JP2008015446A - Method and apparatus for displaying three-dimensional video - Google Patents

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Takashi Matsubara
崇史 松原
Makoto Furuki
真 古木
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for displaying a three-dimensional video capable of displaying uniform and clear three-dimensional video without limitations on viewable directions. <P>SOLUTION: When a first optical pulse 12 and a second optical pulse 13 having different wavelength from the first optical pulse 12 are made incident on fluorescent space 11 along one optical axis made incident on the fluorescent space 11 from the same direction so that incident timing may be lagged by predetermined time, the second optical pulse 13 overtakes the first optical pulse 23 by the wavelength dispersion of a refractive index, and strong multi-photon absorption by photons of both the first and second pulses 12 and 13 arises at a location where the first and second pulses 12 and 13 overlap each other, so that a cross-sectional image is formed. By forming a plurality of cross-sectional images so as to make their positions deviated, the three-dimensional video is displayed. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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)。
特開平5−224608号公報
As another system, (d) a method of displaying an image in a three-dimensional space by arranging two two-dimensional laser arrays at right angles and generating fluorescence at the intersection of laser beams. (For example, refer to Patent Document 1).
JP-A-5-224608

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λ、前記第2の光パルスの波長をλ、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t、光パルス2の時間幅をt、としたとき、1×10−4[m]≦{c(tn(λ)+tn(λ))}/{n(λ)(n(λ)−n(λ))}≦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 optical pulse 1 is t 1 and the time width of the optical pulse 2 is t 2 , 1 × 10 −4 [m] ≦ {c (t 1 n (λ 2 ) + t 2 n (λ 1 ) )} / {N (λ 2 ) (n (λ 1 ) −n (λ 2 ))} ≦ 1 × 10 −2 [m] is satisfied, 3D video display according to the above [1] Method.

[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λを有する第1の光パルス12、およびλと異なる波長λ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 optical pulse 12 having a wavelength λ 1 in the fluorescent space 11 from the same direction along one optical axis incident on the fluorescent space 11, and a wavelength λ 2 different from λ 1 are included. The second light pulse 13 is incident with the incident timing shifted by a predetermined time.

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(λ<λ)。 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 fluorescent space 11 shows normal dispersion, and the speed increases as the wavelength of light increases. Further, the wavelength of the second optical pulse is assumed to be larger than the wavelength of the first optical pulse (λ 12 ).

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 first light pulse 12 and the second light pulse 13 are incident on the inside of the fluorescent space 11, the wavelength of each other is different. There is a difference in the propagation speed at. Specifically, since the first light pulse 12 that has previously entered the fluorescent space 11 has a wavelength larger than that of the second light pulse 13 that has entered later, the velocity is low, and the first light pulse 12 and the first light pulse 12 When the difference in the incident timing of the two optical pulses 13 is sufficiently small, the second optical pulse 13 is overtaken and overtaken.

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 fluorescent space 11 is filled with a phosphor or a gas, liquid or solid containing the phosphor. As the phosphor, a substance exhibiting high two-photon fluorescence efficiency such as a two-photon fluorescent dye is preferable.

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 optical pulse 12 is caught up by the second optical pulse 13 and spatially overlaps with each other, two-photon absorption by the photons of the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 occurs. Compared with the position where the first light pulse 12 and the second light pulse 13 do not overlap, the phosphor in the fluorescent space 11 can obtain more energy. By obtaining energy, electrons in the phosphor are excited, and emit fluorescence in the process in which the excited electrons relax. Here, assuming that the energy obtained by the two-photon absorption by the photons of the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 occupies most of the absorbed energy, the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13. Fluorescence occurs only at the position where the two overlap.

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 optical pulses 12, 13 (for simplicity, the pulse intensity and pulse width are shown as being equal), and FIG. 1 (c) shows the fluorescence intensity distribution. . Each horizontal axis represents the position of the optical pulse common to FIG. The first and second light pulses 12 and 13 start to overlap at position B in the fluorescence space 11 shown in FIG. 1A, completely overlap at position D, and end at position F. Assuming that the length from this position B to F is the overlap length ΔL, as shown in FIG. 1C, a fluorescence intensity distribution is generated in the range of the overlap length ΔL. Note that, at the position D where the overlap is the largest, two-photon absorption occurs most, so the fluorescence intensity increases.

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 first light pulse 12 and the second light pulse 13, the position where fluorescence occurs in the fluorescent space 11 can be adjusted. In order to change the overlapping position, the difference in the incidence timing of the first light pulse 12 and the second light pulse 13 into the fluorescence space 11 is adjusted.

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L、L、L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 optical pulses 12a, 12b, and 12c and the second optical pulses 13a, 13b, and 13c. Since the second light pulse 13 catches up with the first light pulse 12 at an earlier time as the interval (difference in incidence timing) between the first light pulse 12 and the second light pulse 13 is smaller, the incident light enters the fluorescent space 11. Fluorescence occurs at a position close to the surface.

そのため、間隔がL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L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L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 fluorescent space 11 is formed cross-sectional images 14a, spacing L b of the optical pulse 12b, the 13b pair of fluorescence fluorescent occurs in the vicinity of the center of the space 11 is formed sectional image 14b, the light pulse 12c intervals L c, the 13c sets of fluorescence in the vicinity of the rear cross-sectional image 14c is formed resulting in fluorescence space 11 . The shape of the cross-sectional image depends on the shape of the overlapping portion of the first light pulse 12 and the second light pulse 13. A three-dimensional image can be formed by combining cross-sectional images having these unique shapes. Although the sectional images 14a, 14b, and 14c are not formed at the same time, when each set of light pulses is made incident at a sufficiently short interval, it is recognized as if they were simultaneously displayed on the human eye due to the afterimage phenomenon. Is done.

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 light pulses 12 and 13 overlap each other into a desired shape. Specifically, for example, the cross-sectional shape of the first light pulse 12 is set to a shape that covers a certain range in the fluorescent space 11, and the cross-sectional shape of the second light pulse 13 is set to a desired cross-sectional shape. Thereby, the cross-sectional shape of the second light pulse 13 is displayed in the fluorescent space 11 as the cross-sectional images 14a to 14c. Furthermore, a desired three-dimensional image can be obtained by changing the cross-sectional shape of the corresponding second optical pulse 13 in accordance with the position where the cross-sectional image is displayed.

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 first light pulse 12 and the second light pulse 13 overlap and the place where they do not overlap. In a place where the first light pulse 12 and the second light pulse 13 do not overlap, multiphoton absorption occurs between the photons of the first light pulse 12 and between the photons of the second pulse 13, and thus overlaps. , In addition to multiphoton absorption by the photons of the first optical pulse 12 and by the photons of the second optical pulse 13, multiphoton absorption by the photons of the first optical pulse and the photons of the second optical pulse occurs. .

第1の光パルス12の波長をλ、光強度をI、第2の光パルス13の波長をλ、光強度をI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、

Figure 2008015446
Figure 2008015446
Figure 2008015446
であることが必要であり、数式(1)、数式(2)、数式(3)を満たすとき、第1の光パルス12と第2の光パルス13が重なる場所で、二光子吸収が起きる。ただし、cは光の速度、hはプランク定数である。 When the wavelength of the first optical pulse 12 is λ 1 , the optical intensity is I 1 , the wavelength of the second optical pulse 13 is λ 2 , the optical intensity is I 2, and the second optical pulse 13 is an optical pulse train In addition, the number of optical pulses included in the optical pulse train is N, and the excitation energy of the phosphor is Ea or more and Eb or less. At this time, in order to generate strong fluorescence only at the position where the first light pulse 12 and the second light pulse 13 overlap,
Figure 2008015446
Figure 2008015446
Figure 2008015446
Therefore, when Expressions (1), (2), and (3) are satisfied, two-photon absorption occurs at the place where the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 overlap. Where c is the speed of light and h is the Planck's constant.

またさらに、

Figure 2008015446
であるときは(図3参照)、励起エネルギーが、Ea以上Eb以下における蛍光体の二光子吸収定数をβとすると、蛍光強度は吸収の大きさに比例するので、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(On/Off比)は、
Figure 2008015446
のように表され、N=1、I=Iで最大値2となり、Nが増えるほどOn/Off比は低くなる。 Furthermore,
Figure 2008015446
(See FIG. 3), if the two-photon absorption constant of the phosphor with an excitation energy of Ea or more and Eb or less is β, the fluorescence intensity is proportional to the magnitude of absorption. The fluorescence intensity ratio (On / Off ratio) between the place where the second light pulse 13 overlaps and the place where it does not overlap is as follows.
Figure 2008015446
The maximum value is 2 when N = 1 and I 1 = I 2 , and the On / Off ratio decreases as N increases.

また、

Figure 2008015446
であるときには(図4参照)、三光子吸収エネルギーがEa以上Eb以下における蛍光体の三光子吸収定数をγとすると、
Figure 2008015446
となり、第2の光パルス13による三光子吸収が無視できるほど小さい範囲では、
Figure 2008015446
であれば、On/Off比は大きくなる。 Also,
Figure 2008015446
(Refer to FIG. 4), when the three-photon absorption constant of the phosphor in which the three-photon absorption energy is Ea or more and Eb or less is γ,
Figure 2008015446
In the range where the three-photon absorption by the second light pulse 13 is so small that it can be ignored,
Figure 2008015446
If so, the On / Off ratio increases.

さらに、

Figure 2008015446
であれば(図5参照)、On/Off比は、
Figure 2008015446
となり、β>>γであるから、数式(7)よりもさらに大きくなる。 further,
Figure 2008015446
If so (see FIG. 5), the On / Off ratio is
Figure 2008015446
Therefore, since β >> γ, it is larger than Expression (7).

さらに(図6参照)、

Figure 2008015446
もしくは(図7参照)、
Figure 2008015446
であれば、光パルス同士が重なっていない場所では、ほとんど多光子吸収が起こらないため、Offはほぼ0となる。 Furthermore (see FIG. 6),
Figure 2008015446
Or (see FIG. 7),
Figure 2008015446
If so, multi-photon absorption hardly occurs in a place where the light pulses do not overlap with each other, so Off is almost zero.

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、

Figure 2008015446
に比例する。数式(1)、数式(2)、数式(3)、数式(6)、数式(8)、もしくは数式(1)、数式(2)、数式(3)、数式(9)、を満たす以外に、蛍光体の二光子吸収係数βと光パルスの強度I・Iが十分な大きさを有する必要がある。ただし、Φは蛍光体の量子効率を表す。 However, in order to obtain a clearer three-dimensional image, high fluorescence efficiency is required in addition to a high On / Off ratio. The fluorescence efficiency generated by the overlap of the first light pulse 12 and the second light pulse 13 is
Figure 2008015446
Is proportional to In addition to satisfying formula (1), formula (2), formula (3), formula (6), formula (8), or formula (1), formula (2), formula (3), formula (9) The two-photon absorption coefficient β of the phosphor and the light pulse intensities I 1 and I 2 must be sufficiently large. Where Φ represents the quantum efficiency of the phosphor.

(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λ、第2の光パルス13の波長λ、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t、第2の光パルス13の時間幅をt、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、

Figure 2008015446
重なり長さはΔLは、
Figure 2008015446
となる。 (Overtaking by chromatic dispersion of optical pulse)
The speed of light in vacuum is c, the wavelength of the first light pulse 12 is λ 1 , the wavelength λ 2 of the second light pulse 13, the refractive index in the fluorescent space 11 at the wavelength λ is n (λ), the first When the time width of the optical pulse 12 is t 1 and the time width of the second optical pulse 13 is t 2 , the overlap time ΔT of the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 is
Figure 2008015446
The overlap length is ΔL
Figure 2008015446
It becomes.

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、

Figure 2008015446
を満たすことが望ましく、さらに、
Figure 2008015446
を満たすことがより望ましい。 Here, considering the spatial resolution of the human eye, ΔL is preferably 0.1 mm or more, and if it exceeds 10 mm, the phosphor screen becomes too thick.
Figure 2008015446
It is desirable to satisfy
Figure 2008015446
It is more desirable to satisfy.

ここで、仮にλ=400nm、λ=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、

Figure 2008015446
=t=100fsであるとすると、
Figure 2008015446
となり、その半値幅をとると約1.3mmになる。つまり蛍光面厚さは、1.3mm程度となる。 Here, assuming that λ 1 = 400 nm and λ 2 = 800 nm, and the fluorescent space 11 is filled with water, the refractive index of water at each wavelength is
Figure 2008015446
If t 1 = t 2 = 100 fs,
Figure 2008015446
When the full width at half maximum is taken, it becomes about 1.3 mm. That is, the phosphor screen thickness is about 1.3 mm.

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 first light pulse 12 and the second light pulse 13 are incident on the fluorescence space 11 from opposite directions on the same optical axis, and the fluorescence is caused by the difference of the light pulses, the phosphor screen thickness is calculated by the same calculation. The thickness is about 10 μm. Therefore, when the first light pulse 12 and the second light pulse 13 are incident on the fluorescence space 11 from the same direction on the same optical axis, and the fluorescence is caused by passing the light pulse, the first light pulse 12 And the second light pulse 13 are incident on the fluorescent space 11 from opposite directions on the same optical axis, and a fluorescent screen thickness of 100 times or more can be obtained as compared with the case where fluorescence is caused by passing light pulses. .

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 first light pulse 12 and the second light pulse 13 are incident on the fluorescence space 11 from the same direction on the same optical axis and cause fluorescence by passing the light pulse, the first light pulse 12 and the second light pulse 13 Compared with the case where two light pulses 13 are incident on the fluorescent space 11 from the opposite direction on the same optical axis, and the fluorescent light is generated by passing the light pulses, the fluorescent screen appears to be about 10 times brighter to the human eye.

(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λ、第2の光パルスの波長λ、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t、第2の光パルス13の時間幅をt、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、

Figure 2008015446
となり、重なり位置の入射面からの距離Xは、
Figure 2008015446
となる。加えて、断面像の間隔をΔX、パルス組ごとのLの差をL−L=L−L=ΔL(図2参照)とすると、
Figure 2008015446
となる。 (Relationship between incident timing of optical pulse and position of cross-sectional image)
The light speed in vacuum is c, the wavelength of the first light pulse 12 is λ 1 , the wavelength λ 2 of the second light pulse, the refractive index in the fluorescent space 11 at the wavelength λ is n (λ), the first light When the time width of the pulse 12 is t 1 , the time width of the second optical pulse 13 is t 2 , and the distance between the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 is L, the second optical pulse 13 is The time T until catching up with one optical pulse 12 is
Figure 2008015446
The distance X from the incident surface at the overlapping position is
Figure 2008015446
It becomes. In addition, if the interval between the cross-sectional images is ΔX and the difference of L for each pulse set is L b −L a = L c −L b = ΔL (see FIG. 2),
Figure 2008015446
It becomes.

ここで、仮にλ=400nm、λ=800nm、t=t=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、

Figure 2008015446
となり、第1の光パルス12と第2の光パルス13の距離Lは、例えば、1.31
×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 fluorescent space 11 is filled with water, as described above, the phosphor screen thickness is 1.3 mm. Therefore, ΔX = 1.3 × 10 −3 is sufficient to display a cross-sectional image without a gap. In this case, ΔL is expressed by Equation (22):
Figure 2008015446
The distance L between the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 is, for example, 1.31.
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 image display device 1 includes an optical pulse light source 21 that emits optical pulses at a constant repetition period, and an optical pulse emitted from the optical pulse light source 21 as a first optical pulse 12 and a second optical pulse 13. A beam splitter 22 that divides the first optical pulse 12, an optical path length controller 23 that changes the optical path length of the first optical pulse 12, a wavelength converter 25 that changes the wavelength of the second optical pulse 13, and a second optical pulse 13. An optical path is formed by a spatial light modulation unit 26 for writing cross-sectional information corresponding to a cross-sectional image signal, an expansion optical system 27 for expanding the beam diameter of each of the first and second light pulses 13 and entering the fluorescent space 11. And a control unit (not shown) that controls each unit of the apparatus.

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 pulse light source 21, 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.

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 wavelength converter 25 converts the wavelength 800 nm of the second optical pulse 13 divided by the beam splitter 22 into, for example, a wavelength of 1300 nm, and an OPA (Optical Parametric Amplifier) can be used, for example.

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 length control unit 23 adjusts the optical path length from the optical pulse light source 21 to the fluorescent space 11 under the control of the control unit. By adjusting the optical path length, the difference between the optical path lengths of the two optical pulses 12 and 13 can be changed, and the timing of incidence on the fluorescent space 11 can be controlled.

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 light pulse 12 is reflected. At this time, since the optical path length varies depending on the switching mirrors 24a to 24e to be selected, the interval when the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 divided by the beam splitter 22 ride on the same optical axis again is obtained. As a result, the position at which the cross-sectional image is displayed in the fluorescent space 11 changes.

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 optical pulse 12 divided by the beam splitter 22 and the second optical pulse 12 The intervals at which the light pulses 13 are incident on the fluorescence space 11 increase in order. As shown in FIG. 2, the position at which the cross-sectional image is formed in the fluorescence space 11 increases as the interval when the first light pulse 12 and the second light pulse 13 enter the fluorescence space 11 increases. 11 farther from the incident surface. In FIG. 8, when the switching mirrors 24a, 24b, 24c, 24d, and 24e are selected, cross-sectional images 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e are formed in the fluorescent space 11, respectively. The intervals at which the cross-sectional images 14a to 14e are formed vary depending on the intervals at which the switching mirrors 24a to 24e are installed. In FIG. 8, five pairs of switching mirrors 24 a to 24 e are illustrated, but the number of switching mirrors is not limited to this, and the number of cross-sectional images formed in the fluorescent space 11. Is not limited to five of the cross-sectional images 14a to 14e.

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 length control unit 23 and the writing timing of the cross-sectional information by the spatial light modulation unit 26 are controlled to be synchronized by a control unit (not shown).

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 fluorescent space 11 is filled with a phosphor or a gas, liquid or solid containing the phosphor. As the phosphor, a substance exhibiting high two-photon fluorescence efficiency such as a two-photon fluorescent dye is preferable. Commonly known dyes such as Rhodamine dye, Fluorescein dye, DiI dye and Coumarin dye can be used as dyes having high two-photon fluorescence efficiency. For example, Rhodamine 6G in ethanol at a concentration of 1 wt% The dispersed material can be used by filling the fluorescent space 11. In addition, dyes exhibiting high two-photon fluorescence efficiency disclosed in JP-A Nos. 2004-123668, 2004-224746, 2001-520737, and 2004-29480 are also included in the present invention. Applicable. Here, when the fluorescent space 11 is made of a fluorescent material dispersed in an organic solvent, a deuterium substitution solvent transparent to the wavelengths of the first light pulse and the second light pulse is used as the solvent. preferable. Of the first light pulse and the second light pulse, the light pulse having the longer wavelength is considered to have a near-infrared to infrared wavelength in many cases, but a two-photon fluorescent material is dispersed in an organic solvent. When a thing is used as a fluorescent space, since many organic solvents have absorption in the infrared region, the energy of the light pulse cannot be used effectively. Therefore, the solvent containing the phosphor is preferably a deuterated solvent.

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 optical pulses 12 and 13 are cut on the opposite side of the fluorescent space 11 from the incident surface of the first and second optical pulses 12 and 13, It is preferable to provide a notch filter 15 that transmits light having a wavelength other than. As a result, the observer can view the three-dimensional image without being affected by the pulsed light from the notch filter 15 side.

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 video display apparatus 1 which concerns on this Embodiment is shown.

(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 pulse light source 21 at a predetermined interval, and are separated by the beam splitter 22 so that five first optical pulses 12a to 12e and second optical pulses 13a to 13a, respectively. 13e.

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 length control unit 23, and the first optical pulses 12a, 12b, 12c, 12d, and 12e are optical paths formed by the switching mirrors 24a, 24b, 24c, 24d, and 24e, respectively. Pass through.

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 wavelength converter 25, and then the cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal is written by the spatial light modulator 26, respectively. It rides on the same optical axis as 12e.

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 first light pulses 14a to 14e have the same shape as shown in FIG. 10 because the cross-sectional information is not written. The shape shown in FIG. 10 is an example, but preferably has a shape and a size that include all the shapes of the second pulses 13a to 13e in which image information is written.

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L、L、L、L、L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 first light pulse 12 and the second light pulse 13 are incident on the fluorescence space 11 of the respective light pulse sets. To express. The smaller the distance between the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 (difference in incident timing), the second optical pulse 13 catches up with the first optical pulse 12 at a position closer to the incident surface, and The set of second light pulses 12a and 13a is a cross-sectional image 14a, the set of first and second light pulses 12b and 13b is a cross-sectional image 14b, and the set of first and second light pulses 12c and 13c is a cross-sectional image 14c. The set of first and second light pulses 12d and 13d forms a cross-sectional image 14d, and the set of first and second light pulses 12e and 13e forms a cross-sectional image 14e. Note that the order of incidence of the set of the first and second optical pulses 12a to 12e and 13a to 13e (the order in which the cross-sectional images 14a to 14e are formed) is not limited to that shown in FIG.

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 fluorescent space 11, cross-sectional images 14a to 14h are obtained as shown in FIG. These are displayed as a three-dimensional image 14. Note that the thickness, interval, number, and the like of the cross-sectional images are not limited to those described above. If a large number of cross-sectional images are formed without gaps, a detailed three-dimensional image with higher resolution can be formed.

(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 first light pulse 12 and the second light pulse 13 having different wavelengths are incident on the fluorescence space 11 from the same direction on the same optical axis, and are caused by the wavelength dispersion of the refractive index. Fluorescence is generated by overtaking the light pulse, and a clear three-dimensional image 14 with uniform resolution and brightness can be displayed.

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 first light pulse 12 and the second light pulse 13 are made to enter the fluorescent space 11 from opposite directions on the same optical axis and cause fluorescence due to the passing of the light pulses. Large cross-sectional images 14a to 14e can be formed, so that the image quality and brightness of the three-dimensional image 14 composed of the cross-sectional images 14a to 14e can be improved.

[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 nesting display device 1 according to the present embodiment includes a first light pulse light source 21a and a second light pulse light source 21b as light pulse light sources.

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 light source 21a, and for example, a time width of 50 femtoseconds is repeated for the second optical pulse light source 21b. An optical pulse laser having a frequency of 1 kHz and a wavelength of 1300 nm is used. The first and second pulse light sources 21a and 21b are configured to emit light pulses in synchronization.

(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 light source 21a enter the optical path length control unit 23, and the first optical pulses 12a, 12b, 12c, 12d, and 12e are respectively switched mirror 24a, It passes through the optical path formed by 24b, 24c, 24d, 24e.

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 pulse light source 21b are each written with the cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal by the spatial light modulator 25, and the first light pulses 12a to 12e. And ride on the same optical axis.

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 fluorescence space 11, and the set of the first and second light pulses 12a and 13a is a cross-sectional image 14a, first and second images. The set of optical pulses 12b and 13b is a cross-sectional image 14b, the set of first and second optical pulses 12c and 13c is a cross-sectional image 14c, and the set of first and second optical pulses 12d and 13d is a cross-sectional image 14d. The set of the first and second light pulses 12e and 13e form a cross-sectional image 14e, respectively.

(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 light source 21a and the second optical pulse light source 21b emit optical pulses having different wavelengths, the beam splitter 22 and the wavelength converter 25 in the first embodiment are not required. .

[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 length control unit 23. 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 length control unit 23 includes rotating mirrors 28a to 28d that are a pair of rotating mirrors and a fixed mirror 29 that is a pair of fixed mirrors.

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 mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 form different optical paths for the first optical pulse 12, respectively. The rotating mirrors 28a to 28d have an annular shape having a protrusion on the inside that closes a part of the hole, and can reflect or pass the first light pulse 12 according to the rotation angle. The fixed mirror 29 is disposed behind the row of rotating mirrors 28a to 28d.

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 light pulse 12 is reflected and changes its path to the optical path formed by the rotating mirrors 28a to 28d. When the first light pulse 12 passes through all the rotating mirrors 28 a to 28 d, the first light pulse 12 is reflected by the fixed mirror 29 and travels along the optical path formed by the fixed mirror 29.

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 rotating mirrors 28a to 28d form an optical path with the paired incident-side rotating mirrors 28a to 28d, so that the incident-side and exit-side rotating mirrors 28a to 28d are synchronized as shown in FIG. Are configured to rotate.

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 length control unit 23 and the writing timing of the cross-sectional information by the spatial light modulation unit 26 are controlled to be synchronized by a control unit (not shown).

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 rotating mirrors 28a, 28b, 28c, 28d, and the fixed mirror 29, and accordingly, the first optical pulse 12 and the second optical pulse 13 are converted into the fluorescence space. 11 is increased in order. In FIG. 14, when optical paths are formed by the rotating mirrors 28 a, 28 b, 28 c, 28 d and the fixed mirror 29, cross-sectional images 14 a, 14 b, 14 c, 14 d, 14 e are formed in the fluorescent space 11, respectively. The intervals at which the cross-sectional images 14a to 14e are formed vary depending on the intervals at which the rotary mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 are installed. 14 and 15, the four pairs of rotating mirrors 28 a to 28 d are shown as being provided, but the number of rotating mirrors is not limited to this, and a cross section formed in the fluorescent space 11. The number of images is not limited to five of the cross-sectional images 14a to 14e.

(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 length control unit 23 is composed of the rotary mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 having high light utilization efficiency, it is possible to display a high-brightness and clear three-dimensional image with high contrast.

[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 length control unit 23. 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 path length controller 23 includes a rotating optical medium 30 having a plurality of optical media having different thicknesses with respect to the optical axis.

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 optical media 30a to 30e having the same refractive index and different thicknesses. Here, assuming that the high speed in vacuum is c, the light pulse passing through the plate of refractive index n and thickness d is (n−1) d / c seconds in time than the light pulse passing through the air. It will be late. Thereby, by rotating the rotating light medium 30 in synchronization with the operation of the spatial light modulation 261, the first light pulse 12 passes through the light media 30a to 30e having different thicknesses, and the incident timing to the fluorescent space 11 is reached. Can be adjusted. The plurality of optical media constituting the rotating optical medium 30 may have different refractive indexes.

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 optical media 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e, and the incident timing of the first light pulse 12 passing through the fluorescent space 11 is delayed. Accordingly, the interval at which the first light pulse 12 and the second light pulse 13 are incident on the fluorescence space 11 increases in order. In FIG. 16, when the first light pulse 12 passes through the optical media 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e, cross-sectional images 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e are formed in the fluorescent space 11, respectively. The intervals at which the cross-sectional images 14a to 14e are formed vary depending on the difference in thickness between the optical media 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e. In FIG. 17, the five optical media 30 a to 30 e are illustrated as being provided. However, the number of optical media is not limited to this, and the number of cross-sectional images formed in the fluorescent space 11. Is not limited to five of the cross-sectional images 14a to 14e.

(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 fluorescent space 11 by changing the optical path length, and the configuration is simple. Therefore, the 3D image display device 1 can be downsized. In addition, the manufacturing cost can be reduced.

[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 image display device 1 includes an optical pulse light source 21 that emits optical pulses at a constant repetition period, and an optical pulse emitted from the optical pulse light source 21 as a first optical pulse 12 and a second optical pulse 13. A beam splitter 22 that divides into two, a wavelength converter 25 that changes the wavelength of the second optical pulse 13, and a branching unit 31 that selects the optical paths Ra to Re of the second optical pulse 13 divided by the beam splitter 22. , A plurality of spatial light modulators 26 that write cross-sectional information based on cross-sectional image signals to the second optical pulse 13 that travels along the optical paths Ra to Re, and a delay optical path 32 that adjusts the optical path length of the second optical pulse 13, respectively. A merging portion 33 for merging the optical paths Ra to Rh of the second light pulse 13, and a magnifying optical system 27 for enlarging the beam diameter of each of the first and second light pulses 13 and entering the fluorescence space 11. Includes a plurality of reflecting mirrors 36 for forming the optical path, and a controller (not shown) controls the respective units of the apparatus.

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 rotating mirrors 28 a to 28 d and a fixed mirror 29. The configuration and operation of the rotating mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 used in the branching unit 31 and the merging unit 33 are a pair of rotating mirrors 28a to 28d used in the optical path length control unit 23 in the third embodiment. This is the same as the fixed mirror 29.

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 mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 of the branching unit 31 respectively form different optical paths Ra to Re of the second optical pulse 12, and the rotating mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 of the merging unit 33 are respectively The optical paths Ra to Re of the second optical pulse 12 are merged.

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 fluorescence space 11 by adjusting the optical path length of the second optical pulse 13 passing through the optical paths Ra to Re. A plurality of reflecting mirrors 321 are arranged at positions.

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 fluorescence space 11 depending on the thickness or refractive index of the optical medium. The structure which adjusts timing may be sufficient.

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 pulse light source 21 at a predetermined interval, and are separated by the beam splitter 22 so that five first optical pulses 12a to 12e and second optical pulses 13a to 13a, respectively. 13e.

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 mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 of the branching unit 31, respectively, and the spatial light modulation unit 26 provides cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal, respectively. It is written and merged by the rotating mirrors 28a to 28d and the fixed mirror 29 of the merging unit 33, and rides on the same optical axis as the first light pulses 12a to 12e.

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 fluorescent space 11, and the set of the first and second light pulses 12a and 13a is a cross-sectional image 14a and the first and second light pulses 12b. , 13b is a sectional image 14b, the first and second light pulses 12c, 13c are sectional images 14c, and the first and second light pulses 12d, 13d are sectional images 14d, first and second. Each pair of optical pulses 12e and 13e forms a cross-sectional image 14e.

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 fluorescent space 11. The number of images is not limited to five of the cross-sectional images 14a to 14e.

(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-dimensional image 14 is formed by a pulse train 131 composed of one first optical pulse 12 and a plurality of second optical pulses 13. Note that description of other components, operations, and the like that are the same as those of each of the above embodiments is omitted.

(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 image display apparatus 1 includes first and second optical pulse light sources 21 a and 21 b that emit first and second optical pulses 12 and 13 at a constant repetition period, and an optical path of the second optical pulse 13. A branching unit 31 that selects Ra to Re, a plurality of spatial light modulation units 26 that write cross-sectional information based on cross-sectional image signals to the second optical pulse 13 that travels along the optical paths Ra to Re, and the second optical pulse 13, respectively. The delay optical path 32 for adjusting the optical path length of the light beam, the merging portion 33 for merging the optical paths Ra to Rh of the second optical pulse 13, and the first and second optical pulses 13 by expanding the beam diameter, respectively. Magnifying optical system 27 that enters the light, a plurality of reflecting mirrors 36 that form an optical path, and a control unit (not shown) that controls each part of the apparatus.

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 light source 21a, and for example, a time width of 50 femtoseconds is repeated for the second optical pulse light source 21b. An optical pulse laser having a frequency of 1 kHz and a wavelength of 1300 nm is used. The second light pulse light source 21b continuously emits the second light pulses 13a to 13h at a predetermined cycle in accordance with the timing at which the first light pulse light source 21a emits one first light pulse 12a. As a result, the optical pulse train 131 is emitted.

(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 light source 21b emits a pulse train 131 composed of the second optical pulses 13a to 13h in synchronization with the timing at which the first optical pulse light source 21a emits one first optical pulse 12a. .

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 mirrors 28a to 28g and the fixed mirror 29 of the branch unit 31, respectively, and correspond to the cross-sectional image signal by the spatial light modulator 26. The cross-sectional information thus written is respectively written, merged by the rotating mirrors 28a to 28g of the merging portion 33 and the fixed mirror 29 to become the pulse train 131 again, which is on the same optical axis as the first optical pulse 12a.

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 fluorescence space 11, the second light pulses 13a to 13h catch up with the first light pulse 12a in order, and are respectively cross-sectional images. 14a-14h are formed, and the 3D image 14 is displayed.

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 fluorescence space 11 is small in the order of the second light pulses 13a to 13h, the second light pulses 13a to 13h. 13h catches up with the first optical pulse 12a at a position close to the incident surface, and the set of the first and second optical pulses 12a and 13a is the cross-sectional image 14a, and the set of the first and second optical pulses 12a and 13b is The cross-sectional image 14b, the first and second light pulses 12a, 13c are set as a cross-sectional image 14c, and the first and second light pulses 12a, 13d are set as a cross-sectional image 14d, the first and second light pulses 12a, 13e is a sectional image 14e, the first and second light pulses 12a, 13f are sectional images 14f, and the first and second light pulses 12a, 13g are sectional images 14g, first and second Optical pulses 12a, 13h Set to form cross-sectional images 14h, respectively.

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 fluorescent space 11. The number of images is not limited to eight of the cross-sectional images 14a to 14h.

(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 first light pulse 12 and a plurality of second light pulses 13, and the display of the three-dimensional image 14 is performed. Can be done quickly. Thereby, it becomes easy to display the moving image by continuously switching the displayed 3D video at a short interval.

[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 pulse light source 21 at a predetermined interval, and these are separated by the beam splitter 22 so that one first optical pulse 12a and one second optical pulse 13 are respectively obtained. Become.

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 wavelength converter 25, the second optical pulse 13 is separated at various places by the beam splitter 341 of the branching optical system 34, and five second optical pulses 13 a to 13 h are obtained. Become.

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 fluorescent space 11, the second light pulses 13a to 13h are changed to the first light pulse 12a as shown in FIG. The three-dimensional images 14 are displayed by catching up in order, forming cross-sectional images 14a to 14h, respectively.

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 fluorescent space 11. The number of images is not limited to eight of the cross-sectional images 14a to 14h.

(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 pulse light source 21.

[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 optical pulse 12 and a plurality of second optical pulses 13. The form is different. Note that description of other components, operations, and the like that are the same as those of each of the above embodiments is omitted.

(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 image display apparatus 1 includes first and second optical pulse light sources 21 a and 21 b that emit first and second optical pulses 12 and 13 at a constant repetition period, and an optical path of the second optical pulse 13. A branching unit 31 that selects Ra to Re, a plurality of spatial light modulation units 26 that write cross-sectional information based on cross-sectional image signals to the second optical pulse 13 that travels along the optical paths Ra to Re, and the second optical pulse 13, respectively. The delay optical path 32 for adjusting the optical path length of the light beam, the merging portion 33 for merging the optical paths Ra to Rh of the second optical pulse 13, and the first and second optical pulses 13 by expanding the beam diameter, respectively. Magnifying optical system 27 that enters the light, a plurality of reflecting mirrors 36 that form an optical path, and a control unit (not shown) that controls each part of the apparatus.

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 light source 21a, and for example, a time width of 50 femtoseconds is repeated for the second optical pulse light source 21b. An optical pulse laser having a frequency of 1 kHz and a wavelength of 1300 nm is used. In synchronization with the timing at which the first optical pulse light source 21a emits one first optical pulse 12a, the second optical pulse light source 21b applies four second optical pulses 13a, 13c, 13e, and 13g to a predetermined level. The second optical pulse light source 21b is divided into four in accordance with the timing at which the first optical pulse light source 21a emits one first optical pulse 12b by emitting the pulse train 131a by continuously emitting in a cycle. The pulse train 131b is emitted by continuously emitting the second optical pulses 13b, 13d, 13f, and 13h at a predetermined cycle.

(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 pulse light source 21a emits one first light pulse 12a, the second light pulse light source 21b is changed from four second light pulses 13a, 13c, 13e, and 13g. The second optical pulse light source 21b emits four second optical pulses in accordance with the timing at which the first optical pulse light source 21a emits one first optical pulse 12b. A pulse train 131b composed of 13b, 13d, 13f, and 13h is emitted.

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 optical pulses 13a, 13c, 13e, and 13g constituting the pulse train 131a travel on the optical paths Ra to Rd by the rotating mirrors 28a to 28c and the fixed mirror 29 of the branching unit 31, respectively. On the other hand, the second optical pulses 13b, 13d, 13f, and 13h constituting the pulse train 131b follow the second optical pulses 13a, 13c, 13e, and 13g, the rotating mirrors 28a to 28c of the branching unit 31, and the fixed mirrors. 29, respectively, travels along the optical paths Ra to Rd. That is, the second optical pulses 13a and 13e are in the optical path Ra, the second optical pulses 13b and 13f are in the optical path Rb, the second optical pulses 13c and 13g are in the optical path Rc, and the second optical pulses 13d and 13h are in the optical path Rd. move on.

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 light pulses 13 a, 13 c, 13 e, and 13 g are written with cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal by the spatial light modulator 26, respectively, and the rotating mirrors 28 a to 28 c and the fixed mirror 29 of the merging unit 33. Are combined to form a pulse train 131a again on the same optical axis as the first optical pulse 12a. Subsequently, the second optical pulses 13b, 13d, 13f, and 13h are cross-sectional image signals by the spatial light modulator 26. Are respectively written by the rotary mirrors 28a to 28c and the fixed mirror 29 of the merging portion 33, and again become a pulse train 131b and ride on the same optical axis as the first optical pulse 12b.

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 light pulses 13a, 13c, 13e, and 13g is incident on the fluorescence space 11, the second light pulses 13a, 13c, 13e, and 13g are converted into the first light. The laser beam catches up with the pulse 12a in order to form cross-sectional images 14a, 14c, 14e, and 14g, respectively, and a pulse train 131b including the first light pulse 12b and the second light pulses 13b, 13d, 13f, and 13h is incident on the fluorescence space 11. Then, the second light pulses 13b, 13d, 13f, and 13h catch up with the first light pulse 12b in order to form cross-sectional images 14b, 14d, 14f, and 14h, respectively, and the three-dimensional image 14 is displayed.

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 light pulses 13a, 13c, 13e, and 13g, the light beams enter the fluorescent space 11 in the order of the second light pulses 13a, 13c, 13e, and 13g. Since the interval (difference in incidence timing) with the previous first optical pulse 12a is small, the second optical pulse 13a, 13c, 13e, 13g catches up with the first optical pulse 12a at a position close to the incident surface in order. The set of first and second light pulses 12a and 13a is a cross-sectional image 14a, the set of first and second light pulses 12a and 13c is a cross-sectional image 14c, and the set of first and second light pulses 12a and 13e is A set of the cross-sectional image 14e and the first and second optical pulses 12a and 13g forms a cross-sectional image 14g, respectively.

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 optical pulse 12b and the second optical pulse 13b, 13d, 13f, 13h, the second optical pulse 13b, 13d, 13f, 13h in the order before entering the fluorescence space 11 Since the interval (difference in incidence timing) with the first optical pulse 12b is small, the first optical pulse 12b catches up with the first optical pulse 12b in the order of the second optical pulses 13b, 13d, 13f, and 13h, The set of second optical pulses 12b and 13b is a cross-sectional image 14b, the set of first and second optical pulses 12b and 13d is a cross-sectional image 14d, and the set of first and second optical pulses 12b and 13f is a cross-sectional image 14f. The set of the first and second light pulses 12b and 13h form a cross-sectional image 14h, respectively.

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 3D image 14 by using two sets of one first light pulse 12 and four light pulses. The number is not limited to the above, and the combination of the second optical pulse 13 and the first optical pulse 12 is not limited to the above (for example, the first optical pulse 12a and the second optical pulse). 13a to 13d may be one set, and the first optical pulse 12b and the second optical pulses 13e to 13h may be one set). In other words, M × N cross-sectional images 14 are formed using M sets of pulse trains composed of N second optical pulses (one first optical pulse 12 corresponds to one set of pulse trains). I just need it.

(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 optical pulse 12 and a plurality of second optical pulses 13, a plurality of cross-sectional images are formed. Although the display speed of the three-dimensional image 14 is inferior to that of the sixth embodiment, the number of spatial light modulators 261 can be reduced to reduce the size of the apparatus. In comparison, although the number of spatial light modulators 261 increases, the 3D image 14 can be displayed quickly.

[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 rotating light medium 30. Note that the description of the same points as in the fourth embodiment, such as other components and operations, is omitted.

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 first light pulse 12 is allowed to pass through the plurality of optical media to thereby generate the first light. The incident timing of the pulse 12 to the fluorescence space 11 is adjusted.

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 first light pulse 12 to the fluorescent space 11, the center of gravity of the rotating light medium 30 rotates on the rotation axis. It is desirable to be near the center.

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 optical media 30a to 30e each having five different thicknesses. Here, the thickness increases in the order of the optical media 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e. As shown in the figure, optical media having the same thickness are arranged at positions symmetrical with respect to the rotation center, and the center of gravity of the rotation optical medium 30 coincides with the rotation center. Note that they do not have to be completely coincident with each other as long as the rotating light medium 30 is close enough to rotate at high speed and stably.

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 optical media 30a to 30j having different thicknesses one by one. Here, the thickness increases in the order of the optical media 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i, and 30j. As shown in the figure, optical media having close thicknesses are respectively arranged at symmetrical positions with respect to the rotation center, and the center of gravity of the rotation light medium 30 is brought close to the rotation center.

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 first light pulse 12 into the fluorescence space 11 can be accurately adjusted.

[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 light modulator 25 writes the cross-sectional information corresponding to the cross-sectional image signal to the second optical pulse 13, but the cross-sectional information is written to the first optical pulse 12. It may be a configuration. Further, the first optical pulse 12 has been described as being caught up by the second optical pulse 13 in the fluorescent space 11, but the second optical pulse 12 may be followed up by the first optical pulse 13. .

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 fluorescent space 11 is a material in which a fluorescent material is dispersed in an organic solvent such as ethanol or acetone, the wavelength of the first light pulse and the second light pulse is reduced. It is preferable to use a transparent deuterium substitution solvent as a solvent. When hydrogen is replaced with deuterium, there is no significant change in the characteristics as a solvent, and therefore the wavelength selectivity can be improved without impairing the properties as a fluorescent space. In addition to deuterium, the absorption peak shifts even when hydrogen is replaced with chlorine, fluorine, or the like, which can be used to improve wavelength selectivity.

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 fluorescence space 11 was demonstrated as what shows normal dispersion, the structure which shows anomalous dispersion | distribution may be sufficient.

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.

(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。(A)-(c) is a figure which shows the basic principle of the three-dimensional video display method which concerns on this invention. 本発明に係る第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。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the difference of the incident timing of the 1st and 2nd optical pulse which concerns on this invention, and the position where fluorescence generate | occur | produces. 多光子吸収による蛍光発生の原理を示す1つ目の図である。It is the 1st figure which shows the principle of the fluorescence generation by multiphoton absorption. 多光子吸収による蛍光発生の原理を示す2つ目の図である。It is the 2nd figure which shows the principle of the fluorescence generation by multiphoton absorption. 多光子吸収による蛍光発生の原理を示す3つ目の図である。It is the 3rd figure which shows the principle of the fluorescence generation by multiphoton absorption. 多光子吸収による蛍光発生の原理を示す4つ目の図である。It is the 4th figure which shows the principle of the fluorescence generation by multiphoton absorption. 多光子吸収による蛍光発生の原理を示す5つ目の図である。It is the 5th figure which shows the principle of the fluorescence generation by multiphoton absorption. 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。1 is a configuration diagram of a 3D video display apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る画像情報を書き込まれた第2の光パルスの形状の一例をしめす模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the shape of the 2nd optical pulse in which the image information which concerns on the 1st Embodiment of this invention was written. 本発明の第1の実施の形態に係る第1の光パルスの形状の一例をしめす模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the shape of the 1st optical pulse which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る第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。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the 1st and 2nd optical pulse which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a cross-sectional image. 本発明の第1の実施の形態に係る断面像により構成される三次元映像の一例を示す。An example of the three-dimensional image comprised by the cross-sectional image which concerns on the 1st Embodiment of this invention is shown. 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。It is a block diagram of the three-dimensional video display apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a block diagram of the three-dimensional video display apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る回転ミラー、および固定ミラーの拡大図である。It is an enlarged view of the rotating mirror and fixed mirror which concern on the 3rd Embodiment of this invention. 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。It is a block diagram of the three-dimensional video display apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。It is an enlarged view of the rotating light medium based on the 4th Embodiment of this invention. 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。It is a block diagram of the three-dimensional video display apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 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。It is a block diagram of the three-dimensional video display apparatus which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態に係る第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。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the 1st and 2nd optical pulse which concerns on the 6th Embodiment of this invention, and a cross-sectional image. 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。It is a block diagram of the three-dimensional video display apparatus which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 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。It is a block diagram of the three-dimensional video display apparatus which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態に係る第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。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the 1st and 2nd optical pulse which concerns on the 8th Embodiment of this invention, and a cross-sectional image. 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。It is an enlarged view of the rotating light medium based on the 9th Embodiment of this invention. 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。It is an enlarged view of the rotating light medium based on the 9th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 3D image display apparatus 11 Fluorescent space 12, 12a-12h 1st light pulse 13, 13a-13h 2nd light pulse 14 3D image 14a-14h Cross-sectional image 15 Notch filter 21 Optical pulse light source 21a 1st light Pulse light source 21b Second light pulse light source 22 Beam splitter 23 Optical path length control units 24a to 24e Switching mirror 25 Wavelength converter 26 Spatial light modulation unit 261 Spatial light modulator 262 Expansion optical system 263 Reduction optical system 27 Expansion optical system 28a to 28a 28 g Rotating mirror 29 Fixed mirror 30 Rotating light mediums 30 a to 30 j Optical medium 31 Branching portion 32 Delay optical path 321 Reflecting mirror 33 Joining portion 34 Branching optical system 341 Beam splitter 342 Reflecting mirror 35 Synthetic optical system 351 Beam splitter 352 Reflecting mirror 36 Reflecting mirror Ra ~ Rh Light path

Claims (26)

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。
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請求項1に記載の三次元映像表示方法。   The three-dimensional image display method according to claim 1, wherein cross-sectional information is written in either one of the first light pulse and the second light pulse. 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請求項1に記載の三次元映像表示方法。   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 image display method according to claim 1. 真空中の光速をc、前記第1の光パルスの波長をλ、前記第2の光パルスの波長をλ、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t、光パルス2の時間幅をt、としたとき、1×10−4[m]≦{c(tn(λ)+tn(λ))}/{n(λ)(n(λ)−n(λ))}≦1×10−2[m]を満たす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。 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 , the refractive index in the fluorescence space at the wavelength λ is n (λ), and the light pulse 1 t 1 the time width of, when the time width optical pulses 2 and t 2, a, 1 × 10 -4 [m] ≦ {c (t 1 n (λ 2) + t 2 n (λ 1))} / The three-dimensional image display method according to claim 1, wherein {n (λ 2 ) (n (λ 1 ) −n (λ 2 ))} ≦ 1 × 10 −2 [m] is satisfied. 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請求項1に記載の三次元映像表示方法。   In the second step, a plurality of second light pulses are incident on the fluorescence space at a predetermined repetition period with respect to one first light pulse, and fluorescence is emitted at a plurality of positions in the fluorescence space. The 3D image display method according to claim 1, wherein: 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請求項1に記載の三次元映像表示方法。   2. The 3D image display method according to claim 1, wherein writing of the cross-sectional information into the second light pulse is performed by spatial light modulation. 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。
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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   The first or second light pulse incident means includes a spatial light modulator that writes the cross-sectional information into an optical pulse according to a cross-sectional image signal and generates the first optical pulse or the second optical pulse. The three-dimensional image display apparatus according to claim 9, wherein 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請求項12に記載の三次元映像表示装置。   The three-dimensional image display apparatus according to claim 12, wherein the spatial light modulator is a liquid crystal spatial light modulator. 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請求項10に記載の三次元映像表示装置。   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 a plurality of optical paths, and a plurality of second optical pulses in which the cross-sectional information is written are aligned with the optical axes of the plurality of second optical pulses. The three-dimensional image display device according to claim 10, further comprising: a confluence unit that makes two light pulses incident on the fluorescent space. 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請求項14に記載の三次元映像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 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. 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請求項14に記載の三次元映像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 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 light paths. 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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   The said 1st or 2nd optical pulse incident means was equipped with the optical path length control part which controls the optical path length of the said 1st optical pulse or the said 2nd optical pulse, It is characterized by the above-mentioned. 3D image display device. 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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   The first or second optical pulse incident means has a plurality of optical media having different thicknesses, and switches the optical medium placed on the optical axis of the first optical pulse or the second optical pulse. The three-dimensional image display apparatus according to claim 9, further comprising: a timing control unit that adjusts a timing at which the first light pulse or the second light pulse enters the fluorescent space. 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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   The three-dimensional image display apparatus according to claim 9, wherein the first or second light pulse incident means includes a wavelength converter that converts a wavelength of the light pulse. 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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   The said 1st and 2nd optical pulse incident means shares the expansion optical system which expands the aperture of the said 1st and 2nd optical pulse, and injects into the said fluorescence space, It is characterized by the above-mentioned. 3D image display device. 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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   10. The three-dimensional image according to claim 9, wherein the fluorescent space is made of a phosphor, or a gas, a liquid, or a solid containing the phosphor that is transparent with respect to the wavelengths of the first and second light pulses. Video display device. 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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   The tertiary space according to claim 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. Original video display device. 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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   10. The three-dimensional image display device according to claim 9, wherein the fluorescent space causes the strongest multiphoton absorption at the position where the first light pulse and the second light pulse overlap each other. 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.
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請求項9に記載の三次元映像表示装置。   The fluorescent space has a notch filter that cuts only the wavelengths of the first and second optical pulses on the side opposite to the incident side of the first and second optical pulses and transmits light having other wavelengths. The three-dimensional image display apparatus according to claim 9, wherein 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請求項18に記載の三次元映像表示装置。   The timing control unit has a disk-like shape, and performs the rotational motion around a rotation axis parallel to the thickness direction of the disk-like shape, whereby the first light pulse or the second light pulse The three-dimensional image display apparatus according to claim 18, wherein the optical medium placed on the optical axis of the optical pulse is switched.
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