JP2006268022A - Method and apparatus for displaying three-dimensional video - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光パルスを用いて蛍光空間内に三次元映像を表示する三次元映像表示方法および装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image display method and apparatus for displaying a three-dimensional image in a fluorescent space using light pulses.
医療用CT装置、CAD装置等の分野では、大量の三次元情報を高速に表示する三次元ディスプレイの要求が高まっている。 In the fields of medical CT devices, CAD devices, etc., there is an increasing demand for three-dimensional displays that display a large amount of three-dimensional information at high speed.
従来の三次元映像表示方法には、擬似的な三次元画像を二次元平面状に表示させるものが多い。例えば、三次元CG(Computer Graphics)は、陰影や色濃度のグラデーションなどを用いて立体を表現しており、二次元平面上の擬似的な三次元画像表現である。 Many conventional 3D video display methods display a pseudo 3D image in a two-dimensional plane. For example, 3D CG (Computer Graphics) expresses a solid using shadows, gradations of color density, and the like, and is a pseudo 3D image representation on a 2D plane.
他に、二次元ディスプレイを用いて偏向メガネ等により左右の目に異なる映像を見せることにより立体視差を生じさせ、立体感を得るようにしたものがあるが、視点が限定される、長時間の使用による疲労感などの問題が挙げられる。更に、ホログラフィ技術による三次元表示の方法もあるが、ホログラムの作製に時間がかかる、静止画しか扱うことができない、等の問題が挙げられる。 In addition, there are things that produce stereoscopic parallax by showing different images on the left and right eyes with deflection glasses etc. using a two-dimensional display, but the viewpoint is limited, long time Problems such as fatigue due to use are listed. Furthermore, although there is a method of three-dimensional display by holography technology, there are problems such as that it takes time to produce a hologram and only a still image can be handled.
このため、現在、実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる装置の必要性が高まってきている。実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる方法として、体積走査法(奥行標本化法)が挙げられる。この方法は、具体的に(a)バリフォーカルミラー方式、(b)移動ディスプレイ方式、(c)移動スクリーン方式がある。 For this reason, there is an increasing need for an apparatus that actually displays a 3D image in a 3D space. As a method for actually displaying a three-dimensional image in a three-dimensional space, there is a volume scanning method (depth sampling method). Specifically, this method includes (a) a varifocal mirror method, (b) a moving display method, and (c) a moving screen method.
上記(a)は、二次元画像を前後に振動する凹面ミラーの振動に同期して反射させる方法である。上記(b)は、立体画像の断面像を発光ダイオードディスプレイ等を高速で移動もしくは回転させることにより、三次元映像を表示させる方法である。上記(c)は、移動するスクリーンに立体画像の断面図を投影することで立体的に見せる方法である。 The above (a) is a method of reflecting a two-dimensional image in synchronization with the vibration of a concave mirror that vibrates back and forth. The above (b) is a method of displaying a three-dimensional image by moving or rotating a cross-sectional image of a stereoscopic image at a high speed through a light emitting diode display or the like. The above (c) is a method of making a stereoscopic view by projecting a cross-sectional view of a stereoscopic image on a moving screen.
また、これらとは別の方式として、(d)2枚の二次元レーザアレイを直角に配置し、レーザ光同士の交点において蛍光を発生させることによることで、三次元空間に画像を表示する方法もある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の(a)から(c)の技術においては、(a)バリフォーカルミラー方式は表現できる大きさや、多人数で見る場合には凹面ミラーを大きくしなければならないなどの問題点が挙げられる。(b)移動ディスプレイ方式と(c)移動スクリーン方式は、移動の方向により三次元映像が見える範囲に制限があったり解像度が異なったりする、像が不鮮明になりやすいなどの問題が挙げられる。 However, in the techniques (a) to (c) described above, there are problems such as (a) the varifocal mirror method that can be expressed and the size of the concave mirror must be increased when viewing with a large number of people. It is done. The (b) moving display method and the (c) moving screen method have problems such as that the range in which a 3D image can be seen is limited or the resolution is different depending on the direction of movement, and the image tends to be unclear.
また、(d)の技術はレーザ光として赤外光を使用しており、2つのレーザ光は表示媒体内を進行するにつれて少しずつ吸収され、光強度が減衰する。そのため、レーザアレイ側は明るく、反対側は暗い像になってしまう。表示媒体のサイズを大きくすると、この現象は更に顕著となる。 Further, the technique (d) uses infrared light as laser light, and the two laser lights are gradually absorbed as they travel through the display medium, and the light intensity is attenuated. Therefore, the laser array side is bright and the opposite side is a dark image. This phenomenon becomes more prominent when the size of the display medium is increased.
従って、本発明の目的は、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる三次元映像表示方法および装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a 3D image display method and apparatus capable of displaying a uniform and clear 3D image without limitation in the viewing direction.
本発明は、上記目的を達成するため、第1の光パルスを所定の方向から蛍光空間に入射する第1のステップと、断面情報が書き込まれた第2の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第1の光パルスと前記第2の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第2のステップとを含むことを特徴とする三次元映像表示方法を提供する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a first step in which a first light pulse is incident on a fluorescent space from a predetermined direction, and a second light pulse in which cross-sectional information is written are opposite to the predetermined direction. And a second step of allowing the first light pulse and the second light pulse in the fluorescence space to enter the fluorescence space and to cause fluorescence to fluoresce at a position where the first light pulse and the second light pulse overlap each other. Provide a video display method.
本発明は、上記目的を達成するため、第1の光パルスを所定の方向から蛍光空間に入射する第1の光パルス入射手段と、断面情報が書き込まれた第2の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第1の光パルスと前記第2の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第2の光パルス入射手段とを備えたことを特徴とする三次元映像表示装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first light pulse incident means for making a first light pulse enter a fluorescent space from a predetermined direction, and a second light pulse in which cross-sectional information is written. A second light pulse incident means for entering the fluorescence space from a direction opposite to the direction and causing the fluorescence to fluoresce at a position where the first light pulse and the second light pulse overlap in the fluorescence space. A three-dimensional video display device is provided.
上記三次元映像表示方法および装置によれば、蛍光空間内で第1の光パルスと第2の光パルスを重ね合わせることにより、光パルスが重なった位置でのみ多光子吸収を強く起こして蛍光を発する。従って、第1および第2の光パルスの蛍光空間への入射タイミングを制御することより、蛍光空間内での第1の光パルスと第2の光パルスとの重なる位置を変えることができ、複数の位置で蛍光させることにより、複数の断面像からなる三次元映像を表示することができる。 According to the above three-dimensional image display method and apparatus, by superimposing the first light pulse and the second light pulse in the fluorescence space, the multi-photon absorption is strongly caused only at the position where the light pulse overlaps, and the fluorescence is generated. To emit. Therefore, by controlling the incident timing of the first and second light pulses to the fluorescence space, the overlapping position of the first light pulse and the second light pulse in the fluorescence space can be changed, By making it fluoresce at the position, a three-dimensional image composed of a plurality of cross-sectional images can be displayed.
本発明によれば、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。 According to the present invention, there is no restriction on the viewing direction, and a homogeneous and clear three-dimensional image can be displayed.
[本発明の原理]
図1は、本発明に係る三次元映像表示方法の基本的な原理を説明するための構成を示す。図1において、蛍光空間11を貫通する1本の光軸に沿ってそれぞれ反対の側から蛍光空間11に第1の光パルス12と第2の光パルス13を入射する。
[Principle of the present invention]
FIG. 1 shows a configuration for explaining the basic principle of a 3D image display method according to the present invention. In FIG. 1, a
蛍光空間11は、蛍光体、または蛍光体を含む気体、液体あるいは固体で満たされている。蛍光体としては、二光子蛍光色素などの、高い二光子蛍光効率を示す物質が好ましい。高い二光子蛍光効率を有する色素として、Rhodamine色素、Fluorescein色素、DiI色素、Coumarin色素などの一般的に知られているものを用いることができる。その他、特開2004−123668号公報、特開2004−224746号公報、特開2001−520637号公報、特開2004−29480号公報等に示された高い二光子蛍光効率を示す色素も本発明に適用可能である。ここで、蛍光空間11が有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第1の光パルス12及び第2の光パルス13の波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。第1の光パルス12と第2の光パルス13のうち波長が長い方の光パルスは、近赤外〜赤外波長である場合が多いと考えられるが、有機溶剤に二光子蛍光材料を分散させたものを蛍光空間とする場合、有機溶剤の多くは赤外領域に吸収を有するため、光パルスのエネルギーを有効活用することができない。従って、蛍光体を含む溶媒は、重水素化された溶媒であることが好ましい。
The
蛍光空間11の一方から第1の光パルス12を入射し、蛍光空間11の他方から第2の光パルス13を入射すると、第1の光パルス12と第2の光パルス13とは蛍光空間11内で重なり合う。その重なった位置においては、第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なり合わないところよりも蛍光体が強く多光子吸収を起こし、励起された電子が緩和する過程において蛍光を発する。したがって、第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なり合う位置の形状を調整することにより、所望の形状の断面像が蛍光空間11において蛍光によって表示されることとなる。
When the
図1に示すように、第1の光パルス12a,12b,12c,12d,…を一定の繰り返し周期(間隔L0)で蛍光空間11に入射し、第2の光パルス13a,13b,13c,13d,…を第1の光パルス12とは異なる一定の繰り返し周期(間隔L0+2ΔL)で蛍光空間11に入射したとすると、第1の光パルス12と第2の光パルス13とは入射のタイミングが異なるため、断面像の表示される位置がそれぞれ異なることになる。なお、図1において、L1〜L4は第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なるまでの距離を示し、ΔLは断面像の間隔を示す。
As shown in FIG. 1, the first
第1の光パルス12aと第2の光パルス13aとが蛍光空間11内で重なり合うと、断面像14aとして表示される。同様に、第1の光パルス12bと第2の光パルス13bにより断面像14bが、第1の光パルス12cと第2の光パルス13cにより断面像14cが、第1の光パルス12dと第2の光パルス13dにより断面像14dが、それぞれ表示される。これにより、蛍光空間11には、間隔ΔLの4つの断面像14a〜14dより1つの三次元映像14が表示される。各断面像14a〜14dの蛍光タイミングは異なるが、人間の眼の残像現象により、人間の眼には同時に表示されたかのように認識されるため、これらの断面像14a〜14fを組み合わせた1つの三次元映像14として表示されることとなる。
When the first light pulse 12a and the second light pulse 13a overlap in the
断面像の形状を所望の形状にするためには、2つの光パルス12,13の断面が重なり合う部分の形状を所望の形状にする必要がある。具体的には、第1の光パルス12の断面形状を蛍光空間11内の一定の範囲に及ぶ形状にしておき、第2の光パルス13の断面形状を所望の断面形状とする。これにより、第2の光パルス13の断面形状が蛍光空間11に表示されることになる。更に、断面像の表示される位置に応じて第2の光パルス13の断面形状を変化させることにより、所望の三次元映像が得られる。
In order to make the shape of the cross-sectional image a desired shape, it is necessary to make the shape of the portion where the cross-sections of the two light pulses 12 and 13 overlap each other into a desired shape. Specifically, the cross-sectional shape of the
(蛍光発生の原理)
次に、多光子吸収による蛍光発生の原理について図2〜図6を参照して説明する。本発明に係る三次元映像表示方法は、蛍光空間内において2つの光パルスを重ね合わせ、その重なり合った点でのみ蛍光を発することにより、三次元空間における表示を可能とする。鮮明な三次元映像を得るためには、光る場所と、光らない場所との高いOn/Off比が求められる。本発明では、光パルスの波長と蛍光体の多光子吸収エネルギーを選択することによって、高いOn/Off比を得ることが可能である。ただし、On/Off比とは、第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なっている場所と重なっていない場所の蛍光強度比を表す。
(Principle of fluorescence generation)
Next, the principle of fluorescence generation by multiphoton absorption will be described with reference to FIGS. The three-dimensional image display method according to the present invention enables display in a three-dimensional space by superimposing two light pulses in a fluorescent space and emitting fluorescence only at the overlapping point. In order to obtain a clear three-dimensional image, a high On / Off ratio between a place where light shines and a place where light does not shine is required. In the present invention, it is possible to obtain a high On / Off ratio by selecting the wavelength of the light pulse and the multiphoton absorption energy of the phosphor. However, the On / Off ratio represents the fluorescence intensity ratio between the place where the
第1の光パルス12の波長をλ1、光強度をI1、第2の光パルス13の波長をλ2、光強度をI2とし、第2の光パルス13が光パルス列であったときに、光パルス列に含まれる光パルスの数をN個とし、蛍光体の励起エネルギーをEa以上Eb以下とする。このとき、第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なった位置でのみ強く蛍光を生じるためには、
またさらに、
また、
さらに、
さらに(図5参照)、
つまり、高いOn/Off比を得るには、蛍光体と光パルスの関係が、数式(1)、数式(2)、数式(3)、数式(6)、数式(8)を満たすことが望ましく、数式(1)、数式(2)、数式(3)、数式(9)を満たすことはさらに望ましく、数式(1)、数式(2)、数式(3)、数式(11)、もしくは数式(1)、数式(2)、数式(3)、数式(12)を満たすことがもっとも望ましい。 That is, in order to obtain a high On / Off ratio, it is desirable that the relationship between the phosphor and the light pulse satisfies the formulas (1), (2), (3), (6), and (8). , Formula (1), Formula (2), Formula (3), Formula (9) are more preferably satisfied, Formula (1), Formula (2), Formula (3), Formula (11), or Formula ( It is most desirable to satisfy 1), Formula (2), Formula (3), and Formula (12).
ただし、より鮮明な三次元映像を得るためには、高いOn/Off比以外に高い蛍光効率が求められる。第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なることによって生じる蛍光効率は、
上述のように、三次元映像14を構成する1つの断面像を、蛍光空間11の所望する位置に表示させるためには、第1の光パルス12と第2の光パルス13との入射のタイミングを調整する必要がある。以下に、本発明の実施の形態に係る三次元映像表示方法をより具体的に説明する。
As described above, in order to display one cross-sectional image constituting the three-dimensional image 14 at a desired position in the
[第1の実施の形態]
図7は、本発明の第1の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第1の実施の形態の三次元映像表示方法に適用される装置は、一定の繰り返し周期(間隔L0)で第1の光パルス12と第2の光パルス13を出射する図示しないパルス光源と、パルス光源から出射された第1の光パルス12の光路長を変更して一定の繰り返し周期(間隔L0+2ΔL)の第1の光パルス12を生成して蛍光空間11の一方側から入射する光路長制御機構15と、パルス光源から出射された第2の光パルス13に断面像信号に応じた断面情報を書き込み蛍光空間11の他方側から入射する空間光変調部16と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。なお、同図中、Ma〜Mdは、反射ミラーである。
[First Embodiment]
FIG. 7 shows a 3D video display method according to the first embodiment of the present invention. The apparatus applied to the 3D image display method of the first embodiment is a pulse light source (not shown) that emits the first
光路長制御機構15は、制御部の制御により、第1の光パルス12がパルス光源(図示せず)から蛍光空間11に至るまでの光路長を調整するものであり、この光路長の調整により2つの光パルス12,13の光路長の差が変化し、その入射のタイミングが変化することとなる。
The optical path length control mechanism 15 adjusts the optical path length from the pulse light source (not shown) to the
具体的には、一対の鏡を組み合わせた切替ミラー15a〜15dを断面像14a〜14dの間隔ΔLと等しい間隔ΔLで配置し、そのうちのいずれかの切替ミラー15a〜15dを選択して、その切替ミラー15a〜15dによって光パルスを反射させる。このとき、選択された切替ミラー15a〜15dによってそれぞれ光路長が異なるので、もう一方の第2の光パルス13との重なり合う位置が変化し、それにより断面像が蛍光空間11に表示される位置が異なる。
Specifically, the switching mirrors 15a to 15d obtained by combining a pair of mirrors are arranged at an interval ΔL equal to the interval ΔL of the
図7においては、4対の切替ミラー15a〜15dを備えるものとするが、その切替ミラーの数は限定されるものではない。また、光路長がもっとも長くなる切替ミラーから順に15a、15b、15c、15dとする。 In FIG. 7, four pairs of switching mirrors 15a to 15d are provided, but the number of the switching mirrors is not limited. Also, 15a, 15b, 15c, and 15d are sequentially set from the switching mirror having the longest optical path length.
空間光変調器16は、液晶空間光変調器を用いることができる。断面像信号に基づいて液晶空間光変調器の各画素に印加する電圧を制御することにより、断面像信号に対応した光パターンを有する第2の光パルス13を生成して第2の光パルス13に断面情報が書き込まれる。蛍光空間11内の第1の光パルス12と断面情報が書き込まれた第2の光パルス13との重なり合う位置で断面情報に対応した部分で蛍光が起こり、所望の断面像が得られる。なお、空間光変調器として、マイクロミラーアレイを用いることもできる。
As the spatial
光路長制御機構15による光路長の変更タイミングと空間光変調部16による断面情報の書き込みタイミングとは、図示しない制御部によって同期するように制御される。
The change timing of the optical path length by the optical path length control mechanism 15 and the writing timing of the cross-sectional information by the spatial
(第1の実施の形態による表示動作)
図示しない制御部が、光路長制御機構15により切替ミラー15aを選択し、図示しないパルス光源から第1の光パルス12aと第2の光パルス13aを同一のタイミングで出射すると、第1の光パルス12aの光路長が最も長くなるので、第1の光パルス12aの蛍光空間11への到達時間は最も遅れ、その結果、第1の光パルス12aと第2の光パルス13aの重なり合う地点は蛍光空間11の左側となり、断面像14aが表示される。
(Display operation according to the first embodiment)
When a control unit (not shown) selects the switching mirror 15a by the optical path length control mechanism 15 and emits the
次に、光路長制御機構15により切替ミラー15bを選択すると、第1の光パルス12bと第2の光パルス13bとが同一のタイミングで発せられたとき、第1の光パルス12bは光路長制御機構15を経由することにより、その光路長が調整され、蛍光空間11に到達するタイミングが調整される。その結果、2つの光パルス12b,13bが重なり合う地点において断面像14bが表示される。
Next, when the switching mirror 15b is selected by the optical path length control mechanism 15, when the first
同様に、光路長制御機構15により切替ミラー15cまたは15dを選択すると、その光路長はさらに短くなるので、第1の光パルス12の蛍光空間11への到達時間は早まり、2つの光パルス12,13の重なり合う地点は第2の光パルス13の入射する方向へ移動することとなり、断面像14cや断面像14dが表示される。このようにして断面像14a〜14dからなる三次元映像14が表示される。
Similarly, when the
この第1の実施の形態によれば、1つの空間光変調器で済むため、簡素な構成で、見える方向に制限が無く、分解能や明るさが均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。 According to the first embodiment, since only one spatial light modulator is required, it is possible to display a clear 3D image with a simple configuration, no limitation in the viewing direction, and uniform resolution and brightness. it can.
[第2の実施の形態]
図8は、本発明の第2の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第2の実施の形態の三次元映像表示方法は、一定の繰り返し周期(間隔L0)で第1の光パルス12a,12b,12c,…を蛍光空間11の一方に入射し、第1の光パルスと同一の繰り返し周期(間隔L0)でN個の第2の光パルス13a〜13fからなる光パルス列130a,130b,130c,…を蛍光空間11の他方に入射し、N個の断面像14a〜14fからなる三次元映像14を表示するものである。なお、図8において、L1〜L3は第1の光パルス12a,12b,12cと各光パルス列130a,130b,130cの先頭の第2の光パルス13aとが重なるまでの距離を示し、ΔLは断面像の間隔を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 8 shows a 3D video display method according to the second embodiment of the present invention. In the 3D image display method according to the second embodiment, the first
N個の第2の光パルス13a〜13fは、N本の別々の光軸で空間光変調器によってそれぞれ断面情報が書き込まれて蛍光空間11の他方に入射する。
The N pieces of second optical pulses 13 a to 13 f are incident on the other side of the
(第2の実施の形態による表示動作)
蛍光空間11の一方から第1の光パルス12a,12b,12c,…を所定のタイミングで入射し、蛍光空間11の他方からN個(図8においては6個)の第2の光パルス13a〜13fからなる光パルス列130a,130b,130c,…を所定のタイミングで入射する。
(Display operation according to the second embodiment)
First
第1の光パルス12と光パルス列130の各光パルス13a〜13fとが重なることで、それぞれの重なった位置で断面像14a〜14fが表示される。1つの光パルス12と1つの光パルス列130、あるいはM個の光パルス12とM個の光パルス列130で三次元映像14を表示する。1つの光パルス12と1つの光パルス列130とで三次元映像14を表示する場合、各光パルス列130に書き込む断面情報を時間的に変化させることにより、動画表示が可能となる。
As the first
この第2の実施の形態によれば、光パルス列毎に断面情報を書き替えることにより、三次元の動画像を表示することができる。また、第1の実施の形態と同様に、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。 According to the second embodiment, a three-dimensional moving image can be displayed by rewriting the cross-sectional information for each optical pulse train. In addition, as in the first embodiment, there is no limitation on the viewing direction, and a uniform and clear three-dimensional image can be displayed.
[第3の実施の形態]
図9は、本発明の第3の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第3の実施の形態の三次元映像表示方法は、一定の繰り返し周期でM個の第1の光パルス12を蛍光空間11の一方に入射し、N個(ここでは2つ)の第2の光パルス13a〜13fからなるM個の光パルス列130を所定のタイミングで蛍光空間11の他方に入射し、N×M個の断面像からなる三次元映像を表示するものである。
[Third Embodiment]
FIG. 9 shows a 3D video display method according to the third embodiment of the present invention. In the 3D image display method according to the third embodiment, M
(第3の実施の形態による表示動作)
蛍光空間11の一方からM個(図9においては3個)の第1の光パルス12a,12b,12c,…を所定のタイミングで入射し、蛍光空間11の他方からN個(図9においては2個)の第2の光パルス13からなるM個(図9においては3個)の光パルス列130a,130b,130c,…を所定のタイミングで入射する。
(Display operation according to the third embodiment)
.. M (three in FIG. 9)
1個目の第1の光パルス12aが蛍光空間11に入射するタイミングに同期して2個の第2の光パルス13a,13dからなる1個目の光パルス列130aが蛍光空間11に入射すると、第1の光パルス12aと第2の光パルス13a,13dとが重なった位置で2つの断面像14a,14dが表示される。2個目の第1の光パルス12bが蛍光空間11に入射するタイミングに同期して2個の第2の光パルス13b,13eからなる2個目の光パルス列130bが蛍光空間11に入射すると、第1の光パルス12bと第2の光パルス13b,13eとが重なった位置で2つの断面像14b,14dが表示される。3個目の第1の光パルス12cが蛍光空間11に入射するタイミングに同期して2個の第2の光パルス13c,13fからなる3個目の光パルス列130cが蛍光空間11に入射すると、第1の光パルス12cと第2の光パルス13c,13fとが重なった位置で2つの断面像14c,14fが表示される。各断面像14a〜14fが異なる位置で表示させることになり、これら断面像を組み合わせた1つの三次元映像14として表示される。
When the first light pulse train 130a composed of the two
この第3の実施の形態によれば、2つの空間光変調器で済むため、簡素な構成で、三次元の動画像を表示することが可能となる。また、第1の実施の形態と同様に、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。 According to the third embodiment, since only two spatial light modulators are required, a three-dimensional moving image can be displayed with a simple configuration. In addition, as in the first embodiment, there is no limitation on the viewing direction, and a uniform and clear three-dimensional image can be displayed.
[第4の実施の形態]
図10は、本発明の第4の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第4の実施の形態の三次元映像表示方法は、第1の光パルス12と第2の光パルス13を所定距離だけ離して出射され、例えば、第2の光パルス12が先に蛍光空間11に入射して蛍光空間11内または蛍光空間1の外に設けられた誘電体ミラーMによって反射させられた後、遅れて入射させられた第1の光パルス12と蛍光空間11内の相対した位置で第1および第2の光パルス12,13が重ねるられることによって蛍光を生じさせて断面像14を得るものである。第1の光パルス12と第2の光パルス13の距離を異ならせて蛍光空間11に入射させ、蛍光空間11の異なる位置に蛍光を生じさせることによって複数の断面像14a,14b,14cを得て三次元映像を表示するものである。ここで、第1の光パルス12と第2の光パルス13の距離は、複数の断面像14a,14b間の距離ΔLの2倍の距離ずつ異ならせる。これにより断面像14a,14b等が異なる位置に得られる。なお、先に入射する第2の光パルス13の繰返し周期は、遅れて入射する第1の光パルス12が誘電体ミラーMに反射されて蛍光空間11内を往復する時間よりも長く設定される。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 shows a 3D video display method according to the fourth embodiment of the present invention. In the 3D image display method according to the fourth embodiment, the
(第4の実施の形態による表示動作)
蛍光空間11の一方から第1の光パルス12a,12b,12c,…と各第1の光パルス12a,12b,12c,…から所定間隔隔てて第2の光パルス13a,13b,13c,…を入射し、蛍光空間11に入射する。
(Display operation according to the fourth embodiment)
The
1個目の第1の光パルス12aおよび第2の光パルス13aが蛍光空間11に入射すると、先行する第2の光パルス13aが蛍光空間11に入射し、そこを透過して誘電体ミラーMにより反射され、蛍光空間11に再度入射する。すると、第1の光パルス12aと第2の光パルス13aとが重なった位置で断面像14aが表示される。2個目の第2の光パルス13bが蛍光空間11に入射すると、先行する第2の光パルス13bが誘電体ミラーMにより反射され、第1の光パルス12bと第2の光パルス13bとが重なった位置で断面像14bが表示される。同様に3個目の第1および第2の光パルス12c、13cにより断面画像14cが表示される。各断面像14a〜14cが異なる位置で表示させることになり、これら断面像を組み合わせた1つの三次元映像14として表示される。
When the first
この第4の実施の形態によれば、蛍光空間14の一方にスペースがない場合に適した方法である。 According to the fourth embodiment, this method is suitable when there is no space in one of the fluorescent spaces 14.
また、蛍光の波長を透過するよう誘電体ミラーMを使用すれば、誘電体ミラーM側からの観察が可能となる。また、三次元蛍光像が誘電体ミラーMに映って見えてしまうことを防ぐことができる。 Further, if the dielectric mirror M is used so as to transmit the fluorescence wavelength, observation from the dielectric mirror M side becomes possible. Further, it is possible to prevent the three-dimensional fluorescent image from appearing on the dielectric mirror M.
また、第1および第2の光パルス12,13の波長が異なり、一方の光パルスが二光子吸収を強く起こすとき、誘電体ミラーMが二光子吸収を強く起こす光パルスの波長を透過し、もう一方の二光子吸収を強く起こさない光パルスの波長を反射するため、二光子吸収を強く起こす光パルスが蛍光体内部を往復することによってコントラストが低下することを避けることができる。
Further, when the wavelengths of the first and second
なお、第1の光パルス12を第2の光パルスよりも先行させ、第1の光パルス12を誘電体ミラーMにより反射させてもよい。また、誘電体ミラーMは金属ミラーでもよい。
The
図11は、本発明の実施例1を示す。この実施例1の三次元映像表示装置1aは、第1の実施の形態に対応するものであり、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光源21と、光源21から出射された光パルスを第1の光パルス12と第2の光パルス13とに分割するビームスプリッタ22と、ビームスプリッタ22によって分割された第1の光パルス12を反射ミラーMa〜Mcを介して蛍光空間11の一方に拡大して入射する拡大光学系26aと、後述する空間光変調部24aの前段および後段に設けられ、ビームスプリッタ22によって分割された第2の光パルス13の光路Ra〜Rhを選択する一対の回転ミラー部23a,23bと、断面像信号に基づいて第2の光パルス13に断面情報を書き込む空間光変調部24と、第2の光パルス13の光路長を調整する遅延光路25と、回転ミラー部23bからの第2の光パルス13を蛍光空間11の他方に拡大して入射する拡大光学系26bと、本装置の各部を制御する図示しない制御部を備える。なお、回転ミラー部23a,23bの詳細は後述する。
FIG. 11 shows Example 1 of the present invention. The three-dimensional image display apparatus 1a of Example 1 corresponds to the first embodiment, and a
光源21には、時間幅100フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長800nmの光パルスレーザを用いる。
As the
図12は、一対の回転ミラー部23a,23bの詳細を示す。入射側の回転ミラー部23aは、複数の光路を有し、入射された光パルスを複数の光路を順次切替えて分配する光路切替部としての機能を有し、回転角に応じて光パルス13の光軸を遮ったり光パルス13を通過させたりすることのできる三角形の三角鏡部230aを有する円板状の複数の回転ミラー230と、最後部に配置された1つの固定ミラー231とを備える。複数の回転ミラー230を所定の位相差を有して回転させ、いずれか1つの回転ミラー230の三角鏡部230aにより光パルス13を遮ると、その回転ミラー230において光パルス13は反射し、所望の光軸へとその進路を変更する。よって、光パルス13の通過するタイミングと回転ミラー230の回転タイミングを制御することにより、第2の光パルス13を所望の光路Ra〜Rhを選択することができる。
FIG. 12 shows details of the pair of rotating mirror portions 23a and 23b. The incident-side rotating mirror unit 23a has a plurality of optical paths, and has a function as an optical path switching unit that distributes an incident optical pulse by sequentially switching the plurality of optical paths. A plurality of disk-shaped
回転ミラー部23bも、上述の回転ミラー部28aと同様の構成であり、入射側と反射側が入れ替わった状況にある。この回転ミラー部23bは、入射された複数の第2の光パルスの光軸を一致させる光軸一致光学系としての機能を有し、入射した光パルスを確実に同一の光軸に向けて反射させる必要があるため、回転ミラー部23aと回転ミラー部23bとは、図12に示すように、同期して回転するように構成されている。 The rotating mirror unit 23b has the same configuration as the rotating mirror unit 28a described above, and the incident side and the reflecting side are switched. The rotating mirror unit 23b functions as an optical axis matching optical system that matches the optical axes of a plurality of incident second optical pulses, and reliably reflects the incident optical pulses toward the same optical axis. Therefore, the rotating mirror unit 23a and the rotating mirror unit 23b are configured to rotate in synchronization as shown in FIG.
空間光変調部24は、回転ミラー部23aによって選択される光路Ra〜Rh上に、空間光変調器240と、空間光変調器240の前段に配置された拡大光学系241と、空間光変調器240の後段に配置された縮小光学系242とを備える。 The spatial light modulator 24 includes a spatial light modulator 240, an expansion optical system 241 disposed in front of the spatial light modulator 240, and a spatial light modulator on the optical paths Ra to Rh selected by the rotating mirror unit 23a. 240, and a reduction optical system 242 arranged at the subsequent stage of 240.
遅延光路25は、空間光変調部24の各光路Ra〜Rhを通る第2の光パルス13の光路長を調整することにより、第2の光パルス13の間隔を調整するものであり、複数の反射ミラー250が適宜の位置に配置されている。
The delay
回転ミラー部23aによる光路Ra〜Rhの選択、空間光変調器240による断面情報の書込み、および回転ミラー部23bによる光軸の一致動作は、図示しない制御部によって同期するように制御されている。 Selection of the optical paths Ra to Rh by the rotating mirror unit 23a, writing of cross-sectional information by the spatial light modulator 240, and optical axis matching operation by the rotating mirror unit 23b are controlled to be synchronized by a control unit (not shown).
蛍光空間11は、Rhodamine色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このRhodamine色素は、λ1=800nm、λ2=800nmに対して数式(1)、数式(2)、数式(3)を満たし、かつ、二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。
The
(実施例1による表示動作)
光源21から出射された光パルスは、ビームスプリッタ22によって第1の光パルス12と第2の光パルス12とに分割される。第1の光パルス12は、反射ミラーMa〜Mcを介して蛍光空間11へ向かい、第2の光パルス13は、回転ミラー部23aへ向かう。
(Display operation according to Example 1)
The light pulse emitted from the
第2の光パルス13は、回転ミラー部23aによってパルス毎に周期的に光路Ra〜Rhを振り分けられた後、空間光変調部24において断面情報が書き込まれ、遅延光路25によって光路長が調整された後、回転ミラー部23bによって蛍光空間11へと折り返される。
The second optical pulse 13 is periodically assigned to the optical paths Ra to Rh for each pulse by the rotating mirror unit 23a, and then the cross-sectional information is written in the spatial light modulator 24, and the optical path length is adjusted by the delay
そして、第1および第2の光パルス12,13は、それぞれ拡大光学系26a,26bによりそのビーム径が拡大された後、互いに対向する側から蛍光空間11に入射し、重なり合った位置で蛍光を発し、断面像を表示させる。
The first and second
図13は、第2の光パルス13に書き込む断面情報を示し、図14は、断面像および三次元映像を示す。図13に示す断面情報17a〜17hは、それぞれ光路Ra〜Rhに振り分けられた第2の光パルス13に書き込むものである。断面情報17a〜17hが書き込まれ、それぞれ光路Ra〜Rhに振り分けられた第2の光パルス13と第1の光パルス12とが蛍光空間11内で重なると、図14に示すように断面像14a〜14hが表示され、これらが三次元映像14として表示される。
FIG. 13 shows cross-sectional information written in the second light pulse 13, and FIG. 14 shows a cross-sectional image and a three-dimensional image. The cross-section information 17a to 17h shown in FIG. 13 is written in the second optical pulse 13 distributed to the optical paths Ra to Rh, respectively. When the cross-section information 17a to 17h is written and the second light pulse 13 and the
この実施例1によれば、第2の光パルス13を分配する分配部として、光路Ra〜Rhを切り替えて第2の光パルス13を分配する回転ミラー部23aを用いているので、光利用効率が高くなり、高輝度の三次元映像を表示することができる。 According to the first embodiment, as the distributing unit that distributes the second optical pulse 13, the rotating mirror unit 23a that distributes the second optical pulse 13 by switching the optical paths Ra to Rh is used. Increases, and a high-luminance three-dimensional image can be displayed.
図15は、本発明の実施例2を示す。この実施例2の三次元映像表示装置1bは、第1の実施の形態に対応するものであり、実施例1の構成において、パルス光源として波長の異なる第1および第2の光パルス12,13をそれぞれ出射する第1および第2のパルス光源21a,21bを用い、第1および第2の光パルス12,13に対応した蛍光空間11を用いたものであり、他は実施例1と同様に構成されている。
FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention. The 3D image display apparatus 1b of Example 2 corresponds to the first embodiment. In the configuration of Example 1, first and second
第1のパルス光源21aには、時間幅100フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長800nmの光パルスレーザを用い、第2のパルス光源21bには、時間幅100フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長1400nmの光パルスレーザを用いる。これら2つのパルス光源21a,21bは、同期して光パルスを出射するように構成されている。
The first
蛍光空間11は、Rhodamine色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このRhodamine色素は、λ1=800nm、λ2=1400nmに対して、数式(1)、数式(2)、数式(3)および数式(6)を満たし、且つ二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。また、1400nmの光パルスの強度は、800nmの光パルスの強度に対して十分強くする。
The
(実施例2による表示動作)
第1のパルス光源21aから出射された波長800nmの第1の光パルス12は、反射ミラーMa,Mbを介して蛍光空間11へ向かう。一方、第2のパルス光源21bから出射された波長1400nmの第2の光パルス13は、回転ミラー部23aへ向かう。
(Display operation according to embodiment 2)
The
第2の光パルス13は、回転ミラー部23aによってパルス毎に周期的に光路Ra〜Rhを振り分けられた後、空間光変調部24において断面情報を書き込まれ、遅延光路25によって光路長が調整された後、回転ミラー部23bによって蛍光空間11へと折り返される。
The second optical pulse 13 is periodically distributed to the optical paths Ra to Rh for each pulse by the rotating mirror unit 23a, and then the cross-sectional information is written in the spatial light modulation unit 24, and the optical path length is adjusted by the delay
そして、第1および第2の光パルス12,13は、それぞれ拡大光学系26a,26bによりそのビーム径が拡大された後、互いに対向する側から蛍光空間11に入射し、重なり合った位置で蛍光を発し、断面像を表示させる。このように、波長1400nmと波長800nmの光パルス12,13が蛍光空間11内で同軸上で対向して重ね合わされることによって、高いOn/Off比で断面像が映し出される。そして、実施例1と同様に、蛍光空間11には、図14に示すように断面像14a〜14hが表示され、これらが三次元映像14として表示される。
The first and second
この実施例2によれば、波長の異なる第1および第2の光パルス12,13を用い、実施例1と同様に、光利用効率の高い回転ミラー部23aを用いているので、コントラストが高く、高輝度で鮮明な三次元映像を表示することができる。
According to the second embodiment, the first and second
図16は、本発明の実施例3を示す。この実施例3の三次元映像表示装置1cは、第1の実施の形態に対応し、波長の異なる光パルス励起によるものであり、一定の繰り返し周期で光パルスを出射するパルス光源21と、パルス光源21から出射された光パルスを第1の光パルス12と第2の光パルス13とに分割するビームスプリッタ22と、第1の光パルス12の光路長を変更する光路長制御機構27と、第2の光パルス13の波長を変更する波長変換器28と、第2の光パルス13に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部24と、第1および第2の光パルス13をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間11に入射する一対の拡大光学系26a,26bと、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。なお、図16において、Ma〜Mgは、反射ミラーである。
FIG. 16 shows a third embodiment of the present invention. The three-dimensional image display device 1c of Example 3 corresponds to the first embodiment, is based on optical pulse excitation with a different wavelength, and includes a
パルス光源21には、時間幅100フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長800nmの光パルスレーザを用いる。
As the
波長変換器28は、ビームスプリッタ22で分割された第2の光パルス13の波長800nmを波長1400nmに波長変換するものである。
The
光路長制御機構27は、図7に示す光路長制御機構15と同様に構成されており、一対の鏡を組み合わせた8個の切替ミラー27a〜27hを備えている。 The optical path length control mechanism 27 is configured in the same manner as the optical path length control mechanism 15 shown in FIG. 7, and includes eight switching mirrors 27a to 27h in which a pair of mirrors are combined.
蛍光空間11は、Rhodamine色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このRhodamine色素は、λ1=800nm、λ2=1400nmに対して、数式(1)、数式(2)、数式(3)および数式(6)を満たし、且つ二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。また、1400nmの光パルスの強度は、800nmの光パルスの強度に対して十分強くする。
The
(実施例3による表示動作)
パルス光源21から出射された波長800nmの光パルスは、ビームスプリッタ22によって第1の光パルス12と第2の光パルス13とに分割される。第1の光パルス12は、反射ミラーMa〜Mcを介して光路長制御機構27に入射し、光路長制御機構27おいて周期的に光路長が切り替えられた後、反射ミラーMd,Meを介して蛍光空間11へ向かう。
(Display operation according to Example 3)
An optical pulse having a wavelength of 800 nm emitted from the
一方、ビームスプリッタ22において分割されたもう一方の第2の光パルス13は、波長変換器28においてその波長を800nmから1400nmに変換された後、反射ミラーMfを介して空間光変調部24に入射し、空間光変調部24において断面情報が書き込まれる。このとき、光路長制御機構27と空間光変調部24とは同期するよう制御されているので、光路長制御機構27によって第1の光パルス12の光路長が調整されることにより、2つの光パルスの重なる位置を所望の位置に調整し、その位置で表示させるべき断面像の情報を空間光変調部24において第2の光パルス13に書き込む。空間光変調部24からの第2の光パルス13は、反射ミラーMgを介して拡大光学系26bに入射する。
On the other hand, the other second optical pulse 13 divided by the
そして、第1および第2の光パルス12,13は、それぞれ拡大光学系26a,26bによりそのビーム径を拡大された後、互いに対向する側から蛍光空間11に入射し、重なり合った位置で蛍光を発し、断面像14a〜14hを表示させる。このように、1400nmと800nmの光パルスが蛍光空間11内で同軸で対向して重ね合わされることによって、高いOn/Off比で断面像が映し出される。そして、他の実施例と同様に、蛍光空間11には、図14に示すように断面像14a〜14hが表示され、これらが三次元映像14として表示される。
The first and second
この実施例3によれば、波長の異なる第1および第2の光パルス12,13を用いているので、コントラストの高い三次元映像を表示することができる。また、空間光変調器は1つで済むので、構成を簡素化することができる。
According to the third embodiment, since the first and second
図17は、本発明の実施例4を示す。この実施例4の三次元映像表示装置1dは、第2実施の形態に対応し、波長の異なる光パルス励起によるものであり、一定の繰り返し周期で光パルスを出射するパルス光源21と、パルス光源21から出射された光パルスを第1の光パルス12と第2の光パルス13とに分割するビームスプリッタ22と、第1の光パルス12の波長を変換するSHG結晶29と、フィルタ30と、第2の光パルス13を断面像の数に対応した複数の第2の光パルス13に分割する分割光学系31と、第2の光パルス13に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部24と、第2の光パルス13の光路長を調整する遅延光路25と、複数の第2の光パルス13の光軸を一致させる光軸一致光学系32と、第1および第2の光パルス12,13を拡大して蛍光空間11に入射する一対の拡大光学系26,26bと、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
FIG. 17 shows a fourth embodiment of the present invention. The three-dimensional image display apparatus 1d of Example 4 corresponds to the second embodiment, is based on optical pulse excitation with different wavelengths, and a
パルス光源21には、時間幅100フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長800nmの光パルスレーザーを用いる。
As the
SHG結晶29は、第1の光パルス12の波長800nmを400nmに波長変換するためのものであり、フィルタ30は、異なる波長の光を遮断し、400nmの波長の第1の光パルス12のみを通過させる。
The SHG crystal 29 is for converting the wavelength of the first
蛍光空間11は、λ1=400nm、λ2=800nmに対して数式(1)、数式(2)、数式(3)、数式(6)を満たす蛍光体で満たされている。
The
分割光学系31は、複数のビームスプリッタ310と複数の反射ミラー311とを用いて、第2の光パルス13を断面像14a〜14hの数に対応する複数の第2の光パルス13に分割するものである。
The splitting optical system 31 splits the second light pulse 13 into a plurality of second light pulses 13 corresponding to the number of
光軸一致光学系32は、複数のビームスプリッタ320と複数の反射ミラー321とを用いて、複数の第2の光パルス13を同一の光軸上に一致させるものである。 The optical axis matching optical system 32 uses a plurality of beam splitters 320 and a plurality of reflection mirrors 321 to match the plurality of second optical pulses 13 on the same optical axis.
(実施例4による表示動作)
光源21から出射された光パルスは、ビームスプリッタ22によって第1の光パルス12と第2の光パルス13とに分割される。第1の光パルス12は、SHG結晶29によって800nmから400nmへと波長変換され、フィルタ30を通過後、蛍光空間11に向かう。
(Display operation according to embodiment 4)
The light pulse emitted from the
また、第2の光パルス13は、分割光学系31によって複数(図11においては8個)の光路に分割された後、空間光変調部24によってそれぞれの光パルス13に断面情報が書き込まれる。 Further, the second optical pulse 13 is divided into a plurality of optical paths (eight in FIG. 11) by the dividing optical system 31, and then the cross-sectional information is written in each optical pulse 13 by the spatial light modulator 24.
その後、それぞれの第2の光パルス13は遅延光路25を経由することにより光路長による入射のタイミングの調整が行われ、再び光軸一致光学系32によって一本の光軸へと重ねられる。このとき、各光パルス13の経てきた光路長が異なるため、互いに重なり合うことはなく、結果として1つの光パルス列が得られる。
Thereafter, the incident timing of each second optical pulse 13 is adjusted by the optical path length by passing through the delay
このようにして得られた複数の第2の光パルス13からなる光パルス列は、拡大光学系26bによりビーム径を拡大された後、蛍光空間11の一方に入射し、また、第1の光パルス12も拡大光学系26aによりビーム径を拡大された後、蛍光空間11の他方に入射する。対向する方向より入射してきた第1の光パルス12と複数の第2の光パルス13からなる光パルス列とが互いに重なり合い、各々の断面像14a〜14hが蛍光空間11内に映し出される。そして、他の実施例と同様に、蛍光空間11には、断面像14a〜14hが表示され、これらが三次元映像14として表示される。
The optical pulse train composed of the plurality of second optical pulses 13 obtained in this way is enlarged in beam diameter by the magnifying
この実施例4によれば、波長の異なる第1および第2の光パルス12,13を用いているので、コントラストの高い三次元映像を表示することができる。また、光パルス列毎に断面情報を書き替えることにより、三次元の動画像を表示することができる。
According to the fourth embodiment, since the first and second
図18は、本発明の実施例5を示す。この実施例5の三次元映像表示装置1dは、第4の実施の形態に対応し、第1の光パルス12と第2の光パルス13を所定距離だけ離して出射され、どちらか一方の光パルスが先に入射して誘電体ミラーMによって反射された後、遅れて入射された光パルスと相対抗して重ねられることによって、蛍光を生じさせて断面像を得るものである。
FIG. 18 shows a fifth embodiment of the present invention. The 3D image display apparatus 1d of Example 5 corresponds to the fourth embodiment, and the
この三次元映像表示装置1dは、一定の繰り返し周期で光パルスを出射するパルス光源21と、パルス光源21から出射された光パルスを第1の光パルス12と第2の光パルス13とに分割するビームスプリッタ22と、第1の光パルス12の光路長を変更する光路長制御機構27と、第2の光パルス13の波長を変更する波長変換器28と、第2の光パルス13に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部24と、第1および第2の光パルス13を合波して蛍光空間11に入射する拡大光学系26aと、合波された光パルスのうち先行する光パルスを反射する誘電体ミラーMと、装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。なお、図18において、Ma〜Mhは、反射ミラーである。
This 3D image display device 1d divides a
誘電体ミラーMは、例えば、波長1400nmの光を反射し、波長800nmの光を透過する誘電体ミラーが用いられる。 As the dielectric mirror M, for example, a dielectric mirror that reflects light having a wavelength of 1400 nm and transmits light having a wavelength of 800 nm is used.
パルス光源21には、時間幅100フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長800nmの光パルスレーザを用いる。
As the
波長変換器28は、ビームスプリッタ22で分割された第2の光パルス13の波長800nmを波長1400nmに波長変換するものである。
The
光路長制御機構27は、図7に示す光路長制御機構15と同様に構成されており、一対の鏡を組み合わせた8個の切替ミラー27a〜27hを備えている。 The optical path length control mechanism 27 is configured in the same manner as the optical path length control mechanism 15 shown in FIG. 7, and includes eight switching mirrors 27a to 27h in which a pair of mirrors are combined.
蛍光空間11は、Rhodamine色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このRhodamine色素は、λ1=800nm、λ2=1400nmに対して、数式(1)、数式(2)、数式(3)および数式(6)を満たし、且つ二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。また、1400nmの光パルスの強度は、800nmの光パルスの強度に対して十分強くする。
The
(実施例5による表示動作)
パルス光源21から出射された波長800nmの光パルスは、ビームスプリッタ22によって第1の光パルス12と第2の光パルス13とに分割される。第1の光パルス12は、反射ミラーMa〜Mcを介して光路長制御機構27に入射し、光路長制御機構27おいて周期的に光路長が切り替えられた後、反射ミラーMd,Mh,Meを介して蛍光空間11へ向かう。
(Display operation according to embodiment 5)
An optical pulse having a wavelength of 800 nm emitted from the
一方、ビームスプリッタ22において分割されたもう一方の第2の光パルス13は、波長変換器28においてその波長を800nmから1400nmに変換された後、反射ミラーMfを介して空間光変調部24に入射し、空間光変調部24において断面情報が書き込まれる。このとき、光路長制御機構27と空間光変調部24とは同期するよう制御されているので、光路長制御機構27によって第1の光パルス12の光路長が調整されることにより、2つの光パルスの重なる位置を所望の位置に調整し、その位置で表示させるべき断面像の情報を空間光変調部24において第2の光パルス13に書き込む。空間光変調部24からの第2の光パルス13は、反射ミラーMhを介して第1の光パルス12と所定距離隔てて入射され、拡大光学系26bに入射する。
On the other hand, the other second optical pulse 13 divided by the
そして、第1および第2の光パルス12,13は、それぞれ拡大光学系26aによりそのビーム径を拡大された後、所定距離隔てて同一の側から蛍光空間11に入射し、先行する第2の光パルス13が反射ミラーMにより反射され、その反射光と第1の光パルス12と重なり合った位置で蛍光を発し、断面像14a〜14cを表示させる。このように、1400nmと800nmの光パルスが蛍光空間11内で同軸状で対向して重ね合わされることによって、高いOn/Off比で断面像が映し出される。そして、他の実施例と同様に、蛍光空間11には、図18に示すように断面像14a〜14cが表示され、これらが三次元映像14として表示される。
The first and second
この実施例5によれば、波長の異なる第1および第2の光パルス12,13を用いているので、コントラストの高い三次元映像を表示することができる。また、拡大光学系は1つで済むので、構成を簡素化することができる。
According to the fifth embodiment, since the first and second
なお、本発明は、上記各実施の形態、および上記各実施例に限定されずに、その要旨を変更しない範囲内で種々変形実施が可能である。例えば、本発明の要旨を変更しない範囲内で各実施の形態および各実施例の構成要素の任意の組合せは可能である。また先に説明したように、蛍光空間11が、エタノールやアセトンなどの有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第1の光パルス及び第2の光パルスの波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。水素を重水素に置換した場合、溶媒としての特性に大きな変化がないため、蛍光空間としての性質を損なうことなく波長の選択性を向上させることができる。また、重水素以外では、水素を塩素やフッ素などに置換した場合でも吸収ピークのシフトが起こるため、波長の選択性の向上に利用できる。
The present invention is not limited to the above embodiments and the above examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, any combination of the constituent elements of each embodiment and each example is possible without departing from the scope of the present invention. As described above, when the
1a〜1d 三次元映像表示装置
11 蛍光空間
12,12a〜12d 第1の光パルス
13,13a〜13f 第2の光パルス
14 三次元映像
14a〜14h 断面像
15 光路長制御機構
15a〜15d 切替ミラー
16 空間光変調器
17a〜17h 断面情報
21 パルス光源
21a 第1のパルス光源
21b 第2のパルス光源
22 ビームスプリッタ
23a,23b 回転ミラー部
24 空間光変調部
25 遅延光路
26a,26b 拡大光学系
27 光路長制御機構
27a〜27h 切替ミラー
28 波長変換器
29 SHG結晶
30 フィルタ
31 分割光学系
32 光軸一致光学系
130a〜130c 光パルス列
230 回転ミラー
230a 三角鏡部
231 固定ミラー
240 空間光変調器
241 拡大光学系
242 縮小光学系
250 反射ミラー
310 ビームスプリッタ
311 反射ミラー
320 ビームスプリッタ
321 反射ミラー
M 誘電体ミラー
Ma〜Mg 反射ミラー
Ra〜Rh 光路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1d 3D
Claims (27)
断面情報が書き込まれた第2の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第1の光パルスと前記第2の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第2のステップとを含むことを特徴とする三次元映像表示方法。 A first step in which a first light pulse is incident on the fluorescent space from a predetermined direction;
The second light pulse in which the cross-sectional information is written is incident on the fluorescence space from the direction opposite to the predetermined direction, and the first light pulse and the second light pulse in the fluorescence space overlap each other. A 3D image display method comprising: a second step of causing fluorescence at a position.
前記第2のステップは、前記所定の繰り返し周期とは異なる繰り返し周期で複数の前記第2の光パルスを前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項1に記載の三次元映像表示方法。 In the first step, a plurality of the first light pulses are incident on the fluorescent space at a predetermined repetition period,
The second step is characterized in that a plurality of the second light pulses are incident on the fluorescence space at a repetition period different from the predetermined repetition period and are made to fluoresce at a plurality of the positions in the fluorescence space. The 3D image display method according to claim 1.
前記第2のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でN個の前記第2の光パルスからなる複数のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のN個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項1に記載の三次元映像表示方法。 In the first step, a plurality of the first light pulses are incident on the fluorescent space at a predetermined repetition period,
In the second step, a plurality of pulse trains made up of N second light pulses are incident on the fluorescence space at the same repetition period as the predetermined repetition period, and the N positions in the fluorescence space are entered. The three-dimensional image display method according to claim 1, wherein the three-dimensional image display method is made to cause fluorescence.
前記第2のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でN個の前記第2の光パルスからなるM個のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のN×M個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項1に記載の三次元映像表示方法。 In the first step, M first light pulses are incident on the fluorescent space at a predetermined repetition period,
In the second step, M pulse trains composed of the N second light pulses are incident on the fluorescence space at the same repetition period as the predetermined repetition period, and N × M in the fluorescence space. The three-dimensional image display method according to claim 1, wherein fluorescence is emitted at said position.
断面情報が書き込まれた第2の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第1の光パルスと前記第2の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第2の光パルス入射手段とを備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。 First light pulse incident means for making the first light pulse enter the fluorescent space from a predetermined direction;
The second light pulse in which the cross-sectional information is written is incident on the fluorescence space from the direction opposite to the predetermined direction, and the first light pulse and the second light pulse in the fluorescence space overlap each other. A three-dimensional image display device comprising: second light pulse incident means for causing fluorescence at a position.
前記光パルス光源から出射された前記光パルスを2つの光パルスに分割し、前記2つの光パルスのうち一方の光パルスを前記第1の光パルスとし、他方の光パルスを前記断面情報が書き込まれる第2の光パルスとする分割光学系とを備えたことを特徴とする請求項10に記載の三次元映像表示装置。 The first and second light pulse incident means include one light pulse light source that emits a light pulse;
The optical pulse emitted from the optical pulse light source is divided into two optical pulses, one of the two optical pulses is used as the first optical pulse, and the other optical pulse is written in the cross-sectional information. The three-dimensional image display apparatus according to claim 10, further comprising: a splitting optical system configured as a second optical pulse.
前記第2の光パルス入射手段は、前記断面情報が書き込まれる第2の光パルスを出射する第2の光パルス光源を備えたことを特徴とする請求項10に記載の三次元映像表示装置。 The first light pulse incident means includes a first light pulse light source that emits the first light pulse,
The three-dimensional image display apparatus according to claim 10, wherein the second light pulse incident means includes a second light pulse light source that emits a second light pulse in which the cross-sectional information is written.
前記蛍光空間は、前記第1および第2の光パルスに対して透明であり、前記蛍光空間の二光子吸収準位への励起エネルギーが、波長の長い方の光パルスの2光子分のエネルギーよりも大きく、波長の短い方の光パルスの1光子を足したエネルギーに等しい、もしくはそれよりも小さいことを特徴とする請求項23に記載の三次元映像表示装置。 The first and second light pulse incident means have a light intensity of a light pulse having a shorter wavelength among the first and second light pulses having different wavelengths, which is lower than a light pulse having a longer wavelength,
The fluorescence space is transparent to the first and second light pulses, and the excitation energy to the two-photon absorption level of the fluorescence space is greater than the energy of two photons of the light pulse having the longer wavelength. 24. The three-dimensional image display device according to claim 23, wherein the three-dimensional image display device is larger and equal to or smaller than the energy obtained by adding one photon of the light pulse having a shorter wavelength.
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