JP2008151863A - ３次元像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体を大型化することなく、クリアーな立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができる３次元像表示装置を提供する。
【解決手段】３次元像表示装置は、光源１０；２次元画像を生成する光変調手段３０；２次元画像における空間周波数のフーリエ変換像を生成し、所定のフーリエ変換像のみを選択し、更には、逆フーリエ変換して２次元画像の共役像を形成する画像制限・生成手段３２；画像制限・生成手段３２から出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段８０、並びに、光線進行方向変更手段８０から出射された光線を結像させる結像手段８２を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、立体画像を表示することができる３次元像表示装置に関する。

観察者の両目が、それぞれ、視差画像と呼ばれる異なる画像を観察することによって立体画像を得る２眼式立体画像技術や、視差画像を複数組用意することによって異なる視点からの立体画像を複数得る多眼式立体画像技術が知られており、これらに関連する技術が多く開発されている。しかしながら、２眼式立体画像技術や多眼式立体画像技術にあっては、立体画像は、立体画像として意図した空間に位置するのではなく、例えば２次元のディスプレイ面上に存在し、常に、一定の位置に位置する。従って、特に視覚系生理反応である輻輳と調節とが連動せず、これに伴う眼精疲労が問題となっている。

一方、実世界において、物体表面の情報は、光波を媒体として観察者の眼球まで伝搬する。そして、実世界において物理的に存在する物体表面からの光波を人工的に再現する技術として、ホログラフィ技術が知られている。ホログラフィ技術を用いた立体画像は、光の干渉に基づき生成された干渉縞を用い、この干渉縞を光で照明した際に生じる回折波面そのものを画像情報媒体として用いる。従って、観察者が実世界において物体を観察しているときと同様の輻輳、調節などの視覚系生理反応が生じ、眼精疲労の少ない画像を得ることができる。更には、物体からの光波面が再現されているということは、画像情報を伝達する方向に対して連続性が確保されていることを意味する。従って、観察者の視点が移動しても、その移動に応じた異なる角度からの適切な画像を連続的に提示することが可能であり、運動視差が連続的に提供されることとなる。

しかしながら、ホログラフィ技術においては、物体の３次元空間情報を２次元空間における干渉縞として記録しており、その情報量は、同じ物体を撮影した写真等の２次元空間の情報量と比較すると極めて膨大な量となる。これは、３次元空間情報を２次元空間情報に変換する際に、その情報が２次元空間上における密度に変換されていると考えることができるからである。そのために、ＣＧＨ（Computer Generated Hologram）による干渉縞を表示する表示装置に求められる空間分解能は極めて高く、また、膨大な情報量が必要であり、実時間ホログラムに基づき立体画像を実現することは、現状において、技術的に困難である。

ホログラフィ技術においては、連続的な情報とみなすことのできる光波を情報媒体として用い、物体からの情報を伝達する。一方、光波を離散化し、理論的にはほぼ実世界における光波から成る場と等価である状況を光線によって再現することで立体画像を生成する技術として、光線再生法（インテグラルフォトグラフィ法とも呼ばれる）が知られている。光線再生法にあっては、予め、多くの方向へ伝搬する多数の光線から構成された光線群を、光学的手段によって空間に散布する。次に、任意の位置に位置する仮想的な物体の表面から伝搬される光線をこの光線群から選択し、選択された光線の強度や位相の変調を行うことによって、光線から成る像を空間に生成する。観察者は、この像を立体画像として観察することができる。光線再生法による立体画像は、任意の点において、複数の方向からの像が多重結像されたものであり、実世界における３次元物体を見たときと同様に、任意の点について、見る位置によって見え方が異なる。

以上で述べた光線再生法を実現するための装置として、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の平面型表示装置とマイクロレンズアレイやピンホールアレイとを組み合わせた装置が提案されている（例えば、以下の特許文献１〜特許文献７を参照のこと）。また、プロジェクタ・ユニットを多数並べた装置も考えられる。図１８に、プロジェクタ・ユニットを用いて光線再生法を実現する３次元像表示装置の一構成例を示す。この装置は、多数のプロジェクタ・ユニット３０１を水平方向及び垂直方向に並列的に配置し、各プロジェクタ・ユニット３０１から角度の異なる光線を出射するようにしたものである。これにより、ある断面３０２内の任意の点において多視角の像を多重再生し、立体画像を実現している。

特開２００３−１７３１２８号公報 特開２００３−１６１９１２号公報 特開２００３−２９５１１４号公報 特開２００３−７５７７１号公報 特開２００２−７２１３５号公報 特開２００１−５６４５０号公報 特許第３５２３６０５号公報

上述の光線再生法によれば、２眼式立体画像技術や多眼式立体画像では不可能であった視覚機能としての焦点調節及び両眼輻輳角調節に対して有効に働く程度の光線によって画像を生成するので、眼精疲労が極めて少ない立体画像を提供することができる。それだけでなく、仮想物体上の同一要素から複数の方向へ連続的に光線が射出されていることから、視点位置の移動に伴う画像の変化を連続的に提供することができる。

しかしながら、現状の光線再生法によって生成された画像は、実世界における物体と比較すると臨場感に欠ける。これは、現状の光線再生法による立体画像が、実世界の物体から観察者が得る情報量に対して非常に少量の情報、即ち、少量の光線によって生成されていることに起因していると考えられる。一般に、人間の視認限界は角度分解能で１分程度と云われており、現状の光線再生法による立体画像は、この人間の視覚に対して不十分な光線によって生成されている。従って、実世界の物体が有する高い臨場感やリアリティを有する立体画像を生成するためには、少なくとも多量の光線によって画像を生成することが課題である。

そして、その実現のためには、空間的に高い密度で光線群を生成することのできる技術が必要とされ、液晶表示装置等の表示装置の表示密度を高くすることが考えられる。あるいは又、図１８に示した多数のプロジェクタ・ユニット３０１を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット３０１を出来るだけ小型化し、空間的に高い密度で並べることが考えられる。しかしながら、現在の表示装置における表示密度の飛躍的な向上は、光利用効率や回折限界の問題から困難である。また、図１８に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット３０１を小型化するのには限界があるため、空間的に高い密度で並べることは困難であると考えられる。いずれの場合にあっても、高密度の光線群を生成するためには、複数のデバイスが必要となり、装置全体の大型化は避けられない。

従って、本発明の目的は、３次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることを可能とし、しかも、クリアーでぼけの無い立体画像を得ることを可能とする３次元像表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置は、
（Ａ）光源、
（Ｂ）複数の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する光変調手段、
（Ｃ）光変調手段から射出された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像のみを選択し、更には、該選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段によって生成された２次元画像の共役像を形成する画像制限・生成手段、
（Ｄ）画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段、並びに、
（Ｅ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる結像手段、
を備えていることを特徴とする。

本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、光変調手段は、２次元的に配列された複数の画素を有する２次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている形態とすることができ、この場合、２次元空間光変調器を、液晶表示装置（より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置）、あるいは、２次元空間光変調器の各開口内には可動ミラーが設けられている構成（可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された２次元型のＭＥＭＳから成る構成）とすることが好ましい。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ₀×Ｎ₀組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅（強度）を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。

あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、光変調手段は、
（Ｂ−１）１次元画像を生成する１次元空間光変調器、
（Ｂ−２）１次元空間光変調器によって生成された１次元画像を２次元的に展開して２次元画像を生成する走査光学系、及び、
（Ｂ−３）２次元画像の生成面に配置され、生成した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する格子フィルタ、
から成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、透過光量の位相を変調する、即ち、光の振幅(強度）はそのままで、位相を変調する位相格子から構成されていてもよい。

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、画像制限・生成手段は、
（Ｃ−１）光変調手段から射出された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成する第１のレンズ、
（Ｃ−２）第１のレンズよりも光線進行方向変更手段側に配置され、該フーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像のみを選択する散乱回折制限開口部、並びに、
（Ｃ−３）散乱回折制限開口部よりも光線進行方向変更手段側に配置され、該選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段によって生成された２次元画像の共役像を形成する第２のレンズ、
から構成されており、
第１のレンズの後側焦点面であって第２のレンズの前側焦点面に、散乱回折制限開口部が配置されている形態とすることができる。

また、以上に説明した種々の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から成る構成とすることができ、あるいは又、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。

更には、上記の種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、前記２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、前記２次元画像の共役像における空間周波数は、前記２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、画像制限・生成手段において選択され、あるいは又、散乱回折制限開口部を通過する。光変調手段あるいは後述する２次元画像形成装置に表示された空間周波数は全て伝達される。

上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る３次元像表示装置は、
（Ａ）光源、
（Ｂ）Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面に２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
（Ｆ）第２のレンズの後方に配置され、第２のレンズから出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段、並びに、
（Ｇ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第３のレンズ、
を備えていることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る３次元像表示装置において、２次元画像形成装置は、２次元的に配列されたＰ₀×Ｑ₀個の画素を有する液晶表示装置（より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置）から成り、各画素には開口が備えられている形態とすることができ、あるいは、２次元画像形成装置には、Ｐ₀×Ｑ₀個の開口が設けられており、各開口には可動ミラーが設けられている（可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された開口のそれぞれに配置された２次元型のＭＥＭＳから成る）形態とすることができる。開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ₀×Ｎ₀組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって振幅格子が形成される。

上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置は、
（Ａ）光源、
（Ｂ）１次元画像を生成する１次元空間光変調器；１次元空間光変調器によって生成された１次元画像を２次元的に展開して２次元画像を生成する走査光学系；及び、２次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段から成る２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
（Ｆ）第２のレンズの後方に配置され、第２のレンズから出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段、並びに、
（Ｇ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第３のレンズ、
を備えていることを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置において、１次元空間光変調器は、Ｘ方向に沿ってＰ₀個の画素を有し、光源からの光を回折することによって１次元画像を生成する形態とすることができる。

以上に説明した好ましい構成を含む本発明の第２の態様あるいは第３の態様に係る３次元像表示装置において、光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から成る構成とすることができ、あるいは又、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。

以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様〜第３の態様に係る３次元像表示装置（以下、これらを総称して、単に、本発明の３次元像表示装置と呼ぶ）における光源として、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色光源を挙げることができる。光源と光変調手段あるいは２次元画像形成装置との間に、光源から射出された光を整形するための照明光学系を配置してもよい。

２次元空間光変調器あるいは２次元画像形成装置を構成する液晶表示装置においては、例えば、次に述べる透明第１電極と透明第２電極の重複領域であって液晶セルを含む領域が、１画素（１ピクセル）に相当する。そして、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として動作させることによって、即ち、各画素の光透過率を制御することによって、光源から射出された光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、光源から射出された光が係る開口を通過することによって、画素毎に、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ₀×Ｎ₀組の回折光が生成される。

液晶表示装置は、例えば、透明第１電極を備えたフロント・パネル、透明第２電極を備えたリア・パネル、及び、フロント・パネルとリア・パネルとの間に配された液晶材料から成る。フロント・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第１の基板と、第１の基板の内面に設けられた透明第１電極（共通電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第１の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。更には、透明第１電極上には配向膜が形成されている。一方、リア・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第２の基板と、第２の基板の内面に形成されたスイッチング素子と、スイッチング素子によって導通／非導通が制御される透明第２電極（画素電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第２の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。透明第２電極を含む全面には配向膜が形成されている。これらの透過型の液晶表示装置を構成する各種の部材や液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができる。尚、スイッチング素子として、単結晶シリコン半導体基板に形成されたＭＯＳ型ＦＥＴや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）といった３端子素子や、ＭＩＭ素子、バリスタ素子、ダイオード等の２端子素子を例示することができる。あるいは又、複数の走査電極が第１の方向に延び、複数のデータ電極が第２の方向に延びる、所謂マトリックス電極構成を有する液晶表示装置とすることもできる。透過型の液晶表示装置にあっては、光源からの光は、第２の基板から入射し、第１の基板から射出される。一方、反射型の液晶表示装置にあっては、光源からの光は、第１の基板から入射し、例えば、第２の基板の内面に形成された第２電極（画素電極）によって反射され、再び、第１の基板から射出される。開口は、例えば、透明第２電極と配向膜との間に、光源からの光に不透明な絶縁材料層を形成し、係る絶縁材料層に開口を形成することで得ることができる。尚、反射型の液晶表示装置として、その他、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）タイプを用いることもできる。

また、１次元空間光変調器（１次元画像形成装置）として、より具体的には、回折格子−光変調素子（ＧＬＶ：Grating Light Valve）が一次元的にアレイ状に配列されて成る装置（以下、回折格子−光変調装置と呼ぶ場合がある）を挙げることができる。

本発明の３次元像表示装置にあっては、結像手段によって結像された像を投射する光学的手段を備えていてもよいし、あるいは第３のレンズの後方に、第３のレンズによって結像された像を投射する光学的手段を備えていてもよい。

本発明の３次元像表示装置において、２次元画像の画素（ピクセル）の数Ｐ₀×Ｑ₀を（Ｐ₀，Ｑ₀）で表記したとき、（Ｐ₀，Ｑ₀）の値として、具体的には、ＶＧＡ（６４０，４８０）、Ｓ−ＶＧＡ（８００，６００）、ＸＧＡ（１０２４，７６８）、ＡＰＲＣ（１１５２，９００）、Ｓ−ＸＧＡ（１２８０，１０２４）、Ｕ−ＸＧＡ（１６００，１２００）、ＨＤ−ＴＶ（１９２０，１０８０）、Ｑ−ＸＧＡ（２０４８，１５３６）の他、（１９２０，１０３５）、（７２０，４８０）、（１２８０，９６０）等、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。

本発明の３次元像表示装置の説明において、光線進行方向変更手段までの光軸の部分をｚ軸とし、ｚ軸に直交する平面内での直交座標をｘ軸、ｙ軸とし、ｘ軸と平行な方向をＸ方向、ｙ軸と平行な方向をＹ方向とする。Ｘ方向を、例えば３次元像表示装置における水平方向とし、Ｙ方向を、例えば３次元像表示装置における垂直方向とする。また、光線進行方向変更手段以降の光軸の部分をｚ’軸とし、ｚ’軸に直交する平面内での直交座標をｘ’軸、ｙ’軸とし、ｘ’軸と平行な方向をＸ’方向、ｙ’軸と平行な方向をＹ’方向とする。Ｘ’方向を、例えば３次元像表示装置における水平方向とし、Ｙ’方向を、例えば３次元像表示装置における垂直方向とする。

本発明の３次元像表示装置においては、光線進行方向変更手段による光線の進行方向の変更を、光変調手段（２次元画像形成装置）に基づく２次元画像の生成と同期させる必要がある。ここで、光線進行方向変更手段によって、以下に説明する結像面に或る像を結像した後、光線進行方向変更手段の位置を変更し（変化させ）、光線進行方向変更手段によって結像面に次の像を結像するまでの間は、光源の動作を中断し、光変調手段（２次元画像形成装置）によって２次元画像を生成させないことが必要とされる。

尚、光変調手段（２次元画像形成装置）として、例えば、強誘電性液晶から構成された液晶表示装置を使用する場合、駆動電圧の印加に際して、ＤＣ的にプラス・マイナス０に近づける必要がある。即ち、プラス電位、又は、マイナス電位を、或る期間、印加した場合（ここで、印加した電圧×時間をＶ×ｔとする）、同じＶ×ｔの量を打ち消すような電圧を、或る期間、印加する必要がある。強誘電性液晶においては、このような操作を行わないと、強誘電性液晶内部に電荷が蓄積され、一種の焼付けが発生してしまう。従って、上述したように、光変調手段（２次元画像形成装置）によって２次元画像を生成し、次いで、生成させないといったシーケンスを継続する必要があるので、高速動作が可能な強誘電性液晶から構成された液晶表示装置を使用することは好適である。

そして、本発明の３次元像表示装置において、光線進行方向変更手段から出射された光線が結像手段あるいは第３のレンズによって結像されるとき、係る像が結像する位置（Ｘ’Ｙ’平面内における位置である）を、Ｊ×Ｋ箇所の２次元マトリクス的に配された位置とすることが好ましい。ここで、Ｊ及びＫの数として、限定するものではないが、４≦Ｊ≦１１、好ましくは、例えば、７≦Ｊ≦９を挙げることができ、また、４≦Ｋ≦１１、好ましくは、例えば、７≦Ｋ≦９を挙げることができる。Ｊの値とＫの値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、光線進行方向変更手段から出射された光線が結像手段あるいは第３のレンズによって結像されるＸ’Ｙ’平面を、以下、結像面と呼ぶ。

このように、結像面において結像する位置をＪ×Ｋ箇所の２次元マトリクス的に配された位置とするためには、光線進行方向変更手段として鏡を採用する場合、例えば、鏡をポリゴン・ミラーから構成し、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御すればよい。また、光線進行方向変更手段としてプリズムを採用する場合、例えば、ｚ軸を中心としてプリズムを所望の方向に回動（変化）させるような構成とすればよい。プリズムとして、従来のプリズムの他、例えば、液晶レンズから成るプリズムを用いることもできる。尚、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された鏡は、ピクセル構造を有しているので、係るピクセル構造がキャリアとなって新たな回折像が生じてしまうが故に、光線進行方向変更手段として使用することはできない。

本発明の第１の態様〜第３の態様に係る３次元像表示装置においては、光変調手段（２次元画像形成装置）によって、２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出され、画像制限・生成手段（第１のレンズ）によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、その内の所定のフーリエ変換像のみが画像制限・生成手段（散乱回折制限開口部）によって選択され、画像制限・生成手段（第２のレンズ）によって２次元画像の共役像が生成される。そして、係る２次元画像の共役像における空間周波数が、光線進行方向変更手段から、光軸であるｚ’軸に対して所望の角度で出射される。そして、更には、結像手段（第３のレンズ）によって、光線進行方向変更手段から出射されたフーリエ変換像の共役像が結像面に結像され、最終的に観察者に到達する。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、光線進行方向変更手段から出射された光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、立体画像を構成するための光線の方向成分を効率的に制御した光線再生法に基づき、３次元像表示装置全体を大型化することなく、実世界の物体に近い質感の立体画像を得ることができる。

しかも、本発明の３次元像表示装置にあっては、光線進行方向変更手段における光量の損失は無視できる程度に小さいので、最終的に観察者に到達する像のコントラストが低下することがなく、クリアーでぼけの無い立体画像を観察することができる。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の第１の態様及び第２の態様に係る３次元像表示装置に関する。図１、図２及び図３に、単色表示の実施例１の３次元像表示装置の概念図を示す。ここで、図１は、ｘｚ平面、ｘ’ｚ’平面における実施例１の３次元像表示装置の概念図である。ｙｚ平面、ｙ’ｚ’平面における実施例１の３次元像表示装置の概念図は、後述する結像手段８２（第３のレンズＬ₃）及びビームスプリッタ８１の配置を除き、実質的には図１と同様である。また、図２は、実施例１の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図であり、図３は、実施例１の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。尚、図２においては、３次元像表示装置の構成要素の大部分を省略し、光線の図示も簡素化してあり、図１や図３とは異なっている。更には、図２においては、２次元画像形成装置から出射された光線の一部分のみを図示している。

従来の光線再生法による立体画像の表示では、任意の位置に存在する仮想物体表面を仮想的な原点とした複数の光線を出射することを目的として、予め、様々な角度で出射する光線を提供できる装置を備えておく必要がある。即ち、例えば、図１８に示した装置にあっては、多数（例えば、Ｊ×Ｋ個）のプロジェクタ・ユニット３０１を水平方向及び垂直方向に並列的に配置しなければならない。

一方、実施例１の３次元像表示装置１にあっては、図１、図２及び図３に示した構成要素を備える３次元像表示装置単体で、従来の技術と比較して、空間的に密度が高く、且つ、大量の光線群を生成・形成することが可能である。実施例１の３次元像表示装置１は、１つの３次元像表示装置で、図１８に示した多数（Ｊ×Ｋ個）のプロジェクタ・ユニット３０１を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、分割された３次元画像の数（例えば、４×４＝１６）だけ、実施例１の３次元像表示装置１を備えればよい。

本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例１の３次元像表示装置１は、
（Ａ）光源１０、
（Ｂ）複数の画素３１を有し、光源１０からの光を各画素３１によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素３１から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する光変調手段３０、
（Ｃ）光変調手段３０から射出された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素３１から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを選択し、更には、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段３０によって生成された２次元画像の共役像（２次元画像の実像）を形成する画像制限・生成手段３２、
（Ｄ）画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段８０、並びに、
（Ｅ）光線進行方向変更手段８０から出射された光線を結像させる結像手段８２、
を備えている。

ここで、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する。また、２次元画像の共役像における空間周波数は、２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である。

そして、画像制限・生成手段３２は、
（Ｃ−１）光変調手段３０から射出された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成する第１のレンズＬ₁、
（Ｃ−２）第１のレンズＬ₁よりも光線進行方向変更手段側に配置され、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを選択する散乱回折制限開口部（画像制限開口部）３３、並びに、
（Ｃ−３）散乱回折制限開口部３３よりも光線進行方向変更手段側に配置され、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段３０によって生成された２次元画像の共役像を形成する第２のレンズＬ₂、
から構成されている。そして、散乱回折制限開口部３３は、第１のレンズＬ₁の後側焦点面であって、しかも、第２のレンズＬ₂の前側焦点面に配置されている。後述する実施例２あるいは実施例３にあっても同様である。

また、本発明の第２の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例１の３次元像表示装置１は、
（Ａ）光源１０、
（Ｂ）Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口（個数：Ｐ₀×Ｑ₀）を有し、光源１０からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する２次元画像形成装置３０、
（Ｃ）その前側焦点面に２次元画像形成装置３０が配置されている第１のレンズＬ₁、
（Ｄ）第１のレンズＬ₁の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを通過させる散乱回折制限開口部（画像制限開口部）３３、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部３３が配置されている第２のレンズＬ₂、
（Ｆ）第２のレンズＬ₂の後側焦点面に配置され、第２のレンズＬ₂から出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段８０、並びに、
（Ｇ）光線進行方向変更手段８０から出射された光線を結像させる第３のレンズＬ₃、
を備えている。

尚、実施例１にあっては、第１のレンズＬ₁、第２のレンズＬ₂、第３のレンズＬ₃は、具体的には、凸レンズから構成されている。

ここで、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３にあっては、Ｐ₀＝１０２４、Ｑ₀＝７６８であり、Ｊ＝８、Ｋ＝８である。但し、これらの値に限定するものではない。また、光線進行方向変更手段８０までの光軸の部分であるｚ軸は、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例３の３次元像表示装置１を構成する光線進行方向変更手段８０までの各構成要素の中心を通り、しかも、３次元像表示装置１を構成するこれらの構成要素と直交する。本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置の構成要素と本発明の第２の態様あるいは第３の態様に係る３次元像表示装置の構成要素とを対比すると、光変調手段３０は２次元画像形成装置３０に対応し、画像制限・生成手段３２は、第１のレンズＬ₁、散乱回折制限開口部（画像制限開口部）３３及び第２のレンズＬ₂に対応し、結像手段８２は第３のレンズＬ₃に対応している。それ故、便宜上、２次元画像形成装置３０、第１のレンズＬ₁、散乱回折制限開口部３３、第２のレンズＬ₂、第３のレンズＬ₃という用語に基づき、以下、説明を行う。

光源１０と２次元画像形成装置３０との間には、光源１０から射出された光を整形するための照明光学系２０が配置されている。そして、光源１０から射出され、照明光学系２０を通過した光（照明光）によって、２次元画像形成装置３０が照明される。照明光として、例えば、空間コヒーレンスの高い光源１０からの光を照明光学系２０によって平行光に整形された光を用いる。尚、照明光の特性、及び、係る照明光を得るための具体的な構成例に関しては、後述する。

２次元画像形成装置３０は、２次元的に配列された複数の画素３１を有する２次元空間光変調器から成り、各画素３１は開口を備えている。具体的には、２次元画像形成装置３０あるいは２次元空間光変調器は、２次元的に配列された、即ち、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された、Ｐ₀×Ｑ₀個の画素３１を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素３１には開口が備えられている。

１つの画素３１は、透明第１電極と透明第２電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として動作させることによって、即ち、各画素３１の光透過率を制御することによって、光源１０から射出された光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源１０から射出された光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素３１において、Ｍ₀×Ｎ₀の回折光が生成される。云い換えれば、画素３１の数はＰ₀×Ｑ₀であるが故に、総計（Ｐ₀×Ｑ₀×Ｍ₀×Ｎ₀）本の回折光が生じると考えることもできる。２次元画像形成装置３０においては、２次元画像における空間周波数が、各画素３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ₀×Ｎ₀）に対応した回折角に沿って２次元画像形成装置３０から射出される。尚、２次元画像における空間周波数によっても回折角は異なる。

焦点距離ｆ₁を有する第１のレンズＬ₁の前側焦点面（光源側の焦点面）には２次元画像形成装置３０が配置されており、第１のレンズＬ₁の後側焦点面（観察者側の焦点面）には散乱回折制限開口部３３が配置されている。第１のレンズＬ₁によって、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、散乱回折制限開口部３３が位置する平面内に結像する。そして、所定回折次数の回折光（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみが散乱回折制限開口部３３を通過する。また、焦点距離ｆ₂を有する第２のレンズＬ₂の前側焦点面には散乱回折制限開口部３３が配置されている。更には、第２のレンズＬ₂の後側焦点面であって、しかも、焦点距離ｆ₃を有する第３のレンズＬ₃の前側焦点面には、光線進行方向変更手段８０が配置されている。第３のレンズＬ₃の後側焦点面が結像面ＩＳに相当する。尚、第２のレンズＬ₂と光線進行方向変更手段８０との間には、ビームスプリッタ８１が配置されており、第２のレンズＬ₂からの光線は、ビームスプリッタ８１を通過して光線進行方向変更手段８０に入射する。

光線進行方向変更手段８０は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から構成されている。より具体的には、鏡はポリゴン・ミラーから構成されており、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御することで、結像面ＩＳにおいて、像が結像する位置をＪ×Ｋ箇所の２次元マトリクス的に配された位置とすることができる。

尚、光線進行方向変更手段８０を、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。そして、この場合には、例えば、ｚ軸を中心としてプリズムを所望の方向に回動（変化）させるような機構を設ければよい。

第３のレンズＬ₃は、その前側焦点面が第２のレンズＬ₂の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面（結像面ＩＳ）にフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるように配置されている。光線進行方向変更手段８０にて反射された光線は、ビームスプリッタ８１で反射され、第３のレンズＬ₃に入射する。ここで、第３のレンズＬ₃の後側焦点面は散乱回折制限開口部３３の共役面であることから、散乱回折制限開口部３３から、２次元画像の共役像が出力されていること（但し、この２次元画像の共役像の最終的な方向成分は、光線進行方向変更手段８０によって規定される）と等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分（Ｐ₀×Ｑ₀）であって、散乱回折制限開口部３３を通過した光線である。即ち、散乱回折制限開口部３３を通過する光線の光量が、それ以降の３次元像表示装置の構成要素を通過、反射することによって減少することは、実質的に無い。また、第３のレンズＬ₂の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるが、２次元画像の共役像の方向成分は光線進行方向変更手段８０によって規定されるので、第３のレンズＬ₃の後側焦点面においては、光線群が２次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第３のレンズＬ₃の後側焦点面（結像面ＩＳ）に、図１８に示したプロジェクタ・ユニット３０１が複数の数（具体的にはＪ×Ｋ個）、配置されている状態と等価である。尚、以下の説明において、光線進行方向変更手段８０から出射された光線が、第３のレンズＬ₃の後側焦点面（結像面ＩＳ）において、第（ｍ，ｎ）番目の位置に結像されたとき、係る結像を第（ｍ，ｎ）番目の結像と呼ぶ場合がある。尚、図２においては、便宜上、６４個の結像を点状にて図示した。

図４に模式的に示すように、２次元画像形成装置３０における１つの画素３１によって、Ｘ方向及びＹ方向に沿って、合計、Ｍ₀×Ｎ₀組の回折光が生成される。尚、図４では、０次光（ｎ₀＝０）、±１次光（ｎ₀＝±１）、及び、±２次光（ｎ₀＝±２）の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光の一部に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光（光束）には、２次元画像形成装置３０によって形成された２次元画像の全画像情報（全ての画素の情報）が集約されている。２次元画像形成装置３０上の同一画素から回折によって生成される複数の光線群は、同時刻において、全て、同一の画像情報を有する。云い換えれば、Ｐ₀×Ｑ₀個の画素３１を有する透過型の液晶表示装置から成る２次元画像形成装置３０においては、光源１０からの光が各画素３１によって変調されて２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数は、各画素３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ₀×Ｎ₀）に対応した回折角に沿って射出される。即ち、２次元画像のＭ₀×Ｎ₀個の一種のコピーが２次元画像形成装置３０から、複数の回折次数（総計Ｍ₀×Ｎ₀）に対応した回折角に沿って射出される。

そして、２次元画像形成装置３０から射出された２次元画像における空間周波数は、第１のレンズＬ₁によってフーリエ変換され、各画素３１から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみが散乱回折制限開口部３３を通過し、更には、この選択されたフーリエ変換像が第２のレンズＬ₂によって逆フーリエ変換され、２次元画像形成装置３０によって生成された２次元画像の共役像が形成され、この２次元画像の共役像は、光線進行方向変更手段８０に入射する。尚、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、０次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ（即ち、画素構造の空間周波数の最大１／２の空間周波数まで）が、云い換えれば、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、散乱回折制限開口部３３を通過する。こうして、光線進行方向変更手段８０上に結像された２次元画像の共役像にあっては、２次元画像形成装置３０の画素構造は含まれず、一方、２次元画像形成装置３０によって生成された２次元画像における空間周波数の全てが含まれている。

２次元画像形成装置３０によって形成された２次元画像の全画像情報が集約された２次元画像の共役像における空間周波数は、光線進行方向変更手段８０から方向成分を変えられた状態で射出され、第３のレンズＬ₃によって結像面ＩＳに結像される。第３のレンズＬ₃において、光線進行方向変更手段８０から射出された２次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。

以下、光線進行方向変更手段８０の位置制御のタイミング等について説明する。

方向成分を有する像を第３のレンズＬ₃によって結像させるために、２次元画像形成装置３０の画像出力と同期して、光線進行方向変更手段８０の位置制御を行う。この操作を、図５、図６、図７、及び、図８を参照して説明する。尚、図５の最上段は、２次元画像形成装置３０における画像出力のタイミングを示しており、図５の中段は、光線進行方向変更手段８０における第（３，２）番目の結像の位置制御のタイミングを示し、図５の下段は、第（３，３）番目の結像の位置制御のタイミングを示す。

図５に示すように、２次元画像形成装置３０において、例えば時間ｔ_1S〜ｔ_1Eの間（期間Ｔ₁）に画像「Ａ」が表示され、時間ｔ_2S〜ｔ_2Eの間（期間Ｔ₂）に画像「Ｂ」が表示されるとする。このとき、光線進行方向変更手段８０においては、図５に示すように、期間Ｔ₁にあっては、第（３，２）番目の結像が得られるような位置制御がなされ、期間Ｔ₂にあっては第（３，３）番目の結像が得られるような位置制御がなされる。尚、図６にあっては、第（３，２）番目の結像が得られるような位置制御の状態にある光線進行方向変更手段８０を点線で示し、結像面ＩＳにおいて得られた像を概念的に「Ａ」で示し、第（３，３）番目の結像が得られるような位置制御の状態にある光線進行方向変更手段８０を実線で示し、結像面ＩＳにおいて得られた像を概念的に「Ｂ」で示す。こうして、第１のレンズＬ₁によって生成されるフーリエ変換像に、異なる画像情報（方向成分）を付加することができる。云い換えれば、期間Ｔ₁にあっては、フーリエ変換像には、画像「Ａ」に関する画像情報が含まれている。一方、期間Ｔ₂にあっては、フーリエ変換像には、画像「Ｂ」に関する画像情報が含まれている。

図７に、２次元画像形成装置３０における画像形成のタイミングと光線進行方向変更手段８０の位置制御のタイミングとを模式的に示す。期間Ｔ₁にあっては、２次元画像形成装置３０において画像「Ａ」が表示され、光線進行方向変更手段８０にフーリエ変換像「α」として集光される。そして、期間Ｔ₁では、第（３，２）番目の結像が得られる。次の期間Ｔ₂にあっては、２次元画像形成装置３０において画像「Ｂ」が表示され、同様に光線進行方向変更手段８０にフーリエ変換像「β」として集光される。そして、期間Ｔ₂では、第（３，３）番目の結像が得られる。以下、順次、２次元画像形成装置３０の画像形成タイミングに同期して、光線進行方向変更手段８０の位置制御を行う。尚、図７において、結像面ＩＳにおける結像位置を実線で囲み、光線進行方向変更手段８０の位置制御の他のタイミングにおける結像位置を点線で囲んだ。

尚、光線進行方向変更手段８０による光線の進行方向の変更を、２次元画像形成装置３０に基づく２次元画像の生成と同期させる必要があるが、光線進行方向変更手段８０によって結像面ＩＳに或る像（例えば「α」）を結像した後、光線進行方向変更手段８０の位置を変更し（変化させ）、光線進行方向変更手段８０によって結像面ＩＳに次の像（例えば「β」）を結像するまでの間は、光源１０の動作を中断し、２次元画像形成装置３０によって２次元画像を生成させない。

このようなタイミングで２次元画像形成装置３０における画像形成と光線進行方向変更手段８０の位置制御とを行った場合に、この３次元像表示装置の最終出力として得られる画像を、図８に模式的に示す。図８において、画像「Ａ’」は、第（３，２）番目の結像の結果得られる画像であり、画像「Ｂ’」は、第（３，３）番目の結像の結果得られる画像であり、画像「Ｃ’」は、第（４，２）番目の結像の結果得られる画像である。尚、図８に示す画像は、観察者が眺める画像である。図８においては、便宜上、画像と画像とを実線で区分したが、係る実線は仮想の実線である。また、正確には、同時刻に、図８に示した画像が得られるわけではないが、画像の切り替え期間は非常に短時間なので、観察者の目には同時に表示されているように観察される。例えば、１フレームの表示期間内に、（Ｊ×Ｋ）の回数の２次元画像の生成及び光線進行方向変更手段８０の位置制御が行われる。また、図８では平面的に図示しているが、観察者に実際に観察されるのは立体画像である。

即ち、前述したように、第３のレンズＬ₃の後側焦点面（結像面ＩＳ）からは、第２のレンズＬ₂によって生成された２次元画像の共役像（例えば、時系列的に、画像「Ａ’」、画像「Ｂ’」・・・画像「Ｃ’」）が出力される。即ち、全体としては、第３のレンズＬ₃の後側焦点面に、図１８に示したプロジェクタ・ユニット３０１が複数個（具体的にはＪ×Ｋ個）、配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニットから画像「Ａ’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニットから画像「Ｂ’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニットから画像「Ｃ’」が出力されると等価となる。そして、例えば、或る物体を種々の位置（角度）から撮影した多数の画像（あるいは、コンピュータによって作成した画像）のデータに基づき、２次元画像形成装置３０において画像を時系列的に再生すれば、これらの画像に基づき立体画像を得ることができる。

光源及び照明光学系の構成例を、図９の（Ａ）〜（Ｃ）、図１０の（Ａ）〜（Ｂ）に示す。ここで、光源によって射出され、照明光学系によって整形され、２次元画像形成装置３０を照明する光（照明光）の特性を、以下、空間コヒーレンスを用いて説明する。

空間コヒーレンスは、任意の空間における断面で生じる光の干渉性を示し、その度合いは、生成される干渉縞のコントラストで示すことができる。干渉縞の生成過程において、最もコントラストの高い干渉縞は、平面波若しくは平面波と光学的に交換可能な球面波の干渉によって生成される。このことから、空間コヒーレンスの最も高い光は、平面波（若しくは球面波）であることが分かる。１つの進行方向の成分のみを有する例えば平面波は空間コヒーレンスが最も高く、空間コヒーレンスの度合いが低くなるに従い、進行方向の成分が複数存在するようになる。また、光の進行方向成分の分布は、発光原点若しくは２次発光点の空間的な大きさを議論することと等価である。以上のことから、空間コヒーレンスは、発光原点若しくは２次発光点の空間的な大きさに基づき議論することができる。空間コヒーレンス、即ち、光源の空間的な大きさは、３次元像表示装置における画像の空間周波数特性を決定する要因となる。完全な空間コヒーレンスを有する光以外を照明光に用いると、高周波成分から順番にコントラストの低下が生じる。得られる画像の空間周波数特性は、具体的なアプリケーションによって異なる要求があることから、ここでは、具体的数値に言及せず、異なる要求に柔軟に対応するための様々な構成方法について述べる。

実施例１の３次元像表示装置１においては、照明光として空間コヒーレンスの高い光を用いる場合と、そうでない場合において、光源及び照明光学系の構成方法が異なる。また、光源の特性により照明光学系の構成が異なる。以下では、光源及び照明光学系における構成方法の組み合わせについて説明する。尚、光源は全ての場合において、単色若しくは単色に近い光源であることを前提としている。

図９の（Ａ）は、第１構成例として、空間コヒーレンスの高い光源１０Ａにより、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系２０Ａを構成した例を示している。光源１０Ａは、例えばレーザから構成されている。照明光学系２０Ａは、光源側から順に、レンズ２１Ａ、円形開口板２２Ａ、及び、レンズ２４Ａから構成されている。円形開口板２２Ａには、中央に円形のアパーチャ２３Ａが設けられている。レンズ２４Ａにおける集光位置にアパーチャ２３Ａが配置されている。レンズ２４Ａは、コリメータレンズとして機能する。

図９の（Ｂ）は、第２構成例として、空間コヒーレンスの高い光源１０Ｂを用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系２０Ｂを構成した例を示している。光源１０Ｂは、例えばレーザから構成されている。照明光学系２０Ｂは、光源側から順に、レンズ２１Ｂ、拡散板２２Ｂ、及び、レンズ２４Ｂから構成されている。拡散板２２Ｂは、可動拡散板であってもよい。

図９の（Ｃ）及び図１０の（Ａ）は、第３構成例及び第４構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源１０Ｃ，１０Ｄを用いて、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系２０Ｃ，２０Ｄを構成した例を示している。光源１０Ｃ，１０Ｄとしては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色光源を用いる。図９の（Ｃ）の照明光学系２０Ｃは、光源側から順に、レンズ２１Ｃ、円形開口板２２Ｃ、及び、レンズ２４Ｃから構成されている。円形開口板２２Ｃには、中央に円形のアパーチャ２３Ｃが設けられている。レンズ２４Ｃにおける集光位置に、アパーチャ２３Ｃが配置されている。レンズ２４Ｃは、コリメータレンズとして機能する。一方、図１０の（Ａ）の照明光学系２０Ｄは、図９の（Ｃ）の照明光学系２０Ｃに比べてレンズ２１Ｃが省略され、光源側から順に、円形開口板２２Ｄ、アパーチャ２３Ｄ、及び、レンズ２４Ｄから構成されている。

図１０の（Ｂ）は、第５構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源１０Ｅを用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系２０Ｅを構成した例を示している。光源１０Ｅの他は、レンズ２４Ｅのみで構成されている。

各構成例において、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系を構築する場合には、光源に依存することなく２次発光点を小さくしている。また、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系を構築する場合には、光源に依存すること無く、２次発光点を大きくしている。以上に説明した光源及び照明光学系の各構成例は、以下の実施例２〜実施例３にも適用することができる。

以上に説明したように、実施例１の３次元像表示装置１によれば、光変調手段（２次元画像形成装置）３０によって生成された２次元画像における空間周波数が、光線進行方向変更手段８０から所定の角度に沿って射出され、共役像ＣＩが結像面ＩＳに結像される構成を有するので、３次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。また、光線進行方向変更手段８０とを設けることによって、得られる像のコントラストの低下を招くことが無くなり、クリアーでぼけの無い立体画像を観察することができる。しかも、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。

また、実施例１の３次元像表示装置１によれば、光線再生法を利用しているので、焦点調節、輻輳、運動視差などの視覚機能を満足した立体画像を提供することが可能である。更には、実施例１の３次元像表示装置１によれば、光線進行方向変更手段８０によって画像の方向成分を制御しており、しかも、実施例１の３次元像表示装置１によれば、光線進行方向変更手段８０によって空間的、且つ、時間的に一種のフィルタリングを行うので、３次元像表示装置の時間的特性を、３次元像表示装置の空間的特性に変換することができる。また、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。更には、どのような方向からの観察に対しても適切な立体画像を提供することができる。また、空間的に高い密度で光線群を生成・散布することができるので、視認限界に近い精細な空間画像を提供することができる。

実施例２は、本発明の第１の態様及び第３の態様に係る３次元像表示装置に関する。実施例２の３次元像表示装置の概念図を図１１に示す。

実施例２における光変調手段１３０は、実施例１における液晶表示装置とは異なり、Ｐ₀個（例えば、１９２０個）に区画された１次元画像を生成する１次元空間光変調器（具体的には、回折格子−光変調装置２０１）；１次元空間光変調器（回折格子−光変調装置２０１）によって生成され、Ｐ₀個に区画された１次元画像を２次元的に展開して（走査して）、Ｐ₀×Ｑ₀個に区画された２次元画像を生成する走査光学系（具体的には、スキャンミラー２０５）；及び、２次元画像の生成面に配置され、生成した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数（具体的には、総数Ｍ₀×Ｎ₀）に対応した回折角に沿って射出する格子フィルタ（回折格子フィルタ）１３２を備えている。ここで、走査光学系（スキャンミラー２０５）によって形成され、Ｐ₀×Ｑ₀個に区画された２次元画像の区画毎に、格子フィルタ１３２によってＭ₀×Ｎ₀組の回折光が生成される。尚、格子フィルタ１３２は、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。

あるいは又、本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例２の３次元像表示装置１は、
（Ａ）光源１０、
（Ｂ）１次元画像を生成する１次元空間光変調器（具体的には、回折格子−光変調装置２０１）；１次元空間光変調器によって生成された１次元画像を２次元的に展開して２次元画像を生成する走査光学系（具体的には、スキャンミラー２０５）；及び、２次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段（具体的には、格子フィルタ１３２）から成る２次元画像形成装置１３０、
（Ｃ）その前側焦点面に回折光生成手段（格子フィルタ１３２）が配置されている第１のレンズＬ₁、
（Ｄ）第１のレンズＬ₁の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを通過させる散乱回折制限開口部３３、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部３３が配置されている第２のレンズＬ₂、
（Ｆ）第２のレンズＬ₂の後方に配置され、第２のレンズＬ₂から出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段８０、並びに、
（Ｇ）光線進行方向変更手段８０から出射された光線を結像させる第３のレンズＬ₃、
を備えている。

ここで、１次元画像はＸ方向に延びているとする。また、走査方向はＹ方向であり、２次元画像はＸ方向及びＹ方向に沿って形成されているとする。但し、代替的に、Ｘ方向とＹ方向とを交換してもよい。尚、図１１においては、照明光学系２０の図示を省略している。

１次元空間光変調器（回折格子−光変調装置２０１）は、光源１０からの光を回折することによって１次元画像を生成する。より具体的には、回折格子−光変調装置２０１は、回折格子−光変調素子（ＧＬＶ）２１０が一次元的にアレイ状に配列されて成る。回折格子−光変調素子２１０は、マイクロマシン製造技術を応用して製造され、反射型の回折格子から構成されており、光スイッチング作用を有し、光のオン／オフ制御を電気的に制御することで画像を表示する。そして、光変調手段１３０にあっては、回折格子−光変調素子２１０のそれぞれから射出された光を、ガルバノミラーやポリゴンミラーから成るスキャンミラー２０５で走査して２次元画像を得る。従って、Ｐ₀×Ｑ₀（例えば１９２０×１０８０）の画素（ピクセル）から構成された２次元画像を表示するために、Ｐ₀個（＝１９２０個）の回折格子−光変調素子２１０から回折格子−光変調装置２０１を構成すればよい。

スキャンミラー２０５で走査して得られた２次元画像に基づき、回折光を生成させる必要がある。そのために、振幅型若しくは位相型のフィルタを２次元展開された面に配置することで、回折光を生成させる。具体的には、スキャンミラー２０５で走査して得られた２次元画像は、走査用レンズ系１３１を通過し、２次元画像の生成面に配置された格子フィルタ（回折格子フィルタ）１３２に入射し、格子フィルタ１３２において、Ｐ₀×Ｑ₀個に区画された２次元画像の区画毎に、Ｍ₀×Ｎ₀組の回折光が生成される。即ち、格子フィルタ１３２からは、生成した２次元画像における空間周波数が、格子フィルタ１３２の各区画（画素に相当する）から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出される。格子フィルタ１３２は、焦点距離ｆ₁を有する第１のレンズＬ₁の前側焦点面上に配置されている。

以上の点を除き、実施例２の３次元像表示装置の構成、構造は、実施例１において説明した３次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

以下、回折格子−光変調素子２１０の構成、構造を説明する。

回折格子−光変調素子２１０を構成する下部電極２１２、固定電極２２１、可動電極２２２等の配置を、図１２に模式的に示す。尚、図１２においては、下部電極２１２、固定電極２２１、可動電極２２２、支持部２１４，２１５，２１７，２１８を明示するために、これらに斜線を付した。

この回折格子−光変調素子２１０は、下部電極２１２、帯状（リボン状）の固定電極２２１、並びに、帯状（リボン状）の可動電極２２２から成る。下部電極２１２は支持体２１１上に形成されている。また、固定電極２２１は、支持部２１４，２１５に支持され、下部電極２１２の上方に支持、張架されている。更には、可動電極２２２は、支持部２１７，２１８に支持され、下部電極２１２の上方に支持、張架されており、固定電極２２１に対して並置されている。図示した例において、１つの回折格子−光変調素子２１０は、３本の固定電極２２１と３本の可動電極２２２から構成されている。３本の可動電極２２２は纏めて制御電極に接続され、制御電極は、図示しない接続端子部に接続されている。一方、３本の固定電極２２１は纏めてバイアス電極に接続されている。バイアス電極は、複数の回折格子−光変調素子２１０において共通とされており、図示しないバイアス電極端子部を介して接地されている。下部電極２１２も、複数の回折格子−光変調素子２１０において共通とされており、図示しない下部電極端子部を介して接地されている。

接続端子部、制御電極を介して可動電極２２２へ電圧を印加し、且つ、下部電極２１２へ電圧を印加すると（実際には、下部電極２１２は接地状態にある）、可動電極２２２と下部電極２１２との間に静電気力（クーロン力）が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極２１２に向かって可動電極２２２が下方に変位する。尚、可動電極２２２の変位前の状態を図１３の（Ａ）及び図１３の（Ｃ）の左側に示し、変位後の状態を図１３の（Ｂ）及び図１３の（Ｃ）の右側に示す。そして、このような可動電極２２２の変位に基づき、可動電極２２２と固定電極２２１とによって反射型の回折格子が形成される。ここで、図１３の（Ａ）は、図１２の矢印Ｂ−Ｂに沿った固定電極等の模式的な断面図、及び、図１２の矢印Ａ−Ａに沿った可動電極等の模式的な断面図（但し、回折格子−光変調素子が作動していない状態にある）であり、図１３の（Ｂ）は、図１２の矢印Ａ−Ａに沿った可動電極等の模式的な断面図であり（但し、回折格子−光変調素子が作動している状態にある）、図１３の（Ｃ）は、図１２の矢印Ｃ−Ｃに沿った固定電極、可動電極等の模式的な断面図である。

隣接する固定電極２２１の間の距離をｄ（図１３の（Ｃ）参照）、可動電極２２２及び固定電極２２１に入射する光（入射角：θ_i）の波長をλ、回折角をθ_mとすると、
ｄ［ｓｉｎ（θ_i）−ｓｉｎ（θ_m）］＝ｍ_Dif・λ
で表すことができる。ここで、ｍ_Difは次数であり、０，±１，±２・・・の値をとる。

そして、可動電極２２２の頂面と固定電極２２１の頂面の高さの差Δｈ₁（図１３の（Ｃ）参照）が（λ／４）のとき、回折光の光強度は最大の値となる。

このような、回折格子−光変調装置を含む光変調手段１３０の概念図を図１４に示す。即ち、実施例２の光変調手段１３０は、レーザを射出する光源１０、この光源１０から射出された光を集光する集光レンズ（図示せず）、集光レンズを通過した光が入射する回折格子−光変調装置２０１、回折格子−光変調装置２０１から射出された光が通過するレンズ２０３及び空間フィルタ２０４、空間フィルタ２０４を通過した１本の光束を結像させる結像レンズ（図示せず）、結像レンズを通過した１本の光束を走査するスキャンミラー２０５から構成されている。

このような光変調手段１３０にあっては、可動電極２２２が図１３の（Ａ）及び図１３の（Ｃ）の左側に示した状態である回折格子−光変調素子２１０の不作動時、可動電極２２２及び固定電極２２１の頂面で反射された光は空間フィルタ２０４で遮られる。一方、可動電極２２２が図１３の（Ｂ）及び図１３の（Ｃ）の右側に示した状態である回折格子−光変調素子２１０の作動時、可動電極２２２及び固定電極２２１で回折された±１次（ｍ_Dif＝±１）の回折光は空間フィルタ２０４を通過する。このような構成にすることで、光のオン／オフ制御を制御することができる。また、可動電極２２２に印加する電圧を変化させることで、可動電極２２２の頂面と固定電極２２１の頂面の高さの差Δｈ₁を変化させることができ、その結果、回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。

実施例３は、実施例１の変形である。実施例３の３次元像表示装置の概念図を、図１５に示す。実施例１の３次元像表示装置にあっては、光透過型の２次元画像形成装置３０を用いた。一方、実施例３の３次元像表示装置にあっては、反射型の光変調手段（２次元画像形成装置）３０Ａを用いる。反射型の光変調手段（２次元画像形成装置）３０Ａとして、例えば、反射型の液晶表示装置や、各開口内に可動ミラーが設けられている構成（可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された２次元型のＭＥＭＳから成る構成）を挙げることができる。可動ミラーの移動／非移動によって２次元画像が生成され、しかも、開口によってフラウンホーファー回折が発生する。

実施例３の３次元像表示装置にあっては、ｚ軸（光軸）上にビームスプリッタ７０が備えられている。ビームスプリッタ７０は、偏光成分の違いにより光を透過又は反射させる機能を有する。ビームスプリッタ７０は、光源１０から射出された光を反射型の光変調手段（２次元画像形成装置）３０Ａに向けて反射する。また、光変調手段（２次元画像形成装置）３０Ａからの反射光を透過する。この点を除き、実施例３の３次元像表示装置の構成、構造は、実施例１の３次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の３次元像表示装置を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例１〜実施例３においては、第２のレンズＬ₃の後側焦点面であって、第３のレンズＬ₂の前側焦点面に、光線進行方向変更手段８０を配置したが、場合によっては、これらの焦点面からずれた位置に光線進行方向変更手段８０を配置してもよい。また、第１のレンズＬ₁、第２のレンズＬ₂、第３のレンズＬ₃は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。

実施例１〜実施例３においては、光源は全ての場合において単色若しくは単色に近い光源であることを前提としているが、光源は、このような構成に限定するものではない。光源１０の波長帯域が複数の帯域に及んでもよい。但し、この場合には、例えば、実施例１における３次元像表示装置を例にとり説明すると、図１６の（Ａ）に示すように、照明光学系２０と光変調手段（２次元画像形成装置）３０との間に、波長選択を行う狭帯域フィルタ７１を配置することが好ましく、これによって、波長帯域を分別、選択し、単色光を抽出することができる。

あるいは又、光源１０の波長帯域が広帯域に及んでもよい。但し、この場合には、図１６の（Ｂ）に示すように、照明光学系２０と光変調手段（２次元画像形成装置）３０との間に、ダイクロイックプリズム７２及び波長選択を行う狭帯域フィルタ７１Ｇを配置することが好ましい。具体的には、ダイクロイックプリズム７２は、例えば赤色光、青色光を別々の方向に反射すると共に、緑色光を含む光線を透過する。ダイクロイックプリズム７２における緑色光を含む光線の出射側に、緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｇが配置されている。

また、図１７に示すように、ダイクロイックプリズム７２における緑色光を含む光線の出射側に緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｇを配置し、赤色光を含む光線の出射側に赤色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｒを配置し、青色光を含む光線の出射側に、青色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｂを配置すれば、３原色を表示する３つの３次元像表示装置に対する光源を構成することができる。このような構成の３つの３次元像表示装置を用い、あるいは又、赤色光を射出する光源と３次元像表示装置、緑色光を射出する光源と３次元像表示装置、及び、青色光を射出する光源と３次元像表示装置の組合せを用い、各３次元像表示装置からの画像を、例えば光合成プリズムを用いて合成することで、カラー表示を行うことができる。尚、ダイクロイックプリズムの代わりに、ダイクロイックミラーを用いることもできる。尚、以上に説明したこれらの３次元像表示装置の変形例は実施例２〜実施例３に適用することができることは云うまでもない。

図１は、実施例１の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。 図２は、実施例１の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図である。 図３は、実施例１の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。 図４は、光変調手段（２次元画像形成装置）によって、複数の回折次数の回折光が生成される状態を模式的に示す図である。 図５は、光変調手段（２次元画像形成装置）における２次元画像の形成タイミングと光線進行方向変更手段の位置制御のタイミングとを示す図であり、上段には、光変調手段（２次元画像形成装置）における２次元画像の形成タイミングを示し、中段及び下段には、光線進行方向変更手段の位置制御のタイミングを示す。 図６は、光線進行方向変更手段の位置制御を行うことで、結像面においてどの位置に像が結像するかを模式的に示す図である。 図７は、光線進行方向変更手段による空間フィルタリングの概念を模式的に時系列で示す図である。 図８は、図７に示した空間フィルタリングの結果得られる画像を模式的に示す図である。 図９の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例１の３次元像表示装置における光源及び照明光学系の第１構成例、第２構成例、及び、第３構成例を示す模式図である。 図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の３次元像表示装置における光源及び照明光学系の第４構成例、及び、第５構成例を示す模式図である。 図１１は、実施例２の３次元像表示装置の概念図である。 図１２は、回折格子−光変調素子を構成する下部電極、固定電極、可動電極の配置を模式的に示す図である。 図１３の（Ａ）は、図１２の矢印Ｂ−Ｂに沿った固定電極等の模式的な断面図、及び、図１２の矢印Ａ−Ａに沿った可動電極等の模式的な断面図（但し、回折格子−光変調素子が作動していない状態にある）であり、図１３の（Ｂ）は、図１２の矢印Ａ−Ａに沿った可動電極等の模式的な断面図であり（但し、回折格子−光変調素子が作動している状態にある）、図１３の（Ｃ）は、図１２の矢印Ｃ−Ｃに沿った固定電極、可動電極等の模式的な断面図である。 図１４は、実施例２の３次元像表示装置における光変調手段（２次元画像形成装置）の一部分等の概念図である。 図１５は、実施例３の３次元像表示装置の一部分のｙｚ平面における概念図である。 図１６の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の３次元像表示装置の変形例の一部分のｙｚ平面における概念図である。 図１７は、実施例１の３次元像表示装置の変形例の別の変形例の一部分のｙｚ平面における概念図である。 図１８は、従来の３次元像表示装置の一構成例を示す図である。

符号の説明

１・・・３次元像表示装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ・・・光源、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ・・・照明光学系、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ・・・レンズ、２２Ａ，２２Ｃ，２２Ｄ・・・円形開口板、２２Ｂ・・・拡散板、２３Ａ，２３Ｃ，２３Ｄ・・・アパーチャ、３０，１３０・・・光変調手段（２次元画像形成装置）、３１・・・画素、３２・・・画像制限・生成手段、３３・・・散乱回折制限開口部、７０・・・ビームスプリッタ、７１，７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂ・・・狭帯域フィルタ、７２・・・ダイクロイックプリズム、８０・・・光線進行方向変更手段、８１・・・ビームスプリッタ、８２・・・結像手段、１３１・・・走査用レンズ系、１３２・・・格子フィルタ、１３３・・・異方性拡散フィルタ、２０１・・・回折格子−光変調装置、２０３・・・レンズ、２０４・・・空間フィルタ、２０５・・・スキャンミラー、２１０・・・回折格子−光変調素子、２１１・・・支持体、２１２・・・下部電極、２１４，２１５，２１７，２１８・・・支持部、２２１・・・固定電極、２２２・・・可動電極、Ｌ₁・・・第１のレンズ、Ｌ₂・・・第２のレンズ、Ｌ₃・・・第３のレンズ、ＲＩ・・・実像（逆フーリエ変換像）、ＣＩ・・・フーリエ変換像の共役像、ＩＳ・・・結像面

Claims (19)

1. （Ａ）光源、
   （Ｂ）複数の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する光変調手段、
   （Ｃ）光変調手段から射出された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像のみを選択し、更には、該選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段によって生成された２次元画像の共役像を形成する画像制限・生成手段、
   （Ｄ）画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
   （Ｅ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる結像手段、
   を備えていることを特徴とする３次元像表示装置。
2. 光変調手段は、２次元的に配列された複数の画素を有する２次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えていることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
3. ２次元空間光変調器は、液晶表示装置から成ることを特徴とする請求項２に記載の３次元像表示装置。
4. ２次元空間光変調器の各開口内には、可動ミラーが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の３次元像表示装置。
5. 光変調手段は、
   （Ｂ−１）１次元画像を生成する１次元空間光変調器、
   （Ｂ−２）１次元空間光変調器によって生成された１次元画像を２次元的に展開して２次元画像を生成する走査光学系、及び、
   （Ｂ−３）２次元画像の生成面に配置され、生成した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する格子フィルタ、
   から成ることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
6. 画像制限・生成手段は、
   （Ｃ−１）光変調手段から射出された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成する第１のレンズ、
   （Ｃ−２）第１のレンズよりも光線進行方向変更手段側に配置され、該フーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像のみを選択する散乱回折制限開口部、並びに、
   （Ｃ−３）散乱回折制限開口部よりも光線進行方向変更手段側に配置され、該選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段によって生成された２次元画像の共役像を形成する第２のレンズ、
   から構成されており、
   第１のレンズの後側焦点面であって第２のレンズの前側焦点面に、散乱回折制限開口部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
7. 光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更することができる鏡から成ることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
8. 光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更することができるプリズムから成ることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
9. 前記２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当することを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
10. 前記２次元画像の共役像における空間周波数は、前記２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数であることを特徴とする請求項９に記載の３次元像表示装置。
11. （Ａ）光源、
    （Ｂ）Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する２次元画像形成装置、
    （Ｃ）その前側焦点面に２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
    （Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
    （Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
    （Ｆ）第２のレンズの後方に配置され、第２のレンズから出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
    （Ｇ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第３のレンズ、
    を備えていることを特徴とする３次元像表示装置。
12. ２次元画像形成装置は、２次元的に配列されたＰ₀×Ｑ₀個の画素を有する液晶表示装置から成り、各画素には開口が備えられていることを特徴とする請求項１１に記載の３次元像表示装置。
13. ２次元画像形成装置には、Ｐ₀×Ｑ₀個の開口が設けられており、各開口には可動ミラーが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の３次元像表示装置。
14. 光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更することができる鏡から成ることを特徴とする請求項１１に記載の３次元像表示装置。
15. 光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更することができるプリズムから成ることを特徴とする請求項１１に記載の３次元像表示装置。
16. （Ａ）光源、
    （Ｂ）１次元画像を生成する１次元空間光変調器；１次元空間光変調器によって生成された１次元画像を２次元的に展開して２次元画像を生成する走査光学系；及び、２次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段から成る２次元画像形成装置、
    （Ｃ）その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第１のレンズ、
    （Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
    （Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
    （Ｆ）第２のレンズの後方に配置され、第２のレンズから出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
    （Ｇ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第３のレンズ、
    を備えていることを特徴とする３次元像表示装置。
17. １次元空間光変調器は、Ｘ方向に沿ってＰ₀個の画素を有し、光源からの光を回折することによって１次元画像を生成することを特徴とする請求項１６に記載の３次元像表示装置。
18. 光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更することができる鏡から成ることを特徴とする請求項１６に記載の３次元像表示装置。
19. 光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更することができるプリズムから成ることを特徴とする請求項１６に記載の３次元像表示装置。