JP2010237691A - Three-dimensional image display - Google Patents

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

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional image display which certainly avoid a difficulty of viewing three-dimensional images due to overlapping of a light source or an optical system with the three-dimensional images. <P>SOLUTION: The three-dimensional image display includes: (A) light modulation means 30 which is configured to generate a two-dimensional image and emits a spacial frequency in the generated two-dimensional image along diffraction angles; (B) image restriction and generation means 32 which is configured to generate Fourier transformed images corresponding to a plurality of diffraction orders in number, select only predetermined Fourier transformed images, perform inverse Fourier transformation of the selected Fourier transformed image, and generate conjugate image of the two-dimensional image generated by the light modulation means; (C) an over-sampling filter OSF; (D) a Fourier transform image forming means 40; (E) a Fourier transform image selecting means 50; (F) a conjugate image forming means 60; and a semitransparent mirror 90 which is configured to change a travelling direction of a light ray emitted from the optical system. <P>COPYRIGHT: (C)2011,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52に、プロジェクタ・ユニットを用いて光線再生法を実現する3次元像表示装置の一構成例を示す。この装置は、多数のプロジェクタ・ユニット301を水平方向及び垂直方向に並列的に配置し、各プロジェクタ・ユニット301から角度の異なる光線を出射するようにしたものである。これにより、ある断面302内の任意の点において多視角の像を多重再生し、立体画像を実現している。   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. 52 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 301 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction, and light beams having different angles are emitted from each projector unit 301. As a result, a multi-view angle image is multiplexed and reproduced at an arbitrary point in a certain cross section 302 to realize a stereoscopic image.

また、特開2007−041504には、
(A)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出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された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、
(C)前記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、
(D)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. 2007-041504 includes
(A) It has a plurality of pixels, the light from the light source is modulated by each pixel to generate a two-dimensional image, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image corresponds to the plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(B) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image of a number corresponding to the plurality of diffraction orders by Fourier transforming the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means;
(C) 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 the plurality of diffraction orders, and
(D) 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2007−041504号公報JP 2007-041404 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52に示した多数のプロジェクタ・ユニット301を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット301を出来るだけ小型化し、空間的に高い密度で並べることが考えられる。しかしながら、現在の表示装置における表示密度の飛躍的な向上は、光利用効率や回折限界の問題から困難である。また、図52に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット301を小型化するのには限界があるため、空間的に高い密度で並べることは困難であると考えられる。いずれの場合にあっても、高密度の光線群を生成するためには、複数のデバイスが必要となり、装置全体の大型化は避けられない。   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 an apparatus having a large number of projector units 301 shown in FIG. 52, it is conceivable that the projector units 301 are miniaturized as much as possible and are 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. 52, it is considered difficult to arrange the projector units 301 at a high spatial density because there is a limit to downsizing the projector units 301. 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2007−041504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2007−041504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(立体画像)を観察するとき、3次元像表示装置を構成する光源や光学系が観察者の視野内に位置し、光源や光学系が立体画像と重なり、立体画像が見にくくなるといった問題がある。   In the three-dimensional image display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-041504, a group of light beams necessary for displaying a three-dimensional 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. 2007-041504, when observing the Fourier transform image (stereoscopic image) selected by the Fourier transform image selection means, the light source and the optical elements constituting the three-dimensional image display device are used. There is a problem that the system is located in the field of view of the observer, the light source and the optical system overlap with the stereoscopic image, and the stereoscopic image becomes difficult to see.

また、3次元像表示装置における画像データ処理系の負担減といった観点から、立体画像の表示に必要な光線群を、空間的に、より低い密度で生成・散布しても、実世界の物体と同質に近い立体画像を得ることが可能な技術への要望も強い。   In addition, from the viewpoint of reducing the burden of the image data processing system in the three-dimensional image display device, even if a group of rays necessary for displaying a stereoscopic image is generated and scattered spatially at a lower density, There is also a strong demand for a technology that can obtain a three-dimensional image close to the same quality.

従って、本発明の第1の目的は、光源や光学系が立体画像と重なり、立体画像が見にくくなるといった問題の発生を確実に回避し得る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、画像データ処理系の負担減を可能とする構成、構造を有する3次元像表示装置を提供することにある。   Accordingly, a first object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device that can surely avoid the occurrence of a problem that a light source and an optical system overlap with a stereoscopic image and the stereoscopic image becomes difficult to see. A second object of the present invention is to provide a three-dimensional image display device having a configuration and structure that can reduce the burden on an image data processing system.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第1Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)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出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された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、
(C)前記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、
(D)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、
から成る。
The three-dimensional image display apparatus according to the first aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system.
The optical system is
(A) It has a plurality of pixels, the light from the light source is modulated by each pixel to generate a two-dimensional image, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image corresponds to the plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(B) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image of a number corresponding to the plurality of diffraction orders by Fourier transforming the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means;
(C) 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 the plurality of diffraction orders, and
(D) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第2Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)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P×Q個(但し、P及びQは任意の正の整数)の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(D)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
から成る。
The three-dimensional image display device according to the 2A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system,
The optical system is
(A) P × Q apertures (where P and Q are arbitrary positive integers) arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and the passage and reflection of light from the light source Alternatively, a two-dimensional image is generated by controlling diffraction for each aperture, and based on the two-dimensional image, M sets (m-th to m′-th) from the m-th order along the X direction for each aperture. Where m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the nth order to the n′th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N is A two-dimensional image forming apparatus that generates a total of M × N sets of diffracted light.
(B) a first lens in which a two-dimensional image forming apparatus is disposed on the front focal plane;
(C) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the first lens and has a total of M × N opening / closing controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(D) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(E) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第3Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)X方向に沿ってP個の画素を有し、1次元画像を生成する1次元空間光変調器;1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系;及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)回折光を生成する回折光生成手段から成る2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個(但し、Nは正の整数)の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(D)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(E)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
から成る。
The three-dimensional image display device according to the 3A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system,
The optical system is
(A) A one-dimensional spatial light modulator that has P pixels along the X direction and generates a one-dimensional image; two-dimensionally expands the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator; A scanning optical system for generating a two-dimensional image; and M sets from the m-th order to the m′-th order (where m and m ′ are integers) arranged on the generation surface of the two-dimensional image; , M is a positive integer) a two-dimensional image forming apparatus comprising diffracted light generating means for generating diffracted light,
(B) a first lens in which diffracted light generating means is disposed on the front focal plane;
(C) Arranged on the rear focal plane of the first lens, M × N in the X direction and N in the Y direction (where N is a positive integer). A spatial filter having a controllable opening,
(D) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(E) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第4Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)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出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された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、
(C)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出射するオーバーサンプリングフィルタ、
(D)オーバーサンプリングフィルタから出射された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、
(E)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、
(F)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、
から成る。
The three-dimensional image display apparatus according to the 4A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system.
The optical system is
(A) It has a plurality of pixels, the light from the light source is modulated by each pixel to generate a two-dimensional image, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image corresponds to the plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(B) 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 a plurality of diffraction orders generated from the pixels, An image limiting / generating unit that selects only a predetermined Fourier transform image, and further performs 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,
(C) an oversampling filter having a plurality of aperture regions 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 regions;
(D) Fourier transform image formation in which the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image emitted from the oversampling filter is Fourier transformed to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the aperture regions. means,
(E) 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
(F) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第5Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第2のレンズ、
(E)第2のレンズの後側焦点面に配置され、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POSF×QOSF個(但し、POSF及びQOSFは任意の正の整数)の開口領域を有し、第2のレンズによって生成された2次元画像の共役像に基づき、開口領域毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ、
(F)その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されている第3のレンズ、
(G)第3のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(H)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第4のレンズ、並びに、
(I)第4のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第5のレンズ、
から成る。
The three-dimensional image display apparatus according to the 5A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system.
The optical system is
(A) It has openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and generates a two-dimensional image by controlling the passage, reflection, or diffraction of light from the light source 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;
(B) a first lens in which a two-dimensional image forming apparatus is disposed on the front focal plane;
(C) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed on the rear focal plane of the first lens and allows only diffracted light of a predetermined diffraction order to pass;
(D) a second lens in which a scattering diffraction limiting aperture is disposed on the front focal plane;
(E) P OSF × Q OSF arranged on the rear focal plane of the second lens and arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions (where P OSF and Q OSF are arbitrary positive numbers) Of M) from the m-th order to the m′-th order along the X direction based on the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens. (Where m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the nth order to the n′th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N Is a positive integer), a sum, an oversampling filter that generates M × N sets of diffracted light,
(F) a third lens having an oversampling filter disposed on its front focal plane;
(G) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the third lens and has a total of M × N opening / closing controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(H) a fourth lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(I) a fifth lens whose front focal point is located at the rear focal point of the fourth lens;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第6Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)1次元画像を生成する1次元空間光変調器;1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系;及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段から成る2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第2のレンズ、
(E)第2のレンズの後側焦点面に配置され、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POSF×QOSF個(但し、POSF及びQOSFは任意の正の整数)の開口領域を有し、第2のレンズによって生成された2次元画像の共役像に基づき、開口領域毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ、
(F)その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されている第3のレンズ、
(G)第3のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(H)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第4のレンズ、並びに、
(I)第4のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第5のレンズ、
から成る。
The three-dimensional image display apparatus according to the 6A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system,
The optical system is
(A) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image; a scanning optical system that generates a two-dimensional image by two-dimensionally developing the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator; A two-dimensional image forming apparatus comprising a diffracted light generating means that is arranged on a generation surface of a dimensional image and generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each pixel;
(B) a first lens in which diffracted light generating means is disposed on the front focal plane;
(C) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed on the rear focal plane of the first lens and allows only diffracted light of a predetermined diffraction order to pass;
(D) a second lens in which a scattering diffraction limiting aperture is disposed on the front focal plane;
(E) P OSF × Q OSF arranged on the rear focal plane of the second lens and arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions (where P OSF and Q OSF are arbitrary positive numbers) Of M) from the m-th order to the m′-th order along the X direction based on the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens. (Where m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the nth order to the n′th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N Is a positive integer), a sum, an oversampling filter that generates M × N sets of diffracted light,
(F) a third lens having an oversampling filter disposed on its front focal plane;
(G) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the third lens and has a total of M × N opening / closing controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(H) a fourth lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(I) a fifth lens whose front focal point is located at the rear focal point of the fourth lens;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第7Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)複数の画素を有し、光源からの光に基づき2次元画像を生成する2次元画像形成装置、
(B)入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が2次元マトリクス状に配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、入射した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光学装置、
(C)光学装置から出射された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、
(D)前記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、
(E)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、
から成る。
The three-dimensional image display apparatus according to the seventh aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system.
The optical system is
(A) a two-dimensional image forming apparatus having a plurality of pixels and generating a two-dimensional image based on light from a light source;
(B) An optical element having an optical power for refracting incident light and condensing it at approximately one point is arranged in a two-dimensional matrix, and has a function as a phase grating that modulates the phase of transmitted light; An optical device that emits spatial frequencies in an incident two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders;
(C) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image having a number corresponding to the plurality of diffraction orders by Fourier transforming a spatial frequency in a two-dimensional image emitted from the optical device;
(D) 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 the plurality of diffraction orders, and
(E) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第8Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)複数の画素を有し、光源からの光に基づき2次元画像を生成する2次元画像形成装置、
(B)入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が、X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状にPOD×QOD個(但し、POD及びQODは任意の正の整数)配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、入射した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数(総数M×N)に対応した回折角に沿って出射する光学装置、
(C)その前側焦点面に光学装置を構成する光学素子の焦点が位置している第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(E)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
から成る。
The three-dimensional image display apparatus according to the 8A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system.
The optical system is
(A) a two-dimensional image forming apparatus having a plurality of pixels and generating a two-dimensional image based on light from a light source;
(B) P OD × Q OD optical elements having an optical power that refracts incident light and collects it at approximately one point in a two-dimensional matrix along the X and Y directions (however, P OD and Q OD is an arbitrary positive integer) array and has a function as a phase grating that modulates the phase of transmitted light. A spatial frequency in an incident two-dimensional image is expressed by a plurality of diffraction orders (total number M × N). An optical device that emits light along a diffraction angle corresponding to
(C) a first lens in which the focal point of the optical element constituting the optical device is located on the front focal plane;
(D) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the first lens and has a total of M × N open / close controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(E) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第9Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)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出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された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、
(C)画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
(D)光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる結像手段、
から成る。
The three-dimensional image display apparatus according to the ninth aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system,
The optical system is
(A) It has a plurality of pixels, the light from the light source is modulated by each pixel to generate a two-dimensional image, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image corresponds to the plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(B) 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 a plurality of diffraction orders generated from the pixels, An image limiting / generating unit that selects only a predetermined Fourier transform image, and further performs 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,
(C) a light beam traveling direction changing unit that changes a traveling direction of a light beam emitted from the image limiting / generating unit, and
(D) Imaging means for forming an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第10Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第2のレンズ、
(E)第2のレンズの後方に配置され、第2のレンズから出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
(F)光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第3のレンズ、
から成る。
A three-dimensional image display apparatus according to the 10A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system.
The optical system is
(A) It has openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and generates a two-dimensional image by controlling the passage, reflection, or diffraction of light from the light source 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;
(B) a first lens in which a two-dimensional image forming apparatus is disposed on the front focal plane;
(C) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed on the rear focal plane of the first lens and allows only diffracted light of a predetermined diffraction order to pass;
(D) a second lens in which a scattering diffraction limiting aperture is disposed on the front focal plane;
(E) a light ray traveling direction changing unit that is arranged behind the second lens and changes the traveling direction of the light emitted from the second lens; and
(F) a third lens that forms an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第11Aの態様に係る3次元像表示装置は、光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)1次元画像を生成する1次元空間光変調器;1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系;及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段から成る2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第2のレンズ、
(E)第2のレンズの後方に配置され、第2のレンズから出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
(F)光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第3のレンズ、
から成る。
A three-dimensional image display apparatus according to the 11A aspect of the present invention for achieving the first object includes a light source and an optical system,
The optical system is
(A) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image; a scanning optical system that generates a two-dimensional image by two-dimensionally developing the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator; A two-dimensional image forming apparatus comprising a diffracted light generating means that is arranged on a generation surface of a dimensional image and generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each pixel;
(B) a first lens in which diffracted light generating means is disposed on the front focal plane;
(C) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed on the rear focal plane of the first lens and allows only diffracted light of a predetermined diffraction order to pass;
(D) a second lens in which a scattering diffraction limiting aperture is disposed on the front focal plane;
(E) a light ray traveling direction changing unit that is arranged behind the second lens and changes the traveling direction of the light emitted from the second lens; and
(F) a third lens that forms an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means;
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第12Aの態様に係る3次元像表示装置は、離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)複数の画素を有し、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出射する光変調手段、並びに、
(B)光変調手段から出射された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、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
から成る。
A three-dimensional image display apparatus according to the twelfth aspect of the present invention for achieving the first object described above includes a light source that emits light from a plurality of discrete light emission positions, and an optical system. Has
The optical system is
(A) A plurality of pixels, which are sequentially emitted from different light emission positions of the light source, modulate light with different incident directions by each pixel to generate a two-dimensional image, and a spatial frequency in the generated two-dimensional image A light modulating means for emitting light along a diffraction angle corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel, and
(B) A Fourier transform image in which the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means is Fourier transformed to generate a Fourier transform image of a number corresponding to the plurality of diffraction orders, and the Fourier transform image is formed. Forming means,
Consists of.

上記の第1の目的を達成するための本発明の第13Aの態様に係る3次元像表示装置は、離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、及び、光学系を備えており、
該光学系は、
(A)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源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、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(C)第1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2のレンズ、並びに、
(D)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。
A three-dimensional image display apparatus according to the thirteenth aspect of the present invention for achieving the first object described above includes a light source that emits light from a plurality of discrete light emission positions, and an optical system. With
The optical system is
(A) It has openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and is sequentially emitted from different light emission positions of the light source, and controls the passage or reflection of light having different incident directions for each opening. A two-dimensional image forming apparatus that generates a two-dimensional image and generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each aperture based on the two-dimensional image,
(B) a first lens in which a two-dimensional image forming apparatus is disposed on the front focal plane;
(C) a second lens whose front focal plane is located on the rear focal plane of the first lens; and
(D) a third lens whose front focal plane is located on the rear focal plane of the second lens;
Consists of.

そして、本発明の第1Aの態様〜第13Aの態様に係る3次元像表示装置にあっては、更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する(変化させる)半透過型鏡を備えている。尚、半透過型鏡は、反射面が平坦な平面鏡であってもよいし、反射面が凹面状の凹面鏡であってもよい。   In the three-dimensional image display device according to the first to thirteenth aspects of the present invention, the transflective mirror that changes (changes) the traveling direction of the light beam emitted from the optical system is further provided. I have. The transflective mirror may be a flat mirror having a flat reflecting surface or a concave mirror having a concave reflecting surface.

ここで、半透過型鏡は、光学系から出射された光線に透明あるいは半透明な板状、シート状あるいはフィルム状の基材に誘電体多層膜、誘電体高反射膜、カットフィルター、ダイクロイックフィルター、金属薄膜等を貼り合わせ、あるいは、基材上に誘電体多層膜、誘電体高反射膜、カットフィルター、ダイクロイックフィルター、金属薄膜等を成膜することで、得ることができる。基材として、ガラス基板やプラスチック基板、プラスチックシート、プラスチックフィルムを例示することができる。プラスチックフィルムを構成するプラスチック材料として、ポリエーテルサルホン(PES)フィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを例示することができるし、プラスチック基板やプラスチックシートを構成するプラスチック材料として、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)、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、ABS樹脂を挙げることができる。更には、基材として、ガラス基板に上記の各種フィルムが貼り合わされたもの、ガラス基板上にポリイミド樹脂層、アクリル樹脂層、ポリスチレン樹脂層、シリコーンゴム層が形成されたものを例示することができる。あるいは又、基材として、自動車等の各種車両のフロントガラスや航空機の操縦席の窓ガラスを挙げることができ、このような形態にあっては、立体画像を表示し得るヘッド・アップ・ディスプレイ(HUD)を構成することができる。   Here, the semi-transmissive mirror is a transparent or semi-transparent plate-like, sheet-like or film-like substrate that is transparent to the light emitted from the optical system. It can be obtained by attaching a metal thin film or the like, or by forming a dielectric multilayer film, a dielectric highly reflective film, a cut filter, a dichroic filter, a metal thin film, or the like on the substrate. Examples of the base material include a glass substrate, a plastic substrate, a plastic sheet, and a plastic film. Examples of the plastic material constituting the plastic film include polyethersulfone (PES) film, polyethylene naphthalate (PEN) film, polyimide (PI) film, polyethylene terephthalate (PET) film, plastic substrate and plastic Examples of the plastic material constituting the sheet include polymethyl methacrylate resin (PMMA), polycarbonate resin (PC), polyarylate resin (PAR), polyethylene terephthalate resin (PET), acrylic resin, and ABS resin. Furthermore, examples of the base material include those in which the above-mentioned various films are bonded to a glass substrate, and those in which a polyimide resin layer, an acrylic resin layer, a polystyrene resin layer, and a silicone rubber layer are formed on the glass substrate. . Alternatively, examples of the base material include windshields of various vehicles such as automobiles and window glass of cockpits of aircraft. In such a form, a head-up display that can display a stereoscopic image ( HUD) can be configured.

本発明の第1Aの態様〜第13Aの態様に係る3次元像表示装置にあっては、半透過型鏡によって進行方向が変更された光線の経路の延長上には、光源及び光学系が存在しない構成とすることが好ましい。ここで、光学系から出射され、半透過型鏡に衝突する前の光線の経路を『経路−1』と呼び、半透過型鏡に衝突して反射され、観察者へと向かう光線の経路を『経路−2』と呼ぶ。『光線の経路の延長』とは、観察者側から経路−2を伝い、半透過型鏡を直線的に突き抜け、半透過型鏡の背後へと延びる経路を指す。あるいは又、半透過型鏡によって進行方向が変更された光線の経路の延長上には、光源の像が存在しない構成(即ち、観察者から光源の像が隠蔽されている構成)とすることが好ましく、このような構成を達成するためには、半透過型鏡の配置の最適化を図ったり、光線の経路の延長に、不透明な材料から成る遮蔽部材(例えば、衝立)を配置すればよい。   In the three-dimensional image display device according to the first to thirteenth aspects of the present invention, the light source and the optical system exist on the extension of the path of the light beam whose traveling direction is changed by the transflective mirror. It is preferable to adopt a configuration that does not. Here, the path of the light beam emitted from the optical system and before colliding with the semi-transmissive mirror is called “path-1”, and the path of the light beam that collides with the semi-transmissive mirror and is reflected and travels toward the observer. Called “Route-2”. “Extension of the path of the light beam” refers to a path that travels along the path-2 from the observer side, extends straight through the semi-transmissive mirror, and extends to the back of the semi-transmissive mirror. Alternatively, a configuration in which the image of the light source does not exist (that is, a configuration in which the image of the light source is concealed from the observer) on the extension of the path of the light beam whose traveling direction has been changed by the transflective mirror. Preferably, in order to achieve such a configuration, it is only necessary to optimize the arrangement of the transflective mirrors or to arrange a shielding member (for example, a partition) made of an opaque material to extend the path of the light beam. .

本発明の第1Aの態様〜第13Aの態様に係る3次元像表示装置のそれぞれにおいて、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡を備える代わりに、光学系から出射された光線の進行方向を変更し、且つ、光学系から出射された光線の観察地点における集光状態を制御する光線制御手段を備えている態様とすることもでき、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。尚、このような態様の3次元像表示装置を、本発明の第1Bの態様〜第13Bの態様に係る3次元像表示装置と呼ぶ。   In each of the three-dimensional image display devices according to the first to thirteenth to thirteenth aspects of the present invention, instead of including a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system, the light beam is emitted from the optical system. It is also possible to change the traveling direction of the light beam and to include a light beam control means for controlling the light collection state at the observation point of the light beam emitted from the optical system. Aim can be achieved. In addition, the three-dimensional image display apparatus having such a configuration is referred to as a three-dimensional image display apparatus according to the first to thirteenth aspects of the present invention.

本発明の第1Bの態様〜第13Bの態様に係る3次元像表示装置において、光線制御手段を、反射面が凹面状の凹面鏡(全反射型鏡あるいは半透過型鏡)から構成することができる。あるいは又、本発明の第1Bの態様〜第13Bの態様に係る3次元像表示装置において、光線制御手段を、光学系から出射された光線が入射するレンズ、及び、該レンズから出射された光線が入射する鏡(平面鏡あるいは凹面鏡であり、且つ、全反射型鏡あるいは半透過型鏡)から構成することができる。あるいは又、光線制御手段を、鏡(平面鏡あるいは凹面鏡であり、且つ、全反射型鏡あるいは半透過型鏡)から構成し、光線制御手段は、更に、観察地点を検出するための検出手段を備えており、検出手段の観察地点検出結果に基づき、鏡の位置を制御する形態とすることができる。即ち、観察者が移動した場合、観察者の移動に従い(同期して)、鏡の位置を制御してもよい。あるいは又、光線制御手段を、光学系から出射された光線が入射するレンズ、及び、該レンズから出射された光線が入射する鏡(平面鏡あるいは凹面鏡であり、且つ、全反射型鏡あるいは半透過型鏡)から構成し、光線制御手段は、更に、観察地点を検出するための検出手段を備えており、検出手段の観察地点検出結果に基づき、レンズの集光状態を制御する形態とすることができる。即ち、観察者が移動した場合、観察者の移動に従い(同期して)、レンズの集光状態を制御してもよい。尚、検出手段の観察地点検出結果に基づき、光学系から出射すべき光線の制御を行ってもよい。即ち、観察者が移動した場合、観察者の移動に従い(同期して)、光学系から出射すべき光線の制御を行ってもよい。レンズは、例えば、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し、フレネルレンズから構成してもよいし、これらの各種の凸レンズを組み合わせて構成することもできるし、更には、凹レンズとこれらの各種の凸レンズとを組み合わせて構成することもできる。検出手段は、例えば、CCD素子を備えたカメラから構成することができる。検出手段は、観察地点を検出することができる限り(具体的には、例えば、観察者の顔や瞳を検出できる限り)、本質的にどこに配置してもよく、例えば、3次元像表示装置に近傍や、光学系の内部に配置することができる。   In the three-dimensional image display device according to the first to thirteenth to thirteenth aspects of the present invention, the light beam control means can be constituted by a concave mirror (a total reflection type mirror or a semi-transmission type mirror) having a concave reflection surface. . Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the first to thirteenth to thirteenth aspects of the present invention, the light beam control means includes a lens on which a light beam emitted from the optical system is incident, and a light beam emitted from the lens. Can be composed of a mirror (a flat mirror or a concave mirror, and a total reflection type mirror or a semi-transmission type mirror). Alternatively, the light beam control means is constituted by a mirror (a flat mirror or a concave mirror, and a total reflection type mirror or a semi-transmission type mirror), and the light beam control means further includes a detection means for detecting an observation point. The position of the mirror can be controlled based on the observation point detection result of the detection means. That is, when the observer moves, the position of the mirror may be controlled in accordance with (in synchronization with) the movement of the observer. Alternatively, the light control means includes a lens on which a light beam emitted from the optical system is incident, and a mirror on which the light beam emitted from the lens is incident (a flat mirror or a concave mirror, and a total reflection type mirror or a semi-transmission type). The light beam control means further includes a detection means for detecting the observation point, and controls the condensing state of the lens based on the observation point detection result of the detection means. it can. That is, when the observer moves, the condensing state of the lens may be controlled in accordance with (in synchronization with) the movement of the observer. Note that the light beam to be emitted from the optical system may be controlled based on the observation point detection result of the detection means. That is, when the observer moves, the light beam to be emitted from the optical system may be controlled in accordance with (in synchronization with) the movement of the observer. The lens can be composed of, for example, a biconvex lens, a plano-convex lens, or a meniscus convex lens, can be composed of a Fresnel lens, or can be composed of a combination of these various convex lenses. Can also be configured by combining a concave lens and these various convex lenses. The detection means can be composed of, for example, a camera equipped with a CCD element. The detection means may be disposed essentially anywhere as long as the observation point can be detected (specifically, for example, as long as the face and pupil of the observer can be detected). For example, the three-dimensional image display device Near the inside of the optical system or inside the optical system.

上記の好ましい形態、構成を含む本発明の第1Aの態様に係る3次元像表示装置及び本発明の第1Bの態様に係る3次元像表示装置を、纏めて、便宜上、『本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置』と呼ぶ。同様に、上記の好ましい形態、構成を含む本発明の第jAの態様に係る3次元像表示装置及び本発明の第jBの態様に係る3次元像表示装置(但し、j=2,3・・・13)を、纏めて、便宜上、『本発明の第jの態様に係る3次元像表示装置』と呼ぶ。   The three-dimensional image display device according to the 1A aspect of the present invention and the three-dimensional image display device according to the 1B aspect of the present invention, including the above-mentioned preferred forms and configurations, are collectively referred to as “first of the present invention. It is called a “three-dimensional image display device according to the embodiment”. Similarly, the three-dimensional image display device according to the jAth aspect of the present invention including the above-described preferred form and configuration and the three-dimensional image display apparatus according to the jBth aspect of the present invention (where j = 2, 3,... 13) is collectively referred to as “a three-dimensional image display device according to the jth aspect of the present invention” for convenience.

本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、共役像形成手段には、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を逆フーリエ変換することにより、光変調手段によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段が含まれる構成とすることが好ましい。   In the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention, the conjugate image forming means is generated by the light modulation means by performing inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means. It is preferable that an inverse Fourier transform unit for forming a real image of a two-dimensional image is included.

上記の好ましい構成を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は2次元的に配列された複数の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている形態とすることができ、この場合、2次元空間光変調器を、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)、あるいは、2次元空間光変調器の各開口内には可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、後述するように、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 three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred configuration, the light modulation means is composed of a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In this case, the two-dimensional spatial light modulator may be a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device), or two-dimensional spatial light. It is preferable to adopt a configuration in which a movable mirror is provided in each opening of the modulator (a configuration composed of a two-dimensional MEMS in which the movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix). Here, 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 as described later. 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.

あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は、
(A−1)1次元画像を生成する1次元空間光変調器、
(A−2)1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系、及び、
(A−3)2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する格子フィルタ、
から成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、透過光量の位相を変調する、即ち、光の振幅(強度)はそのままで、位相を変調する位相格子から構成されていてもよい。
Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferable configuration and form, the light modulation means includes:
(A-1) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image;
(A-2) a scanning optical system that two-dimensionally develops a one-dimensional image generated by a one-dimensional spatial light modulator and generates a two-dimensional image; and
(A-3) a grating filter that is arranged on a generation surface of a two-dimensional image and emits spatial frequencies in the generated two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders;
It can be set as the form which consists of. The grating filter may be composed of an amplitude grating, or may be composed of a phase grating that modulates the phase while modulating the phase of the amount of transmitted light, that is, the amplitude (intensity) of light is unchanged. .

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズから成り、このレンズの前側焦点面に光変調手段が配置されており、このレンズの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することができる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferred configuration and configuration, the Fourier transform image forming means is formed of a lens, and the light modulation means is disposed on the front focal plane of the lens. In addition, a Fourier transform image selection means can be arranged on the rear focal plane of this lens.

また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、前記複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部を有する構成とすることができ、この場合、フーリエ変換像選択手段は、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)から成る形態とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、フーリエ変換像選択手段においては、光変調手段による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。   Further, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the preferred configuration and form described above, the Fourier transform image selecting means has a number of opening / closing controllable openings corresponding to the plurality of diffraction orders. In this case, the Fourier transform image selection means can be a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device). The movable mirror may be formed of a two-dimensional type MEMS arranged in a two-dimensional matrix. The Fourier transform image selection means is configured to select a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order by opening a desired opening in synchronization with the generation timing of a two-dimensional image by the light modulation means. It can be.

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第1の態様に係る3次元像表示装置において、前記2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数(搬送周波数)とした画像情報に相当する構成とすることができる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention including the above-described preferable configuration and form, the spatial frequency in the two-dimensional image is the carrier frequency (carrier frequency) as the spatial frequency of the pixel structure. A configuration corresponding to image information can be adopted.

本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された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、2次元画像形成装置における各開口には可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された開口のそれぞれに配置された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M×N組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって振幅格子が形成される。   In the three-dimensional image display device according to the second aspect of the present invention, the two-dimensional image forming device includes a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive type) having two-dimensionally arranged P × Q pixels. Or a reflection type liquid crystal display device, and each pixel may be provided with an opening, or each opening in the two-dimensional image forming apparatus is provided with a movable mirror (movable) It is preferable that the mirror is configured of a two-dimensional type MEMS disposed in each of the openings arranged in a two-dimensional matrix. Here, 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, an amplitude grating is formed by the openings.

上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第2の態様に係る3次元像表示装置において、空間フィルタは、M×N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)から成る構成とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、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構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the second aspect of the present invention including the above preferable configuration and form, the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels (more specifically, a transmission type or a reflection type). Liquid crystal display device) or a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. In addition, the spatial filter can be configured to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus.

本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置において、1次元空間光変調器は、光源からの光を回折することによって1次元画像を生成する構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention, the one-dimensional spatial light modulator may be configured to generate a one-dimensional image by diffracting light from the light source.

上記の好ましい構成を含む本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置において、空間フィルタは、M×N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)から成る構成とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、空間フィルタにおいては、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構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention including the above preferred configuration, the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels (more specifically, a transmissive or reflective type). A liquid crystal display device), or a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. In addition, the spatial filter can be configured to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image.

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置において、第3のレンズの後方には、更に、異方性の光拡散を生じさせる部材(異方性拡散フィルタ、異方性拡散シート、あるいは、異方性拡散フィルム)が配置されている形態とすることもできる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the third aspect of the present invention including the above-described preferable configuration and form, a member (another member that causes anisotropic light diffusion) is further provided behind the third lens. (An anisotropic diffusion filter, an anisotropic diffusion sheet, or an anisotropic diffusion film) may be provided.

本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、共役像形成手段には、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を逆フーリエ変換することにより、画像制限・生成手段によって生成された2次元画像の共役像の実像を形成する逆フーリエ変換手段が含まれる構成とすることが好ましい。   In the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention, the conjugate image forming means is generated by the image limiting / generating means by performing inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selecting means. It is preferable that an inverse Fourier transform unit that forms a real image of a conjugate image of the two-dimensional image is included.

上記の好ましい構成を含む本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は、2次元的に配列された複数の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている形態とすることができ、この場合、2次元空間光変調器を、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)、あるいは、2次元空間光変調器の各開口内には可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M0×N0組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅(強度)を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。 In the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention including the above-mentioned preferred configuration, the light modulation means is composed of a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels arranged two-dimensionally. Can be configured to have an opening. In this case, the two-dimensional spatial light modulator is replaced with a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device), or a two-dimensional space. It is preferable to adopt a configuration in which a movable mirror is provided in each opening of the optical modulator (a configuration composed of a two-dimensional type MEMS in which the movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix). Here, the planar shape of the opening is preferably rectangular. When the planar shape of the opening is rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M 0 × N 0 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.

あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は、
(A−1)1次元画像を生成する1次元空間光変調器、
(A−2)1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系、及び、
(A−3)2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する格子フィルタ、
から成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、透過光量の位相を変調する、即ち、光の振幅(強度)はそのままで、位相を変調する位相格子から構成されていてもよい。
Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention including the above-described preferred configuration and form, the light modulation means
(A-1) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image;
(A-2) a scanning optical system that two-dimensionally develops a one-dimensional image generated by a one-dimensional spatial light modulator and generates a two-dimensional image; and
(A-3) a grating filter that is arranged on a generation surface of a two-dimensional image and emits spatial frequencies in the generated two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders;
It can be set as the form which consists of. The grating filter may be composed of an amplitude grating, or may be composed of a phase grating that modulates the phase while modulating the phase of the amount of transmitted light, that is, the amplitude (intensity) of light is unchanged. .

更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、画像制限・生成手段は、
(B−1)2枚のレンズ、及び、
(B−2)該2枚のレンズの間に配置され、前記所定のフーリエ変換像のみを通過させる散乱回折制限開口部、
から構成されている形態とすることができる。
Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention including the preferred configuration and form described above, the image restriction / generation unit includes:
(B-1) two lenses, and
(B-2) a scattering diffraction limiting aperture disposed between the two lenses and allowing only the predetermined Fourier transform image to pass through;
It can be set as the form comprised from.

また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、オーバーサンプリングフィルタは、回折光生成部材、より具体的には、例えば格子フィルタから成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。   In the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention including the preferred configuration and configuration described above, the oversampling filter is a diffracted light generating member, more specifically, for example, a lattice filter. It can be. Note that the grating filter may be composed of an amplitude grating or a phase grating.

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズから成り、このレンズの前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されており、このレンズの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することができる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention including the above-described preferred configuration and form, the Fourier transform image forming means is composed of a lens, and an oversampling filter is disposed on the front focal plane of this lens. In addition, a Fourier transform image selection means can be arranged on the rear focal plane of this lens.

また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、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開閉制御可能な開口部を有する構成とすることができ、この場合、フーリエ変換像選択手段は、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)から成る形態とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、フーリエ変換像選択手段においては、光変調手段による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。   Further, in the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention including the preferred configuration and configuration described above, the Fourier transform image selection means has a number corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region. In this case, the Fourier transform image selection means is formed of a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device). Alternatively, the movable mirror may be formed of a two-dimensional type MEMS arranged in a two-dimensional matrix. The Fourier transform image selection means is configured to select a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order by opening a desired opening in synchronization with the generation timing of a two-dimensional image by the light modulation means. It can be.

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置において、前記2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、前記2次元画像の共役像における空間周波数は、前記2次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、画像制限・生成手段において選択され、あるいは又、散乱回折制限開口部を通過する。光変調手段あるいは後述する2次元画像形成装置に表示された空間周波数は全て伝達される。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention including the above preferred configuration and form, the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds 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 may be a spatial frequency obtained by removing the spatial frequency of the pixel structure from the spatial frequency in the two-dimensional image. . That is, it is obtained as first-order diffraction using the 0th-order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency, and the spatial frequency less than half the spatial frequency of the pixel structure (aperture structure) of the light modulation means is the image limiting / generating means. Or alternatively passes through a scattering diffraction limiting aperture. All the spatial frequencies displayed on the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus described later are transmitted.

本発明の第5の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された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おり、POSF>P,QOSF>Qを満足する形態とすることができ、あるいは、2次元画像形成装置には、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おり(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から成る構成)、POSF>P,QOSF>Qを満足する形態とすることができる。開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M0×N0組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって振幅格子が形成される。また、オーバーサンプリングフィルタは、回折光生成部材、より具体的には、例えば格子フィルタから成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。 In the three-dimensional image display device according to the fifth aspect of the present invention, the two-dimensional image forming device includes a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive type) having two-dimensionally arranged P × Q pixels. Or a reflection type liquid crystal display device), each pixel is provided with an opening, and P OSF > P, Q OSF > Q can be satisfied, or the two-dimensional image forming apparatus has , P × Q openings are provided, and each opening is provided with a movable mirror (consisting of a two-dimensional MEMS in which the movable mirrors are arranged in respective openings arranged in a two-dimensional matrix. Configuration), P OSF > P, Q OSF > Q can be satisfied. The planar shape of the opening is preferably rectangular. When the planar shape of the opening is rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M 0 × N 0 sets of diffracted light are generated. That is, an amplitude grating is formed by the openings. Further, the oversampling filter can be formed of a diffracted light generating member, more specifically, for example, a grating filter. Note that the grating filter may be composed of an amplitude grating or a phase grating.

上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第5の態様に係る3次元像表示装置において、空間フィルタは、M×N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)から成る構成とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、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構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the fifth aspect of the present invention including the above-described preferred configuration and form, the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels (more specifically, a transmissive type or a reflective type). Liquid crystal display device) or a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. In addition, the spatial filter can be configured to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus.

本発明の第6の態様に係る3次元像表示装置において、1次元空間光変調器は、X方向に沿ってP個の画素を有し、光源からの光を回折することによって1次元画像を生成し、POSF>Pを満足する形態とすることができる。オーバーサンプリングフィルタは、回折光生成部材、より具体的には、例えば格子フィルタから成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。 In the three-dimensional image display device according to the sixth aspect of the present invention, the one-dimensional spatial light modulator has P pixels along the X direction, and diffracts light from the light source to display a one-dimensional image. And form that satisfies P OSF > P. The oversampling filter can be in the form of a diffracted light generating member, more specifically a grating filter, for example. Note that the grating filter may be composed of an amplitude grating or a phase grating.

上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第6の態様に係る3次元像表示装置において、空間フィルタは、M×N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)から成る構成とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、空間フィルタにおいては、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構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the sixth aspect of the present invention including the above preferable configuration and configuration, the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels (more specifically, a transmissive type or a reflective type). Liquid crystal display device) or a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. In addition, the spatial filter can be configured to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image.

以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第4の態様〜第6の態様に係る3次元像表示装置において、オーバーサンプリングフィルタを構成する格子フィルタの構造として、平板ガラスにPOSF×QOSF個の凹部が2次元マトリクス状に形成された構造(位相格子タイプ)を例示することができる。ここで、係る凹部が開口領域に相当する。開口領域(凹部)の平面形状を、例えば、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。また、上述したとおり、POSF>P,QOSF>Qを満足することが好ましいが、より具体的には、1<POSF/P≦4、1<QOSF/Q≦4を例示することができる。 In the three-dimensional image display device according to the fourth to sixth aspects of the present invention including the various preferable configurations and forms described above, P OSF is used as the structure of the lattice filter constituting the oversampling filter. XQ A structure (phase grating type) in which OSF concave portions are formed in a two-dimensional matrix can be exemplified. Here, the concave portion corresponds to the opening region. When the planar shape of the opening region (concave portion) is, for example, rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M × N sets of diffracted light are generated. Further, as described above, it is preferable that P OSF > P, Q OSF > Q is satisfied, but more specifically, 1 <P OSF / P ≦ 4 and 1 <Q OSF / Q ≦ 4 are exemplified. Can do.

本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置において、共役像形成手段には、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を逆フーリエ変換することにより、2次元画像形成装置によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段が含まれる構成とすることが好ましい。   In the three-dimensional image display apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the conjugate image forming means generates the two-dimensional image forming apparatus by performing inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selecting means. It is preferable that an inverse Fourier transform unit that forms a real image of the two-dimensional image is included.

上記の好ましい構成を含む本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置を液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)から構成することが好ましい。   In the three-dimensional image display device according to the seventh aspect of the present invention including the above-described preferable configuration, the two-dimensional image forming device is configured from a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device). It is preferable to do.

あるいは又、上記の好ましい構成を含む本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、
(A−1)1次元画像を生成する1次元画像形成装置、及び、
(A−2)1次元画像形成装置によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系、
から成る形態とすることができる。
Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the seventh aspect of the present invention including the above-described preferable configuration, the two-dimensional image forming device includes:
(A-1) a one-dimensional image forming apparatus for generating a one-dimensional image, and
(A-2) a scanning optical system that two-dimensionally develops a one-dimensional image generated by a one-dimensional image forming apparatus and generates a two-dimensional image;
It can be set as the form which consists of.

更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズから成り;該レンズの前側焦点面に、光学装置を構成する光学素子の焦点が位置しており;該レンズの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することができる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the seventh aspect of the present invention, including the preferred configuration and form described above, the Fourier transform image forming means comprises a lens; an optical device is provided on the front focal plane of the lens. The focal point of the optical element to be constructed is located; a configuration in which Fourier transform image selection means is arranged on the rear focal plane of the lens can be adopted.

また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、前記複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部を有する構成とすることができ、この場合、フーリエ変換像選択手段は、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)から成る形態とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、フーリエ変換像選択手段においては、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。   Further, in the three-dimensional image display device according to the seventh aspect of the present invention including the preferred configuration and form described above, the Fourier transform image selecting means has a number of opening / closing controllable openings corresponding to the plurality of diffraction orders. In this case, the Fourier transform image selection means can be a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device). The movable mirror may be formed of a two-dimensional type MEMS arranged in a two-dimensional matrix. The Fourier transform image selection means selects a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order by opening a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus. It can be set as the structure to do.

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置において、前記2次元画像における空間周波数は、2次元画像形成装置における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る。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the seventh aspect of the present invention including the above preferred configuration and form, the spatial frequency in the two-dimensional image is the carrier frequency of the spatial frequency of the pixel structure in the two-dimensional image forming device. It can be set as the structure corresponded to image information.

本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列されたP×Q個(但し、POD≧P,QOD≧Q)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)から成る構成とすることができる。尚、PODとP、QODとQのより具体的な関係として、1≦POD/P≦4、1≦QOD/Q≦4を例示することができる。 In the three-dimensional image display apparatus according to the eighth aspect of the present invention, the two-dimensional image forming apparatus includes two-dimensionally arranged P × Q pixels (where P OD ≧ P, Q OD ≧ Q). The liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device) can be used. As a more specific relationship between P OD and P, Q OD and Q, can be exemplified 1 ≦ P OD / P ≦ 4,1 ≦ Q OD / Q ≦ 4.

あるいは又、本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、
(A−1)1次元画像を生成する1次元画像形成装置、及び、
(A−2)1次元画像形成装置によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系、
から成る構成とすることができる。そして、この場合にあっては、1次元画像形成装置は、光源からの光を回折することによって1次元画像を生成する構成とすることができる。更には、第3のレンズの後方には、更に、異方性の光拡散を生じさせる部材(異方性拡散フィルタ、異方性拡散シート、あるいは、異方性拡散フィルム)が配置されている形態とすることもできる。
Alternatively, in the three-dimensional image display apparatus according to the eighth aspect of the present invention, the two-dimensional image forming apparatus includes:
(A-1) a one-dimensional image forming apparatus for generating a one-dimensional image, and
(A-2) a scanning optical system that two-dimensionally develops a one-dimensional image generated by a one-dimensional image forming apparatus and generates a two-dimensional image;
It can be set as the structure which consists of. In this case, the one-dimensional image forming apparatus can be configured to generate a one-dimensional image by diffracting light from the light source. Furthermore, a member (an anisotropic diffusion filter, an anisotropic diffusion sheet, or an anisotropic diffusion film) that causes anisotropic light diffusion is further disposed behind the third lens. It can also be in the form.

上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置において、空間フィルタは、M×N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)から成る構成とすることができるし、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から成る形態とすることもできる。また、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構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the eighth aspect of the present invention including the above preferable configuration and form, the spatial filter is a liquid crystal display device having M × N pixels (more specifically, a transmission type or a reflection type). Liquid crystal display device) or a two-dimensional MEMS in which movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix. In addition, the spatial filter can be configured to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus.

以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第7の態様及び第8の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置における各画素は、平面形状が矩形の開口を有している。そして、本発明の第7の態様及び第8の態様に係る3次元像表示装置における光学装置の具体的な構造として、以下の構成を例示することができる。即ち、光学素子の平面形状を、対応する画素の開口の平面形状と同一の形状あるいは相似の形状とすることが好ましい。また、各光学素子は、正の光学パワーを有する凸レンズから構成されており、あるいは又、負の光学パワーを有する凹レンズから構成されており、あるいは又、正の光学パワーを有するフレネルレンズから構成されており、あるいは又、負の光学パワーを有するフレネルレンズから構成されていることが望ましい。云い換えれば、各光学素子は屈折型の格子状素子から成る。そして、光学装置は、一種のマイクロレンズアレイから構成されており、光学装置を構成する材料としてガラスやプラスチックを挙げることができ、マイクロレンズアレイを製造する周知の方法に基づき作製することができる。尚、光学装置は、2次元画像形成装置の後方に隣接して配置されている。このように、光学装置を2次元画像形成装置の後方に隣接して配置することで、2次元画像形成装置に起因した回折現象の影響を無視することができる。あるいは又、2次元画像形成装置と光学装置との間に、例えば、2枚の凸レンズを配置し、一方の凸レンズの前側焦点面に2次元画像形成装置を配置し、一方の凸レンズの後側焦点に他方の凸レンズの前側焦点を位置させ、他方の凸レンズの後側焦点面に光学装置を配置する構成とすることもできる。一般に、回折格子を2つの範疇に分類すると、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と、透過光量の位相を変調する、即ち、光の振幅(強度)はそのままで、位相を変調する位相格子とに分類することができるが、本発明の第7の態様及び第8の態様に係る3次元像表示装置にあっては、光学装置は、後者の位相格子として機能する。   In the three-dimensional image display device according to the seventh aspect and the eighth aspect of the present invention including the various preferable configurations and forms described above, each pixel in the two-dimensional image forming apparatus has an opening having a rectangular planar shape. Have. The following configuration can be exemplified as a specific structure of the optical device in the three-dimensional image display device according to the seventh aspect and the eighth aspect of the present invention. That is, it is preferable that the planar shape of the optical element is the same as or similar to the planar shape of the corresponding pixel aperture. Each optical element is composed of a convex lens having positive optical power, or is composed of a concave lens having negative optical power, or is composed of a Fresnel lens having positive optical power. It is also desirable that the lens is composed of a Fresnel lens having negative optical power. In other words, each optical element is composed of a refractive lattice element. The optical device is composed of a kind of microlens array, and examples of the material constituting the optical device include glass and plastic. The optical device can be manufactured based on a known method for manufacturing a microlens array. The optical device is disposed adjacent to the rear of the two-dimensional image forming apparatus. Thus, by arranging the optical device adjacent to the rear of the two-dimensional image forming apparatus, the influence of the diffraction phenomenon caused by the two-dimensional image forming apparatus can be ignored. Alternatively, for example, two convex lenses are arranged between the two-dimensional image forming apparatus and the optical apparatus, the two-dimensional image forming apparatus is arranged on the front focal plane of one convex lens, and the rear focal point of one convex lens. Alternatively, the front focal point of the other convex lens may be positioned on the rear focal plane of the other convex lens, and the optical device may be disposed on the rear focal plane of the other convex lens. Generally, when the diffraction grating is classified into two categories, the amplitude (intensity) of the incident light wave is periodically modulated, and the amplitude grating that obtains a light quantity distribution that matches the light transmittance distribution of the grating and the phase of the transmitted light quantity are modulated. That is, it can be classified as a phase grating that modulates the phase while maintaining the amplitude (intensity) of light as it is. However, the three-dimensional image display device according to the seventh aspect and the eighth aspect of the present invention is suitable. Thus, the optical device functions as the latter phase grating.

本発明の第9の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は、2次元的に配列された複数の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている形態とすることができ、この場合、2次元空間光変調器を、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)、あるいは、2次元空間光変調器の各開口内には可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、M0×N0組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅(強度)を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。 In the three-dimensional image display device according to the ninth aspect of the present invention, the light modulation means is composed of a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and each pixel has an opening. In this case, the two-dimensional spatial light modulator is replaced with a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device) or each opening of the two-dimensional spatial light modulator. It is preferable to adopt a configuration in which a movable mirror is provided (a configuration composed of a two-dimensional type MEMS in which the movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix). Here, the planar shape of the opening is preferably rectangular. When the planar shape of the opening is rectangular, Fraunhofer diffraction occurs, and M 0 × N 0 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.

あるいは又、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第9の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は、
(A−1)1次元画像を生成する1次元空間光変調器、
(A−2)1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系、及び、
(A−3)2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する格子フィルタ、
から成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、透過光量の位相を変調する、即ち、光の振幅(強度)はそのままで、位相を変調する位相格子から構成されていてもよい。
Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the ninth aspect of the present invention including the above preferred configuration and form, the light modulation means
(A-1) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image;
(A-2) a scanning optical system that two-dimensionally develops a one-dimensional image generated by a one-dimensional spatial light modulator and generates a two-dimensional image; and
(A-3) a grating filter that is arranged on a generation surface of a two-dimensional image and emits spatial frequencies in the generated two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders;
It can be set as the form which consists of. The grating filter may be composed of an amplitude grating, or may be composed of a phase grating that modulates the phase while modulating the phase of the amount of transmitted light, that is, the amplitude (intensity) of light is unchanged. .

更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第9の態様に係る3次元像表示装置において、画像制限・生成手段は、
(B−1)光変調手段から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成する第1のレンズ、
(B−2)第1のレンズよりも光線進行方向変更手段側に配置され、該フーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像のみを選択する散乱回折制限開口部、並びに、
(B−3)散乱回折制限開口部よりも光線進行方向変更手段側に配置され、該選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段によって生成された2次元画像の共役像を形成する第2のレンズ、
から構成されており、
第1のレンズの後側焦点面であって第2のレンズの前側焦点面に、散乱回折制限開口部が配置されている形態とすることができる。
Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the ninth aspect of the present invention including the preferred configuration and configuration described above, the image restriction / generation means includes:
(B-1) a first lens that Fourier-transforms the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel;
(B-2) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed closer to the light beam traveling direction changing means than the first lens and selects only a predetermined Fourier transform image of the Fourier transform image; and
(B-3) A conjugate image of the two-dimensional image generated by the light modulation means is disposed by being closer to the light beam traveling direction changing means than the scattering diffraction limiting aperture, and inverse Fourier transforming the selected Fourier transform image. A second lens to be formed,
Consists of
A scattering diffraction limiting aperture may be arranged on the rear focal plane of the first lens and on the front focal plane of the second lens.

また、以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第9の態様に係る3次元像表示装置において、光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する(変化させる)ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から成る構成とすることができ、あるいは又、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する(変化させる)ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。   Further, in the three-dimensional image display device according to the ninth aspect of the present invention including the various preferable configurations and forms described above, the light ray traveling direction changing means changes the angle of the emitted light beam with respect to the incident light beam. Reflective optical means that can be (changed), specifically, for example, can comprise a mirror, or can also change (change) the angle of the outgoing light with respect to the incoming light ) Transmission optical means, specifically, for example, a prism.

更には、上記の種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第9の態様に係る3次元像表示装置において、前記2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、前記2次元画像の共役像における空間周波数は、前記2次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、画像制限・生成手段において選択され、あるいは又、散乱回折制限開口部を通過する。光変調手段あるいは後述する2次元画像形成装置に表示された空間周波数は全て伝達される。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the ninth aspect of the present invention including the above various preferred configurations and forms, the spatial frequency in the two-dimensional image is 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 a spatial frequency obtained by removing the spatial frequency of the pixel structure from the spatial frequency in the two-dimensional image. Can do. That is, it is obtained as first-order diffraction using the 0th-order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency, and the spatial frequency less than half the spatial frequency of the pixel structure (aperture structure) of the light modulation means is the image limiting / generating means. Or alternatively passes through a scattering diffraction limiting aperture. All the spatial frequencies displayed on the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus described later are transmitted.

本発明の第10の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された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、2次元画像形成装置には、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、係る開口によって振幅格子が形成される。   In the three-dimensional image display device according to the tenth aspect of the present invention, the two-dimensional image forming device is a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive type) having two-dimensionally arranged P × Q pixels. Or a reflection type liquid crystal display device), and each pixel may be provided with an opening, or the two-dimensional image forming apparatus is provided with P × Q openings, Each opening may be provided with a movable mirror (the movable mirror is composed of a two-dimensional type MEMS disposed 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, an amplitude grating is formed by the openings.

本発明の第11の態様に係る3次元像表示装置において、1次元空間光変調器は、X方向に沿ってP個の画素を有し、光源からの光を回折することによって1次元画像を生成する形態とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the eleventh aspect of the present invention, the one-dimensional spatial light modulator has P pixels along the X direction, and diffracts light from the light source to display a one-dimensional image. It can be set as the form to produce | generate.

以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第10の態様あるいは第11の態様に係る3次元像表示装置において、光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する(変化させる)ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から成る構成とすることができ、あるいは又、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する(変化させる)ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。   In the three-dimensional image display device according to the tenth aspect or the eleventh aspect of the present invention, including the preferred configuration and form described above, the light ray traveling direction changing means changes the angle of the emitted light beam with respect to the incident light beam. Reflective optical means that can be changed (changed), specifically, for example, can be constituted by a mirror, or the angle of the outgoing light beam can be changed (changed) with respect to the incident light beam. Transmissive optical means, specifically, for example, a prism.

本発明の第9の態様〜第11の態様に係る3次元像表示装置の説明において、光線進行方向変更手段までの光軸の部分をz軸とし、z軸に直交する平面内での直交座標をx軸、y軸とし、x軸と平行な方向をX方向、y軸と平行な方向をY方向とする。X方向を、例えば画像表示装置における水平方向とし、Y方向を、例えば画像表示装置における垂直方向とする。また、光線進行方向変更手段以降の光軸の部分をz’軸とし、z’軸に直交する平面内での直交座標をx’軸、y’軸とし、x’軸と平行な方向をX’方向、y’軸と平行な方向をY’方向とする。X’方向を、例えば画像表示装置における水平方向とし、Y’方向を、例えば画像表示装置における垂直方向とする。   In the description of the three-dimensional image display device according to the ninth aspect to the eleventh aspect of the present invention, the optical axis portion up to the light beam traveling direction changing means is the z-axis, and the orthogonal coordinates in a 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. The X direction is, for example, the horizontal direction in the image display device, and the Y direction is, for example, the vertical direction in the image display device. Further, the optical axis portion after the light beam traveling direction changing means is the z ′ axis, the orthogonal coordinates in the plane orthogonal to the z ′ axis are the x ′ axis and the y ′ axis, and the direction parallel to the x ′ axis is the X ′ axis. A direction parallel to the “direction, y” axis is defined as a Y ′ direction. The X ′ direction is, for example, the horizontal direction in the image display device, and the Y ′ direction is, for example, the vertical direction in the image display device.

本発明の第9の態様〜第11の態様に係る3次元像表示装置にあっては、光線進行方向変更手段による光線の進行方向の変更を、光変調手段(2次元画像形成装置)に基づく2次元画像の生成と同期させる必要がある。ここで、光線進行方向変更手段によって、以下に説明する結像面に或る像を結像した後、光線進行方向変更手段の位置を変更し(変化させ)、光線進行方向変更手段によって結像面に次の像を結像するまでの間は、光源の動作を中断し、光変調手段(2次元画像形成装置)によって2次元画像を生成させないことが必要とされる。   In the three-dimensional image display device according to the ninth aspect to the eleventh aspect of the present invention, the change of the traveling direction of the light beam by the light beam traveling direction changing unit is based on the light modulation unit (two-dimensional image forming apparatus). It is necessary to synchronize with the generation of the two-dimensional image. Here, after a certain image is formed on the imaging plane described below by the light beam traveling direction changing means, the position of the light beam traveling direction changing means is changed (changed), and the image is formed by the light beam traveling direction changing means. Until the next image is formed on the surface, it is necessary that the operation of the light source is interrupted so that a two-dimensional image is not generated by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus).

このように、結像面において結像する位置をS0×T0箇所の2次元マトリクス的に配された位置とするためには、光線進行方向変更手段として鏡を採用する場合、例えば、鏡をポリゴン・ミラーから構成し、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御すればよい。また、光線進行方向変更手段としてプリズムを採用する場合、例えば、z軸を中心としてプリズムを所望の方向に回動(変化)させるような構成とすればよい。プリズムとして、従来のプリズムの他、例えば、液晶レンズから成るプリズムを用いることもできる。尚、可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された鏡は、ピクセル構造を有しているので、係るピクセル構造がキャリアとなって新たな回折像が生じてしまうが故に、光線進行方向変更手段として使用することはできない。 As described above, in order to set the position where the image is formed on the image plane to a position arranged in a two-dimensional matrix of S 0 × T 0, when a mirror is used as the light beam traveling direction changing means, Is composed of a polygon mirror, and the inclination angle of the rotation axis may be controlled while rotating the polygon mirror about the rotation axis. Further, when a prism is employed as the light beam traveling direction changing means, for example, the prism may be rotated (changed) in a desired direction around the z axis. In addition to the conventional prism, for example, a prism made of a liquid crystal lens can be used as the prism. Since the mirror in which the movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix has a pixel structure, a new diffraction image is generated using the pixel structure as a carrier. Cannot be used.

本発明の第9の態様〜第11の態様における次元像表示装置にあっては、光線進行方向変更手段から出射された光線が結像手段あるいは第3のレンズによって結像されるとき、係る像が結像する位置(X’Y’平面内における位置である)を、S0×T0箇所の2次元マトリクス的に配された位置とすることが好ましい。ここで、S0及びT0の数として、限定するものではないが、4≦S0≦11、好ましくは、例えば、7≦S0≦9を挙げることができ、また、4≦T0≦11、好ましくは、例えば、7≦T0≦9を挙げることができる。S0の値とT0の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、光線進行方向変更手段から出射された光線が結像手段あるいは第3のレンズによって結像されるX’Y’平面を、以下、結像面と呼ぶ。 In the dimensional image display device according to the ninth to eleventh aspects of the present invention, when the light beam emitted from the light beam traveling direction changing unit is imaged by the imaging unit or the third lens, the image is displayed. It is preferable that the position where the image is formed (the position in the X′Y ′ plane) is a position arranged in a two-dimensional matrix of S 0 × T 0 locations. Here, the number of S 0 and T 0 is not limited, but 4 ≦ S 0 ≦ 11, preferably 7 ≦ S 0 ≦ 9, for example, and 4 ≦ T 0 ≦ 11. Preferably, for example, 7 ≦ T 0 ≦ 9 can be mentioned. The value of S 0 and the value of T 0 may be equal or different. The X′Y ′ plane on which the light beam emitted from the light beam traveling direction changing unit is imaged by the imaging unit or the third lens is hereinafter referred to as an imaging surface.

本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置にあっては、
(C)フーリエ変換像形成手段によって結像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、
を更に備えていることが好ましい。
In the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect of the present invention,
(C) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image formed by the Fourier transform image forming means;
Is preferably further provided.

本発明の第12の態様あるいは第13の態様に係る3次元像表示装置において、離散して配された光出射位置の数をLEPTotalとしたとき、各光出射位置から出射され、光変調手段あるいは2次元画像形成装置への入射方向が異なる光(以下、照明光と呼ぶ場合がある)によって生成されるフーリエ変換像の数は、(複数の回折次数)×LEPTotal個となる。また、照明光に基づき得られたフーリエ変換像は、各光出射位置に対応して、離散した位置に、フーリエ変換像形成手段あるいは第1のレンズによってスポット状に結像される。尚、後述するフーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを配置すれば、照明光によって生成されるフーリエ変換像の数は、最終的に、例えば、LEPTotal個となる。尚、離散して配された複数の光出射位置が、2次元マトリクス状に離間されて配されている場合、係る光出射位置の数を「U0×V0」と表現する。ここで、U0×V0=LEPTotalである。 In the three-dimensional image display apparatus according to the twelfth aspect or thirteenth aspect of the present invention, when the number of light emitting positions arranged discretely is LEP Total , light is emitted from each light emitting position, and light modulating means Alternatively, the number of Fourier transform images generated by light having different incident directions to the two-dimensional image forming apparatus (hereinafter sometimes referred to as illumination light) is (plural diffraction orders) × LEP Total . Further, the Fourier transform image obtained based on the illumination light is imaged in a spot shape at a discrete position corresponding to each light emission position by the Fourier transform image forming means or the first lens. If a Fourier transform image selection means or a spatial filter, which will be described later, is arranged, the number of Fourier transform images generated by the illumination light finally becomes, for example, LEP Total . When a plurality of light emission positions arranged in a discrete manner are arranged separated in a two-dimensional matrix, the number of such light emission positions is expressed as “U 0 × V 0 ”. Here, U 0 × V 0 = LEP Total .

本発明の第12の態様あるいは第13の態様に係る3次元像表示装置において、光源は、2次元マトリクス状に配列された複数の発光素子を具備している構成とすることができる。尚、この場合、2次元マトリクス状に配列された複数の発光素子の個数をU0’×V0’個とすると、光源の仕様に依り、U0’=U0,V0’=V0の場合もあるし、例えば、U0’/3=U0,V0’/3=V0の場合もある。そして、この場合、光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間にはレンズ(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。あるいは又、本発明の第12の態様あるいは第13の態様に係る3次元像表示装置において、光源は、発光素子、及び、該発光素子から出射された光であって、光変調手段あるいは2次元画像形成装置に入射する光の入射方向を変更するための光線進行方向変更手段を備えている構成とすることができる。そして、この場合、光線進行方向変更手段として、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する(変化させる)ことができる屈折型光学手段(例えば、レンズ、より具体的には、例えば、コリメータレンズやマイクロレンズアレイ)、あるいは又、入射する光線に対して出射する光線の位置及び角度を変更する(変化させる)ことができる反射型光学手段(具体的には、例えば、鏡、より具体的には、例えば、ポリゴン・ミラーや、ポリゴン・ミラーと鏡の組合せ、曲面から構成された凸面鏡、曲面から構成された凹面鏡、多面体から構成された凸面鏡、多面体から構成された凹面鏡)を挙げることができる。 In the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect of the present invention, the light source can be configured to include a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional matrix. In this case, if the number of light emitting elements arranged in a two-dimensional matrix is U 0 '× V 0 ', U 0 '= U 0 and V 0 ' = V 0 depending on the specifications of the light source. In some cases, for example, U 0 '/ 3 = U 0 and V 0 ' / 3 = V 0 . In this case, a lens (for example, a collimator lens) is disposed between the light source and the light modulation unit or the two-dimensional image forming apparatus, and the light source is the front focal plane (or the vicinity of the front focal plane) of this lens. It is preferable that the light is emitted from the lens (illumination light) becomes parallel light (substantially parallel light). Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect of the present invention, the light source is a light emitting element and light emitted from the light emitting element, and is a light modulation means or two-dimensional. A configuration may be provided that includes a light ray traveling direction changing means for changing the incident direction of light incident on the image forming apparatus. In this case, as the light beam traveling direction changing means, a refractive optical means (for example, a lens, more specifically, for example, which can change (change) the angle of the emitted light with respect to the incident light, for example, A collimator lens or a microlens array), or reflective optical means that can change (change) the position and angle of the emitted light with respect to the incident light (specifically, for example, a mirror, more specifically). Specifically, for example, a polygon mirror, a combination of a polygon mirror and a mirror, a convex mirror composed of a curved surface, a concave mirror composed of a curved surface, a convex mirror composed of a polyhedron, or a concave mirror composed of a polyhedron) Can do.

上述したとおり、本発明の第12の態様あるいは第13の態様に係る3次元像表示装置において、光源が2次元マトリクス状に配列された複数の発光素子を具備している構成とする場合、各発光素子から出射される光の出射方向が異なり、光変調手段あるいは2次元画像形成装置への入射方向が異なるように各発光素子を配置することが望ましい。また、上述したとおり、光線進行方向変更手段として屈折型光学手段を採用する場合、2次元マトリクス状に配列された複数の発光素子を具備している構成とすることが好ましく、この場合には、各発光素子から順次出射され、屈折型光学手段に入射し、屈折型光学手段から出射するときの光の出射方向を屈折型光学手段によって変えることができる結果、光変調手段あるいは2次元画像形成装置に入射する光の入射方向を変えることができる。尚、この場合、各発光素子から出射される光の出射方向は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。一方、上述したとおり、光線進行方向変更手段として反射型光学手段を採用する場合、発光素子の数は、1つであってもよいし、例えば、U0個であってもよい。そして、反射型光学手段から出射するときの光出射位置の数を、反射型光学手段の位置等の制御を行うことで、U0×V0=LEPTotalとすればよい。具体的には、例えば、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御すればよいし、あるいは又、発光素子から鏡に入射する光の位置を制御すればよいし、あるいは又、鏡から出射される照明光の位置を制御すればよいし、あるいは又、鏡から出射される照明光の状態(例えば、照明光の通過、遮断)を制御すればよい。そして、これによって、光変調手段あるいは2次元画像形成装置に入射する光の入射方向を変えることができる。 As described above, in the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect of the present invention, when the light source includes a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional matrix, It is desirable to dispose each light emitting element so that the emission direction of the light emitted from the light emitting element is different and the incident direction to the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus is different. Further, as described above, when the refractive optical means is adopted as the light beam traveling direction changing means, it is preferable to have a configuration including a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional matrix. As a result of being able to change the emission direction of the light emitted sequentially from each light emitting element, entering the refractive optical means, and exiting from the refractive optical means, the light modulating means or the two-dimensional image forming apparatus The incident direction of light incident on can be changed. In this case, the emission direction of the light emitted from each light emitting element may be the same or different. On the other hand, as described above, when the reflective optical means is adopted as the light beam traveling direction changing means, the number of light emitting elements may be one, for example, U 0 . Then, the number of light emission positions when the light is emitted from the reflective optical means may be set to U 0 × V 0 = LEP Total by controlling the position of the reflective optical means. Specifically, for example, the inclination angle of the rotation axis may be controlled while rotating the polygon mirror around the rotation axis, or the position of light incident on the mirror from the light emitting element may be controlled. Alternatively, the position of the illumination light emitted from the mirror may be controlled, or the state of the illumination light emitted from the mirror (for example, passing or blocking of the illumination light) may be controlled. As a result, the incident direction of the light incident on the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus can be changed.

更には、上記の好ましい構成を含む本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズ(第1のレンズ)から成り、このレンズ(第1のレンズ)の前側焦点面に光変調手段が配置されている構成とすることができる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect of the present invention including the above-described preferred configuration, the Fourier transform image forming means is composed of a lens (first lens), and the lens (first lens) The light modulation means may be arranged on the front focal plane.

本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置においては、フーリエ変換像形成手段によって生成され、結像される像は複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の画像(例えば立体画像)を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
(D)前記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、
を更に備えており、このフーリエ変換像選択手段は、フーリエ変換像が結像される位置に配置されている構成とすることが好ましい。
In the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect of the present invention, the image formed and imaged by the Fourier transform image forming means corresponds to a plurality of diffraction orders, but based on the low-order diffraction orders. Since the obtained image is bright and the image obtained based on the higher-order diffraction orders is dark, an image with sufficient image quality (for example, a three-dimensional image) can be obtained. However, for further improvement in image quality,
(D) Fourier transform image selection means for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among the Fourier transform images generated by the number corresponding to the plurality of diffraction orders;
The Fourier transform image selection means is preferably arranged at a position where the Fourier transform image is formed.

あるいは又、本発明の第13の態様に係る3次元像表示装置においても、第1のレンズによって生成され、結像される像は複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の画像(例えば立体画像)を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
(E)光出射位置の数に対応した数の開閉制御可能な開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する空間フィルタ、
を更に備えている構成とすることが好ましい。そして、この場合、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が望ましい。あるいは又、
(E)光出射位置の数に対応した数の開口部を有し、第1のレンズの後側焦点面に位置する散乱回折制限部材、
を更に備えている構成とすることが好ましい。空間フィルタあるいは散乱回折制限部材を配設することで、生成した複数の回折次数の回折光の内、所望の回折光のみを通過させることができる。
Alternatively, in the three-dimensional image display device according to the thirteenth aspect of the present invention, the image generated and imaged by the first lens corresponds to a plurality of diffraction orders, but the low-order diffraction orders. Since the image obtained based on the above is bright and the image obtained based on the higher diffraction order is dark, it is possible to obtain an image with sufficient image quality (for example, a stereoscopic image). However, for further improvement in image quality,
(E) a spatial filter having a number of openings that can be controlled to be opened and closed corresponding to the number of light emission positions, and located on the rear focal plane of the first lens;
It is preferable to have a configuration further comprising In this case, in the spatial filter, it is desirable to open a desired opening in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus. Alternatively,
(E) a scattering diffraction limiting member having a number of openings corresponding to the number of light emission positions and located on the rear focal plane of the first lens;
It is preferable to have a configuration further comprising By disposing the spatial filter or the scattering diffraction limiting member, it is possible to pass only desired diffracted light among the generated diffracted light of a plurality of diffraction orders.

そして、これらの場合、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタは、光出射位置の数(LEPTotalであり、例えば、U0×V0)に対応した数(LEPTotalであり、例えば、U0×V0)の開口部を有することが望ましい。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。あるいは又、開閉制御可能な開口部を有するフーリエ変換像選択手段として、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、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フーリエ変換像選択手段においては、光変調手段(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、フーリエ変換像選択手段あるいは第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、離散して配された光出射位置に対応している。 In these cases, the Fourier transform image selection means or the spatial filter, (a LEP Total, for example, U 0 × V 0) the number of light emitting positions are numbers (LEP Total corresponding to, for example, U 0 × It is desirable to have an opening of V 0 ). The opening may be controllable to open and close, or may be always open. Alternatively, as a Fourier transform image selection means having an opening that can be opened and closed, a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device) can be cited, and a movable mirror is two-dimensional. A two-dimensional MEMS arranged in a matrix can also be mentioned. In the Fourier transform image selection means having an opening that can be opened and closed, the desired opening is opened in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus). The Fourier transform image corresponding to the desired diffraction order can be selected. The position of the opening may be a position where a desired Fourier transform image (or diffracted light) in the Fourier transform image (or diffracted light) obtained by the Fourier transform image selecting means or the first lens is formed, The position of the opening corresponds to the light emission positions arranged in a discrete manner.

以上に説明した好ましい構成を含む本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置は、フーリエ変換像形成手段によって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、光変調手段によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段を更に備えていることが好ましい。   The three-dimensional image display device according to the twelfth aspect of the present invention including the preferred configuration described above is generated by the light modulation means by performing inverse Fourier transform on the Fourier transform image formed by the Fourier transform image forming means. It is preferable to further include an inverse Fourier transform unit that forms a real image of the two-dimensional image.

また、以上に説明した好ましい構成を含む本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置において、光変調手段は2次元的に配列された複数(P×Q個)の画素を有する2次元空間光変調器から成り、各画素は開口を備えている形態とすることができ、この場合、2次元空間光変調器を、液晶表示装置(より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置)、あるいは、2次元空間光変調器の各開口内には可動ミラーが設けられている構成(可動ミラーが2次元マトリクス状に配列された2次元型のMEMSから成る構成)とすることが好ましい。また、以上に説明した好ましい構成を含む本発明の第13の態様に係る3次元像表示装置において、2次元画像形成装置は、2次元的に配列された複数(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。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、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 three-dimensional image display device according to the twelfth aspect of the present invention including the above-described preferred configuration, the light modulation means is a two-dimensional image having a plurality of (P × Q) pixels arranged two-dimensionally. Each pixel includes a spatial light modulator, and each pixel may have an opening. In this case, the two-dimensional spatial light modulator is a liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal). Display device) or a configuration in which a movable mirror is provided in each opening of the two-dimensional spatial light modulator (a configuration composed of a two-dimensional MEMS in which the movable mirrors are arranged in a two-dimensional matrix). Is preferred. In the three-dimensional image display device according to the thirteenth aspect of the present invention including the preferred configuration described above, the two-dimensional image forming device includes a plurality of (P × Q) pixels arranged two-dimensionally. A liquid crystal display device (more specifically, a transmissive or reflective liquid crystal display device), and each pixel may be provided with an opening, or in a two-dimensional image forming apparatus. Is provided with a plurality of (P × Q) openings, and each opening is provided with a movable mirror (a two-dimensional type in which movable mirrors are arranged in respective openings arranged in a two-dimensional matrix. Of MEMS). Here, 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.

更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置において、前記2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、後述する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、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過する。光変調手段あるいは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。   Furthermore, in the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect of the present invention including the above-described preferable configuration and form, the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information using the spatial frequency of the pixel structure as the carrier frequency. Furthermore, the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image to be described later can be a spatial frequency obtained by removing the spatial frequency of the pixel structure from the spatial frequency in the two-dimensional image. . That is, it is obtained as 1st order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as a carrier frequency, and the spatial frequency less than half of the spatial frequency of the pixel structure (aperture structure) of the light modulation means is Fourier transform image selection means. Alternatively, it is selected in a spatial filter or alternatively passes through a Fourier transform image selection means or a spatial filter. All the spatial frequencies displayed on the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus are transmitted.

以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第12の態様あるいは第13の態様に係る3次元像表示装置において、U0,V0の数として、限定するものではないが、4≦U0≦12、好ましくは、例えば、9≦U0≦11を挙げることができ、また、4≦V0≦12、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、フーリエ変換像形成手段によってフーリエ変換像が結像される平面(XY平面)を、以下、結像面と呼ぶ場合がある。 In the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect of 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 ≦ 12, preferably 9 ≦ U 0 ≦ 11, for example, and 4 ≦ V 0 ≦ 12, 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) on which the Fourier transform image is formed by the Fourier transform image forming means may be hereinafter referred to as an image plane.

本発明の第12の態様あるいは第13の態様に係る3次元像表示装置にあっては、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あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過するが、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 the three-dimensional image display apparatus according to the twelfth or thirteenth aspect of the present invention, a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order is selected by a Fourier transform image selection means or a spatial filter, or The Fourier transform image selection means or the spatial filter is passed through, but the desired diffraction order is not limited, but examples include the zeroth diffraction order.

以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第12の態様あるいは第13の態様にあっては、画像表示装置における光源として、レーザ、発光ダイオード(LED)や白色光源を挙げることができる。光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間に、照明光を整形するための照明光学系を配置してもよい。画像表示装置の仕様に依り、光源から単色光あるいは白色光が出射される場合があり、あるいは又、光源は、赤色発光素子、緑色発光素子、及び、青色発光素子を備え、これらの発光素子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)を出射してもよく、これによっても、離散して配された複数の光出射位置から出射され、光変調手段あるいは2次元画像形成装置への入射方向が異なる照明光を得ることができる。   In the twelfth aspect or the thirteenth aspect of the present invention including the various preferable configurations and forms described above, examples of the light source in the image display device include a laser, a light emitting diode (LED), and a white light source. it can. An illumination optical system for shaping illumination light may be disposed between the light source and the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus. Depending on the specifications of the image display device, monochromatic light or white light may be emitted from the light source. Alternatively, the light source includes a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element. By sequentially driving, light (red light, green light, and blue light) may be emitted from the light source, and by this, the light is emitted from a plurality of light emission positions arranged in a discrete manner. Alternatively, it is possible to obtain illumination light having different incident directions to the two-dimensional image forming apparatus.

本発明の第12の態様あるいは第13の態様に係る3次元像表示装置にあっては、共役像形成手段によって形成された共役像を投射する光学的手段を備えていてもよいし、あるいは第3のレンズの後方に、第3のレンズによって形成された像を投射する光学的手段を備えていてもよい。   In the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect of the present invention, an optical means for projecting a conjugate image formed by the conjugate image forming means may be provided. Optical means for projecting an image formed by the third lens may be provided behind the third lens.

本発明の第2の態様〜第3の態様あるいは第5の態様〜第6の態様に係る3次元像表示装置において、m及びm’は整数であり、Mは正の整数であるが、m,m’,Mの関係は、m≦m’であり、且つ、M=m’−m+1である。また、n及びn’は整数であり、Nは正の整数であるが、n,n’,Nの関係は、n≦n’であり、且つ、N=n’−n+1である。また、回折次数の総数に相当するM,Nの数として、限定するものではないが、
0≦M(=m’−m+1)≦21
好ましくは、例えば、
5≦M(=m’−m+1)≦21
また、
0≦N(=n’−n+1)≦21
好ましくは、例えば、
5≦N(=n’−n+1)≦21
を例示することができる。Mの値とNの値は、等しくてもよいし、異なっていてもよいし、|m’|の値と|m|の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよいし、|n’|の値と|n|の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
In the three-dimensional image display device according to the second to third aspects or the fifth to sixth aspects of the present invention, m and m ′ are integers, and M is a positive integer. , M ′ and M are m ≦ m ′ and M = m′−m + 1. In addition, n and n ′ are integers, and N is a positive integer, but the relationship between n, n ′, and N is n ≦ n ′ and N = n′−n + 1. The number of M and N corresponding to the total number of diffraction orders is not limited,
0 ≦ M (= m′−m + 1) ≦ 21
Preferably, for example,
5 ≦ M (= m′−m + 1) ≦ 21
Also,
0 ≦ N (= n′−n + 1) ≦ 21
Preferably, for example,
5 ≦ N (= n′−n + 1) ≦ 21
Can be illustrated. The value of M and the value of N may be equal to or different from each other. The value of | m ′ | and the value of | m | may be equal to or different from each other. The value of n ′ | may be equal to or different from the value of | n |.

また、第7の態様〜第8の態様に係る3次元像表示装置にあっては、光学装置において、入射した2次元画像における空間周波数が、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が、ここで、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光が生成されるとしたとき、m,m’,Mの関係、n,n’,Nの関係は、上記のとおりとすることができる。   Further, in the three-dimensional image display device according to the seventh aspect to the eighth aspect, in the optical device, the spatial frequency in the incident two-dimensional image corresponds to a plurality of diffraction orders (total M × N). Emitted along the diffraction angle, where M sets from the m-th order to the m′-th order along the X direction (where m and m ′ are integers, M is a positive integer), A total of M × N sets of diffracted light are generated along the Y direction from the nth to the n′th order (where n and n ′ are integers and N is a positive integer). The relationship between m, m ′, and M, and the relationship between n, n ′, and N can be as described above.

以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第1の態様〜第8の態様に係る3次元像表示装置での光源として、レーザ、発光ダイオード(LED)や白色光源を挙げることができる。光源と光変調手段あるいは2次元画像形成装置との間に、光源から出射された光を整形するための照明光学系を配置してもよい。   Examples of the light source in the three-dimensional image display device according to the first to eighth aspects of the present invention including the various preferable configurations and forms described above include lasers, light emitting diodes (LEDs), and white light sources. it can. An illumination optical system for shaping the light emitted from the light source may be disposed between the light source and the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus.

2次元空間光変調器あるいは2次元画像形成装置を構成する液晶表示装置においては、例えば、次に述べる透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域が、1画素(1ピクセル)に相当する。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素の光透過率を制御することによって、光源から出射された光(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電極の重複領域に矩形の開口を設けることで、光源から出射された光(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、例えば、M×N組の回折光が生成される。   In a liquid crystal display device constituting a two-dimensional spatial light modulator or 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 is one pixel. (1 pixel). Then, the light transmittance of the light (illumination light) emitted from the light source is controlled by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve), that is, by controlling the light transmittance of each pixel. As a whole, a two-dimensional image can be obtained. By providing a rectangular opening in the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, light emitted from the light source (illumination light) passes through the opening, thereby causing Fraunhofer diffraction for each pixel. For example, 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、光源からの光(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、光源からの光(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、光源からの光(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, light (illumination light) from the light source enters from the second substrate and is emitted from the first substrate. On the other hand, in a reflective liquid crystal display device, light (illumination light) from a light source is incident from a first substrate and is, 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 light from the light source (illumination light) 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.

光変調手段(2次元画像形成装置)として、例えば、強誘電性液晶から構成された液晶表示装置を使用する場合、駆動電圧の印加に際して、DC的にプラス・マイナス0に近づける必要がある。即ち、プラス電位、又は、マイナス電位を、或る期間、印加した場合(ここで、印加した電圧×時間をV×tとする)、同じV×tの量を打ち消すような電圧を、或る期間、印加する必要がある。強誘電性液晶においては、このような操作を行わないと、強誘電性液晶内部に電荷が蓄積され、一種の焼付けが発生してしまう。従って、光変調手段あるいは2次元画像形成装置によって2次元画像を生成し、次いで、生成させないといったシーケンスを継続する必要がある場合には、あるいは又、係るシーケンスを採用することができる場合には、高速動作が可能な強誘電性液晶から構成された液晶表示装置を使用することは好適である。   For example, when a liquid crystal display device composed of ferroelectric liquid crystal is used as the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus), it is necessary to bring it closer to plus / minus 0 in terms of DC when a drive voltage is applied. That is, when a positive potential or a negative potential is applied for a certain period (where applied voltage × time is V × t), a voltage that cancels the same amount of V × t is It is necessary to apply for a period. In a ferroelectric liquid crystal, if such an operation is not performed, charges are accumulated in the ferroelectric liquid crystal, and a kind of baking occurs. Therefore, when it is necessary to continue a sequence in which a two-dimensional image is generated by a light modulation means or a two-dimensional image forming apparatus and then not generated, or when such a sequence can be adopted, It is preferable to use a liquid crystal display device composed of ferroelectric liquid crystal capable of high-speed operation.

また、1次元空間光変調器(1次元画像形成装置)として、より具体的には、回折格子−光変調素子(GLV:Grating Light Valve)が一次元的にアレイ状に配列されて成る装置(以下、回折格子−光変調装置と呼ぶ場合がある)を挙げることができる。   As a one-dimensional spatial light modulator (one-dimensional image forming apparatus), more specifically, an apparatus in which diffraction grating-light modulation elements (GLV: Grating Light Valve) are arranged one-dimensionally in an array ( Hereinafter, it may be referred to as a diffraction grating-light modulation device).

本発明の第1の態様〜第8の態様、第12の態様〜本発明の第13の態様に係る3次元像表示装置にあっては、共役像形成手段によって形成された共役像を投射する光学的手段を備えていてもよいし、第3のレンズや第5のレンズの後方に、第3のレンズや第5のレンズによって形成された像を投射する光学的手段を備えていてもよい。また、本発明の第9の態様〜第10の態様に係る3次元像表示装置にあっては、結像手段によって結像された像を投射する光学的手段を備えていてもよいし、あるいは第3のレンズの後方に、第3のレンズによって結像された像を投射する光学的手段を備えていてもよい。   In the three-dimensional image display device according to the first aspect to the eighth aspect and the twelfth aspect to the thirteenth aspect of the present invention, the conjugate image formed by the conjugate image forming means is projected. An optical means may be provided, or an optical means for projecting an image formed by the third lens or the fifth lens may be provided behind the third lens or the fifth lens. . Moreover, in the three-dimensional image display apparatus according to the ninth to tenth aspects of the present invention, the three-dimensional image display apparatus may include optical means for projecting an image formed by the image forming means, or Optical means for projecting an image formed by the third lens may be provided behind the third lens.

本発明の第1の態様〜第13の態様に係る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 according to the first to thirteenth aspects of the present invention, when the number P × Q of pixels (pixels) of a two-dimensional image is represented by (P, Q), (P, Q) Specifically, values of VGA (640, 480), S-VGA (800, 600), XGA (1024, 768), APRC (1152, 900), S-XGA (1280, 1024), U- Image display resolutions such as XGA (1600, 1200), HD-TV (1920, 1080), Q-XGA (2048, 1536), (1920, 1035), (720, 480), (1280, 960), etc. However, the present invention is not limited to these values.

本発明の第1Aの態様〜第13Aの態様に係る3次元像表示装置にあっては、光学系から出射された光線(具体的には、共役像形成手段、第3のレンズ、第5のレンズ、結像手段、あるいは、フーリエ変換像形成手段から出射された光線)の進行方向を変更する半透過型鏡が備えられているので、半透過型鏡に映る画像を観察するとき、3次元像表示装置を構成する光源や光学系が観察者の視野内に位置することが無くなり、光源や光学系が立体画像と重なり、立体画像が見にくくなるといった問題が生じることがない。また、再生された立体画像に視点が誘導され易くなり、立体画像の認識が容易となる。更には、立体画像と背景との融合が可能となる。   In the three-dimensional image display apparatus according to the first to thirteenth aspects of the present invention, the light emitted from the optical system (specifically, the conjugate image forming means, the third lens, and the fifth Since a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the lens, the imaging unit, or the Fourier transform image forming unit is provided, when observing an image reflected on the transflective mirror, three-dimensional The light source and the optical system constituting the image display device are not positioned in the observer's field of view, and the problem that the light source and the optical system overlap with the stereoscopic image and the stereoscopic image becomes difficult to see does not occur. Further, the viewpoint is easily guided to the reproduced stereoscopic image, and the recognition of the stereoscopic image is facilitated. Furthermore, it is possible to fuse the stereoscopic image and the background.

一方、本発明の第1Bの態様〜第13Bの態様に係る3次元像表示装置にあっては、光学系から出射された光線の進行方向を変更し、且つ、光学系から出射された光線の観察地点における集光状態を制御する光線制御手段を備えているので、立体画像の表示に必要な全ての光線群(視差情報を有する光線群)を空間的に生成・散布しなくても、即ち、立体画像の表示に必要な光線群を、空間的に、より低い密度で生成・散布しても、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となり、3次元像表示装置における画像データ処理系の負担を減少させることが可能となる。   On the other hand, in the three-dimensional image display device according to the first to thirteenth aspects of the present invention, the traveling direction of the light beam emitted from the optical system is changed, and the light beam emitted from the optical system is changed. Since it is equipped with a light beam control means for controlling the light collection state at the observation point, all the light beam groups (light beam groups having parallax information) necessary for displaying a stereoscopic image need not be spatially generated or scattered. Even if a group of rays necessary for displaying a stereoscopic image is spatially generated and scattered at a lower density, it is possible to obtain a stereoscopic image with light rays that are close to the same quality as real-world objects, and display a three-dimensional image. The burden on the image data processing system in the apparatus can be reduced.

本発明の第1の態様〜本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置にあっては、光変調手段あるいは2次元画像形成装置等によって、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や回折光生成手段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、フーリエ変換像形成手段あるいは第1のレンズによって空間周波数をフーリエ変換して、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、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタによって、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の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が2次元画像の形成タイミングと同期して選択され、共役像形成手段(第2のレンズ及び第3のレンズ)によって、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタに基づき選択されたフーリエ変換像の共役像が形成され、最終的に観察者に到達するといった操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、複数の回折次数に相当する光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、光の回折現象を効率的に利用した光線再生法に基づき、画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 according to the first aspect of the present invention to the third aspect of the present invention, a two-dimensional image is generated and generated by the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus. The spatial frequency in the two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel and the diffracted light generating means, and the spatial frequency is Fourier transformed by the Fourier transform image forming means or the first lens. A number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders are generated, and a Fourier transform image selection means or a spatial filter generates a desired number of diffraction orders among the Fourier transform images generated by the number corresponding to the plurality of diffraction orders. The corresponding Fourier transform image is selected in synchronization with the formation timing of the two-dimensional image, and the Fourier transform image is formed by the conjugate image forming means (second lens and third lens). A conjugate image of the Fourier transform image selected based on the image selection means or the spatial filter is formed, and the operation of finally reaching the observer is repeated sequentially and in time series, corresponding to a plurality of diffraction orders. As a result, the light beam can be generated and dispersed in a spatially high density and distributed in a plurality of directions. Based on the utilized light beam reproduction method, a three-dimensional image close to a real world object can be obtained without increasing the size of the entire image display apparatus.

また、本発明の第4の態様〜本発明の第6の態様に係る3次元像表示装置にあっては、光変調手段(2次元画像形成装置)によって、2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、画像制限・生成手段(第1のレンズ)によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、その内の所定のフーリエ変換像のみが画像制限・生成手段(散乱回折制限開口部)によって選択され、画像制限・生成手段(第2のレンズ)によって2次元画像の共役像が生成される。そして、係る2次元画像の共役像における空間周波数が、オーバーサンプリングフィルタから、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出射され、フーリエ変換像形成手段(第3のレンズ)によって空間周波数がフーリエ変換されて、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が生成される。次いで、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)によって、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の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が2次元画像の形成タイミングと同期して選択され、共役像形成手段(第2のレンズ及び第3のレンズ)によって、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)に基づき選択されたフーリエ変換像の共役像が形成され、最終的に観察者に到達する。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、オーバーサンプリングフィルタにおける各開口領域から生じる複数の回折次数に相当する光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、光の回折現象を効率的に利用した光線再生法に基づき、画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画像(立体画像)を得ることができる。しかも、本発明の第4の態様〜本発明の第6の態様に係る3次元像表示装置にあっては、オーバーサンプリングフィルタを配置することによって、即ち、光変調手段(2次元画像形成装置)とは独立して、読み出した画像(2次元画像の共役像)を新たに空間的にサンプリングするので、最終的に得られる画像の大きさと視野角とを、独立して制御することができる。従って、観察される画像(立体画像)の領域を広げつつ、表示される画像(立体画像)のスケール(大きさ)を大きくすることが可能となる。   In the three-dimensional image display apparatus according to the fourth aspect to the sixth aspect of the present invention, a two-dimensional image is generated by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus), and A spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel or the like, and the spatial frequency is Fourier-transformed by an image limiting / generating unit (first lens). The number of Fourier transform images corresponding to the diffraction orders of the image is generated, and only a predetermined Fourier transform image is selected by the image limiting / generating means (scattering diffraction limiting aperture), and the image limiting / generating means (second The conjugate image of the two-dimensional image is generated by the lens. Then, the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is emitted from the oversampling filter along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region, and Fourier transform image forming means (third lens) As a result, the spatial frequency is Fourier transformed to generate a number of Fourier transformed images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region. Next, a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among the Fourier transform images generated by the Fourier transform image selection means (spatial filter) corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region is a two-dimensional image. The conjugate image of the Fourier transform image selected based on the Fourier transform image selection means (spatial filter) is formed by the conjugate image formation means (second lens and third lens). Finally reach the observer. Such operations are sequentially repeated in time series, so that a group of rays corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region in the oversampling filter can be spatially high in density and As a result of being able to generate and scatter in a state of being distributed in the direction, the entire image display device is enlarged based on a light beam reproduction method that efficiently utilizes the light diffraction phenomenon, which has not been conventionally used, due to such a light beam group. Therefore, it is possible to obtain an image (stereoscopic image) having a texture close to that of an object in the real world. Moreover, in the three-dimensional image display apparatus according to the fourth aspect to the sixth aspect of the present invention, an oversampling filter is arranged, that is, a light modulation means (two-dimensional image forming apparatus). Since the read image (conjugate image of the two-dimensional image) is newly spatially sampled independently, the size of the finally obtained image and the viewing angle can be controlled independently. Therefore, the scale (size) of the displayed image (stereoscopic image) can be increased while expanding the area of the observed image (stereoscopic image).

本発明の第7の態様〜本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置においては、2次元画像形成装置によって2次元画像が生成され、生成された2次元画像における空間周波数が、屈折型の格子状素子から成る光学素子の集合体である光学装置によって複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段あるいは第1のレンズによって空間周波数をフーリエ変換して、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、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタによって、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の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が2次元画像の形成タイミングと同期して選択され、共役像形成手段(第2のレンズ及び第3のレンズ)によって、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタに基づき選択されたフーリエ変換像の共役像が形成され、最終的に観察者に到達するといった操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、複数の回折次数に相当する光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、光の回折現象を効率的に利用した光線再生法に基づき、画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画像(立体画像)を得ることができる。   In the three-dimensional image display apparatus according to the seventh aspect to the eighth aspect of the present invention, a two-dimensional image is generated by the two-dimensional image forming apparatus, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image is refracted. Is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders by an optical device which is an assembly of optical elements composed of a lattice element of a mold, and a spatial frequency is Fourier transformed by a Fourier transform image forming means or a first lens. A number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders are generated, and a Fourier transform image selection means or a spatial filter generates a desired number of diffraction orders among the Fourier transform images generated by the number corresponding to the plurality of diffraction orders. Corresponding Fourier transform images are selected in synchronization with the formation timing of the two-dimensional image, and the conjugate image forming means (the second lens and the third lens) is used to select the Fourier transform image. D. A conjugate image of the Fourier transform image selected based on the transform image selection means or the spatial filter is formed, and the operation of finally reaching the observer is sequentially repeated in time series so that a plurality of diffraction orders are obtained. Can be generated and scattered in a spatially high density and distributed in multiple directions. As a result, the light group can efficiently eliminate the light diffraction phenomenon Based on the light ray reproducing method that has been used in practice, it is possible to obtain an image (stereoscopic image) having a texture close to that of an object in the real world without increasing the size of the entire image display device.

2次元画像形成装置によって生成された2次元画像における空間周波数を、矩形の開口を有し、係る矩形の開口に基づきフラウンホーファー回折を発生させる振幅格子によって複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射させた場合、高い開口率を有する振幅格子の作製が困難な場合がある。そして、光利用効率は開口の開口率に依存するが故に、高い光利用効率を達成することが困難となる虞がある。一方、2次元画像における空間周波数をフーリエ変換してフーリエ変換像を生成するとき、複数の回折次数に対応したフーリエ変換像間のユニフォーミティ(回折次数間の光強度の均一性)は、開口が小さい程、向上する。本発明の第7の態様〜本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置においては、振幅格子ではなく、屈折型の格子状素子から成る光学素子の集合体である光学装置を採用することで、光学素子それ自体に高い開口率を与えることができ、光利用効率の向上を実現することができるだけでなく、光学素子に入射した光は略一点に集光されるので、小さな開口を得たと等価となり、複数の回折次数に対応したフーリエ変換像間において高いユニフォーミティを達成することができる。しかも、光学装置の最適化を図ることで、高い次数の回折に対しても多くのエネルギーを分配することが可能となる。尚、例えばガラス平板に多数の凹部を形成した位相格子を採用すれば、光利用効率を高めることは可能である。しかしながら、位相変調によるパターン生成の場合、特定の面内において任意のパターン生成は可能であるが、任意の面内において光線による画像を生成するシステムにあっては、任意の面内において特定のパターンを生成することは極めて困難である。本発明の第7の態様〜本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置においては、位相格子の代わりに、屈折型の格子状素子から成る光学素子の集合体である光学装置を採用することで、このような位相格子における問題を解消することができる。   The spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus is changed along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders by an amplitude grating having a rectangular opening and generating Fraunhofer diffraction based on the rectangular opening. In some cases, it is difficult to produce an amplitude grating having a high aperture ratio. And since light utilization efficiency is dependent on the aperture ratio of an opening, there exists a possibility that it may become difficult to achieve high light utilization efficiency. On the other hand, when generating a Fourier transform image by Fourier transforming the spatial frequency in a two-dimensional image, the uniformity between the Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders (uniformity of light intensity between diffraction orders) is The smaller, the better. In the three-dimensional image display apparatus according to the seventh aspect to the eighth aspect of the present invention, an optical apparatus that is an aggregate of optical elements including refractive grating elements is employed instead of the amplitude grating. Therefore, not only can the optical element itself have a high aperture ratio and can improve the efficiency of light utilization, but also the light incident on the optical element is condensed at a substantially single point. Equivalent to the obtained one, high uniformity can be achieved between Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders. In addition, by optimizing the optical device, a large amount of energy can be distributed even for high-order diffraction. For example, if a phase grating in which a large number of concave portions are formed on a glass flat plate is employed, it is possible to increase the light utilization efficiency. However, in the case of pattern generation by phase modulation, an arbitrary pattern can be generated in a specific plane. However, in a system that generates an image by light rays in an arbitrary plane, a specific pattern is determined in an arbitrary plane. Is extremely difficult to generate. In the three-dimensional image display device according to the seventh aspect to the eighth aspect of the present invention, an optical device that is an assembly of optical elements composed of refractive grating elements is used instead of the phase grating. By doing so, such a problem in the phase grating can be solved.

本発明の第9の態様〜第11の態様に係る3次元像表示装置においては、光変調手段(2次元画像形成装置)によって、2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、画像制限・生成手段(第1のレンズ)によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、その内の所定のフーリエ変換像のみが画像制限・生成手段(散乱回折制限開口部)によって選択され、画像制限・生成手段(第2のレンズ)によって2次元画像の共役像が生成される。そして、係る2次元画像の共役像における空間周波数が、光線進行方向変更手段から、光軸であるz’軸に対して所望の角度で出射される。そして、更には、結像手段(第3のレンズ)によって、光線進行方向変更手段から出射されたフーリエ変換像の共役像が結像面に結像され、最終的に観察者に到達する。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、光線進行方向変更手段から出射された光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、画像(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、画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画像(立体画像)を得ることができる。しかも、本発明の第9の態様〜第11の態様に係る3次元像表示装置にあっては、光線進行方向変更手段における光量の損失は無視できる程度に小さいので、最終的に観察者に到達する像のコントラストが低下することがなく、クリアーでぼけの無い画像(立体画像)を観察することができる。   In the three-dimensional image display apparatus according to the ninth aspect to the eleventh aspect of the present invention, a two-dimensional image is generated by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus), and the generated two-dimensional image A spatial frequency is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel or the like, and a spatial frequency is Fourier-transformed by an image limiting / generating unit (first lens) to correspond to a plurality of diffraction orders. Of the two-dimensional image is selected by the image limiting / generating means (scattering diffraction limiting aperture) and the image limiting / generating means (second lens). A conjugate image is generated. Then, the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is emitted from the light beam traveling direction changing means at a desired angle with respect to the z ′ axis that is the optical axis. Further, a conjugate image of the Fourier transform image emitted from the light beam traveling direction changing unit is formed on the imaging plane by the imaging unit (third lens), and finally reaches the observer. And, such operations are sequentially repeated in time series so that the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means is spatially high in density and distributed in a plurality of directions. As a result of being able to generate and scatter, the entire image display device is based on the light ray reproduction method that efficiently controls the direction component of light rays for constructing an image (stereoscopic image), which has not been conventionally used, with such a light ray group. An image (stereoscopic image) with a texture close to that of a real world object can be obtained without increasing the size. In addition, in the three-dimensional image display apparatus according to the ninth to eleventh aspects of the present invention, the loss of light quantity in the light beam traveling direction changing means is so small that it can be ignored. Therefore, a clear and blur-free image (stereoscopic image) can be observed without reducing the contrast of the image to be displayed.

本発明の第12の態様〜第13の態様に係る3次元像表示装置においては、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光(照明光)に基づき、光変調手段(2次元画像形成装置)によって、2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段(第1のレンズ)によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像(回折光)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、光変調手段(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、フーリエ変換像形成手段(第1のレンズ)から出射された光線群(例えば、LEPTotal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、画像(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、画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画像(立体画像)を得ることができる。しかも、本発明の第12の態様〜第13の態様の画像表示装置において、例えば、0次の回折光に基づき画像(立体画像)を構成すれば、明るく、クリアーで、高品質の画像(立体画像)を得ることができる。 In the three-dimensional image display apparatus according to the twelfth to thirteenth aspects of the present invention, the light modulation means (2) is based on light (illumination light) emitted sequentially from different light emission positions of the light source and having different incident directions. A two-dimensional image is generated by a two-dimensional image forming apparatus), and a spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel or the like to form a Fourier transform image The spatial frequency is Fourier-transformed by the means (first lens) to generate a number of Fourier-transformed images (diffracted lights) corresponding to a plurality of diffraction orders, which are formed and finally reach the observer. The image reaching the observer includes a component in the incident direction of light (illumination light) to the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus). Then, by repeating such operations sequentially in time series, a group of light beams (for example, LEP Total light beams) emitted from the Fourier transform image forming means (first lens) are spatially converted. As a result of being able to generate and scatter in a state of high density and distributed in multiple directions, the light ray direction component for constructing an image (stereoscopic image), which has never existed in the past, is efficiently obtained by such a light ray group. Based on the controlled light beam reproduction method, it is possible to obtain an image (stereoscopic image) having a texture close to an object in the real world without increasing the size of the entire image display apparatus. Moreover, in the image display devices according to the twelfth to thirteenth aspects of the present invention, for example, if an image (stereoscopic image) is formed based on the 0th-order diffracted light, a bright, clear, high-quality image (stereoscopic) is formed. Image).

図1の(A)、(B)及び(C)は、本発明の第1Aの態様〜第13Aの態様に係る3次元像表示装置において、光源、光学系及び半透過型鏡の配置を模式的に示す図である。1A, 1B, and 1C schematically illustrate the arrangement of a light source, an optical system, and a transflective mirror in the three-dimensional image display apparatus according to the first to thirteenth aspects of the present invention. FIG. 図2の(A)は、本発明の第1Aの態様〜第13Aの態様に係る3次元像表示装置において、光源、光学系及び半透過型鏡の配置を模式的に示す図であり、また、図2の(A)、(B)及び(C)は、本発明の第1Bの態様〜第13Bの態様に係る3次元像表示装置において、光源、光学系及び光線制御手段の配置を模式的に示す図である。2A is a diagram schematically showing the arrangement of a light source, an optical system, and a transflective mirror in the three-dimensional image display device according to the first to thirteenth aspects of the present invention. 2A, 2B, and 2C schematically illustrate the arrangement of the light source, the optical system, and the light beam control means in the three-dimensional image display device according to the first to thirteenth aspects of the present invention. FIG. 図3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. 3 is a conceptual diagram in the yz plane of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. 図4は、実施例1の3次元像表示装置を斜めから見たときの概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display device according to the first embodiment when viewed from an oblique direction. 図5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. 5 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display device according to the first embodiment when viewed from an oblique direction. 図6は、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)の1例の模式的な正面図である。FIG. 6 is a schematic front view of an example of Fourier transform image selection means (spatial filter). 図7は、実施例1の光変調手段(2次元画像形成装置)によって、複数の回折次数の回折光が生成される状態を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a state in which diffracted light having a plurality of diffraction orders is generated by the light modulation unit (two-dimensional image forming apparatus) according to the first embodiment. 図8は、実施例1の3次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段(第1のレンズL1)における集光状態、及び、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)における結像状態を模式的に示す図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a condensing state in the Fourier transform image forming unit (first lens L 1 ) and an image forming state in the Fourier transform image selecting unit (spatial filter) in the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. FIG. 図9の(A)及び(B)は、それぞれ、光変調手段(2次元画像形成装置)によって生成された2次元画像における空間周波数が最も低い状態、及び、最も高い状態を示す光変調手段(2次元画像形成装置)の模式的な正面図である。(A) and (B) of FIG. 9 respectively show the state of the lowest spatial frequency and the state of the highest spatial frequency in the two-dimensional image generated by the light modulator (two-dimensional image forming apparatus). 1 is a schematic front view of a two-dimensional image forming apparatus. 図10の(A)及び(B)は、それぞれ、光変調手段(2次元画像形成装置)によって生成された2次元画像における空間周波数が最も低い状態、及び、最も高い状態におけるフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に示す図である。(A) and (B) of FIG. 10 respectively show the light of the Fourier transform image in the state where the spatial frequency is the lowest and the highest in the two-dimensional image generated by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus). It is a figure which shows typically the frequency characteristic of an intensity | strength. 図11の(A)は、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)のxy平面上におけるフーリエ変換像の分布を示す模式図であり、図11の(B)及び(C)は、図11の(A)のx軸上でのフーリエ変換像の光強度分布を示す図である。11A is a schematic diagram showing the distribution of the Fourier transform image on the xy plane of the Fourier transform image selection means (spatial filter), and FIGS. 11B and 11C are diagrams of FIG. It is a figure which shows the light intensity distribution of the Fourier-transform image on the x-axis of A). 図12は、実施例3の3次元像表示装置の概念図である。FIG. 12 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment. 図13は、実施例3の3次元像表示装置における光変調手段(2次元画像形成装置)の一部分等の概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram of a part of the light modulation unit (two-dimensional image forming apparatus) in the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment. 図14は、実施例4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 fourth embodiment. 図15は、実施例4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. 15 is a conceptual diagram when the three-dimensional image display apparatus according to the fourth embodiment is viewed from an oblique direction. 図16は、実施例4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. 16 is a diagram schematically illustrating an arrangement state of components of the three-dimensional image display device according to the fourth embodiment. 図17は、実施例4の3次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段(第3のレンズL3)における集光状態、及び、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)における結像状態を模式的に示す図である。FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a condensing state in the Fourier transform image forming unit (third lens L 3 ) and an image forming state in the Fourier transform image selecting unit (spatial filter) in the three-dimensional image display apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 図18は、実施例5の3次元像表示装置の概念図である。FIG. 18 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the fifth embodiment. 図19は、実施例6の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。FIG. 19 is a conceptual diagram on the yz plane of the three-dimensional image display apparatus according to the sixth embodiment. 図20は、実施例6の3次元像表示装置における光学装置の動作、作用を説明するための概念図である。FIG. 20 is a conceptual diagram for explaining the operation and action of the optical device in the three-dimensional image display device according to the sixth embodiment. 図21は、実施例6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. 21 is a conceptual diagram when the three-dimensional image display apparatus according to the sixth embodiment is viewed from an oblique direction. 図22は、実施例6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. 22 is a diagram schematically illustrating an arrangement state of components of the three-dimensional image display device according to the sixth embodiment. 図23は、実施例6において、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。FIG. 23 is a diagram schematically illustrating a state in which diffracted light having a plurality of diffraction orders is generated by the two-dimensional image forming apparatus in the sixth embodiment. 図24は、実施例7の3次元像表示装置の概念図である。FIG. 24 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the seventh embodiment. 図25は、実施例8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 the three-dimensional image display apparatus according to the eighth embodiment. 図26は、実施例8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. 26 is a conceptual diagram when the three-dimensional image display device according to the eighth embodiment is viewed from an oblique direction. 図27は、実施例8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. 27 is a diagram schematically illustrating an arrangement state of components of the three-dimensional image display device according to the eighth embodiment. 図28は、実施例9の3次元像表示装置の概念図である。FIG. 28 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the ninth embodiment. 図29は、実施例10の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。FIG. 29 is a conceptual diagram on the yz plane of the three-dimensional image display apparatus according to the tenth embodiment. 図30は、実施例10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. 30 is a diagram schematically illustrating an arrangement state of components of the three-dimensional image display device according to the tenth embodiment. 図31は、実施例10の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図である。FIG. 31 is an enlarged conceptual diagram of a part of the three-dimensional image display apparatus according to the tenth embodiment. 図32の(A)及び(B)は、実施例10の3次元像表示装置において、光変調手段(2次元画像形成装置)によって、複数の回折次数の回折光が生成される状態を模式的に示す図である。32A and 32B schematically show a state in which diffracted light of a plurality of diffraction orders is generated by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) in the three-dimensional image display apparatus of the tenth embodiment. FIG. 図33は、実施例10の3次元像表示装置における光源の模式的な正面図である。FIG. 33 is a schematic front view of a light source in the three-dimensional image display apparatus according to the tenth embodiment. 図34は、実施例10の3次元像表示装置における空間フィルタの模式的な正面図である。FIG. 34 is a schematic front view of a spatial filter in the three-dimensional image display apparatus according to the tenth embodiment. 図35は、実施例11の3次元像表示装置のyz平面における概念図である。FIG. 35 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display device according to the eleventh embodiment on the yz plane. 図36は、図35に示す実施例11の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、或る発光素子が発光状態にある)である。FIG. 36 is an enlarged conceptual view of a part of the three-dimensional image display apparatus according to Example 11 shown in FIG. 35 (however, a certain light emitting element is in a light emitting state). 図37は、図35に示す実施例11の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、別の発光素子が発光状態にある)である。FIG. 37 is an enlarged conceptual view of a part of the three-dimensional image display apparatus according to Example 11 shown in FIG. 35 (however, another light emitting element is in a light emitting state). 図38は、図35に示す実施例11の3次元像表示装置の一部を拡大した概念図(但し、更に別の発光素子が発光状態にある)である。FIG. 38 is a conceptual diagram in which a part of the three-dimensional image display apparatus according to Example 11 shown in FIG. 35 is enlarged (however, another light emitting element is in a light emitting state). 図39は、実施例12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. 39 is a conceptual diagram of a part of the three-dimensional image display apparatus according to the twelfth embodiment on the yz plane. 図40は、光変調手段(2次元画像形成装置)における2次元画像の形成タイミングと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、光変調手段(2次元画像形成装置)における2次元画像の形成タイミングを示し、中段及び下段には、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. 40 is a diagram showing the formation timing of a two-dimensional image in the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) and the opening / closing timing of the opening of the Fourier transform image selection means (spatial filter). The two-dimensional image formation timing in the means (two-dimensional image forming apparatus) 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41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. 41 is a diagram schematically showing the concept of spatial filtering by Fourier transform image selection means (spatial filter) in time series. 図42は、図41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. 42 is a diagram schematically showing an image obtained as a result of the spatial filtering shown in FIG. 図43は、光線進行方向変更手段の位置制御を行うことで、結像面においてどの位置に像が結像するかを模式的に示す図である。FIG. 43 is a diagram schematically showing at which position an image is formed on the imaging plane by performing position control of the light beam traveling direction changing means. 図44は、回折格子−光変調素子を構成する下部電極、固定電極、可動電極の配置を模式的に示す図である。FIG. 44 is a diagram schematically showing the arrangement of the lower electrode, the fixed electrode, and the movable electrode constituting the diffraction grating-light modulation element. 図45の(A)は、図44の矢印B−Bに沿った固定電極等の模式的な断面図、及び、図44の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図(但し、回折格子−光変調素子が作動していない状態にある)であり、図45の(B)は、図44の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図であり(但し、回折格子−光変調素子が作動している状態にある)、図45の(C)は、図44の矢印C−Cに沿った固定電極、可動電極等の模式的な断面図である。45A is a schematic cross-sectional view of the fixed electrode and the like along the arrow BB in FIG. 44, and a schematic cross-sectional view of the movable electrode and the like along the arrow AA in FIG. However, the diffraction grating-light modulation element is not in operation), and FIG. 45B is a schematic cross-sectional view of the movable electrode and the like along the arrow AA in FIG. However, FIG. 45C is a schematic cross-sectional view of the fixed electrode, the movable electrode, and the like along the arrow CC in FIG. 44. . 図46の(A)、(B)及び(C)は、それぞれ、実施例1〜実施例9の3次元像表示装置における光源及び照明光学系の第1構成例、第2構成例、及び、第3構成例を示す模式図である。(A), (B), and (C) in FIG. 46 are a first configuration example, a second configuration example, and a light source and illumination optical system in the three-dimensional image display devices according to the first to ninth embodiments, respectively. It is a schematic diagram which shows a 3rd structural example. 図47の(A)及び(B)は、それぞれ、実施例1〜実施例9の3次元像表示装置における光源及び照明光学系の第4構成例、及び、第5構成例を示す模式図である。47A and 47B are schematic diagrams illustrating a fourth configuration example and a fifth configuration example of the light source and the illumination optical system in the three-dimensional image display apparatuses according to the first to ninth embodiments, respectively. is there. 図48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。48A and 48B 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49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. 49 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50の(A)及び(B)は、それぞれ、立体画像の表示に必要な光線群が空間的に散布されている状態を模式的に示す図である。50A and 50B are diagrams schematically showing a state in which light beams necessary for displaying a stereoscopic image are spatially scattered. 図51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. 51 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52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. 52 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional three-dimensional image display apparatus.

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、本発明の第1Aの態様及び第2Aの態様に係る3次元像表示装置に関する。図1の(A)、図3、図4及び図5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。尚、図3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。ここで、図3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3と同様である。また、図4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5は、実施例1の3次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。尚、z軸(光軸に相当する)は、各実施例の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。   Example 1 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the first A aspect and the second A aspect of the present invention. FIG. 1A, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5 are conceptual diagrams of a three-dimensional image display apparatus of Example 1 for monochromatic display. In FIG. 3, 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 Y. The direction. 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. Here, FIG. 3 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. 4 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment when viewed from an oblique direction. FIG. 5 schematically illustrates the arrangement state of the components of the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment. FIG. The z-axis (corresponding to the optical axis) passes through the center of each component constituting the three-dimensional image display device of each embodiment, and is orthogonal to each component constituting the three-dimensional image display device.

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52に示した装置にあっては、多数(例えば、M×N個)のプロジェクタ・ユニット301を水平方向及び垂直方向に並列的に配置しなければならない。   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. 52, a large number (for example, M × N) of projector units 301 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1Aにあっては、図1の(A)、図3、図4及び図5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1Aは、1つの3次元像表示装置で、図52に示した多数(M×N個)のプロジェクタ・ユニット301を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、図51に示すように、分割された3次元画像の数だけ、実施例1の3次元像表示装置1Aを備えればよい。図51においては、実施例1の3次元像表示装置1Aを、4×4=16、備えた装置を例示している。   On the other hand, the three-dimensional image display apparatus 1A according to the first embodiment is a conventional three-dimensional image display apparatus having the components shown in FIG. 1A, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. Compared to the above, it is possible to generate and form a large number of light beams with high spatial density. The three-dimensional image display device 1A according to the first embodiment is a single three-dimensional image display device, in which a large number (M × N) of projector units 301 shown in FIG. 52 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction. It has a function equivalent to the device. For example, when the multi-unit method is adopted, the three-dimensional image display device 1A of the first embodiment may be provided as many as the number of divided three-dimensional images as shown in FIG. In FIG. 51, an apparatus provided with 4 × 4 = 16 three-dimensional image display apparatus 1A of the first embodiment is illustrated.

本発明の第1Aの態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例1の3次元像表示装置1Aは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置1Aである。そして、この光学系は、
(A)複数の画素31を有し、光源からの光を各画素31によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、
(B)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数(総計M×N)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40、
(C)前記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50、並びに、
(D)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60、
を備えている。
Describing along the components of the three-dimensional image display device according to the aspect 1A of the present invention, the three-dimensional image display device 1A of Example 1 is a three-dimensional image display device including a light source 10 and an optical system. 1A. And this optical system
(A) A plurality of pixels 31 are provided, light from a light source is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image, and a spatial frequency in the generated two-dimensional image is converted into a plurality of diffractions generated from each pixel 31. Light modulating means 30 that emits along a diffraction angle corresponding to the order (total M × N);
(B) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image having a number corresponding to the plurality of diffraction orders (total M × N) by subjecting the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means 30 to Fourier transform. 40,
(C) Fourier transform image selection means 50 for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among the Fourier transform images generated by the number corresponding to the plurality of diffraction orders, and
(D) conjugate image forming means 60 for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
It has.

更には、共役像形成手段60には、フーリエ変換像選択手段50によって選択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、光変調手段30によって生成された2次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段(具体的には、後述する第2のレンズL2)が備えられている。また、フーリエ変換像形成手段40はレンズから成り、このレンズの前側焦点面に光変調手段30が配置されており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段50が配置されている。フーリエ変換像選択手段50は、複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部51を有する。 Further, the conjugate image forming unit 60 performs inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection unit 50 to form a real image of the two-dimensional image generated by the light modulation unit 30. Conversion means (specifically, a second lens L 2 described later) is provided. Further, the Fourier transform image forming means 40 comprises a lens, the light modulation means 30 is disposed on the front focal plane of the lens, and the Fourier transform image selection means 50 is disposed on the rear focal plane of the lens. The Fourier transform image selection means 50 has a number of openings 51 that can be opened and closed corresponding to a plurality of diffraction orders.

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.

また、本発明の第2Aの態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例1の3次元像表示装置1Aは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)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P×Q個(但し、P及びQは任意の正の整数である)の開口を有し、光源10からの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、該2次元画像に基づき、開口毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成する2次元画像形成装置30、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置30が配置されている第1のレンズ(より具体的には、実施例1にあっては凸レンズ)L1
(C)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSF、
(D)その前側焦点面に空間フィルタSFが配置されている第2のレンズ(より具体的には、実施例1にあっては凸レンズ)L2、並びに、
(E)第2のレンズL2の後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ(より具体的には、実施例1にあっては凸レンズ)L3
を備えている。
Further, the description will be made along the components of the three-dimensional image display device according to the 2A aspect of the present invention. It is a display device. And this optical system
(A) P × Q apertures (where P and Q are arbitrary positive integers) arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction, and the light from the light source 10 A two-dimensional image is generated by controlling the passage for each aperture, and M sets from the m-th order to the m′-th order along the X direction are provided for each aperture based on the two-dimensional image (however, m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the n-th order to the n′-th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N is a positive number) A two-dimensional image forming apparatus 30 that generates a total of M × N sets of diffracted light,
(B) a first lens (more specifically, a convex lens in the first embodiment) L 1 in which the two-dimensional image forming apparatus 30 is disposed on the front focal plane thereof;
(C) M × N open / close controllable openings 51 are arranged on the rear focal plane of the first lens L 1 and M in the X direction and N in the Y direction. A spatial filter SF,
(D) a second lens (more specifically, a convex lens in Example 1) L 2 in which a spatial filter SF is disposed on its front focal plane, and
(E) a third lens (more specifically, a convex lens in the first embodiment) L 3 in which the front focal point is located at the rear focal point of the second lens L 2 ;
It has.

そして、実施例1の3次元像表示装置1Aは、更に、光学系から出射された光線(具体的には、共役像形成手段60あるいは第3のレンズL3から出射された光線)の進行方向を変更する(変化させる)半透過型鏡90を備えている。半透過型鏡90は、例えば、部分透過(反射)ミラーのような誘電体多層膜から成る、尚、図1の(A)に概念図を示すように、半透過型鏡90によって進行方向が変更された光線の経路の延長上には、光源及び光学系は存在しない。即ち、『経路−2』の延長上には光源及び光学系は存在しない。このような構成を達成するためには、半透過型鏡の配置の最適化を図ればよい。あるいは又、光線の経路の延長に、図1の(B)や図1の(C)に概念図を示すように、例えば、不透明な板やシートから成る遮蔽部材91を配置してもよい。尚、遮蔽部材91には、立体画像の一種の背景となる絵を描いてもよい。図1の(B)及び図1の(C)に示す例にあっては、『経路−2』の延長上には光源の像が存在しない。即ち、遮蔽部材91によって、観察者から光源の像が隠蔽されている。図1の(C)に示す例にあっては、具体的には、遮蔽部材91は、3次元像表示装置1Aの上面と同じレベル(あるいは略同じレベル)に、3次元像表示装置1Aの上面と平行に(あるいは略平行に)配置されている。また、半透過型鏡90の配置状態は、図1の(B)と図1の(C)とでは異なっており、図1の(C)に示した例の方が、半透過型鏡90によって反射された光線は、図1の(B)に示した例よりも、上方に向かっている。尚、図1の(A)、図1の(B)あるいは図1の(C)に示すように、半透過型鏡90は、反射面が平坦な平面鏡であってもよいし、図2の(A)に示すように、半透過型鏡92は、反射面が凹面状の凹面鏡であってもよい。以上に説明した半透過型鏡90,92、遮蔽部材91を、後述する実施例3〜実施例12においても適用することができる。 Then, the three-dimensional image display device 1A of the first embodiment, further, the traveling direction of a light ray emitted (specifically, light beams emitted from the conjugate image formation means 60 or the third lens L 3) from the optical system Is provided with a transflective mirror 90 that changes (changes). The transflective mirror 90 is made of, for example, a dielectric multilayer film such as a partially transmissive (reflective) mirror. Incidentally, as shown in the conceptual diagram of FIG. There are no light sources and optics on the extension of the modified ray path. That is, the light source and the optical system do not exist on the extension of “path-2”. In order to achieve such a configuration, the arrangement of the transflective mirrors may be optimized. Alternatively, a shielding member 91 made of, for example, an opaque plate or sheet may be disposed in the extension of the light path, as shown in the conceptual diagrams of FIGS. 1B and 1C. In addition, you may draw the picture used as the kind of background of a stereo image on the shielding member 91. FIG. In the example shown in FIG. 1B and FIG. 1C, the image of the light source does not exist on the extension of “path-2”. In other words, the image of the light source is concealed from the observer by the shielding member 91. In the example shown in FIG. 1C, specifically, the shielding member 91 is at the same level (or substantially the same level) as the upper surface of the three-dimensional image display device 1A. It is arranged in parallel (or substantially parallel) with the upper surface. The arrangement state of the semi-transmissive mirror 90 is different between FIG. 1B and FIG. 1C, and the example shown in FIG. The light beam reflected by is directed upward from the example shown in FIG. As shown in FIG. 1A, FIG. 1B, or FIG. 1C, the transflective mirror 90 may be a flat mirror with a flat reflecting surface, or FIG. As shown in (A), the transflective mirror 92 may be a concave mirror having a concave reflecting surface. The semi-transmissive mirrors 90 and 92 and the shielding member 91 described above can also be applied to Examples 3 to 12 to be described later.

ここで、実施例1あるいは後述する実施例2、実施例3や実施例12にあっては、P=1024、Q=768であり、m=−4、m’=4、M=m’−m+1=9、n=−4、n’=4、N=n’−n+1=9である。但し、これらの値に限定するものではない。本発明の第1Aの態様に係る3次元像表示装置の構成要素と本発明の第2Aの態様あるいは第3Aの態様に係る3次元像表示装置の構成要素とを対比すると、光変調手段30は2次元画像形成装置30に対応し、フーリエ変換像形成手段40は第1のレンズL1に対応し、フーリエ変換像選択手段50は空間フィルタSFに対応し、逆フーリエ変換手段は第2のレンズL1に対応し、共役像形成手段60は第2のレンズL2及び第3のレンズL3に対応している。それ故、便宜上、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL1、及び、第3のレンズL3という用語に基づき、以下、説明を行う。 Here, in Example 1, Example 2, Example 3 and Example 12 described later, P = 1024, Q = 768, m = -4, m '= 4, M = m'- m + 1 = 9, n = -4, n '= 4, and N = n'-n + 1 = 9. However, it is not limited to these values. When the constituent elements of the three-dimensional image display device according to the first aspect of the present invention are compared with the constituent elements of the three-dimensional image display device according to the second or third aspect of the present invention, the light modulation means 30 is corresponding to the two-dimensional image forming apparatus 30, the Fourier transform image forming means 40 corresponds to the first lens L 1, the Fourier transform image selection means 50 corresponds to the spatial filter SF, the inverse Fourier transform unit and the second lens Corresponding to L 1 , the conjugate image forming means 60 corresponds to the second lens L 2 and the third lens L 3 . Therefore, for the sake of convenience, the following description will be made based on the terms two-dimensional image forming apparatus 30, first lens L 1 , spatial filter SF, second lens L 1 , and third lens L 3 .

光源10と2次元画像形成装置30との間には、光源10から出射された光を整形するための照明光学系20が配置されている。そして、光源10から出射され、照明光学系20を通過した光(照明光)によって、2次元画像形成装置30が照明される。照明光として、例えば、空間コヒーレンスの高い光源10からの光を照明光学系20によって平行光に整形された光を用いる。尚、照明光の特性、及び、係る照明光を得るための具体的な構成例に関しては、後述する。   An illumination optical system 20 for shaping the light emitted from the light source 10 is disposed between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatus 30. The two-dimensional image forming apparatus 30 is illuminated with light (illumination light) emitted from the light source 10 and passed through the illumination optical system 20. As illumination light, for example, light obtained by shaping light from the light source 10 with high spatial coherence into parallel light by the illumination optical system 20 is used. The characteristics of the illumination light and a specific configuration example for obtaining the illumination light will be described later.

2次元画像形成装置30は、2次元的に配列された複数の画素31を有する2次元空間光変調器から成り、各画素31は開口を備えている。具体的には、2次元画像形成装置30あるいは2次元空間光変調器は、2次元的に配列された、即ち、X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された、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。   The two-dimensional image forming apparatus 30 includes a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels 31 arranged two-dimensionally, and each pixel 31 has an opening. Specifically, the two-dimensional image forming apparatus 30 or the two-dimensional spatial light modulator is two-dimensionally arranged, that is, P × Q arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction. It consists of a transmissive liquid crystal display device having a number of pixels 31, and each pixel 31 is provided with an opening.

1つの画素31は、透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素31の光透過率を制御することによって、光源10から出射された光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源10から出射された光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素31において、M×N組=81組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。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 an overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, and includes a region 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 of each pixel 31, the light transmittance of the light emitted from the light source 10 is controlled, As a whole, a two-dimensional image can be obtained. In the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, a rectangular opening is provided, and when light emitted from the light source 10 passes through the opening, Fraunhofer diffraction occurs. XN sets = 81 sets of diffracted light are 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. 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. . The diffraction angle varies depending on the spatial frequency in the two-dimensional image.

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)には空間フィルタSFが配置されている。第1のレンズL1によって、複数の回折次数に対応する数であるM×N=81個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4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。 A two-dimensional image forming apparatus 30 is arranged on the front focal plane (focal plane on the light source side) of the first lens L 1 having a focal length f 1, and the rear focal plane (observation) of the first lens L 1. The spatial filter SF is disposed on the focal plane on the person side. The first lens L 1 generates M × N = 81 Fourier transform images that are numbers corresponding to a plurality of diffraction orders, and these Fourier transform images are formed on the spatial filter SF. In FIG. 4, for the sake of convenience, 64 Fourier transform images are shown as dots.

空間フィルタSFは、具体的には、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である。より具体的には、空間フィルタSFは、複数の回折次数に対応する数(具体的には、M×N=81)の開閉制御可能な開口部51を有する。そして、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1つの開口部51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1つのフーリエ変換像を選択する。より具体的には、空間フィルタSFを、例えば、M×N個の画素を有する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、あるいは、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から構成することができる。尚、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6に示す。図6中、数字(m0,n0)は、開口部51の番号を示し、且つ、回折次数を示す。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する。 Specifically, the spatial filter SF is a spatial filter capable of temporal opening and closing control for spatially and temporally filtering the Fourier transform image. More specifically, the spatial filter SF has a number of openings 51 that can be controlled to open and close (specifically, M × N = 81) corresponding to a plurality of diffraction orders. In the spatial filter SF, one Fourier corresponding to a desired diffraction order is obtained by opening one desired opening 51 in synchronization with the generation timing of a two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus 30. Select the conversion image. More specifically, the spatial filter SF is, for example, a transmissive liquid crystal display device or a reflective liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal having M × N pixels, or a movable mirror is a two-dimensional matrix. It can be composed of a two-dimensional type MEMS including devices arranged in a shape. FIG. 6 shows a schematic front view of the spatial filter SF formed of a liquid crystal display device. In FIG. 6, numerals (m 0 , n 0 ) indicate the numbers of the openings 51 and the diffraction orders. That is, for example, a Fourier transform image having a diffraction order of m 0 = 3 and n 0 = 2 is incident on the (3, 2) -th opening 51.

前述したとおり、共役像形成手段60は、具体的には、第2のレンズL2及び第3のレンズL3から構成されている。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によって生成された2次元画像の実像RIを形成する。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。 As described above, specifically, the conjugate image forming unit 60 includes the second lens L 2 and the third lens L 3 . 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 generated by the two-dimensional image forming apparatus 30. Form. 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.

第2のレンズL2は、その前側焦点面上に、空間フィルタSFが位置するように配置され、その後側焦点面に、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。 The second lens L 2 is arranged on the front focal plane so that the spatial filter SF is positioned, and a real image RI of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is formed on the rear focal plane. Are arranged to be. 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 .

一方、第3のレンズL3は、その前側焦点面が第2のレンズL2の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面にフーリエ変換像の共役像CIが形成されるように配置されている。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)の光線に、光学系を透過した複数の回折次数(具体的にはM×N)を乗じた量で定義することができる。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、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の後側焦点面に、図52に示したプロジェクタ・ユニット301が複数の回折次数分(具体的にはM×N個)、配置されている状態と等価である。 On the other hand, the third lens L 3 is arranged such that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the second lens L 2 , and a conjugate image CI of the Fourier transform image is formed on the rear focal plane. Are arranged as follows. 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 an amount obtained by multiplying the number of pixels (P × Q) by a plurality of diffraction orders (specifically, M × N) transmitted through the optical system. Can be defined. Further, although the back focal plane of the third lens L 3 conjugate image CI of the Fourier transform image is formed, in the back focal plane of the third lens L 3, orderly group of light beams are two-dimensionally It can be regarded as being placed. That is, as a whole, the projector unit 301 shown in FIG. 52 is arranged for a plurality of diffraction orders (specifically, M × N) on the rear focal plane of the third lens L 3 . Is equivalent to

図4及び図7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方向に沿って第−4次から第+4次までの9組の、Y方向に沿って第−4次から第+4’次までの9組の、合計、M×N組=81組の回折光が生成される。尚、図7では、0次光(n0=0)、±1次光(n0=±1)、及び、±2次光(n0=±2)の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光(光束)には、2次元画像形成装置30によって生成された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(9×9=81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、光源10からの光が各画素31によって変調されて2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数は、各画素31から生じる複数の回折次数(総計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. 4 and 7, nine pixels from the fourth order to the fourth order along the X direction are arranged along the Y direction by one pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30. Nine sets from the −4th order to the + 4′th order, a total of M × N sets = 81 sets of diffracted light are generated. In FIG. 7, only the diffracted light of the 0th order light (n 0 = 0), ± 1st order light (n 0 = ± 1), and ± 2nd order light (n 0 = ± 2) is shown as a representative. As shown, higher-order diffracted light is actually generated, and a stereoscopic image is finally formed based on these diffracted light. Here, all image information (information of all pixels) of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is collected in the diffracted light (light beam) of each diffraction order. A plurality of light beam groups (9 × 9 = 81 light beam 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 including a transmissive liquid crystal display device having P × Q pixels 31, the light from the light source 10 is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image. In addition, 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によって生成された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、複数の回折次数(総計M×N)に対応する数のフーリエ変換像が生成され、係るフーリエ変換像は空間フィルタSF上に結像される。第1のレンズL1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された2次元画像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。 Then, the spatial frequency in the two-dimensional image in which all the image information of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is aggregated is Fourier-transformed by the first lens L 1 , and a plurality of diffraction orders (total M × The number of Fourier transform images corresponding to N) is generated, and the Fourier transform images are formed on the spatial filter SF. In the first lens L 1 , a Fourier transform image having a spatial frequency in a two-dimensional image emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders is generated. Obtainable.

ここで、光源10から出射された光(照明光)の波長をλ(mm)、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をν(lp/mm)、第1のレンズL1の焦点距離をf1(mm)とすると、第1のレンズL1の後側焦点面では、光軸から距離Y1(mm)の位置に、空間周波数νを有する光(フーリエ変換像)が現れる。 Here, the wavelength of the light (illumination light) emitted from the light source 10 is λ (mm), the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is ν (lp / mm), and the first lens Assuming that the focal length of L 1 is f 1 (mm), light having a spatial frequency ν (Fourier transform image) at a distance Y 1 (mm) from the optical axis on the rear focal plane of the first lens L 1. ) Appears.

1=f1・λ・ν (A) Y 1 = f 1 · λ · ν (A)

第1のレンズL1における集光状態を、図8に模式的に示す。尚、図8中、「Y0」は、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y軸方向の長さを示し、「Y1」は、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像に基づく空間フィルタSF上でのフーリエ変換像のy軸方向の間隔を示す。また、0次の回折光を実線で示し、第1次の回折光を点線で示し、第2次の回折光を一点鎖線で示す。各回折次数の回折光が、云い換えれば、回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像が、第1のレンズL1によって空間フィルタSF上の異なる開口部51に集光される(図4も参照)。開口部51の数は、先に説明したとおりM×N個=81個である。空間フィルタSFへの集光角(空間フィルタSFから出射された後の発散角)θは、回折次数が同じフーリエ変換像(あるいは回折光)にあっては、P×Q個の画素31において同一である。空間フィルタSF上において、隣接する回折次数のフーリエ変換像の間の間隔は、式(A)から求めることができる。式(A)から、第1のレンズL1の焦点距離f1を任意に選択することによって、フーリエ変換像の位置(空間フィルタSF上の結像位置)を変化させることが可能である。 FIG. 8 schematically shows a condensing state of the first lens L 1 . In FIG. 8, “Y 0 ” indicates the length in the y-axis direction of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30, and “Y 1 ” is generated by the two-dimensional image forming apparatus 30. The interval in the y-axis direction of the Fourier transform image on the spatial filter SF based on the two-dimensional image is shown. Further, the 0th-order diffracted light is indicated by a solid line, the first-order diffracted light is indicated by a dotted line, and the second-order diffracted light is indicated by a one-dot chain line. In other words, the diffracted light of each diffraction order, in other words, the Fourier transform image generated by the number corresponding to the diffraction order is condensed by the first lens L 1 on different openings 51 on the spatial filter SF (FIG. (See also 4). As described above, the number of the openings 51 is M × N = 81. The converging angle (divergence angle after being emitted from the spatial filter SF) θ to the spatial filter SF is the same in the P × Q pixels 31 in the Fourier transform image (or diffracted light) having the same diffraction order. It is. On the spatial filter SF, an interval between Fourier transform images of adjacent diffraction orders can be obtained from the equation (A). By arbitrarily selecting the focal length f 1 of the first lens L 1 from the formula (A), it is possible to change the position of the Fourier transform image (image position on the spatial filter SF).

第1のレンズL1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された2次元画像における空間周波数を透過させるためには、利用する回折次数に応じて第1のレンズL1の開口率NAを選択する必要があり、焦点距離に拘わらず、第1のレンズL1以降の全てのレンズの開口率は、第1のレンズL1の開口率NA以上であることが要求される。 In the first lens L 1, in order to transmit the spatial frequency in the two-dimensional image emitted along the diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders, the first lens L 1 in accordance with the diffraction order to use It is necessary to select an aperture ratio NA, and the aperture ratios of all lenses after the first lens L 1 are required to be equal to or higher than the aperture ratio NA of the first lens L 1 regardless of the focal length. .

開口部51の大きさは、式(A)におけるY1の値と同じ値とすればよい。一例として、照明光の波長λを532nm、第1のレンズL1の焦点距離f1を50mm、2次元画像形成装置30の1画素31の大きさを13μm〜14μm程度とすると、Y1の値は約2mmとなる。これは、空間フィルタSF上において、約2mm間隔という高い密度で各回折次数に対応したフーリエ変換像を得ることができることを意味する。云い換えれば、空間フィルタSF上において、X方向、Y方向のいずれの方向においても、約2mm間隔で、9×9=81個のフーリエ変換像を得ることができる。 Size of the opening 51 may be the same value as the value of Y 1 in the formula (A). As an example, the wavelength λ of the illumination light 532 nm, and the focal length f 1 of the first lens L 1 50 mm, the size of one pixel 31 of the two-dimensional image forming apparatus 30 is for approximately 13Myuemu~14myuemu, Y 1 Value Is about 2 mm. This means that a Fourier transform image corresponding to each diffraction order can be obtained at a high density of about 2 mm on the spatial filter SF. In other words, 9 × 9 = 81 Fourier transform images can be obtained on the spatial filter SF at intervals of about 2 mm in both the X direction and the Y direction.

ここで、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νは、2次元画像がP×Q個の画素31から構成される2次元画像形成装置30によって生成されているので、最高でも、2次元画像形成装置30を構成する連続した2つの画素31から成る周期を有する周波数である。   Here, since the spatial frequency ν in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 including the P × Q pixels 31, the two-dimensional image is generated. At most, the frequency has a period composed of two consecutive pixels 31 constituting the two-dimensional image forming apparatus 30.

図9の(A)に、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最も低い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図を示す。ここで、最も空間周波数が低い状態とは、全ての画素を、黒表示、又は、白表示にした場合であり、この場合の2次元画像における空間周波数は、平面波成分のみ(DC成分)を有する。尚、図9の(A)では白表示とした場合を示す。この場合における、第1のレンズL1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に図10の(A)に示すが、フーリエ変換像の光強度のピークは周波数ν1の間隔で現れる。 FIG. 9A shows a schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 in the state where the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is the lowest. Here, the state with the lowest spatial frequency is a case where all pixels are displayed in black or white, and the spatial frequency in the two-dimensional image in this case has only a plane wave component (DC component). . FIG. 9A shows a case where white display is performed. In this case, the frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the first lens L 1 is schematically shown in FIG. 10A. The peak of the light intensity of the Fourier transform image has a frequency ν 1. Appears at intervals of.

一方、図9の(B)に、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最も高い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図を示す。ここで、最も空間周波数が高い状態とは、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。この場合における、第1のレンズL1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に図10の(B)に示すが、フーリエ変換像の光強度のピークは周波数ν2(=ν1/2)の間隔で現れる。図11の(A)に、空間フィルタSF上(xy平面上)におけるフーリエ変換像の分布を模式的に示し、図11の(B)及び(C)に、図11の(A)のx軸(点線で表す)上におけるフーリエ変換像の光強度分布を模式的に示す。尚、図11の(B)は最低空間周波数成分(平面波成分)を示し、図11の(C)は最高空間周波数成分を示す。 On the other hand, FIG. 9B shows a schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 in the state where the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is the highest. Here, the state with the highest spatial frequency is a case where all the pixels alternately display black display and white display. In this case, the frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the first lens L 1 is schematically shown in FIG. 10B. The peak of the light intensity of the Fourier transform image has a frequency ν 2. (= ν 1/2) appears at intervals. FIG. 11A schematically shows the distribution of the Fourier transform image on the spatial filter SF (on the xy plane), and FIGS. 11B and 11C show the x-axis of FIG. The light intensity distribution of the Fourier transform image on (it represents with a dotted line) is shown typically. 11B shows the lowest spatial frequency component (plane wave component), and FIG. 11C shows the highest spatial frequency component.

尚、図9の(A)、(B)に示した空間周波数が最も低い状態、空間周波数が最も高い状態、図10の(A)、(B)に示したフーリエ変換像の光強度の周波数特性、図11の(A)、(B)、(C)に示した空間フィルタSF上におけるフーリエ変換像の分布、フーリエ変換像の光強度分布に関する議論は、後述する他の実施例にも適用することができる。   9A and 9B, the spatial frequency is the lowest, the spatial frequency is the highest, and the frequency of the light intensity of the Fourier transform image shown in FIGS. 10A and 10B. The discussion on the characteristics, the distribution of the Fourier transform image on the spatial filter SF shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, and the light intensity distribution of the Fourier transform image also applies to other embodiments described later. can do.

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。更には、フーリエ変換像の平面波成分のピーク位置が中心となるように、各々の回折次数に対して開口部51を設ければよい。これによって、各開口部51の中心位置52に、フーリエ変換像の光強度のピークが位置する。即ち、2次元画像における空間周波数が最低空間周波数成分(平面波成分)の場合におけるフーリエ変換像の周期的なパターンを中心として、2次元画像における正負の最高空間周波数を全て通過させ得るような開口部51とすればよい。   The planar shape of the opening 51 in the spatial filter SF may be determined based on the shape of the Fourier transform image. Furthermore, an opening 51 may be provided for each diffraction order so that the peak position of the plane wave component of the Fourier transform image is centered. As a result, the peak of the light intensity of the Fourier transform image is located at the center position 52 of each opening 51. That is, an opening that allows all the highest positive and negative spatial frequencies in the two-dimensional image to pass through the periodic pattern of the Fourier transform image when the spatial frequency in the two-dimensional image is the lowest spatial frequency component (plane wave component). 51 may be used.

ところで、最も空間周波数が高い状態とは、図9の(B)に示したように、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。また、2次元画像形成装置30における画素構造の空間周波数と、2次元画像における空間周波数との関係は、以下のとおりである。即ち、開口が画素の全てを占めていると仮定したとき、2次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の(1/2)である。また、開口が画素の或る割合(1未満)を占めている場合には、2次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の(1/2)を下回る。それ故、空間フィルタSFにおいて現れる画素構造に起因した周期的なパターンの間隔の半分の位置までに、2次元画像における空間周波数は全て出現する。このことから、全ての開口部51を、空間的に相互に干渉することなく配置することができる。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する一方、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像は、他の開口部51には入射しない。これにより、フーリエ変換像毎に独立した開口部51を有する空間フィルタSF上において、1つの開口部51に位置するフーリエ変換像内に、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存在する一方、開口部51の空間的な制限によって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欠落することはない。尚、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とみなすことができ、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。 By the way, the state with the highest spatial frequency is a case where all pixels alternately display black display and white display, as shown in FIG. 9B. The relationship between the spatial frequency of the pixel structure in the two-dimensional image forming apparatus 30 and the spatial frequency in the two-dimensional image is as follows. That is, assuming that the aperture occupies all of the pixels, the highest spatial frequency in the two-dimensional image is (1/2) of the spatial frequency of the pixel structure. Also, if the aperture occupies a certain percentage of pixels (less than 1), the highest spatial frequency in the two-dimensional image is below (1/2) the spatial frequency of the pixel structure. Therefore, all the spatial frequencies in the two-dimensional image appear up to the half of the periodic pattern interval due to the pixel structure appearing in the spatial filter SF. For this reason, all the openings 51 can be arranged without spatially interfering with each other. That is, for example, the (3,2) th aperture 51, while the Fourier transform image having a diffraction order of m 0 = 3, n 0 = 2 enters, the m 0 = 3, n 0 = 2 The Fourier transform image having the diffraction order does not enter the other openings 51. As a result, the space in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 in the Fourier transform image located in one opening 51 on the spatial filter SF having the independent opening 51 for each Fourier transform image. While the frequency exists, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is not lost due to the spatial restriction of the opening 51. Note that the spatial frequency of the pixel structure can be regarded as the carrier frequency, and the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information using the spatial frequency of the pixel structure as the carrier frequency.

そして、空間フィルタSFにおいては、M×N個のフーリエ変換像のそれぞれの通過/不通過を制御するために、開口部51の開閉制御が行われる。空間フィルタSFを、例えば液晶表示装置から構成すれば、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。   In the spatial filter SF, the opening / closing control of the opening 51 is performed in order to control the passage / non-passage of the M × N Fourier transform images. If the spatial filter SF is composed of, for example, a liquid crystal display device, the opening / closing control of the opening 51 can be performed by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve).

尚、回折次数に依存して、得られる画像の明るさが相違する場合には、最も暗い画像を基準として、明るい画像を減光する減光フィルタを、第3のレンズL3(あるいは、最も後方に位置するレンズ)の後側焦点面に配置すればよい。後述する他の実施例においても同様である。 If the brightness of the obtained image is different depending on the diffraction order, a neutral density filter that attenuates a bright image with respect to the darkest image is used as the third lens L 3 (or most What is necessary is just to arrange | position to the back side focal plane of the lens located behind. The same applies to other embodiments described later.

また、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。後述する他の実施例においても同様である。   Moreover, 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. The same applies to other embodiments described later.

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は、後述する。また、光源及び照明光学系の構成例も、後述する。   The timing of opening / closing control of the opening 51 in the spatial filter SF will be described later. A configuration example of the light source and the illumination optical system will also be described later.

実施例1、あるいは、後述する実施例2〜実施例12の3次元像表示装置において、光変調手段や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。   In the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment or the second to twelfth embodiments described later, the operation of the light modulation means and the two-dimensional image forming apparatus is controlled by a personal computer (not shown).

実施例1の3次元像表示装置にあっては、光学系から出射された光線(具体的には、共役像形成手段60あるいは第3のレンズL3から出射された光線)の進行方向を変更する半透過型鏡90,92が備えられているので、半透過型鏡90,92に映る画像を観察するとき、3次元像表示装置を構成する光源や光学系が観察者の視野内に位置することが無くなり、光源や光学系が立体画像と重なり、立体画像が見にくくなるといった問題が生じることがない。 In the three-dimensional image display apparatus according to the first embodiment, the traveling direction of the light beam emitted from the optical system (specifically, the light beam emitted from the conjugate image forming unit 60 or the third lens L 3 ) is changed. Since the semi-transmissive mirrors 90 and 92 are provided, when observing an image reflected on the semi-transmissive mirrors 90 and 92, the light source and the optical system constituting the three-dimensional image display device are positioned within the field of view of the observer. This eliminates the problem that the light source and the optical system overlap with the stereoscopic image and the stereoscopic image becomes difficult to see.

また、実施例1の3次元像表示装置1A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1Aによれば、高次回折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(2次元画像の一種のコピー)を、複数の回折次数分だけ(即ち、M×N個)、得ることができる。しかも、実施例1の3次元像表示装置1A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(視差情報を有する光線群)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 1A 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 1A of the first embodiment, since high-order diffracted light is efficiently used, one image output device (two-dimensional image formation) is compared with a conventional image output method. Light rays (a kind of copy of the two-dimensional image) that can be controlled by the device 30) can be obtained for a plurality of diffraction orders (ie M × N). Moreover, according to the three-dimensional image display apparatus 1A of the first embodiment, spatial and temporal filtering is performed, so that the temporal characteristics of the three-dimensional image display apparatus are changed to the spatial characteristics of the three-dimensional image display apparatus. 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 rays (a group of rays having parallax information) can be generated and scattered at a spatially high density, it is possible to provide a fine spatial image close to the visual recognition limit.

実施例2は、本発明の第1Bの態様及び第2Bの態様に係る3次元像表示装置に関する。実施例2の3次元像表示装置は、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡を備える代わりに、光学系から出射された光線の進行方向を変更し、且つ、光学系から出射された光線の観察地点における集光状態を制御する光線制御手段を備えている点が、実施例1にて説明した3次元像表示装置と相違する。実施例2の3次元像表示装置におけるその他の構成要素は、実施例1にて説明した3次元像表示装置の構成要素と同じである。従って、以下、係る相違点について説明する。   Example 2 relates to a three-dimensional image display device according to the first and second aspects of the present invention. The three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system, instead of including a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system, and optical It differs from the three-dimensional image display device described in the first embodiment in that it includes a light beam control means for controlling the light collection state at the observation point of the light beam emitted from the system. Other constituent elements in the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment are the same as the constituent elements of the three-dimensional image display apparatus described in the first embodiment. Therefore, such differences will be described below.

実施例2の3次元像表示装置にあっては、図2の(A)に示すように、光線制御手段は、反射面が凹面状の凹面鏡92から構成されている。光学系から出射された光線の観察地点における集光状態は、凹面鏡の曲率によって制御されている。尚、実施例2における凹面鏡92は、全反射型鏡であってもよいし、半透過型鏡であってもよい。このように、光線制御手段を凹面鏡92とすることで、光学系から出射され、凹面鏡92で反射された光線は、或る空間領域において集光する。   In the three-dimensional image display apparatus according to the second embodiment, as shown in FIG. 2A, the light beam control means includes a concave mirror 92 having a concave reflecting surface. The light collection state at the observation point of the light beam emitted from the optical system is controlled by the curvature of the concave mirror. The concave mirror 92 in the second embodiment may be a total reflection type mirror or a semi-transmission type mirror. Thus, by using the concave mirror 92 as the light beam control means, the light beam emitted from the optical system and reflected by the concave mirror 92 is condensed in a certain spatial region.

あるいは又、図2の(B)に示すように、光線制御手段は、光学系から出射された光線が入射するレンズ93、及び、このレンズ93から出射された光線が入射する鏡94(平面鏡あるいは凹面鏡であり、且つ、全反射型鏡あるいは半透過型鏡)から構成されている。このように、レンズ93を備えることによっても、鏡94で反射された光線は、或る空間領域において集光する。レンズ94は、例えば、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し、フレネルレンズから構成してもよい。   Alternatively, as shown in FIG. 2B, the light beam control means includes a lens 93 on which a light beam emitted from the optical system is incident, and a mirror 94 (a plane mirror or a mirror) on which the light beam emitted from the lens 93 is incident. It is a concave mirror and is composed of a total reflection type mirror or a semi-transmission type mirror). Thus, by providing the lens 93, the light beam reflected by the mirror 94 is condensed in a certain spatial region. The lens 94 can be composed of, for example, a biconvex lens, a plano-convex lens, or a meniscus convex lens, or may be composed of a Fresnel lens.

あるいは又、図2の(C)に示すように、光線制御手段を、鏡94(平面鏡あるいは凹面鏡であり、且つ、全反射型鏡あるいは半透過型鏡)から構成し、光線制御手段は、更に、観察地点を検出するための検出手段(具体的には、例えば、CCD素子を備えたカメラ)95を備えており、検出手段95の観察地点検出結果(具体的には、観察者の顔や瞳の検出)に基づき、鏡95の位置を制御する。尚、検出手段95による観察者の顔や瞳の検出は、周知の方法に基づき行うことができるし、検出手段95の観察地点検出結果に基づく鏡95の位置の制御も、周知の方法、制御機構に基づき行うことができる。尚、これらの検出や制御は、図示しないパーソナルコンピュータによって行われる。   Alternatively, as shown in FIG. 2C, the light beam control means is composed of a mirror 94 (a plane mirror or a concave mirror, and a total reflection type mirror or a semi-transmission type mirror). , A detection means (specifically, for example, a camera equipped with a CCD element) 95 for detecting an observation point is provided, and the observation point detection result (specifically, the face of the observer or the like) Based on the detection of the pupil, the position of the mirror 95 is controlled. The detection means 95 can detect the observer's face and pupil based on a known method, and the control of the position of the mirror 95 based on the observation point detection result of the detection means 95 is also a known method and control. This can be done based on the mechanism. These detections and controls are performed by a personal computer (not shown).

あるいは又、光線制御手段を、光学系から出射された光線が入射するレンズ、及び、このレンズから出射された光線が入射する鏡(平面鏡あるいは凹面鏡であり、且つ、全反射型鏡あるいは半透過型鏡)から構成し、光線制御手段は、更に、観察地点を検出するための検出手段を備えており、検出手段の観察地点検出結果(具体的には、観察者の顔や瞳の検出)に基づき、レンズの集光状態を制御する形態とすることができる。レンズの集光状態の制御は、例えば、レンズを移動させることによってレンズの光軸や結像点を移動させる方法とすることができ、レンズの移動機構、レンズの移動方法、レンズの移動の制御は、周知の移動機構、移動方法、移動制御とすることができる。   Alternatively, the light control means includes a lens on which light emitted from the optical system is incident, and a mirror on which the light emitted from the lens is incident (a flat mirror or a concave mirror, and a total reflection type mirror or a semi-transmission type). The light beam control means further includes a detection means for detecting the observation point, and the detection point detection result of the detection means (specifically, detection of the face and pupil of the observer) Based on this, it is possible to control the condensing state of the lens. The lens condensing state can be controlled by, for example, a method of moving the optical axis or image forming point of the lens by moving the lens, the lens moving mechanism, the lens moving method, and the lens movement control. Can be a known movement mechanism, movement method, and movement control.

ところで、光線が集光する係る空間領域に観察者の瞳あるいは顔が位置し、観察者の顔が殆ど移動しない状態にあっては(具体的には、例えば、観察者が椅子に腰掛けている場合等にあっては)、立体画像の表示に必要な光線群(視差情報を有する光線群)を、空間的に、より低い密度で生成・散布しても、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となり、3次元像表示装置における画像データ処理系の負担を減少させることが可能となる。即ち、図50の(A)に概念図を示すように、観察者が立体画像を種々の位置から眺める場合には、立体画像の表示に必要な光線群を、空間的に、より高い密度で生成・散布する必要がある。一方、図50の(B)に概念図を示すように、観察者が立体画像を決まった位置から眺める場合には、立体画像の表示に必要な光線群を、空間的に、より低い密度で生成・散布すればよい。従って、光線放射領域が限定されるため、観察者付近の光線密度を減らすことなく、光線数を減少させることが可能となる。その結果、3次元像表示装置における画像データ処理系の負担を減少させることが可能となる。   By the way, when the observer's pupil or face is located in the space area where the light rays are collected and the observer's face hardly moves (specifically, for example, the observer is sitting on a chair). In some cases, even if a group of rays (a group of rays having parallax information) necessary for displaying a stereoscopic image is spatially generated and scattered at a lower density, it is close to the same quality as an object in the real world. It is possible to obtain a stereoscopic image using light rays, and it is possible to reduce the burden on the image data processing system in the three-dimensional image display device. That is, as shown in the conceptual diagram of FIG. 50A, when an observer views a stereoscopic image from various positions, a group of light beams necessary for displaying the stereoscopic image is spatially increased at a higher density. Need to be generated and sprayed. On the other hand, as shown in the conceptual diagram of FIG. 50B, when the observer views the stereoscopic image from a predetermined position, the light beams necessary for displaying the stereoscopic image are spatially reduced at a lower density. Generate and spread. Therefore, since the light emission region is limited, the number of light rays can be reduced without reducing the light density near the observer. As a result, the burden on the image data processing system in the three-dimensional image display device can be reduced.

尚、検出手段の観察地点検出結果に基づき、光学系から出射すべき光線の制御を行ってもよい。具体的には、例えば、M×N個の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、観察地点検出結果(具体的には、観察者の顔や瞳の検出)に基づき、開状態とすべき開口部51を制限すればよい。より具体的には、例えば、第(3,3)番目の開口部51から出射された像を主に眺める位置に観察者の瞳が位置する場合、例えば、第(1,1)番目の開口部51から第(1,5)番目の開口部51、第(2,1)番目の開口部51から第(2,5)番目の開口部51、第(3,1)番目の開口部51から第(3,5)番目の開口部51、第(4,1)番目の開口部51から第(4,5)番目の開口部51、第(5,1)番目の開口部51から第(5,5)番目の開口部51の開閉を制御し、その他の開口部51は閉状態とするといった制御を行ってもよい。これによっても、立体画像の表示に必要な光線群を、空間的に、より低い密度で生成・散布すればよくなる。従って、光線放射領域が限定されるため、観察者付近の光線密度を減らすことなく、光線数を減少させることが可能となる。その結果、3次元像表示装置における画像データ処理系の負担を減少させることが可能となる。   Note that the light beam to be emitted from the optical system may be controlled based on the observation point detection result of the detection means. Specifically, for example, in the spatial filter SF having M × N opening / closing controllable openings 51, based on the observation point detection result (specifically, detection of the face and pupil of the observer), the open state What is necessary is just to restrict | limit the opening part 51 which should be taken. More specifically, for example, when the observer's pupil is located at a position where the image emitted from the (3, 3) -th opening 51 is mainly viewed, for example, the (1, 1) -th opening (51) to (1,5) th opening 51, (2,1) th to 51st (2,5) th opening 51, (3,1) th opening 51 To (3, 5) th opening 51, (4,1) th opening 51 to (4,5) th opening 51, (5,1) th opening 51 to Control may be performed such that the opening and closing of the (5, 5) -th opening 51 is controlled and the other openings 51 are closed. This also makes it possible to generate and scatter light groups necessary for displaying a stereoscopic image at a lower density in space. Therefore, since the light emission region is limited, the number of light rays can be reduced without reducing the light density near the observer. As a result, the burden on the image data processing system in the three-dimensional image display device can be reduced.

実施例3は、本発明の第1の態様及び第3の態様に係る3次元像表示装置に関する。実施例3の3次元像表示装置の概念図を図12に示す。尚、図12には、半透過型鏡90を例示した。   Example 3 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the first and third aspects of the present invention. A conceptual diagram of the three-dimensional image display device of Example 3 is shown in FIG. In FIG. 12, a transflective mirror 90 is illustrated.

尚、以下に説明する実施例3〜実施例12は、基本的には、実施例1において説明した光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡を備えており、あるいは又、実施例2において説明した光学系から出射された光線の進行方向を変更し、且つ、光学系から出射された光線の観察地点における集光状態を制御する光線制御手段を備えている。従って、以下に説明する実施例3〜実施例12にあっては、専ら、3次元像表示装置の構成、構造の相違点についての説明を行う。   The third to twelfth embodiments described below basically include a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system described in the first embodiment. The light beam control means for changing the traveling direction of the light beam emitted from the optical system described in the second embodiment and controlling the light collection state at the observation point of the light beam emitted from the optical system is provided. Accordingly, in the third to twelfth embodiments described below, only differences in the configuration and structure of the three-dimensional image display device will be described.

実施例3における光変調手段130は、実施例1における液晶表示装置とは異なり、P個(例えば、1920個)に区画された1次元画像を生成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器(回折格子−光変調装置201)によって生成され、P個に区画された1次元画像を2次元的に展開して(走査して)、P×Q個に区画された2次元画像を形成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数(具体的には、総数M×N)に対応した回折角に沿って出射する格子フィルタ(回折格子フィルタ)132を備えている。ここで、走査光学系(スキャンミラー205)によって形成され、P×Q個に区画された2次元画像の区画毎に、格子フィルタ132によってM×N組の回折光が生成される。尚、格子フィルタ132は、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。尚、後述する実施例5、実施例7、実施例9においても、光変調手段130の構成、構造は、同様とすることができる。   Unlike the liquid crystal display device according to the first embodiment, the light modulation unit 130 according to the third embodiment is a one-dimensional spatial light modulator (specifically, a PD (for example, 1920) divided one-dimensional image). , Diffraction grating-light modulation device 201); a one-dimensional spatial light modulator (diffraction grating-light modulation device 201), which is generated by a two-dimensionally developed (scanned) P-dimensional one-dimensional image. ), A scanning optical system (specifically, scan mirror 205) that forms a P × Q partitioned two-dimensional image; and a spatial frequency in the generated two-dimensional image arranged on the two-dimensional image generation surface. Is provided with a grating filter (diffraction grating filter) 132 that emits along a diffraction angle corresponding to a plurality of diffraction orders (specifically, the total number M × N). Here, M × N sets of diffracted light are generated by the grating filter 132 for each section of the two-dimensional image formed by the scanning optical system (scan mirror 205) and partitioned into P × Q. The grating filter 132 may be composed of an amplitude grating or may be composed of a phase grating. In the fifth, seventh, and ninth embodiments described later, the configuration and structure of the light modulating unit 130 can be the same.

あるいは又、本発明の第3の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例3の3次元像表示装置は、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)X方向に沿ってP個の画素を有し、1次元画像を生成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)回折光を生成する回折光生成手段(具体的には、格子フィルタ132)から成る2次元画像形成装置130、
(B)その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第1のレンズ(具体的には、実施例3にあっては凸レンズ)L1
(C)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個(但し、Nは正の整数)の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSF、
(D)その前側焦点面に空間フィルタSFが配置されている第2のレンズ(具体的には、実施例3にあっては凸レンズ)L2、並びに、
(E)第2のレンズL2の後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ(具体的には、実施例3にあっては凸レンズ)L3
を備えている。
Alternatively, the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment will be described along the components of the three-dimensional image display apparatus according to the third aspect of the present invention. It is a display device. And this optical system
(A) A one-dimensional spatial light modulator (specifically, a diffraction grating-light modulation device 201) having P pixels along the X direction and generating a one-dimensional image; A scanning optical system (specifically, a scan mirror 205) that expands the generated one-dimensional image two-dimensionally to generate a two-dimensional image; and a two-dimensional image generation surface, Diffracted light generating means (specifically, grating filter 132) for generating diffracted light of M sets from the m-th order to the m'-th order (where m and m 'are integers and M is a positive integer). A two-dimensional image forming apparatus 130 comprising:
(B) a first lens (specifically, a convex lens in Example 3) L 1 in which diffracted light generating means is disposed on its front focal plane;
(C) M × N lenses arranged on the rear focal plane of the first lens L 1 , M in the X direction and N in the Y direction (where N is a positive integer) A spatial filter SF having an opening 51 that can be controlled to open and close,
(D) a second lens (specifically, a convex lens in Example 3) L 2 having a spatial filter SF disposed on the front focal plane thereof, and
(E) a third lens (specifically, a convex lens in Example 3) L 3 whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens L 2 ;
It has.

ここで、1次元画像はX方向に延びているとする。また、走査方向はY方向であり、2次元画像はX方向及びY方向に沿って生成されているとする。但し、代替的に、X方向とY方向とを交換してもよい。尚、後述する実施例5、実施例7、実施例9においても同様である。また、図12、あるいは、後述する図18、図24、図28においては、照明光学系20の図示を省略している。   Here, it is assumed that the one-dimensional image extends in the X direction. The scanning direction is the Y direction, and the two-dimensional image is generated along the X direction and the Y direction. However, alternatively, the X direction and the Y direction may be exchanged. The same applies to Example 5, Example 7, and Example 9 described later. In FIG. 12, or FIGS. 18, 24, and 28 described later, the illumination optical system 20 is not shown.

回折格子−光変調装置を含む光変調手段(2次元画像形成装置)130の概念図を図13に示す。即ち、実施例3の光変調手段130は、レーザを出射する光源10、この光源10から出射された光を集光する集光レンズ(図示せず)、集光レンズを通過した光が入射する回折格子−光変調装置201、回折格子−光変調装置201から出射された光が通過するレンズ203及び空間フィルタ204、空間フィルタ204を通過した1本の光束を結像させる結像レンズ(図示せず)、結像レンズを通過した1本の光束を走査するスキャンミラー205から構成されている。   A conceptual diagram of a light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 130 including a diffraction grating-light modulation device is shown in FIG. That is, the light modulation means 130 of the third embodiment is incident on the light source 10 that emits a laser, a condensing lens (not shown) that condenses the light emitted from the light source 10, and light that has passed through the condensing lens. Diffraction grating-light modulation device 201, lens 203 through which light emitted from diffraction grating-light modulation device 201 passes, spatial filter 204, and imaging lens that forms an image of one light beam that has passed through spatial filter 204 (not shown) I.e., a scanning mirror 205 that scans one light beam that has passed through the imaging lens.

1次元空間光変調器(1次元画像形成装置,回折格子−光変調装置201)は、光源10からの光を回折することによって1次元画像を生成する。より具体的には、回折格子−光変調装置201は、回折格子−光変調素子(GLV)210が一次元的にアレイ状に配列されて成る。回折格子−光変調素子210は、マイクロマシン製造技術を応用して製造され、反射型の回折格子から構成されており、光スイッチング作用を有し、光のオン/オフ制御を電気的に制御することで画像を表示する。そして、光変調手段(2次元画像形成装置)130にあっては、回折格子−光変調素子210のそれぞれから出射された光を、ガルバノミラーやポリゴンミラーから成るスキャンミラー205で走査して2次元画像を得る。従って、P×Q(例えば1920×1080)の画素(ピクセル)から構成された2次元画像を表示するために、P個(=1920個)の回折格子−光変調素子210から回折格子−光変調装置201を構成すればよい。   The one-dimensional spatial light modulator (one-dimensional image forming apparatus, diffraction grating-light modulation apparatus 201) generates a one-dimensional image by diffracting light from the light source 10. More specifically, the diffraction grating-light modulation device 201 includes a diffraction grating-light modulation element (GLV) 210 arranged in a one-dimensional array. The diffraction grating-light modulation element 210 is manufactured by applying a micromachine manufacturing technique, is composed of a reflective diffraction grating, has an optical switching action, and electrically controls on / off control of light. To display the image. In the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 130, the light emitted from each of the diffraction grating-light modulation elements 210 is scanned by the scan mirror 205 formed of a galvano mirror or a polygon mirror to be two-dimensional. Get an image. Accordingly, in order to display a two-dimensional image composed of P × Q (for example, 1920 × 1080) pixels (pixels), the diffraction grating-light modulation from the P (= 1920) diffraction grating-light modulation elements 210 is performed. The apparatus 201 may be configured.

スキャンミラー205で走査して得られた2次元画像に基づき、回折光を生成させる必要がある。そのために、振幅型若しくは位相型のフィルタを2次元展開された面に配置することで、回折光を生成させる。具体的には、スキャンミラー205で走査して得られた2次元画像は、走査用レンズ系131を通過し、2次元画像の生成面に配置された格子フィルタ(回折格子フィルタ)132に入射し、格子フィルタ132において、P×Q個に区画された2次元画像の区画毎に、M×N組の回折光が生成される。即ち、格子フィルタ132からは、生成した2次元画像における空間周波数が、格子フィルタ132の各区画(画素に相当する)から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射される。格子フィルタ132は、焦点距離f1を有する第1のレンズL1の前側焦点面上に配置されている。 It is necessary to generate diffracted light based on the two-dimensional image obtained by scanning with the scan mirror 205. Therefore, diffracted light is generated by arranging an amplitude type or phase type filter on a two-dimensionally developed surface. Specifically, the two-dimensional image obtained by scanning with the scan mirror 205 passes through the scanning lens system 131 and enters a grating filter (diffraction grating filter) 132 disposed on the generation surface of the two-dimensional image. In the lattice filter 132, M × N sets of diffracted light are generated for each section of the two-dimensional image partitioned into P × Q. That is, the spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted from the grating filter 132 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each section (corresponding to a pixel) of the grating filter 132. The grating filter 132 is disposed on the front focal plane of the first lens L 1 having a focal length f 1 .

1次元空間光変調器(1次元画像形成装置)を用いる場合、生成される画像が1次元であることから、回折も1次元空間において起こる。従って、得られる回折光をY方向に拡散させることを目的とした光学系が必要となる。実施例3の3次元像表示装置にあっては、第3のレンズL3(共役像形成手段60)よりも下流(観察者側)に、1次元方向に生じている回折光を2次元方向に拡散させる異方性の光拡散を生じさせる部材(異方性拡散フィルタ、異方性拡散フィルムあるいは異方性拡散シートとも呼ばれる)133が配置されている。 When a one-dimensional spatial light modulator (one-dimensional image forming apparatus) is used, since the generated image is one-dimensional, diffraction also occurs in the one-dimensional space. Therefore, an optical system intended to diffuse the obtained diffracted light in the Y direction is required. In the three-dimensional image display device according to the third embodiment, the diffracted light generated in the one-dimensional direction is arranged in the two-dimensional direction downstream (observer side) from the third lens L 3 (conjugate image forming means 60). A member (also referred to as an anisotropic diffusion filter, an anisotropic diffusion film, or an anisotropic diffusion sheet) 133 that causes anisotropic light diffusion to be diffused is disposed.

以上の点を除き、実施例3の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例1において説明した3次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。回折格子−光変調素子210の構成、構造については後述する。   Except for the above points, the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the third embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus described in the first embodiment. To do. The configuration and structure of the diffraction grating-light modulation element 210 will be described later.

実施例4は、本発明の第4の態様及び第5の態様に係る3次元像表示装置に関する。図14、図15及び図16に、単色表示の実施例4の3次元像表示装置の概念図を示す。尚、図14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。ここで、図14は、yz平面における実施例4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4の3次元像表示装置の概念図も、実質的には図14と同様である。また、図15は、実施例4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16は、実施例4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り、図16には半透過型鏡90を例示した。   Example 4 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the fourth and fifth aspects of the present invention. FIG. 14, FIG. 15 and FIG. 16 show conceptual diagrams of a three-dimensional image display apparatus of Example 4 for monochromatic display. In FIG. 14, 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 Y. The direction. 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. Here, FIG. 14 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 4 on the yz plane. The conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 4 in the xz plane is substantially the same as FIG. FIG. 15 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the fourth embodiment when viewed obliquely. FIG. 16 schematically illustrates the arrangement state of the components of the three-dimensional image display apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 16 illustrates a transflective mirror 90 as an example.

実施例4の3次元像表示装置1Bにあっても、図14、図15及び図16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4の3次元像表示装置1Bは、1つの3次元像表示装置で、図52に示した多数(M×N個)のプロジェクタ・ユニット301を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、図51に示すように、分割された3次元画像の数だけ、実施例4の3次元像表示装置1Bを備えればよい。図51においては、実施例4の3次元像表示装置1Bを、4×4=16、備えた装置を例示している。   Even in the three-dimensional image display device 1B of the fourth embodiment, the three-dimensional image display device alone provided with the components shown in FIGS. 14, 15, and 16 is spatially compared with the conventional technology. And it is possible to generate and form a large number of light beams. The three-dimensional image display apparatus 1B of the fourth embodiment is a single three-dimensional image display apparatus, and a large number (M × N) of projector units 301 shown in FIG. 52 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction. It has a function equivalent to the device. For example, when the multi-unit method is adopted, as many as the number of divided three-dimensional images, the three-dimensional image display device 1B of Embodiment 4 may be provided as shown in FIG. In FIG. 51, an apparatus provided with 4 × 4 = 16 three-dimensional image display apparatus 1B of the fourth embodiment is illustrated.

本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例4の3次元像表示装置1Bは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)複数の画素31を有し、光源10からの光を各画素31によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素31から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、
(B)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素31から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを選択し、更には、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段30によって生成された2次元画像の共役像(2次元画像の実像)を形成する画像制限・生成手段32、
(C)複数の開口領域34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34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するオーバーサンプリングフィルタ(回折光生成部材)OSF、
(D)オーバーサンプリングフィルタOSFから出射された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、各開口領域34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40、
(E)各開口領域34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50、並びに、
(F)フーリエ変換像選択手段50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60、
を備えている。
Describing along the components of the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1B of Example 4 is a three-dimensional image display device including a light source 10 and an optical system. It is. And this optical system
(A) A plurality of pixels 31 are provided, light from the light source 10 is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image, and a spatial frequency in the generated two-dimensional image is generated from the plurality of pixels 31. Light modulating means 30 for emitting along a diffraction angle corresponding to the diffraction order;
(B) Fourier transform of the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means 30 to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the respective pixels 31, and these Fourier transform images Only a predetermined Fourier transform image (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) is selected, and the selected Fourier transform image is further converted to the inverse Fourier. An image limiting / generating unit 32 that converts and forms a conjugate image of the two-dimensional image generated by the light modulation unit 30 (a real image of the two-dimensional image);
(C) An oversampling filter that has a plurality of aperture regions 34 and emits spatial frequencies in a conjugate image of a two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the aperture regions 34 (diffracted light generation Member) OSF,
(D) Fourier transform image that Fourier-transforms the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image emitted from the oversampling filter OSF to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region 34. Forming means 40,
(E) Fourier transform image selection means 50 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 34; and
(F) conjugate image forming means 60 for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means 50;
It has.

更には、共役像形成手段60には、フーリエ変換像選択手段50によって選択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、画像制限・生成手段32によって生成された2次元画像の共役像(以下、単に、「2次元画像の共役像」と呼ぶ場合がある)を形成する逆フーリエ変換手段(具体的には、後述する第4のレンズL4)が備えられている。また、フーリエ変換像形成手段40はレンズから成り、このレンズの前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタOSFが配置されており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段50が配置されている。フーリエ変換像選択手段50は、各開口領域34から生じる複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部51を有する。 Further, the conjugate image forming means 60 performs inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means 50 to thereby obtain a conjugate image (hereinafter referred to as a conjugate image of the two-dimensional image generated by the image restriction / generation means 32). Inverse Fourier transform means (specifically, a fourth lens L 4 to be described later) for forming a “conjugate image of a two-dimensional image” may be provided. The Fourier transform image forming means 40 is composed of a lens, an oversampling filter OSF is disposed on the front focal plane of the lens, and a Fourier transform image selecting means 50 is disposed on the rear focal plane of the lens. The Fourier transform image selection means 50 has a number of openings 51 that can be controlled to be opened and closed corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each opening region 34.

ここで、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する。また、2次元画像の共役像における空間周波数は、2次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である。   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. The spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is a spatial frequency obtained by removing the spatial frequency of the pixel structure from the spatial frequency in the two-dimensional image.

また、本発明の第5の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例4の3次元像表示装置1Bは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)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、光源10からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置30、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置30が配置されている第1のレンズL1
(C)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを通過させる散乱回折制限開口部33、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部33が配置されている第2のレンズL2
(E)第2のレンズL2の後側焦点面に配置され、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POSF×QOSF個(但し、POSF及びQOSFは任意の正の整数)の開口領域34を有し、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像に基づき、開口領域34毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ(回折光生成部材)OSF、
(F)その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタOSFが配置されている第3のレンズL3
(G)第3のレンズL3の後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSF、
(H)その前側焦点面に空間フィルタSFが配置されている第4のレンズL4、並びに、
(I)第4のレンズL4の後側焦点に、その前側焦点が位置している第5のレンズL5
を備えている。
Further, the three-dimensional image display device 1B according to the fourth embodiment will be described along the components of the three-dimensional image display device according to the fifth aspect of the present invention. It is a display device. And this optical system
(A) Having apertures (number: P × Q) arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and controlling the passage, reflection, or diffraction of light from the light source 10 for each aperture. A two-dimensional image forming apparatus 30 that generates a two-dimensional image and generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each aperture based on the two-dimensional image,
(B) a first lens L 1 in which a two-dimensional image forming apparatus 30 is disposed on the front focal plane;
(C) Only the diffracted light of a predetermined diffraction order (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) is disposed on the rear focal plane of the first lens L 1. A scattering diffraction limiting aperture 33 to be passed,
(D) a second lens L 2 in which a scattering diffraction limiting aperture 33 is arranged on the front focal plane;
(E) P OSF × Q OSF pieces arranged in the rear focal plane of the second lens L 2 and arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction (however, P OSF and Q OSF are arbitrary) (A positive integer) of the aperture region 34, and based on the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2 , for each aperture region 34, the mth to m′th positions along the X direction. M sets up to the following (where m and m ′ are integers and M is a positive integer), N sets from the n-th order to the n′-th order along the Y direction (where n and n ′ Is an integer and N is a positive integer), a total, M × N oversampling filter (diffracted light generating member) OSF that generates diffracted light,
(F) a third lens L 3 having an oversampling filter OSF disposed on its front focal plane;
(G) M × N open / close-controllable openings 51 are arranged in the rear focal plane of the third lens L 3 and M in the X direction and N in the Y direction. A spatial filter SF,
(H) a fourth lens L 4 having a spatial filter SF disposed on the front focal plane thereof;
(I) a fifth lens L 5 whose front focal point is located at the rear focal point of the fourth lens L 4 ;
It has.

尚、実施例4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、第4のレンズL4及び第5のレンズL5は、具体的には、凸レンズから構成されている。また、画像制限・生成手段32は、2枚のレンズ(第1のレンズL1及び第2のレンズL2)、及び、これらの2枚のレンズ(第1のレンズL1及び第2のレンズL2)の間に配置され、所定のフーリエ変換像(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを通過させる散乱回折制限開口部33から構成されている。更には、オーバーサンプリングフィルタ(回折光生成部材)OSFは格子フィルタ(回折格子フィルタ)から成り、より具体的には、平板ガラスにPOSF×QOSF個の凹部(開口領域に相当し、平面形状は矩形である)が2次元マトリクス状に形成された構造を有する。即ち、オーバーサンプリングフィルタ(回折光生成部材)OSFは、位相格子から構成されている。後述する実施例5や実施例12にあっても同様である。 In Example 4, the first lens L 1 , the second lens L 2 , the third lens L 3 , the fourth lens L 4, and the fifth lens L 5 are specifically described. Consists of a convex lens. The image limiting / generating unit 32 includes two lenses (first lens L 1 and second lens L 2 ), and these two lenses (first lens L 1 and second lens). L 2 ) and is configured to include a scattering diffraction limiting aperture 33 that passes only a predetermined Fourier transform image (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the zeroth order diffraction of the plane wave component as a carrier frequency). Has been. Furthermore, the oversampling filter (diffraction light generation member) OSF consists grating filter (grating filter), and more specifically, corresponds to a P OSF × Q OSF number of recesses (opening region into a flat glass, the planar shape Has a structure formed in a two-dimensional matrix. That is, the oversampling filter (diffracted light generating member) OSF is composed of a phase grating. The same applies to Example 5 and Example 12 described later.

ここで、実施例4あるいは後述する実施例5や実施例12にあっては、POSF=2048、QOSF=1536であり、P=1024、Q=768であり、m=−4、m’=4、M=m’−m+1=9、n=−4、n’=4、N=n’−n+1=9である。但し、これらの値に限定するものではない。本発明の第4の態様に係る3次元像表示装置の構成要素と本発明の第5の態様あるいは第6の態様に係る3次元像表示装置の構成要素とを対比すると、光変調手段30は2次元画像形成装置30に対応し、画像制限・生成手段32は、第1のレンズL1、散乱回折制限開口部33及び第2のレンズL2に対応し、フーリエ変換像形成手段40は第3のレンズL3に対応し、フーリエ変換像選択手段50は空間フィルタSFに対応し、逆フーリエ変換手段は第4のレンズL4に対応し、共役像形成手段60は第4のレンズL4及び第5のレンズL5に対応している。それ故、便宜上、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、散乱回折制限開口部33、第2のレンズL2、第3のレンズL3、空間フィルタSF、第4のレンズL4、及び、第5のレンズL5という用語に基づき、以下、説明を行う。 Here, in Example 4 or Example 5 or Example 12 described later, P OSF = 2048, Q OSF = 1536, P = 1024, Q = 768, m = -4, m ′. = 4, M = m'-m + 1 = 9, n = -4, n '= 4, and N = n'-n + 1 = 9. However, it is not limited to these values. When the components of the three-dimensional image display device according to the fourth aspect of the present invention are compared with the components of the three-dimensional image display device according to the fifth or sixth aspect of the present invention, the light modulation means 30 is Corresponding to the two-dimensional image forming apparatus 30, the image limiting / generating unit 32 corresponds to the first lens L 1 , the scattering diffraction limiting aperture 33 and the second lens L 2 , and the Fourier transform image forming unit 40 corresponds to the first lens L 1 . corresponding to the third lens L 3, the Fourier transform image selection means 50 corresponds to the spatial filter SF, the inverse Fourier transform means corresponds to the fourth lens L 4, the conjugate image formation means 60 fourth lens L 4 And the fifth lens L 5 . Therefore, for convenience, the two-dimensional image forming apparatus 30, the first lens L 1, scattering diffraction limiting aperture 33, a second lens L 2, the third lens L 3, the spatial filter SF, the fourth lens L 4 And the fifth lens L 5 will be described below.

実施例1と同様に、光源10と2次元画像形成装置30との間には、光源10から出射された光を整形するための照明光学系20が配置されている。そして、光源10から出射され、照明光学系20を通過した光(照明光)によって、2次元画像形成装置30が照明される。照明光学系20に関しては後述する。   Similar to the first embodiment, an illumination optical system 20 for shaping light emitted from the light source 10 is disposed between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatus 30. The two-dimensional image forming apparatus 30 is illuminated with light (illumination light) emitted from the light source 10 and passed through the illumination optical system 20. The illumination optical system 20 will be described later.

2次元画像形成装置30は、2次元的に配列された複数の画素31を有する2次元空間光変調器から成り、各画素31は開口を備えている。具体的には、2次元画像形成装置30あるいは2次元空間光変調器は、2次元的に配列された、即ち、X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された、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。   The two-dimensional image forming apparatus 30 includes a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels 31 arranged two-dimensionally, and each pixel 31 has an opening. Specifically, the two-dimensional image forming apparatus 30 or the two-dimensional spatial light modulator is two-dimensionally arranged, that is, P × Q arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction. It consists of a transmissive liquid crystal display device having a number of pixels 31, and each pixel 31 is provided with an opening.

1つの画素31は、実施例1と同様に、透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素31の光透過率を制御することによって、光源10から出射された光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源10から出射された光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素31において、M0×N0の回折光が生成される。云い換えれば、画素31の数はP×Qであるが故に、総計、(P×Q×M0×N0)本の回折光が生じると考えることもできる。2次元画像形成装置30においては、2次元画像における空間周波数が、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M0×N0)に対応した回折角に沿って2次元画像形成装置30から出射される。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。 Similar to the first embodiment, one pixel 31 is an overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode and includes a region 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 of each pixel 31, the light transmittance of the light emitted from the light source 10 is controlled, As a whole, a two-dimensional image can be obtained. In the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, a rectangular opening is provided. When light emitted from the light source 10 passes through the opening, Fraunhofer diffraction occurs. 0 × N 0 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 0 × N 0 ) diffracted lights are generated. 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 0 × N 0 ) generated from each pixel 31. Is done. The diffraction angle varies depending on the spatial frequency in the two-dimensional image.

焦点距離f1を有する第1のレンズL1の前側焦点面(光源側の焦点面)には2次元画像形成装置30が配置されており、第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)には散乱回折制限開口部33が配置されている。第1のレンズL1によって、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、散乱回折制限開口部33が位置する平面内に結像する。そして、所定回折次数の回折光(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみが散乱回折制限開口部33を通過する。また、焦点距離f2を有する第2のレンズL2の前側焦点面には散乱回折制限開口部33が配置されており、第2のレンズL2の後側焦点面にはオーバーサンプリングフィルタOSFが配置されている。更には、焦点距離f3を有する第3のレンズL3の前側焦点面にはオーバーサンプリングフィルタOSFが配置されており、第3のレンズL3の後側焦点面には空間フィルタSFが配置されている。第3のレンズL3によって、各開口領域34から生じる複数の回折次数に対応する数であるM×N=81個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15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。 A two-dimensional image forming apparatus 30 is arranged on the front focal plane (focal plane on the light source side) of the first lens L 1 having a focal length f 1, and the rear focal plane (observation) of the first lens L 1. Scattering diffraction limiting aperture 33 is arranged on the focal plane on the person side. A number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders are generated by the first lens L 1 , and these Fourier transform images are formed in a plane where the scattering diffraction limiting aperture 33 is located. Then, only diffracted light of a predetermined diffraction order (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) passes through the scattering diffraction limiting opening 33. A scattering diffraction limiting aperture 33 is disposed on the front focal plane of the second lens L 2 having a focal length f 2, and an oversampling filter OSF is disposed on the rear focal plane of the second lens L 2. Has been placed. Furthermore, an oversampling filter OSF is disposed on the front focal plane of the third lens L 3 having a focal length f 3, and a spatial filter SF is disposed on the rear focal plane of the third lens L 3. ing. The third lens L 3 generates M × N = 81 Fourier transform images, which are numbers corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the respective aperture regions 34, and these Fourier transform images are generated on the spatial filter SF. Form an image. In FIG. 15, for the sake of convenience, 64 Fourier transform images are shown as dots.

空間フィルタSFは、具体的には、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である。より具体的には、空間フィルタSFは、各開口領域34から生じる複数の回折次数に対応する数(具体的には、M×N=81)の開閉制御可能な開口部51を有する。そして、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1つの開口部51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1つのフーリエ変換像を選択する。より具体的には、空間フィルタSFを、例えば、M×N個の画素を有する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、あるいは、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から構成することができる。尚、液晶表示装置から成る空間フィルタSFの模式的な正面図は、図6に示したと同様である。   Specifically, the spatial filter SF is a spatial filter capable of temporal opening and closing control for spatially and temporally filtering the Fourier transform image. More specifically, the spatial filter SF has a number of openings 51 that can be controlled to open and close (specifically, M × N = 81) corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each opening region 34. In the spatial filter SF, one Fourier corresponding to a desired diffraction order is obtained by opening one desired opening 51 in synchronization with the generation timing of a two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus 30. Select the conversion image. More specifically, the spatial filter SF is, for example, a transmissive liquid crystal display device or a reflective liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal having M × N pixels, or a movable mirror is a two-dimensional matrix. It can be composed of a two-dimensional type MEMS including devices arranged in a shape. A schematic front view of the spatial filter SF formed of the liquid crystal display device is the same as that shown in FIG.

前述したとおり、共役像形成手段60は、具体的には、第4のレンズL4及び第5のレンズL5から構成されている。そして、焦点距離f4を有する第4のレンズL4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、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像の実像RIを形成する。また、焦点距離f5を有する第5のレンズL5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。 As described above, specifically, the conjugate image forming unit 60 includes the fourth lens L 4 and the fifth lens L 5 . Then, the fourth lens L 4 having the focal length f 4 performs inverse Fourier transform on the Fourier transform image filtered by the spatial filter SF, thereby conjugated image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2 . The real image RI is formed. The fifth lens L 5 having the focal length f 5 forms a conjugate image CI of the Fourier transform image filtered by the spatial filter SF.

第4のレンズL4は、その前側焦点面上に、空間フィルタSFが位置するように配置され、その後側焦点面に、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像の実像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の第2のレンズL2によって形成された実像に対する倍率は、第4のレンズL4の焦点距離f4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。 The fourth lens L 4 is disposed on the front focal plane so that the spatial filter SF is positioned, and a real image of a conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2 is disposed on the rear focal plane. Arranged to form an RI. The magnification of the real image RI obtained here with respect to the real image formed by the second lens L 2 can be changed by arbitrarily selecting the focal length f 4 of the fourth lens L 4 .

一方、第5のレンズL5は、その前側焦点面が第4のレンズL4の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面にフーリエ変換像の共役像CIが形成されるように配置されている。ここで、第5のレンズL5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次元画像の共役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、散乱回折制限開口部33を通過した光線に、光学系を透過した複数の回折次数(具体的にはM×N)を乗じた量で定義することができる。また、第5のレンズL5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、第5のレンズL5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5のレンズL5の後側焦点面に、図52に示したプロジェクタ・ユニット301が複数の回折次数分(具体的にはM×N個)、配置されている状態と等価である。 On the other hand, the fifth lens L 5 is arranged such that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the fourth lens L 4 , and a conjugate image CI of the Fourier transform image is formed on the rear focal plane. Are arranged as follows. Here, since the rear focal plane of the fifth lens L 5 is a conjugate plane of the spatial filter SF, a conjugate image of a two-dimensional image is output from a portion corresponding to one opening 51 on the spatial filter SF. It is equivalent to what is done. The amount of light rays finally generated / output is the number of pixels (P × Q), and a plurality of diffraction orders (specifically, the light rays that have passed through the scattering diffraction limiting aperture 33 are transmitted through the optical system. Specifically, it can be defined by an amount multiplied by M × N). Further, although the back focal plane of the fifth lens L 5 conjugate image CI of the Fourier transform image is formed, in the back focal plane of the fifth lens L 5, orderly group of light beams are two-dimensionally It can be regarded as being placed. That is, as a whole, the projector unit 301 shown in FIG. 52 is arranged for a plurality of diffraction orders (specifically, M × N) on the rear focal plane of the fifth lens L 5 . Is equivalent to

図7に模式的に示したと同様に、2次元画像形成装置30における1つの画素31によって、X方向及びY方向に沿って、合計、M0×N0組の回折光が生成される。尚、図7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たが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光の一部に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光(光束)には、2次元画像形成装置30によって生成された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、光源10からの光が各画素31によって変調されて2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数は、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M0×N0)に対応した回折角に沿って出射される。即ち、2次元画像のM0×N0個の一種のコピーが2次元画像形成装置30から、複数の回折次数(総計M0×N0)に対応した回折角に沿って出射される。 As schematically shown in FIG. 7, a single pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 generates a total of M 0 × N 0 sets of diffracted light along the X and Y directions. In FIG. 7, only the diffracted light of the 0th order light (n 0 = 0), ± 1st order light (n 0 = ± 1), and ± 2nd order light (n 0 = ± 2) is shown as a representative. However, actually, higher-order diffracted light is generated, and a stereoscopic image is finally formed based on a part of the diffracted light. Here, all image information (information of all pixels) of the two-dimensional image generated 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 including a transmissive liquid crystal display device having P × Q pixels 31, the light from the light source 10 is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image. In addition, the spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M 0 × N 0 ) generated from each pixel 31. That is, a kind of M 0 × N 0 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 0 × N 0 ).

そして、2次元画像形成装置30から出射された2次元画像における空間周波数は、第1のレンズL1によってフーリエ変換され、各画素31から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみが散乱回折制限開口部33を通過し、更には、この選択されたフーリエ変換像が第2のレンズL2によって逆フーリエ変換され、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の共役像が形成され、この2次元画像の共役像は、オーバーサンプリングフィルタOSF上に結像する。尚、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、0次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ(即ち、画素構造の空間周波数の最大1/2の空間周波数まで)が、云い換えれば、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、散乱回折制限開口部33を通過する。こうして、オーバーサンプリングフィルタOSF上に結像された2次元画像の共役像にあっては、2次元画像形成装置30の画素構造は含まれず、一方、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像における空間周波数の全てが含まれている。 Then, the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the two-dimensional image forming apparatus 30 is Fourier-transformed by the first lens L 1 , and a number of Fourier-transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel 31 are generated. Is done. Of these Fourier transform images, only a predetermined Fourier transform image (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the zeroth order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) passes through the scattering diffraction limiting aperture 33. Further, the selected Fourier transform image is subjected to inverse Fourier transform by the second lens L 2 to form a conjugate image of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30, and the conjugate of the two-dimensional image. The image is formed on the oversampling filter OSF. 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 wave (that is, the maximum spatial frequency of the pixel structure). In other words, it is obtained as first-order diffraction using the 0th-order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency, and the spatial frequency of the pixel structure (aperture structure) of the light modulation means Less than half of the spatial frequency passes through the scattering diffraction limiting aperture 33. Thus, the conjugate image of the two-dimensional image formed on the oversampling filter OSF does not include the pixel structure of the two-dimensional image forming apparatus 30, while the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30. All of the spatial frequencies in the image are included.

2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の全画像情報が集約された2次元画像の共役像における空間周波数は、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける各開口領域34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3のレンズL3によってフーリエ変換され、複数の回折次数(総計M×N)に対応する数のフーリエ変換像が生成され、係るフーリエ変換像は空間フィルタSF上に結像される。第3のレンズL3において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された2次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。 The spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image in which all the image information of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is aggregated corresponds to a plurality of diffraction orders generated from each aperture region 34 in the oversampling filter OSF. The light is emitted along the diffraction angle and is Fourier transformed by the third lens L 3 to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N). The Fourier transform image is generated on the spatial filter SF. Is imaged. In the third lens L 3 , a Fourier transform image having a spatial frequency in a conjugate image of a two-dimensional image emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders is generated. A converted image can be obtained.

ここで、光源10から出射された光(照明光)の波長をλ(mm)、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像における空間周波数をν(lp/mm)、第3のレンズL3の焦点距離をf3(mm)とすると、第3のレンズL3の後側焦点面では、以下の式(B)で表される光軸から距離Y1(mm)の位置に、空間周波数νを有する光(フーリエ変換像)が現れる。 Here, the wavelength of the light (illumination light) emitted from the light source 10 is λ (mm), the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2 is ν (lp / mm), If the focal length of the third lens L 3 is f 3 (mm), the rear focal plane of the third lens L 3 has a distance Y 1 (mm) from the optical axis represented by the following formula (B). Light having a spatial frequency ν (Fourier transform image) appears at the position.

第3のレンズL3における集光状態を、図17に模式的に示す。尚、図17中、「Y0」は、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像のy軸方向の長さを示し、「Y1」は、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像に基づく空間フィルタSF上でのフーリエ変換像のy軸方向の間隔を示す。また、0次の回折光を実線で示し、第1次の回折光を点線で示し、第2次の回折光を一点鎖線で示す。各回折次数の回折光が、云い換えれば、回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像が、第3のレンズL3によって空間フィルタSF上の異なる開口部51に集光される(図15も参照)。開口部51の数は、先に説明したとおりM×N個=81個である。空間フィルタSFへの集光角(空間フィルタSFから出射された後の発散角であり、視野角でもある)θは、回折次数が同じフーリエ変換像(あるいは回折光)にあっては、POSF×QOSF個の開口領域34において同一であり、以下の式(C)から求めることができる。空間フィルタSF上において、隣接する回折次数のフーリエ変換像の間の間隔は、式(B)から求めることができる。式(B)から、第3のレンズL3の焦点距離f3を任意に選択することによって、フーリエ変換像の位置(空間フィルタSF上の結像位置)を変化させることが可能である。尚、式(C)中、「w」は、オーバーサンプリングフィルタOSFに投影された2次元画像の共役像のY方向の長さであり、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。 The condensing state in the third lens L 3 is schematically shown in FIG. In FIG. 17, “Y 0 ” indicates the length in the y-axis direction of the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2 , and “Y 1 ” indicates the second lens L 2. The space | interval of the y-axis direction of the Fourier-transform image on the spatial filter SF based on the conjugate image of the two-dimensional image produced | generated by FIG. Further, the 0th-order diffracted light is indicated by a solid line, the first-order diffracted light is indicated by a dotted line, and the second-order diffracted light is indicated by a one-dot chain line. In other words, the diffracted light of each diffraction order, in other words, the Fourier transform image generated by the number corresponding to the diffraction order is condensed by the third lens L 3 on different openings 51 on the spatial filter SF (FIG. 15). As described above, the number of the openings 51 is M × N = 81. The condensing angle to the spatial filter SF (the divergence angle after being emitted from the spatial filter SF and also the viewing angle) θ is P OSF in a Fourier transform image (or diffracted light) having the same diffraction order. × Q It is the same in the OSF open regions 34 and can be obtained from the following equation (C). On the spatial filter SF, the interval between Fourier transform images of adjacent diffraction orders can be obtained from the equation (B). By arbitrarily selecting the focal length f 3 of the third lens L 3 from the equation (B), it is possible to change the position of the Fourier transform image (image formation position on the spatial filter SF). Incidentally, in the formula (C), "w" is the length in the Y direction of the conjugate image of the two-dimensional image projected on the oversampling filter OSF, optionally a focal length f 2 of the second lens L 2 It can be changed by selecting.

1=f3・λ・ν (B)
θ =2×arctan(w/2f3) (C)
Y 1 = f 3 · λ · ν (B)
θ = 2 × arctan (w / 2f 3 ) (C)

第3のレンズL3において、各開口領域34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た2次元画像の共役像における空間周波数を透過させるためには、利用する回折次数に応じて第3のレンズL3の開口率NAを選択する必要があり、焦点距離に拘わらず、第3のレンズL3以降の全てのレンズの開口率は、第3のレンズL3の開口率NA以上であることが要求される。 In the third lens L 3 , in order to transmit the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image emitted along the diffraction angles corresponding to the plurality of diffraction orders generated from each aperture region 34, the diffraction order to be used is set. Accordingly, it is necessary to select the aperture ratio NA of the third lens L 3, and the aperture ratio of all the lenses after the third lens L 3 is the aperture ratio of the third lens L 3 regardless of the focal length. It is required to be greater than or equal to NA.

開口部51の大きさは、式(B)におけるY1の値と同じ値とすればよい。一例として、照明光の波長λを532nm、第3のレンズL3の焦点距離f3を50mm、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける開口領域34の大きさを13μm〜14μm程度とすると、Y1の値は約2mmとなる。これは、空間フィルタSF上において、約2mm間隔という高い密度で各回折次数に対応したフーリエ変換像を得ることができることを意味する。云い換えれば、空間フィルタSF上において、X方向、Y方向のいずれの方向においても、約2mm間隔で、9×9=81個のフーリエ変換像を得ることができる。 The size of the opening 51 may be the same value as the value of Y 1 in the formula (B). As an example, the wavelength λ of the illumination light 532 nm, the third lens L 3 of the focal length f 3 of 50 mm, when the 13μm~14μm about the size of the opening area 34 in the oversampling filter OSF, the value of Y 1 is about 2 mm. This means that a Fourier transform image corresponding to each diffraction order can be obtained at a high density of about 2 mm on the spatial filter SF. In other words, 9 × 9 = 81 Fourier transform images can be obtained on the spatial filter SF at intervals of about 2 mm in both the X direction and the Y direction.

ここで、2次元画像の共役像における空間周波数νは、オーバーサンプリングフィルタOSFがPOSF×QOSF個の開口領域34から構成されているので、最高でも、オーバーサンプリングフィルタOSFを構成する連続した2つの開口領域34から成る周期を有する周波数である。 Here, the spatial frequency ν in the conjugate image of the two-dimensional image is the continuous 2 constituting the oversampling filter OSF at most because the oversampling filter OSF is composed of P OSF × Q OSF opening regions 34. It is a frequency having a period composed of two open regions 34.

2次元画像の共役像における空間周波数が最も低い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図は、図9の(A)に示したと同様であるし、この場合における、第3のレンズL3によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図10の(A)に示したと同様である。一方、2次元画像の共役像における空間周波数が最も高い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図は、図9の(B)に示したと同様であるし、この場合における、第3のレンズL3によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図10の(B)に示したと同様である。更には、空間フィルタSF上(xy平面上)におけるフーリエ変換像の分布等は、図11の(A)、(B)、(C)に示したと同様である。また、空間フィルタSFにおける開口部51の平面形状は、実施例1と同様とすればよい。 A schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 having the lowest spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is the same as that shown in FIG. 9A, and in this case, the third The frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the lens L 3 is the same as that shown in FIG. On the other hand, a schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 having the highest spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is the same as that shown in FIG. The frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the third lens L 3 is the same as that shown in FIG. Furthermore, the distribution of the Fourier transform image on the spatial filter SF (on the xy plane) is the same as shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C. Further, the planar shape of the opening 51 in the spatial filter SF may be the same as that in the first embodiment.

ところで、最も空間周波数が高い状態とは、図9の(B)に示したように、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。また、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける開口領域構造の空間周波数と、2次元画像の共役像における空間周波数との関係は、以下のとおりである。即ち、開口領域34の開口率が100%であると仮定したとき、2次元画像の共役像における最高空間周波数は、開口領域構造の空間周波数の(1/2)である。また、開口領域34の開口率が或る割合(100%未満)を占めている場合には、2次元画像の共役像における最高空間周波数は、開口領域構造の空間周波数の(1/2)を下回る。それ故、空間フィルタSFにおいて現れる開口領域構造に起因した周期的なパターンの間隔の半分の位置までに、2次元画像の共役像における空間周波数は全て出現する。このことから、全ての開口部51を、空間的に相互に干渉することなく配置することができる。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する一方、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像は、他の開口部51には入射しない。これにより、フーリエ変換像毎に独立した開口部51を有する空間フィルタSF上において、1つの開口部51に位置するフーリエ変換像内に、2次元画像の共役像における空間周波数が存在する一方、開口部51の空間的な制限によって2次元画像の共役像における空間周波数が欠落することはない。尚、開口領域構造の空間周波数をキャリア周波数とみなすことができ、2次元画像の共役像における空間周波数は、開口領域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。 By the way, the state with the highest spatial frequency is a case where all pixels alternately display black display and white display, as shown in FIG. 9B. In addition, the relationship between the spatial frequency of the aperture region structure in the oversampling filter OSF and the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is as follows. That is, assuming that the aperture ratio of the aperture region 34 is 100%, the highest spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is (1/2) of the spatial frequency of the aperture region structure. When the aperture ratio of the aperture region 34 occupies a certain ratio (less than 100%), the highest spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is (1/2) of the spatial frequency of the aperture region structure. Below. Therefore, all the spatial frequencies in the conjugate image of the two-dimensional image appear up to the half of the periodic pattern interval due to the opening area structure appearing in the spatial filter SF. For this reason, all the openings 51 can be arranged without spatially interfering with each other. That is, for example, the (3,2) th aperture 51, while the Fourier transform image having a diffraction order of m 0 = 3, n 0 = 2 enters, the m 0 = 3, n 0 = 2 The Fourier transform image having the diffraction order does not enter the other openings 51. Thus, on the spatial filter SF having the independent opening 51 for each Fourier transform image, the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image exists in the Fourier transform image located at one opening 51, while the opening The spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is not lost due to the spatial limitation of the unit 51. Note that the spatial frequency of the aperture region structure can be regarded as the carrier frequency, and the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image corresponds to image information in which the spatial frequency of the aperture region structure is the carrier frequency.

そして、空間フィルタSFにおいては、M×N個のフーリエ変換像のそれぞれの通過/不通過を制御するために、開口部51の開閉制御が行われる。空間フィルタSFを、例えば液晶表示装置から構成すれば、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。   In the spatial filter SF, the opening / closing control of the opening 51 is performed in order to control the passage / non-passage of the M × N Fourier transform images. If the spatial filter SF is composed of, for example, a liquid crystal display device, the opening / closing control of the opening 51 can be performed by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve).

開口領域34から生じる回折次数に依存して、得られる画像の明るさが相違する場合には、前述したとおり、最も暗い画像を基準として、明るい画像を減光する減光フィルタを第5のレンズL5の後側焦点面に配置すればよい。 When the brightness of the obtained image is different depending on the diffraction order generated from the aperture region 34, as described above, a neutral density filter that attenuates a bright image with respect to the darkest image is used as the fifth lens. it may be arranged on the rear focal plane of the L 5.

実施例4の3次元像表示装置において、オーバーサンプリングフィルタOSFを取り除いた3次元像表示装置を比較のために想定する。尚、このような3次元像表示装置を、便宜上、比較用3次元像表示装置と呼ぶ。実施例4の3次元像表示装置と比較用3次元像表示装置とを対比して、以下、説明を行う。   In the three-dimensional image display apparatus according to the fourth embodiment, a three-dimensional image display apparatus from which the oversampling filter OSF is removed is assumed for comparison. Such a three-dimensional image display device is referred to as a comparative three-dimensional image display device for convenience. The following description will be made by comparing the three-dimensional image display device of Example 4 with the comparative three-dimensional image display device.

尚、光源10から出射された光(照明光)の波長をλ(mm)、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をν0(lp/mm)とする。 Note that the wavelength of light (illumination light) emitted from the light source 10 is λ (mm), and the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is ν 0 (lp / mm).

ところで、投影角(視野角)θは、観察される立体画像の領域を決定する重要なパラメータである。一方、空間フィルタSF上におけるフーリエ変換像の位置及び間隔(Y1)は、表示される立体画像及び運動視差の連続性、表示される立体画像のスケール(大きさ)を決定する重要なパラメータである。そして、投影角(視野角)θの値、及び、空間フィルタSF上におけるフーリエ変換像の位置及び間隔に相当するY1の値は、大きければ大きいほど、好ましい。 Incidentally, the projection angle (viewing angle) θ is an important parameter for determining the region of the stereoscopic image to be observed. On the other hand, the position and interval (Y 1 ) of the Fourier transform image on the spatial filter SF are important parameters that determine the continuity of the displayed stereoscopic image and motion parallax and the scale (size) of the displayed stereoscopic image. is there. The larger the value of the projection angle (viewing angle) θ and the value of Y 1 corresponding to the position and interval of the Fourier transform image on the spatial filter SF, the better.

ところで、前述した式(B)から、Y1を制御する変数は、光(照明光)の波長λ、及び、第3のレンズL3の焦点距離f3であり、更には、空間周波数νの基となる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ν0である。ここで、光(照明光)の波長λは、画像の色調に変化が生じるので、現実的には任意の値をとることができない。しかも、可視光の波長は約400nmから約700nmであり、変化量は高々1.75倍であり、操作領域が狭い。また、空間周波数ν0の値を高くするためには、2次元画像形成装置30における画素のピッチを細かくする必要があるが、2次元画像形成装置30における画素のピッチを細かくすることは、現実的には困難である。従って、式(B)におけるY1の値を大きくするためには、第3のレンズL3の焦点距離f3を長くすることが最も現実的である。然るに、焦点距離f3を長くすると、式(C)から、オーバーサンプリングフィルタOSFに投影された2次元画像の共役像のY方向の長さwを一定とした場合、即ち、第2のレンズL2の焦点距離f2を一定とした場合、投影角(視野角)θの値が小さくなる。即ち、式(B)と式(C)とは独立の関係には無く、Y1の値と投影角(視野角)θの値とは、所謂トレードオフの関係にある。 Incidentally, the formula (B) described above, the variable that controls the Y 1 is the wavelength of the light (illumination light) lambda, and the focal length f 3 of the third lens L 3, further, the spatial frequency ν This is the spatial frequency ν 0 in the two-dimensional image generated by the base two-dimensional image forming apparatus 30. Here, since the wavelength λ of the light (illumination light) changes in the color tone of the image, it cannot actually take an arbitrary value. Moreover, the wavelength of visible light is about 400 nm to about 700 nm, the amount of change is at most 1.75 times, and the operation region is narrow. Further, in order to increase the value of the spatial frequency ν 0 , it is necessary to make the pixel pitch in the two-dimensional image forming apparatus 30 fine. However, making the pixel pitch in the two-dimensional image forming apparatus 30 fine is a reality. Is difficult. Therefore, in order to increase the value of Y 1 in the formula (B), it is most realistic to increase the focal length f 3 of the third lens L 3 . However, when the focal length f 3 is increased, the length w in the Y direction of the conjugate image of the two-dimensional image projected on the oversampling filter OSF is constant from the equation (C), that is, the second lens L When the focal length f 2 of 2 is constant, the value of the projection angle (viewing angle) θ is small. That is, Expression (B) and Expression (C) are not independent, and the value of Y 1 and the value of the projection angle (viewing angle) θ are in a so-called trade-off relationship.

ところで、実施例4の3次元像表示装置1Bにあっては、光変調手段あるいは2次元画像形成装置30によって2次元画像が生成されるが、この2次元画像における空間周波数ν0は、2次元画像形成装置を構成する開口の開口構造に依存した値である。一方、この2次元画像の共役像における空間周波数νは、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける開口領域34の開口領域構造に依存しており、POSF>P,QOSF>Qであるが故に、2次元画像形成装置30における画素構造(開口構造)の空間周波数(キャリア周波数)よりも、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける開口領域構造の空間周波数(キャリア周波数)の方が高く、ν>ν0である。尚、オーバーサンプリングフィルタOSFは、例えば、平板ガラスに、直接、格子模様を形成することで作製することができるので、格子模様のピッチを細かくすれば、キャリア周波数を高くすることができ、2次元画像の共役像におけるオーバーサンプリングフィルタOSFによって生成された空間周波数νの値を容易に高くすることができる。従って、空間周波数νの値を容易に大きくすることができ、式(B)から求められるY1の値を大きくすることができる。尚、たとえ第3のレンズL3の焦点距離f3を短く設定しても、式(B)から求められるY1の値を大きくすることができる。一方、第3のレンズL3の焦点距離f3を短く設定できるので、式(C)から求められる視野角θの値を大きくすることができる。あるいは又、第2のレンズL2の焦点距離f2を適切に設定することでwの値を大きくすることができ、その結果、式(C)から求められる視野角θの値を大きくすることができる。 By the way, in the three-dimensional image display device 1B of the fourth embodiment, a two-dimensional image is generated by the light modulation means or the two-dimensional image forming device 30, and the spatial frequency ν 0 in this two-dimensional image is two-dimensional. The value depends on the opening structure of the opening constituting the image forming apparatus. On the other hand, the spatial frequency ν in the conjugate image of this two-dimensional image depends on the opening region structure of the opening region 34 in the oversampling filter OSF, and P OSF > P, Q OSF > Q. The spatial frequency (carrier frequency) of the opening region structure in the oversampling filter OSF is higher than the spatial frequency (carrier frequency) of the pixel structure (opening structure) in the forming apparatus 30, and ν> ν 0 . The oversampling filter OSF can be manufactured, for example, by directly forming a lattice pattern on a flat glass. Therefore, if the pitch of the lattice pattern is made fine, the carrier frequency can be increased, and the two-dimensional The value of the spatial frequency ν generated by the oversampling filter OSF in the conjugate image of the image can be easily increased. Therefore, the value of the spatial frequency ν can be easily increased, and the value of Y 1 obtained from the equation (B) can be increased. Even if the focal length f 3 of the third lens L 3 is set short, the value of Y 1 obtained from the equation (B) can be increased. On the other hand, since the focal length f 3 of the third lens L 3 can be set short, the value of the viewing angle θ obtained from the equation (C) can be increased. Alternatively, the value of w can be increased by appropriately setting the focal length f 2 of the second lens L 2 , and as a result, the value of the viewing angle θ obtained from the equation (C) can be increased. Can do.

このように、実施例4の3次元像表示装置1Bにあっては、Y1の値と投影角(視野角)θの値とを、独立して制御することができる。従って、観察される立体画像の領域を広げつつ、表示される立体画像のスケール(大きさ)を大きくすることが可能となる。しかも、そのために、光源からの光の波長を変える必要が無く、波長変動に伴う色調の変化も全くない。また、第3のレンズL3の焦点距離f3を変更する必要も、本質的には無い。 As described above, in the three-dimensional image display device 1B according to the fourth embodiment, the value of Y 1 and the value of the projection angle (viewing angle) θ can be controlled independently. Therefore, it is possible to increase the scale (size) of the displayed stereoscopic image while expanding the area of the observed stereoscopic image. In addition, there is no need to change the wavelength of light from the light source, and there is no change in color tone due to wavelength variation. Further, there is essentially no need to change the focal length f 3 of the third lens L 3 .

例えば、比較用3次元像表示装置において、2次元画像形成装置30のサイズが対角0.7インチであり、正方形の平面形状の開口(P×Q=1024×768)を有しているとする。また、開口の間隔を14μm、光源10から出射される光の波長λを532nm、f2=f3=f4=f5=50mmとした場合、第5のレンズL5を透過した後の空間フィルタSFの共役面における共役像の間隔は1.9mm、2次元画像形成装置30のY方向に対応する視野角θYは16.1度、2次元画像形成装置30のX方向に対応する視野角θXは12.1度となる。 For example, in the comparative three-dimensional image display device, the size of the two-dimensional image forming device 30 is 0.7 inches diagonal and has a square planar opening (P × Q = 1024 × 768). To do. Also, when the aperture interval is 14 μm, the wavelength λ of the light emitted from the light source 10 is 532 nm, and f 2 = f 3 = f 4 = f 5 = 50 mm, the space after passing through the fifth lens L 5 The interval between the conjugate images on the conjugate plane of the filter SF is 1.9 mm, the viewing angle θ Y corresponding to the Y direction of the two-dimensional image forming apparatus 30 is 16.1 degrees, and the field angle corresponding to the X direction of the two-dimensional image forming apparatus 30. The angle θ X is 12.1 degrees.

また、比較用3次元像表示装置において、第2のレンズL2によって結像される2次元画像の共役像の大きさを大きくするために、第2のレンズL2の焦点距離f2を100mmとした場合、視野角θYは31.5度、視野角θXは23.9度となり、視野角を大きくすることができる。然るに、2次元画像の共役像の大きさが2倍となったが故に、式(B)におけるνの値が半分となってしまうので、第5のレンズL5を透過した後の空間フィルタSFの共役面における共役像の間隔は、0.95mmとなってしまう。この場合、通常よりも空間的に密度の高い光線群が生成されるが、光線群の1つ当たりの生成面積が1/4になるので、観察像の大きさが1/4となってしまう。 Further, 100 mm in the three-dimensional image display apparatus for comparison, in order to increase the size of the conjugate image of the two-dimensional image formed by the second lens L 2, a focal length f 2 of the second lens L 2 In this case, the viewing angle θ Y is 31.5 degrees and the viewing angle θ X is 23.9 degrees, so that the viewing angle can be increased. However, since the size of the conjugate image of the two-dimensional image is doubled, the value of ν in the equation (B) is halved, so that the spatial filter SF after passing through the fifth lens L 5 is used. The interval between the conjugate images on the conjugate plane is 0.95 mm. In this case, a light beam group having a spatial density higher than usual is generated, but since the generation area per one light beam group is ¼, the size of the observation image becomes ¼. .

そこで、14μmの間隔(=Y0)を有する正方格子を備えた回折フィルタから成るオーバーサンプリングフィルタOSFを配置すると、2倍に拡大された2次元画像の共役像に対する新たな空間的なサンプリングを、元の2次元画像形成装置30の画素間隔と同様の空間周波数で行うことになり、視野角θYは31.5度、視野角θXは23.9度となり、視野角を大きくすることができると共に、第5のレンズL5を透過した後の空間フィルタSFの共役面における共役像の間隔を1.9mmとすることができる。即ち、この場合、通常よりも空間的に密度の高い光線群が生成され、しかも、光線群の1つ当たりの生成面積は変わらず、観察像の大きさも変わらない。このオーバーサンプリングフィルタOSFは、平板ガラスにピッチ14μmの2次元マトリクス状に配列された格子を描画するのみで作製することができる。 Therefore, when an oversampling filter OSF composed of a diffraction filter having a square lattice having a spacing of 14 μm (= Y 0 ) is arranged, a new spatial sampling for a conjugate image of a two-dimensional image magnified twice is performed. The spatial frequency is the same as the pixel interval of the original two-dimensional image forming apparatus 30, and the viewing angle θ Y is 31.5 degrees and the viewing angle θ X is 23.9 degrees, so that the viewing angle can be increased. In addition, the interval between the conjugate images on the conjugate plane of the spatial filter SF after passing through the fifth lens L 5 can be 1.9 mm. That is, in this case, a light beam group having a spatial density higher than usual is generated, and the generation area per one light beam group does not change, and the size of the observation image does not change. This oversampling filter OSF can be produced simply by drawing a grid arranged in a two-dimensional matrix with a pitch of 14 μm on a flat glass.

以上に説明したように、実施例4の3次元像表示装置1Bによれば、光変調手段(2次元画像形成装置)30によって生成された2次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、所定回折次数に対応するフーリエ変換像のみが画像制限・生成手段32によって選択され、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像がフーリエ変換像形成手段40(第3のレンズL3)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、フーリエ変換像選択手段50(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。また、2次元画像形成装置30とオーバーサンプリングフィルタOSFとを設けることによって、観察される立体画像の領域を広げつつ、表示される立体画像のスケール(大きさ)を大きくすることが可能となる。しかも、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。 As described above, according to the three-dimensional image display apparatus 1B of the fourth embodiment, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the light modulation unit (two-dimensional image forming apparatus) 30 corresponds to a plurality of diffraction orders. is the emitted along diffraction angle, only the Fourier transform image corresponding to a predetermined diffraction order is selected by the image restriction and generation means 32, the conjugate image is Fourier transformed image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2 The Fourier transform image obtained by Fourier transform by the forming means 40 (third lens L 3 ) is spatially and temporally filtered by the Fourier transform image selection means 50 (spatial filter SF), Since the conjugate image CI of the filtered Fourier transform image is formed, it is spatially high without increasing the size of the entire three-dimensional image display device. Density and further in a state of being distributed in a plurality of directions can be generated and scattered light ray group. In addition, by providing the two-dimensional image forming apparatus 30 and the oversampling filter OSF, it is possible to increase the scale (size) of the displayed stereoscopic image while expanding the area of the observed stereoscopic image. In addition, individual light beams that are constituent elements of the light beam group can be controlled independently in terms of time and space. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional image using light rays that are close to the same quality as real-world objects.

また、実施例4の3次元像表示装置1B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4の3次元像表示装置1Bによれば、高次回折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(2次元画像の一種のコピー)を、複数の回折次数分だけ(即ち、M×N個)、オーバーサンプリングフィルタOSFによって得ることができる。しかも、実施例4の3次元像表示装置1B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 1B of the fourth 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 1B of the fourth embodiment, since higher-order diffracted light is efficiently used, one image output device (two-dimensional image formation) is compared with the conventional image output method. Light rays (a kind of copy of the two-dimensional image) that can be controlled by the device 30) can be obtained by the oversampling filter OSF for a plurality of diffraction orders (ie M × N). Moreover, according to the three-dimensional image display device 1B of the fourth 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 rays can be generated and scattered at a spatially high density, a fine spatial image close to the visual recognition limit can be provided.

更には、実施例4の3次元像表示装置1Bにあっては、第5のレンズを透過した後の空間フィルタSFの共役面における共役像の大きさと投影角(視野角)とを、独立して制御することができる。従って、観察される立体画像の領域を広げつつ、表示される立体画像のスケール(大きさ)を大きくすることが可能となる。   Furthermore, in the three-dimensional image display device 1B of Example 4, the size of the conjugate image on the conjugate plane of the spatial filter SF after passing through the fifth lens and the projection angle (viewing angle) are independent. Can be controlled. Therefore, it is possible to increase the scale (size) of the displayed stereoscopic image while expanding the area of the observed stereoscopic image.

実施例5は、本発明の第4の態様及び第6の態様に係る3次元像表示装置に関する。実施例5の3次元像表示装置の概念図を図18に示す。尚、図18には、半透過型鏡90を例示した。   Example 5 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the fourth and sixth aspects of the present invention. A conceptual diagram of the three-dimensional image display device of Example 5 is shown in FIG. In FIG. 18, a semi-transmissive mirror 90 is illustrated.

実施例5における光変調手段130は、実施例4における液晶表示装置とは異なり、P個(例えば、1920個)に区画された1次元画像を生成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器(回折格子−光変調装置201)によって生成され、P個に区画された1次元画像を2次元的に展開して(走査して)、P×Q個に区画された2次元画像を形成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数(具体的には、総数M0×N0)に対応した回折角に沿って出射する格子フィルタ(回折格子フィルタ)132を備えている。ここで、走査光学系(スキャンミラー205)によって形成され、P×Q個に区画された2次元画像の区画毎に、格子フィルタ132によってM0×N0組の回折光が生成される。尚、格子フィルタ132は、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。 Unlike the liquid crystal display device according to the fourth embodiment, the light modulation unit 130 according to the fifth embodiment is a one-dimensional spatial light modulator (specifically, a PD (for example, 1920) divided one-dimensional image). , Diffraction grating-light modulation device 201); a one-dimensional spatial light modulator (diffraction grating-light modulation device 201), which is generated by a two-dimensionally developed (scanned) P-dimensional one-dimensional image. ), A scanning optical system (specifically, scan mirror 205) that forms a P × Q partitioned two-dimensional image; and a spatial frequency in the generated two-dimensional image arranged on the two-dimensional image generation surface. Is provided along a diffraction angle corresponding to a plurality of diffraction orders (specifically, total number M 0 × N 0 ). Here, M 0 × N 0 sets of diffracted light are generated by the grating filter 132 for each section of the two-dimensional image formed by the scanning optical system (scan mirror 205) and partitioned into P × Q. The grating filter 132 may be composed of an amplitude grating or a phase grating.

あるいは又、本発明の第6の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例5の3次元像表示装置は、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)1次元画像を生成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段(具体的には、格子フィルタ132)から成る2次元画像形成装置130、
(B)その前側焦点面に回折光生成手段(格子フィルタ132)が配置されている第1のレンズL1
(C)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを通過させる散乱回折制限開口部33、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部33が配置されている第2のレンズL2
(E)第2のレンズL2の後側焦点面に配置され、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POSF×QOSF個(但し、POSF及びQOSFは任意の正の整数であり、POSF>P)の開口領域を有し、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像に基づき、開口領域毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタOSF、
(F)その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタOSFが配置されている第3のレンズL3
(G)第3のレンズL3の後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSF、
(H)その前側焦点面に空間フィルタSFが配置されている第4のレンズL4、並びに、
(I)第4のレンズL4の後側焦点に、その前側焦点が位置している第5のレンズL5
を備えている。
Alternatively, the three-dimensional image display device according to the fifth embodiment will be described along the components of the three-dimensional image display device according to the sixth aspect of the present invention. The three-dimensional image display device according to the fifth embodiment includes a light source 10 and an optical system. It is a display device. And this optical system
(A) A one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image (specifically, a diffraction grating light modulator 201); two-dimensionally develops the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator. A scanning optical system that generates a two-dimensional image (specifically, a scan mirror 205); A two-dimensional image forming apparatus 130 comprising means (specifically, a lattice filter 132),
(B) a first lens L 1 in which diffracted light generating means (grating filter 132) is disposed on the front focal plane;
(C) Only the diffracted light of a predetermined diffraction order (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) is disposed on the rear focal plane of the first lens L 1. A scattering diffraction limiting aperture 33 to be passed,
(D) a second lens L 2 in which a scattering diffraction limiting aperture 33 is arranged on the front focal plane;
(E) P OSF × Q OSF pieces arranged in the rear focal plane of the second lens L 2 and arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction (however, P OSF and Q OSF are arbitrary) of a positive integer, it has an opening area of the P OSF> P), based on the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2, each opening region, the along the X direction m M sets from the next to the m'th (where m and m 'are integers and M is a positive integer), N sets from the nth to the n'th (along the Y direction) , N and n ′ are integers, where N is a positive integer), a total, M × N oversampling filters OSF that generate diffracted light,
(F) a third lens L 3 having an oversampling filter OSF disposed on its front focal plane;
(G) M × N open / close-controllable openings 51 are arranged in the rear focal plane of the third lens L 3 and M in the X direction and N in the Y direction. A spatial filter SF,
(H) a fourth lens L 4 having a spatial filter SF disposed on the front focal plane thereof;
(I) a fifth lens L 5 whose front focal point is located at the rear focal point of the fourth lens L 4 ;
It has.

回折格子−光変調装置を含む光変調手段(2次元画像形成装置)130の概念図は、図13に示した実施例3の光変調手段130と同様であるので、詳細な説明は省略するが、格子フィルタ132において、P×Q個に区画された2次元画像の区画毎に、M0×N0組の回折光が生成される。 The conceptual diagram of the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 130 including the diffraction grating-light modulation device is the same as that of the light modulation means 130 of the third embodiment shown in FIG. In the lattice filter 132, M 0 × N 0 sets of diffracted light are generated for each section of the two-dimensional image partitioned into P × Q.

1次元空間光変調器(回折格子−光変調装置201)、回折格子−光変調素子210については、後述する。   The one-dimensional spatial light modulator (diffraction grating-light modulation device 201) and diffraction grating-light modulation element 210 will be described later.

以上の点を除き、実施例5の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例4において説明した3次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。   Except for the above points, the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the fifth embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus described in the fourth embodiment. To do.

実施例6は、本発明の第7の態様及び第8の態様に係る3次元像表示装置に関する。図19、図20、図21及び図22に、単色表示の実施例6の3次元像表示装置の概念図を示す。尚、図19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。ここで、図19は、yz平面における実施例6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6の3次元像表示装置の概念図も、実質的には図19と同様である。また、図21は、実施例6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22は、実施例6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り、図22には半透過型鏡90を例示した。   Example 6 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the seventh and eighth aspects of the present invention. 19, 20, 21, and 22 are conceptual diagrams of the three-dimensional image display device according to the sixth embodiment for monochrome display. In FIG. 19, 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 Y. The direction. 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. Here, FIG. 19 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 6 on the yz plane. The conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 6 in the xz plane is substantially the same as FIG. FIG. 21 is a conceptual diagram when the three-dimensional image display device of the sixth embodiment is viewed from an oblique direction, and FIG. 22 schematically shows the arrangement state of the components of the three-dimensional image display device of the sixth embodiment. FIG. 22 illustrates a transflective mirror 90 as an example.

実施例6の3次元像表示装置1Cにあっても、図19、図20、図21及び図22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6の3次元像表示装置1Cは、1つの3次元像表示装置で、図52に示した多数(M×N個)のプロジェクタ・ユニット301を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、図51に示すように、分割された3次元画像の数だけ、実施例6の3次元像表示装置1Cを備えればよい。図51においては、実施例6の3次元像表示装置1Cを、4×4=16、備えた装置を例示している。   Even in the three-dimensional image display device 1C according to the sixth embodiment, the three-dimensional image display device alone including the components shown in FIGS. 19, 20, 21, and 22 can be compared with the conventional technology. Therefore, it is possible to generate and form a large number of light beams with high density. The three-dimensional image display device 1C according to the sixth embodiment is a single three-dimensional image display device in which a large number (M × N) of projector units 301 shown in FIG. 52 are arranged in parallel in the horizontal direction and the vertical direction. It has a function equivalent to the device. For example, when the multi-unit method is adopted, as many as the number of divided three-dimensional images, the three-dimensional image display device 1C of Embodiment 6 may be provided as shown in FIG. In FIG. 51, an apparatus provided with 4 × 4 = 16 three-dimensional image display apparatus 1C of the sixth embodiment is illustrated.

本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例6の3次元像表示装置1Cは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)複数の画素31を有し、光源10からの光に基づき2次元画像を生成する2次元画像形成装置30、
(B)入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子36が2次元マトリクス状に配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、2次元画像形成装置30から入射した2次元画像における空間周波数を、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する光学装置35、
(C)光学装置35から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数(総計M×N)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40、
(D)前記複数の回折次数(総計M×N)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50、並びに、
(E)フーリエ変換像選択手段50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60、
を備えている。
Describing along the components of the three-dimensional image display device according to the seventh aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1C of Example 6 is a three-dimensional image display device including a light source 10 and an optical system. It is. And this optical system
(A) a two-dimensional image forming apparatus 30 that includes a plurality of pixels 31 and generates a two-dimensional image based on light from the light source 10;
(B) An optical element 36 having an optical power for refracting incident light and condensing it at approximately one point is arranged in a two-dimensional matrix and has a function as a phase grating for modulating the phase of transmitted light. An optical device 35 that emits spatial frequencies in a two-dimensional image incident from the two-dimensional image forming device 30 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N);
(C) Fourier transform image forming means 40 for generating a Fourier transform image of a number corresponding to the plurality of diffraction orders (total M × N) by Fourier transforming the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the optical device 35. ,
(D) Fourier transform image selection means 50 for selecting a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among Fourier transform images generated in a number corresponding to the plurality of diffraction orders (total M × N); and
(E) conjugate image forming means 60 for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means 50;
It has.

更には、共役像形成手段60には、フーリエ変換像選択手段50によって選択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次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段(具体的には、後述する第2のレンズL2)が備えられている。また、フーリエ変換像形成手段40はレンズから成り、このレンズの前側焦点面に光学装置35を構成する光学素子36の焦点(実施例6にあっては、後側焦点)が位置しており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段50が配置されている。フーリエ変換像選択手段50は、複数の回折次数(総計M×N)に対応する数の開閉制御可能な開口部51を有する。 Further, the conjugate image forming means 60 forms a real image of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 by performing inverse Fourier transform on the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selecting means 50. Inverse Fourier transform means (specifically, a second lens L 2 described later) is provided. Further, the Fourier transform image forming means 40 is composed of a lens, and the focal point of the optical element 36 constituting the optical device 35 (the rear focal point in the sixth embodiment) is located on the front focal plane of the lens. A Fourier transform image selection means 50 is disposed on the rear focal plane of this lens. The Fourier transform image selection means 50 has a number of openings 51 that can be controlled to be opened and closed corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N).

ここで、2次元画像における空間周波数は、2次元画像形成装置30における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 in the two-dimensional image forming apparatus 30 as the carrier frequency.

また、本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例6の3次元像表示装置1Cは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)複数(P×Q個)の画素31を有し、光源10からの光に基づき2次元画像を生成する2次元画像形成装置30、
(B)入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子36が、X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状にPOD×QOD個(但し、POD及びQODは任意の正の整数)配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、入射した2次元画像における空間周波数を、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する光学装置35、
(C)その前側焦点面に光学装置35を構成する光学素子36の焦点(実施例6にあっては、後側焦点)が位置している第1のレンズ(より具体的には、実施例6にあっては凸レンズ)L1
(D)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部51を有する空間フィルタSF、
(E)その前側焦点面に空間フィルタSFが配置されている第2のレンズ(より具体的には、実施例6にあっては凸レンズ)L2、並びに、
(F)第2のレンズL2の後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ(より具体的には、実施例6にあっては凸レンズ)L3
を備えている。
Further, the three-dimensional image display apparatus 1C according to the sixth embodiment will be described along the components of the three-dimensional image display apparatus according to the eighth aspect of the present invention. It is a display device. And this optical system
(A) a two-dimensional image forming apparatus 30 that has a plurality (P × Q) of pixels 31 and generates a two-dimensional image based on light from the light source 10;
(B) P OD × Q OD optical elements 36 having an optical power that refracts incident light and collects the light at approximately one point in a two-dimensional matrix along the X and Y directions (where P OD and Q OD is an arbitrary positive integer) array and has a function as a phase grating that modulates the phase of transmitted light. A spatial frequency in an incident two-dimensional image is expressed by a plurality of diffraction orders (total M × N). ) An optical device 35 that emits along a diffraction angle corresponding to
(C) The first lens (more specifically, the embodiment) in which the focal point of the optical element 36 constituting the optical device 35 (the rear focal point in the sixth embodiment) is located on the front focal plane. 6 is a convex lens) L 1 ,
(D) M × N open / close controllable openings 51 are arranged on the rear focal plane of the first lens L 1 and are M along the X direction and N along the Y direction. A spatial filter SF,
(E) a second lens (more specifically, a convex lens in Example 6) L 2 in which the spatial filter SF is disposed on the front focal plane thereof, and
(F) a third lens (more specifically, a convex lens in Example 6) L 3 whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens L 2 ;
It has.

ここで、実施例6あるいは後述する実施例7や実施例12にあっては、光学装置35において、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光が生成される。ここで、POD=P=1024、QOD=Q=768であり、m=−4、m’=4、M=m’−m+1=9、n=−4、n’=4、N=n’−n+1=9である。但し、これらの値に限定するものではない。本発明の第7の態様に係る3次元像表示装置の構成要素と本発明の第8の態様に係る3次元像表示装置の構成要素とを対比すると、フーリエ変換像形成手段40は第1のレンズL1に対応し、フーリエ変換像選択手段50は空間フィルタSFに対応し、逆フーリエ変換手段は第2のレンズL1に対応し、共役像形成手段60は第2のレンズL2及び第3のレンズL3に対応している。それ故、便宜上、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL1、及び、第3のレンズL3という用語に基づき、以下、説明を行う。 Here, in Example 6 or Example 7 or Example 12 to be described later, in the optical device 35, there are M groups (however, m and m) from the m-th order to the m′-th order along the X direction. 'Is an integer, M is a positive integer), and N sets from the n-th to the n'-th along the Y direction (where n and n' are integers and N is a positive integer) In total, M × N sets of diffracted light are generated. Here, P OD = P = 1024, Q OD = Q = 768, m = −4, m ′ = 4, M = m′−m + 1 = 9, n = −4, n ′ = 4, N = n′−n + 1 = 9. However, it is not limited to these values. When the constituent elements of the three-dimensional image display apparatus according to the seventh aspect of the present invention are compared with the constituent elements of the three-dimensional image display apparatus according to the eighth aspect of the present invention, the Fourier transform image forming means 40 is Corresponding to the lens L 1 , the Fourier transform image selecting means 50 corresponds to the spatial filter SF, the inverse Fourier transform means corresponds to the second lens L 1 , and the conjugate image forming means 60 corresponds to the second lens L 2 and the second lens L 2 . It corresponds to the third lens L 3. Therefore, for the sake of convenience, the following description will be made based on the terms two-dimensional image forming apparatus 30, first lens L 1 , spatial filter SF, second lens L 1 , and third lens L 3 .

実施例1と同様に、光源10と2次元画像形成装置30との間には、光源10から出射された光を整形するための照明光学系20が配置されている。そして、光源10から出射され、照明光学系20を通過した光(照明光)によって、2次元画像形成装置30が照明される。照明光学系20に関しては後述する。   Similar to the first embodiment, an illumination optical system 20 for shaping light emitted from the light source 10 is disposed between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatus 30. The two-dimensional image forming apparatus 30 is illuminated with light (illumination light) emitted from the light source 10 and passed through the illumination optical system 20. The illumination optical system 20 will be described later.

2次元画像形成装置30は、2次元的に配列された複数の画素31を有しており、各画素31は開口を備えている。具体的には、2次元画像形成装置30は、2次元的に配列された、即ち、X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された、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。   The two-dimensional image forming apparatus 30 has a plurality of pixels 31 arranged two-dimensionally, and each pixel 31 has an opening. Specifically, the two-dimensional image forming apparatus 30 includes P × Q pixels 31 that are two-dimensionally arranged, that is, arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions. Each pixel 31 is provided with an opening.

1つの画素31は、実施例1と同様に、透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素31の光透過率を制御することによって、光源10から出射された光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源10から出射された光が通過することで2次元画像が生成される。   Similar to the first embodiment, one pixel 31 is an overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode and includes a region 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 of each pixel 31, the light transmittance of the light emitted from the light source 10 is controlled, As a whole, a two-dimensional image can be obtained. A rectangular opening is provided in an overlapping region between the transparent first electrode and the transparent second electrode, and a light emitted from the light source 10 passes through the opening to generate a two-dimensional image.

2次元画像形成装置30の後方に隣接して(例えば、2次元画像形成装置30と密着して、あるいは、若干の隙間を介して)光学装置35が配置されている。尚、光学装置35を2次元画像形成装置30に隣接して配置することで、2次元画像形成装置30を構成する画素31の開口を通過する光に起因した回折現象の影響を無視することができる。ここで、実施例6において、光学装置35を構成する光学素子36の平面形状は、対応する画素31の開口の平面形状と相似形の矩形形状であり、各光学素子36は正の光学パワーを有する屈折型の格子状素子、具体的には、凸レンズ(焦点距離f0)から構成されている。そして、光学装置35は、一種のマイクロレンズアレイから構成されており、マイクロレンズアレイを製造する周知の方法に基づき、ガラスから作製されている。 An optical device 35 is disposed adjacent to the rear of the two-dimensional image forming apparatus 30 (for example, in close contact with the two-dimensional image forming apparatus 30 or through a slight gap). Note that, by arranging the optical device 35 adjacent to the two-dimensional image forming apparatus 30, the influence of the diffraction phenomenon caused by the light passing through the openings of the pixels 31 constituting the two-dimensional image forming apparatus 30 can be ignored. it can. Here, in Example 6, the planar shape of the optical element 36 constituting the optical device 35 is a rectangular shape similar to the planar shape of the opening of the corresponding pixel 31, and each optical element 36 has positive optical power. It has a refractive grid element, specifically, a convex lens (focal length f 0 ). And the optical apparatus 35 is comprised from a kind of micro lens array, and is produced from glass based on the well-known method of manufacturing a micro lens array.

光学装置35は位相格子として機能する。即ち、2次元画像形成装置30において生成された2次元画像にあっては、各画素31から出射された光(この光は平行光と見做すことができる)は、2次元画像形成装置30に隣接して配置された光学装置35における対応する光学素子36に入射する。そして、光学素子36に入射した光は、屈折して、焦点距離f0の所で略一点に集光され、更には、その点から後方に向かって進行していく。このような状態を別の観点から眺めると、図20に概念図を示すように、光学装置35の後方の距離f0の所に、恰も、光学素子36に対応した矩形の開口領域(一種のピンホール)37が存在し、光学素子36から出射された光は、係る仮想の開口領域37を通過すると見做すことができる。その結果、フラウンホーファー回折が生じたと等価の現象が生じ、各画素31に対応する光学素子36において(より具体的には、光学素子36に対応する仮想の開口領域37において)、M×N組=81組の回折光が生成される。云い換えれば、画素31及び光学素子36の数はP×Q=POD×QODであるが故に、総計、(POD×QOD×M×N)本の回折光が光学装置35において生じると考えることもできる。そして、2次元画像における空間周波数が、各光学素子36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光学装置35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。焦点距離f0の値は、本質的に任意の値とすることができるが、光学装置35を構成する多数の光学素子36は同一の焦点距離f0を有する。光学素子36から出射される光は、図20に示すように、光学素子36の開口数で決まる角度で伝播するが、伝播する光は広がり、しかも、光量の損失がほぼ無い状況を得ることができる。ここで、光学素子36の配列ピッチあるいは大きさをd0とすると、波長λの平行光が、大きさd0、焦点距離f0の光学素子36によって集光される光の幅Dは、
D=2.44λ/sin(arctan(d0/2f0))
で表すことができる。このことから、光学素子36を用いることによって光学的な開口率は(D2/d0 2)で表すことができるが、開口率の低下に伴う光量損失は生じない。
The optical device 35 functions as a phase grating. That is, in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30, the light emitted from each pixel 31 (this light can be regarded as parallel light) is two-dimensional image forming apparatus 30. Is incident on the corresponding optical element 36 in the optical device 35 arranged adjacent to. The light incident on the optical element 36 is refracted and collected at a substantially single point at the focal length f 0 , and further proceeds backward from that point. Looking at this situation from another point of view, as shown in a conceptual diagram of FIG. 20, the optical device 35 at the rear of the distance f 0, if it were, a rectangular corresponding to the optical element 36 opening region (a kind of It can be considered that the light emitted from the optical element 36 passes through the virtual opening region 37. As a result, an equivalent phenomenon occurs when Fraunhofer diffraction occurs, and in the optical element 36 corresponding to each pixel 31 (more specifically, in the virtual opening region 37 corresponding to the optical element 36), M × N sets = 81 sets of diffracted light are generated. In other words, since the number of pixels 31 and optical elements 36 is P × Q = P OD × Q OD , a total of (P OD × Q OD × M × N) diffracted lights are generated in the optical device 35. Can also be considered. And the spatial frequency in a two-dimensional image is radiate | emitted from the optical apparatus 35 along the diffraction angle corresponding to several diffraction orders (total MxN) which arise from each optical element 36. FIG. The diffraction angle varies depending on the spatial frequency in the two-dimensional image. Although the value of the focal length f 0 can be essentially an arbitrary value, the multiple optical elements 36 constituting the optical device 35 have the same focal length f 0 . The light emitted from the optical element 36 propagates at an angle determined by the numerical aperture of the optical element 36, as shown in FIG. it can. Here, the arrangement pitch or size of the optical element 36 and d 0, the parallel light of a wavelength λ is, the width D of the light collected by the size d 0, the optical element 36 of focal length f 0, the
D = 2.44λ / sin (arctan (d 0 / 2f 0 ))
Can be expressed as From this, the optical aperture ratio can be expressed by (D 2 / d 0 2 ) by using the optical element 36, but no light loss is caused due to the decrease in the aperture ratio.

更には、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)には光学装置35を構成する光学素子36の後側焦点(焦点距離f0)が位置しており、第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)には空間フィルタSFが配置されている。第1のレンズL1によって、複数の回折次数に対応する数であるM×N=81個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21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。 Further, the rear focal point (focal length f 0 ) of the optical element 36 constituting the optical device 35 is located on the front focal plane (focal plane on the light source side) of the first lens L 1 having the focal length f 1. A spatial filter SF is disposed on the rear focal plane of the first lens L 1 (observer-side focal plane). The first lens L 1 generates M × N = 81 Fourier transform images that are numbers corresponding to a plurality of diffraction orders, and these Fourier transform images are formed on the spatial filter SF. In FIG. 21, for convenience, 64 Fourier transform images are shown as dots.

空間フィルタSFは、図6を参照して実施例1において説明したと同様に、具体的には、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である。より具体的には、空間フィルタSFは、複数の回折次数に対応する数(具体的には、M×N=81)の開閉制御可能な開口部51を有する。そして、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1つの開口部51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1つのフーリエ変換像を選択する。より具体的には、空間フィルタSFを、例えば、M×N個の画素を有する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、あるいは、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から構成することができる。   In the same manner as described in the first embodiment with reference to FIG. 6, the spatial filter SF is specifically capable of temporal opening / closing control for spatially and temporally filtering the Fourier transform image. Spatial filter. More specifically, the spatial filter SF has a number of openings 51 that can be controlled to open and close (specifically, M × N = 81) corresponding to a plurality of diffraction orders. In the spatial filter SF, one Fourier corresponding to a desired diffraction order is obtained by opening one desired opening 51 in synchronization with the generation timing of a two-dimensional image by the two-dimensional image forming apparatus 30. Select the conversion image. More specifically, the spatial filter SF is, for example, a transmissive liquid crystal display device or a reflective liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal having M × N pixels, or a movable mirror is a two-dimensional matrix. It can be composed of a two-dimensional type MEMS including devices arranged in a shape.

前述したとおり、共役像形成手段60は、具体的には、第2のレンズL2及び第3のレンズL3から構成されている。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によって生成された2次元画像の実像RIを形成する。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。 As described above, specifically, the conjugate image forming unit 60 includes the second lens L 2 and the third lens L 3 . 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 generated by the two-dimensional image forming apparatus 30. Form. 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.

第2のレンズL2は、その前側焦点面上に、空間フィルタSFが位置するように配置され、その後側焦点面に、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。 The second lens L 2 is arranged on the front focal plane so that the spatial filter SF is positioned, and a real image RI of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is formed on the rear focal plane. Are arranged to be. 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 .

一方、第3のレンズL3は、その前側焦点面が第2のレンズL2の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面にフーリエ変換像の共役像CIが形成されるように配置されている。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)の光線に、光学系を透過した複数の回折次数(具体的にはM×N)を乗じた量で定義することができる。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、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の後側焦点面に、図52に示したプロジェクタ・ユニット301が複数の回折次数分(具体的にはM×N個)、配置されている状態と等価である。 On the other hand, the third lens L 3 is arranged such that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the second lens L 2 , and a conjugate image CI of the Fourier transform image is formed on the rear focal plane. Are arranged as follows. 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 an amount obtained by multiplying the number of pixels (P × Q) by a plurality of diffraction orders (specifically, M × N) transmitted through the optical system. Can be defined. Further, although the back focal plane of the third lens L 3 conjugate image CI of the Fourier transform image is formed, in the back focal plane of the third lens L 3, orderly group of light beams are two-dimensionally It can be regarded as being placed. That is, as a whole, the projector unit 301 shown in FIG. 52 is arranged for a plurality of diffraction orders (specifically, M × N) on the rear focal plane of the third lens L 3 . Is equivalent to

図21及び図23に模式的に示すように、光学装置35における1つの光学素子36によって(より具体的には、光学素子36の後側焦点に位置する仮想の開口領域37において)、X方向に沿って第−4次から第+4次までの9組の、Y方向に沿って第−4次から第+4’次までの9組の、合計、M×N組=81組の回折光が生成される。尚、図23では、0次光(n0=0)、±1次光(n0=±1)、及び、±2次光(n0=±2)の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光(光束)には、2次元画像形成装置30によって生成された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(9×9=81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、光源10からの光に基づき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、各光学素子36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光学装置35から出射される。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. 21 and 23, the X direction can be obtained by one optical element 36 in the optical device 35 (more specifically, in the virtual opening region 37 located at the rear focal point of the optical element 36). 9 sets from the −4th order to the + 4th order along the Y direction, and 9 sets from the −4th order to the + 4′th order along the Y direction, a total of M × N sets = 81 sets of diffracted light. Generated. In FIG. 23, only the diffracted light of the 0th order light (n 0 = 0), ± 1st order light (n 0 = ± 1), and ± 2nd order light (n 0 = ± 2) is shown as a representative. As shown, higher-order diffracted light is actually generated, and a stereoscopic image is finally formed based on these diffracted light. Here, all image information (information of all pixels) of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is collected in the diffracted light (light beam) of each diffraction order. A plurality of light beam groups (9 × 9 = 81 light beam 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 including the transmissive liquid crystal display device having P × Q pixels 31, a two-dimensional image is generated based on the light from the light source 10, and the generated 2 The spatial frequency in the dimensional image is emitted from the optical device 35 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N) generated from the optical elements 36. 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によって生成された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、複数の回折次数(総計M×N)に対応する数のフーリエ変換像が生成され、係るフーリエ変換像は空間フィルタSF上に結像される。第1のレンズL1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された2次元画像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。 Then, the spatial frequency in the two-dimensional image in which all the image information of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is aggregated is Fourier-transformed by the first lens L 1 , and a plurality of diffraction orders (total M × The number of Fourier transform images corresponding to N) is generated, and the Fourier transform images are formed on the spatial filter SF. In the first lens L 1 , a Fourier transform image having a spatial frequency in a two-dimensional image emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders is generated. Obtainable.

ここで、光源10から出射された光(照明光)の波長をλ(mm)、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をν(lp/mm)、第1のレンズL1の焦点距離をf1(mm)とすると、第1のレンズL1の後側焦点面では、前述した式(A)に基づき、光軸から距離Y1(mm)の位置に、空間周波数νを有する光(フーリエ変換像)が現れる。 Here, the wavelength of the light (illumination light) emitted from the light source 10 is λ (mm), the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is ν (lp / mm), and the first lens Assuming that the focal length of L 1 is f 1 (mm), the space on the rear focal plane of the first lens L 1 is a space at a distance Y 1 (mm) from the optical axis based on the above-described equation (A). Light having a frequency ν (Fourier transform image) appears.

第1のレンズL1における集光状態は、図8に模式的に示したと同様であるので、詳細な説明は省略する。 Since the condensing state of the first lens L 1 is the same as that schematically shown in FIG. 8, detailed description thereof is omitted.

第1のレンズL1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された2次元画像における空間周波数を透過させるためには、利用する回折次数に応じて第1のレンズL1の開口率NAを選択する必要があり、焦点距離に拘わらず、第1のレンズL1以降の全てのレンズの開口率は、第1のレンズL1の開口率NA以上であることが要求される。 In the first lens L 1, in order to transmit the spatial frequency in the two-dimensional image emitted along the diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders, the first lens L 1 in accordance with the diffraction order to use It is necessary to select an aperture ratio NA, and the aperture ratios of all lenses after the first lens L 1 are required to be equal to or higher than the aperture ratio NA of the first lens L 1 regardless of the focal length. .

開口部51の大きさは、実施例1において説明したと同様に、式(A)におけるY1の値と同じ値とすればよい。一例として、照明光の波長λを532nm、第1のレンズL1の焦点距離f1を50mm、2次元画像形成装置30における1画素31の大きさを13μm〜14μm程度とすると、Y1の値は約2mmとなる。これは、空間フィルタSF上において、約2mm間隔という高い密度で各回折次数に対応したフーリエ変換像を得ることができることを意味する。云い換えれば、空間フィルタSF上において、X方向、Y方向のいずれの方向においても、約2mm間隔で、9×9=81個のフーリエ変換像を得ることができる。 The size of the opening 51 may be the same value as the value of Y 1 in the formula (A), as described in the first embodiment. As an example, the wavelength λ of the illumination light 532 nm, and the focal length f 1 of the first lens L 1 50 mm, the size of one pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 is for approximately 13Myuemu~14myuemu, Y 1 Value Is about 2 mm. This means that a Fourier transform image corresponding to each diffraction order can be obtained at a high density of about 2 mm on the spatial filter SF. In other words, 9 × 9 = 81 Fourier transform images can be obtained on the spatial filter SF at intervals of about 2 mm in both the X direction and the Y direction.

ここで、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νは、2次元画像がP×Q個の画素31から構成される2次元画像形成装置30によって生成されているので、最高でも、2次元画像形成装置30を構成する連続した2つの画素31から成る周期を有する周波数である。   Here, since the spatial frequency ν in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 including the P × Q pixels 31, the two-dimensional image is generated. At most, the frequency has a period composed of two consecutive pixels 31 constituting the two-dimensional image forming apparatus 30.

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最も低い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図は、図9の(A)に示したと同様であるし、この場合における、第1のレンズL1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図10の(A)に示したと同様である。一方、2次元画像の共役像における空間周波数が最も高い状態にある2次元画像形成装置30の模式的な正面図は、図9の(B)に示したと同様であるし、この場合における、第1のレンズL1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図10の(B)に示したと同様である。更には、空間フィルタSF上(xy平面上)におけるフーリエ変換像の分布等は、図11の(A)、(B)、(C)に示したと同様である。また、空間フィルタSFにおける開口部51の平面形状は、実施例1と同様とすればよい。 A schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 in the state where the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is the lowest is the same as that shown in FIG. In this case, the frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the first lens L 1 is the same as that shown in FIG. On the other hand, a schematic front view of the two-dimensional image forming apparatus 30 having the highest spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is the same as that shown in FIG. The frequency characteristic of the light intensity of the Fourier transform image formed by the first lens L 1 is the same as that shown in FIG. Furthermore, the distribution of the Fourier transform image on the spatial filter SF (on the xy plane) is the same as shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C. Further, the planar shape of the opening 51 in the spatial filter SF may be the same as that in the first embodiment.

ところで、最も空間周波数が高い状態とは、図9の(B)に示したように、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。また、2次元画像形成装置30における画素構造の空間周波数と、2次元画像における空間周波数との関係は、以下のとおりである。即ち、開口が画素の全てを占めている(即ち、開口率100%)と仮定したとき、2次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の(1/2)である。また、開口が画素の或る割合(100%未満)を占めている場合には、2次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の(1/2)を下回る。それ故、空間フィルタSFにおいて現れる画素構造に起因した周期的なパターンの間隔の半分の位置までに、2次元画像における空間周波数は全て出現する。このことから、全ての開口部51を、空間的に相互に干渉することなく配置することができる。即ち、例えば、第(3,2)番目の開口部51には、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する一方、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像は、他の開口部51には入射しない。これにより、フーリエ変換像毎に独立した開口部51を有する空間フィルタSF上において、1つの開口部51に位置するフーリエ変換像内に、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存在する一方、開口部51の空間的な制限によって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欠落することはない。尚、画素構造の空間周波数をキャリア周波数と見做すことができ、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。 By the way, the state with the highest spatial frequency is a case where all pixels alternately display black display and white display, as shown in FIG. 9B. The relationship between the spatial frequency of the pixel structure in the two-dimensional image forming apparatus 30 and the spatial frequency in the two-dimensional image is as follows. That is, when it is assumed that the aperture occupies all the pixels (that is, the aperture ratio is 100%), the highest spatial frequency in the two-dimensional image is (1/2) of the spatial frequency of the pixel structure. Also, if the aperture occupies a certain percentage of pixels (less than 100%), the highest spatial frequency in the two-dimensional image is below (1/2) of the spatial frequency of the pixel structure. Therefore, all the spatial frequencies in the two-dimensional image appear up to the half of the periodic pattern interval due to the pixel structure appearing in the spatial filter SF. For this reason, all the openings 51 can be arranged without spatially interfering with each other. That is, for example, the (3,2) th aperture 51, while the Fourier transform image having a diffraction order of m 0 = 3, n 0 = 2 enters, the m 0 = 3, n 0 = 2 The Fourier transform image having the diffraction order does not enter the other openings 51. As a result, the space in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 in the Fourier transform image located in one opening 51 on the spatial filter SF having the independent opening 51 for each Fourier transform image. While the frequency exists, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is not lost due to the spatial restriction of the opening 51. The spatial frequency of the pixel structure can be regarded as the carrier frequency, and the spatial frequency in the two-dimensional image corresponds to image information using the spatial frequency of the pixel structure as the carrier frequency.

そして、空間フィルタSFにおいては、M×N個のフーリエ変換像のそれぞれの通過/不通過を制御するために、開口部51の開閉制御が行われる。空間フィルタSFを、例えば液晶表示装置から構成すれば、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。   In the spatial filter SF, the opening / closing control of the opening 51 is performed in order to control the passage / non-passage of the M × N Fourier transform images. If the spatial filter SF is composed of, for example, a liquid crystal display device, the opening / closing control of the opening 51 can be performed by operating the liquid crystal cell as a kind of light shutter (light valve).

尚、回折次数に依存して、得られる画像の明るさが相違する場合には、前述したとおり、最も暗い画像を基準として、明るい画像を減光する減光フィルタを第3のレンズL3の後側焦点面に配置すればよい。後述する実施例7や実施例12においても同様である。 When the brightness of the obtained image is different depending on the diffraction order, as described above, a neutral density filter for dimming a bright image with the darkest image as a reference is used for the third lens L 3 . What is necessary is just to arrange | position to a back side focal plane. The same applies to Example 7 and Example 12 described later.

以上に説明したように、実施例6の3次元像表示装置1Cによれば、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、フーリエ変換像形成手段40(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、フーリエ変換像選択手段50(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。また、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。 As described above, according to the three-dimensional image display device 1C of the sixth embodiment, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming device 30 is along the diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders. The Fourier transform image obtained by the Fourier transform by the Fourier transform image forming means 40 (first lens L 1 ) is spatially and Fourier transformed by the Fourier transform image selection means 50 (spatial filter SF). In addition, since it has a configuration in which a conjugate image CI of the filtered Fourier transform image is formed by temporal filtering, a plurality of three-dimensional image display devices can be spatially high in density without increasing the size of the entire three-dimensional image display device. A group of rays can be generated and scattered in a state distributed in the direction of. In addition, each light beam that is a constituent element of the light beam group can be independently controlled temporally and spatially. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional image using light rays that are close to the same quality as real-world objects.

また、実施例6の3次元像表示装置1C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6の3次元像表示装置1Cによれば、高次回折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及び光学装置35)によって制御可能な光線(2次元画像の一種のコピー)を、複数の回折次数分だけ(即ち、M×N個)、得ることができる。しかも、実施例6の3次元像表示装置1C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 apparatus 1C of the sixth 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 1C of the sixth embodiment, since higher-order diffracted light is efficiently used, one image output device (two-dimensional image formation) is compared with the conventional image output method. Light rays (a kind of copy of a two-dimensional image) that can be controlled by the device 30 and the optical device 35) can be obtained for a plurality of diffraction orders (ie M × N). In addition, according to the 3D image display apparatus 1C of the sixth embodiment, spatial and temporal filtering is performed, so that the temporal characteristics of the 3D image display apparatus are changed to the spatial characteristics of the 3D image display apparatus. 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 rays can be generated and scattered at a spatially high density, a fine spatial image close to the visual recognition limit can be provided.

実施例7は、実施例6の変形である。実施例7の3次元像表示装置の概念図を図24に示す。尚、図24には、半透過型鏡90を例示した。   The seventh embodiment is a modification of the sixth embodiment. A conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 7 is shown in FIG. In FIG. 24, a semi-transmissive mirror 90 is illustrated.

実施例7における2次元画像形成装置130は、実施例6における液晶表示装置とは異なり、P個(例えば、1920個)に区画された1次元画像を生成する1次元画像形成装置(具体的には、回折格子−光変調装置201);及び、1次元画像形成装置(回折格子−光変調装置201)によって生成され、P個に区画された1次元画像を2次元的に展開して(走査して)、P×Q個に区画された2次元画像を形成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205)を備えている。そして、走査光学系の後方に光学装置35が配置されている。光学装置35によって、2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数は、複数の回折次数(具体的には、総数M0×N0)に対応した回折角に沿って出射される。 The two-dimensional image forming apparatus 130 according to the seventh embodiment is different from the liquid crystal display apparatus according to the sixth embodiment in that a one-dimensional image forming apparatus (specifically, one-dimensional image forming apparatus that generates P (for example, 1920) partitioned one-dimensional images). Is generated by a diffraction grating-light modulation device 201); and a one-dimensional image forming device (diffraction grating-light modulation device 201), and two-dimensionally developing (scanning) a P-partitioned one-dimensional image. And a scanning optical system (specifically, a scan mirror 205) that forms a two-dimensional image divided into P × Q. An optical device 35 is disposed behind the scanning optical system. The spatial frequency in the generated two-dimensional image is arranged along the diffraction angle corresponding to a plurality of diffraction orders (specifically, the total number M 0 × N 0 ). Emitted.

回折格子−光変調装置を含む2次元画像形成装置130の概念図は、図13に示した実施例3の光変調手段130と同様であるので、詳細な説明は省略するが、スキャンミラー205で走査して得られた2次元画像は、走査用レンズ系131を通過し、2次元画像の生成面に配置された光学装置35に入射し、光学装置35において、P×Q個に区画された2次元画像の区画毎に、M×N組の回折光が生成される。具体的には、光学装置35からは、生成した2次元画像における空間周波数が、光学装置35の各光学素子36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る。光学装置35の後側焦点は、焦点距離f1を有する第1のレンズL1の前側焦点面上に配置されている。尚、1次元空間光変調器(回折格子−光変調装置201)、回折格子−光変調素子210については、後述する。 The conceptual diagram of the two-dimensional image forming apparatus 130 including the diffraction grating-light modulation apparatus is the same as the light modulation means 130 of the third embodiment shown in FIG. The two-dimensional image obtained by scanning passes through the scanning lens system 131 and enters the optical device 35 arranged on the generation surface of the two-dimensional image, and is divided into P × Q pieces in the optical device 35. For each section of the two-dimensional image, M × N sets of diffracted light are generated. Specifically, the spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted from the optical device 35 along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the optical elements 36 of the optical device 35. The rear focal point of the optical device 35 is disposed on the front focal plane of the first lens L 1 having the focal length f 1 . The one-dimensional spatial light modulator (diffraction grating-light modulation device 201) and diffraction grating-light modulation element 210 will be described later.

以上の点を除き、実施例7の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例6において説明した3次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。   Except for the above points, the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the seventh embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus described in the sixth embodiment. To do.

実施例8は、本発明の第9の態様及び第10の態様に係る3次元像表示装置に関する。図25、図26及び図27に、単色表示の実施例8の3次元像表示装置の概念図を示す。ここで、図25は、xz平面、x’z’平面における実施例8の3次元像表示装置の概念図である。yz平面、y’z’平面における実施例8の3次元像表示装置の概念図は、後述する結像手段82(第3のレンズL3)及びビームスプリッタ81の配置を除き、実質的には図25と同様である。また、図26は、実施例8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27は、実施例8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り、図27には半透過型鏡90を例示した。尚、図26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25や図27とは異なっている。更には、図26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。 Example 8 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the ninth and tenth aspects of the present invention. FIG. 25, FIG. 26 and FIG. 27 show conceptual diagrams of a three-dimensional image display apparatus according to the eighth embodiment for monochrome display. Here, FIG. 25 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the eighth embodiment in the xz plane and the x′z ′ plane. The conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the eighth embodiment in the yz plane and the y′z ′ plane is substantially the same except for the arrangement of the imaging means 82 (third lens L 3 ) and the beam splitter 81 described later. This is the same as FIG. FIG. 26 is a conceptual diagram when the three-dimensional image display device of the eighth embodiment is viewed from an oblique direction, and FIG. 27 schematically shows the arrangement state of the components of the three-dimensional image display device of the eighth embodiment. FIG. 27 illustrates a transflective mirror 90 as an example. In FIG. 26, most of the components of the three-dimensional image display device are omitted, and the illustration of light rays is simplified, which is different from FIGS. 25 and 27. Furthermore, in FIG. 26, only a part of the light beam emitted from the two-dimensional image forming apparatus is illustrated.

実施例8の3次元像表示装置1Dにあっても、図25、図26及び図27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8の3次元像表示装置1Dは、1つの3次元像表示装置で、図52に示した多数(S0×T0個)のプロジェクタ・ユニット301を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、分割された3次元画像の数(例えば、4×4=16)だけ、実施例8の3次元像表示装置1Dを備えればよい。 Even in the three-dimensional image display device 1D according to the eighth embodiment, the three-dimensional image display device alone including the components shown in FIGS. 25, 26, and 27 has a spatial density as compared with the conventional technique. And it is possible to generate and form a large number of light beams. The three-dimensional image display apparatus 1D according to the eighth embodiment is a single three-dimensional image display apparatus, and a large number (S 0 × T 0 pieces) of projector units 301 shown in FIG. 52 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 system is adopted, the three-dimensional image display device 1D according to the eighth embodiment may be provided as many as the number of divided three-dimensional images (for example, 4 × 4 = 16).

本発明の第9の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例8の3次元像表示装置1Dは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)複数の画素31を有し、光源10からの光を各画素31によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素31から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、
(B)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素31から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを選択し、更には、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段30によって生成された2次元画像の共役像(2次元画像の実像)を形成する画像制限・生成手段32、
(C)画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する(変化させる)光線進行方向変更手段80、並びに、
(D)光線進行方向変更手段80から出射された光線を結像させる結像手段82、
を備えている。
Describing along the components of the three-dimensional image display device according to the ninth aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1D of Example 8 is a three-dimensional image display device including a light source 10 and an optical system. It is. And this optical system
(A) A plurality of pixels 31 are provided, light from the light source 10 is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image, and a spatial frequency in the generated two-dimensional image is generated from the plurality of pixels 31. Light modulating means 30 for emitting along a diffraction angle corresponding to the diffraction order;
(B) Fourier transform of the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means 30 to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the respective pixels 31, and these Fourier transform images Only a predetermined Fourier transform image (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) is selected, and the selected Fourier transform image is further converted to the inverse Fourier. An image limiting / generating unit 32 that converts and forms a conjugate image of the two-dimensional image generated by the light modulation unit 30 (a real image of the two-dimensional image);
(C) a light beam traveling direction changing unit 80 that changes (changes) the traveling direction of the light beam emitted from the image limiting / generating unit; and
(D) Imaging means 82 for forming an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means 80;
It has.

ここで、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する。また、2次元画像の共役像における空間周波数は、2次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である。   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. The spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image is a spatial frequency obtained by removing the spatial frequency of the pixel structure from the spatial frequency in the two-dimensional image.

そして、画像制限・生成手段32は、
(B−1)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成する第1のレンズL1
(B−2)第1のレンズL1よりも光線進行方向変更手段側に配置され、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを選択する散乱回折制限開口部(画像制限開口部)33、並びに、
(B−3)散乱回折制限開口部33よりも光線進行方向変更手段側に配置され、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段30によって生成された2次元画像の共役像を形成する第2のレンズL2
から構成されている。そして、散乱回折制限開口部33は、第1のレンズL1の後側焦点面であって、しかも、第2のレンズL2の前側焦点面に配置されている。後述する実施例9や実施例12にあっても同様である。
Then, the image restriction / generation unit 32
(B-1) The first lens L 1 that generates a Fourier transform image having a number corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel by Fourier transforming the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means 30. ,
(B-2) It is arranged closer to the light beam traveling direction changing means side than the first lens L 1 , and a predetermined Fourier transform image (for example, 0th-order diffraction of a plane wave component is used as a carrier frequency among these Fourier transform images) A scattering diffraction limiting aperture (image limiting aperture) 33 for selecting only the Fourier transform image corresponding to the first order diffraction), and
(B-3) A conjugate of the two-dimensional image generated by the light modulation means 30 by being arranged on the light beam traveling direction changing means side with respect to the scattering diffraction limiting aperture 33 and performing inverse Fourier transform on the selected Fourier transform image. A second lens L 2 forming an image,
It is composed of The scattering diffraction limiting aperture 33 is disposed on the rear focal plane of the first lens L 1 and on the front focal plane of the second lens L 2 . The same applies to Example 9 and Example 12 described later.

また、本発明の第10の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例8の3次元像表示装置1Dは、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口(個数:P0×Q0)を有し、光源10からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置30、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置30が配置されている第1のレンズL1
(C)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを通過させる散乱回折制限開口部(画像制限開口部)33、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部33が配置されている第2のレンズL2
(E)第2のレンズL2の後方(後側焦点面)に配置され、第2のレンズL2から出射された光線の進行方向を変更する(変化させる)光線進行方向変更手段80、並びに、
(F)光線進行方向変更手段80から出射された光線を結像させる第3のレンズL3
を備えている。
Further, the three-dimensional image display device 1D according to the eighth embodiment will be described along the components of the three-dimensional image display device according to the tenth aspect of the present invention. It is a display device. And this optical system
(A) It has openings (number: P 0 × Q 0 ) arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and controls the passage, reflection, or diffraction of light from the light source 10 for each opening. A two-dimensional image forming apparatus 30 for generating a two-dimensional image and generating diffracted light of a plurality of diffraction orders for each aperture based on the two-dimensional image
(B) a first lens L 1 in which a two-dimensional image forming apparatus 30 is disposed on the front focal plane;
(C) Only the diffracted light of a predetermined diffraction order (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) disposed on the rear focal plane of the first lens L 1 is used. A scattering diffraction limiting aperture (image limiting aperture) 33 to be passed;
(D) a second lens L 2 in which a scattering diffraction limiting aperture 33 is arranged on the front focal plane;
(E) is arranged in the second lens L 2 of the rear (rear side focal plane), to change the traveling direction of the light ray emitted from the second lens L 2 (alters) light ray traveling direction change means 80, and ,
(F) a third lens L 3 for forming an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means 80;
It has.

尚、実施例8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 8, the first lens L 1 , the second lens L 2 , and the third lens L 3 are specifically composed of convex lenses.

ここで、実施例8あるいは後述する実施例9や実施例12にあっては、P0=1024、Q0=768であり、S0=8、T0=8である。但し、これらの値に限定するものではない。また、光線進行方向変更手段80までの光軸の部分であるz軸は、実施例8あるいは後述する実施例9や実施例12の3次元像表示装置1Dを構成する光線進行方向変更手段80までの各構成要素の中心を通り、しかも、3次元像表示装置1Dを構成するこれらの構成要素と直交する。本発明の第9の態様に係る3次元像表示装置の構成要素と本発明の第10の態様あるいは第11の態様に係る3次元像表示装置の構成要素とを対比すると、光変調手段30は2次元画像形成装置30に対応し、画像制限・生成手段32は、第1のレンズL1、散乱回折制限開口部(画像制限開口部)33及び第2のレンズL2に対応し、結像手段82は第3のレンズL3に対応している。それ故、便宜上、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、散乱回折制限開口部33、第2のレンズL2、第3のレンズL3という用語に基づき、以下、説明を行う。 Here, in Example 8 or Example 9 or Example 12 described later, P 0 = 1024, Q 0 = 768, S 0 = 8, and T 0 = 8. However, it is not limited to these values. Further, the z-axis, which is the optical axis portion up to the light beam traveling direction changing means 80, extends to the light beam traveling direction changing means 80 constituting the three-dimensional image display device 1D of the ninth embodiment or the twelfth embodiment described later. Through the center of each of the components, and is orthogonal to these components constituting the three-dimensional image display device 1D. When the components of the three-dimensional image display device according to the ninth aspect of the present invention are compared with the components of the three-dimensional image display device according to the tenth or eleventh aspect of the present invention, the light modulation means 30 is Corresponding to the two-dimensional image forming apparatus 30, the image limiting / generating unit 32 corresponds to the first lens L 1 , the scattering diffraction limiting aperture (image limiting aperture) 33, and the second lens L 2 , and forms an image. The means 82 corresponds to the third lens L 3 . Therefore, for the sake of convenience, the following description will be given based on the terms two-dimensional image forming apparatus 30, first lens L 1 , scattering diffraction limiting aperture 33, second lens L 2 , and third lens L 3 .

実施例1と同様に、光源10と2次元画像形成装置30との間には、光源10から出射された光を整形するための照明光学系20が配置されている。そして、光源10から出射され、照明光学系20を通過した光(照明光)によって、2次元画像形成装置30が照明される。照明光学系20に関しては後述する。   Similar to the first embodiment, an illumination optical system 20 for shaping light emitted from the light source 10 is disposed between the light source 10 and the two-dimensional image forming apparatus 30. The two-dimensional image forming apparatus 30 is illuminated with light (illumination light) emitted from the light source 10 and passed through the illumination optical system 20. The illumination optical system 20 will be described later.

2次元画像形成装置30は、2次元的に配列された複数の画素31を有する2次元空間光変調器から成り、各画素31は開口を備えている。具体的には、2次元画像形成装置30あるいは2次元空間光変調器は、2次元的に配列された、即ち、X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された、P0×Q0個の画素31を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素31には開口が備えられている。 The two-dimensional image forming apparatus 30 includes a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels 31 arranged two-dimensionally, and each pixel 31 has an opening. Specifically, the two-dimensional image forming device 30 or the two-dimensional spatial light modulator is two-dimensionally arranged, that is, P 0 × arranged in a two-dimensional matrix along the X direction and the Y direction. It consists of a transmissive liquid crystal display device having Q 0 pixels 31, and each pixel 31 is provided with an opening.

1つの画素31は、実施例1と同様に、透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素31の光透過率を制御することによって、光源10から出射された光の光透過率を制御し、全体として、2次元画像を得ることができる。透明第1電極と透明第2電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源10から出射された光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素31において、M0×N0の回折光が生成される。云い換えれば、画素31の数はP0×Q0であるが故に、総計(P0×Q0×M0×N0)本の回折光が生じると考えることもできる。2次元画像形成装置30においては、2次元画像における空間周波数が、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M0×N0)に対応した回折角に沿って2次元画像形成装置30から出射される。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。 Similar to the first embodiment, one pixel 31 is an overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode and includes a region 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 of each pixel 31, the light transmittance of the light emitted from the light source 10 is controlled, As a whole, a two-dimensional image can be obtained. In the overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode, a rectangular opening is provided. When light emitted from the light source 10 passes through the opening, Fraunhofer diffraction occurs. 0 × N 0 diffracted light is generated. In other words, since the number of pixels 31 is P 0 × Q 0 , it can be considered that a total of (P 0 × Q 0 × M 0 × N 0 ) diffracted lights are generated. 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 0 × N 0 ) generated from each pixel 31. Is done. The diffraction angle varies depending on the spatial frequency in the two-dimensional image.

焦点距離f1を有する第1のレンズL1の前側焦点面(光源側の焦点面)には2次元画像形成装置30が配置されており、第1のレンズL1の後側焦点面(観察者側の焦点面)には散乱回折制限開口部33が配置されている。第1のレンズL1によって、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、散乱回折制限開口部33が位置する平面内に結像する。そして、所定回折次数の回折光(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみが散乱回折制限開口部33を通過する。また、焦点距離f2を有する第2のレンズL2の前側焦点面には散乱回折制限開口部33が配置されている。更には、第2のレンズL2の後側焦点面であって、しかも、焦点距離f3を有する第3のレンズL3の前側焦点面には、光線進行方向変更手段80が配置されている。第3のレンズL3の後側焦点面が結像面ISに相当する。尚、第2のレンズL2と光線進行方向変更手段80との間には、ビームスプリッタ81が配置されており、第2のレンズL2からの光線は、ビームスプリッタ81を通過して光線進行方向変更手段80に入射する。 A two-dimensional image forming apparatus 30 is arranged on the front focal plane (focal plane on the light source side) of the first lens L 1 having a focal length f 1, and the rear focal plane (observation) of the first lens L 1. Scattering diffraction limiting aperture 33 is arranged on the focal plane on the person side. A number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders are generated by the first lens L 1 , and these Fourier transform images are formed in a plane where the scattering diffraction limiting aperture 33 is located. Then, only diffracted light of a predetermined diffraction order (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) passes through the scattering diffraction limiting opening 33. A scattering diffraction limiting aperture 33 is disposed on the front focal plane of the second lens L 2 having the focal length f 2 . Furthermore, the light beam traveling direction changing means 80 is disposed on the rear focal plane of the second lens L 2 and on the front focal plane of the third lens L 3 having the focal length f 3 . . The rear focal plane of the third lens L 3 corresponds to the imaging plane IS. A beam splitter 81 is disposed between the second lens L 2 and the light beam traveling direction changing means 80, and the light beam from the second lens L 2 passes through the beam splitter 81 and travels. It enters the direction changing means 80.

光線進行方向変更手段80は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する(変化させる)ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から構成されている。より具体的には、鏡はポリゴン・ミラーから構成されており、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御することで、結像面ISにおいて、像が結像する位置をS0×T0箇所の2次元マトリクス的に配された位置とすることができる。 The light beam traveling direction changing means 80 is constituted by a reflective optical means that can change (change) the angle of the emitted light with respect to the incident light, specifically, a mirror, for example. More specifically, the mirror is composed of a polygon mirror. By controlling the tilt angle of the rotation axis while rotating the polygon mirror around the rotation axis, the image is formed on the imaging plane IS. The positions where the images are formed can be positions arranged in a two-dimensional matrix of S 0 × T 0 locations.

尚、光線進行方向変更手段80を、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する(変化させる)ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。そして、この場合には、例えば、z軸を中心としてプリズムを所望の方向に回動(変化)させるような機構を設ければよい。   The light beam traveling direction changing means 80 is constituted by a transmission type optical means capable of changing (changing) the angle of the emitted light with respect to the incident light, specifically, for example, a prism. Can do. In this case, for example, a mechanism for rotating (changing) the prism in a desired direction about the z axis may be provided.

第3のレンズL3は、その前側焦点面が第2のレンズL2の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面(結像面IS)にフーリエ変換像の共役像CIが形成されるように配置されている。光線進行方向変更手段80にて反射された光線は、ビームスプリッタ81で反射され、第3のレンズL3に入射する。ここで、第3のレンズL3の後側焦点面は散乱回折制限開口部33の共役面であることから、散乱回折制限開口部33から、2次元画像の共役像が出力されていること(但し、この2次元画像の共役像の最終的な方向成分は、光線進行方向変更手段80によって規定される)と等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分(P0×Q0)であって、散乱回折制限開口部33を通過した光線である。即ち、散乱回折制限開口部33を通過する光線の光量が、それ以降の3次元像表示装置の構成要素を通過、反射することによって減少することは、実質的に無い。また、第3のレンズL2の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像CIが形成されるが、2次元画像の共役像の方向成分は光線進行方向変更手段80によって規定されるので、第3のレンズL3の後側焦点面においては、光線群が2次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第3のレンズL3の後側焦点面(結像面IS)に、図52に示したプロジェクタ・ユニット301が複数の数(具体的にはS0×T0個)、配置されている状態と等価である。尚、以下の説明において、光線進行方向変更手段80から出射された光線が、第3のレンズL3の後側焦点面(結像面IS)において、第(m,n)番目の位置に結像されたとき、係る結像を第(m,n)番目の結像と呼ぶ場合がある。尚、図26においては、便宜上、64個の結像を点状にて図示した。 The third lens L 3 is arranged so that its front focal plane coincides with the rear focal plane of the second lens L 2 , and a conjugate image CI of the Fourier transform image is formed on the rear focal plane (imaging plane IS). Are arranged to form. The light beam reflected by the light beam traveling direction changing means 80 is reflected by the beam splitter 81 and enters the third lens L 3 . Here, since the rear focal plane of the third lens L 3 is a conjugate plane of the scattering diffraction limiting aperture 33, a conjugate image of a two-dimensional image is output from the scattering diffraction limiting aperture 33 ( However, the final direction component of the conjugate image of the two-dimensional image is equivalent to that defined by the light beam traveling direction changing means 80). The amount of light finally generated / output is the number of pixels (P 0 × Q 0 ), and is the light that has passed through the scattering diffraction limiting aperture 33. That is, the amount of light passing through the scattering diffraction limiting aperture 33 is not substantially reduced by passing and reflecting the subsequent components of the three-dimensional image display device. Further, since the back focal plane of the third lens L 2 conjugate image CI of the Fourier transform image is formed, the direction component of the conjugate image of the two-dimensional image defined by the light ray traveling direction change means 80, In the rear focal plane of the third lens L 3 , it can be considered that the light beam groups are arranged two-dimensionally and orderly. That is, as a whole, a plurality of projector units 301 shown in FIG. 52 (specifically, S 0 × T 0 ) are provided on the rear focal plane (imaging plane IS) of the third lens L 3 . Is equivalent to the state of being arranged. In the following description, the light beam emitted from the light beam traveling direction changing unit 80 is connected to the (m, n) th position on the rear focal plane (imaging plane IS) of the third lens L 3. When imaged, such imaging may be referred to as the (m, n) th imaging. In FIG. 26, for convenience, 64 images are shown as dots.

図7に模式的に示したと同様に、2次元画像形成装置30における1つの画素31によって、X方向及びY方向に沿って、合計、M0×N0組の回折光が生成される。尚、図7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たが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光の一部に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光(光束)には、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の全画像情報(全ての画素の情報)が集約されている。2次元画像形成装置30上の同一画素から回折によって生成される複数の光線群は、同時刻において、全て、同一の画像情報を有する。云い換えれば、P0×Q0個の画素31を有する透過型の液晶表示装置から成る2次元画像形成装置30においては、光源10からの光が各画素31によって変調されて2次元画像が生成され、且つ、生成された2次元画像における空間周波数は、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M0×N0)に対応した回折角に沿って出射される。即ち、2次元画像のM0×N0個の一種のコピーが2次元画像形成装置30から、複数の回折次数(総計M0×N0)に対応した回折角に沿って出射される。 As schematically shown in FIG. 7, a single pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 generates a total of M 0 × N 0 sets of diffracted light along the X and Y directions. In FIG. 7, only the diffracted light of the 0th order light (n 0 = 0), ± 1st order light (n 0 = ± 1), and ± 2nd order light (n 0 = ± 2) is shown as a representative. However, actually, higher-order diffracted light is generated, and a stereoscopic image is finally formed based on a part of the diffracted light. Here, all image information (information of all pixels) of the two-dimensional image generated 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 0 × Q 0 pixels 31, the light from the light source 10 is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image. It is, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M 0 × N 0) generated from the respective pixels 31. That is, a kind of M 0 × N 0 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 0 × N 0 ).

そして、2次元画像形成装置30から出射された2次元画像における空間周波数は、第1のレンズL1によってフーリエ変換され、各画素31から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみが散乱回折制限開口部33を通過し、更には、この選択されたフーリエ変換像が第2のレンズL2によって逆フーリエ変換され、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の共役像が形成され、この2次元画像の共役像は、光線進行方向変更手段80に入射する。尚、2次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、0次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ(即ち、画素構造の空間周波数の最大1/2の空間周波数まで)が、云い換えれば、平面波成分の0次回折をキャリア周波数とする1次回折として得られるものであって、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、散乱回折制限開口部33を通過する。こうして、光線進行方向変更手段80上に結像された2次元画像の共役像にあっては、2次元画像形成装置30の画素構造は含まれず、一方、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像における空間周波数の全てが含まれている。 Then, the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the two-dimensional image forming apparatus 30 is Fourier-transformed by the first lens L 1 , and a number of Fourier-transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel 31 are generated. Is done. Of these Fourier transform images, only a predetermined Fourier transform image (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the zeroth order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) passes through the scattering diffraction limiting aperture 33. Further, the selected Fourier transform image is subjected to inverse Fourier transform by the second lens L 2 to form a conjugate image of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30, and the conjugate of the two-dimensional image. The image is incident on the light beam traveling direction changing means 80. 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 wave (that is, the maximum spatial frequency of the pixel structure). In other words, it is obtained as first-order diffraction using the 0th-order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency, and the spatial frequency of the pixel structure (aperture structure) of the light modulation means Less than half of the spatial frequency passes through the scattering diffraction limiting aperture 33. Thus, the conjugate image of the two-dimensional image formed on the light beam traveling direction changing unit 80 does not include the pixel structure of the two-dimensional image forming apparatus 30, but is generated by the two-dimensional image forming apparatus 30. All of the spatial frequencies in the two-dimensional image are included.

2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像の全画像情報が集約された2次元画像の共役像における空間周波数は、光線進行方向変更手段80から方向成分を変えられた状態で出射され、第3のレンズL3によって結像面ISに結像される。第3のレンズL3において、光線進行方向変更手段80から出射された2次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。 The spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image in which all the image information of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is aggregated is emitted in a state where the direction component is changed from the light beam traveling direction changing unit 80, An image is formed on the imaging plane IS by the third lens L 3 . In the third lens L 3 , a Fourier transform image having a spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image emitted from the light beam traveling direction changing means 80 is generated, so that a Fourier transform image can be obtained with a spatially high density. Can do.

以上に説明したように、実施例8の3次元像表示装置1Dによれば、光変調手段(2次元画像形成装置)30によって生成された2次元画像における空間周波数が、光線進行方向変更手段80から所定の角度に沿って出射され、共役像CIが結像面ISに結像される構成を有するので、3次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。また、光線進行方向変更手段80とを設けることによって、得られる像のコントラストの低下を招くことが無くなり、クリアーでぼけの無い立体画像を観察することができる。しかも、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。   As described above, according to the three-dimensional image display apparatus 1D of the eighth embodiment, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the light modulation unit (two-dimensional image forming apparatus) 30 is changed by the light beam traveling direction changing unit 80. Is emitted along a predetermined angle, and the conjugate image CI is imaged on the imaging plane IS. Therefore, the entire three-dimensional image display device is enlarged without increasing the size, and A group of rays can be generated and scattered in a state distributed in a plurality of directions. Further, by providing the light beam traveling direction changing means 80, the contrast of the obtained image is not lowered, and a clear and blur-free stereoscopic image can be observed. In addition, each light beam that is a constituent element of the light beam group can be independently and temporally controlled. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional image using light rays that are close to the same quality as real-world objects.

また、実施例8の3次元像表示装置1D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8の3次元像表示装置1Dによれば、光線進行方向変更手段80によって画像の方向成分を制御しており、しかも、実施例8の3次元像表示装置1Dによれば、光線進行方向変更手段80によって空間的、且つ、時間的に一種のフィルタリングを行うので、3次元像表示装置の時間的特性を、3次元像表示装置の空間的特性に変換することができる。また、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。更には、どのような方向からの観察に対しても適切な立体画像を提供することができる。また、空間的に高い密度で光線群を生成・散布することができるので、視認限界に近い精細な空間画像を提供することができる。   Further, according to the three-dimensional image display apparatus 1D of the eighth 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 device 1D of the eighth embodiment, the direction component of the image is controlled by the light beam traveling direction changing means 80. Moreover, according to the three-dimensional image display device 1D of the eighth embodiment, Since the beam traveling direction changing means 80 performs a kind of filtering spatially and temporally, the temporal characteristic of the three-dimensional image display device can be converted into the spatial characteristic of the three-dimensional image display device. 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 rays can be generated and scattered at a spatially high density, a fine spatial image close to the visual recognition limit can be provided.

実施例9は、本発明の第9の態様及び第11の態様に係る3次元像表示装置に関する。実施例9の3次元像表示装置の概念図を図28に示す。尚、図28には、半透過型鏡90を例示した。   Example 9 relates to a three-dimensional image display device according to the ninth and eleventh aspects of the present invention. FIG. 28 shows a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the ninth embodiment. In FIG. 28, a transflective mirror 90 is illustrated.

実施例9における光変調手段130は、実施例8における液晶表示装置とは異なり、P0個(例えば、1920個)に区画された1次元画像を生成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器(回折格子−光変調装置201)によって生成され、P0個に区画された1次元画像を2次元的に展開して(走査して)、P0×Q0個に区画された2次元画像を生成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、生成した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数(具体的には、総数M0×N0)に対応した回折角に沿って出射する格子フィルタ(回折格子フィルタ)132を備えている。ここで、走査光学系(スキャンミラー205)によって形成され、P0×Q0個に区画された2次元画像の区画毎に、格子フィルタ132によってM0×N0組の回折光が生成される。尚、格子フィルタ132は、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。 Unlike the liquid crystal display device according to the eighth embodiment, the light modulating unit 130 according to the ninth embodiment is a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image divided into P 0 (eg, 1920) (specifically, Is generated by a one-dimensional spatial light modulator (diffraction grating-light modulation device 201), and two-dimensionally develops (scans) the one-dimensional image divided into P 0 pieces. A scanning optical system (specifically, a scan mirror 205) that generates a two-dimensional image divided into P 0 × Q 0 ; and a two-dimensional image that is arranged and generated on the generation surface of the two-dimensional image A grating filter (diffraction grating filter) 132 that emits spatial frequencies in an image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (specifically, total number M 0 × N 0 ) is provided. Here, M 0 × N 0 sets of diffracted light are generated by the grating filter 132 for each section of the two-dimensional image formed by the scanning optical system (scan mirror 205) and partitioned into P 0 × Q 0 pieces. . The grating filter 132 may be composed of an amplitude grating or a phase grating.

あるいは又、本発明の第11の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例9の3次元像表示装置は、光源10、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)1次元画像を生成する1次元空間光変調器(具体的には、回折格子−光変調装置201);1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系(具体的には、スキャンミラー205);及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段(具体的には、格子フィルタ132)から成る2次元画像形成装置130、
(B)その前側焦点面に回折光生成手段(格子フィルタ132)が配置されている第1のレンズL1
(C)第1のレンズL1の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光(例えば、平面波成分の0次回折を搬送周波数とする1次回折に対応するフーリエ変換像)のみを通過させる散乱回折制限開口部33、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部33が配置されている第2のレンズL2
(E)第2のレンズL2の後方に配置され、第2のレンズL2から出射された光線の進行方向を変更する(変化させる)光線進行方向変更手段80、並びに、
(F)光線進行方向変更手段80から出射された光線を結像させる第3のレンズL3
を備えている。
Alternatively, the three-dimensional image display apparatus according to the ninth embodiment will be described along the components of the three-dimensional image display apparatus according to the eleventh aspect of the present invention. It is a display device. And this optical system
(A) A one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image (specifically, a diffraction grating light modulator 201); two-dimensionally develops the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator. A scanning optical system that generates a two-dimensional image (specifically, a scan mirror 205); A two-dimensional image forming apparatus 130 comprising means (specifically, a lattice filter 132),
(B) a first lens L 1 in which diffracted light generating means (grating filter 132) is disposed on the front focal plane;
(C) Only the diffracted light of a predetermined diffraction order (for example, a Fourier transform image corresponding to the first order diffraction using the 0th order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency) is disposed on the rear focal plane of the first lens L 1. A scattering diffraction limiting aperture 33 to be passed,
(D) a second lens L 2 in which a scattering diffraction limiting aperture 33 is arranged on the front focal plane;
(E) is arranged behind the second lens L 2, the second lens L 2 to change the traveling direction of a light ray emitted from the (changing) light ray traveling direction change means 80, and,
(F) a third lens L 3 for forming an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means 80;
It has.

回折格子−光変調装置を含む2次元画像形成装置130の概念図は、図13に示した実施例3の光変調手段130と同様であるので、詳細な説明は省略するが、格子フィルタ132において、P0×Q0個に区画された2次元画像の区画毎に、M0×N0組の回折光が生成される。 The conceptual diagram of the two-dimensional image forming apparatus 130 including the diffraction grating-light modulation device is the same as the light modulation means 130 of the third embodiment shown in FIG. , M 0 × N 0 sets of diffracted light are generated for each section of the two-dimensional image partitioned into P 0 × Q 0 pieces.

以上の点を除き、実施例9の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例8において説明した3次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。   Except for the above points, the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus according to the ninth embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display apparatus described in the eighth embodiment. To do.

実施例10は、本発明の第12の態様及び第13の態様に係る3次元像表示装置に関する。図29に、単色表示の実施例10の3次元像表示装置の概念図を示す。尚、図29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。ここで、図29は、yz平面における実施例10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10の3次元像表示装置の概念図も、実質的には図29と同様である。また、実施例10の3次元像表示装置を斜めから見たときの概念図は、図4に示したと同様であり、図30は、実施例10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り、図30には半透過型鏡90を例示した。また、光変調手段(2次元画像形成装置)、フーリエ変換像形成手段(第1のレンズ)、フーリエ変換像選択手段(空間フィルタ)の近傍を拡大した概念図を、図31、及び、図32の(A)、(B)に示す。更には、光源の模式的な正面図を図33に示し、空間フィルタの模式的な正面図を図34に示す。   Example 10 relates to a three-dimensional image display apparatus according to the twelfth and thirteenth aspects of the present invention. FIG. 29 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus according to the tenth embodiment for monochrome display. In FIG. 29, 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 Y. The direction. 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. Here, FIG. 29 is a conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 10 on the yz plane. The conceptual diagram of the three-dimensional image display apparatus of Example 10 in the xz plane is substantially the same as FIG. Further, the conceptual diagram when the three-dimensional image display device of Example 10 is viewed obliquely is the same as that shown in FIG. 4, and FIG. 30 shows the arrangement state of the components of the three-dimensional image display device of Example 10. FIG. 30 illustrates a transflective mirror 90 as an example. Further, FIGS. 31 and 32 are conceptual diagrams in which the vicinity of the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus), the Fourier transform image forming means (first lens), and the Fourier transform image selecting means (spatial filter) are enlarged. (A) and (B). Furthermore, a schematic front view of the light source is shown in FIG. 33, and a schematic front view of the spatial filter is shown in FIG.

実施例10の3次元像表示装置1Eにあっても、図29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10の3次元像表示装置1Eは、1つの3次元像表示装置で、図52に示した多数(U0×V0個)のプロジェクタ・ユニット301を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、図51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10の3次元像表示装置1Eを備えればよい。 Even in the 3D image display device 1E of Example 10, the 3D image display device alone having the components shown in FIG. 29 and the like is spatially higher in density than the conventional technology, and A large number of light beams can be generated and formed. The three-dimensional image display apparatus 1E according to the tenth embodiment is a single three-dimensional image display apparatus, and a large number (U 0 × V 0 pieces) of projector units 301 shown in FIG. 52 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. 51, the number of divided three-dimensional images (for example, 4 × 4 = 16) is the three-dimensional image display of the tenth embodiment. What is necessary is just to provide the apparatus 1E.

本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例10の3次元像表示装置1Eは、離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源10E、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)複数の画素(個数:P×Q)31を有し、光源10Eの異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光(照明光)を各画素31によって変調して2次元画像を生成し、且つ、生成した2次元画像における空間周波数を、各画素31から生じる複数の回折次数(総計M×N)に対応した回折角に沿って出射する光変調手段30、並びに、
(B)光変調手段30から出射された2次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数(総計M×N)に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段40、
を備えており、更には、
(C)フーリエ変換像形成手段40によって結像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60、
を備えている。
Describing along the constituent elements of the three-dimensional image display device according to the twelfth aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1E of Example 10 emits light from a plurality of discrete light emission positions. A three-dimensional image display device including a light source 10E and an optical system. And this optical system
(A) A two-dimensional image having a plurality of pixels (number: P × Q) 31, which are sequentially emitted from different light emission positions of the light source 10 </ b> E and having different incident directions (illumination light) by the pixels 31. And a light modulation means 30 that emits the spatial frequency in the generated two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders (total M × N) generated from each pixel 31, and
(B) Fourier transform of the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means 30 to generate a number of Fourier transform images corresponding to the plurality of diffraction orders (total M × N). Fourier transform image forming means 40 for imaging
In addition,
(C) conjugate image forming means 60 for forming a conjugate image of the Fourier transform image formed by the Fourier transform image forming means 40;
It has.

あるいは又、本発明の第13の態様に係る3次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例10の3次元像表示装置1Eは、離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源10E、及び、光学系を備えた3次元像表示装置である。そして、この光学系は、
(A)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、光源10E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、
(B)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が配置されている第1のレンズL1
(C)第1のレンズL1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2のレンズL2、並びに、
(D)第2のレンズL2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L3
を備えている。
Alternatively, to explain along the components of the three-dimensional image display device according to the thirteenth aspect of the present invention, the three-dimensional image display device 1E of the tenth embodiment is based on a plurality of discrete light output positions. This is a three-dimensional image display device including a light source 10E that emits light and an optical system. And this optical system
(A) Light (illumination) having openings (number: P × Q) arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, sequentially emitted from different light emission positions of the light source 10E, and having different incident directions A two-dimensional image that generates a two-dimensional image by controlling the passage of light) for each aperture, and that generates diffracted light of a plurality of diffraction orders (total M × N) for each aperture based on the two-dimensional image. Image forming apparatus 30,
(B) a first lens L 1 in which a two-dimensional image forming apparatus 30 is disposed on the front focal plane (focal plane on the light source side);
(C) on the rear focal plane of the first lens L 1 (the focal surface on the observer side), a front-side focal plane the second lens (the focal plane of the light source side) is positioned L 2, and,
(D) a third lens L 3 whose front focal plane is located on the rear focal plane of the second lens L 2 ;
It has.

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10の3次元像表示装置1Eにおいて、光源10Eは、発光素子11、及び、発光素子11から出射された光であって、光変調手段あるいは2次元画像形成装置30に入射する光の入射方向を変更するための光線進行方向変更手段を備えている。ここで、複数の発光素子11(具体的には、発光ダイオード)が備えられ、複数の発光素子11は、2次元マトリクス状に配列されている。尚、2次元マトリクス状に配列された複数の発光素子11の個数はU0’×V0’個であり、光源10Eにおける離散して配された光出射位置の数はU0×V0(但し、U0=U0’,V0=V0’)である。実施例10にあっては、P=1024、Q=768であり、U0=9、V0=9である。但し、これらの値に限定するものではない。また、光線進行方向変更手段は、屈折型光学手段、具体的には、レンズ、より具体的には、コリメータレンズ12から構成されている。ここで、コリメータレンズ12の前側焦点面近傍に複数の発光素子11が配置されており、各発光素子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、光変調手段あるいは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31参照)。尚、各発光素子11から出射される光の出射方向を、実施例10にあっては同じとしたが(具体的には、光軸に平行としたが)、異なっていてもよい。あるいは又、云い換えれば、光源である複数の発光素子11と光変調手段あるいは2次元画像形成装置30との間にはレンズ(具体的には、コリメータレンズ12)が配置されており、複数の発光素子11は、このコリメータレンズ12の前側焦点面あるいは前側焦点面近傍に位置している。 In the three-dimensional image display device 1E according to the tenth embodiment, the light source 10E is the light emitting element 11 and the light emitted from the light emitting element 11 and incident on the light modulating unit or the two-dimensional image forming apparatus 30. A light beam traveling direction changing means for changing the direction is provided. Here, a plurality of light emitting elements 11 (specifically, light emitting diodes) are provided, and the plurality of light emitting elements 11 are arranged in a two-dimensional matrix. Note that the number of the plurality of light emitting elements 11 arranged in a two-dimensional matrix is U 0 '× V 0 ', and the number of discrete light emission positions in the light source 10E is U 0 × V 0 ( However, U 0 = U 0 ′, V 0 = V 0 ′). In the tenth embodiment, P = 1024, Q = 768, U 0 = 9, and V 0 = 9. However, it is not limited to these values. Further, the light beam traveling direction changing means is composed of a refractive optical means, specifically a lens, more specifically a collimator lens 12. Here, a plurality of light emitting elements 11 are disposed in the vicinity of the front focal plane of the collimator lens 12, and are emitted from each light emitting element 11, incident on the collimator lens 12, and light (parallel light) emitted from the collimator lens 12. ) Can be three-dimensionally changed by the collimator lens 12, so that the incident direction of light (illumination light) incident on the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus 30 can be three-dimensionally changed (FIG. 31). In addition, although the emission direction of the light emitted from each light emitting element 11 is the same in the tenth embodiment (specifically, parallel to the optical axis), it may be different. Alternatively, in other words, a lens (specifically, a collimator lens 12) is arranged between the light emitting elements 11 serving as the light source and the light modulation means or the two-dimensional image forming apparatus 30. The light emitting element 11 is located in the front focal plane of the collimator lens 12 or in the vicinity of the front focal plane.

本発明の第12の態様に係る3次元像表示装置の構成要素と本発明の第13の態様に係る3次元像表示装置の構成要素とを対比すると、光変調手段30は2次元画像形成装置30に対応し、フーリエ変換像形成手段40は第1のレンズL1に対応し、後述するフーリエ変換像選択手段50は空間フィルタSFに対応し、逆フーリエ変換手段は第2のレンズL2に対応し、共役像形成手段60は第2のレンズL2及び第3のレンズL3に対応している。それ故、便宜上、2次元画像形成装置30、第1のレンズL1、空間フィルタSF、第2のレンズL2、及び、第3のレンズL3という用語に基づき、以下、説明を行う。 When the constituent elements of the three-dimensional image display apparatus according to the twelfth aspect of the present invention are compared with the constituent elements of the three-dimensional image display apparatus according to the thirteenth aspect of the present invention, the light modulation means 30 is the two-dimensional image forming apparatus. 30, the Fourier transform image forming means 40 corresponds to the first lens L 1 , the Fourier transform image selection means 50 described later corresponds to the spatial filter SF, and the inverse Fourier transform means corresponds to the second lens L 2 . Correspondingly, the conjugate image forming means 60 corresponds to the second lens L 2 and the third lens L 3 . Therefore, for the sake of convenience, the following description will be given based on the terms two-dimensional image forming apparatus 30, first lens L 1 , spatial filter SF, second lens L 2 , and third lens L 3 .

光源10Eを構成する発光素子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31に示す。図31においては、光源10Eを構成する発光素子11Aから出射された光束を実線で示し、発光素子11Bから出射された光束を一点鎖線で示し、発光素子11Cから出射された光束を点線で示す。また、発光素子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10Eを構成する発光素子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(4,0)番目、第(0,0)番目、及び、第(−4,0)番目である。ここで、或る発光素子が発光状態にあるときには、他の全ての発光素子は消灯状態となる。 A state in which light beams emitted from the light emitting elements 11 A , 11 B , and 11 C constituting the light source 10E pass 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 Figure 31 shows the light beam emitted from the light emitting element 11 A constituting the light source 10E by the solid line, the light flux emitted from the light emitting element 11 B shown by a one-dot chain line, dotted light flux emitted from the light emitting element 11 C It shows with. In addition, the positions of the images in the spatial filter SF formed by the illumination light emitted from the light emitting elements 11 A , 11 B , and 11 C are denoted by reference numerals (11 A ), (11 B ), and (11 C ), respectively. . Note that the position numbers (which will be described later) of the light emitting elements 11 A , 11 B , 11 C constituting the light source 10E are, for example, the (4,0) th, (0,0) th, and , (−4,0) th. Here, when a certain light emitting element is in a light emitting state, all other light emitting elements are turned off.

発光素子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、発光素子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、発光素子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。   As described above, the collimator lens 12 is disposed between the light emitting element 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 light emitting element 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 is as follows. Depending on the two-dimensional position (light emission position) of the light emitting element 11, the light emitting element 11 is three-dimensionally different.

光変調手段30は、2次元的に配列された複数の画素31を有する2次元空間光変調器から成り、各画素31は開口を備えている。ここで、2次元空間光変調器あるいは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方向及びY方向に沿って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 light modulation means 30 includes a two-dimensional spatial light modulator having a plurality of pixels 31 arranged two-dimensionally, and each pixel 31 has an opening. Here, the two-dimensional spatial light modulator or the two-dimensional image forming apparatus 30 is specifically arranged two-dimensionally, that is, arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions. It consists of a transmissive liquid crystal display device having P × Q pixels 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、実施例1と同様に、透明第1電極と透明第2電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター(ライト・バルブ)として動作させることによって、即ち、各画素31の光透過率を制御することによって、光源10E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、係る開口を光源10E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。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。   Similar to the first embodiment, one pixel 31 is an overlapping region of the transparent first electrode and the transparent second electrode and includes a region 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 of each pixel 31, the light transmittance of the illumination light emitted from the light source 10E is controlled. As a whole, a two-dimensional image can be obtained. 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 light source 10E passes through the opening, Fraunhofer diffraction occurs. 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. 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. . The diffraction angle varies depending on the spatial frequency in the two-dimensional image.

実施例10の3次元像表示装置1Eにあっては、フーリエ変換像形成手段40はレンズ(第1のレンズL1)から成り、このレンズ(第1のレンズL1)の前側焦点面(光源側の焦点面)に光変調手段30が配置されている。 In the three-dimensional image display device 1E of Example 10, the Fourier transform image forming means 40 is composed of a lens (first lens L 1), the front focal plane of the lens (first lens L 1) (light source The light modulation means 30 is disposed on the side focal plane.

実施例10の3次元像表示装置1Eには、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50が備えられている。ここで、このフーリエ変換像選択手段50は、フーリエ変換像が結像される位置(フーリエ変換像形成手段40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50は、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(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。あるいは又、云い換えれば、実施例10の3次元像表示装置1Eは、光源10Eの光出射位置の数に対応した数の開閉制御可能な開口部51を有し、第1のレンズL1の後側焦点面に位置する空間フィルタSFを備えている。即ち、フーリエ変換像選択手段50(空間フィルタSF)は、光源10Eの離散して配された光出射位置の数(U0×V0=LEPTotal)に対応した数(U0×V0=LEPTotal)の開口部51を有する。 In the three-dimensional image display device 1E according to the tenth embodiment, a Fourier transform image selection unit 50 that selects a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order among the Fourier transform images generated by a number corresponding to a plurality of diffraction orders. Is provided. Here, the Fourier transform image selection means 50 is arranged at a position where an Fourier transform image is formed (an XY plane or an image plane on which a Fourier transform image is formed by the Fourier transform image forming means 40). Specifically, the Fourier transform image selection means 50 is disposed on the rear focal plane (observer focal plane) of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image formation means 40. Alternatively, 495. In other words, the three-dimensional image display device 1E of Example 10, has a number of closing controllable opening 51 corresponding to the number of light emitting positions of the light source 10E, the first lens L 1 A spatial filter SF located on the rear focal plane is provided. That is, the Fourier transform image selection means 50 (the spatial filter SF), the number of light emitting positions discretely arranged light source 10E (U 0 × V 0 = LEP Total) number corresponding to the (U 0 × V 0 = LEP Total ) opening 51.

ここで、フーリエ変換像選択手段50(あるいは空間フィルタSF)は、より具体的には、例えば、U0×V0個の画素を有する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、あるいは、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から構成することができる。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。フーリエ変換像選択手段50(空間フィルタSF)においては、光変調手段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次の回折光を通過させるための開口部51)を開状態とすることによって、所望の回折次数(0次)に対応するフーリエ変換像を選択することができる。 Here, more specifically, the Fourier transform image selection means 50 (or the spatial filter SF) is, for example, a transmissive liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal having U 0 × V 0 pixels or a reflection. Type liquid crystal display device or 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 Fourier transform image selection means 50 (spatial filter SF), a desired opening 51 (specifically, for passing the 0th-order diffracted light in synchronization with the generation timing of the two-dimensional image by the light modulation means 30). By opening the opening 51), a Fourier transform image corresponding to a desired diffraction order (0th order) can be selected.

更には、3次元像表示装置1Eは、フーリエ変換像形成手段40によって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、光変調手段30によって生成された2次元画像の実像RIを形成する逆フーリエ変換手段(具体的には、後述する第2のレンズL2)を更に備えている。 Further, the three-dimensional image display device 1E forms a real image RI of the two-dimensional image generated by the light modulation unit 30 by performing inverse Fourier transform on the Fourier transform image formed by the Fourier transform image forming unit 40. Inverse Fourier transform means (specifically, a second lens L 2 described later) is further provided.

実施例10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 the tenth embodiment, 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。 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.

2次元マトリクス状に配列された複数の発光素子から成る光源10Eの模式的な正面図を図33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34に示す。図33及び図34中、数字(u,v)は、光源10Eを構成する発光素子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)番目に位置する発光素子による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)番目に位置する発光素子による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。空間フィルタSFにおける開口部51の平面形状は、実施例1と同様とすればよい。 FIG. 33 shows a schematic front view of a light source 10E composed of a plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional matrix, and FIG. 34 shows a schematic front view of a spatial filter SF made up of a liquid crystal display device. In FIGS. 33 and 34, numerals (u, v) indicate the position numbers of the light-emitting elements constituting the light source 10E or the openings 51 constituting the spatial filter SF. That is, for example, in the (3, 2) th opening 51, a desired Fourier transform image (for example, Fourier corresponding to 0th-order diffraction) of a two-dimensional image by the (3, 2) th light emitting element is provided. Only the (converted 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 light emitting element 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 planar shape of the opening 51 in the spatial filter SF may be the same as that in the first embodiment.

前述したとおり、共役像形成手段60は、具体的には、第2のレンズL2及び第3のレンズL3から構成されている。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。 As described above, specifically, the conjugate image forming unit 60 includes the second lens L 2 and the third lens L 3 . 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光源10E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52に示したプロジェクタ・ユニット301が複数の数(具体的には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 directional component of the conjugate image of the two-dimensional image is emitted from the light source 10E, and the two-dimensional image forming apparatus 30. Therefore, it can be considered that the light beam group is two-dimensionally arranged in the rear focal plane of the third lens L 3 . That is, as a whole, a plurality of projector units 301 shown in FIG. 52 (specifically U 0 ××) are provided on the rear focal plane of the third lens L 3 (the surface on which the conjugate image CI is formed). V 0 ), which is equivalent to the arranged state.

図32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32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32の(A)は、発光素子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32の(B)は、発光素子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、光源10E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. 32A and 32B, 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. In FIGS. 32A and 32B, zero-order light (n 0 = 0), ± first-order light (n 0 = ± 1), and ± second-order light (n 0 = ± 2) are shown. 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. Incidentally, (A) in FIG. 32, the diffracted light formed by a light ray emitted from the light emitting element 11 B schematically show, in FIG. 32 (B) is formed by light rays emitted from the light emitting element 11 A The diffracted light made 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 including a transmissive liquid crystal display device having P × Q pixels 31, the illumination light from the light source 10E is modulated by each pixel 31 to generate a two-dimensional image. 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によって生成された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次元画像の共役像が形成され、この2次元画像の共役像は、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、光変調手段の画素構造(開口構造)の空間周波数の半分以下の空間周波数が、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ので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。 Then, the spatial frequency in the two-dimensional image in which all the image information of the two-dimensional image generated 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. Inverse Fourier transform is performed by the second lens L 2 , and a conjugate image of the two-dimensional image generated by the two-dimensional image forming apparatus 30 is formed. The conjugate image 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 wave (that is, the maximum spatial frequency of the pixel structure). In other words, it is obtained as first-order diffraction using the 0th-order diffraction of the plane wave component as the carrier frequency, and the spatial frequency of the pixel structure (aperture structure) of the light modulation means Less than half of the spatial frequencies pass 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. Since the third lens L 3 generates a Fourier transform image having a spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image, a Fourier transform image can be obtained with a spatially high density.

以上に説明したように、実施例10の3次元像表示装置1Eによれば、所定の発光素子11を発光させる一方、フーリエ変換像選択手段50(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、光変調手段(2次元画像形成装置)30によって生成された2次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段40(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、フーリエ変換像選択手段50(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。また、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。 As described above, according to the three-dimensional image display device 1E of the tenth embodiment, the predetermined light emitting element 11 emits light, while the desired opening 51 in the Fourier transform image selection means 50 (spatial filter SF) is opened. To do. Therefore, the spatial frequency in the two-dimensional image generated by the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30 is emitted along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders, and the Fourier transform image forming means 40 (first The Fourier transform image obtained by Fourier transform by the lens L 1 ) is spatially and temporally filtered by the Fourier transform image selection means 50 (spatial filter SF), and the filtered Fourier transform image. Since the conjugate image CI is formed, the light beam group is generated and scattered in a spatially high density and distributed in a plurality of directions without increasing the size of the entire three-dimensional image display device. can do. In addition, each light beam that is a constituent element of the light beam group can be independently controlled temporally and spatially. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional image using light rays that are close to the same quality as real-world objects.

また、実施例10の3次元像表示装置1E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10の3次元像表示装置1Eによれば、複数の離散して配された光出射位置に依存して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、離散して配された光出射位置の数だけ(即ち、U0×V0個)、得ることができる。しかも、実施例10の3次元像表示装置1E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 1E of the tenth 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 device 1E of the tenth embodiment, illumination light having different incident directions to the two-dimensional image forming device 30 depending on a plurality of discretely arranged light emission positions can be efficiently used. 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 discrete light output positions (that is, , U 0 × V 0 ). In addition, according to the three-dimensional image display device 1E of the tenth 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.

実施例11は、実施例10の変形である。実施例11にあっては、光源10Eが2次元マトリクス状に配列された複数の発光素子11を具備し、各発光素子11から出射される光の出射方向が異なるように各発光素子11を配置している。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、光変調手段あるいは2次元画像形成装置を照明することができる。実施例11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35に示す。尚、図35においては、光源10Eを構成する発光素子11Aから出射された光束の1本を実線で示し、発光素子11Bから出射された光束の1本を一点鎖線で示し、発光素子11Cから出射された光束の1本を点線で示す。また、発光素子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、発光素子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、光変調手段(2次元画像形成装置)30、フーリエ変換像形成手段40(第1のレンズL1)、フーリエ変換像選択手段50(空間フィルタSF)の近傍を拡大した概念図であって、光源10Eを構成する発光素子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36、図37、及び、図38に示す。尚、光源10Eを構成する発光素子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、或る発光素子が発光状態にあるときには、他の全ての発光素子は消灯状態となる。尚、図35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 eleventh embodiment is a modification of the tenth embodiment. In Example 11, the light source 10E includes a plurality of light emitting elements 11 arranged in a two-dimensional matrix, and the light emitting elements 11 are arranged so that the emission directions of the light emitted from the light emitting elements 11 are different. is doing. As a result, the light modulator or 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. 35 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 Example 11. Note that in FIG. 35 shows the one light flux emitted from the light emitting element 11 A constituting the light source 10E by a solid line, shows a single light flux emitted from the light emitting element 11 B by a one-dot chain line, the light emitting element 11 One of the light beams emitted from C 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 light emitting elements 11 A , 11 B , and 11 C are denoted by reference numerals (11 A ), (11 B ), and (11 C ), respectively. , The positions of the images on the rear focal plane of the third lens L 3 formed by the illumination light emitted from the light emitting elements 11 A , 11 B , and 11 C are denoted by reference numerals (11 a ) and (11 b ), respectively. , (11 c ). Further, it is a conceptual diagram in which the vicinity of the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30, the Fourier transform image formation means 40 (first lens L 1 ), and the Fourier transform image selection means 50 (spatial filter SF) are enlarged. , Schematically shows a state in which the light beams emitted from the light emitting elements 11 A , 11 B , and 11 C constituting the light source 10E pass through the two-dimensional image forming apparatus 30, the first lens L 1 , and the spatial filter SF. FIG. 36, FIG. 37, and FIG. The position numbers of the light emitting elements 11 A , 11 B , 11 C constituting the light source 10E are, for example, the (5,0) th, (0,0) th, and (−5,0). ) Th. Here, when a certain light emitting element is in a light emitting state, all other light emitting elements are turned off. In FIG. 35, reference numeral 20 denotes an illumination optical system composed of a lens for shaping illumination light.

実施例10あるいは実施例11にあっては、光源を、発光素子、及び、該発光素子から出射された光の進行方向を変更するための光線進行方向変更手段を備えている構成とすることもできる。具体的には、例えば、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御すればよい。あるいは又、光線進行方向変更手段を、曲面から構成された凸面鏡、曲面から構成された凹面鏡、多面体から構成された凸面鏡、多面体から構成された凹面鏡)から構成し、鏡から出射するときの照明光の光出射位置を、鏡の位置等の制御を行うことで変化(変更)すればよい。   In Example 10 or Example 11, the light source may include a light emitting element and a light beam traveling direction changing unit for changing the traveling direction of light emitted from the light emitting element. it can. Specifically, for example, the inclination angle of the rotation axis may be controlled while rotating the polygon mirror around the rotation axis. Alternatively, the light traveling direction changing means is composed of a convex mirror composed of a curved surface, a concave mirror composed of a curved surface, a convex mirror composed of a polyhedron, and a concave mirror composed of a polyhedron, and the illumination light emitted from the mirror The light emission position of the light beam may be changed (changed) by controlling the mirror position and the like.

実施例10あるいは実施例11にあっては、また、空間フィルタSF(フーリエ変換像選択手段50)の代わりに、光出射位置の数に対応した数の開口部を有し、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構成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、フーリエ変換像選択手段あるいは第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、離散して配された光出射位置に対応させればよい。 In the tenth or eleventh embodiment, instead of the spatial filter SF (Fourier transform image selection means 50), the first lens L has a number of openings corresponding to the number of light emission positions. It can also be set as the structure provided with the scattering diffraction limiting member located in 1 back focal planes. 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 a desired Fourier transform image (for example, having a 0th diffraction order) in a Fourier transform image (or diffracted light) obtained by the Fourier transform image selection means or the first lens. Alternatively, the position of the diffracted light) may be set as a position where the image is formed, and the position of the opening may correspond to the light emission positions arranged discretely.

実施例12は、以上に説明した種々の実施例の変形である。実施例12の3次元像表示装置の概念図を、図39に示す。実施例1〜実施例11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12の3次元像表示装置にあっては、反射型の光変調手段(2次元画像形成装置)30’を用いる。反射型の光変調手段(2次元画像形成装置)30’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 twelfth embodiment is a modification of the various embodiments described above. A conceptual diagram of the three-dimensional image display device of Example 12 is shown in FIG. In the three-dimensional image display devices of Examples 1 to 11, the light transmission type two-dimensional image forming device 30 was used. On the other hand, in the three-dimensional image display apparatus according to the twelfth embodiment, a reflection type light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30 'is used. As the reflection type light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30 ', for example, a reflection type liquid crystal display device can be cited.

実施例12の3次元像表示装置にあっては、z軸(光軸)上にビームスプリッタ70が備えられている。ビームスプリッタ70は、偏光成分の違いにより光を透過又は反射させる機能を有する。ビームスプリッタ70は、光源10,10Eから出射された光(照明光)を反射型の光変調手段(2次元画像形成装置)30’に向けて反射する。また、光変調手段(2次元画像形成装置)30’からの反射光を透過する。この点を除き、実施例12の3次元像表示装置の構成、構造は、実施例1〜実施例11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 device according to the twelfth embodiment, 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 light (illumination light) emitted from the light sources 10 and 10E toward the reflective light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30 '. Further, the reflected light from the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30 'is transmitted. Except for this point, the configuration and structure of the three-dimensional image display device according to the twelfth embodiment can be the same as the configuration and structure of the three-dimensional image display device according to the first to eleventh embodiments. Omitted.

尚、反射型の光変調手段(2次元画像形成装置)として、実施例の形態に依っては、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。尚、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。   In addition, as a reflection-type light modulation means (two-dimensional image forming apparatus), depending on the form of the embodiment, a configuration in which movable mirrors are provided in the openings instead (movable mirrors are in a two-dimensional matrix shape). In this case, a two-dimensional image is generated by moving / non-moving the movable mirror, and Fraunhofer diffraction is generated by the aperture. . Note that 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.

以下、実施例1〜実施例7、実施例10〜実施例11における空間フィルタ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 in Examples 1 to 7 and Examples 10 to 11 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40、図41、及び、図42を参照して説明する。尚、図40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40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40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 FIG. 40, FIG. 41, and FIG. 40 shows the image output timing in the two-dimensional image forming apparatus 30, and the middle stage in FIG. 40 shows the opening / closing timing of the (3, 2) -th opening 51 in the spatial filter SF. The lower part of FIG. 40 shows the opening / closing timing of the (3, 3) th opening 51.

図40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、実施例1〜実施例7において、空間フィルタSFにあっては、図40に示すように、期間TM1では第(3,2)番目の開口部51を、期間TM2では第(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(あるいは又、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける同じ開口領域34、あるいは又、光学装置35を構成する同じ光学素子36)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あるいは第3のレンズL3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では、2次元画像形成装置30における或る画素31(あるいは又、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける或る開口領域34、あるいは又、光学装置35を構成する或る光学素子36)において得られるm0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「A」に関する画像情報が含まれている。一方、期間TM2では、2次元画像形成装置30における同じ或る画素31(あるいは又、オーバーサンプリングフィルタOSFにおける同じ或る開口領域34、あるいは又、光学装置35を構成する同じ或る光学素子36)において得られるm0=3,n0=3の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「B」に関する画像情報が含まれている。 As shown in FIG. 40, in the two-dimensional image forming apparatus 30, for example, the image “A” is displayed during the time t 1S to t 1E (period TM 1 ), and during the time t 2S to t 2E (period TM 2). ) Is displayed as an image “B”. At this time, in Examples 1 to 7, in the spatial filter SF, as shown in FIG. 40, the the period TM 1 the (3, 2) th aperture 51, the period TM 2 second ( The third and third openings 51 are set in the open state. In this way, different diffraction orders are generated in the same pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 (or the same aperture region 34 in the oversampling filter OSF or the same optical element 36 constituting the optical device 35). Different image information can be added to the Fourier transform image generated by the lens L 1 or the third lens L 3 . In other words, in the period TM 1 , a certain pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30 (or an opening region 34 in the oversampling filter OSF or an optical element 36 constituting the optical device 35). The Fourier transform image having the diffraction order of m 0 = 3 and n 0 = 2 obtained in FIG. 4 includes image information related to the image “A”. On the other hand, in the period TM 2, the same one pixel in the two-dimensional image forming apparatus 30 31 (alternatively, the same one opening region 34 in the oversampling filter OSF Alternatively, the same one optical element constituting the optical device 35 36 The Fourier transform image having the diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 3 obtained in () includes image information related to the image “B”.

また、実施例10にあっても、図40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10Eにおいては、期間TM1では第(3,2)番目の発光素子のみを発光状態とし、期間TM2では第(3,3)番目の発光素子のみを発光状態とする。このように、離散して配された複数の光出射位置から順次出射され、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40に示すように、期間TM1では第(3,2)番目の開口部51を、期間TM2では第(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では、第(3,2)番目の発光素子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では、第(3,3)番目の発光素子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。 Also in the tenth embodiment, as shown in FIG. 40, in the two-dimensional image forming apparatus 30, for example, the image “A” is displayed during the time t 1S to t 1E (period TM 1 ), and the time t It is assumed that the image “B” is displayed between 2S and t 2E (period TM 2 ). At this time, in the light source 10E is only the period TM 1 the (3, 2) -th light emitting element is a light emitting state, the period TM 2 the (3,3) th and only a light emitting state light-emitting element. In this way, illumination light that is sequentially emitted from a plurality of light emission positions arranged in a discrete manner and has different incident directions 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. 40, the the period TM 1 the (3, 2) th aperture 51, the the period TM 2 the (3,3) th aperture 51 opened And 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 . In other words, in the period TM 1 , the (3, 2) -th light emitting element is brought into a light emitting state, whereby a Fourier transform having a zero-order diffraction order obtained in a certain pixel 31 in the two-dimensional image forming apparatus 30. The image includes image information related to the image “A” and incident direction information of the illumination light to the two-dimensional image forming apparatus 30. On the other hand, in the period TM 2 , the (3, 3) -th light emitting element is brought into the light emitting state, thereby obtaining a Fourier transform image having the 0th-order diffraction order obtained in the same certain pixel in the two-dimensional image forming apparatus 30. Includes image information related to the image “B” and incident direction information of the illumination light to the two-dimensional image forming apparatus 30.

図41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では、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にフーリエ変換像「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、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみ(実施例10にあっては、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、m0=3,n0=3の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみ(実施例10にあっては、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41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。ここで、実施例10にあっては、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個の輝点(フーリエ変換像)が2次元マトリクス状に並んだ状態(図4に示した状態に類似した状態)が見られるであろう。 FIG. 41 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 are Fourier transformed images in the corresponding (3, 2) th opening 51 of the spatial filter SF. Focused as “α”. In the period TM 1 , since only the (3, 2) -th opening 51 is opened, only the Fourier transform image “α” having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 2 (in the tenth embodiment, , Only the Fourier transform image “α” having the 0th-order 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 aperture 51 is condensed as a Fourier transform image “β”. In the period TM 2 , since only the (3, 3) th opening 51 is opened, only the Fourier transform image “β” having a diffraction order of m 0 = 3, n 0 = 3 (in the tenth embodiment, , 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. 41, 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. Here, in Example 10, when the space occupied by the spatial filter SF is viewed for a certain length of time, U 0 × V 0 bright spots (Fourier transform images) are arranged in a two-dimensional matrix. A state (a state similar to the state shown in FIG. 4) 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42に模式的に示す。図42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、m0=3,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみ(実施例10にあっては、第(3,2)番目の発光素子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る。また、画像「B’」は、第(3,3)番目の開口部51のみを開くので、m0=3,n0=3の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみ(実施例10にあっては、第(3,3)番目の発光素子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る。更には、画像「C’」は、第(4,2)番目の開口部51のみを開くので、m0=4,n0=2の回折次数を有するフーリエ変換像「γ」のみ(実施例10にあっては、第(4,2)番目の発光素子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42に示す画像は、観察者が眺める画像である。図42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42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、2次元画像形成装置30(あるいは、オーバーサンプリングフィルタOSF)における全ての次数分(M×N)の画像形成と、空間フィルタSFにおける1つの画像の選択が行われるし、実施例10にあっては、1フレームの表示期間内に、全ての離散して配された光出射位置に基づく(U0×V0)個の画像の選択が行われる。また、図42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。 FIG. 42 schematically shows an image obtained as the final output of the three-dimensional image display device when image formation in the two-dimensional image forming device 30 and opening / closing control of the opening 51 are performed at such timing. . In FIG. 42, since the image “A ′” opens only the (3, 2) -th opening 51, only the Fourier transform image “α” having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 2 (implementation). In Example 10, an image obtained as a result of the Fourier transform image “α” having the 0th-order diffraction order when the (3, 2) -th light-emitting element is in the light-emitting state passes through the spatial filter SF. It is. In addition, since the image “B ′” opens only the (3, 3) -th opening 51, only the Fourier transform image “β” having diffraction orders of m 0 = 3 and n 0 = 3 (Example 10). In this case, only the Fourier transform image “β” having the zeroth diffraction order when the (3, 3) th light emitting element is in the light emitting state is an image obtained as a result of passing through the spatial filter SF. . Further, since the image “C ′” opens only the (4, 2) th opening 51, only the Fourier transform image “γ” having diffraction orders of m 0 = 4 and n 0 = 2 (Example) 10 is an image obtained as a result of passing a Fourier transform image “γ” having a 0th-order diffraction order when the (4,2) light-emitting element is in a light-emitting state through the spatial filter SF. is there. Note that the image shown in FIG. 42 is an image viewed by an observer. In FIG. 42, for convenience, the image and the image are separated by a solid line, but the solid line is a virtual solid line. In addition, to be exact, the image shown in FIG. 42 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, image formation for all orders (M × N) in the two-dimensional image forming apparatus 30 (or oversampling filter OSF) and selection of one image in the spatial filter SF are performed within a display period of one frame. In the tenth embodiment, however, (U 0 × V 0 ) images are selected based on all the discretely arranged light emission positions within one frame display period. Further, although it is illustrated in a plan view in FIG. 42, what is actually observed by the observer is a stereoscopic image.

即ち、実施例1〜実施例7、実施例10〜実施例11においては、前述したように、第3のレンズL3あるいは第5のレンズL5の後側焦点面からは、2次元画像形成装置30によって生成された2次元画像、あるいは又、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像(例えば、時系列的に、画像「A’」、画像「B’」・・・画像「C’」)が出力される。即ち、全体としては、第3のレンズL3あるいは第5のレンズL5の後側焦点面に、図52に示したプロジェクタ・ユニット301が複数の回折次数分(具体的にはM×N個)、あるいは又、複数の離散して配された光出射位置の数(具体的にはU0×V0個)、配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニット301から画像「A’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニット301から画像「B’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニット301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, in Examples 1 to 7 and Examples 10 to 11, as described above, two-dimensional image formation is performed from the rear focal plane of the third lens L 3 or the fifth lens L 5. 2-dimensional image produced by the apparatus 30, or alternatively, the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens L 2 (for example, in time series, the image "a '", the image "B'" ... -Image "C '") is output. That is, as a whole, the projector unit 301 shown in FIG. 52 has a plurality of diffraction orders (specifically M × N) on the rear focal plane of the third lens L 3 or the fifth lens L 5 . ) Or a plurality of discretely arranged light emission positions (specifically, U 0 × V 0 ), which are arranged in time series from a certain projector unit 301. A ′ ”is output, an image“ B ′ ”is output from another projector unit 301, and an image“ C ′ ”is output from another projector unit 301. 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.

次に、実施例8あるいは実施例9における光線進行方向変更手段80の位置制御のタイミング等について説明する。   Next, the timing of the position control of the light beam traveling direction changing means 80 in the eighth or ninth embodiment will be described.

方向成分を有する像を第3のレンズL3によって結像させるために、2次元画像形成装置30の画像出力と同期して、光線進行方向変更手段80の位置制御を行う。この操作を、図40、図41、図42、及び、図43を参照して説明する。尚、図40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40の中段は、光線進行方向変更手段80における第(3,2)番目の結像の位置制御のタイミングを示し、図40の下段は、第(3,3)番目の結像の位置制御のタイミングを示す。 To image an image having a direction component by the third lens L 3, in synchronization with the image output of the two-dimensional image forming apparatus 30 performs position control of the light ray traveling direction change means 80. This operation will be described with reference to FIGS. 40, 41, 42, and 43. FIG. 40 shows the image output timing in the two-dimensional image forming apparatus 30, and the middle stage in FIG. 40 shows the position of the (3, 2) -th image formation in the light beam traveling direction changing means 80. The timing of control is shown, and the lower part of FIG. 40 shows the timing of position control of the (3, 3) -th image formation.

図40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、光線進行方向変更手段80においては、図40に示すように、期間TM1では、第(3,2)番目の結像が得られるような位置制御がなされ、期間TM2では、第(3,3)番目の結像が得られるような位置制御がなされる。尚、図43にあっては、第(3,2)番目の結像が得られるような位置制御の状態にある光線進行方向変更手段80を点線で示し、結像面ISにおいて得られた像を概念的に「A」で示し、第(3,3)番目の結像が得られるような位置制御の状態にある光線進行方向変更手段80を実線で示し、結像面ISにおいて得られた像を概念的に「B」で示す。こうして、第1のレンズL1によって生成されるフーリエ変換像に、異なる画像情報(方向成分)を付加することができる。云い換えれば、期間TM1では、フーリエ変換像には、画像「A」に関する画像情報が含まれている。一方、期間TM2では、フーリエ変換像には、画像「B」に関する画像情報が含まれている。 As shown in FIG. 40, in the two-dimensional image forming apparatus 30, for example, the image “A” is displayed during the time t 1S to t 1E (period TM 1 ), and during the time t 2S to t 2E (period TM 2). ) Is displayed as an image “B”. At this time, in the light traveling direction changing means 80, as shown in FIG. 40, the period TM 1, the (3, 2) th position control, such as imaging is obtained is made, the period TM 2, the Position control is performed so that the (3, 3) -th image is obtained. In FIG. 43, the light beam traveling direction changing means 80 that is in the position control state so as to obtain the (3, 2) -th image formation is indicated by a dotted line, and the image obtained on the image plane IS. Is conceptually indicated by “A”, and the light ray traveling direction changing means 80 in the position control state capable of obtaining the (3, 3) -th image formation is indicated by a solid line and obtained on the image plane IS. The image is conceptually indicated by “B”. In this way, different image information (direction component) can be added to the Fourier transform image generated by the first lens L 1 . Stated words, the period TM 1, the Fourier transform image, the image information is included relating to the image "A". On the other hand, in the period TM 2, the Fourier transform image, the image information is included relating to the image "B".

図41に、2次元画像形成装置30における画像形成のタイミングと光線進行方向変更手段80の位置制御のタイミングとを模式的に示す。期間TM1では、2次元画像形成装置30において画像「A」が表示され、光線進行方向変更手段80にフーリエ変換像「α」として集光される。そして、期間TM1では、第(3,2)番目の結像が得られる。次の期間TM2では、2次元画像形成装置30において画像「B」が表示され、同様に光線進行方向変更手段80にフーリエ変換像「β」として集光される。そして、期間TM2では、第(3,3)番目の結像が得られる。以下、順次、2次元画像形成装置30の画像形成タイミングに同期して、光線進行方向変更手段80の位置制御を行う。尚、図41において、結像面ISにおける結像位置を実線で囲み、光線進行方向変更手段80の位置制御の他のタイミングにおける結像位置を点線で囲んだ。 FIG. 41 schematically shows the timing of image formation in the two-dimensional image forming apparatus 30 and the timing of position control of the light beam traveling direction changing means 80. In the period TM 1 , the image “A” is displayed in the two-dimensional image forming apparatus 30 and is condensed as a Fourier transform image “α” on the light beam traveling direction changing unit 80. In the period TM 1 , the (3, 2) -th image is obtained. In the next period TM 2 , the image “B” is displayed in the two-dimensional image forming apparatus 30, and is similarly condensed as a Fourier transform image “β” on the light beam traveling direction changing means 80. In the period TM 2 , the (3, 3) -th image is obtained. Thereafter, the position control of the light beam traveling direction changing unit 80 is sequentially performed in synchronization with the image forming timing of the two-dimensional image forming apparatus 30. In FIG. 41, the image forming position on the image forming plane IS is surrounded by a solid line, and the image forming position at another timing of the position control of the light beam traveling direction changing means 80 is surrounded by a dotted line.

尚、光線進行方向変更手段80による光線の進行方向の変更を、2次元画像形成装置30に基づく2次元画像の生成と同期させる必要があるが、光線進行方向変更手段80によって結像面ISに或る像(例えば「α」)を結像した後、光線進行方向変更手段80の位置を変更し(変化させ)、光線進行方向変更手段80によって結像面ISに次の像(例えば「β」)を結像するまでの間は、光源10の動作を中断し、2次元画像形成装置30によって2次元画像を生成させない。   It is necessary to synchronize the change in the traveling direction of the light beam by the light traveling direction changing unit 80 with the generation of the two-dimensional image based on the two-dimensional image forming apparatus 30. After forming an image (for example, “α”), the position of the light beam traveling direction changing unit 80 is changed (changed), and the light beam traveling direction changing unit 80 changes the position of the next image (for example, “β”). Until the image is formed, the operation of the light source 10 is interrupted, and the two-dimensional image forming apparatus 30 does not generate a two-dimensional image.

このようなタイミングで2次元画像形成装置30における画像形成と光線進行方向変更手段80の位置制御とを行った場合に、この3次元像表示装置の最終出力として得られる画像を、図42に模式的に示す。図42において、画像「A’」は、第(3,2)番目の結像の結果得られる画像であり、画像「B’」は、第(3,3)番目の結像の結果得られる画像であり、画像「C’」は、第(4,2)番目の結像の結果得られる画像である。例えば、1フレームの表示期間内に、(S0×T0)の回数の2次元画像の生成及び光線進行方向変更手段80の位置制御が行われる。 When the image formation in the two-dimensional image forming apparatus 30 and the position control of the light beam traveling direction changing unit 80 are performed at such timing, an image obtained as the final output of the three-dimensional image display apparatus is schematically shown in FIG. Indicate. In FIG. 42, an image “A ′” is an image obtained as a result of the (3, 2) -th image formation, and an image “B ′” is obtained as a result of the (3, 3) -th image formation. The image “C ′” is an image obtained as a result of the (4, 2) -th image formation. For example, within a display period of one frame, generation of a two-dimensional image of the number of times (S 0 × T 0 ) and position control of the light beam traveling direction changing unit 80 are performed.

即ち、実施例8あるいは実施例9においては、前述したように、第3のレンズL3の後側焦点面(結像面IS)からは、第2のレンズL2によって生成された2次元画像の共役像(例えば、時系列的に、画像「A’」、画像「B’」・・・画像「C’」)が出力される。即ち、全体としては、第3のレンズL3の後側焦点面に、図52に示したプロジェクタ・ユニット301が複数個(具体的にはS0×T0個)、配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニット301から画像「A’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニット301から画像「B’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニット301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, in Example 8 or Example 9, as described above, the two-dimensional image generated by the second lens L 2 from the rear focal plane (imaging plane IS) of the third lens L 3. Are output (for example, image “A ′”, image “B ′”... Image “C ′” in time series). That is, as a whole, a plurality (specifically, S 0 × T 0 ) of projector units 301 shown in FIG. 52 are arranged on the rear focal plane of the third lens L 3 . In series, an image “A ′” is output from one projector unit 301, an image “B ′” is output from another projector unit 301, and an image “C ′” is output from another projector unit 301. When output, it is equivalent. 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.

次に、回折格子−光変調素子210の構成、構造を説明する。   Next, the configuration and structure of the diffraction grating-light modulation element 210 will be described.

回折格子−光変調素子210を構成する下部電極212、固定電極221、可動電極222等の配置を、図44に模式的に示す。尚、図44においては、下部電極212、固定電極221、可動電極222、支持部214,215,217,218を明示するために、これらに斜線を付した。   The arrangement of the lower electrode 212, the fixed electrode 221, the movable electrode 222, and the like constituting the diffraction grating-light modulation element 210 is schematically shown in FIG. In FIG. 44, the lower electrode 212, the fixed electrode 221, the movable electrode 222, and the support portions 214, 215, 217, and 218 are hatched for clarity.

この回折格子−光変調素子210は、下部電極212、帯状(リボン状)の固定電極221、並びに、帯状(リボン状)の可動電極222から成る。下部電極212は支持体211上に形成されている。また、固定電極221は、支持部214,215に支持され、下部電極212の上方に支持、張架されている。更には、可動電極222は、支持部217,218に支持され、下部電極212の上方に支持、張架されており、固定電極221に対して並置されている。図示した例において、1つの回折格子−光変調素子210は、3本の固定電極221と3本の可動電極222から構成されている。3本の可動電極222は纏めて制御電極に接続され、制御電極は、図示しない接続端子部に接続されている。一方、3本の固定電極221は纏めてバイアス電極に接続されている。バイアス電極は、複数の回折格子−光変調素子210において共通とされており、図示しないバイアス電極端子部を介して接地されている。下部電極212も、複数の回折格子−光変調素子210において共通とされており、図示しない下部電極端子部を介して接地されている。   The diffraction grating-light modulation element 210 includes a lower electrode 212, a band-shaped (ribbon-shaped) fixed electrode 221, and a band-shaped (ribbon-shaped) movable electrode 222. The lower electrode 212 is formed on the support 211. The fixed electrode 221 is supported by the support portions 214 and 215 and supported and stretched above the lower electrode 212. Further, the movable electrode 222 is supported by support portions 217 and 218, supported and stretched above the lower electrode 212, and juxtaposed with the fixed electrode 221. In the illustrated example, one diffraction grating-light modulation element 210 is composed of three fixed electrodes 221 and three movable electrodes 222. The three movable electrodes 222 are collectively connected to the control electrode, and the control electrode is connected to a connection terminal portion (not shown). On the other hand, the three fixed electrodes 221 are collectively connected to the bias electrode. The bias electrode is common to the plurality of diffraction grating-light modulation elements 210 and is grounded via a bias electrode terminal portion (not shown). The lower electrode 212 is also common to the plurality of diffraction grating-light modulation elements 210, and is grounded via a lower electrode terminal portion (not shown).

接続端子部、制御電極を介して可動電極222へ電圧を印加し、且つ、下部電極212へ電圧を印加すると(実際には、下部電極212は接地状態にある)、可動電極222と下部電極212との間に静電気力(クーロン力)が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極212に向かって可動電極222が下方に変位する。尚、可動電極222の変位前の状態を図45の(A)及び図45の(C)の左側に示し、変位後の状態を図45の(B)及び図45の(C)の右側に示す。そして、このような可動電極222の変位に基づき、可動電極222と固定電極221とによって反射型の回折格子が形成される。ここで、図45の(A)は、図44の矢印B−Bに沿った固定電極等の模式的な断面図、及び、図44の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図(但し、回折格子−光変調素子が作動していない状態にある)であり、図45の(B)は、図44の矢印A−Aに沿った可動電極等の模式的な断面図であり(但し、回折格子−光変調素子が作動している状態にある)、図45の(C)は、図44の矢印C−Cに沿った固定電極、可動電極等の模式的な断面図である。   When a voltage is applied to the movable electrode 222 via the connection terminal portion and the control electrode and a voltage is applied to the lower electrode 212 (actually, the lower electrode 212 is in a ground state), the movable electrode 222 and the lower electrode 212 are applied. Electrostatic force (Coulomb force) is generated between The movable electrode 222 is displaced downward toward the lower electrode 212 by the electrostatic force. The state before displacement of the movable electrode 222 is shown on the left side of FIGS. 45A and 45C, and the state after displacement is shown on the right side of FIGS. 45B and 45C. Show. Based on such displacement of the movable electrode 222, a reflective diffraction grating is formed by the movable electrode 222 and the fixed electrode 221. Here, FIG. 45A is a schematic cross-sectional view of a fixed electrode and the like along arrow BB in FIG. 44, and a schematic view of a movable electrode and the like along arrow AA in FIG. FIG. 45 is a cross-sectional view (provided that the diffraction grating-light modulation element is not in operation), and FIG. 45B is a schematic cross-sectional view of movable electrodes and the like along arrow AA in FIG. (However, the diffraction grating-light modulation element is in operation). FIG. 45C is a schematic cross section of the fixed electrode, the movable electrode, etc. along the arrow CC in FIG. FIG.

隣接する固定電極221の間の距離をd(図45の(C)参照)、可動電極222及び固定電極221に入射する光(入射角:θi)の波長をλ、回折角をθmとすると、
d[sin(θi)−sin(θm)]=mDif・λ
で表すことができる。ここで、mDifは次数であり、0,±1,±2・・・の値をとる。
The distance between adjacent fixed electrodes 221 is d (see FIG. 45C), the wavelength of light (incident angle: θ i ) incident on the movable electrode 222 and the fixed electrode 221 is λ, and the diffraction angle is θ m . Then
d [sin (θ i ) −sin (θ m )] = m Dif · λ
Can be expressed as Here, m Dif is an order and takes values of 0, ± 1, ± 2 ,.

そして、可動電極222の頂面と固定電極221の頂面の高さの差Δh1(図45の(C)参照)が(λ/4)のとき、回折光の光強度は最大の値となる。 When the difference Δh 1 in height between the top surface of the movable electrode 222 and the top surface of the fixed electrode 221 (see FIG. 45C) is (λ / 4), the light intensity of the diffracted light is the maximum value. Become.

光変調手段にあっては、可動電極222が図45の(A)及び図45の(C)の左側に示した状態である回折格子−光変調素子210の不作動時、可動電極222及び固定電極221の頂面で反射された光は空間フィルタ204で遮られる。一方、可動電極222が図45の(B)及び図45の(C)の右側に示した状態である回折格子−光変調素子210の作動時、可動電極222及び固定電極221で回折された±1次(mDif=±1)の回折光は空間フィルタ204を通過する。このような構成にすることで、光のオン/オフ制御を制御することができる。また、可動電極222に印加する電圧を変化させることで、可動電極222の頂面と固定電極221の頂面の高さの差Δh1を変化させることができ、その結果、回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。 In the light modulation means, the movable electrode 222 and the stationary electrode 222 are fixed when the diffraction grating-light modulation element 210 in the state shown in the left side of FIGS. 45 (A) and 45 (C) is inoperative. Light reflected from the top surface of the electrode 221 is blocked by the spatial filter 204. On the other hand, the movable electrode 222 is diffracted by the movable electrode 222 and the fixed electrode 221 when the diffraction grating-light modulation element 210 is in the state shown on the right side of FIGS. 45B and 45C. First-order (m Dif = ± 1) diffracted light passes through the spatial filter 204. With such a configuration, light on / off control can be controlled. Further, by changing the voltage applied to the movable electrode 222, the height difference Δh 1 between the top surface of the movable electrode 222 and the top surface of the fixed electrode 221 can be changed. As a result, the intensity of the diffracted light can be increased. The gradation control can be performed by changing.

次に、実施例1〜実施例9における光源及び照明光学系の構成例を、図46の(A)〜(C)、図47の(A)〜(B)に示す。ここで、光源によって出射され、照明光学系によって整形され、2次元画像形成装置30を照明する光(照明光)の特性を、以下、空間コヒーレンスを用いて説明する。   Next, structural examples of the light source and the illumination optical system in Examples 1 to 9 are shown in FIGS. 46 (A) to 46 (C) and FIGS. 47 (A) to 47 (B). Here, the characteristics of light (illumination light) emitted from the light source, shaped by the illumination optical system, and illuminating the two-dimensional image forming apparatus 30 will be described below using spatial coherence.

空間コヒーレンスは、任意の空間における断面で生じる光の干渉性を示し、その度合いは、生成される干渉縞のコントラストで示すことができる。干渉縞の生成過程において、最もコントラストの高い干渉縞は、平面波若しくは平面波と光学的に交換可能な球面波の干渉によって生成される。このことから、空間コヒーレンスの最も高い光は、平面波(若しくは球面波)であることが分かる。1つの進行方向の成分のみを有する例えば平面波は空間コヒーレンスが最も高く、空間コヒーレンスの度合いが低くなるに従い、進行方向の成分が複数存在するようになる。また、光の進行方向成分の分布は、発光原点若しくは2次発光点の空間的な大きさを議論することと等価である。以上のことから、空間コヒーレンスは、発光原点若しくは2次発光点の空間的な大きさに基づき議論することができる。空間コヒーレンス、即ち、光源の空間的な大きさは、3次元像表示装置における画像の空間周波数特性を決定する要因となる。完全な空間コヒーレンスを有する光以外を照明光に用いると、高周波成分から順番にコントラストの低下が生じる。得られる画像の空間周波数特性は、具体的なアプリケーションによって異なる要求があることから、ここでは、具体的数値に言及せず、異なる要求に柔軟に対応するための様々な構成方法について述べる。   Spatial coherence indicates the coherence of light that occurs in a cross section in an arbitrary space, and the degree thereof can be indicated by the contrast of the generated interference fringes. In the process of generating interference fringes, the interference fringes with the highest contrast are generated by interference of plane waves or spherical waves that can be optically exchanged with plane waves. This shows that the light with the highest spatial coherence is a plane wave (or spherical wave). For example, a plane wave having only one traveling direction component has the highest spatial coherence, and as the degree of spatial coherence decreases, a plurality of traveling direction components exist. Further, the distribution of the light traveling direction component is equivalent to discussing the spatial size of the light emission origin or the secondary light emission point. From the above, the spatial coherence can be discussed based on the spatial size of the light emission origin or the secondary light emission point. Spatial coherence, that is, the spatial size of the light source is a factor that determines the spatial frequency characteristics of the image in the three-dimensional image display device. When light other than light having perfect spatial coherence is used as illumination light, the contrast decreases in order from the high frequency component. Since the spatial frequency characteristics of the obtained image have different requirements depending on specific applications, various configuration methods for flexibly responding to different requirements will be described here without referring to specific numerical values.

実施例1〜実施例9の3次元像表示装置1A〜1Dにおいては、照明光として空間コヒーレンスの高い光を用いる場合と、そうでない場合において、光源及び照明光学系の構成方法が異なる。また、光源の特性により照明光学系の構成が異なる。以下では、光源及び照明光学系における構成方法の組み合わせについて説明する。尚、光源は全ての場合において、単色若しくは単色に近い光源であることを前提としている。   In the three-dimensional image display apparatuses 1A to 1D according to the first to ninth embodiments, the configuration method of the light source and the illumination optical system is different between the case where light having high spatial coherence is used as the illumination light and the case where it is not. Further, the configuration of the illumination optical system differs depending on the characteristics of the light source. Below, the combination of the structural method in a light source and an illumination optical system is demonstrated. In all cases, it is assumed that the light source is a single color or a light source close to a single color.

図46の(A)は、第1構成例として、空間コヒーレンスの高い光源101により、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系201を構成した例を示している。光源101は、例えばレーザから構成されている。照明光学系201は、光源側から順に、レンズ211、円形開口板221、及び、レンズ241から構成されている。円形開口板221には、中央に円形のアパーチャ231が設けられている。レンズ241における集光位置にアパーチャ231が配置されている。レンズ241は、コリメータレンズとして機能する。 (A) in FIG. 46, as a first configuration example, the high light source 10 1 spatial coherence, shows an example in which the high illumination optical system 20 1 spatial coherence as a whole. Light source 10 1 is constituted, for example, from a laser. The illumination optical system 20 1 includes a lens 21 1 , a circular aperture plate 22 1 , and a lens 24 1 in order from the light source side. The circular aperture plate 22 1 is provided with a circular aperture 23 1 at the center. An aperture 23 1 is disposed at the condensing position of the lens 24 1 . The lens 24 1 functions as a collimator lens.

図46の(B)は、第2構成例として、空間コヒーレンスの高い光源102を用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系202を構成した例を示している。光源102は、例えばレーザから構成されている。照明光学系202は、光源側から順に、レンズ212、拡散板222、及び、レンズ242から構成されている。拡散板222は、可動拡散板であってもよい。 FIG. 46B shows an example in which the illumination optical system 20 2 having a low spatial coherence as a whole is configured using a light source 10 2 having a high spatial coherence as a second configuration example. Light source 10 2 is composed, for example, from a laser. The illumination optical system 20 2 includes a lens 21 2 , a diffusion plate 22 2 , and a lens 24 2 in order from the light source side. The diffusion plate 22 2 may be a movable diffusion plate.

図46の(C)及び図47の(A)は、第3構成例及び第4構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源103,104を用いて、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系203,204を構成した例を示している。光源103,104としては、例えば発光ダイオード(LED)や白色光源を用いる。図46の(C)の照明光学系203は、光源側から順に、レンズ213、円形開口板222、及び、レンズ243から構成されている。円形開口板222には、中央に円形のアパーチャ233が設けられている。レンズ243における集光位置に、アパーチャ233が配置されている。レンズ243は、コリメータレンズとして機能する。一方、図47の(A)の照明光学系204は、図46の(C)の照明光学系203に比べてレンズ213が省略され、光源側から順に、円形開口板224、アパーチャ234、及び、レンズ244から構成されている。 46C and 47A show illumination optical systems having high spatial coherence as a whole, using light sources 10 3 and 10 4 having low spatial coherence as the third and fourth configuration examples. An example in which 20 3 and 20 4 are configured is shown. As the light sources 10 3 and 10 4 , for example, a light emitting diode (LED) or a white light source is used. The illumination optical system 20 3 in FIG. 46C includes a lens 21 3 , a circular aperture plate 22 2 , and a lens 24 3 in order from the light source side. The circular aperture plate 22 2 is provided with a circular aperture 23 3 at the center. An aperture 23 3 is arranged at a condensing position in the lens 24 3 . Lens 24 3 functions as a collimator lens. On the other hand, in the illumination optical system 20 4 of FIG. 47A, the lens 21 3 is omitted as compared with the illumination optical system 20 3 of FIG. 46C, and the circular aperture plate 22 4 and the aperture are sequentially arranged from the light source side. 23 4 and a lens 24 4 .

図47の(B)は、第5構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源105を用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系205を構成した例を示している。光源105の他は、レンズ245のみで構成されている。 In FIG. 47 (B), as a fifth configuration example, using a light source 105 is not high spatial coherence, shows an example in which the illumination optical system 20 5 not high spatial coherence as a whole. Other than the light source 10 5 , the lens 24 5 alone is used.

各構成例において、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系を構築する場合には、光源に依存することなく2次発光点を小さくしている。また、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系を構築する場合には、光源に依存すること無く、2次発光点を大きくしている。   In each configuration example, when an illumination optical system having a high spatial coherence as a whole is constructed, the secondary emission point is reduced without depending on the light source. Further, when constructing an illumination optical system that does not have high spatial coherence as a whole, the secondary light emission point is increased without depending on the light source.

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。   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.

実施例4や実施例5においては、オーバーサンプリングフィルタを構成する格子フィルタを位相格子から構成したが、代替的に振幅格子から構成してもよい。   In the fourth and fifth embodiments, the grating filter constituting the oversampling filter is constituted by the phase grating, but may alternatively be constituted by the amplitude grating.

また、実施例6にあっては、2次元画像形成装置30と光学装置35との間に、例えば、2枚の凸レンズを配置し、一方の凸レンズの前側焦点面に2次元画像形成装置30を配置し、一方の凸レンズの後側焦点に他方の凸レンズの前側焦点を位置させ、他方の凸レンズの後側焦点面に光学装置35を配置する構成とすることもできる。また、光学装置35を構成する光学素子36を、代替的に凹レンズから構成することもできる。この場合には、仮想の開口領域37は、2次元画像形成装置30の前方(光源側)に位置する。更には、光学素子36を、通常のレンズに代えて、フレネルレンズから構成してもよい。   In the sixth embodiment, for example, two convex lenses are arranged between the two-dimensional image forming apparatus 30 and the optical apparatus 35, and the two-dimensional image forming apparatus 30 is disposed on the front focal plane of one convex lens. The front focal point of the other convex lens is positioned at the rear focal point of one convex lens, and the optical device 35 is disposed at the rear focal plane of the other convex lens. Alternatively, the optical element 36 constituting the optical device 35 can alternatively be constituted by a concave lens. In this case, the virtual opening area 37 is located in front of the two-dimensional image forming apparatus 30 (on the light source side). Furthermore, the optical element 36 may be composed of a Fresnel lens instead of a normal lens.

実施例10においては、光源10Eと光変調手段(2次元画像形成装置)30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。   In the tenth embodiment, the collimator lens 12 is arranged between the light source 10E and the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30, but instead, a microlens array in which microlenses are arranged in a two-dimensional matrix. Can also be used.

実施例1や実施例3においては、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第1のレンズL1)の前側焦点面に光変調手段(2次元画像形成装置)30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、2次元画像における空間周波数にクロストークが生じる結果、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、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第1のレンズL1)の前側焦点面からずれた位置に光変調手段(2次元画像形成装置)30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。また、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。 In the first and third embodiments, the light modulating means (two-dimensional image forming apparatus) 30 and the diffracted light generating means are provided on the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming means 40. The Fourier transform image selection means is arranged on the rear focal plane. However, in some cases, as a result of crosstalk occurring in the spatial frequency in the two-dimensional image, the finally obtained stereoscopic image If the deterioration occurs but the deterioration is allowed, the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) is positioned at a position shifted from the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming means 40. ) 30 or diffracted light generating means may be arranged, or Fourier transform image selecting means may be arranged at a position shifted from the rear focal plane. 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4や実施例5においても、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第3のレンズL3)の前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタOSF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50(空間フィルタSF)が配置されている構成としたが、場合によっては、2次元画像の共役像における空間周波数にクロストークが生じる結果、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、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第3のレンズL3)の前側焦点面からずれた位置にオーバーサンプリングフィルタOSF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50(空間フィルタSF)を配置してもよい。また、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3、第4のレンズL4、第5のレンズL5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。 Also in the fourth and fifth embodiments, the oversampling filter OSF is disposed on the front focal plane of the lens (third lens L 3 ) constituting the Fourier transform image forming means 40, and the Fourier transform is performed on the rear focal plane. The image selecting means 50 (spatial filter SF) is arranged. However, in some cases, crosstalk occurs in the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image, resulting in degradation of the finally obtained stereoscopic image. However, if such deterioration is allowed, an oversampling filter OSF may be disposed at a position shifted from the front focal plane of the lens (third lens L 3 ) constituting the Fourier transform image forming means 40, The Fourier transform image selection means 50 (spatial filter SF) may be arranged at a position shifted from the rear focal plane. The first lens L 1 , the second lens L 2 , the third lens L 3 , the fourth lens L 4 , and the fifth lens L 5 are not limited to convex lenses, and appropriate lenses are appropriately selected. do it.

また、実施例6や実施例7においては、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第1のレンズL1)の前側焦点面に光学装置35を構成する光学素子36の焦点が位置しており、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、2次元画像における空間周波数にクロストークが生じる結果、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、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第1のレンズL1)の前側焦点面からずれた位置に光学装置35を構成する光学素子36の焦点を位置させてもよいし、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。また、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。 In Example 6 and Example 7, the focal point of the optical element 36 constituting the optical device 35 is located on the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming means 40. In this case, the Fourier transform image selection means is arranged on the rear focal plane. However, in some cases, crosstalk occurs in the spatial frequency of the two-dimensional image, resulting in deterioration of the finally obtained stereoscopic image. However, if such deterioration is allowed, the focal point of the optical element 36 constituting the optical device 35 is shifted from the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming means 40. The Fourier transform image selection means may be arranged at a position shifted from the rear focal plane. 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.

更には、実施例8においては、第2のレンズL3の後側焦点面であって、第3のレンズL2の前側焦点面に、光線進行方向変更手段80を配置したが、場合によっては、これらの焦点面からずれた位置に光線進行方向変更手段80を配置してもよい。また、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。 Furthermore, in Example 8, the light ray traveling direction changing means 80 is disposed on the rear focal plane of the second lens L 3 and on the front focal plane of the third lens L 2. The light beam traveling direction changing means 80 may be disposed at a position shifted from these focal planes. 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.

更には、実施例10や実施例11においては、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第1のレンズL1)の前側焦点面に光変調手段(2次元画像形成装置)30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、フーリエ変換像形成手段40を構成するレンズ(第1のレンズL1)の前側焦点面からずれた位置に光変調手段(2次元画像形成装置)30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空間フィルタSF(フーリエ変換像選択手段50)を配置してもよい。また、第1のレンズL1、第2のレンズL2、第3のレンズL3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。 Further, in the tenth and eleventh embodiments, the light modulating means (two-dimensional image forming apparatus) 30 and the diffracted light are arranged on the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming means 40. Although the generation unit is arranged and the Fourier transform image selection unit is arranged on the rear focal plane, in some cases, the resulting stereoscopic image is deteriorated, but such deterioration is allowed. If so, the light modulating means (two-dimensional image forming apparatus) 30 and the diffracted light generating means are arranged at a position shifted from the front focal plane of the lens (first lens L 1 ) constituting the Fourier transform image forming means 40. Alternatively, the spatial filter SF (Fourier transform image selection means 50) may be arranged at a position shifted from the rear focal plane. 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1Aを例にとり説明すると、図48の(A)に示すように、照明光学系20と光変調手段(2次元画像形成装置)30との間に、あるいは又、実施例10における3次元像表示装置1Eを例にとり説明すると、コリメータレンズ12と光変調手段(2次元画像形成装置)30との間に、波長選択を行う狭帯域フィルタ71を配置することが好ましく、これによって、波長帯域を分別、選択し、単色光を抽出することができる。   In the embodiment, 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 may extend to a plurality of bands. However, in this case, for example, the three-dimensional image display apparatus 1A in the first embodiment will be described as an example. As shown in FIG. 48A, the illumination optical system 20 and the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) ) 30, or alternatively, taking the 3D image display device 1 </ b> E in Example 10 as an example, wavelength selection is performed between the collimator lens 12 and the light modulation means (2D image forming device) 30. It is preferable to arrange the narrow band filter 71, whereby the wavelength band can be sorted and selected, and the 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48の(B)に示すように、照明光学系20と光変調手段(2次元画像形成装置)30との間に、あるいは又、コリメータレンズ12と光変調手段(2次元画像形成装置)30との間に、ダイクロイックプリズム72及び波長選択を行う狭帯域フィルタ71Gを配置することが好ましい。具体的には、ダイクロイックプリズム72は、例えば赤色光、青色光を別々の方向に反射すると共に、緑色光を含む光線を透過する。ダイクロイックプリズム72における緑色光を含む光線の出射側に、緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ71Gが配置されている。   Alternatively, the wavelength band of the light source 10 may extend over a wide band. However, in this case, as shown in FIG. 48B, between the illumination optical system 20 and the light modulation means (two-dimensional image forming apparatus) 30, or alternatively, the collimator lens 12 and the light modulation means ( It is preferable to arrange a dichroic prism 72 and a narrow band filter 71G for wavelength selection between the two-dimensional image forming apparatus) 30. 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49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。尚、ダイクロイックプリズムの代わりに、ダイクロイックミラーを用いることもできる。あるいは又、光源を、赤色発光素子、緑色発光素子、及び、青色発光素子から構成し、これらの赤色発光素子、緑色発光素子、及び、青色発光素子を、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。尚、以上に説明したこれらの3次元像表示装置の変形例は他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。   As shown in FIG. 49, 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 light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element, and the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element are sequentially brought into a light emitting state, thereby producing a color. Display can also be performed. Needless to say, the above-described modifications of the three-dimensional image display device can be applied to other embodiments.

1A,1B,1C,,1D,1E・・・3次元像表示装置、10,101,102,103,104,105・・・光源、11A,11B,11C・・・発光素子、12・・・コリメータレンズ、20,201,202,203,204,205・・・照明光学系、211,212,213,241,242,243,244,245・・・レンズ、221,222,224・・・円形開口板、222・・・拡散板、231,233,234・・・アパーチャ、30,130・・・光変調手段(2次元画像形成装置)、31・・・画素、32・・・画像制限・生成手段、33・・・散乱回折制限開口部、34・・・開口領域、35・・・光学装置、36・・・光学素子、37・・・仮想の開口領域、40・・・フーリエ変換像形成手段、50・・・フーリエ変換像選択手段、51・・・開口部、52・・・開口部中心位置、60・・・共役像形成手段、70・・・ビームスプリッタ、71,71R,71G,71B・・・狭帯域フィルタ、72・・・ダイクロイックプリズム、80・・・光線進行方向変更手段、81・・・ビームスプリッタ、82・・・結像手段、90,92・・・半透過型鏡、91・・・遮蔽部材、93・・・レンズ、94・・・鏡、95・・・検出手段、131・・・走査用レンズ系、132・・・格子フィルタ、133・・・異方性拡散フィルタ、201・・・回折格子−光変調装置、203・・・レンズ、204・・・空間フィルタ、205・・・スキャンミラー、210・・・回折格子−光変調素子、211・・・支持体、212・・・下部電極、214,215,217,218・・・支持部、221・・・固定電極、222・・・可動電極、L1・・・第1のレンズ、L2・・・第2のレンズ、L3・・・第3のレンズ、L4・・・第4のレンズ、L5・・・第5のレンズ、SF・・・空間フィルタ、OSF・・・オーバーサンプリングフィルタ、RI・・・実像(逆フーリエ変換像)、CI・・・フーリエ変換像の共役像 1A, 1B, 1C, 1D, 1E... 3D image display device, 10, 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 , 10 5 ... Light source, 11 A , 11 B , 11 C. -Light emitting element, 12 ... collimator lens, 20, 20 1 , 20 2 , 20 3 , 20 4 , 20 5 ... illumination optical system, 21 1 , 21 2 , 21 3 , 24 1 , 24 2 , 24 3 , 24 4 , 24 5 ... Lens, 22 1 , 22 2 , 22 4 ... Circular aperture plate, 22 2 ... Diffuser plate, 23 1 , 23 3 , 23 4 . 130: Light modulation means (two-dimensional image forming apparatus), 31 ... Pixel, 32 ... Image limiting / generating means, 33 ... Scattering diffraction limiting aperture, 34 ... Opening area, 35 ..Optical device 36... Optical element 37... Virtual aperture region 40 .Fourier transform image forming means 50. Fourier transform image selection means, 51... Opening, 52... Center position of opening, 60... Conjugate image forming means, 70 ... beam splitter, 71, 71R, 71G, 71B. Filter, 72 ... Dichroic prism, 80 ... Ray traveling direction changing means, 81 ... Beam splitter, 82 ... Imaging means, 90, 92 ... Semi-transmissive mirror, 91 ... Shielding Member 93... Lens 94 94 mirror 95 detecting means 131 scanning lens system 132 lattice filter 133 anisotropic diffusion filter 201. Diffraction grating-light modulation device, 203 ... lens, 204 ... spatial filter, 205 ... scan mirror, 210 ... diffraction grating-light modulation element, 211 ... support, 212 ... Lower electrode, 214, 2 15,217,218 ... support portion, 221 ... fixed electrode, 222 ... movable electrode, L 1 ... the first lens, L 2 ... second lens, L 3 ... the third lens, L 4 · · · fourth lens, L 5 · · · fifth lens, SF · · · spatial filter, OSF · · · oversampling filter, RI · · · real image (inverse Fourier transform image ), CI: conjugate image of Fourier transform image

Claims (16)

光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)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出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された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、
(C)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出射するオーバーサンプリングフィルタ、
(D)オーバーサンプリングフィルタから出射された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、
(E)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、
(F)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、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source and an optical system,
The optical system is
(A) It has a plurality of pixels, the light from the light source is modulated by each pixel to generate a two-dimensional image, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image corresponds to the plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(B) 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 a plurality of diffraction orders generated from the pixels, An image limiting / generating unit that selects only a predetermined Fourier transform image, and further performs 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,
(C) an oversampling filter having a plurality of aperture regions 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 regions;
(D) Fourier transform image formation in which the spatial frequency in the conjugate image of the two-dimensional image emitted from the oversampling filter is Fourier transformed to generate a number of Fourier transform images corresponding to a plurality of diffraction orders generated from the aperture regions. means,
(E) 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
(F) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第2のレンズ、
(E)第2のレンズの後側焦点面に配置され、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POSF×QOSF個(但し、POSF及びQOSFは任意の正の整数)の開口領域を有し、第2のレンズによって生成された2次元画像の共役像に基づき、開口領域毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ、
(F)その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されている第3のレンズ、
(G)第3のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(H)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第4のレンズ、並びに、
(I)第4のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第5のレンズ、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source and an optical system,
The optical system is
(A) It has openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and generates a two-dimensional image by controlling the passage, reflection, or diffraction of light from the light source 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;
(B) a first lens in which a two-dimensional image forming apparatus is disposed on the front focal plane;
(C) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed on the rear focal plane of the first lens and allows only diffracted light of a predetermined diffraction order to pass;
(D) a second lens in which a scattering diffraction limiting aperture is disposed on the front focal plane;
(E) P OSF × Q OSF arranged on the rear focal plane of the second lens and arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions (where P OSF and Q OSF are arbitrary positive numbers) Of M) from the m-th order to the m′-th order along the X direction based on the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens. (Where m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the nth order to the n′th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N Is a positive integer), a sum, an oversampling filter that generates M × N sets of diffracted light,
(F) a third lens having an oversampling filter disposed on its front focal plane;
(G) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the third lens and has a total of M × N opening / closing controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(H) a fourth lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(I) a fifth lens whose front focal point is located at the rear focal point of the fourth lens;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)1次元画像を生成する1次元空間光変調器;1次元空間光変調器によって生成された1次元画像を2次元的に展開して2次元画像を生成する走査光学系;及び、2次元画像の生成面に配置され、画素毎に、複数の回折次数の回折光を生成する回折光生成手段から成る2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に回折光生成手段が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第2のレンズ、
(E)第2のレンズの後側焦点面に配置され、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POSF×QOSF個(但し、POSF及びQOSFは任意の正の整数)の開口領域を有し、第2のレンズによって生成された2次元画像の共役像に基づき、開口領域毎に、X方向に沿って第m次から第m’次までのM組の(但し、m及びm’は整数であり、Mは正の整数)、Y方向に沿って第n次から第n’次までのN組の(但し、n及びn’は整数であり、Nは正の整数)の、合計、M×N組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ、
(F)その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されている第3のレンズ、
(G)第3のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(H)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第4のレンズ、並びに、
(I)第4のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第5のレンズ、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source and an optical system,
The optical system is
(A) a one-dimensional spatial light modulator that generates a one-dimensional image; a scanning optical system that generates a two-dimensional image by two-dimensionally developing the one-dimensional image generated by the one-dimensional spatial light modulator; A two-dimensional image forming apparatus comprising a diffracted light generating means that is arranged on a generation surface of a dimensional image and generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each pixel;
(B) a first lens in which diffracted light generating means is disposed on the front focal plane;
(C) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed on the rear focal plane of the first lens and allows only diffracted light of a predetermined diffraction order to pass;
(D) a second lens in which a scattering diffraction limiting aperture is disposed on the front focal plane;
(E) P OSF × Q OSF arranged on the rear focal plane of the second lens and arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions (where P OSF and Q OSF are arbitrary positive numbers) Of M) from the m-th order to the m′-th order along the X direction based on the conjugate image of the two-dimensional image generated by the second lens. (Where m and m ′ are integers, M is a positive integer), and N sets from the nth order to the n′th order along the Y direction (where n and n ′ are integers, N Is a positive integer), a sum, an oversampling filter that generates M × N sets of diffracted light,
(F) a third lens having an oversampling filter disposed on its front focal plane;
(G) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the third lens and has a total of M × N opening / closing controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(H) a fourth lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(I) a fifth lens whose front focal point is located at the rear focal point of the fourth lens;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)複数の画素を有し、光源からの光に基づき2次元画像を生成する2次元画像形成装置、
(B)入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が2次元マトリクス状に配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、入射した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光学装置、
(C)光学装置から出射された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、
(D)前記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、
(E)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、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source and an optical system,
The optical system is
(A) a two-dimensional image forming apparatus having a plurality of pixels and generating a two-dimensional image based on light from a light source;
(B) An optical element having an optical power for refracting incident light and condensing it at approximately one point is arranged in a two-dimensional matrix, and has a function as a phase grating that modulates the phase of transmitted light; An optical device that emits spatial frequencies in an incident two-dimensional image along diffraction angles corresponding to a plurality of diffraction orders;
(C) Fourier transform image forming means for generating a Fourier transform image having a number corresponding to the plurality of diffraction orders by Fourier transforming a spatial frequency in a two-dimensional image emitted from the optical device;
(D) 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 the plurality of diffraction orders, and
(E) conjugate image forming means for forming a conjugate image of the Fourier transform image selected by the Fourier transform image selection means;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)複数の画素を有し、光源からの光に基づき2次元画像を生成する2次元画像形成装置、
(B)入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が、X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状にPOD×QOD個(但し、POD及びQODは任意の正の整数)配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、入射した2次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する光学装置、
(C)その前側焦点面に光学装置を構成する光学素子の焦点が位置している第1のレンズ、
(D)第1のレンズの後側焦点面に配置され、X方向に沿ってM個、Y方向に沿ってN個の、合計、M×N個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
(E)その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第2のレンズ、並びに、
(F)第2のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第3のレンズ、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source and an optical system,
The optical system is
(A) a two-dimensional image forming apparatus having a plurality of pixels and generating a two-dimensional image based on light from a light source;
(B) P OD × Q OD optical elements having an optical power that refracts incident light and collects it at approximately one point in a two-dimensional matrix along the X and Y directions (however, P OD and Q OD is an arbitrary positive integer) and has a function as a phase grating that modulates the phase of transmitted light. The spatial frequency in an incident two-dimensional image is changed to a diffraction angle corresponding to a plurality of diffraction orders. An optical device that emits along,
(C) a first lens in which the focal point of the optical element constituting the optical device is located on the front focal plane;
(D) A spatial filter that is arranged on the rear focal plane of the first lens and has a total of M × N open / close controllable openings, M in the X direction and N in the Y direction. ,
(E) a second lens having a spatial filter disposed on its front focal plane, and
(F) a third lens whose front focal point is located at the rear focal point of the second lens;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)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出射する光変調手段、
(B)光変調手段から出射された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、
(C)画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
(D)光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる結像手段、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source and an optical system,
The optical system is
(A) It has a plurality of pixels, the light from the light source is modulated by each pixel to generate a two-dimensional image, and the spatial frequency in the generated two-dimensional image corresponds to the plurality of diffraction orders generated from each pixel Light modulating means for emitting along the diffraction angle,
(B) 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 a plurality of diffraction orders generated from the pixels, An image limiting / generating unit that selects only a predetermined Fourier transform image, and further performs 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,
(C) a light beam traveling direction changing unit that changes a traveling direction of a light beam emitted from the image limiting / generating unit, and
(D) Imaging means for forming an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで2次元画像を生成し、且つ、該2次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する2次元画像形成装置、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(C)第1のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
(D)その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第2のレンズ、
(E)第2のレンズの後方に配置され、第2のレンズから出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
(F)光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第3のレンズ、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source and an optical system,
The optical system is
(A) It has openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and generates a two-dimensional image by controlling the passage, reflection, or diffraction of light from the light source 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;
(B) a first lens in which a two-dimensional image forming apparatus is disposed on the front focal plane;
(C) a scattering diffraction limiting aperture that is disposed on the rear focal plane of the first lens and allows only diffracted light of a predetermined diffraction order to pass;
(D) a second lens in which a scattering diffraction limiting aperture is disposed on the front focal plane;
(E) a light ray traveling direction changing unit that is arranged behind the second lens and changes the traveling direction of the light emitted from the second lens; and
(F) a third lens that forms an image of the light beam emitted from the light beam traveling direction changing means;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)複数の画素を有し、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出射する光変調手段、並びに、
(B)光変調手段から出射された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、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
から成る3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source that emits light from a plurality of light emission positions arranged discretely, and an optical system,
The optical system is
(A) A plurality of pixels, which are sequentially emitted from different light emission positions of the light source, modulate light with different incident directions by each pixel to generate a two-dimensional image, and a spatial frequency in the generated two-dimensional image A light modulating means for emitting light along a diffraction angle corresponding to a plurality of diffraction orders generated from each pixel, and
(B) A Fourier transform image in which the spatial frequency in the two-dimensional image emitted from the light modulation means is Fourier transformed to generate a Fourier transform image of a number corresponding to the plurality of diffraction orders, and the Fourier transform image is formed. Forming means,
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、及び、光学系を備え、
該光学系は、
(A)X方向及びY方向に沿って2次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源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、
(B)その前側焦点面に2次元画像形成装置が配置されている第1のレンズ、
(C)第1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2のレンズ、並びに、
(D)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3次元像表示装置であって、
更に、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡、
を備えている3次元像表示装置。
A light source that emits light from a plurality of light emission positions arranged discretely, and an optical system,
The optical system is
(A) It has openings arranged in a two-dimensional matrix along the X and Y directions, and is sequentially emitted from different light emission positions of the light source, and controls the passage or reflection of light having different incident directions for each opening. A two-dimensional image forming apparatus that generates a two-dimensional image and generates diffracted light of a plurality of diffraction orders for each aperture based on the two-dimensional image,
(B) a first lens in which a two-dimensional image forming apparatus is disposed on the front focal plane;
(C) a second lens whose front focal plane is located on the rear focal plane of the first lens; and
(D) a third lens whose front focal plane is located on the rear focal plane of the second lens;
A three-dimensional image display device comprising:
Furthermore, a transflective mirror that changes the traveling direction of the light beam emitted from the optical system,
A three-dimensional image display device.
半透過型鏡によって進行方向が変更された光線の経路の延長上には、光源及び光学系が存在しない請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to any one of claims 1 to 9, wherein a light source and an optical system are not present on an extension of a path of a light beam whose traveling direction is changed by a transflective mirror. 半透過型鏡によって進行方向が変更された光線の経路の延長上には、光源の像が存在しない請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to any one of claims 1 to 9, wherein an image of a light source does not exist on an extension of a path of a light beam whose traveling direction is changed by a semi-transmissive mirror. 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の3次元像表示装置において、光学系から出射された光線の進行方向を変更する半透過型鏡を備える代わりに、光学系から出射された光線の進行方向を変更し、且つ、光学系から出射された光線の観察地点における集光状態を制御する光線制御手段を備えている3次元像表示装置。   10. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the three-dimensional image display device emits light from the optical system instead of including a transflective mirror that changes a traveling direction of light emitted from the optical system. A three-dimensional image display device comprising a light beam control means for changing a traveling direction of a light beam and controlling a light collecting state at an observation point of the light beam emitted from the optical system. 光線制御手段は凹面鏡から成る請求項12に記載の3次元像表示装置。   The three-dimensional image display device according to claim 12, wherein the light beam control means comprises a concave mirror. 光線制御手段は、光学系から出射された光線が入射するレンズ、及び、該レンズから出射された光線が入射する鏡から成る請求項12に記載の3次元像表示装置。   13. The three-dimensional image display device according to claim 12, wherein the light beam control means includes a lens on which a light beam emitted from the optical system is incident, and a mirror on which the light beam emitted from the lens is incident. 光線制御手段は、鏡から成り、
光線制御手段は、更に、観察地点を検出するための検出手段を備えており、
検出手段の観察地点検出結果に基づき、鏡の位置を制御する請求項12に記載の3次元像表示装置。
The light beam control means consists of a mirror,
The light beam control means further includes a detection means for detecting an observation point,
The three-dimensional image display device according to claim 12, wherein the position of the mirror is controlled based on the observation point detection result of the detection means.
光線制御手段は、光学系から出射された光線が入射するレンズ、及び、該レンズから出射された光線が入射する鏡から成り、
光線制御手段は、更に、観察地点を検出するための検出手段を備えており、
検出手段の観察地点検出結果に基づき、レンズの集光状態を制御する請求項12に記載の3次元像表示装置。
The light beam control means is composed of a lens on which the light beam emitted from the optical system is incident, and a mirror on which the light beam emitted from the lens is incident,
The light beam control means further includes a detection means for detecting an observation point,
The three-dimensional image display device according to claim 12, wherein the condensing state of the lens is controlled based on an observation point detection result of the detection means.
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