JP2010008632A - Three-dimensional image display apparatus - Google Patents

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Tadahira Iwamoto
匡平 岩本
Tetsuyuki Miyawaki
徹行 宮脇
Yoshio Suzuki
芳男 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional image display apparatus capable of generating and scattering a group of light beams needed to display a stereoscopic image with spatially high density, naturally guiding the line of sight of an observer to the stereoscopic image, and displaying the stereoscopic image having small aberration. <P>SOLUTION: The three-dimensional image display apparatus includes an optical system comprising: a light source 10 comprising U<SB>0</SB>×V<SB>0</SB>planar light-emitting members 11 arranged like a two-dimensional matrix; a two-dimensional image forming device 30 producing a two-dimensional image and diffraction light having a plurality of diffraction orders based on the two-dimensional image; a first lens L<SB>1</SB>; a Fourier transform image selection means SF selecting a desired Fourier transform image in Fourier transform images produced by the first lens L<SB>1</SB>; a second lens L<SB>2</SB>; and a third lens L<SB>3</SB>. Further, the apparatus includes a two-dimensional image data sending-out means sending out two-dimensional image data corrected in aberration caused by the optical system to the two-dimensional image forming device. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to a three-dimensional image display device capable of displaying a stereoscopic image.

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。   Both eyes of the observer can obtain a plurality of stereoscopic images from different viewpoints by preparing a plurality of sets of parallax images or a binocular stereoscopic image technique for obtaining stereoscopic images by observing different images called parallax images. Ocular stereoscopic image technology is known, and many technologies related to these have been developed. However, in the binocular stereoscopic image technology and the multi-view stereoscopic image technology, the stereoscopic image is not located in a space intended as a stereoscopic image, but exists on a two-dimensional display surface, for example. Located at a certain position. Accordingly, convergence and adjustment, which are visual system physiological reactions in particular, do not work together, and eye strain associated therewith is a problem.

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。   On the other hand, in the real world, information on the surface of an object propagates to an observer's eyeball using light waves as a medium. A holography technique is known as a technique for artificially reproducing a light wave from an object surface that physically exists in the real world. A stereoscopic image using the holography technique uses an interference fringe generated based on light interference, and uses a diffraction wavefront itself generated when the interference fringe is illuminated with light as an image information medium. Therefore, visual system physiological reactions such as convergence and adjustment similar to those when the observer observes an object in the real world occur, and an image with less eye strain can be obtained. Furthermore, the fact that the light wavefront from the object is reproduced means that continuity is ensured in the direction in which image information is transmitted. Therefore, even if the observer's viewpoint moves, it is possible to continuously present appropriate images from different angles according to the movement, and motion parallax can be continuously provided.

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。   However, in the holography technology, three-dimensional space information of an object is recorded as interference fringes in a two-dimensional space, and the amount of information is extremely large compared to the amount of information in a two-dimensional space such as a photograph of the same object taken. Amount. This is because it can be considered that when the three-dimensional space information is converted into the two-dimensional space information, the information is converted into the density in the two-dimensional space. Therefore, the spatial resolution required for a display device that displays interference fringes by CGH (Computer Generated Hologram) is extremely high, and an enormous amount of information is required. Realizing a stereoscopic image based on a real-time hologram At present, it is technically difficult.

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。   In the holography technique, light waves that can be regarded as continuous information are used as an information medium to transmit information from an object. On the other hand, as a technique for generating a stereoscopic image by discretizing light waves and recreating a situation that is theoretically equivalent to a field consisting of light waves in the real world with light rays, the light ray reproduction method (also called the integral photography method) )It has been known. In the light beam reproduction method, a light beam group composed of a large number of light beams propagating in many directions is scattered in the space in advance by optical means. Next, a light ray propagating from the surface of a virtual object located at an arbitrary position is selected from the group of light rays, and the intensity or phase of the selected light ray is modulated, so that an image composed of the light rays is converted into a space. Generate. An observer can observe this image as a stereoscopic image. A stereoscopic image obtained by the ray reconstruction method is an image in which images from a plurality of directions are multiplexed at an arbitrary point, and the viewing position of an arbitrary point is the same as when a three-dimensional object is viewed in the real world. The way it looks is different.

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32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501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501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502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。   As an apparatus for realizing the above-described light beam reproduction method, an apparatus combining a flat display device such as a liquid crystal display device or a plasma display device with a microlens array or a pinhole array has been proposed (for example, the following). (See Patent Literature 1 to Patent Literature 7). An apparatus in which a large number of projector units are arranged is also conceivable. FIG. 32 shows an example of the configuration of a three-dimensional image display apparatus that realizes a light beam reproduction method using a projector unit. In this apparatus, a large number of projector units 501 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction, and light beams having different angles are emitted from the respective projector units 501. As a result, a multi-view angle image is multiplexed and reproduced at an arbitrary point in a certain cross section 502 to realize a stereoscopic image.

また、特開2007−199587には、
(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)複数の開口領域を有し、2次元画像の共役像における空間周波数を、各開口領域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オーバーサンプリングフィルタ、
(E)オーバーサンプリングフィルタから射出された2次元画像の共役像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各開口領域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フーリエ変換像形成手段、
(F)前記各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
(G)フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた3次元像表示装置が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-199587 describes
(A) a light source,
(B) Having a plurality of pixels, modulating the light from the light source by each pixel to generate a two-dimensional image, and corresponding the spatial frequency in the generated two-dimensional image to a plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(C) Fourier transform the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means to generate a number of Fourier transform images corresponding to the plurality of diffraction orders generated from the pixels, An image limiting / generating unit that selects only a predetermined Fourier transform image, and further performs an inverse Fourier transform on the selected Fourier transform image to form a conjugate image of the two-dimensional image generated by the light modulation unit,
(D) an oversampling filter having a plurality of aperture areas and emitting spatial frequencies in a conjugate image of a two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the respective aperture areas;
(E) Fourier transform image formation for Fourier transforming the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image emitted from the oversampling filter to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the aperture regions. means,
(F) Fourier transform image selection means for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among Fourier transform images generated in a number corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region; and
(G) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
Is disclosed.

特開2003−173128号公報JP 2003-173128 A 特開2003−161912号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-161912 特開2003−295114号公報JP 2003-295114 A 特開2003−75771号公報JP 2003-75771 A 特開2002−72135号公報JP 2002-72135 A 特開2001−56450号公報JP 2001-56450 A 特許第3523605号公報Japanese Patent No. 3523605 特開2007−199587号公報JP 2007-199587 A

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出射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。   According to the above-described light ray reproduction method, an image is obtained with light rays that are effective for focus adjustment as a visual function and binocular convergence angle adjustment, which is impossible with binocular stereoscopic image technology and multi-view stereoscopic images. Therefore, it is possible to provide a stereoscopic image with very little eye strain. In addition, since light rays are continuously emitted in a plurality of directions from the same element on the virtual object, it is possible to continuously provide a change in the image accompanying the movement of the viewpoint position.

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。   However, an image generated by the current light beam reproduction method lacks a sense of reality compared to an object in the real world. This is because the stereoscopic image by the current light beam reproduction method is generated by a very small amount of information, that is, a small amount of light with respect to the amount of information obtained by the observer from the object in the real world. Conceivable. In general, it is said that the human visual perception limit is about 1 minute in angular resolution, and a three-dimensional image by the current light beam reproduction method is generated by light rays that are insufficient for human vision. Therefore, in order to generate a stereoscopic image having high realism and reality of an object in the real world, it is a problem to generate an image with at least a large amount of light.

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32に示した多数のプロジェクタ・ユニット501を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット501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32に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット501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。   In order to realize this, a technique capable of generating a light beam group with high spatial density is required, and it is conceivable to increase the display density of a display device such as a liquid crystal display device. Alternatively, in the case of the apparatus having a large number of projector units 501 shown in FIG. 32, it is conceivable that the projector units 501 are made as small as possible and arranged with high spatial density. However, a dramatic improvement in display density in current display devices is difficult due to problems of light utilization efficiency and diffraction limit. In the case of the apparatus shown in FIG. 32, it is considered difficult to arrange the projector units 501 at a high spatial density because there is a limit to downsizing the projector units 501. In any case, in order to generate a high-density light beam group, a plurality of devices are required, and the overall size of the apparatus cannot be avoided.

特開2007−199587に開示された3次元像表示装置にあっては、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が可能である。しかしながら、特開2007−199587に開示された3次元像表示装置では、フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えることから、観察者の視線がこれらの明るい輝点へと自然に誘導されてしまい、立体画像が見にくくなるといった問題が生じる。また、特開2007−199587に開示された3次元像表示装置において、所望の大きさの立体画像を得るための構成、構造に、一層の簡素化が求められている。   In the three-dimensional image display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-199587, a group of light beams necessary for displaying a stereoscopic image can be generated at a high spatial density without increasing the size of the entire three-dimensional image display device. It is possible to scatter and obtain a stereoscopic image with light rays that are close to the same quality as real-world objects. However, in the three-dimensional image display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-199587, the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means floats in the space in a state of being arranged in a two-dimensional matrix as bright luminescent spots. Since it looks like a state, the observer's line of sight is naturally guided to these bright luminescent spots, resulting in a problem that it is difficult to see the stereoscopic image. Further, in the three-dimensional image display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-199587, there is a demand for further simplification of the configuration and structure for obtaining a stereoscopic image having a desired size.

更には、現在の表示装置では、特に、投影光学系において、レンズ系の周辺部に角度を持って入射する光が、立体画像における種々の収差発生の原因となっており、収差の無い、所望の立体画像を得ることが困難である。係る収差を表示装置の光学系で補正するためには、即ち、適切な収差補正を行うためには、レンズ系に複雑な機構を付与する必要があり、表示装置の製造コスト増、スペース増、重量増といった問題が生じる。   Furthermore, in current display devices, particularly in a projection optical system, light incident at an angle to the periphery of the lens system is a cause of various aberrations in a stereoscopic image. It is difficult to obtain a stereoscopic image. In order to correct such aberration by the optical system of the display device, that is, in order to perform appropriate aberration correction, it is necessary to add a complicated mechanism to the lens system, which increases the manufacturing cost of the display device, increases the space, Problems such as increased weight arise.

また、例えば、光源が発光素子から構成されている場合、発光素子に輝度のバラツキが発生すると、生成される画像に輝度ムラが生じてしまうし、場合によっては、画像の色味に変化が生じ、画像の品質劣化の原因となる。発光素子の輝度のバラツキは、3次元像表示装置への光源の取り付け時(3次元像表示装置の組立時)だけでなく、経年変化や動作環境の変化によっても発生する。   In addition, for example, when the light source is composed of a light emitting element, if the luminance variation occurs in the light emitting element, uneven luminance occurs in the generated image, and in some cases, the color of the image changes. Cause deterioration of image quality. The variation in the luminance of the light emitting element occurs not only when the light source is attached to the three-dimensional image display device (when assembling the three-dimensional image display device), but also due to secular changes and changes in the operating environment.

従って、本発明の第1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、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導され得る、より簡素な構成、構造を有し、収差の少ない立体画像を表示し得る3次元像表示装置を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、光源から出射される光の光強度に変化が生じた場合であっても、表示される画像の質の低下を招くことの無い3次元像表示装置を提供することにある。   Therefore, a first object of the present invention is to generate and scatter a group of light beams necessary for displaying a stereoscopic image at a high spatial density without increasing the size of the entire three-dimensional image display device. It is possible to obtain a stereoscopic image with light rays that are close to the same quality as the object of the object, and the viewer's line of sight can be naturally guided to a stereoscopic image. An object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device capable of displaying. The second object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device that does not cause deterioration in the quality of the displayed image even when the light intensity of the light emitted from the light source changes. It is to provide.

上記の第1の目的を達成するための本発明の3次元像表示装置は、
(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(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、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射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た第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に位置し、前記複数の回折次数に対応する数だけ生成された回折光に基づき第1のレンズによって生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
(E)その前側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置された第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
から成る光学系を備え、更に、
光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データを2次元画像形成装置に送出する2次元画像データ送出手段、
を備えている。
The three-dimensional image display device of the present invention for achieving the first object is as follows.
(A) a light source composed of U 0 × V 0 planar light-emitting members arranged in a two-dimensional matrix;
(B) A two-dimensional image having openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions and controlling the passage or reflection of light sequentially emitted from each planar light-emitting member for each opening. A two-dimensional image forming apparatus that generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each aperture based on the two-dimensional image,
(C) a first lens having a two-dimensional image forming apparatus disposed on its front focal plane;
(D) The desired diffraction among the Fourier transform images generated by the first lens based on the diffracted light that is located on the rear focal plane of the first lens and is generated by the number corresponding to the plurality of diffraction orders. Fourier transform image selection means for selecting a Fourier transform image corresponding to the order,
(E) a second lens having Fourier transform image selection means disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal plane is located on the rear focal plane of the second lens;
An optical system comprising:
2D image data sending means for sending 2D image data corrected for aberrations caused by the optical system to a 2D image forming apparatus;
It has.

ここで、2次元画像形成装置の対角の長さをDPS、画像の対角の長さをIGSとすれば、これらの対角の長さと、例えば凸レンズから成る第1のレンズの焦点距離f1、例えば凸レンズから成る第2のレンズの焦点距離f2との間には、「k」を定数としたとき、以下の関係が成立する。それ故、光源から出射された光(照明光)の波長、2次元画像形成装置における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第1のレンズの焦点距離f1及び第2のレンズの焦点距離f2を適切に選択することで、画像の大きさを容易に設定することができる。尚、凸レンズは、両凸レンズ、平凸レンズ、メニスカス凸レンズのいずれかから構成することができる。
IGS/DPS=k・f2/f1
尚、f2/f1の値は、0<f2/f1を満足していればよく、例えば、
0.3≦f2/f1≦5
を満足していることがより好ましい。
Here, assuming that the diagonal length of the two-dimensional image forming apparatus is DP S and the diagonal length of the image is IG S , these diagonal lengths and the focal point of the first lens made of, for example, a convex lens are used. distance f 1, between the focal length f 2 of the second lens for example made of convex lens, when the constant "k", the following relation is established. Therefore, rather than prescribing the size of the image based on the wavelength of the light (illumination light) emitted from the light source and the diffraction in the two-dimensional image forming apparatus, the focal length f 1 of the first lens and the second By appropriately selecting the focal length f 2 of the lens, the size of the image can be easily set. The convex lens can be composed of any one of a biconvex lens, a plano-convex lens, and a meniscus convex lens.
IG S / DP S = k · f 2 / f 1
The value of f 2 / f 1 has only to satisfy 0 <f 2 / f 1, for example,
0.3 ≦ f 2 / f 1 ≦ 5
Is more preferable.

本発明の3次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、U0×V0個の開口部を有する空間フィルタから成る構成とすることができる。尚、このような構成を、『第1の構成の3次元像表示装置』と呼ぶ場合がある。開口部は、開閉制御可能であってもよいし、常に開状態であってもよい。そして、この第1の構成の3次元像表示装置において、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタとして、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)を挙げることができるし、あるいは又、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を挙げることもできる。また、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタにおいては、2次元画像形成装置による2次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する構成とすることができる。開口部の位置は、第1のレンズによって得られるフーリエ変換像の内の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、各面状発光部材が配された位置に対応している。また、空間フィルタが有する開口部の大きさは、2次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された2次元画像の大きさと略等しく、あるいは又、実質的に等しいことが好ましい。隣接する開口部の間に存在する隙間の幅(隣接する開口部の縁部間の距離)が観察者に対して張る角度θとして、2.9×10-4ラジアン以下を例示することができる。 In the three-dimensional image display device of the present invention, the Fourier transform image selection means can be constituted by a spatial filter having U 0 × V 0 openings. Such a configuration may be referred to as a “first configuration three-dimensional image display device”. The opening may be controllable to open and close, or may be always open. In the three-dimensional image display device having the first configuration, a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device) is given as a spatial filter having an opening that can be controlled to open and close. Alternatively, a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix can also be mentioned. In addition, in a spatial filter having an opening that can be controlled to be opened and closed, the desired opening is opened in synchronization with the generation timing of a two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus, thereby corresponding to a desired diffraction order. It can be set as the structure which selects a Fourier-transform image. The position of the opening may be a position where a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order in the Fourier transform image obtained by the first lens is formed, and the position of the opening corresponds to each planar light emission. It corresponds to the position where the member is arranged. The size of the opening of the spatial filter is preferably substantially equal to or substantially equal to the size of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus and imaged on the spatial filter. The angle θ between the width of the gap existing between the adjacent openings (distance between the edges of the adjacent openings) with respect to the observer can be exemplified as 2.9 × 10 −4 radians or less. .

あるいは又、本発明の3次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、U0×V0個の開口部を有する散乱回折制限部材から成る構成とすることができる。尚、このような構成を、『第2の構成の3次元像表示装置』と呼ぶ場合がある。散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部(例えば、ピンホール)を設けることで作製することができる。 Alternatively, in the three-dimensional image display device of the present invention, the Fourier transform image selection means can be configured by a scattering diffraction limiting member having U 0 × V 0 openings. Such a configuration may be referred to as a “second configuration three-dimensional image display device”. The scattering diffraction limiting member can be produced, for example, by providing an opening (for example, a pinhole) in a plate member that does not transmit light.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の3次元像表示装置、(以下、これらを総称して、単に『本発明』と呼ぶ場合がある)において、光源からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、(複数の回折次数)×U0×V0個となる。また、各面状発光部材から出射された光(『照明光』と呼ぶ場合がある)に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材の位置に対応して、第1のレンズによって、点状ではなく、或る面積をもって(具体的には、例えば、矩形形状にて)結像される。そして、フーリエ変換像選択手段を配置しているので、照明光によって形成される画像の数は、最終的に、U0×V0個となる。 A Fourier formed by light from a light source in the three-dimensional image display device of the present invention including the preferred embodiments and configurations described above (hereinafter, these may be collectively referred to as “the present invention”). The number of converted images is (plural diffraction orders) × U 0 × V 0 . Further, the Fourier transform image obtained based on the light emitted from each planar light emitting member (sometimes referred to as “illumination light”) corresponds to the position of each planar light emitting member by the first lens. The image is formed with a certain area (specifically, for example, in a rectangular shape) instead of a point shape. Since the Fourier transform image selection means is arranged, the number of images formed by the illumination light is finally U 0 × V 0 .

本発明において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ(カレイドスコープとも呼ばれる)、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から構成することができる。面状発光部材をロッドインテグレータから構成することで、面状発光部材から面状に、且つ、均一に照明光を出射することができるし、発光ダイオードを用いることで、レーザを用いる場合に問題となるスペックルノイズが発生することがない。以下の説明においても同様である。そして、この場合、ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている構成とすることができ、これによって、面状発光部材の一端面の光出射領域と、隣接する面状発光部材の一端面の光出射領域との間に存在する間隙が、肉眼により確認できるレベルにある場合に、光拡散部材自体が2次光源として作用することによって、このような間隙を肉眼で確認できないレベルとすることが可能となる。
In the present invention, each planar light emitting member is
(A) a rod integrator (also called a kaleidoscope) that emits light from one end face; and
(B) a light emitting diode disposed on the other end face of the rod integrator;
It can consist of By configuring the planar light emitting member from a rod integrator, illumination light can be emitted in a planar and uniform manner from the planar light emitting member, and by using a light emitting diode, there is a problem when using a laser. No speckle noise is generated. The same applies to the following description. In this case, a light diffusing member can be arranged on one end surface of the rod integrator, whereby the light emitting region on one end surface of the planar light emitting member and the adjacent planar light emitting member can be formed. When the gap existing between the light emitting region on one end surface of the light source is at a level that can be confirmed with the naked eye, the light diffusion member itself acts as a secondary light source, and thus such a gap cannot be confirmed with the naked eye. It becomes possible.

あるいは又、本発明において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から構成することができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができ、更には、これらの好ましい構成において、各面状発光部材を、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている構成とすることができる。
Alternatively, in the present invention, each planar light emitting member is
(A) a rod integrator that emits light from one end surface;
(B) a light emitting diode disposed on the other end face of the rod integrator;
(C) a reflective polarizing member that is disposed on one end face of the rod integrator and that allows a part of incident light to pass through and reflects the rest according to the polarization state;
(D) a light reflecting member provided at a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode on the other end surface of the rod integrator;
It can consist of And in this case, each planar light emitting member,
(E) a quarter-wave plate disposed between the other end face of the rod integrator and the light reflecting member,
Further, in these preferable configurations, each planar light-emitting member is,
(F) a light diffusing member provided on the reflective polarizing member;
It can be set as the structure further provided.

あるいは又、本発明において、各面状発光部材を、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される構成とすることができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができる。
Alternatively, in the present invention, each planar light emitting member is
(A) a PS polarization separation / conversion element including a first prism, a second prism, and a polarization beam splitter, and
(B) a light emitting diode;
Consisting of
The first prism and the second prism are arranged to face each other via the polarization separation surface of the polarization beam splitter,
The first prism is provided with a first light reflecting member and a second light reflecting member provided in a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode,
The S-polarized component of the light emitted from the light emitting diode and incident on the first prism is reflected by the polarizing beam splitter, reflected by the second light reflecting member, reflected again by the polarizing beam splitter, and further, the first light reflecting member. Reflected by
The P-polarized component of the light emitted from the light emitting diode and incident on the first prism and the P-polarized component of the light reflected by the first light reflecting member pass through the polarization beam splitter and are emitted from the exit surface of the second prism. It can be set as the structure radiate | emitted. And in this case, each planar light emitting member,
(C) a quarter-wave plate disposed between the first prism and the first light reflecting member,
It can be set as the structure further provided.

第1プリズムは、例えば、第1斜面、第2斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができるし、第2プリズムも、第1斜面、第2斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができる。そして、この場合、第1プリズムの底面と第2プリズムの底面とは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、第1プリズムの第1斜面上には第1光反射部材が配置されており、場合によっては、第1プリズムの第1斜面と第1光反射部材との間には四分の一波長板が配置されており、第1プリズムの第2斜面上には第2光反射部材が配置されている。そして、第1プリズムの第1斜面から入射された光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって第1プリズムの第2斜面に向かって反射される。一方、P偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの第1斜面から出射される。   For example, the first prism can be composed of a triangular prism having at least a first slope, a second slope, and a bottom surface, and the second prism also has at least a first slope, a second slope, and a bottom surface. It can be composed of a triangular prism. In this case, the bottom surface of the first prism and the bottom surface of the second prism are arranged to face each other via the polarization separation surface of the polarization beam splitter, and the first light is placed on the first slope of the first prism. A reflecting member is disposed, and in some cases, a quarter-wave plate is disposed between the first slope of the first prism and the first light reflecting member, and on the second slope of the first prism. The 2nd light reflection member is arrange | positioned at. Then, the S-polarized component of the light incident from the first slope of the first prism is reflected toward the second slope of the first prism by the polarization beam splitter. On the other hand, the P-polarized component passes through the polarization beam splitter and is emitted from the first slope of the second prism.

あるいは又、本発明において、各面状発光部材を、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る構成とすることができる。
Alternatively, in the present invention, each planar light emitting member is
(A) a plate-like member that emits light from one end face;
(B) a light emitting diode disposed on the other end surface of the plate-like member;
(C) a reflective polarizing member that is disposed on one end surface of the plate-like member and allows a part of incident light to pass through and reflects the rest according to the polarization state;
(D) a light reflecting member provided at a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode on the other end surface of the plate-like member;
(E) a quarter-wave plate disposed between the other end surface of the plate-like member and the light reflecting member, and
(F) a light diffusing member provided on the reflective polarizing member;
It can be set as the structure which consists of.

ここで、ロッドインテグレータとして、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、両端面が開放端の中空部材を挙げることができ、あるいは又、一端面が開放端であり、他端面が光拡散面から構成された中空部材を挙げることができる。そして、この場合、中空部材の内面あるいは外面には光反射層が設けられていることが好ましい。あるいは又、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、透明な材料から作製された中実部材を挙げることができる。そして、この場合にも、中実部材の外面には光反射層が設けられていることが好ましい。尚、発光素子と対向する他端面に、光拡散層を形成してもよい。中空部材や中実部材を構成する材料として、PMMA樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリアリレート樹脂(PAR)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、アクリル系樹脂といったプラスチック材料や、ガラスを例示することができる。また、光反射層として、スパッタリング法や真空蒸着法といった物理的気相成長法(PVD法)、化学的気相成長法(CVD法)、メッキ法等によって形成された銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。U0×V0個の面状発光部材を2次元マトリクス状に配列して光源を得るためには、限定するものではないが、例えば、U0×V0個の面状発光部材を2次元マトリクス状に配列した後(束ねた後)、適切な結束手段を用いて結束すればよい。尚、面状発光部材を2次元マトリクス状に配列したとき、隣接する面状発光部材の一端面(光出射面)の間には隙間(空間)が存在しないことが望ましい。発光ダイオードから出射された光は、ロッドインテグレータの光入射面(他端面)からロッドインテグレータに入射し、ロッドインテグレータの内部で反射を繰り返しながらロッドインテグレータの光出射面(一端面)から出射されるので、ロッドインテグレータから出射された光の均一化が図られ、しかも、ロッドインテグレータの光出射面(一端面)から面状に光が出射される。 Here, as a rod integrator, a hollow member whose cross-sectional shape when cut along a virtual plane perpendicular to its axis is a rectangle and whose both end faces are open ends can be cited, or one end face is an open end. And a hollow member having the other end surface formed of a light diffusion surface. In this case, a light reflecting layer is preferably provided on the inner surface or outer surface of the hollow member. Alternatively, a solid member made of a transparent material having a rectangular cross-sectional shape when cut along a virtual plane perpendicular to the axis can be given. In this case also, it is preferable that a light reflecting layer is provided on the outer surface of the solid member. In addition, you may form a light-diffusion layer in the other end surface facing a light emitting element. Examples of the material constituting the hollow member and the solid member include plastic materials such as PMMA resin, polycarbonate resin (PC), polyarylate resin (PAR), polyethylene terephthalate resin (PET), and acrylic resin, and glass. . Moreover, as a light reflection layer, a silver layer, a chromium layer, an aluminum layer formed by a physical vapor deposition method (PVD method) such as a sputtering method or a vacuum deposition method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a plating method, etc. Examples thereof include a metal layer such as a layer and an alloy layer. In order to obtain a light source by arranging U 0 × V 0 planar light emitting members in a two-dimensional matrix, for example, but not limited to, U 0 × V 0 planar light emitting members are two-dimensionally arranged. After being arranged in a matrix (bundled), it may be bound using an appropriate binding means. When the planar light emitting members are arranged in a two-dimensional matrix, it is desirable that there is no gap (space) between one end surfaces (light emitting surfaces) of adjacent planar light emitting members. The light emitted from the light emitting diode is incident on the rod integrator from the light entrance surface (other end surface) of the rod integrator, and is emitted from the light exit surface (one end surface) of the rod integrator while repeatedly reflecting inside the rod integrator. The light emitted from the rod integrator is made uniform, and light is emitted in a planar shape from the light emitting surface (one end surface) of the rod integrator.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明においては、各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている形態とすることができ、これによって、上記の第2の目的を達成することができる。そして、この場合、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する構成とすることができる。あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、2次元画像形成装置の作動状態を制御する構成とすることができる。   In the present invention including the various preferred modes and configurations described above, it can be configured to include a light detection means for measuring the light intensity of the light sequentially emitted from each planar light emitting member, As a result, the second object can be achieved. And in this case, it can be set as the structure which controls the light emission state of each planar light emitting member based on the measurement result of the light intensity in a light detection means. Alternatively, the operation state of the two-dimensional image forming apparatus can be controlled based on the measurement result of the light intensity in the light detection means.

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明において、2次元画像データ送出手段は、周知のパーソナルコンピュータや所謂ワークステーションといった、記録手段を備えたコンピュータから構成することができる。そして、記録手段に、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データや、次に述べる演算子等を記録しておけばよい。記録手段として、ハードディスクや、各種固体メモリを挙げることができる。また、2次元画像形成装置の動作の制御も、係るコンピュータによって行うことができる。   In the present invention including the various preferable modes and configurations described above, the two-dimensional image data sending means can be constituted by a computer having a recording means such as a well-known personal computer or a so-called workstation. Then, two-dimensional image data in which aberration generated by the optical system constituting the three-dimensional image display device is corrected, an operator described below, and the like may be recorded in the recording unit. Examples of the recording means include a hard disk and various solid-state memories. The operation of the two-dimensional image forming apparatus can also be controlled by such a computer.

収差補正前の2次元画像データData(A)に基づき理想的に再生された収差が無い画像(例えば、3次元像,立体画像)を「A」、実際に、2次元画像データData(A)に基づき再生されたときの画像(例えば、3次元像,立体画像)を「a」(各種の収差が含まれている)とする。このとき、実際に再生されたときの画像が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。そして、実際に再生されたときの画像が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を最終的に補正して得られた2次元画像データをData(A’)とする。すると、例えば、(u,v)の値等が決まれば、元の収差補正前の2次元画像データData(A)と最終的に収差補正された2次元画像データData(A’)との間には、一定の関係が存在する。ここで、(u,v)の値とは、光源を構成する面状発光部材あるいはフーリエ変換像選択手段における位置番号を示し、u,vの値は整数であり、例えば、(−U0/2)≦u≦(U0/2)、(−V0/2)≦v≦(V0/2)を満足する。即ち、(u,v)の値等をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。係る演算子は、2次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておけばよい。そして、元の収差補正前の2次元画像データを係る関係(上記の演算子)に基づき収差補正した2次元画像データ[即ち、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データData(A’)]を2次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておき、この収差補正後の2次元画像データData(A’)を2次元画像データ送出手段から2次元画像形成装置へ送出し、2次元画像形成装置において画像を再生すればよい。あるいは又、3次元像表示装置に外部から送られてくる2次元画像データData(A)に対して、リアルタイムで演算子に基づき、2次元画像データ送出手段において収差補正を施し、収差補正された2次元画像データData(A’)を2次元画像データ送出手段から2次元画像形成装置へ送出し、2次元画像形成装置において画像を再生すればよい。尚、3次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの5収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。 An ideally reproduced image (for example, a three-dimensional image or a three-dimensional image) having no aberration based on the two-dimensional image data Data (A) before aberration correction is “A”, and actually the two-dimensional image data Data (A). An image (for example, a three-dimensional image or a three-dimensional image) that is reproduced based on “a” (various aberrations included) is assumed. At this time, the original two-dimensional image data Data (A) is corrected based on, for example, a simulation or corrected by trial and error so that the image when actually reproduced becomes “A”. Then, the two-dimensional image data obtained by finally correcting the original two-dimensional image data Data (A) so that the image when actually reproduced becomes “A” is represented as Data (A ′). To do. Then, for example, if the value of (u, v) or the like is determined, it is between the original two-dimensional image data Data (A) before the aberration correction and the finally corrected two-dimensional image data Data (A ′). Has a certain relationship. Here, the value of (u, v) indicates a position number in the planar light-emitting member constituting the light source or the Fourier transform image selection means, and the values of u and v are integers, for example, (−U 0 / 2) ≦ u ≦ (U 0 /2), (- satisfies V 0/2) ≦ v ≦ (V 0/2). That is, a kind of operator using the value of (u, v) or the like as a parameter can be obtained. Such an operator may be recorded in the recording means of the two-dimensional image data sending means. Then, two-dimensional image data obtained by correcting the aberration of the original two-dimensional image data before aberration correction based on the relationship (the above-described operator) [that is, two aberrations corrected by the optical system constituting the three-dimensional image display apparatus are corrected. Dimensional image data Data (A ′)] is recorded in the recording means of the two-dimensional image data sending means, and the two-dimensional image data Data (A ′) after the aberration correction is sent from the two-dimensional image data sending means to the two-dimensional image. The image may be sent to the forming apparatus and reproduced in the two-dimensional image forming apparatus. Alternatively, the two-dimensional image data Data (A) sent from the outside to the three-dimensional image display device is subjected to aberration correction in the two-dimensional image data sending means based on an operator in real time, and the aberration correction is performed. The two-dimensional image data Data (A ′) may be sent from the two-dimensional image data sending means to the two-dimensional image forming apparatus, and the two-dimensional image forming apparatus may reproduce the image. If the 3D image display device is driven, for example, by field sequential driving, not only Seidel's five aberrations but also chromatic aberrations can be corrected.

光検出手段として、ホトダイオード、CCD、CMOSセンサーを挙げることができる。光源と2次元画像形成装置との間にビームスプリッタや部分反射ミラー(パーシャルリフレクター)を配置し、光源から2次元画像形成装置へと入射する光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、2次元画像形成装置の後方に部分反射ミラーを配置し、2次元画像形成装置から出射した光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、2次元画像形成装置に光検出手段を取り付ける方式としてもよいし、面状発光部材に光検出手段を組み込む方式(具体的には、例えば、面状発光部材を構成する各発光素子の近傍に光検出手段を配置し、あるいは又、発光素子に光検出手段を組み込む方式)としてもよいし、光源から2次元画像形成装置、又は、その後方へと入射する有効領域を通る光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。   Examples of the light detection means include a photodiode, a CCD, and a CMOS sensor. A system in which a beam splitter or a partial reflection mirror (partial reflector) is disposed between the light source and the two-dimensional image forming apparatus, and a part of light incident on the two-dimensional image forming apparatus is extracted from the light source and incident on the light detection means. Alternatively, a partial reflection mirror may be disposed behind the two-dimensional image forming apparatus so that a part of the light emitted from the two-dimensional image forming apparatus is extracted and incident on the light detection unit. A method of attaching the light detection means to the forming apparatus or a method of incorporating the light detection means in the planar light emitting member (specifically, for example, the light detection means is provided in the vicinity of each light emitting element constituting the planar light emitting member). Or a method in which light detection means is incorporated in the light emitting element), and the light passing through the two-dimensional image forming apparatus from the light source or the effective area incident to the rear thereof is not blocked. It may be arranged a light detection means to the position.

以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された複数(P×Q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、あるいは又、2次元画像形成装置には、複数(P×Q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、M×N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。   In the present invention including the preferred configuration and configuration described above, the two-dimensional image forming apparatus is a liquid crystal display device having a plurality of (P × Q) pixels arrayed two-dimensionally (more specifically, transmission). Each pixel is provided with an opening, or a two-dimensional image forming apparatus has a plurality of (P × Q) openings. Each of the openings is provided with a movable mirror (the movable mirror is composed of a two-dimensional MEMS arranged in each of the openings arranged in a two-dimensional matrix). The planar shape of the opening is preferably rectangular. When the planar shape of the opening is rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M × N sets of diffracted light are generated. That is, such an aperture forms an amplitude grating that periodically modulates the amplitude (intensity) of the incident light wave and obtains a light amount distribution that matches the light transmittance distribution of the grating.

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構成とすることができ、更には、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、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、フーリエ変換像選択手段において選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段を通過する。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。   Here, the spatial frequency in the two-dimensional image can be configured to correspond to image information in which the spatial frequency of the pixel structure is the carrier frequency. Furthermore, the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is the two-dimensional image. The spatial frequency obtained by removing the spatial frequency of the pixel structure from the spatial frequency in FIG. That is, a spatial frequency that is obtained as first-order diffraction using the 0th-order diffraction of the plane wave component as a carrier frequency and is less than half of the spatial frequency of the pixel structure (aperture structure) is selected by the Fourier transform image selection means, Alternatively, it passes through the Fourier transform image selection means. All the spatial frequencies displayed on the two-dimensional image forming apparatus are transmitted.

また、3次元像表示装置の仕様に依り、面状発光部材から単色光(赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、又は、青色発光ダイオードのいずれかの発光ダイオードからの光)あるいは白色光(白色発光ダイオードからの光)が出射される場合があり、あるいは又、光源は、赤色発光ダイオードを備えた面状発光部材、緑色発光ダイオードを備えた面状発光部材、及び、青色発光ダイオードを備えた面状発光部材の集合体から構成されており、これらの面状発光部材における発光ダイオードを順次駆動することで、光源から光(赤色光、緑色光、及び、青色光)を出射してもよい。   Depending on the specifications of the three-dimensional image display device, monochromatic light (light from any one of red light emitting diode, green light emitting diode, or blue light emitting diode) or white light (white light emitting diode) may be emitted from the planar light emitting member. Or the light source is a planar light emitting member having a red light emitting diode, a planar light emitting member having a green light emitting diode, and a planar shape having a blue light emitting diode. It is comprised from the aggregate | assembly of the light emitting member, and you may radiate | emit light (red light, green light, and blue light) from a light source by driving the light emitting diode in these planar light emitting members sequentially.

反射型偏光部材は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十nm、ピッチ百数十nmにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。反射型偏光部材のロッドインテグレータの一端面あるいは板状部材の一端面への配置は、反射型偏光部材の仕様にも依るが、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。   The reflective polarizing member has, for example, a structure in which, for example, aluminum ribs are formed on the surface of a base material made of a transparent material with a width of several tens of nm and a pitch of several hundreds of nm, or a refractive index. It has a laminated film structure in which a plurality of different layers are stacked. The arrangement of the reflective polarizing member on one end surface of the rod integrator or the one end surface of the plate-like member can be achieved by adhering such a base material, depending on the specifications of the reflective polarizing member, Alternatively, it can be achieved by directly forming a laminated film structure.

偏光ビームスプリッター(偏光膜とも呼ばれる)は、誘電体多層膜、誘電体高反射膜あるいはカットフィルターを、第1プリズム上に成膜することで、あるいは又、第2プリズム上に成膜することで、得ることができる。尚、偏光ビームスプリッターにあっては、多層膜中で界面への入射角がブリュースタ角に一致するように、膜と下地(第1プリズム、あるいは、第2プリズム)の屈折率や入射角が設定されているのが一般的である。例えば、第1プリズムの底面/偏光ビームスプリッター/第2プリズムの底面の積層構造は、第1プリズムの底面と偏光ビームスプリッターと第2プリズムの底面とを例えば接着剤を用いて固定することで得ることができる。   A polarizing beam splitter (also called a polarizing film) is formed by forming a dielectric multilayer film, a dielectric high reflection film or a cut filter on the first prism, or by forming a film on the second prism. Obtainable. In the polarization beam splitter, the refractive index and the incident angle of the film and the base (first prism or second prism) are set so that the incident angle to the interface matches the Brewster angle in the multilayer film. Generally it is set. For example, the laminated structure of the bottom surface of the first prism / the polarizing beam splitter / the bottom surface of the second prism is obtained by fixing the bottom surface of the first prism, the polarizing beam splitter, and the bottom surface of the second prism using, for example, an adhesive. be able to.

光反射部材、第1光反射部材、第2光反射部材(以下、これらを総称して、『光反射部材等』と呼ぶ場合がある)として、増反射膜を挙げることができる。ここで、増反射膜として、例えば、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜が順に積層された構造を有する銀増反射膜を例示することができる。また、SiO2等の低屈折率薄膜とTiO2やTa25等の高屈折率薄膜とを数十層以上交互に積層した構造を有する誘電体多層反射膜、同様に屈折率の異なるサブミクロン厚さのポリマーフィルムを積層して作製される有機高分子多層薄膜型の反射膜を例示することもできる。あるいは又、光反射部材等として、銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。光反射部材等を設ける方法として、光反射部材等がシート状あるいはフィルム状、板状である場合、接着剤を用いる方法、ビス止めする方法、超音波接合で固着する方法、粘着剤を用いる方法等を挙げることができるし、光反射部材等が薄膜状である場合、真空蒸着法やスパッタリング法等のPVD法やCVD法といった周知の成膜方法を挙げることができる。 Examples of the light reflecting member, the first light reflecting member, and the second light reflecting member (hereinafter, these may be collectively referred to as “light reflecting member or the like”) may include an increased reflection film. Here, examples of the reflective reflection film include a silver enhanced reflection film having a structure in which a silver reflective film, a low refractive index film, and a high refractive index film are sequentially laminated. In addition, a dielectric multilayer reflective film having a structure in which a low refractive index thin film such as SiO 2 and a high refractive index thin film such as TiO 2 or Ta 2 O 5 are alternately laminated, as well as sub-layers having different refractive indexes. An organic polymer multilayer thin film type reflective film produced by laminating polymer films having a thickness of micron can also be exemplified. Alternatively, examples of the light reflecting member include a metal layer such as a silver layer, a chromium layer, and an aluminum layer, and an alloy layer. As a method of providing a light reflecting member or the like, when the light reflecting member or the like is in the form of a sheet, film or plate, a method using an adhesive, a method of screwing, a method of fixing by ultrasonic bonding, a method of using an adhesive In addition, when the light reflecting member is a thin film, a well-known film forming method such as a PVD method such as a vacuum deposition method or a sputtering method, or a CVD method can be used.

四分の一波長板として、水晶や方解石といった複屈折結晶から作製された周知の四分の一波長板、あるいは又、プラスチックから作製された周知の四分の一波長板を用いればよい。四分の一波長板を設け、あるいは、配置するためには、例えば接着剤を用いればよい。   As the quarter-wave plate, a well-known quarter-wave plate made from a birefringent crystal such as quartz or calcite, or a well-known quarter-wave plate made from plastic may be used. In order to provide or arrange the quarter wave plate, for example, an adhesive may be used.

シート状あるいはフィルム状の光拡散部材を構成する材料として、ポリカーボネート樹脂(PC);ポリスチレン系樹脂(PS);メタクリル樹脂を挙げることができる。これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面を、例えばサンドブラスト法に基づき梨地状(即ち、微細な凹凸面)に加工することで、光拡散部材を得ることができる。あるいは又、これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面に、光拡散剤を塗布することで、光拡散部材を得ることができる。ここで、光拡散剤は、光源からの光を拡散させる性質を有する粒子であり、無機材料粒子あるいは有機材料粒子から構成されている。無機材料粒子を構成する無機材料として、具体的には、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、マグネシウムシリケート、又は、これらの混合物を例示することができる。一方、有機材料粒子を構成する樹脂として、アクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、メラミン系樹脂を例示することができる。光拡散剤の形状として、例えば、球状、立方状、針状、棒状、紡錘形状、板状、鱗片状、繊維状を挙げることができる。光拡散部材を設ける方法として、光拡散部材を接着剤や接着シートを用いて反射型偏光部材に貼り付ける方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、反射型偏光部材に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、ロッドインテグレータの一端面や他端面に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。   Examples of the material constituting the sheet-like or film-like light diffusing member include polycarbonate resin (PC); polystyrene resin (PS); methacrylic resin. A light diffusing member can be obtained by processing the surface of a sheet-like or film-like material made of these resins into a satin-like shape (that is, a fine uneven surface) based on, for example, a sandblast method. Alternatively, a light diffusing member can be obtained by applying a light diffusing agent to the surface of a sheet-like or film-like material made of these resins. Here, the light diffusing agent is a particle having a property of diffusing light from a light source, and is composed of inorganic material particles or organic material particles. Specific examples of the inorganic material constituting the inorganic material particles include silica, aluminum hydroxide, aluminum oxide, titanium oxide, zinc oxide, barium sulfate, magnesium silicate, and a mixture thereof. On the other hand, as resins constituting organic material particles, acrylic resins, acrylonitrile resins, polyurethane resins, polyvinyl chloride resins, polystyrene resins, polyacrylonitrile resins, polyamide resins, polysiloxane resins, melamine resins Can be illustrated. Examples of the shape of the light diffusing agent include a spherical shape, a cubic shape, a needle shape, a rod shape, a spindle shape, a plate shape, a scale shape, and a fiber shape. As a method of providing the light diffusing member, a method of attaching the light diffusing member to the reflective polarizing member using an adhesive or an adhesive sheet can be exemplified. Alternatively, as a method of providing the light diffusing member, a method of applying a light diffusing agent to the reflective polarizing member can be exemplified. Alternatively, as a method of providing the light diffusing member, a method of applying a light diffusing agent to one end surface or the other end surface of the rod integrator can be exemplified.

第1プリズム、第2プリズムは、周知の光学ガラスから作製すればよい。また、これらのプリズムのそれぞれを、複数のプリズムの組合せから構成してもよい。即ち、複数のプリズムを例えば接着剤で接着して、1つのプリズムを作製してもよい。尚、三角プリズムの2つの斜面の成す角度は90度である必要は無い。光線が入射、反射、屈折して所定の光学面を通るように構成し、ビームスプリッターで分離されたP偏光成分の光とS偏光成分の光が異なった光路を通っても第2プリズムの第1斜面から略同じ方向へ出射することが重要である。場合によっては、プリズムの斜面と底面とが交わる部分、プリズムの2つの斜面が交わる部分は、稜線で構成されておらず、平面あるいは曲面から構成されていてもよい。発光素子と対向する第1プリズムの面(第1斜面)の部分には光拡散層を形成してもよい。   What is necessary is just to produce a 1st prism and a 2nd prism from well-known optical glass. Each of these prisms may be composed of a combination of a plurality of prisms. That is, one prism may be manufactured by bonding a plurality of prisms with, for example, an adhesive. Note that the angle formed by the two slopes of the triangular prism need not be 90 degrees. The light beam is incident, reflected, and refracted so as to pass through a predetermined optical surface, and even if the P-polarized component light and the S-polarized component light separated by the beam splitter pass through different optical paths, It is important to emit light from one slope in substantially the same direction. In some cases, the portion where the slope and bottom surface of the prism intersect, and the portion where the two slopes of the prism intersect, are not composed of ridge lines, but may be composed of flat surfaces or curved surfaces. You may form a light-diffusion layer in the part of the surface (1st slope) of the 1st prism facing a light emitting element.

板状部材として、発光ダイオードから出射された光に対して透明な材料、例えば、ガラスや、プラスチック材料(例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、AS樹脂を含むスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂等のポリエステル系樹脂)を挙げることができる。   As the plate member, a material transparent to light emitted from the light emitting diode, for example, glass, plastic material (for example, methacrylic resin, polycarbonate resin (PC), acrylic resin, amorphous polypropylene resin, And styrene resins including AS resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) resins and polybutylene terephthalate (PBT) resins).

以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明において、U0,V0の数として、限定するものではないが、4≦U0≦20、好ましくは、例えば、9≦U0≦11を挙げることができ、また、4≦V0≦20、好ましくは、例えば、9≦V0≦11を挙げることができる。U0の値とV0の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、第1レンズによって結像される平面(XY平面)を、以下、『結像面』と呼ぶ場合がある。 In the present invention including the preferred configurations and forms described above, the number of U 0 and V 0 is not limited, but 4 ≦ U 0 ≦ 20, preferably 9 ≦ U 0 ≦ 11, for example. 4 ≦ V 0 ≦ 20, preferably 9 ≦ V 0 ≦ 11, for example. The value of U 0 and the value of V 0 may be equal or different. The plane (XY plane) imaged by the first lens may be hereinafter referred to as “imaging plane”.

本発明の3次元像表示装置における好ましい形態にあっては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が、フーリエ変換像選択手段において選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段を通過するが、ここで、所望の回折次数として、限定するものではないが、0次の回折次数を挙げることができる。   In a preferred embodiment of the three-dimensional image display device of the present invention, a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order is selected by the Fourier transform image selection means or alternatively passes through the Fourier transform image selection means. Here, the desired diffraction order is not limited, and examples thereof include zero-order diffraction orders.

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3次元像表示装置において、光源と2次元画像形成装置との間に、照明光を整形するための照明光学系を配置してもよい。具体的には、光源と2次元画像形成装置との間にはレンズ(例えば、コリメータレンズ)が配置されており、光源は、このレンズの前側焦点面(あるいは前側焦点面近傍)に位置することが、レンズから出射された光(照明光)が平行光(概ね平行光)となるので好ましい。   In the three-dimensional image display device of the present invention including various preferable configurations and forms described above, an illumination optical system for shaping illumination light may be disposed between the light source and the two-dimensional image forming device. . Specifically, a lens (for example, a collimator lens) is disposed between the light source and the two-dimensional image forming apparatus, and the light source is located on the front focal plane (or in the vicinity of the front focal plane) of this lens. However, it is preferable because the light (illumination light) emitted from the lens becomes parallel light (substantially parallel light).

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(開口率)を制御することによって、面状発光部材から出射された照明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、面状発光部材から出射された照明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、M×N組の回折光が生成される。   In a liquid crystal display device constituting a two-dimensional image forming apparatus, for example, an area where a transparent first electrode and a transparent second electrode described below are overlapped and includes a liquid crystal cell corresponds to one pixel (one pixel). . Then, by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve), that is, by controlling the light transmittance (aperture ratio) of each pixel, the light of the illumination light emitted from the planar light emitting member By controlling the transmittance, a two-dimensional image can be obtained as a whole. In the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, a rectangular opening is provided, and the illumination light emitted from the planar light emitting member passes through the opening so that the Fraunhofer diffraction is performed for each pixel. And M × N sets of diffracted light are generated.

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、面状発光部材からの照明光は、第2の基板から入射し、第1の基板から出射される。一方、反射型の液晶表示装置にあっては、面状発光部材からの照明光は、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の基板から出射される。開口は、例えば、透明第2電極と配向膜との間に、面状発光部材からの照明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。   The liquid crystal display device includes, for example, a front panel provided with a transparent first electrode, a rear panel provided with a transparent second electrode, and a liquid crystal material disposed between the front panel and the rear panel. More specifically, the front panel includes, for example, a first substrate made of, for example, a glass substrate or a silicon substrate, and a transparent first electrode (also called a common electrode, for example, ITO provided on the inner surface of the first substrate. And a polarizing film provided on the outer surface of the first substrate. Furthermore, an alignment film is formed on the transparent first electrode. On the other hand, the rear panel more specifically includes, for example, a second substrate made of a glass substrate or a silicon substrate, a switching element formed on the inner surface of the second substrate, and conduction / non-conduction by the switching element. A transparent second electrode to be controlled (also called a pixel electrode, which is made of, for example, ITO) and a polarizing film provided on the outer surface of the second substrate. An alignment film is formed on the entire surface including the transparent second electrode. Various members and liquid crystal materials constituting these transmissive liquid crystal display devices can be formed of known members and materials. Examples of the switching element include a three-terminal element such as a MOS type FET and a thin film transistor (TFT) formed on a single crystal silicon semiconductor substrate, and a two-terminal element such as an MIM element, a varistor element, and a diode. Alternatively, a liquid crystal display device having a so-called matrix electrode configuration in which a plurality of scanning electrodes extend in a first direction and a plurality of data electrodes extend in a second direction can be provided. In the transmissive liquid crystal display device, the illumination light from the planar light emitting member is incident from the second substrate and is emitted from the first substrate. On the other hand, in the reflection type liquid crystal display device, the illumination light from the planar light emitting member is incident from the first substrate and, for example, a second electrode (pixel electrode) formed on the inner surface of the second substrate. And is emitted from the first substrate again. The opening can be obtained, for example, by forming an opaque insulating material layer for illumination light from the planar light emitting member between the transparent second electrode and the alignment film, and forming the opening in the insulating material layer. . In addition, as the reflective liquid crystal display device, an LCoS (Liquid Crystal on Silicon) type can also be used.

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P×Qを(P,Q)で表記したとき、(P,Q)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。   In the three-dimensional image display device of the present invention, when the number P × Q of the pixels (pixels) of the two-dimensional image is represented by (P, Q), specifically, as the value of (P, Q), 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), (1920, 1035), (720, 480), (1280, 960), etc. It is not limited to these values.

本発明の3次元像表示装置にあっては、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データに基づき、2次元画像形成装置において2次元画像を生成する。従って、光学的手段のみでは解決できない収差の補正を行うことができ、単純な光学系にあっても、収差の無い、あるいは、収差の少ない画像(例えば、3次元画像,立体画像)を表示することができる。また、光学系を広角系とした場合、一般に、収差が増加するが、係る収差の増加を確実に抑制することができる。しかも、例えば、フーリエ変換像選択手段は、一種の絞りとして機能するので、光学系の焦点深度を深くすることができ、鮮明な画像を得ることができる。   In the three-dimensional image display device of the present invention, a two-dimensional image is generated in the two-dimensional image forming device based on the two-dimensional image data in which the aberration generated by the optical system constituting the three-dimensional image display device is corrected. Accordingly, it is possible to correct aberrations that cannot be solved only by optical means, and display an image (for example, a three-dimensional image or a three-dimensional image) that has no aberration or little aberration even in a simple optical system. be able to. In addition, when the optical system is a wide-angle system, the aberration generally increases, but the increase of the aberration can be reliably suppressed. In addition, for example, the Fourier transform image selection means functions as a kind of diaphragm, so that the depth of focus of the optical system can be increased and a clear image can be obtained.

しかも、本発明の3次元像表示装置においては、第1のレンズの焦点距離f1と第2のレンズの焦点距離f2の割合を予め規定することが可能であり、これによって、2次元画像形成装置の大きさのk・f2/f1倍の画像を得ることができる。即ち、特段の構成要素を附加すること無く、簡素な構成、構造であっても、所望の大きさの立体画像を得ることができる。 In addition, in the three-dimensional image display device of the present invention, the ratio of the focal length f 1 of the first lens and the focal length f 2 of the second lens can be defined in advance, whereby a two-dimensional image is obtained. An image of k · f 2 / f 1 times the size of the forming apparatus can be obtained. That is, a stereoscopic image having a desired size can be obtained even with a simple configuration and structure without adding special components.

また、本発明の3次元像表示装置においては、各面状発光部材から順次出射された光(照明光)に基づき、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出射され、第1のレンズ(フーリエ変換像形成手段に相当する)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、結像され、最終的に観察者に到達する。この観察者に到達する画像には、2次元画像形成装置への光(照明光)の入射方向の成分が含まれている。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、第1のレンズから出射された光線群(U0×V0本の光線)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。 In the three-dimensional image display device of the present invention, a two-dimensional image is generated and generated by the two-dimensional image forming device based on light (illumination light) sequentially emitted from each planar light emitting member. A spatial frequency in a two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel or the like, and a plurality of spatial frequencies are Fourier-transformed by a first lens (corresponding to Fourier transform image forming means). A number of Fourier transform images corresponding to the diffraction orders are generated, imaged, and finally reach the observer. The image reaching the observer includes a component in the incident direction of light (illumination light) to the two-dimensional image forming apparatus. Then, such operations are sequentially repeated in time series, so that the light ray group (U 0 × V 0 light rays) emitted from the first lens can be spatially high in density, As a result of being able to generate and scatter in a state of being distributed in a plurality of directions, based on the light ray reproduction method that efficiently controls the direction component of light rays for constructing a stereoscopic image, which has not existed in the past, with such a light ray group. A three-dimensional image having a texture close to that of a real world object can be obtained without increasing the size of the entire three-dimensional image display device.

しかも、光(照明光)は、点状ではなく、面状にて光源(面状発光部材)から出射されるので、第1レンズの後方に形成された像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察される。従って、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。更には、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。   Moreover, since the light (illumination light) is emitted from the light source (planar light emitting member) in the form of a plane instead of a spot, the image formed behind the first lens is a two-dimensional matrix as a bright luminescent spot. Instead of looking like a floating state in space, it is observed as a kind of flat image in which rectangular areas are connected. Therefore, the observer's line of sight is not naturally guided to the planar image, and the problem that the stereoscopic image is difficult to see is unlikely to occur. Furthermore, a stereoscopic image can be obtained without using a diffusion screen or the like.

更には、本発明の3次元像表示装置において、例えば、0次の回折光に基づき立体画像を構成すれば、明るく、クリアーで、高品質の立体画像を得ることができる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device of the present invention, for example, if a stereoscopic image is constructed based on 0th-order diffracted light, a bright, clear, and high-quality stereoscopic image can be obtained.

また、光検出手段を備えれば、面状発光部材の発光状態を監視することができ、面状発光部材の発光状態のバラツキや経時変化に起因した画像の品質劣化の発生を抑制することが可能となる。   Further, if the light detection means is provided, the light emission state of the planar light emitting member can be monitored, and the occurrence of image quality deterioration due to variations in the light emission state of the planar light emitting member and changes over time can be suppressed. It becomes possible.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

実施例1は、本発明の3次元像表示装置に関し、より具体的には、第1の構造の3次元像表示装置に関する。図1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において、光軸を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。z軸(光軸に相当する)は、3次元像表示装置を構成する各構成要素の中心を通り、しかも、3次元像表示装置を構成する各構成要素と直交する。ここで、図1は、yz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。xz平面における実施例1の3次元像表示装置の概念図も、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。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。2次元画像形成装置、第1のレンズ、フーリエ変換像選択手段を構成する空間フィルタの近傍を拡大した概念図を、図4、及び、図5の(A)、(B)に示す。更には、光源の模式的な正面図を図6に示し、空間フィルタの模式的な正面図を図7に示す。   Example 1 relates to a three-dimensional image display device of the present invention, and more specifically, relates to a three-dimensional image display device having a first structure. FIG. 1 is a conceptual diagram of a three-dimensional image display apparatus according to Embodiment 1 for monochromatic display. Here, in FIG. 1, the optical axis is the z axis, the orthogonal coordinates in the plane orthogonal to the z axis are the x axis and the y axis, the direction parallel to the x axis is the X direction, and the direction parallel to the y axis is The Y direction is assumed. The X direction is, for example, the horizontal direction in the 3D image display device, and the Y direction is, for example, the vertical direction in the 3D image display device. The z-axis (corresponding to the optical axis) passes through the center of each component constituting the three-dimensional image display device, and is orthogonal to each component constituting the three-dimensional image display device. Here, FIG. 1 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 1 in the yz plane. The conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of the first embodiment in the xz plane is substantially the same as FIG. FIG. 2 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment when viewed obliquely. FIG. 3 schematically illustrates the arrangement state of the components of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. FIG. In FIG. 2, most of the components of the three-dimensional image display device are omitted, and the illustration of the light rays is simplified, which is different from FIGS. Furthermore, in FIG. 2, only a part of the light beam emitted from the two-dimensional image forming apparatus is illustrated. FIGS. 4A and 4B and FIGS. 5A and 5B are conceptual diagrams in which the vicinity of the spatial filter constituting the two-dimensional image forming apparatus, the first lens, and the Fourier transform image selection unit is enlarged. Furthermore, a schematic front view of the light source is shown in FIG. 6, and a schematic front view of the spatial filter is shown in FIG.

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32に示した装置にあっては、多数(例えば、U0×V0個)のプロジェクタ・ユニット501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。 In the display of stereoscopic images using the conventional ray reconstruction method, rays that are emitted at various angles are provided in advance in order to emit a plurality of rays with the virtual object surface existing at an arbitrary position as a virtual origin. It is necessary to have a device that can do this. That is, for example, in the apparatus shown in FIG. 32, a large number (for example, U 0 × V 0 ) of projector units 501 must be arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction.

一方、実施例1の3次元像表示装置1にあっては、図1等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32に示した多数(U0×V0個)のプロジェクタ・ユニット501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、図31に概念図を示すように、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。 On the other hand, in the three-dimensional image display device 1 according to the first embodiment, the three-dimensional image display device alone including the components shown in FIG. 1 and the like is spatially higher in density than the conventional technology, In addition, it is possible to generate and form a large amount of light groups. The three-dimensional image display apparatus 1 according to the first embodiment is a single three-dimensional image display apparatus, and a large number (U 0 × V 0 pieces) of projector units 501 shown in FIG. 32 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction. It has a function equivalent to the arranged device. For example, when the multi-unit method is adopted, as shown in the conceptual diagram of FIG. 31, the number of divided three-dimensional images (for example, 4 × 4 = 16) is the three-dimensional image display of the first embodiment. The apparatus 1 may be provided.

実施例1の3次元像表示装置1は、光学系を備えている。そして、この光学系は、
(A)X方向にU0個、Y方向にV0個の、2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材11から構成された光源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:P×Q)を有し、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)の通過を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、この2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数(総計M×N)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(光源側の焦点面)に2次元画像形成装置30が配置されており、焦点距離f1を有する凸レンズから成る第1のレンズL1
(D)第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)に位置し、これらの複数の回折次数に対応する数だけ生成された回折光に基づき第1のレンズによって生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
(E)その前側焦点面(光源側の焦点面)にフーリエ変換像選択手段が配置されており、焦点距離f2を有する凸レンズから成る第2のレンズL2、並びに、
(F)第2のレンズL2の後側焦点面(観察者側の焦点面)に、その前側焦点面(光源側の焦点面)が位置している第3のレンズL3
を備えている。
The three-dimensional image display device 1 according to the first embodiment includes an optical system. And this optical system
(A) a light source 10 composed of U 0 × V 0 planar light emitting members 11 arranged in a two-dimensional matrix, U 0 in the X direction and V 0 in the Y direction;
(B) It has openings (number: P × Q) arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction, and allows light (illumination light) sequentially emitted from each planar light emitting member 11 to pass therethrough. A two-dimensional image forming apparatus 30 that generates a two-dimensional image by controlling each aperture, and generates diffracted light of a plurality of diffraction orders (total M × N) for each aperture based on the two-dimensional image;
(C) thereof and the front focal plane in the two-dimensional image forming apparatus 30 (the light source side focal plane of) is arranged, the first lens L 1 composed of a convex lens having a focal length f 1,
(D) The first lens L 1 is generated by the first lens based on the diffracted light that is located on the rear focal plane (observer-side focal plane) of the first lens L 1 and is generated in the number corresponding to the plurality of diffraction orders. Fourier transform image selection means for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among the Fourier transform images obtained,
(E) Fourier transform image selection means is disposed on the front focal plane (focal plane on the light source side), a second lens L 2 made of a convex lens having a focal length f 2 , and
(F) a third lens L 3 whose front focal plane (focal plane on the light source side) is located on the rear focal plane (observer focal plane) of the second lens L 2 ;
It has.

そして、更に、光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データを2次元画像形成装置に送出する2次元画像データ送出手段(図示せず)を備えている。   Further, a two-dimensional image data sending means (not shown) for sending two-dimensional image data corrected for aberrations caused by the optical system to the two-dimensional image forming apparatus is provided.

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。   Here, the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information using the spatial frequency of the pixel structure as the carrier frequency.

実施例1にあっては、2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11の具体的な個数をU0×V0=11×11とし、P=1024、Q=768とした。但し、これらの値に限定するものではない。光源10と2次元画像形成装置30との間には、コリメータレンズ12が配置されている。ここで、コリメータレンズ12の前側焦点面あるいは前側焦点面近傍に複数の面状発光部材11が配置されており、各面状発光部材11から出射され、コリメータレンズ12に入射し、コリメータレンズ12から出射するときの光(平行光)の出射方向を、コリメータレンズ12によって立体的に変えることができる結果、2次元画像形成装置30に入射する光(照明光)の入射方向を立体的に変えることができる(図4参照)。尚、各面状発光部材11から出射される光の出射方向を、実施例1にあっては同じとしたが(具体的には、光軸(z軸)に平行としたが)、異なっていてもよい。 In Example 1, the specific number of the plurality of planar light emitting members 11 arranged in a two-dimensional matrix is U 0 × V 0 = 11 × 11, P = 1024, and Q = 768. However, it is not limited to these values. A collimator lens 12 is disposed between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatus 30. Here, a plurality of planar light emitting members 11 are disposed in the front focal plane of the collimator lens 12 or in the vicinity of the front focal plane. The planar light emitting members 11 are emitted from the respective planar light emitting members 11 and incident on the collimator lens 12. As a result of the three-dimensional change of the emission direction of the light (parallel light) when emitted, the incident direction of the light (illumination light) incident on the two-dimensional image forming apparatus 30 can be changed three-dimensionally. (See FIG. 4). In addition, although the emission direction of the light emitted from each planar light emitting member 11 is the same in the first embodiment (specifically, it is parallel to the optical axis (z axis)), it is different. May be.

実施例1の3次元像表示装置1にあっては、第1のレンズL1の前側焦点面(光源側の焦点面)に2次元画像形成装置30が配置されている。また、フーリエ変換像選択手段は、第1のレンズL1によって生成されたフーリエ変換像が結像される位置(第1のレンズL1によってフーリエ変換像が結像されるXY平面、結像面)に配置されている。具体的には、フーリエ変換像選択手段は、第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)に配置されている。 The three-dimensional image display device 1 of the first embodiment, the first lens front focal plane of the L 1 in the two-dimensional image forming apparatus 30 (the light source side focal plane of) are arranged. Further, the Fourier transform image selection means, XY plane Fourier transform image by the position (the first lens L 1 Fourier transform image produced by the first lens L 1 is imaged is imaged, the imaging plane ). Specifically, the Fourier transform image selection means is disposed on the rear focal plane of the first lens L 1 (observer-side focal plane).

図7に示すように、実施例1にあっては、フーリエ変換像選択手段は、U0×V0個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSFから成る。ここで、開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSFは、液晶表示装置から構成されている。ここで、空間フィルタSFを構成する液晶表示装置として、強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置又は反射型の液晶表示装置を挙げることができる。あるいは、空間フィルタSFを、可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された装置を含む2次元型のMEMSから構成することもできる。ここで、例えば、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開口部51の開閉制御を行うことができるし、可動ミラーの移動/非移動によって開口部51の開閉制御を行うことができる。開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSFにおいては、2次元画像形成装置30による2次元画像の生成タイミングと同期して、所望の開口部51(具体的には、0次の回折光に基づくフーリエ変換像を通過させるための開口部51)を開状態とする。そして、これによって、所望の回折次数(0次)に対応するフーリエ変換像(あるいは回折光)を選択することができる。開口部51は、第1のレンズL1によって得られるフーリエ変換像の内の所望のフーリエ変換像が結像する位置に配置されており、更には、係る開口部51の位置は、各面状発光部材11が配された位置に対応している。ここで、空間フィルタSFにおける開口部51の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。開口部51の大きさは、2次元画像形成装置30によって生成され、空間フィルタSF上に結像された2次元画像の大きさと等しい。隣接する開口部51の間に存在する隙間の幅(隣接する開口部51の縁部間の距離)が観察者に対して張る角度θは、0ラジアンに限りなく近い。各面状発光部材11から出射された照明光に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材11の位置に対応して、第1のレンズL1によって、例えば、矩形形状にて、空間フィルタSFにおいて結像される。空間フィルタSFを通過するフーリエ変換像の数は、最終的に、U0×V0個となる。 As shown in FIG. 7, in the first embodiment, the Fourier transform image selection means is composed of a spatial filter SF having U 0 × V 0 opening / closing controllable openings 51. Here, the spatial filter SF having the opening 51 that can be controlled to open and close is formed of a liquid crystal display device. Here, examples of the liquid crystal display device constituting the spatial filter SF include a transmissive liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal or a reflective liquid crystal display device. Alternatively, the spatial filter SF can be constituted by a two-dimensional type MEMS including a device in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. Here, for example, the opening / closing control of the opening 51 can be performed by operating the liquid crystal cell as a kind of optical shutter (light valve), and the opening / closing control of the opening 51 can be performed by moving / non-moving the movable mirror. It can be carried out. In the spatial filter SF having the opening 51 that can be opened and closed, in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus 30, the desired opening 51 (specifically, the 0th-order diffracted light The opening 51) for allowing the Fourier transform image to pass through is opened. Thus, a Fourier transform image (or diffracted light) corresponding to a desired diffraction order (0th order) can be selected. The opening 51 is arranged at a position where a desired Fourier transform image of the Fourier transform images obtained by the first lens L 1 is formed. Further, the position of the opening 51 is in a plane shape. This corresponds to the position where the light emitting member 11 is disposed. Here, the planar shape of the opening 51 in the spatial filter SF may be determined based on the shape of the Fourier transform image. The size of the opening 51 is equal to the size of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 and imaged on the spatial filter SF. The angle θ between the width of the gap existing between the adjacent openings 51 (the distance between the edges of the adjacent openings 51) with respect to the observer is as close as possible to 0 radians. The Fourier transform image obtained based on the illumination light emitted from each planar light emitting member 11 corresponds to the position of each planar light emitting member 11 by the first lens L 1 , for example, in a rectangular shape, An image is formed in the spatial filter SF. The number of Fourier transform images passing through the spatial filter SF is finally U 0 × V 0 .

各面状発光部材11は、一端面112から光を出射するロッドインテグレータ111、及び、このロッドインテグレータ111の他端面113に配置された発光ダイオード116から構成されている。ロッドインテグレータ(カレイドスコープ)111を、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状は矩形である。そして、図8の(A)に模式的な断面図を示すように、ロッドインテグレータ111は、両端面112,113が開放端の中空部材から作製されている。あるいは又、図8の(B)に模式的な断面図を示すように、一端面112が開放端であり、他端面113が光拡散面から構成された中空部材から作製されている。あるいは又、図8の(C)に模式的な断面図を示すように、透明な材料から作製された中実部材から作製されている。あるいは又、図8の(D)に模式的な断面図を示すように、他端面113に光拡散層114が形成された中実部材から作製されている。あるいは又、図8の(E)に模式的な断面図を示すように、一端面112に光拡散層114が形成された中空部材から作製されている。中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面には、真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層115が設けられている。ロッドインテグレータ111はガラスから作製されている。結束手段(図示せず)を用いて、U0×V0個の面状発光部材11を2次元マトリクス状に隙間無く配列して結束することで、光源10を得ることができる(図8の(F)参照)。図8の(F)にあっては、4×4個の面状発光部材を図示している。 Each planar light emitting member 11 includes a rod integrator 111 that emits light from one end surface 112, and a light emitting diode 116 disposed on the other end surface 113 of the rod integrator 111. When the rod integrator (kaleidoscope) 111 is cut along a virtual plane perpendicular to its axis, the cross-sectional shape is rectangular. As shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 8A, the rod integrator 111 is made of a hollow member whose both end surfaces 112 and 113 are open ends. Alternatively, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 8B, the one end surface 112 is an open end, and the other end surface 113 is made of a hollow member formed of a light diffusion surface. Alternatively, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 8C, it is made of a solid member made of a transparent material. Alternatively, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 8D, the light-diffusing layer 114 is formed on the other end surface 113 and is made of a solid member. Alternatively, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 8E, the hollow member having the light diffusion layer 114 formed on the one end surface 112 is prepared. On the outer surface of the hollow member or the outer surface of the solid member, a light reflecting layer 115 made of an aluminum layer formed by vacuum deposition is provided. The rod integrator 111 is made of glass. By using bundling means (not shown) and arranging U 0 × V 0 planar light emitting members 11 in a two-dimensional matrix without any gaps, the light source 10 can be obtained (FIG. 8). (See (F)). In FIG. 8F, 4 × 4 planar light emitting members are illustrated.

光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cから出射された光束が、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、及び、空間フィルタSFを通過する状態を、模式的に、図4に示す。図4においては、光源10を構成する面状発光部材11Aから出射された光束を実線で示し、面状発光部材11Bから出射された光束を一点鎖線で示し、面状発光部材11Cから出射された光束を点線で示す。また、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された空間フィルタSFにおける像の位置を、それぞれ、符号(11A),(11B),(11C)で示す。尚、光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cのそれぞれの位置番号(これについては後述する)は、例えば、第(5,0)番目、第(0,0)番目、及び、第(−5,0)番目である。ここで、或る面状発光部材が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材は消灯状態となる。 A state in which the light beam emitted from the planar light emitting members 11A, 11B, and 11C constituting the light source 10 passes through the two-dimensional image forming apparatus 30, the first lens L 1 , and the spatial filter SF is schematically illustrated. As shown in FIG. In FIG. 4, a light beam emitted from the planar light emitting member 11A constituting the light source 10 is indicated by a solid line, a light beam emitted from the planar light emitting member 11B is indicated by a one-dot chain line, and is emitted from the planar light emitting member 11C. The luminous flux is indicated by a dotted line. In addition, the positions of the images in the spatial filter SF formed by the illumination light emitted from the planar light emitting members 11A, 11B, and 11C are denoted by reference numerals (11A), (11B), and (11C), respectively. The position numbers (which will be described later) of the planar light emitting members 11A, 11B, and 11C constituting the light source 10 are, for example, the (5,0) th, (0,0) th, and It is the (−5, 0) th. Here, when a certain planar light emitting member is in a light emitting state, all other planar light emitting members are turned off.

面状発光部材11と2次元画像形成装置30との間には、上述したとおり、コリメータレンズ12が配置されている。そして、面状発光部材11から出射され、コリメータレンズ12を通過した照明光によって、2次元画像形成装置30が照明されるが、上述したとおり、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向は、面状発光部材11の2次元的な位置(光出射位置)に依存して立体的に異なっている。即ち、光源10の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、2次元画像形成装置30を照明することができる。   As described above, the collimator lens 12 is disposed between the planar light emitting member 11 and the two-dimensional image forming apparatus 30. The two-dimensional image forming apparatus 30 is illuminated by the illumination light emitted from the planar light emitting member 11 and passed through the collimator lens 12. As described above, the incident direction of the illumination light to the two-dimensional image forming apparatus 30 Are three-dimensionally different depending on the two-dimensional position (light emission position) of the planar light-emitting member 11. That is, the two-dimensional image forming apparatus 30 can be illuminated with illumination light sequentially emitted from different light emission positions of the light source 10 and having different incident directions.

2次元画像形成装置30は2次元的に配列された複数(P×Q個)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。ここで、2次元画像形成装置30は、具体的には、2次元的に配列された、即ち、X方向にP個、Y方向にQ個の、2次元マトリクス状に配列されたP×Q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。尚、開口の平面形状は矩形である。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、M×N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。   The two-dimensional image forming apparatus 30 includes a two-dimensional spatial light modulator having a plurality (P × Q) of pixels 31 arranged two-dimensionally, and each pixel 31 has an opening. Here, the two-dimensional image forming apparatus 30 is specifically arranged in a two-dimensional manner, that is, P × Q arranged in a two-dimensional matrix form of P pieces in the X direction and Q pieces in the Y direction. It consists of a transmissive liquid crystal display device having a single pixel 31, and each pixel 31 is provided with an opening. The planar shape of the opening is a rectangle. When the planar shape of the opening is rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M × N sets of diffracted light are generated. That is, such an aperture forms an amplitude grating that periodically modulates the amplitude (intensity) of the incident light wave and obtains a light amount distribution that matches the light transmittance distribution of the grating.

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(開口率)を制御することによって、光源10を構成する面状発光部材11から出射された照明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、係る開口を面状発光部材11から出射された照明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、M×Nの回折光が生成される。云い換えれば、画素31の数はP×Qであるが故に、総計(P×Q×M×N)本の回折光が生じると考えることもできるし、光源10からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、全体として、M×N×U0×V0個となる。そして、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M×N)に対応した回折角に沿って2次元画像形成装置30から出射される。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。 One pixel 31 is composed of an overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode and including a liquid crystal cell. Then, by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve), that is, by controlling the light transmittance (aperture ratio) of each pixel 31, the planar light emitting member 11 constituting the light source 10 is controlled. By controlling the light transmittance of the emitted illumination light, a two-dimensional image can be obtained as a whole. In the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, a rectangular opening is provided, and when the illumination light emitted from the planar light-emitting member 11 passes through the opening, Fraunhofer diffraction occurs, resulting in each pixel. At 31, M × N diffracted light is generated. In other words, since the number of pixels 31 is P × Q, it can be considered that a total of (P × Q × M × N) diffracted lights are generated, or Fourier formed by the light from the light source 10. The total number of converted images is M × N × U 0 × V 0 . In the two-dimensional image forming apparatus 30, the spatial frequency in the two-dimensional image is emitted from the two-dimensional image forming apparatus 30 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N) generated from each pixel 31. Is done. The diffraction angle varies depending on the spatial frequency in the two-dimensional image.

更には、3次元像表示装置1は、第1のレンズL1によって生成、結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の実像RIを形成する第2のレンズL2を更に備えており、第2のレンズL2の後方(観察者側)に第3のレンズL3を更に備えている。 Further, the three-dimensional image display device 1 performs a real Fourier image of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming device 30 by performing an inverse Fourier transform on the Fourier transform image formed and imaged by the first lens L 1 . A second lens L 2 for forming RI is further provided, and a third lens L 3 is further provided behind the second lens L 2 (observer side).

そして、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。 In Example 1, the first lens L 1 , the second lens L 2 , and the third lens L 3 are specifically composed of convex lenses.

上述したとおり、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、フーリエ変換像を、空間的、且つ、時間的にフィルタリングするための時間的な開閉制御が可能な空間フィルタSFが配置されている。そして、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空間フィルタSF上に結像する。尚、図2においては、便宜上、64個のフーリエ変換像を点状にて図示したが、実際には、フーリエ変換像は矩形形状を有する。そして、図2に示す多数のフーリエ変換像から1つのフーリエ変換像が、面状発光部材11に対応して開状態となった開口部51を通過することで、選択される。 As described above, the two-dimensional image forming apparatus 30 is disposed on the front focal plane (focal plane on the light source side) of the first lens L 1 having the focal length f 1, and the rear side of the first lens L 1 . A spatial filter SF capable of temporal opening / closing control for spatially and temporally filtering the Fourier transform image is disposed on the focal plane (observer-side focal plane). Then, the number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders is generated by the first lens L 1 , and these Fourier transform images are formed on the spatial filter SF. In FIG. 2, for the sake of convenience, 64 Fourier transform images are illustrated as dots, but actually, the Fourier transform images have a rectangular shape. Then, one Fourier transform image is selected from the many Fourier transform images shown in FIG. 2 by passing through the opening 51 that is in an open state corresponding to the planar light emitting member 11.

ここで、2次元画像形成装置30の対角の長さをDPS、得られる立体画像の対角の長さをIGSとすれば、これらの対角の長さと、第1のレンズL1の焦点距離f1、第2のレンズL2の焦点距離f2との間には、「k」を定数としたとき、以下の関係が成立する。
IGS/DPS=k・f2/f1
Here, if the diagonal length of the two-dimensional image forming apparatus 30 is DP S and the diagonal length of the obtained stereoscopic image is IG S , these diagonal lengths and the first lens L 1 the focal length f 1 of, between the focal length f 2 of the second lens L 2, when the constant "k", the following relation is established.
IG S / DP S = k · f 2 / f 1

従って、光源10から出射された光(照明光)の波長及び2次元画像形成装置30における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第1のレンズL1の焦点距離f1及び第2のレンズL2の焦点距離f2を適切に選択することで、画像の大きさを規定することができる。実施例1にあっては、具体的には、
1=50mm
2=25mm
とした。
Therefore, instead of defining the size of the image based on the diffraction at wavelength and the two-dimensional image forming apparatus 30 of the light emitted (illumination light) from the light source 10, the focal length f 1 and the first lens L 1 By appropriately selecting the focal length f 2 of the second lens L 2 , the size of the image can be defined. Specifically, in Example 1,
f 1 = 50 mm
f 2 = 25 mm
It was.

2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11から成る光源10の模式的な正面図を図6に示し、液晶表示装置から成る空間フィルタSFの模式的な正面図を図7に示す。図6及び図7中、数字(u,v)は、光源10を構成する面状発光部材11あるいは空間フィルタSFを構成する開口部51の位置番号を示す。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、第(3,2)番目に位置する面状発光部材11による2次元画像の所望のフーリエ変換像(例えば0次の回折に対応するフーリエ変換像)のみが入射し、第(3,2)番目の開口部51を通過する。第(3,2)番目に位置する面状発光部材11による2次元画像の所望のフーリエ変換像以外のフーリエ変換像は、空間フィルタSFによって遮られる。焦点距離f2を有する第2のレンズL2の前側焦点面には空間フィルタSFが配置されている。更には、第2のレンズL2の後側焦点面と、焦点距離f3を有する第3のレンズL3の前側焦点面とが一致するように、第2のレンズL2及び第3のレンズL3が配置されている。そして、焦点距離f2を有する第2のレンズL2は、空間フィルタSFによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の実像RIを形成する。即ち、第2のレンズL2の後側焦点面に、2次元画像形成装置30によって形成された2次元画像の実像RIが形成されるように配置されている。ここで得られる実像RIの2次元画像形成装置30に対する倍率は、第2のレンズL2の焦点距離f2を任意に選択することによって変化させることができる。また、焦点距離f3を有する第3のレンズL3は、空間フィルタSFによってフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIを形成する。 FIG. 6 shows a schematic front view of the light source 10 composed of a plurality of planar light emitting members 11 arranged in a two-dimensional matrix, and FIG. 7 shows a schematic front view of the spatial filter SF formed of a liquid crystal display device. . 6 and 7, numerals (u, v) indicate the position numbers of the planar light emitting member 11 constituting the light source 10 or the opening 51 constituting the spatial filter SF. That is, for example, in the (3, 2) -th opening 51, a desired Fourier transform image (for example, zero-order diffraction) of a two-dimensional image by the (3, 2) -th planar light emitting member 11 is provided. Only the corresponding Fourier transform image) enters and passes through the (3, 2) th opening 51. A Fourier transform image other than the desired Fourier transform image of the two-dimensional image by the (3, 2) th planar light emitting member 11 is blocked by the spatial filter SF. A spatial filter SF is disposed on the front focal plane of the second lens L 2 having the focal length f 2 . Furthermore, the back focal plane of the second lens L 2, such that the third front focal plane of the lens L 3 with a focal length f 3 matches, the second lens L 2 and third lens L 3 is arranged. The second lens L 2 having the focal length f 2 performs the inverse Fourier transform on the Fourier transform image filtered by the spatial filter SF, thereby realizing the real image RI of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30. Form. That is, the second lens L 2 is disposed so that a real image RI of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is formed on the rear focal plane of the second lens L 2 . The magnification of the real image RI obtained here with respect to the two-dimensional image forming apparatus 30 can be changed by arbitrarily selecting the focal length f 2 of the second lens L 2 . The third lens L 3 having a focal length f 3 forms a conjugate image CI of the Fourier transform image filtered by the spatial filter SF.

ここで、第3のレンズL3の後側焦点面は空間フィルタSFの共役面であることから、空間フィルタSF上の1つの開口部51に相当する部分から、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分(P×Q)であって、空間フィルタSFを通過した光線である。即ち、空間フィルタSF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L3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面状発光部材11から出射され、2次元画像形成装置30に入射する照明光の方向成分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(共役像CIが形成される面)に、図32に示したプロジェクタ・ユニット501が複数の数(具体的にはU0×V0個)、配置されている状態と等価である。 Here, since the rear focal plane of the third lens L 3 is a conjugate plane of the spatial filter SF, it is generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 from a portion corresponding to one opening 51 on the spatial filter SF. This is equivalent to the output of the two-dimensional image. The amount of light finally generated and output is the number of pixels (P × Q), and is the light that has passed through the spatial filter SF. That is, the amount of light passing through the spatial filter SF is not substantially reduced by passing and reflecting the subsequent components of the three-dimensional image display device. Further, a conjugate image CI of the Fourier transform image is formed on the rear focal plane of the third lens L 3 , but the direction component of the conjugate image of the two-dimensional image is emitted from the planar light-emitting member 11 and the two-dimensional image. since defined by the direction component of the illumination light entering the forming device 30, in the back focal plane of the third lens L 3, it can be regarded that the light ray groups are arranged in a two dimensional manner orderly. That is, as a whole, there are a plurality of projector units 501 shown in FIG. 32 (specifically, U 0 ××) on the rear focal plane of the third lens L 3 (surface on which the conjugate image CI is formed). V 0 ), which is equivalent to the arranged state.

図5の(A)及び(B)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、M×N組の回折光が生成される。尚、図5の(A)及び(B)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(例えば、±5次)の回折光が生成され、これらの回折光の一部(具体的には、例えば、0次光)に基づき、最終的に立体画像が形成される。尚、図5の(A)は、面状発光部材11Bから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示し、図5の(B)は、面状発光部材11Aから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示す。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、P×Q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、面状発光部材11からの照明光が各画素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M×N)に対応した回折角に沿って出射される。即ち、2次元画像のM×N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M×N)に対応した回折角に沿って出射される。 As schematically shown in FIGS. 5A and 5B, one pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 causes a total of M × N sets of diffracted light along the X and Y directions. Generated. 5A and 5B, the zero-order light (n 0 = 0), the ± first-order light (n 0 = ± 1), and the ± second-order light (n 0 = ± 2). Although only the diffracted light is shown as a representative, actually, higher order (for example, ± 5th order) diffracted light is generated, and a part of these diffracted light (specifically, for example, 0 Based on the next light, a stereoscopic image is finally formed. 5A schematically shows the diffracted light formed by the light beam emitted from the planar light emitting member 11B, and FIG. 5B shows the light beam emitted from the planar light emitting member 11A. The diffracted light formed by is schematically shown. Here, all image information (information of all pixels) of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is collected in the diffracted light (light beam) of each diffraction order. A plurality of light ray groups generated by diffraction from the same pixel on the two-dimensional image forming apparatus 30 all have the same image information at the same time. In other words, in the two-dimensional image forming apparatus 30 composed of a transmissive liquid crystal display device having P × Q pixels 31, the illumination light from the planar light emitting member 11 is modulated by the pixels 31 to generate a two-dimensional image. And the spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N) generated from each pixel 31. That is, M × N types of copies of the two-dimensional image are emitted from the two-dimensional image forming apparatus 30 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N).

そして、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、0次の回折に対応するフーリエ変換像)のみを空間フィルタSFを通過させ、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次元画像の実像RIが形成され、この2次元画像の実像RIは、第3のレンズL3に入射し、第3のレンズL3によって共役像CIが結像される。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、2次元画像形成装置30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、空間フィルタSFを通過する。こうして、第3のレンズL3によって結像された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。そして、第3のレンズL3において、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。 Then, the spatial frequency in the two-dimensional image in which all image information of the two-dimensional image formed by the two-dimensional image forming apparatus 30 is aggregated is Fourier-transformed by the first lens L 1 , and a plurality of diffractions generated from each pixel 31. A number of Fourier transform images corresponding to the order are generated. Then, among these Fourier transform images, only a predetermined Fourier transform image (for example, a Fourier transform image corresponding to the 0th-order diffraction) is passed through the spatial filter SF. Further, the selected Fourier transform image is the first Fourier transform image. Inverse Fourier transform is performed by the second lens L 2 , and a real image RI of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is formed. The real image RI of the two-dimensional image is incident on the third lens L 3 , A conjugate image CI is formed by the third lens L 3 . Note that the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information in which the spatial frequency of the pixel structure is a carrier frequency, but only in a region of image information having a 0th-order plane wave as a carrier (that is, the maximum spatial frequency of the pixel structure). In other words, it can be obtained as first-order diffraction using the 0th-order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency, and the pixel structure (aperture structure) of the two-dimensional image forming apparatus 30 is obtained. A spatial frequency that is less than or equal to half the spatial frequency passes through the spatial filter SF. Thus, in the conjugate image of the two-dimensional image formed by the third lens L 3 , the pixel structure of the two-dimensional image forming apparatus 30 is not included, while the 2 generated by the two-dimensional image forming apparatus 30. All of the spatial frequencies in the dimensional image are included. Then, in the third lens L 3 , a spatial frequency Fourier transform image in the conjugate image of the two-dimensional image is generated.

以下、空間フィルタSFにおける開口部51の開閉制御のタイミングについて説明する。   Hereinafter, the timing of opening / closing control of the opening 51 in the spatial filter SF will be described.

空間フィルタSFにおいては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するために、2次元画像形成装置30の画像出力と同期して、開口部51の開閉制御を行う。この操作を、図9、図10、及び、図11を参照して説明する。尚、図9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9の中段は、空間フィルタSFにおける第(3,2)番目の開口部51の開閉タイミングを示し、図9の下段は、第(3,3)番目の開口部51の開閉タイミングを示す。   In the spatial filter SF, in order to select a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order, the opening / closing control of the opening 51 is performed in synchronization with the image output of the two-dimensional image forming apparatus 30. This operation will be described with reference to FIGS. 9, 10, and 11. FIG. 9 shows the image output timing in the two-dimensional image forming apparatus 30, and the middle stage in FIG. 9 shows the opening / closing timing of the (3, 2) -th opening 51 in the spatial filter SF. The lower part of FIG. 9 shows the opening / closing timing of the (3, 3) th opening 51.

図9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t1S〜t1Eの間(期間TM1)に画像「A」が表示され、時間t2S〜t2Eの間(期間TM2)に画像「B」が表示されるとする。このとき、光源10においては、期間TM1にあっては第(3,2)番目の面状発光部材11のみを発光状態とし、期間TM2にあっては第(3,3)番目の面状発光部材11のみを発光状態とする。このように、各面状発光部材11から順次出射され、2次元画像形成装置30への入射方向が異なる照明光を使用し、しかも、係る照明光を各画素31によって変調する。一方、空間フィルタSFにおいては、図9に示すように、期間TM1にあっては第(3,2)番目の開口部51を、期間TM2にあっては第(3,3)番目の開口部51を開状態とする。こうして、2次元画像形成装置30における同じ画素31において異なる回折次数として生成され、第1のレンズL1によって生成されるフーリエ変換像に、異なる画像情報を付加することができる。云い換えれば、期間TM1にあっては、第(3,2)番目の面状発光部材11を発光状態とすることで、2次元画像形成装置30における或る画素31において得られる0次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「A」に関する画像情報、及び、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向情報が含まれている。一方、期間TM2にあっては、第(3,3)番目の面状発光部材11を発光状態とすることで、2次元画像形成装置30における同じ或る画素において得られる0次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「B」に関する画像情報、及び、照明光の2次元画像形成装置30への入射方向情報が含まれている。 As shown in FIG. 9, in the two-dimensional image forming apparatus 30, for example, the image “A” is displayed during time t 1S to t 1E (period TM 1 ), and during time t 2S to t 2E (period TM 2). ) Is displayed as an image “B”. At this time, the light source 10 is, in the period TM 1 is set to the (3,2) th planar light emitting member 11 only emission state, in the period TM 2 the (3,3) th surface Only the light emitting member 11 is in a light emitting state. In this way, illumination light that is sequentially emitted from each planar light emitting member 11 and has a different incident direction to the two-dimensional image forming apparatus 30 is used, and the illumination light is modulated by each pixel 31. On the other hand, in the spatial filter SF, as shown in FIG. 9, the In the period TM 1 the (3, 2) th aperture 51, in the period TM 2 the (3,3) th The opening 51 is opened. In this way, different image information can be added to the Fourier transform image generated as different diffraction orders in the same pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 and generated by the first lens L 1 . Stated words, In the period TM 1, the (3, 2) th planar light emitting member 11 by a light emitting state, zero order obtained in one pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 The Fourier transform image having the diffraction order includes image information regarding the image “A” and incident direction information of the illumination light on the two-dimensional image forming apparatus 30. On the other hand, in the period TM 2 , the 0th-order diffraction order obtained in the same certain pixel in the two-dimensional image forming apparatus 30 by bringing the (3, 3) -th planar light emitting member 11 into the light emitting state. Includes the image information related to the image “B” and the incident direction information of the illumination light to the two-dimensional image forming apparatus 30.

図10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開口部51の制御のタイミングとを模式的に示す。期間TM1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、M×N個のフーリエ変換像が空間フィルタSFの対応する第(3,2)番目の開口部51を中心としてフーリエ変換像「α」として集光される。期間TM1では、第(3,2)番目の開口部51のみを開くので、0次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタSFを通過する。次の期間TM2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M×N個のフーリエ変換像が空間フィルタSFの対応する第(3,3)番目の開口部51を中心にフーリエ変換像「β」として集光される。期間TM2では、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、0次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタSFを通過する。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、空間フィルタSFにおける開口部51の開閉制御を行う。尚、図10において、開状態の開口部51を実線で囲み、閉状態の開口部51を点線で囲んだ。また、開状態にある開口部51を通過するフーリエ変換像「α」,「β」,「γ」は、0次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、明るい。一方、閉状態にある開口部51の部分に衝突するフーリエ変換像「α」,「β」,「γ」は、高次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、暗い。従って、場合によっては、空間フィルタSFは不要である。空間フィルタSFが占める空間を或る時間長さで眺めた場合、U0×V0個の矩形形状の像(フーリエ変換像)が2次元マトリクス状に並んだ状態(図2に示した状態に類似した状態)が見られるであろう。 FIG. 10 schematically shows the timing of image formation and the timing of controlling the opening 51 in the two-dimensional image forming apparatus 30. In the period TM 1 , the image “A” is displayed in the two-dimensional image forming apparatus 30, and M × N Fourier transform images pass through the corresponding (3, 2) -th opening 51 of the spatial filter SF. Focused as a Fourier transform image “α” as the center. In the period TM 1 , since only the (3, 2) th opening 51 is opened, only the Fourier transform image “α” having the 0th diffraction order passes through the spatial filter SF. In the next period TM 2 , the image “B” is displayed in the two-dimensional image forming apparatus 30, and similarly, the M × N Fourier transform images correspond to the (3, 3) th corresponding to the spatial filter SF. The light is collected as a Fourier transform image “β” around the opening 51. In the period TM 2 , since only the (3, 3) th opening 51 is opened, only the Fourier transform image “β” having the 0th-order diffraction order passes through the spatial filter SF. Thereafter, the opening / closing control of the opening 51 in the spatial filter SF is sequentially performed in synchronization with the image forming timing of the two-dimensional image forming apparatus 30. In FIG. 10, the opening 51 in the open state is surrounded by a solid line, and the opening 51 in the closed state is surrounded by a dotted line. Further, the Fourier transform images “α”, “β”, and “γ” that pass through the opening 51 in the open state are bright because they are images obtained based on the zeroth diffraction order. On the other hand, the Fourier transform images “α”, “β”, and “γ” that collide with the portion of the opening 51 in the closed state are dark because they are images obtained based on the higher-order diffraction orders. Therefore, in some cases, the spatial filter SF is not necessary. When the space occupied by the spatial filter SF is viewed for a certain length of time, U 0 × V 0 rectangular images (Fourier transform images) are arranged in a two-dimensional matrix (the state shown in FIG. 2). A similar situation) will be seen.

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開口部51の開閉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11に模式的に示す。図11において、画像「A’」は、第(3,2)番目の開口部51のみを開くので、第(3,2)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像であり、画像「B’」は、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、第(3,3)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像であり、画像「C’」は、第(4,2)番目の開口部51のみを開くので、第(4,2)番目の面状発光部材11が発光状態にあるときの0次の回折次数を有するフーリエ変換像「γ」のみが空間フィルタSFを通過する結果得られる画像である。尚、図11に示す画像は、観察者が眺める画像である。図11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11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、全ての面状発光部材11から順次出射された照明光に基づく(U0×V0)個の画像の選択が行われる。図11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。 When the image formation in the two-dimensional image forming apparatus 30 and the opening / closing control of the opening 51 are performed at such timing, an image obtained as the final output of the three-dimensional image display apparatus is schematically shown in FIG. . In FIG. 11, since the image “A ′” opens only the (3, 2) th opening 51, the 0th order when the (3,2) th planar light emitting member 11 is in the light emitting state. Only the Fourier transform image “α” having the diffraction order is an image obtained as a result of passing through the spatial filter SF, and the image “B ′” opens only the (3, 3) -th opening 51, so 3, 3) Only the Fourier transform image “β” having the zeroth diffraction order when the planar light emitting member 11 is in the light emitting state is an image obtained as a result of passing through the spatial filter SF, and the image “C ′ ”Opens only the (4,2) -th opening 51, so that a Fourier transform image“ 0th-order diffraction order when the (4,2) -th planar light-emitting member 11 is in a light-emitting state “ Only “γ” is an image obtained as a result of passing through the spatial filter SF. Note that the image shown in FIG. 11 is an image viewed by an observer. In FIG. 11, for convenience, the image and the image are divided by solid lines, but the solid lines are virtual solid lines. In addition, to be exact, the image shown in FIG. 11 is not obtained at the same time, but since the image switching period is very short, it is observed as if it is simultaneously displayed to the eyes of the observer. The For example, (U 0 × V 0 ) images are selected based on illumination light sequentially emitted from all the planar light emitting members 11 within a display period of one frame. Although it is illustrated in a plan view in FIG. 11, it is a stereoscopic image that is actually observed by the observer.

即ち、前述したように、第3のレンズL3の後側焦点面からは、(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32に示したプロジェクタ・ユニットが複数の面状発光部材11の数(具体的にはU0×V0個)だけ配置されており、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。 That is, as described above, from the rear focal plane of the third lens L 3 (for example, image “A ′”, image “B ′”... Image “C ′” in time series). Is output. That is, as a whole, the projector unit shown in FIG. 32 is provided on the rear focal plane of the third lens L 3 by the number of the plurality of planar light emitting members 11 (specifically, U 0 × V 0 ). The image “A ′” is output from one projector unit, the image “B ′” is output from another projector unit, and the image “C” is output from another projector unit in time series. Equivalent if '"is output. For example, if the image is reproduced in time series in the two-dimensional image forming apparatus 30 based on data of a large number of images (or images created by a computer) obtained by photographing a certain object from various positions (angles). A stereoscopic image can be obtained based on these images.

空間フィルタSFに設けられた開口部51の開閉制御を、全ての開口部51に対して行わなくともよい。即ち、例えば、1つおきに開口部51の開閉制御を行ってもよいし、所望の位置に位置する開口部51だけの開閉制御を行ってもよい。   The opening / closing control of the openings 51 provided in the spatial filter SF may not be performed for all the openings 51. That is, for example, the opening / closing control of every other opening 51 may be performed, or the opening / closing control of only the opening 51 located at a desired position may be performed.

例えば、焦点距離f2が50mm、Fナンバーが1.4の第2のレンズL2を用いたと想定する。ここで、2次元画像形成装置30の対角の長さDPSを22.4mmとする。このとき、画角は24.6度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである35.7mmが最大値となる。一方、焦点距離f2が20mm、Fナンバーが1.4の第2のレンズL2を用いる場合、画角は58.5度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである14.3mmが最大値となる。このように、短焦点距離のレンズを用いる場合、レンズの大口径化を図らなければならないが、大口径化のレンズを用いる場合、収差に起因した画像の乱れが大きな問題となる。実施例1においては、2次元画像データ送出手段を備えることで、係る問題に対処している。 For example, it is assumed that a second lens L 2 having a focal length f 2 of 50 mm and an F number of 1.4 is used. Here, the diagonal length DP S of the two-dimensional image forming apparatus 30 is 22.4 mm. At this time, the angle of view is 24.6 degrees. The maximum image size is 35.7 mm, which is the size of the lens aperture. On the other hand, when the second lens L 2 having a focal length f 2 of 20 mm and an F number of 1.4 is used, the angle of view is 58.5 degrees. The maximum image size is 14.3 mm which is the size of the lens aperture. As described above, when a lens with a short focal length is used, it is necessary to increase the diameter of the lens. However, when a lens with a large diameter is used, image distortion caused by aberration becomes a serious problem. In the first embodiment, such a problem is addressed by including a two-dimensional image data transmission unit.

実施例1、あるいは、後述する実施例2〜実施例7の3次元像表示装置にあっては、2次元画像形成装置の動作の制御は、図示しない2次元画像データ送出手段(具体的には、パーソナルコンピュータから成る)によって行われる。即ち、パーソナルコンピュータに備えられた記録手段(例えば、ハードディスク)に、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差(例えば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲といった所謂ザイデルの5収差)を補正した2次元画像データを記録しておく。あるいは又、(u,v)の値等をパラメータとした、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子をパーソナルコンピュータに備えられた記録手段に記録しておく。   In the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment or the second to seventh embodiments described later, the operation of the two-dimensional image forming apparatus is controlled by a two-dimensional image data sending means (specifically, not shown). Consisting of a personal computer). That is, aberrations (for example, spherical aberration, coma aberration, astigmatism, field curvature, distortion, etc.) caused by an optical system constituting the three-dimensional image display device are recorded on a recording means (for example, a hard disk) provided in the personal computer. Two-dimensional image data corrected for Seidel's five aberrations) is recorded. Alternatively, an operator for correcting the aberration caused by the optical system constituting the three-dimensional image display device using the value of (u, v) or the like as a parameter is recorded in a recording means provided in the personal computer. .

2次元画像データ送出手段においては、以下の処理がなされる。即ち、収差補正前のビデオ信号に相当する2次元画像データData(A)に基づき理想的に再生された収差が無い3次元像(立体画像)を「A」、実際に、2次元画像データData(A)に基づき再生されたときの3次元像(立体画像)を「a」(各種の収差が含まれている)とする。2次元画像データData(A)として、限定するものではないが、例えば、テストパターンを挙げることができる。このとき、実際に再生されたときの3次元像(立体画像)が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。即ち、例えば、テストパターンが所定の画像となるように、元の2次元画像データData(A)を補正する。より具体的には、例えば、テストパターンの画像を2次元画像形成装置30から出射する。そして、最も収差の少ない画像である第(0,0)番目の開口部51を開口して得られた再生3次元像(立体画像)と、所定の第(u,v)番目の開口部51を開口して得られた再生3次元像(立体画像)とを画像処理することで比較し、これらの2つの再生3次元像に差が生じないように、あるいは又、差が少なくなるように、テストパターンのデータを、例えば、作業者が補正するといった作業を繰り返し行うことで、例えば、(P,Q)の値、(u,v)の値をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。こうして、実際に再生されたときの3次元像(立体画像)が「A」となるように、元の2次元画像データData(A)を最終的に補正して得られた2次元画像データをData(A’)としたとき、(u,v)の値等が決まれば、元の収差補正前の2次元画像データData(A)と最終的に収差補正された2次元画像データData(A’)との間の一定の関係(一種の演算子)を得ることができる。云い換えれば、係る一定の関係(演算子)を求め、決定する。そして、元の収差補正前の2次元画像データ(ビデオ信号に相当する)を係る関係に基づき収差補正した2次元画像データ(即ち、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データ)を記録手段に記録しておき、この収差補正後の2次元画像データによって3次元像(立体画像)を再生する。あるいは又、3次元像表示装置に外部から送られてくるビデオ信号に相当する2次元画像データData(A)に対して、リアルタイムで係る演算子に基づき収差補正を施し、収差補正された2次元画像データData(A’)に基づき、3次元像表示装置において3次元像(立体画像)を再生する。こうして、3次元像表示装置を構成する光学系(例えば、光源10、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL2、第3のレンズL3)によって生じる収差を予め補正した2次元画像データに基づき、2次元画像形成装置30において2次元画像を生成するので、収差の無い、あるいは、収差の少ない3次元画像(立体画像)を表示することができる。また、3次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの5収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。 The two-dimensional image data sending means performs the following processing. That is, a three-dimensional image (stereoscopic image) having no aberration ideally reproduced based on the two-dimensional image data Data (A) corresponding to the video signal before aberration correction is “A”, and actually the two-dimensional image data Data. The three-dimensional image (stereoscopic image) when reproduced based on (A) is defined as “a” (various aberrations are included). Examples of the two-dimensional image data Data (A) include, but are not limited to, test patterns. At this time, the original two-dimensional image data Data (A) is corrected based on, for example, simulation so that the three-dimensional image (stereoscopic image) when actually reproduced becomes “A”, or trial Correct by mistake. That is, for example, the original two-dimensional image data Data (A) is corrected so that the test pattern becomes a predetermined image. More specifically, for example, an image of a test pattern is emitted from the two-dimensional image forming apparatus 30. Then, a reproduced three-dimensional image (stereoscopic image) obtained by opening the (0,0) -th opening 51 which is an image having the least aberration, and a predetermined (u, v) -th opening 51. The reproduced three-dimensional image (stereoscopic image) obtained by opening the image is compared by performing image processing, so that no difference occurs between these two reproduced three-dimensional images, or the difference is reduced. For example, by repeating the operation of correcting the test pattern data by, for example, an operator, for example, obtaining a kind of operator using the values of (P, Q) and (u, v) as parameters. Can do. Thus, the two-dimensional image data obtained by finally correcting the original two-dimensional image data Data (A) so that the three-dimensional image (stereoscopic image) when actually reproduced becomes “A”. When Data (A ′) is determined, if the value of (u, v) is determined, the original two-dimensional image data Data (A) before aberration correction and the finally corrected two-dimensional image data Data (A ') To get a certain relationship (a kind of operator). In other words, a certain relationship (operator) is obtained and determined. Then, the original two-dimensional image data before aberration correction (corresponding to a video signal) is corrected for aberrations based on the relationship, ie, the aberration generated by the optical system constituting the three-dimensional image display device is corrected. 2D image data) is recorded in the recording means, and a 3D image (stereoscopic image) is reproduced by the 2D image data after the aberration correction. Alternatively, aberration correction is performed on the two-dimensional image data Data (A) corresponding to a video signal sent from the outside to the three-dimensional image display device based on the operator in real time, and the two-dimensional image subjected to the aberration correction is corrected. Based on the image data Data (A ′), a three-dimensional image (stereoscopic image) is reproduced in the three-dimensional image display device. Thus, an optical system constituting the three-dimensional image display device (for example, the light source 10, the two-dimensional image forming device 30, the first lens L 1 , the spatial filter SF, the second lens L 2 , and the third lens L 3 ). Since the two-dimensional image is generated in the two-dimensional image forming apparatus 30 based on the two-dimensional image data in which the aberration caused by the above is corrected in advance, it is possible to display a three-dimensional image (stereoscopic image) having no aberration or little aberration. it can. Further, if the three-dimensional image display device is driven, for example, by field sequential driving, not only Seidel's five aberrations but also chromatic aberrations can be corrected.

以上に説明したように、実施例1の3次元像表示装置にあっては、2次元画像形成装置の動作の制御は、図示しないパーソナルコンピュータによって行われる。実施例1の3次元像表示装置は、実施例1において説明した構成要素に加えて、上述したとおり、記録手段(例えば、ハードディスク)を備えたコンピュータ(2次元画像データ送出手段)を有している。そして、この記録手段には、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差(例えば、ザイデルの5収差や、色収差)を補正した2次元画像データが記録されている。あるいは又、(u,v)の値等をパラメータとした、3次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子が記録されている。そして、コンピュータによって、2次元画像形成装置における2次元画像の生成を制御する。尚、フーリエ変換像選択手段(具体的には、空間フィルタ)は、光学系においては、所謂瞳面に配置されている。従って、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタの動作によって、瞳面は分割された状態となり、瞳が縮小されたことと等価となる。それ故、光学系の瞳面を分割し、2次元画像形成装置における2次元画像の生成、及び、分割された瞳面を、時系列的に制御することで、2次元画像の生成及び分割された瞳面の時系列的な制御と同期した動的な画像出力によって、所望の画像を得ることができる。   As described above, in the 3D image display apparatus according to Embodiment 1, the operation of the 2D image forming apparatus is controlled by a personal computer (not shown). In addition to the components described in the first embodiment, the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment includes a computer (two-dimensional image data sending unit) including a recording unit (for example, a hard disk) as described above. Yes. The recording means records two-dimensional image data in which aberrations (for example, Seidel's five aberrations and chromatic aberration) generated by the optical system constituting the three-dimensional image display device are corrected. Alternatively, an operator for correcting aberrations caused by the optical system constituting the three-dimensional image display device using the value of (u, v) or the like as a parameter is recorded. Then, the computer controls the generation of the two-dimensional image in the two-dimensional image forming apparatus. Note that the Fourier transform image selection means (specifically, a spatial filter) is arranged on a so-called pupil plane in the optical system. Therefore, the pupil plane is divided by the operation of the spatial filter having the opening that can be controlled to open and close, which selects the Fourier transform image corresponding to the desired diffraction order, which is equivalent to the reduction of the pupil. Therefore, a two-dimensional image is generated and divided by dividing the pupil plane of the optical system, generating a two-dimensional image in the two-dimensional image forming apparatus, and controlling the divided pupil plane in time series. A desired image can be obtained by dynamic image output synchronized with time-series control of the pupil plane.

また、実施例1の3次元像表示装置1によれば、所定の面状発光部材11を発光させる一方、空間フィルタSFにおける所望の開口部51を開口する。従って、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、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、第1のレンズL1によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、空間フィルタSFによって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像CIが形成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。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。そして、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。しかも、光(照明光)は、点状ではなく、面状にて光源10(面状発光部材11)から出射されるので、第1レンズL1の後方に形成された像が、明るい輝点として2次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察されるので、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。 Further, according to the three-dimensional image display device 1 of Example 1, the predetermined planar light emitting member 11 emits light, while the desired opening 51 in the spatial filter SF is opened. Accordingly, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders, and is obtained by Fourier transform by the first lens L 1 . The Fourier transform image is spatially and temporally filtered by the spatial filter SF, and a conjugate image CI of the filtered Fourier transform image is formed. It is possible to generate and scatter light groups in a spatially high density and distributed in a plurality of directions. Individual light rays that are components of the light group can be independently and temporally controlled. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional image with light rays that are close to the same quality as real-world objects. Moreover, the light (illumination light) is not a point-like, because it is emitted from the light source 10 at a planar (planar light emitting member 11), an image is formed behind the first lens L 1, a bright bright spot In other words, it does not look like a floating state in a two-dimensional matrix arrangement, but is observed as a flat image in which rectangular areas are connected, so that the observer's line of sight is transformed into this flat image. Therefore, there is little problem that the stereoscopic image is difficult to see.

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、複数の面状発光部材11に依存して2次元画像形成装置30への入射方向が異なる照明光を効率的に利用しているので、従来の画像出力手法と比較して、1つの画像出力デバイス(2次元画像形成装置30)によって制御可能な光線を、面状発光部材11の数(即ち、U0×V0個)だけ得ることができる。しかも、実施例1の3次元像表示装置1によれば、空間的、且つ、時間的に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。 Further, according to the three-dimensional image display device 1 of the first embodiment, since the light beam reproduction method is used, it is possible to provide a stereoscopic image that satisfies visual functions such as focus adjustment, convergence, and motion parallax. . Furthermore, according to the three-dimensional image display apparatus 1 of the first embodiment, the illumination light having different incident directions to the two-dimensional image forming apparatus 30 is efficiently used depending on the plurality of planar light emitting members 11. Therefore, as compared with the conventional image output method, the number of light beams that can be controlled by one image output device (two-dimensional image forming apparatus 30) is the same as the number of planar light emitting members 11 (that is, U 0 × V 0 ). Obtainable. Moreover, according to the three-dimensional image display device 1 of the first embodiment, spatial and temporal filtering is performed, so that the temporal characteristics of the three-dimensional image display device are changed to the spatial characteristics of the three-dimensional image display device. Can be converted. In addition, a stereoscopic image can be obtained without using a diffusion screen or the like. Furthermore, it is possible to provide an appropriate stereoscopic image for observation from any direction. In addition, since a group of light beams can be generated and scattered at a high spatial density, a fine spatial image close to the visual recognition limit can be provided.

尚、後述する実施例2〜実施例7における2次元画像データ送出手段や画像表示方法は、実質的に、実施例1にて説明した2次元画像データ送出手段や画像表示方法と同じであるので、詳細な説明は省略し、以下、専ら、本発明の各態様における3次元像表示装置の説明を行う。   Note that the two-dimensional image data sending means and the image display method in the second to seventh embodiments described later are substantially the same as the two-dimensional image data sending means and the image display method described in the first embodiment. Detailed description will be omitted, and only the three-dimensional image display device in each aspect of the present invention will be described below.

実施例2は、実施例1の変形である。実施例2の3次元像表示装置の概念図を、図12及び図13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2の3次元像表示装置にあっては、反射型の2次元画像形成装置30Aを用いる。反射型の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を挙げることができる。   The second embodiment is a modification of the first embodiment. The conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 2 is shown in FIG.12 and FIG.13. In the three-dimensional image display apparatus of Example 1, the light transmission type two-dimensional image forming apparatus 30 was used. On the other hand, in the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment, a reflective two-dimensional image forming apparatus 30A is used. An example of the reflective two-dimensional image forming apparatus 30A is a reflective liquid crystal display device.

図12に示す実施例2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、面状発光部材11から出射された照明光の内、例えば、S偏光成分の光を反射型の2次元画像形成装置30Aに向けて反射し、P偏光成分の光は透過する。また、2次元画像形成装置30Aからの変調された反射光を透過する。一方、図13に示す実施例2の3次元像表示装置にあっては、ビームスプリッタ70は、面状発光部材11から出射された照明光の内、例えば、P偏光成分の光を透過して、反射型の2次元画像形成装置30Aに向けて出射し、S偏光成分の光を反射する。また、2次元画像形成装置30Aからの変調された反射光を反射する。これらの点を除き、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。   In the three-dimensional image display apparatus according to Embodiment 2 shown in FIG. 12, a beam splitter 70 is provided on the z-axis (optical axis). The beam splitter 70 has a function of transmitting or reflecting light depending on the difference in polarization components. The beam splitter 70 reflects, for example, S-polarized component light of the illumination light emitted from the planar light emitting member 11 toward the reflective two-dimensional image forming apparatus 30A, and transmits P-polarized component light. . Further, the modulated reflected light from the two-dimensional image forming apparatus 30A is transmitted. On the other hand, in the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 13, the beam splitter 70 transmits, for example, light having a P-polarized component in the illumination light emitted from the planar light emitting member 11. Then, the light is emitted toward the reflection type two-dimensional image forming apparatus 30A, and the light of the S polarization component is reflected. Further, the reflected reflected light from the two-dimensional image forming apparatus 30A is reflected. Except for these points, the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment.

反射型の2次元画像形成装置として、代替的に、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)を採用することもでき、この場合には、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。2次元型のMEMSを採用する場合にはビームスプリッタは不要であり、2次元型のMEMSに対して斜め方向から照明光を入射させればよい。   As a reflection type two-dimensional image forming apparatus, a configuration in which movable mirrors are provided in each opening (configuration composed of a two-dimensional type MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix) is adopted instead. In this case, a two-dimensional image is generated by moving / non-moving the movable mirror, and the Fraunhofer diffraction is generated by the opening. When a two-dimensional MEMS is employed, a beam splitter is not necessary, and illumination light may be incident on the two-dimensional MEMS from an oblique direction.

実施例3も、実施例1の変形であり、各面状発光部材11から順次出射された光(照明光)の光強度を測定するための光検出手段80が備えられている。具体的には、実施例3にあっては、光検出手段80はホトダイオードから成り、図14に実施例3の3次元像表示装置のyz平面における概念図を示すように、光源10と2次元画像形成装置30との間、より具体的には、コリメータレンズ12と2次元画像形成装置30との間に、部分反射ミラー(パーシャルリフレクター)81が配置されており、面状発光部材11から2次元画像形成装置30へと入射する光の一部を取り出して、レンズ83を介して光検出手段80に入射させている。   The third embodiment is also a modification of the first embodiment, and includes a light detection means 80 for measuring the light intensity of light (illumination light) sequentially emitted from each planar light emitting member 11. Specifically, in the third embodiment, the light detection means 80 is formed of a photodiode. As shown in a conceptual diagram in the yz plane of the three-dimensional image display device of the third embodiment, FIG. A partial reflection mirror (partial reflector) 81 is arranged between the image forming apparatus 30, more specifically between the collimator lens 12 and the two-dimensional image forming apparatus 30, and the planar light emitting members 11 to 2 are arranged. A part of the light incident on the three-dimensional image forming apparatus 30 is taken out and made incident on the light detection means 80 via the lens 83.

あるいは又、図15に概念図を示すように、空間フィルタSF(フーリエ変換像選択手段)の後方に、より具体的には、第2のレンズL2の後方に、部分反射ミラー82が配置されており、空間フィルタSFから出射した光の一部を取り出して、レンズ(図示せず)を介して光検出手段80に入射させている。 Alternatively, as shown in a conceptual diagram in FIG. 15, a partial reflection mirror 82 is disposed behind the spatial filter SF (Fourier transform image selection means), more specifically, behind the second lens L 2. A part of the light emitted from the spatial filter SF is taken out and made incident on the light detection means 80 through a lens (not shown).

そして、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、面状発光部材11の発光状態を制御する。具体的には、図16に概念図を示すように、2次元画像形成装置30、面状発光部材11、及び、空間フィルタSFの動作は、制御回路90によって制御される。より具体的には、制御回路90は、パルス幅変調(PWM)制御方式に基づき面状発光部材11を構成する発光ダイオード116のオン/オフ制御を行う光源制御回路93、及び、2次元画像形成装置駆動回路91から構成されている。光源制御回路93は、発光素子駆動回路94及び光検出手段制御回路95を備えている。制御回路90は、周知の回路とすることができる。   And based on the measurement result of the light intensity in a light detection means, the light emission state of the planar light emitting member 11 is controlled. Specifically, as shown in a conceptual diagram in FIG. 16, the operations of the two-dimensional image forming apparatus 30, the planar light emitting member 11, and the spatial filter SF are controlled by the control circuit 90. More specifically, the control circuit 90 includes a light source control circuit 93 that performs on / off control of the light emitting diode 116 that constitutes the planar light emitting member 11 based on a pulse width modulation (PWM) control method, and two-dimensional image formation. The device driving circuit 91 is configured. The light source control circuit 93 includes a light emitting element drive circuit 94 and a light detection means control circuit 95. The control circuit 90 can be a known circuit.

面状発光部材11における発光ダイオード116の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段80によって測定され、光検出手段80からの出力は光検出手段制御回路95に入力され、光検出手段制御回路95において、面状発光部材11における発光ダイオード116の例えば輝度及び色度としてのデータ(信号)とされ、係るデータが光源制御回路93に送られて基準データと比較され、その結果に基づき、次の発光における同じ面状発光部材11における発光ダイオード116の発光状態が、光源制御回路93の制御下、発光素子駆動回路94によって制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、発光ダイオード116を流れる電流のオン/オフ制御は、発光素子駆動回路94によって制御されたスイッチング素子(例えば、FETから成るスイッチング素子)97に基づき行われる。また、面状発光部材11を構成する発光ダイオード116の下流には電流検出用の抵抗体rが、発光ダイオード116と直列に挿入されており、抵抗体rを流れる電流が電圧に変換され、抵抗体における電圧降下が所定の値となるように、光源制御回路93の制御下、発光素子駆動電源96の動作が制御される。   The light emitting state of the light emitting diode 116 in the planar light emitting member 11 is measured by the light detecting means 80 made of a photodiode, and the output from the light detecting means 80 is input to the light detecting means control circuit 95, and the light detecting means control circuit 95 The data (signal) as, for example, luminance and chromaticity of the light emitting diode 116 in the planar light emitting member 11 is sent to the light source control circuit 93 and compared with the reference data. Based on the result, the next light emission is performed. A feedback mechanism is formed in which the light emitting state of the light emitting diode 116 in the same planar light emitting member 11 is controlled by the light emitting element driving circuit 94 under the control of the light source control circuit 93. The on / off control of the current flowing through the light emitting diode 116 is performed based on a switching element (for example, a switching element made of FET) 97 controlled by the light emitting element driving circuit 94. Further, a current detecting resistor r is inserted in series with the light emitting diode 116 downstream of the light emitting diode 116 constituting the planar light emitting member 11, and the current flowing through the resistor r is converted into a voltage, and the resistance The operation of the light emitting element driving power source 96 is controlled under the control of the light source control circuit 93 so that the voltage drop in the body becomes a predetermined value.

あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、2次元画像形成装置30の作動状態を制御する。具体的には、面状発光部材11を構成する発光ダイオード116の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段80によって測定され、光検出手段80からの出力は光検出手段制御回路95に入力され、光検出手段制御回路95において、面状発光部材11における発光ダイオード116の例えば輝度及び色度としてのデータ(信号)とされ、係るデータが光源制御回路93に送られて基準データと比較され、その結果が、2次元画像形成装置駆動回路91に送られる。そして、その結果に基づき、同じ面状発光部材11の次の発光時において、画素31の開口における開口率(光透過率)が制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、面状発光部材11の発光状態の制御と、2次元画像形成装置30の作動状態の制御を、併せて行ってもよい。また、光検出手段80における光強度の測定結果に基づき、空間フィルタSFの作動状態を制御する。空間フィルタSFの開口部51における開口率(光透過率)を制御することにより、輝度の補正を可能とする。   Alternatively, the operating state of the two-dimensional image forming apparatus 30 is controlled based on the measurement result of the light intensity in the light detection means. Specifically, the light emitting state of the light emitting diode 116 constituting the planar light emitting member 11 is measured by the light detecting means 80 formed of a photodiode, and the output from the light detecting means 80 is input to the light detecting means control circuit 95, In the light detection means control circuit 95, for example, data (signal) as the luminance and chromaticity of the light emitting diode 116 in the planar light emitting member 11 is sent to the light source control circuit 93 and compared with the reference data, The result is sent to the two-dimensional image forming apparatus drive circuit 91. Based on the result, a feedback mechanism is formed in which the aperture ratio (light transmittance) at the aperture of the pixel 31 is controlled at the next light emission of the same planar light emitting member 11. Note that the control of the light emission state of the planar light emitting member 11 and the control of the operation state of the two-dimensional image forming apparatus 30 may be performed together. Further, based on the measurement result of the light intensity in the light detection means 80, the operating state of the spatial filter SF is controlled. By controlling the aperture ratio (light transmittance) at the opening 51 of the spatial filter SF, the luminance can be corrected.

実施例2において図12及び図13を参照して説明した3次元像表示装置に、光検出手段80を組み込んだ例、即ち、光源10と2次元画像形成装置30との間にビームスプリッタ70を配置し、面状発光部材11から2次元画像形成装置30へと入射する光の一部を取り出して、レンズ(図示せず)を介して光検出手段80に入射させる3次元像表示装置を、図17及び図18に示す。   An example in which the light detection means 80 is incorporated in the three-dimensional image display apparatus described with reference to FIGS. 12 and 13 in the second embodiment, that is, the beam splitter 70 is provided between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatus 30. A three-dimensional image display device that is arranged and takes out part of the light incident on the two-dimensional image forming apparatus 30 from the planar light emitting member 11 and enters the light detection means 80 via a lens (not shown). It shows in FIG.17 and FIG.18.

また、光検出手段80を2次元画像形成装置30に取り付けた例を、図19に示す。尚、図6に示した面状発光部材11のそれぞれの近傍に光検出手段80を配置してもよいし、あるいは又、面状発光部材11に光検出手段を組み込んでもよいし、光源10から2次元画像形成装置30へと入射する光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。   An example in which the light detection means 80 is attached to the two-dimensional image forming apparatus 30 is shown in FIG. Incidentally, the light detecting means 80 may be arranged in the vicinity of each of the planar light emitting members 11 shown in FIG. 6, or the light detecting means may be incorporated in the planar light emitting member 11, or from the light source 10. You may arrange | position a photon detection means in the position which does not block the light which injects into the two-dimensional image forming apparatus 30. FIG.

実施例4、あるいは後述する実施例5〜実施例7は、実施例1〜実施例3の変形であり、具体的には、用いられる面状発光部材の変形例に関する。   Example 4 or Example 5 to Example 7 described later are modifications of Example 1 to Example 3, and specifically, relate to a modification of the planar light emitting member used.

実施例4にあっては、図20の(A)あるいは図20の(B)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Dは、
(a)一端面212から光を出射するロッドインテグレータ211、
(b)ロッドインテグレータ211の他端面213に配置された発光ダイオード216、
(c)ロッドインテグレータ211の一端面212に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材231、並びに、
(d)ロッドインテグレータ211の他端面213の発光ダイオード216から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材221、
から構成されている。
In Example 4, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 20A or FIG.
(A) a rod integrator 211 that emits light from one end surface 212;
(B) a light emitting diode 216 disposed on the other end surface 213 of the rod integrator 211;
(C) a reflective polarizing member 231 that is disposed on one end surface 212 of the rod integrator 211 and transmits a part of the incident light according to the polarization state and reflects the rest, and
(D) a light reflecting member 221 provided in a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode 216 on the other end surface 213 of the rod integrator 211;
It is composed of

ここで、ロッドインテグレータ211や発光ダイオード216の構成、構造は、実施例1におけるロッドインテグレータ111や発光ダイオード116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。尚、図20の(A)あるいは後述する図21の(A)に図示する例では、ロッドインテグレータ211は中実部材から作製されており、図20の(B)あるいは後述する図21の(B)に図示する例では、ロッドインテグレータ211は中空部材から作製されている。また、参照番号215は、中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面に真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層を示す。   Here, the configuration and structure of the rod integrator 211 and the light-emitting diode 216 can be the same as the configuration and structure of the rod integrator 111 and the light-emitting diode 116 in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. In the example shown in FIG. 20A or FIG. 21A described later, the rod integrator 211 is made of a solid member, and FIG. 20B or FIG. In the example illustrated in (1), the rod integrator 211 is made of a hollow member. Reference numeral 215 indicates a light reflecting layer made of an aluminum layer formed by vacuum deposition on the outer surface of the hollow member or the outer surface of the solid member.

反射型偏光部材231は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十nm、ピッチ百数十nmにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。そして、反射型偏光部材231のロッドインテグレータ211の一端面212への配置は、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。光反射部材221は、樹脂等から成る基材にアルミニウム層を真空蒸着することで得ることができる。また、光反射部材221のロッドインテグレータ211の他端面213への配置は、基材を接着することで行うことができる。   The reflective polarizing member 231 has a structure in which, for example, an aluminum rib is formed on the surface of a base material made of a transparent material with a width of several tens of nanometers and a pitch of several hundreds of nanometers. It has a laminated film structure in which a plurality of layers having different rates are stacked. The arrangement of the reflective polarizing member 231 on the one end face 212 of the rod integrator 211 can be achieved by bonding such a base material, or by directly forming a laminated film structure. Can be achieved. The light reflecting member 221 can be obtained by vacuum-depositing an aluminum layer on a substrate made of resin or the like. Further, the light reflecting member 221 can be arranged on the other end surface 213 of the rod integrator 211 by adhering a base material.

実施例4における面状発光部材11Dにあっては、発光ダイオード216から出射され、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ211に入射する。そして、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突した光の内、P偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。一方、S偏光成分は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、光反射部材221に衝突して反射され、更に、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に再び衝突する。このときの光には、ロッドインテグレータ211内における反射によってP偏光成分が生成し、係る生成したP偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。   In the planar light emitting member 11D according to the fourth embodiment, the light emitted from the light emitting diode 216 and having a random polarization state enters the rod integrator 211. The P-polarized component of the light propagating through the rod integrator 211 and colliding with the reflective polarizing member 231 passes through the reflective polarizing member 231 and is emitted from the rod integrator 211. On the other hand, the S-polarized component is reflected by the reflective polarizing member 231, propagates in the rod integrator 211, collides with the light reflecting member 221, is reflected, further propagates in the rod integrator 211, and is reflected by the reflective polarizing member. 231 again. The light at this time generates a P-polarized component by reflection in the rod integrator 211, and the generated P-polarized component passes through the reflective polarizing member 231 and is emitted from the rod integrator 211.

このようなロッドインテグレータ211を伝播する光の偏光状態を、図20の(C)に模式的に示す。ここで、状態[A]にて示す光は、発光ダイオード216から出射され、反射型偏光部材231に衝突し、反射型偏光部材231にて反射された光である。また、状態[B]にて示す光は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、光反射部材221にて反射された光である。更には、状態[C]にて示す光は、光反射部材221にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突する直前の光である。尚、図20の(C)、あるいは、後述する図21の(C)において、X軸は光のP偏光成分を示し、Y軸は光のS偏光成分を示す。   A polarization state of light propagating through such a rod integrator 211 is schematically shown in FIG. Here, the light indicated by the state [A] is light emitted from the light emitting diode 216, colliding with the reflective polarizing member 231, and reflected by the reflective polarizing member 231. The light indicated by the state [B] is light reflected by the reflective polarizing member 231, propagated through the rod integrator 211, and reflected by the light reflecting member 221. Furthermore, the light indicated by the state [C] is light immediately before being reflected by the light reflecting member 221, propagating through the rod integrator 211, and colliding with the reflective polarizing member 231. In FIG. 20C or FIG. 21C described later, the X-axis indicates the P-polarized light component and the Y-axis indicates the S-polarized light component.

そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード216の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード216から出射された光は、効率良く、ロッドインテグレータ211から出射される。   The state as described above is repeated during the light emission of the light emitting diode 216. As a result, the light emitted from the light emitting diode 216 is efficiently emitted from the rod integrator 211.

尚、図22の(A)及び(B)に図示するように、反射型偏光部材231の上にPETフィルムから成る光拡散部材232を接着してもよい。また、光反射部材221と他端面213との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。   Note that, as illustrated in FIGS. 22A and 22B, a light diffusion member 232 made of a PET film may be bonded onto the reflective polarizing member 231. Further, a light diffusing layer may be provided between the light reflecting member 221 and the other end surface 213 similarly to the light diffusing layer 114 of the first embodiment.

実施例5は、実施例4の変形である。実施例5の各面状発光部材11Eにおいては、ロッドインテグレータ211の他端面213と光反射部材221との間に、図21の(A)及び(B)に模式的な断面図を示すように、四分の一波長板222が配置されている。   The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment. In each planar light emitting member 11E of Example 5, typical sectional views are shown in FIGS. 21A and 21B between the other end surface 213 of the rod integrator 211 and the light reflecting member 221. A quarter-wave plate 222 is arranged.

実施例5における面状発光部材11Eにあっては、発光ダイオード216から出射された、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ211に入射する。そして、反射型偏光部材231に衝突した光の内、P偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。一方、S偏光成分は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、四分の一波長板222を通過し、光反射部材221に衝突して反射され、四分の一波長板222を再び通過し、更に、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に再び衝突する。このときの光には、四分の一波長板222内の通過、及び、ロッドインテグレータ211内における反射によってP偏光成分が生成し、係る生成したP偏光成分は、反射型偏光部材231を通過し、ロッドインテグレータ211から出射される。   In the planar light emitting member 11 </ b> E according to the fifth embodiment, light having a random polarization state emitted from the light emitting diode 216 enters the rod integrator 211. Of the light colliding with the reflective polarizing member 231, the P-polarized component passes through the reflective polarizing member 231 and is emitted from the rod integrator 211. On the other hand, the S-polarized component is reflected by the reflective polarizing member 231, propagates through the rod integrator 211, passes through the quarter-wave plate 222, collides with the light reflecting member 221, is reflected, and is divided into quarters. The light passes again through the single wavelength plate 222, further propagates through the rod integrator 211, and collides with the reflective polarizing member 231 again. At this time, a P-polarized component is generated by the light passing through the quarter-wave plate 222 and reflection in the rod integrator 211, and the generated P-polarized component passes through the reflective polarizing member 231. Emitted from the rod integrator 211.

このような状態においてロッドインテグレータ211を伝播する光の偏光状態を、図21の(C)に模式的に示す。ここで、状態[A]にて示す光は、発光ダイオード216から出射され、反射型偏光部材231に衝突し、反射型偏光部材231にて反射された光である。また、状態[B]にて示す光は、反射型偏光部材231にて反射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、四分の一波長板222に入射する直前の光である、更には、状態[C]にて示す光は、四分の一波長板222に入射し、光反射部材221にて反射され、四分の一波長板222を出射した光である。また、状態[D]にて示す光は、四分の一波長板222から出射され、ロッドインテグレータ211内を伝播し、反射型偏光部材231に衝突する直前の光である。四分の一波長板222に入射し、光反射部材221にて反射され、四分の一波長板222を出射した光の偏光状態は、四分の一波長板222に入射する直前の光の偏光状態と相違している。   FIG. 21C schematically shows the polarization state of light propagating through the rod integrator 211 in such a state. Here, the light indicated by the state [A] is light emitted from the light emitting diode 216, colliding with the reflective polarizing member 231, and reflected by the reflective polarizing member 231. In addition, the light shown in the state [B] is the light immediately before being reflected by the reflective polarizing member 231, propagating through the rod integrator 211, and entering the quarter-wave plate 222. The light indicated by [C] is light that is incident on the quarter-wave plate 222, reflected by the light reflecting member 221, and emitted from the quarter-wave plate 222. Further, the light indicated by the state [D] is light immediately before being emitted from the quarter-wave plate 222, propagating through the rod integrator 211, and colliding with the reflective polarizing member 231. The polarization state of the light incident on the quarter-wave plate 222, reflected by the light reflecting member 221 and emitted from the quarter-wave plate 222 is the light just before entering the quarter-wave plate 222. It is different from the polarization state.

そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード216の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード216から出射された光は、実施例4よりも、一層効率良く、ロッドインテグレータ211から出射される。図22の(C)及び(D)に示すように、実施例4と同様に、反射型偏光部材231の上に光拡散部材232を設けてもよい。また、光反射部材221と四分の一波長板222との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板222と他端面213との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。ロッドインテグレータ211の他端面213と四分の一波長板222との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板222と光反射部材221との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材231と光拡散部材232との間に隙間が存在していてもよい。   The state as described above is repeated during the light emission of the light emitting diode 216. As a result, the light emitted from the light emitting diode 216 is emitted from the rod integrator 211 more efficiently than in the fourth embodiment. As shown in FIGS. 22C and 22D, a light diffusing member 232 may be provided on the reflective polarizing member 231 as in the fourth embodiment. Further, a light diffusing layer may be provided between the light reflecting member 221 and the quarter-wave plate 222 in the same manner as the light diffusing layer 114 of the first embodiment, or alternatively, the quarter-wave plate 222 is provided. Like the light diffusion layer 114 of Example 1, a light diffusion layer may be provided between the first end surface 213 and the other end surface 213. There may be a gap between the other end surface 213 of the rod integrator 211 and the quarter-wave plate 222, and there is a gap between the quarter-wave plate 222 and the light reflecting member 221. May be. Furthermore, a gap may exist between the reflective polarizing member 231 and the light diffusing member 232.

実施例6にあっては、図23の(A)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Fは、
(a)第1プリズム310、第2プリズム320及び偏光ビームスプリッター330を備えたPS偏光分離変換素子300、並びに、
(b)発光ダイオード316、
から成る。尚、発光ダイオード316の構成、構造は、実施例1における発光ダイオード116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。
In Example 6, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG.
(A) a PS polarization separation / conversion element 300 including a first prism 310, a second prism 320, and a polarization beam splitter 330, and
(B) light emitting diode 316,
Consists of. The configuration and structure of the light emitting diode 316 can be the same as the configuration and structure of the light emitting diode 116 in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

そして、光学ガラスから作製された第1プリズム310と第2プリズム320とは、偏光ビームスプリッター330の偏光分離面を介して対向して配置されている。また、第1プリズム310には、発光ダイオード316から出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材311、及び、第2光反射部材312が備えられている。ここで、発光ダイオード316から出射され、第1プリズム310に入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッター330によって反射され(図23の(A)においては、黒色の矢印で示す)、第2光反射部材312によって反射され(図23の(A)においては、斜線を付した矢印で示す)、偏光ビームスプリッター330によって再び反射され(図23の(A)においては、斜線を付した矢印で示す)、更に、第1光反射部材311によって反射される。そして、発光ダイオード316から出射され、第1プリズム310に入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材311によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッター330を通過し(これらを、図23の(A)においては、白抜きの矢印で示す)、第2プリズム320の出射面320Aから出射される。   The first prism 310 and the second prism 320 made of optical glass are arranged to face each other with the polarization separation surface of the polarization beam splitter 330 interposed therebetween. In addition, the first prism 310 includes a first light reflecting member 311 and a second light reflecting member 312 provided in a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode 316. Here, the S-polarized light component of the light emitted from the light emitting diode 316 and incident on the first prism 310 is reflected by the polarizing beam splitter 330 (indicated by a black arrow in FIG. 23A), the second Reflected by the light reflecting member 312 (indicated by a hatched arrow in FIG. 23A) and reflected again by the polarizing beam splitter 330 (in FIG. 23A, by a hatched arrow) Further, it is reflected by the first light reflecting member 311. Then, the P-polarized component of the light emitted from the light emitting diode 316 and incident on the first prism 310 and the P-polarized component of the light reflected by the first light reflecting member 311 pass through the polarization beam splitter 330 (these components). (Indicated by a white arrow in FIG. 23A), the light is emitted from the emission surface 320A of the second prism 320.

第1プリズム310は、例えば、第1斜面310A、第2斜面310B、及び、底面310Cを有する三角プリズムから構成されている。また、第2プリズム320も、第1斜面320A、第2斜面320B、及び、底面320Cを有する三角プリズムから構成されている。尚、第1プリズム310の底面310Cと第2プリズム320の底面320Cとは、偏光ビームスプリッター330の偏光分離面を介して対向して配置されている。第1プリズム310の第1斜面310A上には第1光反射部材311が配置されている。第1プリズム310の第2斜面310B上には第2光反射部材312が配置されている。そして、第1プリズム310の第1斜面310Aから入射された光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッター330によって第1プリズム310の第2斜面310Bに向かって反射される。一方、P偏光成分は、偏光ビームスプリッター330を通過し、第2プリズム320の第1斜面320Aから、効率良く、出射される。   The first prism 310 is composed of, for example, a triangular prism having a first slope 310A, a second slope 310B, and a bottom face 310C. The second prism 320 is also composed of a triangular prism having a first slope 320A, a second slope 320B, and a bottom face 320C. The bottom surface 310C of the first prism 310 and the bottom surface 320C of the second prism 320 are disposed to face each other with the polarization separation surface of the polarization beam splitter 330 interposed therebetween. A first light reflecting member 311 is disposed on the first slope 310 </ b> A of the first prism 310. A second light reflecting member 312 is disposed on the second slope 310 </ b> B of the first prism 310. Then, the S-polarized component of the light incident from the first slope 310A of the first prism 310 is reflected by the polarization beam splitter 330 toward the second slope 310B of the first prism 310. On the other hand, the P-polarized component passes through the polarization beam splitter 330 and is efficiently emitted from the first inclined surface 320 </ b> A of the second prism 320.

図23の(B)に示すように、第1プリズム310の第1斜面310Aと第1光反射部材311との間に、四分の一波長板313を配置してもよい。また、場合によっては、第2プリズム320を省略してもよい。実施例6にあっては、第1プリズム310と光反射部材311,312との間に隙間が存在していてもよい。また、第1光反射部材311と四分の一波長板313との間に隙間が存在していてもよいし、第1プリズム310と四分の一波長板313との間に隙間が存在していてもよい。   As shown in FIG. 23B, a quarter-wave plate 313 may be disposed between the first slope 310 </ b> A of the first prism 310 and the first light reflecting member 311. In some cases, the second prism 320 may be omitted. In the sixth embodiment, a gap may exist between the first prism 310 and the light reflecting members 311 and 312. Further, a gap may exist between the first light reflecting member 311 and the quarter-wave plate 313, or a gap may exist between the first prism 310 and the quarter-wave plate 313. It may be.

実施例7にあっては、図24の(A)に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材11Gは、
(a)光学ガラス板から成り、一端面412から光を出射する板状部材411、
(b)板状部材411の他端面413に配置された発光ダイオード416、
(c)板状部材411の一端面412に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材431、
(d)板状部材411の他端面413の発光ダイオード416から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材421、
(e)板状部材411の他端面413と光反射部材421との間に配置された四分の一波長板422、並びに、
(f)反射型偏光部材431の上に設けられた光拡散部材432、
から成る。
In Example 7, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG.
(A) a plate-like member 411 made of an optical glass plate and emitting light from one end surface 412;
(B) a light emitting diode 416 disposed on the other end surface 413 of the plate-like member 411;
(C) A reflective polarizing member 431 that is disposed on one end surface 412 of the plate-like member 411 and transmits a part of incident light according to the polarization state and reflects the rest.
(D) a light reflecting member 421 provided in a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode 416 on the other end surface 413 of the plate-like member 411;
(E) a quarter-wave plate 422 disposed between the other end surface 413 of the plate-like member 411 and the light reflecting member 421, and
(F) a light diffusing member 432 provided on the reflective polarizing member 431;
Consists of.

面状発光部材11Gにおける発光ダイオード416、反射型偏光部材431、光反射部材421、四分の一波長板422、光拡散部材432、光反射層415といった構成要素は、実施例4において説明した面状発光部材11Dの各構成要素と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。また、発光ダイオード416から出射され、板状部材411に入射した光の挙動は、実質的に、図21の(C)を参照して説明した実施例5の面状発光部材11Eにおける光の挙動と同じである。光反射部材421と四分の一波長板422との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板422と他端面413との間に、実施例1の光拡散層114と同様に光拡散層を設けてもよい。板状部材411の他端面413と四分の一波長板422との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板422と光反射部材421との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材431と光拡散部材432との間に隙間が存在していてもよい。   The components of the planar light emitting member 11G such as the light emitting diode 416, the reflective polarizing member 431, the light reflecting member 421, the quarter wave plate 422, the light diffusing member 432, and the light reflecting layer 415 are the surfaces described in the fourth embodiment. Since it can be made the same as each component of 11-shaped light emitting member 11D, detailed description is abbreviate | omitted. The behavior of the light emitted from the light emitting diode 416 and incident on the plate member 411 is substantially the same as the behavior of the light in the planar light emitting member 11E of Example 5 described with reference to FIG. Is the same. A light diffusing layer may be provided between the light reflecting member 421 and the quarter-wave plate 422 in the same manner as the light diffusing layer 114 of the first embodiment. Alternatively, the quarter-wave plate 422 and others may be provided. A light diffusing layer may be provided between the end surface 413 and the light diffusing layer 114 of the first embodiment. There may be a gap between the other end surface 413 of the plate-like member 411 and the quarter-wave plate 422, or there is a gap between the quarter-wave plate 422 and the light reflecting member 421. It may be. Furthermore, a gap may exist between the reflective polarizing member 431 and the light diffusing member 432.

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。実施例においては、光源10と2次元画像形成装置30,30Aとの間にコリメータレンズ12を配置したが、その代わりに、マイクロレンズが2次元マトリクス状に配列されたマイクロレンズアレイを用いることもできる。   Although the three-dimensional image display device of the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. In the embodiment, the collimator lens 12 is disposed between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatuses 30 and 30A. Instead, a microlens array in which microlenses are arranged in a two-dimensional matrix may be used. it can.

光源10が2次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材11を具備し、各面状発光部材11から出射される光の出射方向が異なるように各面状発光部材11を配置してもよい。これによって、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、2次元画像形成装置を照明することができる。実施例1の3次元像表示装置において、このような構成の光源を採用したときの3次元像表示装置の概念図を、図25に示す。図25においては、光源10を構成する面状発光部材11Aから出射された光束の1本を実線で示し、面状発光部材11Bから出射された光束の1本を一点鎖線で示し、面状発光部材11Cから出射された光束の1本を点線で示す。また、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された空間フィルタSFにおける像の位置を、それぞれ、符号(11A),(11B),(11C)で示し、面状発光部材11A,11B,11Cから出射された照明光によって形成された第3のレンズL3の後側焦点面における像の位置を、それぞれ、符号(11a),(11b),(11c)で示す。また、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSFの近傍を拡大した概念図であって、光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cから出射された光束が、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、及び、空間フィルタSFを通過する状態を、模式的に、図26、図27、及び、図28に示す。光源10を構成する面状発光部材11A,11B,11Cのそれぞれの位置番号は、例えば、第(5,0)番目、第(0,0)番目、及び、第(−5,0)番目である。ここで、或る面状発光部材11が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材11は消灯状態となる。図25において、参照番号20は、照明光を整形するためのレンズから構成された照明光学系である。 The light source 10 includes a plurality of planar light emitting members 11 arranged in a two-dimensional matrix, and the planar light emitting members 11 are arranged so that the emission directions of the light emitted from the planar light emitting members 11 are different. Also good. Accordingly, the two-dimensional image forming apparatus can be illuminated with illumination light sequentially emitted from different light emission positions of the light source and having different incident directions. FIG. 25 shows a conceptual diagram of the three-dimensional image display device when the light source having such a configuration is adopted in the three-dimensional image display device of the first embodiment. In FIG. 25, one of the light beams emitted from the planar light emitting member 11A constituting the light source 10 is indicated by a solid line, and one of the light beams emitted from the planar light emitting member 11B is indicated by a one-dot chain line. One of the light beams emitted from the member 11C is indicated by a dotted line. In addition, the positions of the images in the spatial filter SF formed by the illumination light emitted from the planar light emitting members 11A, 11B, and 11C are indicated by reference numerals (11A), (11B), and (11C), respectively, and the planar light emission is performed. The positions of the images on the rear focal plane of the third lens L 3 formed by the illumination light emitted from the members 11A, 11B, and 11C are denoted by reference numerals (11a), (11b), and (11c), respectively. Further, it is a conceptual diagram in which the vicinity of the two-dimensional image forming apparatus 30, the first lens L 1 , and the spatial filter SF is enlarged, and light beams emitted from the planar light emitting members 11A, 11B, and 11C constituting the light source 10 are shown. A state of passing through the two-dimensional image forming apparatus 30, the first lens L 1 , and the spatial filter SF is schematically shown in FIG. 26, FIG. 27, and FIG. The position numbers of the planar light emitting members 11A, 11B, and 11C constituting the light source 10 are, for example, the (5,0) th, (0,0) th, and (-5,0) th. is there. Here, when a certain planar light emitting member 11 is in a light emitting state, all the other planar light emitting members 11 are in a light-off state. In FIG. 25, reference numeral 20 is an illumination optical system composed of a lens for shaping illumination light.

また、空間フィルタSFの代わりに、U0×V0個の開口部を有し、第1のレンズL1の後側焦点面に位置する散乱回折制限部材を備えている、第2の構成の3次元像表示装置とすることもできる。この散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部(例えば、ピンホール)を設けることで作製することができる。ここで、開口部の位置は、第1のレンズによって得られるフーリエ変換像(あるいは回折光)の内の所望の(例えば、0次の回折次数を有する)フーリエ変換像(あるいは回折光)が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、複数の面状発光部材11に対応させればよい。 Further, instead of the spatial filter SF, the second configuration has a scattering diffraction limiting member that has U 0 × V 0 openings and is located on the rear focal plane of the first lens L 1 . A three-dimensional image display device can also be provided. This scattering diffraction limiting member can be produced, for example, by providing an opening (for example, a pinhole) in a plate-like member that does not transmit light. Here, the position of the opening is formed by a desired Fourier transform image (or diffracted light) (for example, having a 0th diffraction order) in the Fourier transform image (or diffracted light) obtained by the first lens. What is necessary is just to set it as the position to image, and the position of the opening part should just respond | correspond to the some planar light emitting member 11. FIG.

実施例1及び実施例2においては、第1のレンズL1(フーリエ変換像形成手段)の前側焦点面に2次元画像形成装置30,30Aや回折光生成手段が配置されており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成としたが、場合によっては、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、第1のレンズL1の前側焦点面からずれた位置に2次元画像形成装置30,30Aや回折光生成手段を配置してもよいし、後側焦点面からずれた位置にフーリエ変換像選択手段を配置してもよい。場合によっては、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。 In the first and second embodiments, the two-dimensional image forming apparatuses 30 and 30A and the diffracted light generating unit are arranged on the front focal plane of the first lens L 1 (Fourier transform image forming unit), and the rear focal point. Although the Fourier transform image selection means is arranged on the surface, in some cases, the resulting stereoscopic image may deteriorate, but if such deterioration is allowed, the first lens L 1 The two-dimensional image forming apparatuses 30 and 30A and the diffracted light generating means may be arranged at a position shifted from the front focal plane, or the Fourier transform image selecting means may be arranged at a position displaced from the rear focal plane. In some cases, the first lens L 1 , the second lens L 2 , and the third lens L 3 are not limited to convex lenses, and appropriate lenses may be selected as appropriate.

実施例1及び実施例2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29の(A)に示すように、コリメータレンズ12と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。   In the first and second embodiments, it is assumed that the light source is a single color or a light source close to a single color in all cases, but the light source is not limited to such a configuration. The wavelength band of the light source 10 may extend to a plurality of bands. However, in this case, for example, taking the three-dimensional image display apparatus in the first embodiment as an example, as shown in FIG. 29A, between the collimator lens 12 and the two-dimensional image forming apparatus 30, It is preferable to arrange a narrow band filter 71 that performs wavelength selection, whereby the wavelength band can be sorted and selected, and monochromatic light can be extracted.

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29の(B)に示すように、コリメータレンズ12と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。   Alternatively, the wavelength band of the light source 10 may extend over a wide band. However, in this case, as shown in FIG. 29B, a dichroic prism 72 and a narrow band filter 71G for wavelength selection may be disposed between the collimator lens 12 and the two-dimensional image forming apparatus 30. preferable. Specifically, the dichroic prism 72 reflects, for example, red light and blue light in different directions and transmits light including green light. A narrow band filter 71G for separating and selecting the green light is disposed on the light emission side including the green light in the dichroic prism 72.

また、図30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、赤色光を出射する光源と3次元像表示装置、緑色光を出射する光源と3次元像表示装置、及び、青色光を出射する光源と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。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。あるいは又、光源を、赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材から構成し、これらの赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材を、順次、発光状態とすることで、カラー表示を行うこともできる。以上に説明したこれらの3次元像表示装置の変形例は種々の実施例に適用することができることは云うまでもない。   Further, as shown in FIG. 30, a narrow band filter 71G for separating and selecting green light is arranged on the emission side of the light beam including green light in the dichroic prism 72, and the red light is separated on the emission side of the light beam including red light. If the narrow band filter 71R to be selected is arranged, and the narrow band filter 71B for separating and selecting the blue light is arranged on the light emission side including the blue light, the three-dimensional image display device for displaying the three primary colors can be obtained. A light source can be configured. Three three-dimensional image display devices having such a configuration are used. Alternatively, a light source that emits red light and a three-dimensional image display device, a light source that emits green light, a three-dimensional image display device, and blue light are emitted. By using a combination of a light source and a three-dimensional image display device and synthesizing images from the respective three-dimensional image display devices using, for example, a light combining prism, color display can be performed. A dichroic mirror can be used instead of the dichroic prism. Alternatively, the light source is composed of a red surface light emitting member, a green surface light emitting member, and a blue surface light emitting member, and these red surface light emitting member, green surface light emitting member, and blue surface light emitting member. By sequentially setting the light emission state, it is possible to perform color display. Needless to say, the above-described modifications of the three-dimensional image display apparatus can be applied to various embodiments.

更には、以上に説明した種々の3次元像表示装置の変形例に対して、実施例3において説明した光検出手段を備えることができる。また、面状発光部材を構成する発光ダイオードの温度を温度センサーで監視し、その結果を、光源制御回路93にフィードバックすることで、面状発光部材を構成する発光ダイオードの輝度補償(補正)や温度制御を行ってもよい。具体的には、例えば、面状発光部材を構成する発光ダイオードにペルチェ素子を取り付けることで、発光ダイオードの温度制御を行うことができる。   Furthermore, the light detection means described in the third embodiment can be provided for the modified examples of the various three-dimensional image display apparatuses described above. In addition, the temperature of the light emitting diode constituting the planar light emitting member is monitored by a temperature sensor, and the result is fed back to the light source control circuit 93 so that the brightness compensation (correction) of the light emitting diode constituting the planar light emitting member is performed. Temperature control may be performed. Specifically, for example, the temperature of the light emitting diode can be controlled by attaching a Peltier element to the light emitting diode constituting the planar light emitting member.

また、実施例7において説明した面状発光部材11Gにおいて、図24の(B)に示すように、板状部材411を複数の面状発光部材11Gにおいて共通とすることもできる。尚、この場合、板状部材411の露出した面411A,411Bには、光吸収層を設けてもよい。また、実施例4〜実施例7において説明した面状発光部材11D,11E,11F,11Gから出射された光の偏光状態の制御のために、面状発光部材から出射された光が通過する四分の一波長板を、例えば、面状発光部材と2次元画像形成装置30との間に配置してもよい。更には、実施例4〜実施例7において説明した面状発光部材11D,11E,11F,11Gを、本発明の3次元像表示装置における面状発光部材として用いるだけでなく、その他の光源としても使用することができる。具体的には、例えば、透過型あるいは反射型の液晶表示装置の面状光源装置(バックライト)用の光源、カラー表示の直視型あるいはプロジェクション型液晶表示装置用の光源を例示することができるし、更には、光源として、放電ランプや蛍光管等を例示することができる。その他の光源として使用する場合、1つの面状発光部材に、1つの発光素子を配置するだけでなく、2以上の発光素子を配置してもよい。また、例えば、図20の(A)に示したロッドインテグレータの代わりに、図24の(C)に示すように、面状発光部材11Hにおいて、断面形状が裾広がりの透明部材211Aを用いることもできる。このような断面形状が裾広がりの透明部材211Aは、実施例4〜実施例7における他の面状発光部材をその他の光源として使用する場合にも適用することもできる。   Further, in the planar light emitting member 11G described in the seventh embodiment, as shown in FIG. 24B, the plate member 411 can be shared by the plurality of planar light emitting members 11G. In this case, a light absorption layer may be provided on the exposed surfaces 411A and 411B of the plate-like member 411. Further, in order to control the polarization state of the light emitted from the planar light emitting members 11D, 11E, 11F, and 11G described in the fourth to seventh embodiments, the light emitted from the planar light emitting member passes through the four. For example, the half-wave plate may be disposed between the planar light emitting member and the two-dimensional image forming apparatus 30. Furthermore, the planar light emitting members 11D, 11E, 11F, and 11G described in Examples 4 to 7 are not only used as the planar light emitting members in the three-dimensional image display device of the present invention, but also as other light sources. Can be used. Specifically, for example, a light source for a planar light source device (backlight) of a transmissive or reflective liquid crystal display device, a light source for a color display direct view type or projection type liquid crystal display device can be exemplified. Furthermore, examples of the light source include a discharge lamp and a fluorescent tube. When used as another light source, not only one light emitting element but also two or more light emitting elements may be disposed on one planar light emitting member. Further, for example, instead of the rod integrator shown in FIG. 20A, as shown in FIG. 24C, in the planar light emitting member 11H, a transparent member 211A having a flared cross section may be used. it can. Such a transparent member 211A having a broadened cross-sectional shape can also be applied to the case where the other planar light emitting members in Examples 4 to 7 are used as other light sources.

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。FIG. 1 is a conceptual diagram on the yz plane of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. 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。FIG. 2 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display device according to the first embodiment when viewed from an oblique direction. 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。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an arrangement state of components of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. 図4は、実施例1の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図である。FIG. 4 is an enlarged conceptual diagram of a part of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. 図5の(A)及び(B)は、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。5A and 5B are diagrams schematically illustrating a state in which diffracted light of a plurality of diffraction orders is generated by the two-dimensional image forming apparatus. 図6は、光源の模式的な正面図である。FIG. 6 is a schematic front view of the light source. 図7は、空間フィルタの模式的な正面図である。FIG. 7 is a schematic front view of the spatial filter. 図8の(A)〜(E)は、面状発光部材の模式的な断面図であり、図8の(F)は、光源を斜めから眺めた模式図である。8A to 8E are schematic cross-sectional views of the planar light emitting member, and FIG. 8F is a schematic view of the light source viewed from an oblique direction. 図9は、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フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)の開口部の開閉タイミングとを示す図であり、上段には、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、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)の開口部の開閉タイミングを示す。FIG. 9 is a diagram showing the formation timing of the two-dimensional image in the two-dimensional image forming apparatus and the opening / closing timing of the opening of the Fourier transform image selection means (spatial filter). The formation timing of the three-dimensional image is shown, and the opening and closing timing of the opening of the Fourier transform image selection means (spatial filter) is shown in the middle and lower stages. 図10は、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)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。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the concept of spatial filtering by Fourier transform image selection means (spatial filter) in time series. 図11は、図10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。FIG. 11 is a diagram schematically showing an image obtained as a result of the spatial filtering shown in FIG. 図12は、実施例2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。FIG. 12 is a conceptual diagram of a part of the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment on the yz plane. 図13は、実施例2の変形例の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。FIG. 13 is a conceptual diagram on a yz plane of a part of a three-dimensional image display apparatus according to a modification of the second embodiment. 図14は、実施例3の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。FIG. 14 is a conceptual diagram on the yz plane of the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment. 図15は、実施例3の3次元像表示装置の変形例のyz平面における概念図である。FIG. 15 is a conceptual diagram on the yz plane of a modification of the three-dimensional image display device according to the third embodiment. 図16は、2次元画像形成装置及び光源の動作を制御する制御回路の概念図である。FIG. 16 is a conceptual diagram of a control circuit that controls the operation of the two-dimensional image forming apparatus and the light source. 図17は、実施例3の3次元像表示装置の別の変形例の概念図である。FIG. 17 is a conceptual diagram of another modification of the three-dimensional image display device according to the third embodiment. 図18は、実施例3の3次元像表示装置の更に別の変形例の概念図である。FIG. 18 is a conceptual diagram of still another modification of the three-dimensional image display device according to the third embodiment. 図19は、2次元画像形成装置に光検出手段を取り付けた例を説明するための概念図である。FIG. 19 is a conceptual diagram for explaining an example in which a light detection unit is attached to a two-dimensional image forming apparatus. 図20の(A)及び(B)は、実施例4における面状発光部材の模式的な断面図であり、図20の(C)は、実施例4における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。20A and 20B are schematic cross-sectional views of the planar light emitting member in Example 4, and FIG. 20C is a rod integrator constituting the planar light emitting member in Example 4. It is a figure which shows the polarization state of the light which propagates. 図21の(A)及び(B)は、実施例5における面状発光部材の模式的な断面図であり、図21の(C)は、実施例5における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。21A and 21B are schematic cross-sectional views of the planar light emitting member in Example 5, and FIG. 21C is a rod integrator constituting the planar light emitting member in Example 5. It is a figure which shows the polarization state of the light which propagates. 図22の(A)及び(B)は、実施例4における面状発光部材の変形例の模式的な断面図であり、図22の(C)及び(D)は、実施例5における面状発光部材の変形例の模式的な断面図である。22A and 22B are schematic cross-sectional views of a modification of the planar light emitting member in Example 4, and FIGS. 22C and 22D show the planar shape in Example 5. FIG. It is typical sectional drawing of the modification of a light emitting member. 図23の(A)及び(B)は、実施例6における面状発光部材の模式的な断面図である。23A and 23B are schematic cross-sectional views of the planar light emitting member in Example 6. FIG. 図24の(A)、(B)及び(C)は、実施例6における面状発光部材及びその変形例の模式的な断面図である。(A), (B), and (C) of FIG. 24 are schematic cross-sectional views of a planar light-emitting member and a modification thereof in Example 6. 図25は、実施例1の変形例の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。FIG. 25 is a conceptual diagram on the yz plane of a three-dimensional image display apparatus according to a modification of the first embodiment. 図26は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、或る面状発光部材11が発光状態にある)である。FIG. 26 is an enlarged conceptual view of a three-dimensional image display device according to a modification of the first embodiment shown in FIG. 25 (however, a certain planar light emitting member 11 is in a light emitting state). 図27は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、別の面状発光部材11が発光状態にある)である。FIG. 27 is an enlarged conceptual diagram of a part of the three-dimensional image display device according to the modification of Example 1 shown in FIG. 25 (however, another planar light emitting member 11 is in a light emitting state). 図28は、図25に示す実施例1の変形例の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、更に別の面状発光部材11が発光状態にある)である。FIG. 28 is a conceptual diagram in which a part of a three-dimensional image display device according to a modification of the first embodiment shown in FIG. 25 is enlarged (however, another planar light emitting member 11 is in a light emitting state). 図29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。29A and 29B are conceptual diagrams on a yz plane of a part of a modification of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. 図30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。FIG. 30 is a conceptual diagram on a yz plane of a part of another modification of the modification of the three-dimensional image display device according to the first embodiment. 図31は、実施例1の3次元像表示装置を複数組み合わせたマルチユニット方式の3次元像表示装置を示す構成図である。FIG. 31 is a configuration diagram illustrating a multi-unit type three-dimensional image display device in which a plurality of three-dimensional image display devices according to the first embodiment are combined. 図32は、従来の3次元像表示装置の一構成例を示す図である。FIG. 32 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional three-dimensional image display device.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・3次元像表示装置、10・・・光源、11A,11B,11C,11D,11E,11F,11G,11H・・・面状発光部材、12・・・コリメータレンズ、20・・・照明光学系、30・・・2次元画像形成装置、31・・・画素、51・・・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、L1・・・第1のレンズ、L2・・・第2のレンズ、L3・・・第3のレンズ、SF・・・空間フィルタ、RI・・・実像(逆フーリエ変換像)、CI・・・フーリエ変換像の共役像、80・・・光検出手段、81,82・・・部分反射ミラー(パーシャルリフレクター)、83・・・レンズ、90・・・制御回路、91・・・2次元画像形成装置駆動回路、93・・・光源制御回路、94・・・発光素子駆動回路、95・・・光検出手段制御回路、96・・・発光素子駆動電源、97・・・スイッチング素子、111,211・・・ロッドインテグレータ、112,212・・・ロッドインテグレータの一端面、113,213・・・ロッドインテグレータの他端面、114・・・光拡散層、115・・・光反射層、116.216,316,416・・・発光ダイオード、211A・・・透明部材、221・・・光反射部材、222・・・四分の一波長板、231・・・反射型偏光部材、232・・・光拡散部材、310・・・第1プリズム、310A・・・第1プリズムの第1斜面、310B・・・第1プリズムの第2斜面、310C・・・第1プリズムの底面、311・・・第1光反射部材、312・・・第2光反射部材、213・・・四分の一波長板、320・・・第2プリズム、320A・・・第2プリズムの第1斜面、320B・・・第2プリズムの第2斜面、320C・・・第2プリズムの底面、330・・・偏光ビームスプリッター、411・・・板状部材、412・・・板状部材の一端面、413・・・板状部材の他端面、415・・・光反射層、421・・・光反射部材、422・・・四分の一波長板、431・・・反射型偏光部材、432・・・光拡散部材、r・・・抵抗体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-dimensional image display apparatus, 10 ... Light source, 11A, 11B, 11C, 11D, 11E, 11F, 11G, 11H ... Planar light emission member, 12 ... Collimator lens, 20 ... Illumination optical system, 30 ... 2D image forming apparatus, 31 ... Pixel, 51 ... Opening, 70 ... Beam splitter, 71, 71R, 71G, 71B ... Narrow band filter, 72 ..Dichroic prism, L 1 ... first lens, L 2 ... second lens, L 3 ... third lens, SF ... spatial filter, RI ... real image (inverse Fourier) (Conversion image), CI ... conjugate image of Fourier transform image, 80 ... light detection means, 81, 82 ... partial reflection mirror (partial reflector), 83 ... lens, 90 ... control circuit, 91... Two-dimensional image forming apparatus driving times , 93... Light source control circuit, 94... Light emitting element drive circuit, 95... Light detection means control circuit, 96. Rod integrator, 112, 212 ... One end surface of rod integrator, 113, 213 ... Other end surface of rod integrator, 114 ... Light diffusion layer, 115 ... Light reflection layer, 116.216, 316, 416 ... light emitting diode, 211A ... transparent member, 221 ... light reflecting member, 222 ... quarter wavelength plate, 231 ... reflective polarizing member, 232 ... light diffusing member, 310 ... first prism, 310A ... first slope of the first prism, 310B ... second slope of the first prism, 310C ... bottom face of the first prism, 311 ... first light reflection 312 ... second light reflecting member, 213 ... quarter wave plate, 320 ... second prism, 320A ... first slope of second prism, 320B ... second prism Of the second prism, 330 ... a bottom surface of the second prism, 330 ... a polarizing beam splitter, 411 ... a plate-like member, 412 ... one end face of the plate-like member, 413 ... of the plate-like member. Other end face, 415... Light reflecting layer, 421... Light reflecting member, 422... Quarter wave plate, 431... Reflective polarizing member, 432.・ Resistors

Claims (15)

(A)2次元マトリクス状に配列されたU0×V0個の面状発光部材から構成された光源、
(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、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射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た第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に位置し、前記複数の回折次数に対応する数だけ生成された回折光に基づき第1のレンズによって生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
(E)その前側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置された第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第3のレンズ、
から成る光学系を備え、更に、
光学系によって生じる収差を補正した2次元画像データを2次元画像形成装置に送出する2次元画像データ送出手段、
を備えている3次元像表示装置。
(A) a light source composed of U 0 × V 0 planar light-emitting members arranged in a two-dimensional matrix;
(B) A two-dimensional image having openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions and controlling the passage or reflection of light sequentially emitted from each planar light-emitting member for each opening. A two-dimensional image forming apparatus that generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each aperture based on the two-dimensional image,
(C) a first lens having a two-dimensional image forming apparatus disposed on its front focal plane;
(D) The desired diffraction among the Fourier transform images generated by the first lens based on the diffracted light that is located on the rear focal plane of the first lens and is generated by the number corresponding to the plurality of diffraction orders. Fourier transform image selection means for selecting a Fourier transform image corresponding to the order,
(E) a second lens having Fourier transform image selection means disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal plane is located on the rear focal plane of the second lens;
An optical system comprising:
2D image data sending means for sending 2D image data corrected for aberrations caused by the optical system to a 2D image forming apparatus;
A three-dimensional image display device.
フーリエ変換像選択手段は、U0×V0個の開口部を有する空間フィルタから成る請求項1に記載の3次元像表示装置。 2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the Fourier transform image selection means comprises a spatial filter having U 0 × V 0 openings. 空間フィルタは、液晶表示装置から成る請求項2に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 2, wherein the spatial filter is a liquid crystal display device. 空間フィルタが有する開口部の大きさは、2次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された2次元画像の大きさと略等しい請求項2に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 2, wherein the size of the opening of the spatial filter is substantially equal to the size of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming device and imaged on the spatial filter. フーリエ変換像選択手段は、U0×V0個の開口部を有する散乱回折制限部材から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。 2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the Fourier transform image selection means comprises a scattering diffraction limiting member having U 0 × V 0 openings. 各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、及び、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
Each planar light-emitting member is
(A) a rod integrator that emits light from one end surface; and
(B) a light emitting diode disposed on the other end face of the rod integrator;
The three-dimensional image display device according to claim 1, comprising:
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
(b)ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
(c)ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
(d)ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
Each planar light-emitting member is
(A) a rod integrator that emits light from one end surface;
(B) a light emitting diode disposed on the other end face of the rod integrator;
(C) a reflective polarizing member that is disposed on one end face of the rod integrator and that allows a part of incident light to pass through and reflects the rest according to the polarization state;
(D) a light reflecting member provided at a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode on the other end surface of the rod integrator;
The three-dimensional image display device according to claim 1, comprising:
各面状発光部材は、
(e)ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項7に記載の3次元像表示装置。
Each planar light-emitting member is
(E) a quarter-wave plate disposed between the other end face of the rod integrator and the light reflecting member,
The three-dimensional image display device according to claim 7, further comprising:
各面状発光部材は、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている請求項7又は請求項8に記載の3次元像表示装置。
Each planar light-emitting member is
(F) a light diffusing member provided on the reflective polarizing member;
The three-dimensional image display device according to claim 7 or 8, further comprising:
各面状発光部材は、
(a)第1プリズム、第2プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたPS偏光分離変換素子、並びに、
(b)発光ダイオード、
から成り、
第1プリズムと第2プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第1プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第1光反射部材、及び、第2光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のS偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第2光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第1光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第1プリズムに入射した光のP偏光成分、及び、第1光反射部材によって反射された光のP偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第2プリズムの出射面から出射される請求項1に記載の3次元像表示装置。
Each planar light-emitting member is
(A) a PS polarization separation / conversion element including a first prism, a second prism, and a polarization beam splitter, and
(B) a light emitting diode;
Consisting of
The first prism and the second prism are arranged to face each other via the polarization separation surface of the polarization beam splitter,
The first prism is provided with a first light reflecting member and a second light reflecting member provided in a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode,
The S-polarized component of the light emitted from the light emitting diode and incident on the first prism is reflected by the polarizing beam splitter, reflected by the second light reflecting member, reflected again by the polarizing beam splitter, and further, the first light reflecting member. Reflected by
The P-polarized component of the light emitted from the light emitting diode and incident on the first prism and the P-polarized component of the light reflected by the first light reflecting member pass through the polarization beam splitter and are emitted from the exit surface of the second prism. The three-dimensional image display device according to claim 1, which is emitted.
各面状発光部材は、
(c)第1プリズムと第1光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項10に記載の3次元像表示装置。
Each planar light-emitting member is
(C) a quarter-wave plate disposed between the first prism and the first light reflecting member,
The three-dimensional image display device according to claim 10, further comprising:
各面状発光部材は、
(a)一端面から光を出射する板状部材、
(b)板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
(c)板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
(d)板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
(e)板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
(f)反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る請求項1に記載の3次元像表示装置。
Each planar light-emitting member is
(A) a plate-like member that emits light from one end face;
(B) a light emitting diode disposed on the other end surface of the plate-like member;
(C) a reflective polarizing member that is disposed on one end surface of the plate-like member and allows a part of incident light to pass through and reflects the rest according to the polarization state;
(D) a light reflecting member provided at a portion that does not block the light emitted from the light emitting diode on the other end surface of the plate-like member;
(E) a quarter-wave plate disposed between the other end surface of the plate-like member and the light reflecting member, and
(F) a light diffusing member provided on the reflective polarizing member;
The three-dimensional image display device according to claim 1, comprising:
各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている請求項1に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display apparatus according to claim 1, further comprising light detection means for measuring light intensity of light sequentially emitted from each planar light emitting member. 光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する請求項13に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display apparatus according to claim 13, wherein the light emission state of each planar light emitting member is controlled based on the measurement result of the light intensity in the light detection means. 光検出手段における光強度の測定結果に基づき、2次元画像形成装置の作動状態を制御する請求項13に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display apparatus according to claim 13, wherein an operation state of the two-dimensional image forming apparatus is controlled based on a measurement result of light intensity in the light detection unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016200660A (en) * 2015-04-08 2016-12-01 国立大学法人東北大学 Aerial image and virtual image display device

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