JP2008015446A - 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.
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、以下の三次元映像表示方法および装置を提供する。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides the following three-dimensional video display method and apparatus.
[1]第1の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第1のステップと、前記蛍光空間での伝搬速度が前記第1の光パルスよりも速い第2の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第1の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第2の光パルスが前記第1の光パルスに追いつき、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。 [1] A first step of causing a first light pulse to enter a non-vacuum fluorescent space from a predetermined direction, and a second light pulse whose propagation speed in the fluorescent space is faster than that of the first light pulse. The first light pulse is incident on the fluorescence space from a direction substantially the same as the predetermined direction with a predetermined time delay, and the second light pulse catches up with the first light pulse and overlaps in the fluorescence space. A 3D image display method comprising: a second step of causing fluorescence at a position.
[2]前記第1または前記第2の光パルスのいずれか一方に、断面情報が書き込まれたことを特徴とする前記[1]に記載の三次元映像表示方法。 [2] The 3D image display method according to [1], wherein cross-sectional information is written in either one of the first or second light pulses.
[3]前記第1および第2のステップは、前記第1および第2の光パルスの前記蛍光空間への入射タイミングが制御されることにより、前記蛍光空間内の異なる複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記[1]に記載の三次元映像表示方法。 [3] In the first and second steps, the first and second light pulses are caused to fluoresce at a plurality of different positions in the fluorescence space by controlling the timing of incidence of the first and second light pulses into the fluorescence space. The 3D video display method according to [1], wherein
[4]真空中の光速をc、前記第1の光パルスの波長をλ1、前記第2の光パルスの波長をλ2、波長λでの蛍光空間内の屈折率をn(λ)、光パルス1の時間幅をt1、光パルス2の時間幅をt2、としたとき、1×10−4[m]≦{c(t1n(λ2)+t2n(λ1))}/{n(λ2)(n(λ1)−n(λ2))}≦1×10−2[m]を満たすことを特徴とする前記[1]に記載の三次元映像表示方法。
[4] The speed of light in vacuum is c, the wavelength of the first light pulse is λ 1 , the wavelength of the second light pulse is λ 2 , and the refractive index in the fluorescence space at the wavelength λ is n (λ), When the time width of the
[5]前記第2のステップは、1つの前記第1の光パルスに対して所定の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前記[1]に記載の三次元映像表示方法。 [5] In the second step, a plurality of the second light pulses are incident on the fluorescence space at a predetermined repetition period with respect to one first light pulse, and the plurality of the light pulses in the fluorescence space are entered. The three-dimensional image display method according to [1], wherein fluorescence is generated at a position.
[6]前記第1のステップは、所定の繰り返し周期で複数の前記第1の光パルスを前記蛍光空間に入射し、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前記[1]に記載の三次元映像表示方法。 [6] In the first step, a plurality of the first light pulses are incident on the fluorescence space at a predetermined repetition period, and the second step is performed at an N repetition period equal to the predetermined repetition period. The three-dimensional image display according to [1], wherein a plurality of pulse trains composed of the second light pulses are incident on the fluorescent space and are fluorescent at N positions in the fluorescent space. Method.
[7]前記第1のステップは、所定の繰り返し周期でM個の前記第1の光パルスを前記蛍光空間に入射し、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前記[1]に記載の三次元映像表示方法。 [7] In the first step, M first light pulses are incident on the fluorescent space at a predetermined repetition period, and the second step has the same repetition period as the predetermined repetition period. [3] The method according to [1], wherein M pulse trains including N second light pulses are incident on the fluorescence space and are fluorescent at N × M positions in the fluorescence space. 3D image display method.
[8]前記第2の光パルスへの前記断面情報の書込みは、空間光変調によって行うことを特徴とする前記[1]に記載の三次元映像表示方法。 [8] The 3D image display method according to [1], wherein the writing of the cross-sectional information to the second optical pulse is performed by spatial light modulation.
[9]第1の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第1の光パルス入射手段と、
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第1の光パルスよりも速い第2の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第1の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第2の光パルスが前記第1の光パルスに追いつき、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。
[9] First light pulse incident means for causing the first light pulse to enter a non-vacuum fluorescent space from a predetermined direction;
A second light pulse whose propagation speed in the fluorescent space is faster than the first light pulse is incident on the fluorescent space from the substantially same direction as the predetermined direction with a delay of a predetermined time from the first light pulse; Second light pulse incident means for causing the second light pulse to catch up with the first light pulse in the fluorescent space and to cause fluorescence at an overlapping position;
A three-dimensional image display device comprising:
[10]前記第1および第2の光パルス入射手段は、光パルスを出射する1つの光パルス光源と、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前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [10] The first and second light pulse incident means divide the light pulse emitted from the light pulse light source into two light pulses by dividing the light pulse emitted from the light pulse light source into two light pulses. [9] The optical system according to [9], further comprising: a splitting optical system in which one of the two optical pulses is the first optical pulse and the other optical pulse is the second optical pulse. 3D image display device.
[11]前記第1の光パルス入射手段は、前記第1の光パルスを出射する第1の光パルス光源を備え、前記第2の光パルス入射手段は、前記第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前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [11] The first optical pulse incident means includes a first optical pulse light source that emits the first optical pulse, and the second optical pulse incident means emits the second optical pulse. The 3D image display device according to [9], further including a second light pulse light source.
[12]前記第1または第2の光パルス入射手段は、断面像信号に応じて光パルスに前記断面情報を書き込んで前記第1の光パルス、または第2の光パルスを生成する空間光変調器を備えたことを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [12] The spatial light modulation in which the first or second light pulse incident means writes the cross-sectional information in the light pulse according to a cross-sectional image signal to generate the first light pulse or the second light pulse. The three-dimensional image display device according to [9], further comprising a device.
[13]前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする前記[12]に記載の三次元映像表示装置。 [13] The three-dimensional image display device according to [12], wherein the spatial light modulator is a liquid crystal spatial light modulator.
[14]前記第1または第2の光パルス入射手段は、光路長の異なる複数の光路を有し、入射された光パルスを前記複数の光路に分配する分岐部と、前記複数の光路に設けられ、前記複数の光路に分配された複数の光パルスに断面情報を書き込む複数の空間光変調器と、前記断面情報が書き込まれた複数の前記第2の光パルスの光軸を一致させて前記複数の第2の光パルスを前記蛍光空間に入射する合流部とを備えたことを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [14] The first or second optical pulse incident means has a plurality of optical paths having different optical path lengths, and is provided in a branching section that distributes the incident optical pulses to the plurality of optical paths, and in the plurality of optical paths. A plurality of spatial light modulators for writing cross-sectional information to a plurality of optical pulses distributed to the plurality of optical paths, and the optical axes of the plurality of second optical pulses to which the cross-sectional information is written coincide with each other. The three-dimensional image display device according to [9], further including a merging unit that inputs a plurality of second light pulses into the fluorescent space.
[15]前記分岐部は、入射された光パルスを前記複数の光路を順次切り替えて分配する光路切替部である前記[14]に記載の三次元映像表示装置。 [15] The three-dimensional image display device according to [14], wherein the branching unit is an optical path switching unit that distributes an incident optical pulse by sequentially switching the plurality of optical paths.
[16]前記分岐部は、入射された光パルスを複数の光パルスに分割して前記複数の光路に分配する分割光学系である前記[14]に記載の三次元映像表示装置。 [16] The three-dimensional image display device according to [14], wherein the branching unit is a splitting optical system that splits an incident light pulse into a plurality of light pulses and distributes the light pulses to the plurality of optical paths.
[17]前記第1または第2の光パルス入射手段は、前記第1の光パルス、または前記第2の光パルスの光路長を制御する光路長制御部を備えたことを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [17] The first or second optical pulse incident means includes an optical path length control unit that controls an optical path length of the first optical pulse or the second optical pulse. 9].
[18]前記第1または第2の光パルス入射手段は、厚みの異なる複数の光媒質を有し、前記第1の光パルス、または前記第2の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることにより、前記第1の光パルス、または前記第2の光パルスの前記蛍光空間に入射するタイミングを調節するタイミング制御部を備えたことを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [18] The first or second optical pulse incident means includes a plurality of optical media having different thicknesses, and the optical medium is placed on the optical axis of the first optical pulse or the second optical pulse. The three-dimensional image according to [9], further including a timing control unit that adjusts a timing at which the first light pulse or the second light pulse enters the fluorescent space by switching Video display device.
[19]前記第1または第2の光パルス入射手段は、光パルスの波長を変換する波長変換器を備えたことを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [19] The three-dimensional image display device according to [9], wherein the first or second light pulse incident means includes a wavelength converter that converts a wavelength of the light pulse.
[20]前記第1および第2の光パルス入射手段は、前記第1および第2の光パルスの口径を拡大して前記蛍光空間に入射する拡大光学系を共有することを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [20] The first and second light pulse incidence means share an enlarged optical system that enlarges the apertures of the first and second light pulses and enters the fluorescence space. 9].
[21]前記蛍光空間は、前記第1および第2の光パルスの波長に対して透明な、蛍光体、又は蛍光体を含む気体若しくは液体若しくは固体からなることを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [21] In the above [9], the fluorescent space is made of a fluorescent material or a gas, liquid, or solid containing the fluorescent material that is transparent with respect to the wavelengths of the first and second light pulses. The three-dimensional image display device described.
[22]前記蛍光空間は、蛍光体を含み、かつ第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された有機溶剤からなることを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [22] The above-mentioned [9], wherein the fluorescent space is made of a deuterium-substituted organic solvent containing a phosphor and transparent to the wavelengths of the first light pulse and the second light pulse. 3D image display device described in 1.
[23]前記蛍光空間は、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前記位置で最も強い多光子吸収を起こすことを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [23] The three-dimensional image according to [9], wherein the fluorescence space causes the strongest multiphoton absorption at the position where the first light pulse and the second light pulse overlap each other. Display device.
[24]前記第1および第2の光パルス入射手段は、前記第1および第2の光パルスのうち波長が短い方の光パルスの光強度は、波長の長い方の光パルスよりも低く、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前記[23]に記載の三次元映像表示装置。 [24] In the first and second light pulse incidence means, the light intensity of the light pulse having the shorter wavelength of the first and second light pulses is lower than that of the light pulse having the 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. The three-dimensional image display device according to [23], which is equal to or smaller than an energy obtained by adding one photon of a light pulse having a shorter wavelength.
[25]前記蛍光空間は、前記第1および第2の光パルスの入射側と反対側に、前記第1および第2の光パルスの波長のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタを有することを特徴とする前記[9]に記載の三次元映像表示装置。 [25] The fluorescent space cuts only the wavelengths of the first and second light pulses on the side opposite to the incident side of the first and second light pulses, and transmits light having other wavelengths. The 3D image display device according to [9], further including a notch filter.
[26]前記タイミング制御部は、円盤状の形状を有し、前記円盤状の形状の厚さ方向に平行な回転軸を中心に回転運動を行うことにより、前記第1の光パルス、または前記第2の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることを特徴とする[18]に記載の三次元映像表示装置。 [26] The timing control unit has a disk-like shape, and performs the rotational movement around a rotation axis parallel to the thickness direction of the disk-like shape, whereby the first optical pulse or the [3] The three-dimensional image display device according to [18], wherein the optical medium placed on the optical axis of the second optical pulse is switched.
[27]前記タイミング制御部の重心は、前記回転運動の回転中心と略一致していることを特徴とする[26]に記載の三次元映像表示装置。 [27] The 3D image display device according to [26], wherein the center of gravity of the timing control unit substantially coincides with the center of rotation of the rotational motion.
[28]前記タイミング制御部において、前記厚みの異なる複数の光媒質のうち、厚みの略同一な前記光媒質同士が、前記回転中心に対して対称に配置されていることを特徴とする[27]に記載の三次元映像表示装置。 [28] In the timing control unit, among the plurality of optical media having different thicknesses, the optical media having substantially the same thickness are arranged symmetrically with respect to the rotation center [27]. ] The three-dimensional video display apparatus as described in any one of.
なお、上記の各態様において、略同方向とは、第2の光パルスが、蛍光空間内で第1の光パルスに追いつき、重なりを経て追い越しするような方向のことを意味し、両パルスの蛍光空間への入射方向は、完全に同軸かつ同方向である必要はない。 In each of the above aspects, the substantially same direction means a direction in which the second light pulse catches up with the first light pulse in the fluorescent space and passes through the overlap, and both pulses The incident direction to the fluorescent space need not be completely coaxial and the same direction.
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]
本発明は、多光子吸収現象(特に二光子吸収現象)を利用するものである。蛍光体に光エネルギーを与える際に、ひとつひとつの光子ではエネルギーが足りずに吸収が起こらない場合でも、複数の光子のエネルギーが足し合わされて吸収が起こる場合があり、これを多光子吸収という。
[Principle of the present invention]
The present invention utilizes a multiphoton absorption phenomenon (particularly a two-photon absorption phenomenon). When light energy is given to a phosphor, even if absorption does not occur due to insufficient energy for each photon, absorption may occur due to the addition of energy of a plurality of photons, which is called multiphoton absorption.
図1(a)〜(c)は、本発明に係る三次元映像表示方法の基本的な原理を示す図である。図1(a)において、蛍光空間11に入射する1本の光軸に沿って同方向から蛍光空間11に波長λ1を有する第1の光パルス12、およびλ1と異なる波長λ2を有する第2の光パルス13を入射タイミングを所定時間ずらして入射する。
FIGS. 1A to 1C are diagrams showing the basic principle of the 3D video display method according to the present invention. In FIG. 1A, a first
ところで、媒質中を伝搬する光の速度は、光の波長により異なる。このような現象は屈折率の波長分散によるものであり、波長分散のうち、特に、波長が大きくなるに伴って速度が大きくなる場合を正常分散、波長が小さくなるに伴って速度が大きくなる場合を異常分散と呼ぶ。波長分散の度合いや、正常分散となるか異常分散となるかは、媒質固有の性質に依る。以下では、蛍光空間11内部は正常分散を示し、光の波長が大きくなるに伴って速度が大きくなるものとして説明する。また、第2の光パルスの波長は、第1の光パルスの波長よりも大きいものとする(λ1<λ2)。
By the way, the speed of light propagating in the medium differs depending on the wavelength of light. Such a phenomenon is due to the chromatic dispersion of the refractive index. Among the chromatic dispersions, in particular, when the speed increases as the wavelength increases, normal dispersion, and when the speed increases as the wavelength decreases. Is called anomalous dispersion. The degree of chromatic dispersion and whether it becomes normal dispersion or abnormal dispersion depends on the properties of the medium. In the following description, it is assumed that the inside of the
図1(a)に示すように、蛍光空間11の内部に第1の光パルス12、および第2の光パルス13が入射すると、互いの波長が異なるために、波長分散により、蛍光空間11内部での伝搬速度に差が生じる。具体的には、先に蛍光空間11に入射した第1の光パルス12は、後から入射した第2の光パルス13よりも波長が大きいため、速度が小さく、第1の光パルス12と第2の光パルス13の入射タイミングの差が十分に小さい場合は、第2の光パルス13に追いつかれ、追い越される。
As shown in FIG. 1A, when the
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。
The
第1の光パルス12が第2の光パルス13に追いつかれて互いに空間的に重なり合う位置においては、第1の光パルス12と第2の光パルス13の光子による二光子吸収が生じるため、第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なり合わない位置と比較して、蛍光空間11内の蛍光体は、より多くのエネルギーを得ることができる。エネルギーを得ることにより蛍光体中の電子が励起され、励起された電子が緩和する過程において蛍光を発する。ここで、第1の光パルス12と第2の光パルス13の光子による二光子吸収により得られるエネルギーが吸収エネルギーの大部分を占めるとすると、第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なり合う位置においてのみ蛍光が生じることとなる。
At the position where the first
図1(b)は、第1および第2の光パルス12、13の強度を表し(簡単のため、パルス強度およびパルス幅は等しいとして示す)、図1(c)は、蛍光強度分布を表す。それぞれ横軸は図1(a)と共通した光パルスの位置である。第1および第2の光パルス12、13は、図1(a)に示す蛍光空間11内での位置Bから重なり始め、位置Dで完全に重なり、位置Fで重なり終わる。この位置BからFまでの長さを重なり長さΔLとすると、図1(c)に示すように、重なり長さΔLの範囲で蛍光強度の分布が生じる。なお、重なりが最も大きくなる位置Dにおいて、二光子吸収が最も多く生じるため、蛍光強度が大きくなる。
FIG. 1 (b) shows the intensity of the first and second
しかし、一般に、重なり長さΔLの全範囲において人間の眼が蛍光を認識できるわけではなく、蛍光強度分布の裾付近(位置B、F付近)に関しては、強度が小さいため感知することができない。そこで、例えば、図1(c)に示すように、蛍光強度分布の半値幅を人間の感知できる範囲とし、蛍光面厚さとする。 However, in general, the human eye cannot recognize fluorescence in the entire range of the overlap length ΔL, and the vicinity of the bottom of the fluorescence intensity distribution (near positions B and F) cannot be detected because the intensity is small. Therefore, for example, as shown in FIG. 1C, the half-value width of the fluorescence intensity distribution is set to a range that can be perceived by a human, and the thickness of the phosphor screen is set.
第1の光パルス12と第2の光パルス13の重なり位置を調整することにより、蛍光空間11内での蛍光が生じる位置を調整することができる。重なり位置を変えるためには、第1の光パルス12と第2の光パルス13の蛍光空間11への入射タイミングの差を調整する。
By adjusting the overlapping position of the
図2は、第1および第2の光パルスの入射タイミングの差と蛍光が生じる位置の関係を示す概念図である。図2中のLa、Lb、Lcは、第1の光パルス12a、12b、12cと第2の光パルス13a、13b、13cのそれぞれの光パルス組の入射前の間隔を表す。第1の光パルス12と第2の光パルス13の間隔(入射タイミングの差)が小さいほど、早い時刻において第2の光パルス13が第1の光パルス12に追いつくため、蛍光空間11の入射面に近い位置で蛍光が生じることになる。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between the difference in the incidence timing of the first and second light pulses and the position where fluorescence occurs. L a , L b , and L c in FIG. 2 represent intervals before incidence of the respective optical pulse sets of the first
そのため、間隔がLaの光パルス12a、13aの組により、蛍光空間11の入射口付近で蛍光が生じて断面像14aが形成され、間隔がLbの光パルス12b、13bの組により、蛍光空間11の中央付近で蛍光が生じて断面像14bが形成され、間隔がLcの光パルス12c、13cの組により、蛍光空間11の奥部付近で蛍光が生じて断面像14cが形成される。なお、断面像の形状は、第1の光パルス12と第2の光パルス13の重なる部分の形状による。そして、これらの固有の形状を有する断面像を組み合わせることにより、三次元映像を形成することができる。なお、断面像14a、14b、14cの形成されるタイミングは同時ではないが、各光パルスの組を十分短い間隔で入射させると、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。
Therefore, the light pulse 12a intervals L a, the 13a pair of fluorescent occurs near the entrance of 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、例えば、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の断面形状が断面像14a〜14cとして蛍光空間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対応する第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
以下に、上記の現象の原理、および具体例について説明する。 The principle of the above phenomenon and specific examples will be described below.
(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3〜図7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。第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なっていない場所においては、第1の光パルス12の光子同士、第2のパルス13の光子同士の多光子吸収が起こり、重なっている場所においては、第1の光パルス12の光子同士、第2の光パルス13の光子同士による多光子吸収に加え、第1の光パルスの光子と第2の光パルスの光子による多光子吸収が生じる。
(Principle of fluorescence generation)
Next, the principle of fluorescence generation by multiphoton absorption will be described with reference to FIGS. The three-dimensional video 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 is required between a place where light shines and a place where light does not shine. 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6参照)、
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、
(光パルスの波長分散による追い越し)
真空中の光速をc、第1の光パルス12の波長をλ1、第2の光パルス13の波長λ2、波長λでの蛍光空間11内の屈折率をn(λ)、第1の光パルス12の時間幅をt1、第2の光パルス13の時間幅をt2、とすると第1の光パルス12と第2の光パルス13の重なり時間ΔTは、
The speed of light in vacuum is c, the wavelength of the
ここで、人間の眼の空間分解能を考慮すると、ΔLは0.1mm以上であることが望ましく、また、10mmを超えると蛍光面が厚くなりすぎるため、
ここで、仮にλ1=400nm、λ2=800nmとし、蛍光空間11に水が満たされているとすると、それぞれの波長における水の屈折率は、
なお、第1の光パルス12と第2の光パルス13を蛍光空間11に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合は、同様の計算により、蛍光面厚さは10μm程度となる。このことから、第1の光パルス12と第2の光パルス13を蛍光空間11に同光軸上の同方向から入射させ、光パルスの追い越しにより蛍光を起こす場合は、第1の光パルス12と第2の光パルス13を蛍光空間11に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、100倍以上の蛍光面厚さを得ることができる。
When the
また、人間の眼の空間分解能が0.1mm程度であるため、厚さ10μmの蛍光面は、人間の眼には、厚さ0.1mmの蛍光面が実際の10分の1の明るさで存在しているように見える。そのため、第1の光パルス12と第2の光パルス13を蛍光空間11に同光軸上の同方向から入射させ、光パルスの追い越しにより蛍光を起こす場合は、第1の光パルス12と第2の光パルス13を蛍光空間11に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、人間の眼には蛍光面が10倍程度明るく見える。
In addition, since the spatial resolution of the human eye is about 0.1 mm, a phosphor screen with a thickness of 10 μm has a brightness of 1/10 the actual brightness of a phosphor screen with a thickness of 0.1 mm. Looks like it exists. Therefore, when the
(光パルスの入射タイミングと断面像の位置の関係)
真空中の光速をc、第1の光パルス12の波長をλ1、第2の光パルスの波長λ2、波長λでの蛍光空間11内の屈折率をn(λ)、第1の光パルス12の時間幅をt1、第2の光パルス13の時間幅をt2、第1の光パルス12と第2の光パルス13の距離をLとすると、第2の光パルス13が第1の光パルス12に追いつくまでの時間Tは、
The light speed in vacuum is c, the wavelength of the
ここで、仮にλ1=400nm、λ2=800nm、t1=t2=100fsであるとして、蛍光空間11に水が満たされているとすると、上述の通り、蛍光面厚さは1.3mm程度となるので、隙間なく断面像を表示させるにはΔX=1.3×10−3であればよく、この場合、ΔLは、数式(22)より、
×10−5×n(n:1、2、3、・・・)であればよい。
Here, assuming that λ 1 = 400 nm, λ 2 = 800 nm, and t 1 = t 2 = 100 fs, and assuming that the
It may be × 10 −5 × n (n: 1, 2, 3,...).
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。 Hereinafter, the 3D image display method according to the embodiment of the present invention will be described more specifically.
[第1の実施の形態]
(三次元映像表示装置の構成)
図8は、本発明の第1の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置1は、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光パルス光源21と、光パルス光源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部23と、第2の光パルス13の波長を変更する波長変換器25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26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に入射する拡大光学系27と、光路を形成する複数の反射ミラー36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。
[First Embodiment]
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 8 is a configuration diagram of the 3D video display apparatus according to the first embodiment of the present invention. The three-dimensional
光パルス光源21には、例えば、時間幅50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 optical
波長変換器25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を例えば波長1300nmに波長変換するものであり、例えば、OPA(Optical Parametric Amplifier)を用いることができる。
The
光路長制御部23は、制御部の制御により、第1の光パルス12が光パルス光源21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る。この光路長の調整により2つの光パルス12、13の光路長の差を変化させ、蛍光空間11への入射タイミングを制御することができる。
The optical path
具体的には、一対の鏡を組み合わせた切替ミラー24a〜24eを所定の間隔で配置し、そのうちのいずれかの切替ミラー24a〜24eを選択して、その選択した切替ミラー24a〜24eによって第1の光パルス12を反射させる。このとき、選択する切替ミラー24a〜24eによって光路長が変わるので、ビームスプリッタ22により分割された第1の光パルス12と第2の光パルス13が再び同光軸上に乗った際の間隔が変化し、それにより断面像が蛍光空間11に表示される位置が変化する。
Specifically, the switching mirrors 24a to 24e obtained by combining a pair of mirrors are arranged at a predetermined interval, and one of the switching mirrors 24a to 24e is selected, and the first switching mirrors 24a to 24e select the first. The
具体的には、選択する切替ミラー24a〜24eは、24a、24b、24c、24d、24eの順に光路長が大きくなり、それに伴い、ビームスプリッタ22により分割された第1の光パルス12と第2の光パルス13が蛍光空間11に入射する際の間隔が順に大きくなる。図2に示すように、第1の光パルス12と第2の光パルス13が蛍光空間11に入射する際の間隔が大きくなるほど、蛍光空間11内での断面像の形成される位置が蛍光空間11の入射面から遠くなる。図8においては、切替ミラー24a、24b、24c、24d、24eを選択した場合は、蛍光空間11においてそれぞれ断面像14a、14b、14c、14d、14eが形成される。切替ミラー24a〜24eの設置される間隔により、断面像14a〜14eの形成される間隔が変化する。なお、図8においては、5対の切替ミラー24a〜24eが備わっているものとして示したが、切替ミラーの数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間11に形成される断面像の数も断面像14a〜14eの5つに限られない。
Specifically, the switching mirrors 24 a to 24 e to be selected have an optical path length that increases in the order of 24 a, 24 b, 24 c, 24 d, and 24 e, and accordingly, the first
空間光変調部26は、レンズにより入射した第2の光パルス13を拡大する拡大光学系262と、拡大された第2の光パルス13に断面像信号に対応した断面情報を書き込む空間光変調器261と、断面情報を書き込まれた第2の光パルス13をレンズにより縮小する縮小光学系263とを備える。 The spatial light modulator 26 includes a magnifying optical system 262 that magnifies the second light pulse 13 incident by the lens, and a spatial light modulator that writes cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal to the magnified second light pulse 13. 261 and a reduction optical system 263 for reducing the second light pulse 13 in which the cross-sectional information is written by a lens.
空間光変調器261は、例えば、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断面情報を第2の光パルス13に書き込み、所定の光パターンを有する第2の光パルス13を生成する。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 light modulator 261, for example, a liquid crystal spatial light modulator can be used. By controlling the voltage applied to each pixel of the liquid crystal spatial light modulator based on the cross-sectional image signal, cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal is written in the second light pulse 13, and a second light having a predetermined light pattern is obtained. Are generated. A micromirror array can also be used as the spatial light modulator.
光路長制御部23による光路長の変更タイミングと空間光変調部26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
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、例えば、エタノール中にRhodamine 6Gを1wt%の濃度で分散させたものを蛍光空間11に満たして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。第1の光パルスと第2の光パルス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
また、蛍光空間11の第1および第2の光パルス12、13の入射面と反対側に、第1および第2の光パルス12、13の波長(800nm、および1300nm)のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタ15が設けられることが好ましい。これにより、観察者はノッチフィルタ15の側からもパルス光の影響を受けずに三次元映像を観賞することができる。
Further, only the wavelengths (800 nm and 1300 nm) of the first and second
以下に、本実施の形態に係る三次元映像表示装置1の動作例を示す。
Below, the example of operation | movement of the three-dimensional
(三次元映像表示装置の動作)
まず、光パルス光源21から5つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ22により分離されて、それぞれ5つの第1の光パルス12a〜12eと第2の光パルス13a〜13eとなる。
(Operation of 3D image display device)
First, five pulsed light beams are emitted from the optical
第1の光パルス12a〜12eは光路長制御部23に入射し、第1の光パルス12a、12b、12c、12d、12eは、それぞれ切替ミラー24a、24b、24c、24d、24eの形成する光路を通る。
The first optical pulses 12a to 12e are incident on the optical path
一方、第2の光パルス13a〜13eは、波長変換器25により波長を変換され、その後、空間光変調部26により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、第1の光パルス12a〜12eと同光軸上に乗る。
On the other hand, the second optical pulses 13a to 13e are converted in wavelength by the
図9は、画像情報を書き込まれた第2の光パルスの形状の一例、図10は、第1の光パルスの形状の一例を示す。空間光変調部26により、断面情報が5つの第2のパルス13a〜13eに順次書き込まれ、第2のパルス13a〜13eは図9に示すような形状となる。なお、第1の光パルス14a〜14eは、断面情報を書き込まれないために、図10に示すようにいずれも同様の形状を有する。図10に示した形状は一例であるが、画像情報を書き込まれた第2のパルス13a〜13eの形状を全て含むような形状、および大きさを有することが好ましい。
FIG. 9 shows an example of the shape of the second light pulse in which the image information is written, and FIG. 10 shows an example of the shape of the first light pulse. The cross-section information is sequentially written into the five second pulses 13a to 13e by the spatial light modulator 26, and the second pulses 13a to 13e have a shape as shown in FIG. Note that the
図11は、第1および第2の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。図11中のLa、Lb、Lc、Ld、Leは、第1の光パルス12と第2の光パルス13のそれぞれの光パルス組の蛍光空間11への入射前の間隔を表す。第1の光パルス12と第2の光パルス13の間隔(入射タイミングの差)が小さいほど、入射面に近い位置で第2の光パルス13が第1の光パルス12に追いつき、第1および第2の光パルス12a、13aの組は断面像14a、第1および第2の光パルス12b、13bの組は断面像14b、第1および第2の光パルス12c、13cの組は断面像14c、第1および第2の光パルス12d、13dの組は断面像14d、第1および第2の光パルス12e、13eの組は断面像14eをそれぞれ形成する。なお、第1および第2の光パルス12a〜12e、13a〜13eの組の入射順(断面像14a〜14eの形成される順)は、図11に示すものに限られない。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing the relationship between the first and second light pulses and the cross-sectional image. In FIG. 11, L a , L b , L c , L d , and Le indicate the intervals before the
図12は、断面像により構成される三次元映像の一例を示す。画像情報を書き込まれた第2のパルス13a〜13eがそれぞれ光路長を調整された第1の光パルス12a〜12eと蛍光空間11において順次重なると、図11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。なお、断面像の厚さ、間隔、数等は上記のものに限られず、数多くの断面像を隙間なく形成すれば、より解像度の高い詳細な三次元映像を形成することができる。
FIG. 12 shows an example of a three-dimensional image composed of cross-sectional images. When the second pulses 13a to 13e in which the image information is written are sequentially overlapped with the first light pulses 12a to 12e whose optical path lengths are adjusted in the
(第1の実施の形態の効果)
この第1の実施の形態によれば、波長の異なる第1の光パルス12と第2の光パルス13を蛍光空間11に同光軸上の同方向から入射させ、屈折率の波長分散に起因する光パルスの追い越しにより蛍光を発生させ、分解能や明るさが均質で鮮明な三次元映像14を表示することができる。
(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment, the
また、第1の光パルス12と第2の光パルス13を蛍光空間11に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、厚さ、明るさの大きい断面像14a〜14eを形成することができるので、断面像14a〜14eにより構成される三次元映像14の画質、明るさを向上させることができる。
In addition, the thickness and brightness of the
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、光パルス光源を2つ用いる点において第1の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第1の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Second Embodiment]
The second embodiment differs from the first embodiment in that two optical pulse light sources are used. The description of the same points as in the first embodiment, such as other components and operations, will be omitted.
(三次元映像表示装置の構成)
図13は、本発明の第2の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。本実施の形態に係る三次元営巣表示装置1は、光パルス光源として、第1の光パルス光源21aと、第2の光パルス光源21bを有する。
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 13 is a configuration diagram of a 3D video display apparatus according to the second embodiment of the present invention. The three-dimensional
第1の光パルス光源21aには、例えば、時間幅50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の光パルス光源21bには、例えば、時間幅50フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長1300nmの光パルスレーザを用いる。第1および第2のパルス光源21a、21bは、同期して光パルスを射出するように構成されている。
For example, an optical pulse laser having a time width of 50 femtoseconds, a repetition frequency of 1 kHz, and a wavelength of 800 nm is used for the first optical pulse
(三次元映像表示装置の動作)
第1の光パルス光源21aから出射された第1の光パルス12a〜12eは光路長制御部23に入射し、第1の光パルス12a、12b、12c、12d、12eは、それぞれ切替ミラー24a、24b、24c、24d、24eの形成する光路を通る。
(Operation of 3D image display device)
The first optical pulses 12a to 12e emitted from the first optical pulse
一方、第2の光パルス光源21bから出射された第2の光パルス13a〜13eは、空間光変調部25により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、第1の光パルス12a〜12eと同光軸上に乗る。
On the other hand, the second light pulses 13a to 13e emitted from the second light
その後、第1の光パルス12a〜12e、および第2の光パルス13a〜13e蛍光空間11に入射し、第1および第2の光パルス12a、13aの組は断面像14a、第1および第2の光パルス12b、13bの組は断面像14b、第1および第2の光パルス12c、13cの組は断面像14c、第1および第2の光パルス12d、13dの組は断面像14d、第1および第2の光パルス12e、13eの組は断面像14eをそれぞれ形成する。
Thereafter, the first light pulses 12a to 12e and the second light pulses 13a to 13e are incident on the
(第2の実施の形態の効果)
この第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、第1の光パルス光源21aと、第2の光パルス光源21bが互いに異なる波長の光パルスを射出するため、第1の実施の形態におけるビームスプリッタ22、および波長変換器25を必要としない。
(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment, an effect similar to that of the first embodiment can be obtained. Since the first optical pulse
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態は、光路長制御部23の構成において第1の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第1の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Third Embodiment]
The third embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the optical path
(三次元映像表示装置の構成)
図14は、本発明の第3の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。光路長制御部23は、一対の回転ミラーである回転ミラー28a〜28dと、一対の固定ミラーである固定ミラー29を有して構成される。
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 14 is a configuration diagram of a 3D video display apparatus according to the third embodiment of the present invention. The optical path
図15は、回転ミラー、および固定ミラーの拡大図である。回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29は、それぞれ異なる第1の光パルス12の光路を形成する。回転ミラー28a〜28dは、孔の一部を塞ぐ突起部を内側に有する環形状を有し、回転角に応じて第1の光パルス12を反射したり通過させたりすることができる。また、固定ミラー29は、回転ミラー28a〜28dの列の後ろに配置される。
FIG. 15 is an enlarged view of the rotating mirror and the fixed mirror. The rotating
入射側の回転ミラー28a〜28dを所定の位相差を設けて同速度で回転させ、いずれか1つの回転ミラー28a〜28dの突起部により光路が遮られると、その回転ミラー28a〜28dによって第1の光パルス12は反射され、その回転ミラー28a〜28dが形成する光路へとその進路を変更する。第1の光パルス12が全ての回転ミラー28a〜28dを通過した場合は、固定ミラー29によって第1の光パルス12は反射され、その固定ミラー29が形成する光路を進む。
When the rotation mirrors 28a to 28d on the incident side are rotated at the same speed with a predetermined phase difference, and the light path is blocked by the protrusions of any one of the rotation mirrors 28a to 28d, the first rotation mirrors 28a to 28d The
射出側の回転ミラー28a〜28dは、対になる入射側の回転ミラー28a〜28dと光路を形成するため、入射側と射出側の回転ミラー28a〜28dは、図15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 exit-side
光路長制御部23による光路長の変更タイミングと空間光変調部26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
具体的には、回転ミラー28a、28b、28c、28d、固定ミラー29の順に、形成する光路の光路長が大きくなり、それに伴い、第1の光パルス12と第2の光パルス13が蛍光空間11に入射する際の間隔が順に大きくなる。図14においては、回転ミラー28a、28b、28c、28d、固定ミラー29により光路が形成された場合は、蛍光空間11においてそれぞれ断面像14a、14b、14c、14d、14eが形成される。回転ミラー28a〜28d、固定ミラー29の設置される間隔により、断面像14a〜14eの形成される間隔が変化する。なお、図14、図15においては、4対の回転ミラー28a〜28dが備わっているものとして示したが、回転ミラーの数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間11に形成される断面像の数も断面像14a〜14eの5つに限られない。
Specifically, the optical path lengths of the optical paths to be formed increase in the order of the
(第3の実施の形態の効果)
この第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、光路長制御部23が光利用効率の高い回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29により構成されているので、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。
(Effect of the third embodiment)
According to the third embodiment, an effect similar to that of the first embodiment can be obtained. In addition, since the optical path
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態は、光路長制御部23の代わりに回転光媒質30を用いる点において第1の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第1の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment is different from the first embodiment in that a rotating light medium 30 is used instead of the optical path
(三次元映像表示装置の構成)
図16は、本発明の第4の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。光路長制御部23は、光軸に対する厚さの異なる複数の光媒質を有する回転光媒質30を有して構成される。
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 16 is a block diagram of a 3D video display apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The optical
図17は、回転光媒質の拡大図である。回転光媒質30は、同じ屈折率を有し、厚さの異なる光媒質30a〜30eを環状に配列して構成される。ここで、真空中の高速をcとすると、屈折率n、厚さdの板を通った光パルスは、空気中を通る光パルスよりも、時間にして(n−1)d/c秒だけ遅れることになる。これにより、回転光媒質30を空間光変調261の動作に同期して回転させることにより、第1の光パルス12を異なる厚さの光媒質30a〜30eを通過させ、蛍光空間11への入射タイミングを調整することができる。なお、回転光媒質30を構成する複数の光媒質は、それぞれ屈折率の異なるものであってもよい。
FIG. 17 is an enlarged view of the rotating light medium. The rotating optical medium 30 is configured by annularly arranging
具体的には、光媒質30a、30b、30c、30d、30eの順に厚さが増し、通過する第1の光パルス12の蛍光空間11への入射タイミングが遅れる。それに伴い、第1の光パルス12と第2の光パルス13が蛍光空間11に入射する際の間隔が順に大きくなる。図16においては、光媒質30a、30b、30c、30d、30eを第1の光パルス12が通過した場合は、蛍光空間11においてそれぞれ断面像14a、14b、14c、14d、14eが形成される。光媒質30a、30b、30c、30d、30eの厚さの差により、断面像14a〜14eの形成される間隔が変化する。なお、図17においては、5個の光媒質30a〜30eが備わっているものとして示したが、光媒質の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間11に形成される断面像の数も断面像14a〜14eの5つに限られない。
Specifically, the thickness increases in the order of the
(第4の実施の形態の効果)
この第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、回転光媒質30は光路長を変化させて蛍光空間11への入射タイミングを調整する装置と比較してコンパクトであり、構成が単純であるので、三次元映像表示装置1の小型化が可能であり、また、製造コストを抑えることができる。
(Effect of the fourth embodiment)
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, the rotating light medium 30 is more compact than a device that adjusts the incident timing to the
[第5の実施の形態]
第5の実施の形態は、空間光変調部26を複数用いる点において第1の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第1の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
The fifth embodiment differs from the first embodiment in that a plurality of spatial light modulators 26 are used. The description of the same points as in the first embodiment, such as other components and operations, will be omitted.
(三次元映像表示装置の構成)
図18は、本発明の第5の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置1は、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光パルス光源21と、光パルス光源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2の光パルス13の波長を変更する波長変換器25と、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〜Reを選択する分岐部31と、光路Ra〜Reを進む第2の光パルス13にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部26と、第2の光パルス13の光路長を調整する遅延光路32と、第2の光パルス13の光路Ra〜Rhを合流させる合流部33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に入射する拡大光学系27と、光路を形成する複数の反射ミラー36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。
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 18 is a configuration diagram of a 3D video display apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The three-dimensional
分岐部31、および合流部33は、回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29から構成される。分岐部31、および合流部33に用いられる回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29の構成および動作は、第3の実施の形態において光路長制御部23に用いられる一対の回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29と同様である。
The branch part 31 and the junction part 33 are composed of
分岐部31の回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29は、それぞれ異なる第2の光パルス12の光路Ra〜Reを形成し、合流部33の回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29は、それぞれ第2の光パルス12の光路Ra〜Reを合流させる。
The rotating
空間光変調部26は、分岐部31によって選択される光路Ra〜Re上にそれぞれ配置された空間光変調器261と、各空間光変調器261の前段に配置された拡大光学系262と、各空間光変調器261の後段に配置された縮小光学系263とを備える。 The spatial light modulator 26 includes a spatial light modulator 261 disposed on each of the optical paths Ra to Re selected by the branching unit 31, an expansion optical system 262 disposed in front of each spatial light modulator 261, and each And a reduction optical system 263 arranged at the subsequent stage of the spatial light modulator 261.
遅延光路32は、各光路Ra〜Re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の蛍光空間11への入射タイミングを調整するものであり、適宜の位置に配置された複数の反射ミラー321により構成される。
The delay optical path 32 adjusts the incident timing of the second optical pulse 13 into the
なお、遅延光路32は、各光路Ra〜Re上に所定の厚さを有する光媒質を配置し、光媒質の厚さ、または屈折率により、第2の光パルス13の蛍光空間11への入射タイミングを調整する構成であってもよい。
In the delay optical path 32, an optical medium having a predetermined thickness is disposed on each of the optical paths Ra to Re, and the second optical pulse 13 is incident on the
分岐部31の光路Ra〜Reを選択する動作、空間光変調器261の断面情報を書込む動作、および合流部33の光路Ra〜Reを合流させる動作は、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。 The operation of selecting the optical paths Ra to Re of the branching unit 31, the operation of writing the cross-sectional information of the spatial light modulator 261, and the operation of joining the optical paths Ra to Re of the merging unit 33 are synchronized by a control unit (not shown). It is controlled.
(三次元映像表示装置の動作)
まず、光パルス光源21から5つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ22により分離されて、それぞれ5つの第1の光パルス12a〜12eと第2の光パルス13a〜13eとなる。
(Operation of 3D image display device)
First, five pulsed light beams are emitted from the optical
第2の光パルス13a〜13eは、分岐部31の回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29により、それぞれ光路Ra〜Reを進み、空間光変調部26により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部33の回転ミラー28a〜28d、および固定ミラー29により合流し、第1の光パルス12a〜12eと同光軸上に乗る。
The second light pulses 13a to 13e travel along the optical paths Ra to Re by the rotating
第1および第2の光パルス12a〜12e、13a〜13eは蛍光空間11に入射し、第1および第2の光パルス12a、13aの組は断面像14a、第1および第2の光パルス12b、13bの組は断面像14b、第1および第2の光パルス12c、13cの組は断面像14c、第1および第2の光パルス12d、13dの組は断面像14d、第1および第2の光パルス12e、13eの組は断面像14eをそれぞれ形成する。
The first and second light pulses 12a to 12e and 13a to 13e enter the
なお、図18においては、5個の空間光変調器261が備わっているものとして示したが、空間光変調器261の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間11に形成される断面像の数も断面像14a〜14eの5つに限られない。
In FIG. 18, the five spatial light modulators 261 are illustrated as being provided. However, the number of the spatial light modulators 261 is not limited to this, and a cross section formed in the
(第5の実施の形態の効果)
この第5の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、空間光変調部26に複数の空間光変調器261を用いることにより、各空間光変調器261はそれぞれ1つの断面情報を第2の光パルス13a〜13eに書き込む構成となっている。そのため、第2の光パルス13a〜13eの間隔が短い場合であっても、比較的容易に断面情報を書き込むことができる。
(Effect of 5th Embodiment)
According to the fifth embodiment, an effect similar to that of the first embodiment can be obtained. Further, by using a plurality of spatial light modulators 261 in the spatial light modulator 26, each spatial light modulator 261 is configured to write one cross-section information in the second light pulses 13a to 13e, respectively. Therefore, even when the interval between the second light pulses 13a to 13e is short, the cross-sectional information can be written relatively easily.
[第6の実施の形態]
第6の実施の形態は、1つの第1の光パルス12と、複数の第2の光パルス13からなるパルス列131により、三次元映像14を形成する点において上記各実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、上記各実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
The sixth embodiment is different from the above embodiments in that a three-
(三次元映像表示装置の構成)
図19は、本発明の第6の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置1は、一定の繰り返し周期で第1および第2の光パルス12、13を出射する第1および第2の光パルス光源21a、21bと、第2の光パルス13の光路Ra〜Reを選択する分岐部31と、光路Ra〜Reを進む第2の光パルス13にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部26と、第2の光パルス13の光路長を調整する遅延光路32と、第2の光パルス13の光路Ra〜Rhを合流させる合流部33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に入射する拡大光学系27と、光路を形成する複数の反射ミラー36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。
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 19 is a configuration diagram of a 3D video display apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The 3D
第1の光パルス光源21aには、例えば、時間幅50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の光パルス光源21bには、例えば、時間幅50フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長1300nmの光パルスレーザを用いる。第1の光パルス光源21aが1個の第1の光パルス12aを射出するタイミングに合わせて、第2の光パルス光源21bは第2の光パルス13a〜13hを所定の周期で連続的に射出することにより光パルス列131を射出する。
For example, an optical pulse laser having a time width of 50 femtoseconds, a repetition frequency of 1 kHz, and a wavelength of 800 nm is used for the first optical pulse
(三次元映像表示装置の動作)
まず、第1の光パルス光源21aが1個の第1の光パルス12aを射出するタイミングに合わせて、第2の光パルス光源21bが第2の光パルス13a〜13hからなるパルス列131を射出する。
(Operation of 3D image display device)
First, the second optical pulse
パルス列131を構成する第2の光パルス13a〜13hは、分岐部31の回転ミラー28a〜28g、および固定ミラー29により、それぞれ光路Ra〜Rhを進み、空間光変調部26により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部33の回転ミラー28a〜28g、および固定ミラー29により合流して再びパルス列131となり、第1の光パルス12aと同光軸上に乗る。
The second optical pulses 13a to 13h constituting the pulse train 131 travel on the optical paths Ra to Rh by the rotating
図20は、第1および第2の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。第1の光パルス12aと第2の光パルス13a〜13hからなるパルス列131が蛍光空間11に入射すると、第2の光パルス13a〜13hは、第1の光パルス12aに順に追いつき、それぞれ断面像14a〜14hを形成し、三次元映像14を表示する。
FIG. 20 is a conceptual diagram showing the relationship between the first and second light pulses and the cross-sectional image. When a pulse train 131 composed of the first light pulse 12a and the second light pulses 13a to 13h is incident on the
具体的には、第2の光パルス13a〜13hの順に、蛍光空間11に入射する前の第1の光パルス12aとの間隔(入射タイミングの差)が小さいため、第2の光パルス13a〜13hの順に入射面に近い位置で第1の光パルス12aに追いつき、第1および第2の光パルス12a、13aの組は断面像14a、第1および第2の光パルス12a、13bの組は断面像14b、第1および第2の光パルス12a、13cの組は断面像14c、第1および第2の光パルス12a、13dの組は断面像14d、第1および第2の光パルス12a、13eの組は断面像14e、第1および第2の光パルス12a、13fの組は断面像14f、第1および第2の光パルス12a、13gの組は断面像14g、第1および第2の光パルス12a、13hの組は断面像14h、をそれぞれ形成する。
Specifically, since the interval (difference in incidence timing) with the first light pulse 12a before entering the
なお、図19においては、8個の空間光変調器261が備わっているものとして示したが、空間光変調器261の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間11に形成される断面像の数も断面像14a〜14hの8つに限られない。
In FIG. 19, the eight spatial light modulators 261 are illustrated as being provided. However, the number of the spatial light modulators 261 is not limited to this, and a cross section formed in the
(第6の実施の形態の効果)
この第6の実施の形態によれば、1つの第1の光パルス12と、複数の第2の光パルス13からなるパルス列131により、複数の断面像を形成し、三次元映像14の表示を迅速に行うことができる。これにより、表示する三次元映像を短い間隔で連続的に切り替え、動画表示を行うことが容易になる。
(Effect of 6th Embodiment)
According to the sixth embodiment, a plurality of cross-sectional images are formed by a pulse train 131 composed of one
[第7の実施の形態]
第7の実施の形態は、分岐部31および合流部33の代わりに、分岐光学系34および合成光学系35を用いた点において第6の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第6の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Seventh Embodiment]
The seventh embodiment differs from the sixth embodiment in that a branching optical system 34 and a combining optical system 35 are used instead of the branching unit 31 and the joining unit 33. The description of the same points as in the sixth embodiment, such as other components and operations, will be omitted.
(三次元映像表示装置の構成)
図21は、本発明の第7の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。分岐光学系34、および合成光学系35は、それぞれ複数のビームスプリッタ341、351、および反射ミラー342、352を有して構成され、それぞれ分岐部31、および合流部33と同様の役割を有する。
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 21 is a configuration diagram of a 3D video display apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. The branching optical system 34 and the combining optical system 35 are configured to include a plurality of beam splitters 341 and 351 and reflecting mirrors 342 and 352, respectively, and have the same roles as the branching unit 31 and the joining unit 33, respectively.
(三次元映像表示装置の動作)
まず、光パルス光源21から8つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ22により分離されて、それぞれ1つの第1の光パルス12aと1つの第2の光パルス13となる。
(Operation of 3D image display device)
First, eight pulse lights are emitted from the optical
次に、1つの第2の光パルス13は、波長変換器25により波長を変換された後、分岐光学系34のビームスプリッタ341により各所で分離され、5つの第2の光パルス13a〜13hとなる。
Next, after one wavelength of the second optical pulse 13 is converted by the
第2の光パルス13a〜13hは、それぞれビームスプリッタ351、および反射ミラー352により形成される光路Ra〜Rhを進み、空間光変調部26により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合成光学系35のビームスプリッタ351、および反射ミラー352により合流し、第1の光パルス12aと同光軸上に乗る。 The second optical pulses 13a to 13h travel on optical paths Ra to Rh formed by the beam splitter 351 and the reflection mirror 352, respectively, and cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal is written by the spatial light modulation unit 26, respectively, and synthesized. The beams are merged by the beam splitter 351 and the reflection mirror 352 of the optical system 35 and are placed on the same optical axis as the first optical pulse 12a.
その後、第1の光パルス12aと第2の光パルス13a〜13hが蛍光空間11に入射すると、図20に示すようにして、第2の光パルス13a〜13hは、第1の光パルス12aに順に追いつき、それぞれ断面像14a〜14hを形成し三次元映像14を表示する。
Thereafter, when the first light pulse 12a and the second light pulses 13a to 13h are incident on the
なお、図21においては、8個の空間光変調器261が備わっているものとして示したが、空間光変調器261の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間11に形成される断面像の数も断面像14a〜14hの8つに限られない。
FIG. 21 shows that eight spatial light modulators 261 are provided, but the number of spatial light modulators 261 is not limited to this, and a cross section formed in the
(第7の実施の形態の効果)
この第7の実施の形態によれば、ビームスプリッタ341、351を有して構成される分岐光学系34、合成光学系35を用いることにより、1つの第2の光パルス13を8つの第2の光パルス13a〜13hに分離するため、1つの光パルス光源21から1つの第1の光パルス12a、および8つの第2の光パルス13a〜13hを形成することが可能となる。
(Effect of 7th Embodiment)
According to the seventh embodiment, by using the branching optical system 34 and the combining optical system 35 configured to include the beam splitters 341 and 351, one second optical pulse 13 is converted into eight second optical pulses 13. Therefore, it is possible to form one first optical pulse 12a and eight second optical pulses 13a to 13h from one optical
[第8の実施の形態]
第8の実施の形態は、1つの第1の光パルス12と、複数の第2の光パルス13からなるパルス列131の組を複数組用いることにより、三次元映像を形成する点において上記各実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、上記各実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Eighth Embodiment]
In the eighth embodiment, each of the above-described embodiments is provided in that a three-dimensional image is formed by using a plurality of sets of pulse trains 131 including one first
(三次元映像表示装置の構成)
図22は、本発明の第8の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置1は、一定の繰り返し周期で第1および第2の光パルス12、13を出射する第1および第2の光パルス光源21a、21bと、第2の光パルス13の光路Ra〜Reを選択する分岐部31と、光路Ra〜Reを進む第2の光パルス13にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部26と、第2の光パルス13の光路長を調整する遅延光路32と、第2の光パルス13の光路Ra〜Rhを合流させる合流部33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に入射する拡大光学系27と、光路を形成する複数の反射ミラー36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。
(Configuration of 3D image display device)
FIG. 22 is a configuration diagram of a 3D video display apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. The 3D
第1の光パルス光源21aには、例えば、時間幅50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の光パルス光源21bには、例えば、時間幅50フェムト秒、繰り返し周波数1kHz、波長1300nmの光パルスレーザを用いる。第1の光パルス光源21aが1個の第1の光パルス12aを射出するタイミングに合わせて、第2の光パルス光源21bは4つの第2の光パルス13a、13c、13e、13gを所定の周期で連続的に射出することによりパルス列131aを射出し、第1の光パルス光源21aが1個の第1の光パルス12bを射出するタイミングに合わせて、第2の光パルス光源21bは4つの第2の光パルス13b、13d、13f、13hを所定の周期で連続的に射出することによりパルス列131bを射出する。
For example, an optical pulse laser having a time width of 50 femtoseconds, a repetition frequency of 1 kHz, and a wavelength of 800 nm is used for the first optical pulse
(三次元映像表示装置の動作)
まず、第1の光パルス光源21aが1個の第1の光パルス12aを射出するタイミングに合わせて、第2の光パルス光源21bが4つの第2の光パルス13a、13c、13e、13gからなるパルス列131aを射出し、続けて、第1の光パルス光源21aが1個の第1の光パルス12bを射出するタイミングに合わせて、第2の光パルス光源21bが4つの第2の光パルス13b、13d、13f、13hからなるパルス列131bを射出する。
(Operation of 3D image display device)
First, in accordance with the timing at which the first light
パルス列131aを構成する第2の光パルス13a、13c、13e、13gは、分岐部31の回転ミラー28a〜28c、および固定ミラー29により、それぞれ光路Ra〜Rdを進む。一方、パルス列131bを構成する第2の光パルス13b、13d、13f、13hは、第2の光パルス13a、13c、13e、13gに続いて、分岐部31の回転ミラー28a〜28c、および固定ミラー29により、それぞれ光路Ra〜Rdを進む。即ち、第2の光パルス13a、13eは光路Ra、第2の光パルス13b、13fは光路Rb、第2の光パルス13c、13gは光路Rc、第2の光パルス13d、13hは光路Rdを進む。
The second
次に、第2の光パルス13a、13c、13e、13gは、空間光変調部26により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部33の回転ミラー28a〜28c、および固定ミラー29により合流し、再びパルス列131aとなって第1の光パルス12aと同光軸上に乗り、続いて、第2の光パルス13b、13d、13f、13hは、空間光変調部26により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部33の回転ミラー28a〜28c、および固定ミラー29により合流し、再びパルス列131bとなって第1の光パルス12bと同光軸上に乗る。
Next, the second
図23は、第1および第2の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。第1の光パルス12aと、第2の光パルス13a、13c、13e、13gからなるパルス列131aが蛍光空間11に入射すると、第2の光パルス13a、13c、13e、13gは、第1の光パルス12aに順に追いつき、それぞれ断面像14a、14c、14e、14gを形成し、第1の光パルス12bと、第2の光パルス13b、13d、13f、13hからなるパルス列131bが蛍光空間11に入射すると、第2の光パルス13b、13d、13f、13hは、第1の光パルス12bに順に追いつき、それぞれ断面像14b、14d、14f、14hを形成し、三次元映像14が表示される。
FIG. 23 is a conceptual diagram showing the relationship between the first and second light pulses and the cross-sectional image. When the pulse train 131a composed of the first light pulse 12a and the second
具体的には、第1の光パルス12aと第2の光パルス13a、13c、13e、13gの組においては、第2の光パルス13a、13c、13e、13gの順に、蛍光空間11に入射する前の第1の光パルス12aとの間隔(入射タイミングの差)が小さいため、第2の光パルス13a、13c、13e、13gの順に入射面に近い位置で第1の光パルス12aに追いつき、第1および第2の光パルス12a、13aの組は断面像14a、第1および第2の光パルス12a、13cの組は断面像14c、第1および第2の光パルス12a、13eの組は断面像14e、第1および第2の光パルス12a、13gの組は断面像14gをそれぞれ形成する。
Specifically, in the set of the first light pulse 12a and the second
一方、第1の光パルス12bと第2の光パルス13b、13d、13f、13hの組においては、第2の光パルス13b、13d、13f、13hの順に、蛍光空間11に入射する前の第1の光パルス12bとの間隔(入射タイミングの差)が小さいため、第2の光パルス13b、13d、13f、13hの順に入射面に近い位置で第1の光パルス12bに追いつき、第1および第2の光パルス12b、13bの組は断面像14b、第1および第2の光パルス12b、13dの組は断面像14d、第1および第2の光パルス12b、13fの組は断面像14f、第1および第2の光パルス12b、13hの組は断面像14hをそれぞれ形成する。
On the other hand, in the set of the first
なお、本実施の形態は、1つの第1の光パルス12と、4つの光パルスからなる組を2組用いることにより、1つの三次元映像14を表示する構成としたが、これらの組の数は上記のものに限られず、また、第2の光パルス13の第1の光パルス12との組み合わせも上記のものに限られない(例えば、第1の光パルス12aと第2の光パルス13a〜13dとを1組とし、第1の光パルス12bと第2の光パルス13e〜13hとを1組としてもよい)。即ち、N個の第2の光パルスからなるM組のパルス列を用いて(1組のパルス列に1つの第1の光パルス12が対応)、M×N個の断面像14を形成する構成であればよい。
The present embodiment is configured to display one
(第8の実施の形態の効果)
この第8の実施の形態によれば、1つの第1の光パルス12と、複数の第2の光パルス13からなるパルス列131の組を複数組用いて、複数の断面像を形成することにより、第6の実施の形態と比較して、三次元映像14の表示速度は劣るものの、空間光変調器261の数を少なくして装置を小型化することができ、第1の実施の形態と比較して、空間光変調器261の数は増えるものの、三次元映像14の表示を迅速に行うことができる。
(Effect of 8th Embodiment)
According to the eighth embodiment, by using a plurality of sets of pulse trains 131 including one first
[第9の実施の形態]
第9の実施の形態は、回転光媒質30の構成において第4の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第4の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
[Ninth Embodiment]
The ninth embodiment differs from the fourth embodiment in the configuration of the
図17を一例とするように、回転光媒質30は、厚さの異なる複数の光媒質を有し、これらの複数の光媒質に第1の光パルス12を通過させることにより、第1の光パルス12の蛍光空間11への入射タイミングを調整する。
As illustrated in FIG. 17, the rotating optical medium 30 includes a plurality of optical media having different thicknesses, and the
しかし、これらの複数の光媒質は、それぞれ異なる厚さを有するために、その重さもそれぞれ異なる。そのため、各光媒質の配置によって回転光媒質30の重心が変化する。回転光媒質30を高速に、かつ安定して回転させ、第1の光パルス12の蛍光空間11への入射タイミングを正確に調整するためには、回転光媒質30の重心が回転軸上の回転中心の近くにあることが望ましい。
However, since the plurality of optical media have different thicknesses, their weights are also different. Therefore, the center of gravity of the rotating light medium 30 changes depending on the arrangement of each light medium. In order to rotate the rotating light medium 30 at high speed and stably and accurately adjust the incident timing of the
図24、および図25は、本発明の第9の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。 24 and 25 are enlarged views of the rotating light medium according to the ninth embodiment of the present invention.
図24は、回転光媒質30が、5種類の異なる厚さを有する光媒質30a〜30eをそれぞれ2つずつ有する場合の構成例を示す。ここで、光媒質30a、30b、30c、30d、30eの順に厚さが増す。同図に示すように、同じ厚さを有する光媒質が回転中心に対して対称な位置にそれぞれ配置されており、回転光媒質30の重心を回転中心に一致している。なお、完全に一致していなくてもよく、回転光媒質30が高速に、かつ安定して回転できる程度に近づいていればよい。
FIG. 24 shows a configuration example in the case where the rotating optical medium 30 has two
図25は、回転光媒質30が、10種類の異なる厚さを有する光媒質30a〜30jを1つずつ有する場合の構成例を示す。ここで、光媒質30a、30b、30c、30d、30e、30f、30g、30h、30i、30jの順に厚さが増す。同図に示すように、近い厚さを有する光媒質が回転中心に対して対称な位置にそれぞれ配置されており、回転光媒質30の重心を回転中心に近づけている。
FIG. 25 shows a configuration example in the case where the rotating optical medium 30 has ten
なお、複数の光媒質の数、および配置は上述したものに限られず、回転光媒質30の重心が回転中心の近くにあるようなものであればよい。また、所定の重さを有する重りを回転光媒質30上に設けて、重心を回転中心に近づけてもよい。 Note that the number and arrangement of the plurality of optical media are not limited to those described above, and may be any as long as the center of gravity of the rotating optical medium 30 is near the center of rotation. Further, a weight having a predetermined weight may be provided on the rotating light medium 30 so that the center of gravity approaches the center of rotation.
(第9の実施の形態の効果)
この第4の実施の形態によれば、回転光媒質30を高速に、かつ安定して回転させ、第1の光パルス12の蛍光空間11への入射タイミングを正確に調整することができる。
(Effect of 9th Embodiment)
According to the fourth embodiment, the rotating light medium 30 can be rotated at high speed and stably, and the incident timing of the
[他の実施の形態]
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、上記各実施の形態においては、空間光変調器25により第2の光パルス13に断面像信号に対応した断面情報を書き込む構成としたが、第1の光パルス12に断面情報が書き込まれる構成であってもよい。また、蛍光空間11において、第1の光パルス12が第2の光パルス13に追いつかれるとして説明したが、第2の光パルス12が第1の光パルス13に追いつかれる構成であってもよい。
[Other embodiments]
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, in each of the above embodiments, the spatial
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。
In addition, as described above, when the
また、蛍光空間11内部は正常分散を示すものとして説明したが、異常分散を示す構成であってもよい。
Moreover, although the inside of the
また、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。 In addition, any combination of the constituent elements of each embodiment and each example is possible without departing from the scope of the present invention.
1 三次元映像表示装置
11 蛍光空間
12、12a〜12h 第1の光パルス
13、13a〜13h 第2の光パルス
14 三次元映像
14a〜14h 断面像
15 ノッチフィルタ
21 光パルス光源
21a 第1の光パルス光源
21b 第2の光パルス光源
22 ビームスプリッタ
23 光路長制御部
24a〜24e 切替ミラー
25 波長変換器
26 空間光変調部
261 空間光変調器
262 拡大光学系
263 縮小光学系
27 拡大光学系
28a〜28g 回転ミラー
29 固定ミラー
30 回転光媒質
30a〜30j 光媒質
31 分岐部
32 遅延光路
321 反射ミラー
33 合流部
34 分岐光学系
341 ビームスプリッタ
342 反射ミラー
35 合成光学系
351 ビームスプリッタ
352 反射ミラー
36 反射ミラー
Ra〜Rh 光路
DESCRIPTION OF
Claims (26)
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第1の光パルスよりも速い第2の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第1の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第2の光パルスが前記第1の光パルスに追いつき、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 of causing a first light pulse to enter a non-vacuum fluorescent space from a predetermined direction;
A second light pulse whose propagation speed in the fluorescent space is faster than the first light pulse is incident on the fluorescent space from the substantially same direction as the predetermined direction with a delay of a predetermined time from the first light pulse; A second step in which the second light pulse catches up with the first light pulse in the fluorescence space and causes fluorescence to overlap at the overlapping position;
A 3D image display method comprising:
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.
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第1の光パルスよりも速い第2の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第1の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第2の光パルスが前記第1の光パルスに追いつき、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 causing the first light pulse to enter a non-vacuum fluorescent space from a predetermined direction;
A second light pulse whose propagation speed in the fluorescent space is faster than the first light pulse is incident on the fluorescent space from the substantially same direction as the predetermined direction with a delay of a predetermined time from the first light pulse; Second light pulse incident means for causing the second light pulse to catch up with the first light pulse in the fluorescent space and to cause fluorescence at an overlapping position;
A three-dimensional image display device comprising:
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9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 used as the second optical pulse. A splitting optical system and
The three-dimensional image display apparatus according to claim 9, further comprising:
前記第2の光パルス入射手段は、前記第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9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 9, wherein the second light pulse incident means includes a second light pulse light source that emits the second light pulse.
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 has a light intensity of a light pulse having a shorter wavelength of the first and second light pulses lower than that of 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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