CN1692298A - 立体图像显示装置 - Google Patents

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久保田重夫
河岛利孝
大迫纯一
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Abstract

本发明的课题是，提供一种不用全息技术而直接实现动态图像、静止图像的立体图像，并能进行高速工作的立体图像显示装置。本发明的立体图像显示装置有调制所入射的成为图像信号光的光强度的光调制器阵列；以及沿光轴方向改变来自光调制器阵列的各像素光的成像位置，形成立体剖面像的光偏转器阵列，用对一个像素的光进行驱动的多个光反射膜所对应的衍射型阵列形成光调制器阵列，用对一个像素的光进行驱动的多个光反射膜所对应的阵列形成光偏转器阵列4。

Description

立体图像显示装置
技术领域
本发明涉及显示立体动态图像、立体静止图像等的立体图像显示装置，特别是涉及使用三原色的图像信号光的、备有光调制器阵列和光偏转器阵列的立体图像显示装置。
背景技术
迄今，作为显示立体动态图像的立体图像显示装置，已知有专利文献1、2中记载的装置。这些技术都是以激光作为光源，以使立体像再生为目的的。首先，专利文献1的技术基本上将由TeO2晶体构成的行波型音响光学式调制器(AOM)用于光调制器，用反射镜对它进行扫描。专利文献2的技术将音响光学式调制器(AOM)用于光调制器，在光偏转器中将TeO2晶体作为单元用。
在专利文献1的技术中，在行波型音响光学式调制器(AOM)内进行实时全息图像的记录·再生，实现立体像。在专利文献2中，直接实现立体像。该专利文献2的技术虽然有时也称为模拟全息术，但实际上在实现立体像的过程中，不包括在物质内制成全息图像的过程。
另一方面，专利文献3中记载了应用于立体目视图像的记录或观察的远焦透镜系统的技术。
[专利文献1]
美国专利第5172251号说明书
[专利文献2]
美国专利第6201565号说明书
[专利文献3]
特公平4-28091号公报
发明的公开
本发明提供了一种不用全息技术而能直接实现动态图像、静止图像等立体图像的新的立体图像显示装置。
本发明的立体图像显示装置有调制所入射的成为图像信号光的光强度的光调制器阵列；以及沿光轴方向改变来自光调制器阵列的各像素光的成像位置，形成立体剖面像的光偏转器阵列，用对一个像素的光进行驱动的多个光反射膜所对应的衍射型阵列形成光调制器阵列，用对一个像素的光进行驱动的多个光反射膜所对应的阵列形成光偏转器阵列。
在该立体图像显示装置中，有对立体剖面像进行扫描，形成立体像用的扫描反射镜单元。另外，还有使立体像可视化的单元。
作为使立体像可视化的单元，例如，能用使立体像的像素进行远心成像用的菲涅耳透镜、以及在平均像面附近与像素的放大像等间距配置的微透镜阵列构成。另外，作为使立体像可视化的单元，还能用使立体像的像素进行远心成像用的菲涅耳透镜、以及配置在平均像面附近的散射体构成。另外，作为使立体像可视化的单元，还能用配置在用光偏转器阵列成像的立体剖面像附近的光折射型构件构成。另外，作为使立体像可视化的单元，还能用对一个像素进行共同的振幅调制的多个光调制器所对应的光调制器阵列；以及光偏转器对多个光调制器的每一个所对应的光偏转器阵列构成，利用上述光偏转器使来自各光调制器的多个像素的像一致。
另外，本发明能这样构成：光调制器阵列是一维阵列，该一维光调制器阵列被配置成能入射立体像的水平方向的信息，扫描反射镜单元被配置成沿显示画面的垂直方向扫描立体剖面像。
在本发明的立体图像显示装置中，用衍射型阵列形成光调制器阵列，用该衍射型阵列调制成为图像信号光的光强度。利用光偏转器阵列使该进行了光调制的光的正负一次衍射光反射后偏转，成像位置沿光轴方向移动，形成立体剖面像。以该立体剖面像为基础，获得立体图像。图像信号中光强度的信息被输入到光调制器阵列，图像信号中的进深信息被输入到光偏转器阵列。因此，如果随时间变化的图像信号分别被输入到光调制器阵列及光偏转器阵列，则能获得立体动态图像。如果不随时间变化的图像信号分别被输入到光调制器阵列及光偏转器阵列，则能获得立体静止图像。
通过设置扫描反射镜单元，能沿一个方向扫描立体剖面像，作为立体图像进行显示。通过设置使立体像可视化的单元，谋求增大散射角，能可靠地观察立体图像。
用进行远心成像的菲涅耳透镜阵列和微透镜阵列构成使立体像可视化的单元时，能谋求可使立体图像可视的立体图像显示装置的实用化。
用由光折射型材料构成的立体像可视屏幕构成使立体像可视化的单元时，能谋求可使立体图像可视的立体图像显示装置的实用化。
用对一个像素进行共同的振幅调制的多个光调制器所对应的光调制器阵列；以及光偏转器对多个光调制器的每一个所对应的光偏转器阵列构成，利用光偏转器使来自各光调制器的多个像素的像一致，构成使立体像可视化的单元时，能谋求可使立体图像可视的立体图像显示装置的实用化。
将一维光调制器阵列配置成能入射立体像的水平方向的信息、将扫描反射镜单元配置成沿显示画面的垂直方向扫描立体剖面像时，观察者能在自然的状态下观察立体图像。
按照上述本发明的立体图像显示装置，通过用衍射型阵列构成光调制器阵列，用具有可变反射镜功能的阵列构成光偏转器阵列，能沿光轴方向改变衍射型阵列的像素的像，形成立体剖面像。通过用扫描反射镜单元扫描该立体剖面像，能形成立体像，能显示立体图像。而且，通过设置将立体像可视化用的单元，能增大散射角，作为立体像而被看到。
用使立体像的图像进行远心成像用的菲涅耳透镜、以及微透镜阵列构成使立体像可视化用的单元时，能用简单的结构使立体像的可视化成为可能，能使立体图像显示装置实用化。
用使立体像的图像进行远心成像用的菲涅耳透镜、以及散射体构成使立体像可视化用的单元时，能用更简单的结构使立体像的可视化成为可能，能使立体图像显示装置实用化。
用光折射型构件构成使立体像可视化用的单元时，能使装置总体的结构简单化，使立体像的可视化成为可能，能使立体图像显示装置实用化。
用对一个像素进行共同的振幅调制的多个光调制器所对应的光调制器阵列；以及光偏转器对多个光调制器的每一个所对应的光偏转器阵列构成使立体像可视化用的单元时，也能使装置总体的结构简化，使立体像的可视化成为可能，能使立体图像显示装置实用化。
光调制器阵列是一维阵列，一维光调制器阵列被配置成能入射立体像的水平方向的信息，扫描反射镜单元被配置成沿显示画面的垂直方向扫描立体剖面像时，能在显示画面上在与实际的立体物体相同的状态下显示立体图像，所以观察者能在自然的状态下观看立体图像。
附图的简单说明
图1是表示本发明的立体图像显示装置的一种实施形态的概略结构图。
图2A是表示成为本发明的光调制器阵列的衍射型MEMS阵列(即GLV阵列)的与一个像素对应的结构的斜视图，图2B是其剖面图。
图3A、B是衍射型MEMS阵列的工作说明图。
图4是本发明的一维衍射型MEMS阵列的结构图。
图5A是表示成为本发明的光偏转器阵列的MEMS阵列(即GLV阵列)的与一个像素对应的结构的斜视图，图5B是其工作说明图。
图6是本发明的立体图像显示装置的获得立体剖面像的主要部分的概略结构图。
图7A、B是供说明本发明的光偏转器阵列的工作的说明图。
图8是表示供本发明的说明用的反射镜旋转角与屏幕上的像的进深方向的移动量的关系的曲线图。
图9是表示成为反射镜的GLV像素的带的倾角和下沉量的说明图。
图10是表示GLV像素的反射镜面的倾斜引起的衍射光的反射波面的倾斜的说明图。
图11是立体剖面像的散射角的说明图。
图12是表示本发明的使立体像可视化的一种实施形态的概略结构图。
图13是表示本发明的使立体像可视化的一种实施形态的示意图。
图14A是从正上方看图13的平面图，图14B是从正侧面看图13的侧视图。
图15是本发明的使立体像可视化的一种实施形态的说明图。
图16是表示本发明的使立体像可视化的另一种实施形态的概略结构图。
图17是表示本发明的使立体像可视化的另一种实施形态的示意图。
图18A是从正上方看图17的平面图，图18B是从正侧面看图17的侧视图。
图19是表示本发明的使立体像可视化的另一种实施形态的示意图。
图20是表示本发明的使立体像可视化的另一种实施形态的示意图。
实施发明的最佳形态
以下，参照附图说明本发明的实施形态。
图1表示本发明的立体图像显示装置的一种实施形态的简略结构。
立体物体有复数振幅反射率，在显示立体图像的情况下，关于物体的亮度，即所谓光的强度的信息(振幅)、以及关于进深的信息(相位)成为必要。在本实施形态中，用MEMS阵列调制振幅和相位。
本实施形态的立体图像显示装置1有：对应于红(R)、绿(G)及蓝(B)三原色的激光光源2[2R、2G、2B]；入射从各激光光源2R、2G及2B射出的各色激光，调制光的强度的三个一维光调制器阵列3[3R、3G、3B]；在轴上合成用各光调制器阵列3进行了强度调制的各色激光的合成单元5，例如棱镜；使光调制器阵列3的图像以等放大率成像用的等放大率光学系统6；沿光轴方向改变合成后的激光的成像位置，形成立体剖面像用的一维光偏转器阵列4；放大立体剖面像的投射透镜系统7；扫描放大后的立体剖面像，形成立体像的扫描反射镜单元8，例如电流反射镜；以及使立体像可视化的单元9，图示的例子是立体像可视屏幕。10表示反射镜。
激光光源2[2R、2G、2B]是射出各红、绿及蓝色的相干激光的光源。在本例中，用波长为642nm的半导体激光器作为红色的激光光源2R，用波长为532nm的固体激光器作为绿色的激光光源2G，用波长为457nm的固体激光器作为蓝色的激光光源2B。来自各激光光源2的激光例如通过柱面透镜，形成层状光束，入射到一维光调制器阵列3中。
对应于各色的三个光调制器阵列3[3R、3G、3B]采用由衍射型的微电子机械系统(所谓的衍射型MEMS)构成的静电驱动型的阵列。在本例中，由GLV(光栅光阀)阵列构成。该光调制器阵列、即GLV阵列3由排列在一行上的多条，例如6000条以上的带状反射镜(以下简称带)构成，指定6条带形成一个像素。在一个像素所对应的6条带中，每隔一条的三条是可动部分，通过施加电压而成为衍射光栅，对光进行振幅调制。因此，该GLV阵列3是一维光调制器阵列。
图2表示对应于一个像素的一个GLV像素3’的简略结构。该GLV像素3’是这样构成的：在基板11上形成公用的基板侧电极12，与该基板侧电极12相向地将空间16夹在中间，通过支撑部形成由绝缘膜13和覆盖其表面的兼作反射膜的驱动侧电极14构成的6条带15[151、152、153、154、155、156]。该GLV像素3’的带15是所谓的双跨梁结构。例如在硅基板上有绝缘膜而形成基板11。例如用氮化硅膜形成了构成带15的绝缘膜13，例如能用铝(Al)膜形成驱动侧电极14。在一个GLV像素3’中，每隔一条的3条带151、153、155是以加在基板侧电极12与驱动侧电极14之间的电信号(即电压)，利用静电力接近或离开基板侧电极12的可动带，其他带152、154、156是固定带。图2A表示每隔一条的带151、153、155被拉到基板侧电极12上的状态。这时，6条带15每隔一条下沉，形成衍射光栅。
在GLV像素3’中，能模拟地控制在可动带151、153、155的表面上反射的激光的相位与在固定带152、154、156的表面上反射的相位之差。例如相位之差能模拟地控制在0-λ/4之间。另外，相位之差被数字地控制在0与λ/4之间的情况也是可能的。例如，考虑激光垂直入射于该GLV像素3’的情况。如果6条带15形成同一平面，则如图3A所示，激光直接垂直反射。这时带15表面上的反射光的波面W0如虚线所示。该反射光是0次光。另一方面，如果带15每隔一条下沉，则如图3B所示，除了垂直反射的0次光以外，由于衍射，还发生正负一次光。正负一次光的波面W1、W-1如实线所示。虽然也发生二次以上的衍射光，但其强度小到能忽略的程度。在图4中，在基板上沿一个方向排列了多个(例如1000个)这样的GLV像素3’。在本例中，示出了沿立体像的水平方向排列的第一个一维GLV阵列3，从而能入射立体像的水平方向的信息。该第一个GLV阵列3能对每个GLV像素3’变更所入射的光的反射光的相位。
一维光偏转器阵列4起反射镜的作用，用来分别反射从光调制器阵列3发生的对应于一个像素的正负一次衍射光，沿光轴方向改变各像素的成像位置。该光偏转器阵列4由采用与上述的光调制器阵列3相同结构的第二个一维GLV阵列构成。图5表示对应于该第二GLV阵列4的一个像素的一个GLV像素4’。如图5A所示，GLV像素4’与上述的图2相同，在基板21上形成公用的基板侧电极22，与该基板侧电极22相向地将空间26夹在中间，通过支撑部形成由绝缘膜，例如氮化硅膜23和覆盖其表面的兼作反射膜的驱动侧电极，例如铝膜24构成的6条带25[251、252、253、254、255、256]。该GLV像素4’的带25是所谓的双跨梁结构。这6条带25作为总体形成一个反射镜进行驱动。即独立地进行使各带251～256静电驱动，如图5B所示，缓慢改变加在基板侧电极22与各带25之间的电压，从带251到带256呈阶梯状移位。因此，作为总体看时，带25等效于以规定的角度倾斜的一个反射镜。通过控制加在各带251～256上的电位，能改变该倾斜角。
在构成该光偏转器阵列的第二GLV阵列4中，相对于第一GLV阵列3的一个像素的GLV像素3’，对应地设置两个GLV像素4’。即，对从一个像素的GLV像素3’发生的正负一次衍射光，设置使该正一次衍射光及负一次衍射光分别偏转的两个GLV像素4’。该两个GLV像素4’对应于后面所述的图7所示的两个反射镜531、532或两个反射镜532、533。如图6所示，该第二GLV阵列4被配置在第一GLV阵列3的下侧。即，第一GLV阵列3和第二GLV阵列4被配置成两级。
使激光照射在上述的光调制器阵列3上时，能显示一维光调制器阵列即第一GLV阵列3的，是立体物体投影在平面上的一部分。等放大率光学系统6是将该第一GLV阵列3的像以等放大率制成中间像用的系统，配置在第一GLV阵列3与第二GLV阵列4之间的光路上。
如图6所示，该等放大率光学系统6用由第一凹面反射镜19和第二凸面反射镜20构成的奥芙纳尔型双反射镜等放大率光学系统(以下称奥芙纳尔等放大率光学系统)构成。成为图像信号光的激光照射在一维光调制器阵列的第一GLV阵列3上，进行光调制后，发生正负一次衍射光21。该正负一次衍射光21利用奥芙纳尔等放大率光学系统6进行聚焦，在第一GLV阵列3的正下方作为对应于各像素的等放大率中间像X[X1、X2、…Xn]而成像。这时，利用配置在奥芙纳尔等放大率光学系统6内的纹影滤光器，将正负一次衍射光分量以外的衍射光分量(包括0次衍射光)除去。在第一GLV阵列3的正下方形成了等放大率的中间像X的状态是不设置光偏转器阵列的第二GLV阵列4时的状态。
在本实施形态中，起反射镜作用的光偏转器阵列即第二GLV阵列4被配置在制成第一GLV阵列3的中间像X的原来的位置之前的位置上，由该第二GLV阵列4将中间像X形成在与原来的位置不同的位置上，而且沿光轴方向变化，作为进深变化的立体剖面像Px而成像。
成为该反射镜的第二GLV阵列4的一个像素的GLV像素4’对应于一个像素的正一次衍射光及负一次衍射光而设置两个。通过改变该两个GLV像素4’的反射面的倾斜角，改变正负一次衍射光的反射角度，使原来在同一平面上形成的第一GLV阵列3的像素的中间像相对于该平面沿光轴方向移动，制成立体剖面像。再用图7的原理图进行说明。在图7中，531、532及533表示反射镜，541、542、533及544表示光束。Q1及Q2分别表示用等放大率光学系统6使第一GLV阵列3的像按等放大率成像的第一及第二像素的中间像。原来，在同一平面S上形成第一GLV阵列3的像素的等放大率的中间像Q1、Q2。即，入射到原来的像素的中间像Q1的位置的光是平行光束(例如正一次衍射光)541和光束(例如负一次衍射光)542。这里，如图所示，将反射镜531、532配置在光束541与光束542重合处的紧前面。如果反射镜531和反射镜532非倾斜地位于一直线上，则如图7A所示，利用在反射镜531、532上反射的光束541、542，在虚线Px1的位置上形成第一像素的中间像Q1。同样，如果反射镜532和533非倾斜地位于一直线上，则利用在反射镜532、533上反射的光束543、544，在虚线Px2的位置上形成第二像素的中间像Q2。
其次，如果使反射镜531和反射镜532分别通过中心，绕着垂直于纸面的转轴互相等量地沿相反方向旋转，则如图7B所示，第一像素的中间像Px1沿纸面的左右方向移动。这里，所谓纸面的左右方向，从投影机的光学系统，即从立体图像显示装置的光学系统看，是其光轴方向，与使GLV阵列3的中间像从物体表面沿光轴方向移动是等效的。因此，成像素沿光轴方向移动，形成立体剖面像。
可是，在光束(例如正一次衍射光)543和光束(例如负一次衍射光)544入射后聚焦的位置上制成第二像素的中间像Px2。使用反射镜532和反射镜533能在第一像素的中间像Px1的移动位置附近制成该第二像素的中间像Q1。这时，由于反射镜532为共有，所以使旋转受到制约。假定像素的中间像向光轴方向的移动量连续地变化，那么在第一像素的像Px1的移动位置和第二像素的像Px2的移动位置沿光轴方向缓慢变化，但第一像素的像Px1的移动所必需的反射镜532的旋转角和第二像素的像Px2的移动所必需的反射镜532的旋转角两者方向相反。
因此，为了解决这样的问题，作为光调制器阵列的第一GLV阵列3[3R、3G、3B]显示一个像素时，不显示第二像素，进行所谓的在TV接收机中的隔行扫描这样的分时显示即可。
作为光偏转器阵列的第二GLV阵列4的目的在于使第一GLV阵列3的像素的像沿光轴方向移动，将移动后的第一GLV阵列3的像素的像排列起来，生成立体剖面像。通过用一个扫描反射镜单元，例如电流反射镜8对该立体剖面像进行扫描，制成立体像。
如上所述，作为光调制器阵列的第一GLV阵列3最好这样构成：多个GLV像素3’对应于立体像的水平方向呈一维排列。即，第一GLV阵列3被配置成能入射立体像的水平方向的信息，第一GLV阵列3的像素的像在作为显示画面的屏幕上沿水平方向照射即可。对应于该第一GLV阵列3，电流反射镜被配置成能沿屏幕的垂直方向扫描第一GLV阵列3的像素的像，也就是说扫描立体剖面像。
第一GLV阵列3及第二GLV阵列4被配置成能使激光沿规定的角度倾斜照射。
后面将详细说明使立体像可视化的立体像可视屏幕9。
其次，说明图1中的立体图像显示装置1的概略的工作。图像信号中的光强度的信息被供给作为光调制器阵列的第一GLV阵列3[3R、3G、3B]，图像信号中的进深信息被供给作为光偏转器阵列的第二GLV阵列4。然后，从对应于红、绿及蓝各色的激光光源2R、2G及2B射出激光。成为图像信号光的各激光通过图中未示出的例如柱面透镜，制成层状光束，入射到作为各对应的衍射型的光调制器阵列的第一GLV阵列3R、3G、3B中进行强度调制。来自强度调制后的各第一GLV阵列3R、3G、3B的正负一次衍射光入射到合成单元的例如棱镜5中，在光轴上进行合成。即，来自中央的GLV阵列3G的正负一次衍射光直接入射到棱镜5中，来自两侧的GLV阵列3R、3B的正负一次衍射光分别用反射镜10反射后入射到棱镜5中。在棱镜5中合成后的合成激光通过奥芙纳尔等放大率光学系统6，入射到作为光偏转器阵列的第二GLV阵列4中。在该第二GLV阵列4中，由一个像素的两个GLV像素4’使对应于各像素的正负一次衍射光偏转，沿光轴方向形成各成像素不同的等放大率的立体剖面像。该立体剖面像对应于将立体物体的水平剖面投影到平面上时的立体物体的前面侧的轮廓线。其次，该具有进深的立体剖面像在投射透镜7中被放大，由扫描反射镜单元，例如电流反射镜8沿箭头V方向，即屏幕的垂直方向进行扫描，照射在立体像可视屏幕9上。在该立体像可视屏幕9上，作为立体像被可视化，能显示立体像的图像。同步地驱动第一GLV阵列3和第二GLV阵列4。
其次，用具体例，详细说明利用光偏转器阵列4，沿光轴方向改变像素的成像位置，形成立体剖面像的情况。
现在，假设成为光调制器阵列的第一GLV阵列3的像素尺寸，即相当于一个像素的一个GLV像素3’的尺寸为25微米见方。在一个GLV像素3’内有6条带25，带25的周期P为P＝25/3＝8.3微米。
如果假定Psinθ＝λ＝0.55微米，则由该式决定的正负一次衍射光的衍射角为θ＝3.78°。
另一方面，成为光偏转器阵列的第二GLV阵列(相当于反射镜)4的一个GLV像素(以下为方便起见称为反射镜)4’的尺寸也定为等于第一GLV阵列3的一个像素尺寸即25微米见方。根据该反射镜4’的尺寸和衍射角θ，第二GLV阵列4的位置配置在距离第一GLV阵列3的中间像为189微米处。反射镜4’如果不旋转，则等放大率的中间像的移动位置距离反射镜4’为189微米。反射镜4’旋转(即倾斜)时，周边光线的倾角、即用第二GLV阵列4上反射的正负一次衍射光构成的角度为3.78°-2θ，如果中间像平行于光轴方向移动，则移动后的中间像的位置距离反射镜4’的面为
12.5/tan(3.78-2θ)
因此，以θ＝1.89°移动后像的位置为无限远。
图8是表示反射镜4’的旋转角(倾斜角)θ与像位置在屏幕上的移动量之间的关系的曲线图。另外，像是在屏幕上投射成30倍的情况。从图8可知，如果反射镜4’旋转的角度范围为±1°，则能实现±50mm的进深。因此，25微米见方的反射镜4’倾斜1°时，如图9所示，下沉量d为0.2微米。另外，这里所说的反射镜4’的微小旋转运动应与成为光调制器阵列的第一GLV阵列3的驱动同步地进行。因此，光偏转器阵列4与光调制器阵列3相同，有必要以微秒工作，作为能以微秒工作的MEMS装置，适合采用GLV装置。在本例中，由于用成为反射镜的光偏转器阵列4与光调制器阵列3相同的MEMS阵列，即用GLV阵列构成，所以与光调制器阵列3同步地驱动光偏转器阵列4变得容易，能以微秒进行高速工作。
如上所述，如果分阶段地改变加在GLV像素4’的6条带251～256上的电压，则等效于6条带25总体旋转了，能使衍射光倾斜。带25总体的旋转角为1°时，带25总体的最大位移为0.2微米，所以GLV像素4’的带25的最大位移量与λ/4＝0.13微米没有很大差别。图10表示一个GLV像素4’的反射镜面倾斜时用反射镜面反射的反射光的波面的倾斜情况。a、b表示根据反射镜面的倾角而倾斜的波面。
由上述的两级第一及第二GLV阵列3及4制成的立体剖面像的纵向的长度由GLV像素尺寸决定。典型的尺寸为27mm左右。已说明过立体剖面像的进深能达到无限大。可是，该立体剖面像的散射角被限定。在通过透镜看立体剖面的虚像的情况下，用图11说明该情况。
现着眼于立体剖面像上的一点P。该点P代表至此说明过的用第一及第二GLV阵列3、4获得的图像的像。第一GLV阵列3的像素的像主要由它的正负一次衍射光形成，所以其衍射波的传播方向即使随第二GLV阵列4而变化，但其空间频率分量只有两个。用光线A和A’(相当于正一次衍射光和负一次衍射光)表示它。通过透镜31看点P的像(高度h)的M倍的虚像(高度Mh)时，眼睛32所需要的光线是从B到B’范围内的光线，光线A和A’对于看虚像，一点贡献也没有。因此，能得出这样得结论：虽然第二GLV阵列4的点P的像与透镜31和眼睛32的配置位置有关，但一般说来看虚像所必要的是发生点P的宽角度范围内的光线。将该角度范围称为看虚像所必需的散射角。看立体像所必需的散射角最小为60°。
其次，说明使立体像可视化的，即增大散射角的立体像可视屏幕9。图12～图15表示立体像可视屏幕9的一种实施形态。另外，对应于图1的部分标以同一符号表示。
本实施形态的立体像可视屏幕91示意地如图12～图14所示，有：使立体像的图像进行远心成像用的菲涅耳透镜35；以及每隔规定的间隔配置的两个微透镜阵列，在本例中是焦距f3为正的微透镜阵列(凸透镜)36及焦距-f4为负的微透镜阵列(凹透镜)37。此处，假定f3＞f4。即，在本实施形态中将菲涅耳透镜35配置在放大投影系统的平均像面之前，构成主光线平行于光轴的远心系统。
用第一GLV阵列3对激光的层状光束进行振幅调制，由第二GLV阵列4使像素的成像位置沿光轴方向变化，形成立体剖面像。用放大率为M的投影透镜7放大投射该立体剖面像Px时，立体剖面像Px的进深被放大M2倍进行投影。这时，各像素的散射角ω被缩小到1/M(参照图15)。着眼于轴上的一个像素，用图15详细说明该结构。在图15中，DF1是由光偏转器(对应于GLV像素4’)形成的像，DF2是由投影透镜L1(相当于图12中的7)形成的像，投影透镜L1的焦距为f1，其横向放大率为M。假设光偏转器的像DF1中的光线高度为h，那么光偏转器DF1的像DF2中的光线高度就为Mh。另外，L2是菲涅耳透镜(相当于图12中的35)。将焦距f3为正的微透镜阵列L3(相当于图12中的36)与被放大成M倍的像素的像DF2等间距地配置在平均像面的后侧，将焦距-f4为负的微透镜阵列L4(相当于图12中的37)配置在平均像面的前侧，设f3＞f4。正的微透镜阵列L3与负的微透镜阵列L4之间的间隔D1定为f3-f4，使正的微透镜阵列L3与负的微透镜阵列L4的光轴一致，如果将远焦微透镜系统作为总体，则该远焦微透镜系统的角放大率γ为γ＝f3/f4＞1，通过了远焦微透镜系统的光线倾角呈γ倍，射出角被放大。该远焦微透镜系统具有望远透镜的功能。因此，立体像的可视化成为可能。其结果是，损失进深，能实现既维持分辨率，又增大画面和散射角。如上所述，由于用作为衍射型的GLV阵列，能使立体剖面像的进深达到无限大，所以损失进深在实际使用中不成问题。
图16～图18表示立体像可视屏幕9的另一实施形态。另外，对应于图1的部分标以同一符号表示。
本实施形态的立体像可视屏幕92示意地如图16～图18所示，有：使立体像的图像远心成像用的菲涅耳透镜35；以及微小的散射颗粒38均匀地散射的散射体39。其他结构与图12～图14相同。照射该散射体39内放大了的立体像，通过对应于成像素的散射颗粒的散射，实现散射角的增大，能使立体像可视化。
图19表示使立体像可视化用的单元的另一实施形态。
看虚像所必需的，是实现发生第二GLV阵列4的像的宽角度范围的光线。在本实施形态中，用光折射型材料41构成立体像可视屏幕93。作为光折射型材料41，能使用例如掺铁的铌酸锂材料等。将由该光折射型材料41制成的立体像可视屏幕93配置在用第二GLV阵列4的反射镜面使来自第一GLV阵列3的正负一次衍射光成像的位置上。光折射型材料41有必要是瞬时地响应、发生周期性的折射率变化而立刻消失的材料。在本实施形态中，通过由第二GLV阵列4构成的反射镜，在该光折射型材料中形成第一GLV阵列3的像，作为正一次衍射光波44和负一次衍射光波45的干涉条纹46。只在正负一次衍射波的交叉部分形成的干涉条纹46的亮部上，发生电子和空穴。其中电子利用基于铁电晶体中的自发极化的内部电场，向干涉条纹46的暗部移动，在晶体中发生局部的周期性的折射率变化。将它称为光折射型效应。在电子移动过程中，如果正负一次衍射光波44、45的干涉条纹46在晶体内移动，则达不到周期性的折射率变化，在干涉条纹的形成位置处引起光的非相干的散射增强的现象。以该散射光来增大立体像的散射角。
图20表示使立体像可视化用的单元的另一实施形态。
上述的第二GLV阵列4是对一个像素，对应于正负一次衍射光，用两个GLV像素4’使像素的像沿光轴方向移动。在本实施形态中，在作为光调制器阵列的第一GLV阵列3中，用多个、例如3个GLV像素3’[31’、32’、33’]构成一个像素，用该3个GLV像素3’[31’、32’、33’]进行共同的振幅调制。在第二GLV阵列(光偏转器阵列)4中，使各两个GLV像素(光偏转器)4’[41’、42’]分别对应于各GLV像素(光调制器)31’、32’、33’。对应于各GLV像素31’、32’、33’的各两个GLV像素41’、42’不仅使正负一次衍射光沿光轴方向等量地移动，而且还沿与光轴正交的方向移动，以此方式控制两个GLV像素(光偏转器)41’、42’的偏转角。这时，使3个GLV像素3’[31’、32’、33’]的中间像一致。如果这样做，则3个正负一次衍射光便重合在1个像素P上，呈宛如形成了还包含高次衍射光的像的状态。能增大像素P的散射角。
在备有使这种构结的立体像可视化用的单元时，也可以配置透明的屏幕，或者可以不要屏幕。
在上述的本实施形态的立体图像显示装置中，通过将动态图像数据的图像信号供给作为光调制器阵列的第一GLV阵列3[3R、3G、3B]及作为光偏转器阵列的第二GLV阵列4，能显示立体动态图像。
另外，在本实施形态的立体图像显示装置中，通过将静止图像数据的图像信号供给作为光调制器阵列的第一GLV阵列3[3R、3G、3B]及作为光偏转器阵列的第二GLV阵列4，能显示立体静止图像。
此外，在本实施形态的立体图像显示装置中，通过将包含动态图像数据和静止图像数据的图像信号供给作为光调制器阵列的第一GLV阵列3[3R、3G、3B]及作为光偏转器阵列的第二GLV阵列4，能在时间序列中连续地显示动态图像和静止图像的立体图像。
如果采用上述的实施形态的立体图像显示装置，则通过用作为衍射型MEMS的第一GLV阵列3构成光调制器阵列，用具有可变反射镜功能的第二GLV阵列4构成光偏转器阵列，能沿光轴方向改变第一GLV阵列3的像素的像，形成立体剖面像。通过用扫描反射镜单元例如电流反射镜，扫描该立体剖面像，能形成立体像，能显示动态图像、静止图像等立体图像。
而且，通过设置使立体像可视化用的单元，增大散射角，能作为立体像而被看到。作为使立体像可视化用的单元，通过使用远心成像用的菲涅耳透镜35、以及由两个微透镜阵列36、37构成的远焦透镜系统制成的立体像可视屏幕91，能用简单的结构使立体像可视化，能使立体图像显示装置实用化。
由于用第二GLV阵列形成具有反射镜功能的光偏转器阵列4，所以能与作为光调制器阵列的第一GLV阵列3的驱动同步地进行驱动，能以微秒进行反射镜的微小旋转运动。因此，特别能提供高速、高性能的立体动态图像显示装置。
作为使立体像可视化用的单元，由于使用使立体像的图像远心成像用的菲涅耳透镜35；以及由微小的散射颗粒38均匀地散射的散射体39构成的立体像可视屏幕92，所以能用更简单的结构使立体像可视化，能使立体图像显示装置实用化。
作为使立体像可视化用的单元，在用光折射型材料41制成的立体像可视屏幕93构成时，也能使装置总体的结构简化，能使立体像可视化，能使立体图像显示装置实用化。
作为使立体像可视化用的单元，在作为光调制器阵列的第一GLV阵列3中，用多个GLV像素3’[31’、32’、33’]构成一个像素，用该多个GLV像素3’[31’、32’、33’]进行共同的振幅调制，为了使多个GLV像素3’[31’、32’、33’]的中间像一致，能用作为光偏转器阵列的第二GLV阵列4进行控制，在取这样的结构时，也能使装置总体的结构简化，能使立体像可视化，能使立体图像显示装置实用化。
当沿立体像的水平方向配置光调制器阵列，即一维排列的第一GLV阵列3，并配置电流反射镜使之能沿立体像的垂直方向，从而沿屏幕的垂直方向扫描立体剖面像进行驱动时，能在屏幕上在与实际的立体物体相同的状态下显示立体图像，所以用户能在自然的状态下观看立体图像。

Claims (8)

1.一种立体图像显示装置，其特征在于：
有调制所入射的光的光强度的光调制器阵列；以及沿光轴方向改变来自上述光调制器阵列的各像素光的成像位置，形成立体剖面像的光偏转器阵列，用对一个像素的光进行驱动的多个光反射膜所对应的衍射型阵列形成上述光调制器阵列，用对一个像素的光进行驱动的多个光反射膜所对应的阵列形成上述光偏转器阵列。
2.如权利要求1所述的立体图像显示装置，其特征在于：
有对上述立体剖面像进行扫描，形成立体像用的扫描反射镜单元。
3.如权利要求2所述的立体图像显示装置，其特征在于：
有使上述立体像可视化的单元。
4.如权利要求3所述的立体图像显示装置，其特征在于：
使上述立体像可视化的单元由使立体像的像素进行远心成像用的菲涅耳透镜、以及在平均像面附近与像素的放大像等间距配置的微透镜阵列构成。
5.如权利要求3所述的立体图像显示装置，其特征在于：
使上述立体像可视化的单元由使立体像的像素进行远心成像用的菲涅耳透镜、以及配置在平均像面附近的散射体构成。
6.如权利要求3所述的立体图像显示装置，其特征在于：
使上述立体像可视化的单元由配置在形成上述立体剖面像的位置上的光折射型构件构成。
7.如权利要求3所述的立体图像显示装置，其特征在于：
使上述立体像可视化的单元由对一个像素进行共同的振幅调制的多个光调制器所对应的光调制器阵列；以及光偏转器对上述多个光调制器的每一个所对应的光偏转器阵列构成，利用上述光偏转器使来自上述各光调制器的多个像素的像一致。
8.如权利要求2所述的立体图像显示装置，其特征在于：
上述光调制器阵列是一维阵列，该一维光调制器阵列被配置成能入射立体像的水平方向的信息，上述扫描反射镜单元被配置成沿显示画面的垂直方向扫描立体剖面像。
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