image forming apparatus 30 is an image related to the image “B”. Contains information.

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T1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の対応する開口部51にフーリエ変換像「α」として集光される。期間T1では、第(3,2)番目の開口部51のみを開くので、m0=3,n0=2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T2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の対応する開口部51にフーリエ変換像「β」として集光される。期間T2では、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、m0=3,n0=3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。 FIG. 10 schematically shows the timing of image formation and the timing of controlling the opening 51 in the two-dimensional image forming apparatus 30. In the period T 1 , the image “A” is displayed in the two-dimensional image forming apparatus 30, and M × N Fourier transform images are collected as Fourier transform images “α” in the corresponding openings 51 of the spatial filter SF. To be lighted. In the period T 1 , since only the (3, 2) th opening 51 is opened, only the Fourier transform image “α” having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 2 passes through the spatial filter SF. In the next period T 2 , the image “B” is displayed in the two-dimensional image forming apparatus 30, and similarly, M × N Fourier transform images are displayed on the corresponding openings 51 of the spatial filter SF. It is condensed as “β”. In the period T 2 , since only the (3, 3) th opening 51 is opened, only the Fourier transform image “β” having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 3 passes through the spatial filter SF. Thereafter, the opening / closing control of the opening 51 in the spatial filter SF is sequentially performed in synchronization with the image forming timing of the two-dimensional image forming apparatus 30. In FIG. 10, the opening 51 in the open state is surrounded by a solid line, and the opening 51 in the closed state is surrounded by a dotted line.

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、m0=3,n0=2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、m0=3,n0=3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、m0=4,n0=2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フレームの表示期間内に、2次元画像形成装置30における全ての次数分(M×N)の画像形成と、空間フィルタSFにおける1つの画像の選択が行われる。また、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。 When the image formation in the two-dimensional image forming apparatus 30 and the opening / closing control of the opening 51 are performed at such timing, an image obtained as the final output of the three-dimensional image display apparatus is schematically shown in FIG. . In FIG. 11, since the image “A ′” opens only the (3, 2) -th opening 51, only the Fourier transform image “α” having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 2 is a space. This is an image obtained as a result of passing through the filter SF, and the image “B ′” opens only the (3, 3) -th opening 51, so that Fourier having a diffraction order of m 0 = 3, n 0 = 3 Only the transformed image “β” is an image obtained as a result of passing through the spatial filter SF, and the image “C ′” opens only the (4, 2) -th opening 51, so m 0 = 4, n 0. Only the Fourier transform image “γ” having the diffraction order of = 2 is an image obtained as a result of passing through the spatial filter SF. Note that the image shown in FIG. 11 is an image viewed by an observer. In FIG. 11, for convenience, the image and the image are divided by solid lines, but the solid lines are virtual solid lines. In addition, to be exact, the image shown in FIG. 11 is not obtained at the same time, but since the image switching period is very short, it is observed as if it is simultaneously displayed to the eyes of the observer. The For example, image formation for all orders (M × N) in the two-dimensional image forming apparatus 30 and selection of one image in the spatial filter SF are performed within a display period of one frame. Further, although it is shown in a plan view in FIG. 11, what is actually observed by the observer is a stereoscopic image.

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、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像(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22に示したプロジェクタ・ユニットが複数の回折次数分(具体的にはM×N個)、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。 That is, as described above, from the rear focal plane of the third lens L 3 , the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 (for example, the images “A ′”, “ B ′ ”... Image“ C ′ ”) is output. That is, as a whole, the projector unit shown in FIG. 22 is arranged for a plurality of diffraction orders (specifically, M × N) on the rear focal plane of the third lens L 3 . In series, an image “A ′” is output from one projector unit, an image “B ′” is output from another projector unit, and an image “C ′” is output from another projector unit. Is equivalent to For example, if the image is reproduced in time series in the two-dimensional image forming apparatus 30 based on data of a large number of images (or images created by a computer) obtained by photographing a certain object from various positions (angles). A stereoscopic image can be obtained based on these images.

尚、回折次数に依存して、得られる画像の明るさが相違する場合には、最も暗い画像を基準として、明るい画像を減光する減光フィルタを第3のレンズL3の後側焦点面に配置すればよい。後述する実施例2〜実施例3においても同様である。 If the brightness of the obtained image is different depending on the diffraction order, a neutral density filter that attenuates a bright image with respect to the darkest image is used as the rear focal plane of the third lens L 3. Should be arranged. The same applies to Examples 2 to 3 described later.

また、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。後述する実施例2〜実施例3においても同様である。   Moreover, the opening / closing control of the openings 51 provided in the spatial filter SF may not be performed for all the openings 51. That is, for example, the opening / closing control of every other opening 51 may be performed, or the opening / closing control of only the opening 51 located at a desired position may be performed. The same applies to Examples 2 to 3 described later.

光源及び照明光学系の構成例を、図12の(A)〜(C)、図13の(A)〜(B)に示す。ここで、光源によって射出され、照明光学系によって整形され、2次元画像形成装置30を照明する光(照明光)の特性を、以下、空間コヒーレンスを用いて説明する。   Configuration examples of the light source and the illumination optical system are shown in FIGS. 12 (A) to 12 (C) and FIGS. 13 (A) to 13 (B). Here, the characteristics of light (illumination light) emitted by the light source, shaped by the illumination optical system, and illuminating the two-dimensional image forming apparatus 30 will be described below using spatial coherence.

空間コヒーレンスは、任意の空間における断面で生じる光の干渉性を示し、その度合いは、生成される干渉縞のコントラストで示すことができる。干渉縞の生成過程において、最もコントラストの高い干渉縞は、平面波若しくは平面波と光学的に交換可能な球面波の干渉によって生成される。このことから、空間コヒーレンスの最も高い光は、平面波(若しくは球面波)であることが分かる。1つの進行方向の成分のみを有する例えば平面波は空間コヒーレンスが最も高く、空間コヒーレンスの度合いが低くなるに従い、進行方向の成分が複数存在するようになる。また、光の進行方向成分の分布は、発光原点若しくは2次発光点の空間的な大きさを議論することと等価である。以上のことから、空間コヒーレンスは、発光原点若しくは2次発光点の空間的な大きさに基づき議論することができる。空間コヒーレンス、即ち、光源の空間的な大きさは、3次元像表示装置における画像の空間周波数特性を決定する要因となる。完全な空間コヒーレンスを有する光以外を照明光に用いると、高周波成分から順番にコントラストの低下が生じる。得られる画像の空間周波数特性は、具体的なアプリケーションによって異なる要求があることから、ここでは、具体的数値に言及せず、異なる要求に柔軟に対応するための様々な構成方法について述べる。   Spatial coherence indicates the coherence of light that occurs in a cross section in an arbitrary space, and the degree thereof can be indicated by the contrast of the generated interference fringes. In the process of generating interference fringes, the interference fringes with the highest contrast are generated by interference of plane waves or spherical waves that can be optically exchanged with plane waves. This shows that the light with the highest spatial coherence is a plane wave (or spherical wave). For example, a plane wave having only one traveling direction component has the highest spatial coherence, and as the degree of spatial coherence decreases, a plurality of traveling direction components exist. Further, the distribution of the light traveling direction component is equivalent to discussing the spatial size of the light emission origin or the secondary light emission point. From the above, the spatial coherence can be discussed based on the spatial size of the light emission origin or the secondary light emission point. Spatial coherence, that is, the spatial size of the light source is a factor that determines the spatial frequency characteristics of the image in the three-dimensional image display device. When light other than light having perfect spatial coherence is used as illumination light, the contrast decreases in order from the high frequency component. Since the spatial frequency characteristics of the obtained image have different requirements depending on specific applications, various configuration methods for flexibly responding to different requirements will be described here without referring to specific numerical values.

実施例1の3次元像表示装置1においては、照明光として空間コヒーレンスの高い光を用いる場合と、そうでない場合において、光源及び照明光学系の構成方法が異なる。また、光源の特性により照明光学系の構成が異なる。以下では、光源及び照明光学系における構成方法の組み合わせについて説明する。尚、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。   In the three-dimensional image display device 1 according to the first embodiment, the configuration method of the light source and the illumination optical system is different between the case where light with high spatial coherence is used as the illumination light and the case where it is not. Further, the configuration of the illumination optical system differs depending on the characteristics of the light source. Below, the combination of the structural method in a light source and an illumination optical system is demonstrated. In all cases, it is assumed that the light source is a single color or a light source close to a single color.

図12の(A)は、第1構成例として、空間コヒーレンスの高い光源10Aにより、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系20Aを構成した例を示している。光源10Aは、例えばレーザから構成されている。照明光学系20Aは、光源側から順に、レンズ21A、円形開口板22A、及び、レンズ24Aから構成されている。円形開口板22Aには、中央に円形のアパーチャ23Aが設けられている。レンズ24Aにおける集光位置にアパーチャ23Aが配置されている。レンズ24Aは、コリメータレンズとして機能する。   FIG. 12A shows an example in which an illumination optical system 20A having a high spatial coherence as a whole is configured by a light source 10A having a high spatial coherence as a first configuration example. The light source 10A is composed of, for example, a laser. The illumination optical system 20A includes a lens 21A, a circular aperture plate 22A, and a lens 24A in order from the light source side. The circular aperture plate 22A is provided with a circular aperture 23A at the center. An aperture 23A is disposed at a condensing position in the lens 24A. The lens 24A functions as a collimator lens.

図12の(B)は、第2構成例として、空間コヒーレンスの高い光源10Bを用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系20Bを構成した例を示している。光源10Bは、例えばレーザから構成されている。照明光学系20Bは、光源側から順に、レンズ21B、拡散板22B、及び、レンズ24Bから構成されている。拡散板22Bは、可動拡散板であってもよい。   FIG. 12B shows an example in which an illumination optical system 20B having a low spatial coherence as a whole is configured using a light source 10B having a high spatial coherence as a second configuration example. The light source 10B is composed of, for example, a laser. The illumination optical system 20B includes a lens 21B, a diffusion plate 22B, and a lens 24B in this order from the light source side. The diffusion plate 22B may be a movable diffusion plate.

図12の(C)及び図13の(A)は、第3構成例及び第4構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源10C,10Dを用いて、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系20C,20Dを構成した例を示している。光源10C,10Dとしては、例えば発光ダイオード(LED)や白色光源を用いる。図12の(C)の照明光学系20Cは、光源側から順に、レンズ21C、円形開口板22C、及び、レンズ24Cから構成されている。円形開口板22Cには、中央に円形のアパーチャ23Cが設けられている。レンズ24Cにおける集光位置に、アパーチャ23Cが配置されている。レンズ24Cは、コリメータレンズとして機能する。一方、図13の(A)の照明光学系20Dは、図12の(C)の照明光学系20Cに比べてレンズ21Cが省略され、光源側から順に、円形開口板22D、アパーチャ23D、及び、レンズ24Dから構成されている。   FIGS. 12C and 13A show the illumination optical system 20C having high spatial coherence as a whole using the light sources 10C and 10D having low spatial coherence as the third configuration example and the fourth configuration example. The example which comprised 20D is shown. For example, a light emitting diode (LED) or a white light source is used as the light sources 10C and 10D. The illumination optical system 20C shown in FIG. 12C includes a lens 21C, a circular aperture plate 22C, and a lens 24C in this order from the light source side. A circular aperture 23C is provided at the center of the circular aperture plate 22C. An aperture 23C is disposed at the condensing position of the lens 24C. The lens 24C functions as a collimator lens. On the other hand, in the illumination optical system 20D of FIG. 13A, the lens 21C is omitted compared to the illumination optical system 20C of FIG. 12C, and the circular aperture plate 22D, aperture 23D, and It consists of a lens 24D.

図13の(B)は、第5構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源10Eを用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系20Eを構成した例を示している。光源10Eの他は、レンズ24Eのみで構成されている。   FIG. 13B shows an example in which the illumination optical system 20E with a low spatial coherence as a whole is configured using a light source 10E with a low spatial coherence as a fifth configuration example. In addition to the light source 10E, the lens 24E is used alone.

各構成例において、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系を構築する場合には、光源に依存することなく2次発光点を小さくしている。また、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系を構築する場合には、光源に依存すること無く、2次発光点を大きくしている。以上に説明した光源及び照明光学系の各構成例は、以下の実施例2〜実施例3にも適用することができる。   In each configuration example, when an illumination optical system having a high spatial coherence as a whole is constructed, the secondary emission point is reduced without depending on the light source. Further, when constructing an illumination optical system that does not have high spatial coherence as a whole, the secondary light emission point is increased without depending on the light source. The configuration examples of the light source and the illumination optical system described above can be applied to the following second to third embodiments.

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、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射出され、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。また、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。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。 As described above, according to the three-dimensional image display device 1 of the first embodiment, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the light modulation means (two-dimensional image forming device) 30 corresponds to a plurality of diffraction orders. The Fourier transform image obtained by being emitted along the diffraction angle and Fourier-transformed by the Fourier transform image forming means 40 (first lens L 1 ) is obtained by the Fourier transform image selecting means 50 (spatial filter SF). Spatially and temporally filtered, and has a configuration in which a conjugate image CI of the filtered Fourier transform image is formed, so that the spatial density is high without increasing the size of the entire three-dimensional image display device. Moreover, it is possible to generate and scatter light groups in a state of being distributed in a plurality of directions. In addition, each light beam that is a constituent element of the light beam group can be independently controlled temporally and spatially. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional image using light rays that are close to the same quality as real-world objects.

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、高次回折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(2次元画像の一種のコピー)を、複数の回折次数分だけ(即ち、M×N個)、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。   Further, according to the three-dimensional image display device 1 of the first embodiment, since the light beam reproduction method is used, it is possible to provide a stereoscopic image that satisfies visual functions such as focus adjustment, convergence, and motion parallax. . Furthermore, according to the three-dimensional image display apparatus 1 of the first embodiment, since high-order diffracted light is efficiently used, one image output device (two-dimensional image formation) is compared with the conventional image output method. Light rays (a kind of copy of the two-dimensional image) that can be controlled by the device 30) can be obtained for a plurality of diffraction orders (ie M × N). Moreover, according to the three-dimensional image display device 1 of the first embodiment, spatial and temporal filtering is performed, so that the temporal characteristics of the three-dimensional image display device are changed to the spatial characteristics of the three-dimensional image display device. Can be converted. In addition, a stereoscopic image can be obtained without using a diffusion screen or the like. Furthermore, it is possible to provide an appropriate stereoscopic image for observation from any direction. In addition, since a group of rays can be generated and scattered at a spatially high density, a fine spatial image close to the visual recognition limit can be provided.

実施例2は、本発明の第1の態様及び第3の態様に係る3次元像表示装置に関する。実施例2の3次元像表示装置の概念図を図14に示す。   Example 2 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the first and third aspects of the present invention. A conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 2 is shown in FIG.

実施例2における光変調手段130は、実施例1における液晶表示装置とは異なり、P個(例えば、1920個)に区画された1次元画像を形成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器(回折格子−光変調装置201)によって形成され、P個に区画された1次元画像を2次元的に展開して(走査して)、P×Q個に区画された2次元画像を形成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数(具体的には、総数M×N)に対応した回折角に沿って射出する格子フィルタ(回折格子フィルタ)132を備えている。ここで、走査光学系(スキャンミラー205)によって形成され、P×Q個に区画された2次元画像の区画毎に、格子フィルタ132によってM×N組の回折光が生成される。尚、格子フィルタ132は、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。   Unlike the liquid crystal display device according to the first embodiment, the light modulation unit 130 according to the second embodiment is a one-dimensional spatial light modulator (specifically, a PD (eg, 1920) partitioned one-dimensional image). , Diffraction grating-light modulation device 201); a one-dimensional spatial light modulator (diffraction grating-light modulation device 201) formed by a two-dimensionally developed (scanned) P-dimensional one-dimensional image. ), A scanning optical system (specifically, scan mirror 205) that forms a P × Q partitioned two-dimensional image; and a spatial frequency in the generated two-dimensional image arranged on the two-dimensional image generation surface. Is provided along a diffraction angle corresponding to a plurality of diffraction orders (specifically, the total number M × N). Here, M × N sets of diffracted light are generated by the grating filter 132 for each section of the two-dimensional image formed by the scanning optical system (scan mirror 205) and partitioned into P × Q. The grating filter 132 may be composed of an amplitude grating or may be composed of a phase grating.

あるいは又、本発明の第3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2の3次元像表示装置1は、
(A)光源10、
(B)X方向に沿ってP個の画素を有し、1次元画像を生成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)回折光を生成する回折光生成手段(具体的には、格子フィルタ132)から成る2次元画像形成装置130、
(C)その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第1のレンズ(具体的には、実施例2にあっては凸レンズ)L1
(D)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個(但し、Nは正の整数)の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSF、
(E)その前側焦点面に空間フィルタSFが配置されている第2のレンズ(具体的には、実施例2にあっては凸レンズ)L2、並びに、
(F)第2のレンズL2の後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ(具体的には、実施例2にあっては凸レンズ)L3
を備えている。
Alternatively, to explain along the components of the three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1 of Example 2 is:
(A) Light source 10,
(B) A one-dimensional spatial light modulator (specifically, a diffraction grating-light modulation device 201) having P pixels along the X direction and generating a one-dimensional image; A scanning optical system (specifically, a scan mirror 205) that expands the generated one-dimensional image two-dimensionally to generate a two-dimensional image; and a two-dimensional image generation surface, Diffracted light generating means (specifically, grating filter 132) for generating diffracted light of M sets from the m-th order to the m'-th order (where m and m 'are integers and M is a positive integer). A two-dimensional image forming apparatus 130 comprising:
(C) a first lens (specifically, a convex lens in the second embodiment) L 1 in which diffracted light generating means is disposed on its front focal plane;
(D) Arranged on the rear focal plane of the first lens L 1 , M in the X direction and N in the Y direction (where N is a positive integer), a total of M × N A spatial filter SF having an opening 51 that can be controlled to open and close,
(E) a second lens (specifically, a convex lens in Example 2) L 2 in which a spatial filter SF is disposed on the front focal plane thereof;
(F) a third lens (specifically, a convex lens in Example 2) L 3 whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens L 2 ;
It has.

ここで、1次元画像はX方向に延びているとする。また、走査方向はY方向であり、2次元画像はX方向及びY方向に沿って形成されているとする。但し、代替的に、X方向とY方向とを交換してもよい。尚、図14においては、照明光学系20の図示を省略している。   Here, it is assumed that the one-dimensional image extends in the X direction. The scanning direction is the Y direction, and the two-dimensional image is formed along the X direction and the Y direction. However, alternatively, the X direction and the Y direction may be exchanged. In FIG. 14, the illumination optical system 20 is not shown.

1次元空間光変調器(回折格子−光変調装置201)は、光源10からの光を回折することによって1次元画像を生成する。より具体的には、回折格子−光変調装置201は、回折格子−光変調素子(GLV)210が一次元的にアレイ状に配列されて成る。回折格子−光変調素子210は、マイクロマシン製造技術を応用して製造され、反射型の回折格子から構成されており、光スイッチング作用を有し、光のオン/オフ制御を電気的に制御することで画像を表示する。そして、光変調手段130にあっては、回折格子−光変調素子210のそれぞれから射出された光を、ガルバノミラーやポリゴンミラーから成るスキャンミラー205で走査して2次元画像を得る。従って、P×Q(例えば1920×1080)の画素(ピクセル)から構成された2次元画像を表示するために、P個(=1920個)の回折格子−光変調素子210から回折格子−光変調装置201を構成すればよい。   The one-dimensional spatial light modulator (diffraction grating-light modulation device 201) generates a one-dimensional image by diffracting light from the light source 10. More specifically, the diffraction grating-light modulation device 201 includes a diffraction grating-light modulation element (GLV) 210 arranged in a one-dimensional array. The diffraction grating-light modulation element 210 is manufactured by applying a micromachine manufacturing technique, is composed of a reflective diffraction grating, has an optical switching action, and electrically controls on / off control of light. To display the image. In the light modulation means 130, the light emitted from each of the diffraction grating-light modulation elements 210 is scanned by the scan mirror 205 formed of a galvano mirror or a polygon mirror to obtain a two-dimensional image. Accordingly, in order to display a two-dimensional image composed of P × Q (for example, 1920 × 1080) pixels (pixels), the diffraction grating-light modulation from the P (= 1920) diffraction grating-light modulation elements 210 is performed. The apparatus 201 may be configured.

スキャンミラー205で走査して得られた2次元画像に基づき、回折光を生成させる必要がある。そのために、振幅型若しくは位相型のフィルタを2次元展開された面に配置することで、回折光を生成させる。具体的には、スキャンミラー205で走査して得られた2次元画像は、走査用レンズ系131を通過し、2次元画像の生成面に配置された格子フィルタ(回折格子フィルタ)132に入射し、格子フィルタ132において、P×Q個に区画された2次元画像の区画毎に、M×N組の回折光が生成される。即ち、格子フィルタ132からは、生成した2次元画像における空間周波数が、格子フィルタ132の各区画(画素に相当する)から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出される。格子フィルタ132は、焦点距離f1を有する第1のレンズL1の前側焦点面上に配置されている。 It is necessary to generate diffracted light based on the two-dimensional image obtained by scanning with the scan mirror 205. Therefore, diffracted light is generated by arranging an amplitude type or phase type filter on a two-dimensionally developed surface. Specifically, the two-dimensional image obtained by scanning with the scan mirror 205 passes through the scanning lens system 131 and enters a grating filter (diffraction grating filter) 132 disposed on the generation surface of the two-dimensional image. In the lattice filter 132, M × N sets of diffracted light are generated for each section of the P × Q two-dimensional image. That is, the spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted from the grating filter 132 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each section (corresponding to a pixel) of the grating filter 132. The grating filter 132 is disposed on the front focal plane of the first lens L 1 having a focal length f 1 .

1次元空間光変調器を用いる場合、形成される画像が1次元であることから、回折も1次元空間において起こる。従って、得られる回折光をY方向に拡散させることを目的とした光学系が必要となる。実施例2の3次元像表示装置にあっては、第3のレンズL3(共役像形成手段60)よりも下流(観察者側)に、1次元方向に生じている回折光を2次元方向に拡散させる異方性の光拡散を生じさせる部材(異方性拡散フィルタ、異方性拡散フィルムあるいは異方性拡散シートとも呼ばれる)133が配置されている。 When a one-dimensional spatial light modulator is used, since the formed image is one-dimensional, diffraction also occurs in the one-dimensional space. Therefore, an optical system intended to diffuse the obtained diffracted light in the Y direction is required. In the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment, the diffracted light generated in the one-dimensional direction is arranged in the two-dimensional direction downstream (observer side) from the third lens L 3 (conjugate image forming means 60). A member (also referred to as an anisotropic diffusion filter, an anisotropic diffusion film, or an anisotropic diffusion sheet) 133 that causes anisotropic light diffusion to be diffused is disposed.

以上の点を除き、実施例2の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例1において説明した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。   Except for the above points, the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus described in the first embodiment. To do.

以下、回折格子−光変調素子210の構成、構造を説明する。   Hereinafter, the configuration and structure of the diffraction grating-light modulation element 210 will be described.

回折格子−光変調素子210を構成する下部電極212、固定電極221、可動電極222等の配置を、図15に模式的に示す。尚、図15においては、下部電極212、固定電極221、可動電極222、支持部214,215,217,218を明示するために、これらに斜線を付した。   The arrangement of the lower electrode 212, the fixed electrode 221, the movable electrode 222, etc. constituting the diffraction grating-light modulation element 210 is schematically shown in FIG. In FIG. 15, the lower electrode 212, the fixed electrode 221, the movable electrode 222, and the support portions 214, 215, 217, and 218 are hatched for clarity.

この回折格子−光変調素子210は、下部電極212、帯状(リボン状)の固定電極221、並びに、帯状(リボン状)の可動電極222から成る。下部電極212は支持体211上に形成されている。また、固定電極221は、支持部214,215に支持され、下部電極212の上方に支持、張架されている。更には、可動電極222は、支持部217,218に支持され、下部電極212の上方に支持、張架されており、固定電極221に対して並置されている。図示した例において、1つの回折格子−光変調素子210は、3本の固定電極221と3本の可動電極222から構成されている。3本の可動電極222は纏めて制御電極に接続され、制御電極は、図示しない接続端子部に接続されている。一方、3本の固定電極221は纏めてバイアス電極に接続されている。バイアス電極は、複数の回折格子−光変調素子210において共通とされており、図示しないバイアス電極端子部を介して接地されている。下部電極212も、複数の回折格子−光変調素子210において共通とされており、図示しない下部電極端子部を介して接地されている。   The diffraction grating-light modulation element 210 includes a lower electrode 212, a band-shaped (ribbon-shaped) fixed electrode 221, and a band-shaped (ribbon-shaped) movable electrode 222. The lower electrode 212 is formed on the support 211. The fixed electrode 221 is supported by the support portions 214 and 215 and supported and stretched above the lower electrode 212. Further, the movable electrode 222 is supported by support portions 217 and 218, supported and stretched above the lower electrode 212, and juxtaposed with the fixed electrode 221. In the illustrated example, one diffraction grating-light modulation element 210 is composed of three fixed electrodes 221 and three movable electrodes 222. The three movable electrodes 222 are collectively connected to the control electrode, and the control electrode is connected to a connection terminal portion (not shown). On the other hand, the three fixed electrodes 221 are collectively connected to the bias electrode. The bias electrode is common to the plurality of diffraction grating-light modulation elements 210 and is grounded via a bias electrode terminal portion (not shown). The lower electrode 212 is also common to the plurality of diffraction grating-light modulation elements 210, and is grounded via a lower electrode terminal portion (not shown).

接続端子部、制御電極を介して可動電極222へ電圧を印加し、且つ、下部電極212へ電圧を印加すると(実際には、下部電極212は接地状態にある)、可動電極222と下部電極212との間に静電気力(クーロン力)が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極212に向かって可動電極222が下方に変位する。尚、可動電極222の変位前の状態を図16の(A)及び図16の(C)の左側に示し、変位後の状態を図16の(B)及び図16の(C)の右側に示す。そして、このような可動電極222の変位に基づき、可動電極222と固定電極221とによって反射型の回折格子が形成される。ここで、図16の(A)は、図15の矢印B−Bに沿った固定電極等の模式的な断面図、及び、図15の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図(但し、回折格子−光変調素子が作動していない状態にある)であり、図16の(B)は、図15の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図であり(但し、回折格子−光変調素子が作動している状態にある)、図16の(C)は、図15の矢印C−Cに沿った固定電極、可動電極等の模式的な断面図である。   When a voltage is applied to the movable electrode 222 via the connection terminal portion and the control electrode and a voltage is applied to the lower electrode 212 (actually, the lower electrode 212 is in a ground state), the movable electrode 222 and the lower electrode 212 are applied. Electrostatic force (Coulomb force) is generated between The movable electrode 222 is displaced downward toward the lower electrode 212 by the electrostatic force. The state of the movable electrode 222 before displacement is shown on the left side of FIGS. 16A and 16C, and the state after displacement is shown on the right side of FIGS. 16B and 16C. Show. Based on such displacement of the movable electrode 222, a reflective diffraction grating is formed by the movable electrode 222 and the fixed electrode 221. Here, FIG. 16A is a schematic cross-sectional view of a fixed electrode or the like along the arrow BB in FIG. 15 and a schematic view of a movable electrode or the like along the arrow AA in FIG. FIG. 16 is a cross-sectional view (however, the diffraction grating-light modulation element is not in operation), and FIG. 16B is a schematic cross-sectional view of the movable electrode and the like along the arrow AA in FIG. (However, the diffraction grating-light modulation element is in operation). FIG. 16C is a schematic cross section of the fixed electrode, the movable electrode, etc. along the arrow CC in FIG. FIG.

隣接する固定電極221の間の距離をd(図16の(C)参照)、可動電極222及び固定電極221に入射する光(入射角:θi)の波長をλ、回折角をθmとすると、
d[sin(θi)−sin(θm)]=mDif・λ
で表すことができる。ここで、mDifは次数であり、0,±1,±2・・・の値をとる。
The distance between adjacent fixed electrodes 221 is d (see FIG. 16C), the wavelength of light (incident angle: θ i ) incident on the movable electrode 222 and the fixed electrode 221 is λ, and the diffraction angle is θ m . Then
d [sin (θ i ) −sin (θ m )] = m Dif · λ
It can be expressed as Here, m Dif is an order and takes values of 0, ± 1, ± 2 ,.

そして、可動電極222の頂面と固定電極221の頂面の高さの差Δh1(図16の(C)参照)が(λ/4)のとき、回折光の光強度は最大の値となる。 When the height difference Δh 1 between the top surface of the movable electrode 222 and the top surface of the fixed electrode 221 (see FIG. 16C) is (λ / 4), the light intensity of the diffracted light is the maximum value. Become.

このような、回折格子−光変調装置を含む光変調手段(2次元画像形成装置)130の概念図を図17に示す。即ち、実施例2の光変調手段130は、レーザを射出する光源10、この光源10から射出された光を集光する集光レンズ(図示せず)、集光レンズを通過した光が入射する回折格子−光変調装置201、回折格子−光変調装置201から射出された光が通過するレンズ203及び空間フィルタ204、空間フィルタ204を通過した1本の光束を結像させる結像レンズ(図示せず)、結像レンズを通過した1本の光束を走査するスキャンミラー205から構成されている。   A conceptual diagram of such a light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 130 including a diffraction grating-light modulation device is shown in FIG. In other words, the light modulation means 130 of the second embodiment has a light source 10 that emits a laser, a condensing lens (not shown) that condenses light emitted from the light source 10, and light that has passed through the condensing lens is incident. Diffraction grating-light modulation device 201, lens 203 through which light emitted from diffraction grating-light modulation device 201 passes, spatial filter 204, and imaging lens that forms an image of one light beam that has passed through spatial filter 204 (not shown) I.e., a scanning mirror 205 that scans one light beam that has passed through the imaging lens.

このような光変調手段130にあっては、可動電極222が図16の(A)及び図16の(C)の左側に示した状態である回折格子−光変調素子210の不作動時、可動電極222及び固定電極221の頂面で反射された光は空間フィルタ204で遮られる。一方、可動電極222が図16の(B)及び図16の(C)の右側に示した状態である回折格子−光変調素子210の作動時、可動電極222及び固定電極221で回折された±1次(mDif=±1)の回折光は空間フィルタ204を通過する。このような構成にすることで、光のオン/オフ制御を制御することができる。また、可動電極222に印加する電圧を変化させることで、可動電極222の頂面と固定電極221の頂面の高さの差Δh1を変化させることができ、その結果、回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。 In such a light modulation means 130, the movable electrode 222 is movable when the diffraction grating-light modulation element 210 in the state shown on the left side of FIGS. 16A and 16C is inoperative. Light reflected by the top surfaces of the electrode 222 and the fixed electrode 221 is blocked by the spatial filter 204. On the other hand, the movable electrode 222 is diffracted by the movable electrode 222 and the fixed electrode 221 when the diffraction grating-light modulation element 210 is in the state shown on the right side of FIGS. 16B and 16C. First-order (m Dif = ± 1) diffracted light passes through the spatial filter 204. With such a configuration, light on / off control can be controlled. Further, by changing the voltage applied to the movable electrode 222, the height difference Δh 1 between the top surface of the movable electrode 222 and the top surface of the fixed electrode 221 can be changed. As a result, the intensity of the diffracted light can be increased. The gradation control can be performed by changing.

実施例3は、実施例1の変形である。実施例3の3次元像表示装置の概念図を、図18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3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や、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)を挙げることができる。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。   The third embodiment is a modification of the first embodiment. A conceptual diagram of the three-dimensional image display device of Example 3 is shown in FIG. In the three-dimensional image display apparatus of Example 1, the light transmission type two-dimensional image forming apparatus 30 was used. On the other hand, in the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment, a reflective light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30A is used. As the reflection type light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30A, for example, a reflection type liquid crystal display device or a configuration in which movable mirrors are provided in each opening (movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix) A configuration comprising a two-dimensional MEMS). A two-dimensional image is generated by moving / non-moving the movable mirror, and Fraunhofer diffraction is generated by the opening.

実施例3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、光源10から射出された光を反射型の光変調手段(2次元画像形成装置)30Aに向けて反射する。また、光変調手段(2次元画像形成装置)30Aからの反射光を透過する。この点を除き、実施例3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。   In the three-dimensional image display device according to the third embodiment, a beam splitter 70 is provided on the z-axis (optical axis). The beam splitter 70 has a function of transmitting or reflecting light depending on the difference in polarization components. The beam splitter 70 reflects the light emitted from the light source 10 toward the reflective light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30A. Further, the reflected light from the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30A is transmitted. Except for this point, the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment.

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。   Although the three-dimensional image display device of the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

実施例1〜実施例3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、2次元画像における空間周波数にクロストークが生じる結果、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フーリエ変換像選択手段を配置してもよい。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。 In the first to third embodiments, light modulators (two-dimensional image forming apparatuses) 30 and 30A and diffracted light generators are formed on the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming unit 40. The Fourier transform image selection means is arranged on the rear focal plane. However, in some cases, as a result of crosstalk occurring in the spatial frequency in the two-dimensional image, the finally obtained three-dimensional image is obtained. If the image is deteriorated but is allowed to deteriorate, the light modulating means (two-dimensional image) is positioned at a position shifted from the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming means 40. Forming apparatus) 30, 30A and diffracted light generating means may be arranged, or Fourier transform image selecting means may be arranged at a position shifted from the rear focal plane. The first lens L 1 , the second lens L 2 , and the third lens L 3 are not limited to convex lenses, and appropriate lenses may be selected as appropriate.

実施例1〜実施例3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19の(A)に示すように、照明光学系20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。   In the first to third embodiments, it is assumed that the light source is a monochromatic or nearly monochromatic light source in all cases, but the light source is not limited to such a configuration. The wavelength band of the light source 10 may extend to a plurality of bands. However, in this case, for example, the three-dimensional image display apparatus in the first embodiment will be described as an example, as shown in FIG. 19A, the illumination optical system 20 and the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus). It is preferable to arrange a narrow-band filter 71 that performs wavelength selection between 30 and 30, so that the wavelength band can be separated and selected, and monochromatic light can be extracted.

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19の(B)に示すように、照明光学系20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。   Alternatively, the wavelength band of the light source 10 may extend over a wide band. However, in this case, as shown in FIG. 19B, a dichroic prism 72 and a narrow band filter for performing wavelength selection are provided between the illumination optical system 20 and the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30. It is preferable to arrange 71G. Specifically, the dichroic prism 72 reflects, for example, red light and blue light in different directions and transmits light including green light. A narrow band filter 71G for separating and selecting the green light is disposed on the light emission side including the green light in the dichroic prism 72.

また、図20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、赤色光を射出する光源と3次元像表示装置、緑色光を射出する光源と3次元像表示装置、及び、青色光を射出する光源と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。尚、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。尚、以上に説明したこれらの3次元像表示装置の変形例は実施例2〜実施例3に適用することができることは云うまでもない。   Further, as shown in FIG. 20, a narrow band filter 71G for separating and selecting green light is arranged on the emission side of the light beam including green light in the dichroic prism 72, and the red light is separated on the emission side of the light beam including red light. If the narrow band filter 71R to be selected is arranged, and the narrow band filter 71B for separating and selecting the blue light is arranged on the light emission side including the blue light, the three-dimensional image display device for displaying the three primary colors can be obtained. A light source can be configured. Three three-dimensional image display devices having such a configuration are used. Alternatively, a light source that emits red light and a three-dimensional image display device, a light source that emits green light, a three-dimensional image display device, and a blue light are emitted. By using a combination of a light source and a three-dimensional image display device and synthesizing images from the respective three-dimensional image display devices using, for example, a light combining prism, color display can be performed. A dichroic mirror can be used instead of the dichroic prism. Needless to say, the modified examples of the three-dimensional image display device described above can be applied to the second to third embodiments.

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。FIG. 1 is a conceptual diagram on the yz plane of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. 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。FIG. 2 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display device according to the first embodiment when viewed from an oblique direction. 図3は、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)の1例の模式的な正面図である。FIG. 3 is a schematic front view of an example of Fourier transform image selection means (spatial filter). 図4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。FIG. 4 is a diagram schematically showing a state in which diffracted light of a plurality of diffraction orders is generated by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus). 図5は、フーリエ変換像形成手段(第1のレンズL1)における集光状態、及び、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)における結像状態を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing a condensing state in the Fourier transform image forming means (first lens L 1 ) and an imaging state in the Fourier transform image selecting means (spatial filter). 図6の(A)及び(B)は、それぞれ、光変調手段(2次元画像形成装置)によって形成された2次元画像における空間周波数が最も低い状態、及び、最も高い状態を示す光変調手段(2次元画像形成装置)の模式的な正面図である。FIGS. 6A and 6B respectively show the light modulation means (the state where the spatial frequency is the lowest and the highest state in the two-dimensional image formed by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus)). 1 is a schematic front view of a two-dimensional image forming apparatus. 図7の(A)及び(B)は、それぞれ、光変調手段(2次元画像形成装置)によって形成された2次元画像における空間周波数が最も低い状態、及び、最も高い状態におけるフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に示す図である。FIGS. 7A and 7B show the light of the Fourier transform image in the state where the spatial frequency is the lowest and the highest in the two-dimensional image formed by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus), respectively. It is a figure which shows typically the frequency characteristic of an intensity | strength. 図8の(A)は、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)のxy平面上におけるフーリエ変換像の分布を示す模式図であり、図8の(B)及び(C)は、図8の(A)のx軸上でのフーリエ変換像の光強度分布を示す図である。FIG. 8A is a schematic diagram showing the distribution of the Fourier transform image on the xy plane of the Fourier transform image selection means (spatial filter), and FIGS. It is a figure which shows the light intensity distribution of the Fourier-transform image on the x-axis of A). 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。FIG. 9 is a diagram showing the formation timing of the two-dimensional image in the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) and the opening / closing timing of the opening of the Fourier transform image selection means (spatial filter). The two-dimensional image formation timing in the means (two-dimensional image forming apparatus) is shown, and the opening and closing timing of the opening of the Fourier transform image selection means (spatial filter) is shown in the middle and lower stages. 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。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the concept of spatial filtering by Fourier transform image selection means (spatial filter) in time series. 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。FIG. 11 is a diagram schematically showing an image obtained as a result of the spatial filtering shown in FIG. 図12の(A)、(B)及び(C)は、それぞれ、実施例1の3次元像表示装置における光源及び照明光学系の第1構成例、第2構成例、及び、第3構成例を示す模式図である。12A, 12B, and 12C are respectively a first configuration example, a second configuration example, and a third configuration example of the light source and the illumination optical system in the three-dimensional image display apparatus of the first embodiment. It is a schematic diagram which shows. 図13の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1の3次元像表示装置における光源及び照明光学系の第4構成例、及び、第5構成例を示す模式図である。FIGS. 13A and 13B are schematic diagrams illustrating a fourth configuration example and a fifth configuration example of the light source and the illumination optical system in the three-dimensional image display apparatus according to Embodiment 1, respectively. 図14は、実施例2の3次元像表示装置の概念図である。FIG. 14 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment. 図15は、回折格子−光変調素子を構成する下部電極、固定電極、可動電極の配置を模式的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing the arrangement of the lower electrode, the fixed electrode, and the movable electrode constituting the diffraction grating-light modulation element. 図16の(A)は、図15の矢印B−Bに沿った固定電極等の模式的な断面図、及び、図15の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図(但し、回折格子−光変調素子が作動していない状態にある)であり、図16の(B)は、図15の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図であり(但し、回折格子−光変調素子が作動している状態にある)、図16の(C)は、図15の矢印C−Cに沿った固定電極、可動電極等の模式的な断面図である。16A is a schematic cross-sectional view of the fixed electrode and the like along the arrow BB in FIG. 15, and a schematic cross-sectional view of the movable electrode and the like along the arrow AA in FIG. However, the diffraction grating-light modulation element is in a non-operating state), and FIG. 16B is a schematic sectional view of the movable electrode and the like along the arrow AA in FIG. However, FIG. 16C is a schematic cross-sectional view of the fixed electrode, the movable electrode, and the like along the arrow CC in FIG. 15. . 図17は、実施例2の3次元像表示装置における光変調手段(2次元画像形成装置)の一部分等の概念図である。FIG. 17 is a conceptual diagram of a part of the light modulation unit (two-dimensional image forming apparatus) in the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment. 図18は、実施例3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。FIG. 18 is a conceptual diagram of a part of the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment on the yz plane. 図19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。FIGS. 19A and 19B are conceptual diagrams on a yz plane of a part of a modification of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. 図20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。FIG. 20 is a conceptual diagram on a yz plane of a part of another modification of the modification of the three-dimensional image display device according to the first embodiment. 図21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。FIG. 21 is a configuration diagram illustrating a multi-unit type three-dimensional image display device in which a plurality of three-dimensional image display devices according to the first embodiment are combined. 図22は、従来の3次元像表示装置の一構成例を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional three-dimensional image display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・3次元像表示装置、10,10A,10B,10C,10D,10E・・・光源、20,20A,20B,20C,20D,20E・・・照明光学系、21A,21B,21C,24A,24B,24C,24D,24E・・・レンズ、22A,22C,22D・・・円形開口板、22B・・・拡散板、23A,23C,23D・・・アパーチャ、30,130・・・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、52・・・開口部中心位置、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、131・・・走査用レンズ系、132・・・格子フィルタ、133・・・異方性拡散フィルタ、201・・・回折格子−光変調装置、203・・・レンズ、204・・・空間フィルタ、205・・・スキャンミラー、210・・・回折格子−光変調素子、211・・・支持体、212・・・下部電極、214,215,217,218・・・支持部、221・・・固定電極、222・・・可動電極、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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-dimensional image display apparatus 10,10A, 10B, 10C, 10D, 10E ... Light source 20,20A, 20B, 20C, 20D, 20E ... Illumination optical system, 21A, 21B, 21C, 24A, 24B, 24C, 24D, 24E ... lens, 22A, 22C, 22D ... circular aperture plate, 22B ... diffuser plate, 23A, 23C, 23D ... aperture, 30, 130 ... light Modulating means (two-dimensional image forming apparatus), 31 ... pixel, 40 ... Fourier transform image forming means, 50 ... Fourier transform image selecting means, 51 ... opening, 52 ... center of opening Position, 60 ... conjugate image forming means, 70 ... beam splitter, 71, 71R, 71G, 71B ... narrow band filter, 72 ... dichroic prism, 131 ... scanning lens system, 32... Grating filter, 133... Anisotropic diffusion filter, 201... Diffraction grating light modulator, 203... Lens, 204... Spatial filter, 205. ..Diffraction grating-light modulation element, 211... Support, 212... Lower electrode, 214, 215, 217, 218... Support, 221. L 1 ... 1st lens, L 2 ... 2nd lens, L 3 ... 3rd lens, SF ... Spatial filter, RI ... Real image (inverse Fourier transform image), CI ... Conjugate images of Fourier transform images

Claims (21)

(A)光源、
(B)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射出する光変調手段、
(C)光変調手段から射出された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、
(D)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、
(E)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、
を備えていることを特徴とする3次元像表示装置。
(A) a light source,
(B) Having a plurality of pixels, modulating the light from the light source by each pixel to generate a two-dimensional image, and corresponding the spatial frequency in the generated two-dimensional image to a plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(C) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image having a number corresponding to the plurality of diffraction orders by Fourier transforming the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means;
(D) Fourier transform image selection means for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among Fourier transform images generated in a number corresponding to the plurality of diffraction orders, and
(E) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
A three-dimensional image display device comprising:
共役像形成手段には、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が含まれることを特徴とする請求項1に記載の3次元像表示装置。   The conjugate image forming unit includes an inverse Fourier transform unit that forms a real image of the two-dimensional image generated by the light modulation unit by performing an inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection unit. The three-dimensional image display device according to claim 1. 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ことを特徴とする請求項1に記載の3次元像表示装置。   2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the light modulation means comprises a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and each pixel has an opening. . 2次元空間光変調器は、液晶表示装置から成ることを特徴とする請求項3に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 3, wherein the two-dimensional spatial light modulator comprises a liquid crystal display device. 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ことを特徴とする請求項3に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 3, wherein a movable mirror is provided in each opening of the two-dimensional spatial light modulator. 光変調手段は、
(B−1)1次元画像を生成する1次元空間光変調器、
(B−2)1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系、及び、
(B−3)2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する格子フィルタ、
から成ることを特徴とする請求項1に記載の3次元像表示装置。
The light modulation means is
(B-1) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image;
(B-2) a scanning optical system that generates a two-dimensional image by two-dimensionally developing a one-dimensional image generated by a one-dimensional spatial light modulator, and
(B-3) a grating filter that is arranged on a generation surface of a two-dimensional image and emits spatial frequencies in the generated two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders;
The three-dimensional image display device according to claim 1, comprising:
フーリエ変換像形成手段はレンズから成り、
該レンズの前側焦点面に光変調手段が配置されており、
該レンズの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ことを特徴とする請求項1に記載の3次元像表示装置。
The Fourier transform image forming means comprises a lens,
A light modulation means is disposed on the front focal plane of the lens;
2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein Fourier transform image selection means is disposed on the rear focal plane of the lens.
フーリエ変換像選択手段は、前記複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部を有することを特徴とする請求項1に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the Fourier transform image selection means has a number of opening controllable openings corresponding to the plurality of diffraction orders. フーリエ変換像選択手段は、液晶表示装置から成ることを特徴とする請求項1に記載の3次元像表示装置。   2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the Fourier transform image selection means comprises a liquid crystal display device. フーリエ変換像選択手段においては、光変調手段による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を選択することを特徴とする請求項9に記載の3次元像表示装置。   In the Fourier transform image selection means, the Fourier transform image corresponding to the desired diffraction order is selected by opening the desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the light modulation means. The three-dimensional image display device according to claim 9. 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ことを特徴とする請求項1に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information in which the spatial frequency of the pixel structure is a carrier frequency. (A)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P×Q個(但し、P及びQは任意の正の整数)の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折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、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組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配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(E)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
を備えていることを特徴とする3次元像表示装置。
(A) a light source,
(B) P × Q apertures (where P and Q are arbitrary positive integers) arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and the passage and reflection of light from the light source Alternatively, a two-dimensional image is generated by controlling diffraction for each aperture, and based on the two-dimensional image, M sets (m-th to m′-th) from the m-th order along the X direction for each aperture. Where m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the nth order to the n′th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N is A two-dimensional image forming apparatus that generates a total of M × N sets of diffracted light.
(C) a first lens having a two-dimensional image forming apparatus disposed on its front focal plane;
(D) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the first lens and has a total of M × N open / close controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(E) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
A three-dimensional image display device comprising:
2次元画像形成装置は、2次元的に配列されたP×Q個の画素を有する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ことを特徴とする請求項12に記載の3次元像表示装置。   13. The two-dimensional image forming apparatus comprises a liquid crystal display device having P × Q pixels arranged two-dimensionally, and each pixel is provided with an opening. Dimensional image display device. 2次元画像形成装置における各開口には、可動ミラーが設けられていることを特徴とする請求項12に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display apparatus according to claim 12, wherein each opening in the two-dimensional image forming apparatus is provided with a movable mirror. 空間フィルタは、M×N個の画素を有する液晶表示装置から成ることを特徴とする請求項12に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 12, wherein the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels. 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を特徴とする請求項12に記載の3次元像表示装置。   13. The three-dimensional image display device according to claim 12, wherein in the spatial filter, a desired opening is opened in synchronization with a generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming device. (A)光源、
(B)X方向に沿ってP個の画素を有し、1次元画像を生成する1次元空間光変調器;1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系;及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)回折光を生成する回折光生成手段から成る2次元画像形成装置、
(C)その前側焦点面に回折光生成手段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配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個(但し、Nは正の整数)の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(E)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
を備えていることを特徴とする3次元像表示装置。
(A) a light source,
(B) A one-dimensional spatial light modulator that has P pixels along the X direction and generates a one-dimensional image; two-dimensionally expands the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator; A scanning optical system for generating a two-dimensional image; and M sets from the m-th order to the m′-th order (where m and m ′ are integers) arranged on the generation surface of the two-dimensional image; , M is a positive integer) a two-dimensional image forming apparatus comprising diffracted light generating means for generating diffracted light,
(C) a first lens in which diffracted light generating means is disposed on the front focal plane;
(D) Arranged on the rear focal plane of the first lens, M × N in the X direction and N in the Y direction (where N is a positive integer). A spatial filter having a controllable opening,
(E) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
A three-dimensional image display device comprising:
1次元空間光変調器は、光源からの光を回折することによって1次元画像を生成することを特徴とする請求項17に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 17, wherein the one-dimensional spatial light modulator generates a one-dimensional image by diffracting light from the light source. 空間フィルタは、M×N個の画素を有する液晶表示装置から成ることを特徴とする請求項17に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 17, wherein the spatial filter comprises a liquid crystal display device having M × N pixels. 空間フィルタにおいては、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を特徴とする請求項17に記載の3次元像表示装置。   18. The three-dimensional image display device according to claim 17, wherein the spatial filter opens a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image. 第3のレンズの後方には、更に、異方性の光拡散を生じさせる部材が配置されていることを特徴とする請求項17に記載の3次元像表示装置。
18. The three-dimensional image display device according to claim 17, further comprising a member that causes anisotropic light diffusion behind the third lens.
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