JP4153242B2 - 画像表示装置、画像表示システムおよび画像表示方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元画像表示および二次元画像表示を選択的に行うことができる画像表示装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
三次元画像を表示する画像表示装置としてホログラフィ技術を利用したものが知られている。この画像表示装置は、再生すべき物体像の三次元画像情報が記録されたホログラムに対してコヒーレントな照明光を入射させ、この照明光をホログラムにより回折させることで再生光を発生させ、この再生光により三次元物体像を立体的に再生することができるものである。このような画像表示装置ではホログラムを記録する素子として写真乾板または空間光変調素子が用いられる。写真乾板と比較して、空間光変調素子は、解像度の点で劣るものの、ホログラムを高速に書き換えることができる点で優れており、例えば、三次元の動画を表示することが可能である。
【０００３】
空間光変調素子として、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調型のものや、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調型のものが知られている。また、空間光変調素子として、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有するものも知られている（例えば特開２００１−１９４６２６号公報を参照）。
【０００４】
一方、二次元画像を表示する画像表示装置としてブラウン管や液晶表示素子を利用したものが知られている。この画像表示装置は、ブラウン管または液晶表示素子の表示面に二次元画像の強度情報を表示し、その表示面から散乱光を出射する。この散乱光が到達する広範囲において二次元画像を観察することができる。
【０００５】
また、任意の平面上に二次元画像を表示することができる画像表示装置として特開平９−１６６９５５号公報に開示されたものが知られている。この公報に開示された画像表示装置は、表示すべき二次元画像の情報に距離情報を加えて三次元画像情報とし、この三次元画像情報に基づいて三次元空間内の特定平面上に二次元画像を表示するものである。この表示の原理は上記の三次元画像の表示の原理と同様であるが、表示される像は平面上の二次元画像であり、その表示位置は距離情報に応じたものである。また、この画像表示装置では、二次元画像の情報に付加する距離情報を変更することで、三次元空間内において二次元画像を表示する平面を変更することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の特開平９−１６６９５５号公報に開示された画像表示装置は、三次元空間内の特定平面上に二次元画像を表示する際に、上記の三次元画像の表示の原理と同様の原理を用いていることから、三次元画像の表示も可能であり、三次元画像表示および二次元画像表示を切り替えて選択的に行うことも可能である。
【０００７】
しかし、この公報に開示された画像表示装置は、表示すべき二次元画像の情報に距離情報を加えて三次元画像情報を計算する三次元画像情報計算部を有する必要があることから、大型で高価である。また、この画像表示装置は、上記計算の際に時間を要することから、二次元の動画を表示する際のフレームレートが小さくならざるを得ず、二次元の動画の表示品質が悪い。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、三次元画像表示および二次元画像表示を切り替えて選択的に行うことが可能であって、高品質の動画表示が可能である小型で安価な画像表示装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有し、振幅変調部および位相変調部それぞれにおける光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えるとともに位相変調部により位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱位相情報を出力する光散乱位相情報格納部と、(4) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、光散乱位相情報格納部に格納されている光散乱位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系を更に備えるのが好適である。
【００１０】
第１の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有し、振幅変調部および位相変調部それぞれにおける光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えるとともに位相変調部により位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させるのが好適である。
【００１１】
この第１の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されるとともに、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されるとともに、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調が位相変調部に設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、二次元画像が表示される。
【００１２】
第２の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 非散乱照明光および散乱照明光の何れかを出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、非散乱照明光を照明部より出射させるとともに、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、散乱照明光を照明部より出射させるとともに、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系と、拡大光学系の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるマスクと、を更に備えるのが好適である。
【００１３】
第２の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に非散乱照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に散乱照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるのが好適である。
【００１４】
この第２の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に非散乱照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に散乱照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。
【００１５】
第３の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 二次元画像情報を入力し、振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報を出力する光散乱情報付加部と、(4) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、光散乱情報付加部により散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加し、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。
【００１７】
この第３の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部に設定するための光散乱情報が二次元画像情報に付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、二次元画像が表示される。
【００１８】
第４の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部を有し、位相変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して位相変調部により位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 二次元画像情報を入力し、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報を出力する光散乱情報付加部と、(4) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、光散乱情報付加部により散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定することを特徴とする。
【００１９】
第４の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部を有し、位相変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して位相変調部により位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加し、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。
【００２０】
この第４の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱情報が二次元画像情報に付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、二次元画像が表示される。
【００２１】
第５の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 空間光変調素子より出射された光の像を拡大する拡大光学系と、(4) 拡大光学系の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるマスクと、(5) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、三次元画像表示を行う際には三次元画像情報に基づいて変調部における変調を設定し、二次元画像表示を行う際には二次元画像情報に基づいて変調部における変調を設定し、空間光変調素子が、二次元画像表示を行う際に、変調部の二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されることを特徴とする。
【００２２】
第５の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に基づいて変調部における変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させ、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させ、(3) 二次元画像表示を行う際には、変調部の二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させ、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し二次元画像を通過させることを特徴とする。
【００２３】
この第５の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に基づいて変調部における変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射し、空間光変調素子より出射された光の像が拡大光学系により拡大結像され、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光が遮断され三次元画像が通過することにより、三次元画像が観察される。一方、二次元画像表示を行う際には、変調部の二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射し、空間光変調素子より出射された光の像が拡大光学系により拡大結像され、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光が遮断され二次元画像が通過することにより、二次元画像が観察される。
【００２４】
第２または第５の発明に係る画像表示装置または方法では、空間光変調素子は、複数の画素の二次元配列領域が所定の直線を挟んで第１領域と第２領域とを含み、三次元画像を表示する際に、第１領域を透過した光により三次元画像のうち照明光の出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像のうち照明光の入射側の部分を表示するのが好適である。この場合には、三次元画像が空間光変調素子を跨って表示されるときに、空間光変調素子の第１領域を透過した光により三次元画像のうち照明光出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像のうち照明光入射側の部分を表示することで、共役像および０次光を遮断して、拡大された三次元画像を観察することができる。
【００２５】
本発明に係る画像表示システムは、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う上記の何れかの画像表示装置と、三次元画像を格納する三次元画像情報格納部と、二次元画像を格納する二次元画像情報格納部と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る画像表示システム１および画像表示装置１０のブロック図である。この図に示される画像表示システム１は、画像表示装置１０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置１０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部１１、空間光変調素子１２、表示切替部１３および光散乱位相情報格納部１４を備える。
【００２８】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置１０が表示すべき三次元画像の情報（振幅情報Ａ３および位相情報Ｐ３を含む）を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置１０に供給する。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置１０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置１０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置１０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置１０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置１０に供給してもよい。
【００２９】
画像表示装置１０に含まれる照明部１１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子１２は振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐを有する。振幅変調部１２ａは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射するものである。位相変調部１２ｐは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射するものである。振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐそれぞれにおける光の変調は、表示切替部１３により設定可能である。この空間光変調素子１２は、照明部１１より出射された照明光Ｌに対して振幅変調部１２ａにより振幅変調を与えるとともに位相変調部１２ｐにより位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する。振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐは、何れが照明光Ｌ入射側に配置されていてもよいが、互いに密着して配置されているのが好ましい。また、振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐそれぞれは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【００３０】
光散乱位相情報格納部１４は、位相変調部１２ｐに入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部１２ｐに設定するための光散乱位相情報Ｐ２を格納するものである。光散乱位相情報Ｐ２とは、位相変調部１２ｐが均一光散乱性能を奏することができる位相パターンであり、例えば、ランダム位相パターンなどである。
【００３１】
表示切替部１３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部１３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調を設定するとともに、その三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部１３は、二次元画像情報格納部９２から供給された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調を設定するとともに、光散乱位相情報格納部１４に格納されている光散乱位相情報Ｐ２に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調を設定する。
【００３２】
次に、図１に示される本実施形態に係る画像表示システム１および画像表示装置１０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【００３３】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部１３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調が設定されるとともに、この三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調が設定される。すなわち、振幅変調部１２ａに振幅ホログラムが呈示され、位相変調部１２ｐに位相ホログラムが呈示される。そして、照明部１１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子１２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて、振幅変調部１２ａにより振幅変調されるとともに、位相変調部１２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子１２より出射する。この空間光変調素子１２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【００３４】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部１３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調が設定される。また、光散乱位相情報格納部１４から表示切替部１３に光散乱位相情報Ｐ２が供給され、この光散乱位相情報Ｐ２に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調が設定される。そして、照明部１１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子１２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて、振幅変調部１２ａにより振幅変調されるとともに、位相変調部１２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子１２より出射する。このとき、光散乱位相情報Ｐ２に基づいて位相変調が設定されている位相変調部１２ｐからは散乱光が出射する。したがって、この空間光変調素子１２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００３５】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子１２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子１２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム１、画像表示装置１０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【００３７】
次に、本実施形態に係る画像表示装置１０の光学系について図２〜図６を用いて具体的に説明する。図２および図３それぞれは、照明部１１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子１２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系を示す。また、図５および図６それぞれは、照明部１１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子１２に対して垂直入射するインライン型光学系を示す。
【００３８】
図２は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して斜め入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。本実施形態では、空間光変調素子１２に入射した照明光Ｌは振幅および位相の双方が画素毎に変調されるので、共役像および０次光が発生せず、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られる。したがって、三次元画像Ｇ３の視域θが広い。なお、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００３９】
図３は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して斜め入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される。図４は、空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の説明図である。本実施形態では、位相変調部１２ｐにより光が散乱されるので、空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。なお、照明光Ｌが指向性を有することから、位相変調部１２ｐにより照明光Ｌが散乱されない場合には、空間光変調素子１２から出射された光も指向性を有し、それ故、二次元画像Ｇ２の全体を観察することができない。しかし、本実施形態では、空間光変調素子１２から出射された光が散乱されるので、広い視域θで二次元画像Ｇ２の全体を観察することができる。
【００４０】
図５は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。本実施形態では、空間光変調素子１２に入射した照明光Ｌは振幅および位相の双方が画素毎に変調されるので、共役像および０次光が発生せず、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られる。したがって、三次元画像Ｇ３の視域θが広い。なお、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００４１】
図６は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される（図４）。本実施形態では、位相変調部１２ｐにより光が散乱されるので、空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。なお、照明光Ｌが指向性を有することから、位相変調部１２ｐにより照明光Ｌが散乱されない場合には、空間光変調素子１２から出射された光も指向性を有し、それ故、二次元画像Ｇ２の全体を観察することができない。しかし、本実施形態では、空間光変調素子１２から出射された光が散乱されるので、広い視域θで二次元画像Ｇ２の全体を観察することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る画像表示システム２および画像表示装置２０のブロック図である。この図に示される画像表示システム２は、画像表示装置２０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置２０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部１１、空間光変調素子１２、表示切替部１３、光散乱位相情報格納部１４およびレンズ１５を備える。
【００４３】
第２実施形態における照明部１１、空間光変調素子１２、表示切替部１３、光散乱位相情報格納部１４、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、第１実施形態のものと同様のものである。第１実施形態に係る画像表示装置１（図１）と比較して、第２実施形態に係る画像表示装置２は、空間光変調素子１２より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系としてレンズ１５を更に備える点で相違し、また、空間光変調素子１２の解像度が低くてもよい点でも相違している。
【００４４】
図７に示される本実施形態に係る画像表示システム２および画像表示装置２０の動作ならびに画像表示方法は、第１実施形態のものと略同様であるが、加えて、以下のような動作をする。すなわち、三次元画像表示の際には、空間光変調素子１２より出射された光による三次元画像Ｇ３は、レンズ１５により拡大されて結像され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。同様に、二次元画像表示の際には、空間光変調素子１２より出射された光による二次元画像Ｇ２は、レンズ１５により拡大されて結像され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム２、画像表示装置２０および画像表示方法も、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。さらに、本実施形態では、拡大された三次元画像Ｇ３ｅおよび拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００４６】
次に、本実施形態に係る画像表示装置２０の光学系について図８〜図１１を用いて具体的に説明する。図８および図１０それぞれは、照明部１１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子１２に対して垂直入射するインライン型光学系を示す。
【００４７】
図８は、第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。本実施形態では、空間光変調素子１２に入射した照明光Ｌは振幅および位相の双方が画素毎に変調されるので、共役像および０次光が発生せず、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られる。なお、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００４８】
さらに、この三次元画像Ｇ３がレンズ１５により拡大され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。この拡大はレンズの結像公式「１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ」なる式より求められる。ここで、ｆは、レンズ１５の焦点距離であり、ａは、空間光変調素子１２とレンズ１５との間の距離であり、ｂは、レンズ１５により空間光変調素子１２が拡大された空間光変調素子１２ｅとレンズ１５との間の距離である。三次元画像Ｇ３と拡大された三次元画像Ｇ３ｅとは、レンズの結像公式を満たしている。この拡大された三次元画像Ｇ３ｅは、レンズ１５の焦点面上の視域Ｒ0において良好に観察される。
【００４９】
レンズ１５は、三次元画像Ｇ３を拡大結像するだけでなく、光学的フーリエ変換をも行う。拡大された三次元画像Ｇ３ｅは、レンズ１５の焦点面（すなわちフーリエ変換面）上で観察される。空間光変調素子１２の画素ピッチをｐとし、照明光Ｌの波長をλとし、レンズ１５の焦点距離をｆとすると、レンズ１５の焦点面における視域の一辺の長さはλｆ／ｐで表される。視域Ｒ0は、このような一辺の長さを有している。したがって、画素ピッチｐや焦点距離をｆを適宜選択することで、視域Ｒ0の大きさを任意に設定することが可能であり、例えば、視域Ｒ0の大きさを瞳の径の程度や両目の間隔以上とすることができる。
【００５０】
また、レンズ１５の光学的フーリエ変換作用により、レンズ１５の焦点面（フーリエ変換面）において視域Ｒ0を折り返した領域Ｒ1〜Ｒ8等（図９参照）でも、拡大された三次元画像Ｇ３ｅが観察される。図９は、レンズ１５の焦点面における視域Ｒ0などの説明図である。もし、観察者の両目それぞれが互いに異なる領域に置かれると、その観察者の両目それぞれが互いに異なる像を観察することになり、好ましくない。そこで、フーリエ変換面に視域Ｒ0のみに開口を有するマスクを設けて、視域を制限するのが好適である。
【００５１】
図１０は、第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される（図４）。さらに、この二次元画像Ｇ２がレンズ１５により拡大され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。この図に示されるように、空間光変調素子１２に含まれる振幅変調部１２ａが拡大結像された振幅変調部像１２ａｅがレンズ１５により得られ、また、位相変調部１２ｐが拡大結像された位相変調部像１２ｐｅがレンズ１５により得られる。図１１は、レンズ１５により得られた拡大された二次元画像Ｇ２ｅの説明図である。この図に示されるように、拡大された二次元画像Ｇ２ｅは振幅変調部像１２ａｅ上に表示される。この拡大された二次元画像Ｇ２ｅは、レンズ１５の焦点面上の視域Ｒ0において良好に観察される。この拡大もレンズの結像公式に従う。レンズの結像公式により自然なピントが得られる距離（例えば４０ｃｍ〜２００ｃｍ程度）に拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られるように、空間光変調素子１２とレンズ１５との相対的位置関係が設定される。
【００５２】
なお、位相変調部１２ｐにより照明光Ｌが散乱されない場合には、視域Ｒ0内に置いた瞳を通過する光のみにより二次元画像Ｇ２ｅを観察することになり、この瞳が視域Ｒ0内の特定の空間周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタとして作用して、それ故、二次元画像Ｇ２ｅを完全な状態で観察することができず、視域Ｒ0内に置く瞳の位置によって観察する二次元画像Ｇ２ｅが異なる。しかし、本実施形態では、空間光変調素子１２から出射された光が散乱されるので、このような問題は生じない。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、第３実施形態に係る画像表示システム３および画像表示装置３０のブロック図である。この図に示される画像表示システム３は、画像表示装置３０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置３０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部３１、空間光変調素子３２および表示切替部３３を備える。
【００５４】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置３０が表示すべき三次元画像の情報を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置３０に供給する。この三次元画像情報は、少なくとも振幅情報Ａ３を含み、更に位相情報Ｐ３をも含んでいてもよい。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置３０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置３０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置３０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置３０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置３０に供給してもよい。
【００５５】
画像表示装置３０に含まれる照明部３１は、平面波および球面波などの指向性を有するコヒーレントな非散乱照明光と、指向性を有しない散乱照明光との、何れかを選択して出射する。このように非散乱照明光および散乱照明光の何れかを選択的に出射する照明部３１は、電圧印加により透過光の散乱状態を変化させることができる光散乱型液晶素子や、散乱光源を空間光変調素子３２上に結像させる光学系を使用することにより、実現され得る。
【００５６】
空間光変調素子３２は、振幅変調部３２ａを有しており、位相変調部（第１実施形態における位相変調部１２ｐと同様のもの）を更に有しているのも好適である。振幅変調部３２ａは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射するものである。振幅変調部３２ａにおける光の変調は、表示切替部３３により設定可能である。この空間光変調素子３２は、照明部３１より出射された照明光Ｌに対して振幅変調部３２ａにより振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する。また、振幅変調部３２ａは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【００５７】
表示切替部３３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部３３は、照明部３１が非散乱照明光を出射するよう指示するとともに、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部３３は、照明部３１が散乱照明光を出射するよう指示するとともに、二次元画像情報格納部９２から供給された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調を設定する。
【００５８】
次に、図１２に示される本実施形態に係る画像表示システム３および画像表示装置３０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【００５９】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部３３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調が設定される。すなわち、振幅変調部３２ａに振幅ホログラムが呈示される。そして、照明部３１から出射された指向性を有する非散乱照明光Ｌは、空間光変調素子３２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部３２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子３２より出射する。この空間光変調素子３２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【００６０】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部３３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調が設定される。そして、照明部３１から出射された散乱照明光Ｌは、空間光変調素子３２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部３２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子３２より出射する。この空間光変調素子３２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００６１】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子３２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子３２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子３２が振幅変調部３２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部における位相変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定される。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム３、画像表示装置３０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【００６３】
次に、本実施形態に係る画像表示装置３０の光学系について図１３〜図１５を用いて具体的に説明する。図１３〜図１５それぞれは、照明部３１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子３２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系を示す。
【００６４】
図１３は、第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、照明部３１から出射された指向性を有する非散乱平面波照明光Ｌは空間光変調素子３２に対して斜め入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。空間光変調素子３２に入射した照明光Ｌの振幅のみが画素毎に変調される場合、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られるだけでなく、共役像および０次光も発生する。理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）は視域θ1で観察可能であり、共役像は視域θ2で観察可能であり、０次光は視域θ0で観察可能である。したがって、視域θ1から視域θ2および視域θ0を除いた視域θにおいて理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）のみが観察可能である。なお、空間光変調素子３２が振幅変調部３２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、共役像および０次光が発生しないので、視域θ1において理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が観察可能である。また、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００６５】
図１４は、第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示される光学系では、光源部３１は光散乱型液晶素子３１ａを有している。この光散乱型液晶素子３１ａは、空間光変調素子３２の照明光入射側に設けられていて、表示切替部３３からの指示に基づく電圧印加により透過光の散乱状態を変化させることができるものであり、三次元画像表示の際には非散乱光を出射し、二次元画像表示の際には散乱光を出射することができる。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、光散乱型液晶素子３１ａに対して斜め入射した平面波照明光Ｌは、光散乱型液晶素子３１ａにより散乱されて空間光変調素子１２に入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される（図４）。光散乱型液晶素子３１ａにより光が散乱されるので、空間光変調素子３２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。なお、光散乱型液晶素子３１ａへ入射する照明光Ｌが指向性を有することから、光散乱型液晶素子３１ａにより照明光Ｌが散乱されない場合には、空間光変調素子３２から出射された光も指向性を有し、それ故、０次光の視域θ0において二次元画像Ｇ２の一部分しか瞳に入射せず、二次元画像Ｇ２の全体を観察することができない。しかし、本実施形態では、空間光変調素子３２から出射された光が散乱されるので、広い視域θで二次元画像Ｇ２の全体を観察することができる。
【００６６】
図１５は、第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示される光学系では、光源部３１は、散乱光源３１ｂ、この散乱光源３１ｂを空間光変調素子３２上に結像させるレンズ３１ｃ、および、ハーフミラー３１ｄを有している。ハーフミラー３１ｄは、三次元画像表示の際には指向性を有する非散乱照明光を反射させ、二次元画像表示の際には散乱光源３１ｂからの光を透過させる。二次元画像表示の際には、レンズ３１ｃにより散乱光源３１ｂは空間光変調素子３２上に結像される。これにより二次元画像Ｇ２が表示され（図４）、空間光変調素子３２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。
【００６７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図１６は、第４実施形態に係る画像表示システム４および画像表示装置４０のブロック図である。この図に示される画像表示システム４は、画像表示装置４０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置４０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部３１、空間光変調素子３２、表示切替部３３、レンズ３５およびマスク３６を備える。
【００６８】
第４実施形態における照明部３１、空間光変調素子３２、表示切替部３３、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、第３実施形態のものと同様のものである。第３実施形態に係る画像表示装置３（図１２）と比較して、第４実施形態に係る画像表示装置４は、空間光変調素子３２より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系としてレンズ３５を更に備える点、および、レンズ３５の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるマスク３６を更に備える点で相違し、また、空間光変調素子３２の解像度が低くてもよい点でも相違している。
【００６９】
図１６に示される本実施形態に係る画像表示システム４および画像表示装置４０の動作ならびに画像表示方法は、第３実施形態のものと略同様であるが、加えて、以下のような動作をする。すなわち、三次元画像表示の際には、空間光変調素子３２より出射された光による三次元画像Ｇ３は、レンズ３５により拡大されて結像され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。更に、マスク３６により、共役像および０次光が遮断され、三次元画像Ｇ３ｅが透過するので、三次元画像Ｇ３ｅのみを観察することができる。同様に、二次元画像表示の際には、空間光変調素子３２より出射された光による二次元画像Ｇ２は、レンズ３５により拡大されて結像され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００７０】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム４、画像表示装置４０および画像表示方法も、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。さらに、本実施形態では、拡大された三次元画像Ｇ３ｅおよび拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００７１】
次に、本実施形態に係る画像表示装置４０の光学系について図１７〜図２０を用いて具体的に説明する。図１７〜図２０それぞれは、照明部３１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子３２に対して垂直入射するインライン型光学系を示す。
【００７２】
図１７は、第４実施形態に係る画像表示装置４０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部３１から出射された指向性を有する非散乱平面波照明光Ｌは空間光変調素子３２に対して垂直入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。さらに、この三次元画像Ｇ３がレンズ３５により拡大され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。この拡大はレンズの結像公式「１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ」なる式より求められる。ここで、ｆは、レンズ３５の焦点距離であり、ａは、空間光変調素子３２とレンズ３５との間の距離であり、ｂは、レンズ３５により空間光変調素子３２が拡大された空間光変調素子３２ｅとレンズ３５との間の距離である。三次元画像Ｇ３と拡大された三次元画像Ｇ３ｅとは、レンズの結像公式を満たしている。
【００７３】
レンズ３５は、三次元画像Ｇ３を拡大結像するだけでなく、光学的フーリエ変換をも行う。拡大された三次元画像Ｇ３ｅは、レンズ３５の焦点面（すなわちフーリエ変換面）上で観察される。空間光変調素子３２の画素ピッチをｐとし、照明光Ｌの波長をλとし、レンズ３５の焦点距離をｆとすると、レンズ３５の焦点面における視域の一辺の長さはλｆ／ｐで表される。したがって、画素ピッチｐや焦点距離をｆを適宜選択することで、視域の大きさを任意に設定することが可能であり、例えば、視域の大きさを瞳の径の程度や両目の間隔以上とすることができる。
【００７４】
空間光変調素子３２に入射した照明光Ｌの振幅のみが画素毎に変調される場合、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られるだけでなく、共役像および０次光も発生する。マスク３６の平面上において、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）は視域θ1で観察可能であり、共役像は視域θ2で観察可能であり、０次光は視域θ0で観察可能である。そこで、視域θ0および視域θ2を遮断し視域θ1を通過させる開口を有するマスク３６（図１８）を用いることで、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）のみが観察可能となる。なお、観察の際にマスクが邪魔となる場合には、リレー光学系を用いて、マスク３６の開口の位置にある像を更に他の像に結像すればよい。
【００７５】
また、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子３２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子３２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。特に二次元画像Ｇ２を空間光変調素子３２上に表示するときには、レンズの結像公式により自然なピントが得られる距離（例えば４０ｃｍ〜２００ｃｍ程度）に拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られるように、空間光変調素子３２とレンズ３５との相対的位置関係が設定されることから、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子３２の前方および後方の双方に跨って表示されるのが好適である。これについて図１９および図２０を用いて説明する。
【００７６】
図１９は、三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の後方（照明光出射側）に存在する場合の波面の説明図である。図２０は、三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の前方（照明光入射側）に存在する場合の波面の説明図である。各図（ａ）は、空間光変調素子３２の説明図であり、各図（ｂ）は、三次元画像Ｇ３の波面の説明図である。各図（ａ）に示されるように、空間光変調素子３２の複数の画素が二次元配列された領域は、所定の直線を挟んで第１領域と第２領域とを含んでいる。そして、空間光変調素子３２は、三次元画像Ｇ３を表示する際に、第１領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光入射側の部分を表示するようにする。
【００７７】
図１９（ａ）に示されるように空間光変調素子３２の第１領域（上半分に含まれる領域）より回折されて出力された光は、同図（ｂ）に示されるように、空間光変調素子３２の照明光出射側にある再生像の輝点Ｐ1を再生するとともに、空間光変調素子３２の照明光入射側にある共役像の輝点Ｐ2を再生する。再生像の輝点Ｐ1を表す光の波面は、レンズ３５の下半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ1に到達する。一方、共役像の輝点Ｐ2を表す光の波面は、レンズ３５の上半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ2に到達する。なお、空間光変調素子３２により変調されなかった直流成分である０次光は、マスク３６上の視域θ0付近に到達する。
【００７８】
また、図２０（ａ）に示されるように空間光変調素子３２の第２領域（下半分に含まれる領域）より回折されて出力された光は、同図（ｂ）に示されるように、空間光変調素子３２の照明光入射側にある再生像の輝点Ｐ1を再生するとともに、空間光変調素子３２の照明光出射側にある共役像の輝点Ｐ2を再生する。再生像の輝点Ｐ1を表す光の波面は、レンズ３５の下半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ1に到達する。一方、共役像の輝点Ｐ2を表す光の波面は、レンズ３５の上半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ2に到達する。なお、空間光変調素子３２により変調されなかった直流成分である０次光は、マスク３６上の視域θ0付近に到達する。
【００７９】
このように、図１９および図２０の何れの場合にも、再生像の輝点Ｐ1を表す光の波面はマスク３６上の視域θ1に到達し、共役像の輝点Ｐ2を表す光の波面はマスク３６上の視域θ2に到達し、０次光はマスク３６上の視域θ0付近に到達する。そこで、視域θ0および視域θ2を遮断し視域θ1を通過させる開口を有するマスク３６（図１８）を用いることで、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）のみが観察可能となる。
【００８０】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部３３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調が設定される。そして、照明部３１から出射された散乱照明光Ｌは、空間光変調素子３２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて、振幅変調部３２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子３２より出射する。この空間光変調素子３２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００８１】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子３２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子３２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子３２が振幅変調部３２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部における位相変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定される。
【００８２】
また、二次元画像表示の際に、光源部３１より空間光変調素子３２へ指向性を有する非散乱平面波照明光Ｌが入射した場合には、空間光変調素子３２から出射する光も指向性を有する非散乱平面波であるので、その光は全てマスク３６上の視域θ0に到達する。この視域θ0内に置いた瞳を通過する光のみにより二次元画像Ｇ２ｅを観察することになり、この瞳が視域θ0内の特定の空間周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタとして作用して、それ故、二次元画像Ｇ２ｅを完全な状態で観察することができず、視域θ0内に置く瞳の位置によって観察する二次元画像Ｇ２ｅが異なる。しかし、本実施形態では、空間光変調素子３２から出射された光が散乱されるので、このような問題は生じない。
【００８３】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図２１は、第５実施形態に係る画像表示システム５および画像表示装置５０のブロック図である。この図に示される画像表示システム５は、画像表示装置５０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置５０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部５１、空間光変調素子５２、表示切替部５３および光散乱情報付加部５４を備える。
【００８４】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置５０が表示すべき三次元画像の情報を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置５０に供給する。この三次元画像情報は、少なくとも振幅情報Ａ３を含み、更に位相情報Ｐ３をも含んでいてもよい。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置５０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置５０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置５０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置５０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置５０に供給してもよい。
【００８５】
画像表示装置５０に含まれる照明部５１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子５２は、振幅変調部５２ａを有しており、位相変調部（第１実施形態における位相変調部１２ｐと同様のもの）を更に有しているのも好適である。振幅変調部５２ａは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射するものである。振幅変調部５２ａにおける光の変調は、表示切替部５３により設定可能である。この空間光変調素子５２は、照明部５１より出射された照明光Ｌに対して振幅変調部５２ａにより振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する。また、振幅変調部５２ａは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【００８６】
光散乱情報付加部５４は、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報Ａ２を入力し、振幅変調部５２ａに入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部５２ａに設定するための光散乱情報を二次元画像情報Ａ２に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２を出力するものである。
【００８７】
表示切替部５３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部５３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部５３は、光散乱情報付加部５４により光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調を設定する。
【００８８】
次に、図２１に示される本実施形態に係る画像表示システム５および画像表示装置５０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【００８９】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部５３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調が設定される。すなわち、振幅変調部５２ａに振幅ホログラムが呈示される。そして、照明部５１から出射された指向性を有する照明光Ｌは、空間光変調素子５２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部５２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子５２より出射する。この空間光変調素子５２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【００９０】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２は、光散乱情報付加部５４により光散乱情報が付加される。この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調が設定される。そして、照明部５１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子５２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部５２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子５２より出射する。この空間光変調素子５２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００９１】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子５２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子５２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子５２が振幅変調部５２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部における位相変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定される。
【００９２】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム５、画像表示装置５０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【００９３】
本実施形態における光学系は、照明部５１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子５２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系である。本実施形態における三次元画像表示は、図１３で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００９４】
次に、本実施形態に係る画像表示装置５０の空間光変調素子５２に呈示される二次元画像について図２２〜図２４を用いて具体的に説明する。図２２〜図２４それぞれは、第５実施形態に係る画像表示装置５０による二次元画像表示の説明図である。図２２は、第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。図２３は、第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。図２４は、第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。
【００９５】
図２２に示されるように、空間光変調素子５２により表示される二次元画像Ｇ２が文字「Ａ」を表示するものであるとする。この文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図２３に示されている。この図２３に示されている部分画像ｇ１は、二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分に相当する。二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２が拡大されて図２４に示されている。図２４に示されている８×８個の各画素ｇ３は、空間光変調素子５２の画素に相当している。すなわち、ここでは、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、空間光変調素子５２の８×８画素に相当する。
【００９６】
二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２に対応する空間光変調素子５２の８×８画素それぞれの画素値は、その１画素ｇ２の輝度または色度に乱数が乗じられたものであり、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報Ａ２に基づいて光散乱情報付加部５４により算出されたものである。各画素ｇ２の輝度または色度に乗じられる乱数は、例えば、０から２５５までの数である。空間光変調素子５２の８×８画素それぞれの画素値の平均値は、対応する二次元画像Ｇ２の１画素の画素値に比例する。
【００９７】
このように、二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に対して光散乱情報付加部５４により光散乱情報が付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調が設定され、照明部５１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子５２へ入射する。そして、この空間光変調素子５２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示されるとともに、その出射光が散乱されるので、この散乱光が到達する広範囲において二次元画像Ｇ２を観察することができる。
【００９８】
なお、上記の説明では、二次元画像Ｇ２の１画素に対応する空間光変調素子５２の８×８画素が対応することとしたが、８×８でなくてもよく、一般にＭ×Ｎ（ただし、Ｍ≧２，Ｎ≧２）であればよい。
【００９９】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。図２５は、第６実施形態に係る画像表示システム６および画像表示装置６０のブロック図である。この図に示される画像表示システム６は、画像表示装置６０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置６０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部６１、空間光変調素子６２、表示切替部６３および光散乱情報付加部６４を備える。
【０１００】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置６０が表示すべき三次元画像の情報を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置６０に供給する。この三次元画像情報は、少なくとも位相情報Ｐ３を含み、更に振幅情報Ａ３をも含んでいてもよい。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置６０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置６０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置６０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置６０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置６０に供給してもよい。
【０１０１】
画像表示装置６０に含まれる照明部６１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子６２は、位相変調部６２ｐを有しており、振幅変調部（第１実施形態における振幅変調部１２ａと同様のもの）を更に有しているのも好適である。位相変調部６２ｐは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射するものである。位相変調部６２ｐにおける光の変調は、表示切替部６３により設定可能である。この空間光変調素子６２は、照明部６１より出射された照明光Ｌに対して位相変調部６２ｐにより位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する。また、位相変調部６２ｐは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【０１０２】
光散乱情報付加部６４は、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報Ａ２を入力し、位相変調部６２ｐに入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部６２ｐに設定するための光散乱情報を二次元画像情報Ａ２に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２を出力するものである。
【０１０３】
表示切替部６３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部６３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部６３は、光散乱情報付加部６４により光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調を設定する。
【０１０４】
次に、図２５に示される本実施形態に係る画像表示システム６および画像表示装置６０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【０１０５】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部６３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調が設定される。すなわち、位相変調部６２ｐに位相ホログラムが呈示される。そして、照明部６１から出射された指向性を有する照明光Ｌは、空間光変調素子６２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて位相変調部６２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子６２より出射する。この空間光変調素子６２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【０１０６】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２は、光散乱情報付加部６４により光散乱情報が付加される。この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調が設定される。そして、照明部６１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子６２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて位相変調部６２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子６２より出射する。この空間光変調素子６２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【０１０７】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子６２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子６２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子６２が位相変調部６２ｐだけでなく振幅変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定される。
【０１０８】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム６、画像表示装置６０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【０１０９】
本実施形態における光学系は、照明部６１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子６２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系である。本実施形態における三次元画像表示は、図１３で説明したものと略同様であり、振幅変調と位相変調とが異なるのみであるので、ここでは説明を省略する。
【０１１０】
次に、本実施形態に係る画像表示装置６０の空間光変調素子５２に呈示される二次元画像について図２６〜図２９を用いて具体的に説明する。図２６〜図２９それぞれは、第５実施形態に係る画像表示装置５０による二次元画像表示の説明図である。図２６は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。図２７は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。図２８は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。図２９は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１光散乱位相パターン発生画素を示す図である。
【０１１１】
図２６に示されるように、空間光変調素子６２により表示される二次元画像Ｇ２が文字「Ａ」を表示するものであるとする。この文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図２７に示されている。この図２７に示されている部分画像ｇ１は、二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分に相当する。二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２が拡大されて図２８に示されている。図２８に示されている二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３に相当する。その１つの光散乱位相パターン発生画素ｇ３が図２９に示されている。図２９に示されている８×８個の各画素ｇ４は、空間光変調素子６２の画素に相当している。すなわち、ここでは、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、空間光変調素子６２の１２８×１２８画素に相当する。
【０１１２】
二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、２５６階調表示を行う場合には、少なくとも１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３からなる。二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２の画素値（輝度または色度）が最大値２５５であれば、その１画素ｇ２に対応する１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３の全てに光散乱情報が設定される。また、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２の画素値が中間値１２７であれば、その１画素ｇ２に対応する１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３のうち半分の１２８個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３に光散乱情報が設定される。すなわち、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２に応じて、光散乱情報が設定される光散乱位相パターン発生画素ｇ３の数が決定される。そして、光散乱情報が設定される光散乱位相パターン発生画素ｇ３では、これに含まれる８×８個の画素ｇ４に０から２πまでの乱数が位相変調量として設定される。
【０１１３】
このように、二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に対して光散乱情報付加部６４により光散乱情報が付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調が設定され、照明部６１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子６２へ入射する。そして、この空間光変調素子６２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示されるとともに、その出射光が散乱されるので、この散乱光が到達する広範囲において二次元画像Ｇ２を観察することができる。
【０１１４】
なお、上記の説明では、二次元画像Ｇ２の１画素に対応する空間光変調素子６２の１２８×１２８画素が対応することとしたが、１２８×１２８でなくてもよく、一般にＭ×Ｎ（ただし、Ｍ≧２，Ｎ≧２）であればよい。
【０１１５】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。図３０は、第７実施形態に係る画像表示システム７および画像表示装置７０のブロック図である。この図に示される画像表示システム７は、画像表示装置７０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置７０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部７１、空間光変調素子７２、表示切替部７３、レンズ７５およびマスク７６を備える。本実施形態における空間光変調素子７２、レンズ７５およびマスク７６を含む光学系は、第４実施形態と同様である。
【０１１６】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置７０が表示すべき三次元画像の情報（振幅情報Ａ３および位相情報Ｐ３の双方または何れか一方を含む）を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置７０に供給する。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置７０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置７０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置７０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置７０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置７０に供給してもよい。
【０１１７】
画像表示装置７０に含まれる照明部７１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子７２は、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、その変調部における光の変調が表示切替部７３により設定可能である。この空間光変調素子７２は、照明部７１より出射された照明光Ｌに対して変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する。変調部は、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【０１１８】
表示切替部７３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部７３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部７３は、二次元画像情報格納部９２から供給された二次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調を設定する。また、二次元画像表示を行う際には、空間光変調素子７２は、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ、二次元画像情報に基づいて振幅または位相の変調が設定される。
【０１１９】
レンズ７５は、空間光変調素子７２より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系として用いられる。また、マスク７６は、レンズ７５の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させる。
【０１２０】
次に、図３０に示される本実施形態に係る画像表示システム７および画像表示装置７０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【０１２１】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部７３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調が設定される。すなわち、空間光変調素子７２に、振幅ホログラム、位相ホログラムまたは振幅位相ホログラムが呈示される。そして、照明部７１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子７２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅または位相の変調がなされて、空間光変調素子７２より出射する。この空間光変調素子７２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。この三次元画像Ｇ３は、レンズ７５により拡大されて結像され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。そして、この拡大された三次元画像Ｇ３ｅはマスク７６の開口を通して観察される。
【０１２２】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部７３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調が設定される。そして、照明部７１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子７２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅または位相の変調がなされて、空間光変調素子７２より出射する。この空間光変調素子７２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。このとき、空間光変調素子７２では、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ振幅または位相の変調が設定されているので、空間光変調素子７２からは散乱光が出射する。この二次元画像Ｇ２は、レンズ７５により拡大されて結像され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。そして、この拡大された二次元画像Ｇ２ｅはマスク７６の開口を通して観察される。
【０１２３】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム７、画像表示装置７０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【０１２４】
本実施形態における光学系は、照明部７１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子７２に対して垂直入射するインライン型光学系である。本実施形態における三次元画像表示は、図１７，図１９および図２０で説明したものと略同様であるので、ここでは説明を省略する。また、本実施形態では、空間光変調素子７２が振幅および位相の一方のみの変調が可能であって、三次元画像Ｇ３が空間光変調素子７２の前方および後方の双方に跨って表示される場合には、図１９および図２０で説明したのと同様に、空間光変調素子７２は、第１領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光入射側の部分を表示するようにするのが好適である。このようにすることで、共役像および０次光を遮断して、拡大された三次元画像Ｇ３ｅを観察することができる。
【０１２５】
次に、本実施形態に係る画像表示装置７０の空間光変調素子７２に呈示される二次元画像およびマスク７６について図３１〜図３７を用いて具体的に説明する。ここでは、図３１に示されるように、空間光変調素子７２により表示される二次元画像Ｇ２が文字「Ａ」を表示するものであるとする。
【０１２６】
図３２は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。図３３は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦３画素分を示す図である。図３４は、第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【０１２７】
図３１に示される二次元画像Ｇ２のうちの文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図３２に示されている。この図３２に示されている部分画像ｇ１は、空間光変調素子７２に含まれる複数の画素のうちの１８×１８画素分に相当する。そのうちの縦３画素分ｇ２が拡大されて図３３に示されている。この縦３画素ｇ２のうち、最も上に位置する画素ｇ３ａのみに二次元画像情報に基づいて所定の画素値が設定されており、他の画素ｇ３ｂおよびｇ３ｃそれぞれには一定の画素値（例えば画素値０）が設定されている。このように、空間光変調素子７２は、二次元画像表示を行う際に、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定される。空間光変調素子７２により表示される二次元画像Ｇ２は、このサンプリング周期に応じた中心空間周波数を中心とする空間周波数分布を有する。
【０１２８】
したがって、レンズ７５のフーリエ変換面に配置されるマスク７６上において、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点との間に、上記サンプリング周期に応じた中心空間周波数に対応する位置θ1を中心として二次元画像Ｇ２の空間周波数分布が局在する。位置θ1は、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点とを１：２または２：１に内分する点である。マスク７６の開口は、位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させる。それ故、瞳径がマスク７６の開口の程度である場合には、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。また、瞳径が位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させることができる場合にも、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。
【０１２９】
以上では、空間光変調素子７２の縦３画素のうちの１画素に画素値が設定される場合であった。以下では、空間光変調素子７２の縦４画素のうちの２画素に画素値が設定される場合について説明する。
【０１３０】
図３５は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。図３６は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦４画素分を示す図である。図３６は、第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【０１３１】
図３１に示される二次元画像Ｇ２のうちの文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図３５に示されている。この図３５に示されている部分画像ｇ１は、空間光変調素子７２に含まれる複数の画素のうちの１８×１８画素分に相当する。そのうちの縦４画素分ｇ２が拡大されて図３６に示されている。この縦４画素ｇ２のうち、上の２つの画素ｇ３ａおよびｇ３ｂのみに二次元画像情報に基づいて所定の画素値が設定されており、他の画素ｇ３ｃおよびｇ３ｄそれぞれには一定の画素値（例えば画素値０）が設定されている。このように、空間光変調素子７２は、二次元画像表示を行う際に、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定される。空間光変調素子７２により表示される二次元画像Ｇ２は、このサンプリング周期に応じた中心空間周波数を中心とする空間周波数分布を有する。
【０１３２】
したがって、レンズ７５のフーリエ変換面に配置されるマスク７６上において、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点との間に、上記サンプリング周期に応じた中心空間周波数に対応する位置θ1を中心として二次元画像Ｇ２の空間周波数分布が局在する。位置θ1は、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点とを１：３または３：１に内分する点である。マスク７６の開口は、位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させる。それ故、瞳径がマスク７６の開口の程度である場合には、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。また、瞳径が位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させることができる場合にも、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。
【０１３３】
なお、上記の例のように一定周期でサンプリングされた画素についてのみ変調が設定されないとすると、瞳径がマスク７６の開口の程度である場合に、マスク７６上において二次元画像の空間周波数分布は０次光到達地点θ0の近傍に存在する。しかし、マスク７６は０次光を遮断することから、このマスク７６の開口を通して観察される二次元画像は、空間周波数が低い成分が除去されて、空間周波数が高い成分のみからなる。また、瞳径がマスク７６の開口と比較して小さい場合にも、このマスク７６の開口を通して観察される二次元画像は、特定の空間周波数の成分のみからなる。しかし、本実施形態では、空間光変調素子７２の複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されるので、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。
【０１３４】
また、上記の例では、空間光変調素子７２は、二次元画像表示を行う際に、二次元配列された複数の画素のうち縦方向に一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定された。しかし、空間光変調素子７２は、横方向に一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されてもよいし、また、縦方向および横方向それぞれに一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されてもよい。
【０１３５】
また、一般に、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そのときには、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子７２のＭ×Ｎ画素（ただし、ＭまたはＮは２以上）を割り当てて、そのＭ×Ｎ画素のうちの特定画素についてのみ二次元画像情報に基づいて画素値を設定することで、空間光変調素子７２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。
【０１３６】
或いは、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子７２の１画素を割り当てて、空間光変調素子７２の複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定され、他の画素については一定の画素値（例えば画素値０）が設定されてもよい。この場合には、空間光変調素子７２に表示される画像は、本来の二次元画像のうちの一定周期でサンプリングされた画素についてのみのものとなり、他の画素が欠落したものとなる。そこで、テレビジョンのようにインターレース走査を行うのが好適である。例えば、上記図３２および図３３の例で説明すると、第１フレームでは空間光変調素子７２の縦３画素のうち画素ｇ３ａに画素値を表示させ、第２フレームでは画素ｇ３ｂに画素値を表示させ、第３フレームでは画素ｇ３ｃに画素値を表示させる。これら第１フレーム，第２フレームおよび第３フレームを繰り返すことで、見かけ上、完全な二次元画像Ｇ２を観察することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る画像表示システム１および画像表示装置１０のブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図３】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図４】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合に空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の説明図である。
【図５】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図６】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図７】第２実施形態に係る画像表示システム２および画像表示装置２０のブロック図である。
【図８】第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図９】レンズ１５の焦点面における領域Ｒ0などの説明図である。
【図１０】第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図１１】レンズ１５により得られた拡大された二次元画像Ｇ２ｅの説明図である。
【図１２】第３実施形態に係る画像表示システム３および画像表示装置３０のブロック図である。
【図１３】第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図１４】第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図１５】第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図１６】第４実施形態に係る画像表示システム４および画像表示装置４０のブロック図である。
【図１７】第４実施形態に係る画像表示装置４０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図１８】マスク３６の説明図である。
【図１９】三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の後方（照明光出射側）に存在する場合の波面の説明図である。
【図２０】三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の前方（照明光入射側）に存在する場合の波面の説明図である。
【図２１】第５実施形態に係る画像表示システム５および画像表示装置５０のブロック図である。
【図２２】第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。
【図２３】第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。
【図２４】第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。
【図２５】第６実施形態に係る画像表示システム６および画像表示装置６０のブロック図である。
【図２６】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。
【図２７】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。
【図２８】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。
【図２９】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１光散乱位相パターン発生画素を示す図である。
【図３０】第７実施形態に係る画像表示システム７および画像表示装置７０のブロック図である。
【図３１】第７実施形態に係る画像表示装置７０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。
【図３２】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。
【図３３】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦３画素分を示す図である。
【図３４】第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【図３５】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。
【図３６】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦４画素分を示す図である。
【図３７】第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【符号の説明】
１〜７…画像表示システム、１０…画像表示装置、１１…照明部、１２…空間光変調素子、１２ａ…振幅変調部、１２ｐ…位相変調部、１３…表示切替部、１４…光散乱位相情報格納部、１５…レンズ（拡大光学系）、２０…画像表示装置、３０…画像表示装置、３１…照明部、３２…空間光変調素子、３２ａ…振幅変調部、３３…表示切替部、３５…レンズ（拡大光学系）、３６…マスク、４０…画像表示装置、５０…画像表示装置、５１…照明部、５２…空間光変調素子、５２ａ…振幅変調部、５３…表示切替部、５４…光散乱情報付加部、６０…画像表示装置、６１…照明部、６２…空間光変調素子、６２ｐ…位相変調部、６３…表示切替部、６４…光散乱情報付加部、７０…画像表示装置、７１…照明部、７２…空間光変調素子、７３…表示切替部、７５…レンズ（拡大光学系）、７６…マスク、９１…三次元画像情報格納部、９２…二次元画像情報格納部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元画像表示および二次元画像表示を選択的に行うことができる画像表示装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
三次元画像を表示する画像表示装置としてホログラフィ技術を利用したものが知られている。この画像表示装置は、再生すべき物体像の三次元画像情報が記録されたホログラムに対してコヒーレントな照明光を入射させ、この照明光をホログラムにより回折させることで再生光を発生させ、この再生光により三次元物体像を立体的に再生することができるものである。このような画像表示装置ではホログラムを記録する素子として写真乾板または空間光変調素子が用いられる。写真乾板と比較して、空間光変調素子は、解像度の点で劣るものの、ホログラムを高速に書き換えることができる点で優れており、例えば、三次元の動画を表示することが可能である。
【０００３】
空間光変調素子として、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調型のものや、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調型のものが知られている。また、空間光変調素子として、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有するものも知られている（例えば特開２００１−１９４６２６号公報を参照）。
【０００４】
一方、二次元画像を表示する画像表示装置としてブラウン管や液晶表示素子を利用したものが知られている。この画像表示装置は、ブラウン管または液晶表示素子の表示面に二次元画像の強度情報を表示し、その表示面から散乱光を出射する。この散乱光が到達する広範囲において二次元画像を観察することができる。
【０００５】
また、任意の平面上に二次元画像を表示することができる画像表示装置として特開平９−１６６９５５号公報に開示されたものが知られている。この公報に開示された画像表示装置は、表示すべき二次元画像の情報に距離情報を加えて三次元画像情報とし、この三次元画像情報に基づいて三次元空間内の特定平面上に二次元画像を表示するものである。この表示の原理は上記の三次元画像の表示の原理と同様であるが、表示される像は平面上の二次元画像であり、その表示位置は距離情報に応じたものである。また、この画像表示装置では、二次元画像の情報に付加する距離情報を変更することで、三次元空間内において二次元画像を表示する平面を変更することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の特開平９−１６６９５５号公報に開示された画像表示装置は、三次元空間内の特定平面上に二次元画像を表示する際に、上記の三次元画像の表示の原理と同様の原理を用いていることから、三次元画像の表示も可能であり、三次元画像表示および二次元画像表示を切り替えて選択的に行うことも可能である。
【０００７】
しかし、この公報に開示された画像表示装置は、表示すべき二次元画像の情報に距離情報を加えて三次元画像情報を計算する三次元画像情報計算部を有する必要があることから、大型で高価である。また、この画像表示装置は、上記計算の際に時間を要することから、二次元の動画を表示する際のフレームレートが小さくならざるを得ず、二次元の動画の表示品質が悪い。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、三次元画像表示および二次元画像表示を切り替えて選択的に行うことが可能であって、高品質の動画表示が可能である小型で安価な画像表示装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有し、振幅変調部および位相変調部それぞれにおける光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えるとともに位相変調部により位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱位相情報を出力する光散乱位相情報格納部と、(4) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、光散乱位相情報格納部に格納されている光散乱位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系を更に備えるのが好適である。
【００１０】
第１の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有し、振幅変調部および位相変調部それぞれにおける光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えるとともに位相変調部により位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させるのが好適である。
【００１１】
この第１の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されるとともに、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されるとともに、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調が位相変調部に設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、二次元画像が表示される。
【００１２】
第２の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 非散乱照明光および散乱照明光の何れかを出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、非散乱照明光を照明部より出射させるとともに、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、散乱照明光を照明部より出射させるとともに、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系と、拡大光学系の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるマスクと、を更に備えるのが好適である。
【００１３】
第２の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に非散乱照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に散乱照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。また、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるのが好適である。
【００１４】
この第２の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に非散乱照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に散乱照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。
【００１５】
第３の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 二次元画像情報を入力し、振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報を出力する光散乱情報付加部と、(4) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、光散乱情報付加部により散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加し、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。
【００１７】
この第３の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部に設定するための光散乱情報が二次元画像情報に付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、二次元画像が表示される。
【００１８】
第４の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部を有し、位相変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して位相変調部により位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 二次元画像情報を入力し、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報を出力する光散乱情報付加部と、(4) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、(a) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定し、(b) 二次元画像表示を行う際には、光散乱情報付加部により散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定することを特徴とする。
【００１９】
第４の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部を有し、位相変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して位相変調部により位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、(3) 二次元画像表示を行う際には、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱情報を二次元画像情報に付加し、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて位相変調部における位相変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示することを特徴とする。
【００２０】
この第４の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、三次元画像が表示される。一方、二次元画像表示を行う際には、位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部に設定するための光散乱情報が二次元画像情報に付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射することにより、二次元画像が表示される。
【００２１】
第５の発明に係る画像表示装置は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、(1) 照明光を出射する照明部と、(2) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、(3) 空間光変調素子より出射された光の像を拡大する拡大光学系と、(4) 拡大光学系の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるマスクと、(5) 三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、を備えることを特徴とする。さらに、表示切替部が、三次元画像表示を行う際には三次元画像情報に基づいて変調部における変調を設定し、二次元画像表示を行う際には二次元画像情報に基づいて変調部における変調を設定し、空間光変調素子が、二次元画像表示を行う際に、変調部の二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されることを特徴とする。
【００２２】
第５の発明に係る画像表示方法は、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、(1) 二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、変調部における光の変調が外部より設定可能であり、照明部より出射された照明光に対して変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、(2) 三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に基づいて変調部における変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させ、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させ、(3) 二次元画像表示を行う際には、変調部の二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調を設定して、空間光変調素子に照明光を入射させ、空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し二次元画像を通過させることを特徴とする。
【００２３】
この第５の発明によれば、三次元画像表示を行う際には、三次元画像情報に基づいて変調部における変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射し、空間光変調素子より出射された光の像が拡大光学系により拡大結像され、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光が遮断され三次元画像が通過することにより、三次元画像が観察される。一方、二次元画像表示を行う際には、変調部の二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されて、空間光変調素子に照明光が入射し、空間光変調素子より出射された光の像が拡大光学系により拡大結像され、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光が遮断され二次元画像が通過することにより、二次元画像が観察される。
【００２４】
第２または第５の発明に係る画像表示装置または方法では、空間光変調素子は、複数の画素の二次元配列領域が所定の直線を挟んで第１領域と第２領域とを含み、三次元画像を表示する際に、第１領域を透過した光により三次元画像のうち照明光の出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像のうち照明光の入射側の部分を表示するのが好適である。この場合には、三次元画像が空間光変調素子を跨って表示されるときに、空間光変調素子の第１領域を透過した光により三次元画像のうち照明光出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像のうち照明光入射側の部分を表示することで、共役像および０次光を遮断して、拡大された三次元画像を観察することができる。
【００２５】
本発明に係る画像表示システムは、三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う上記の何れかの画像表示装置と、三次元画像を格納する三次元画像情報格納部と、二次元画像を格納する二次元画像情報格納部と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る画像表示システム１および画像表示装置１０のブロック図である。この図に示される画像表示システム１は、画像表示装置１０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置１０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部１１、空間光変調素子１２、表示切替部１３および光散乱位相情報格納部１４を備える。
【００２８】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置１０が表示すべき三次元画像の情報（振幅情報Ａ３および位相情報Ｐ３を含む）を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置１０に供給する。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置１０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置１０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置１０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置１０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置１０に供給してもよい。
【００２９】
画像表示装置１０に含まれる照明部１１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子１２は振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐを有する。振幅変調部１２ａは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射するものである。位相変調部１２ｐは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射するものである。振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐそれぞれにおける光の変調は、表示切替部１３により設定可能である。この空間光変調素子１２は、照明部１１より出射された照明光Ｌに対して振幅変調部１２ａにより振幅変調を与えるとともに位相変調部１２ｐにより位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する。振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐは、何れが照明光Ｌ入射側に配置されていてもよいが、互いに密着して配置されているのが好ましい。また、振幅変調部１２ａおよび位相変調部１２ｐそれぞれは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【００３０】
光散乱位相情報格納部１４は、位相変調部１２ｐに入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部１２ｐに設定するための光散乱位相情報Ｐ２を格納するものである。光散乱位相情報Ｐ２とは、位相変調部１２ｐが均一光散乱性能を奏することができる位相パターンであり、例えば、ランダム位相パターンなどである。
【００３１】
表示切替部１３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部１３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調を設定するとともに、その三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部１３は、二次元画像情報格納部９２から供給された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調を設定するとともに、光散乱位相情報格納部１４に格納されている光散乱位相情報Ｐ２に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調を設定する。
【００３２】
次に、図１に示される本実施形態に係る画像表示システム１および画像表示装置１０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【００３３】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部１３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調が設定されるとともに、この三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調が設定される。すなわち、振幅変調部１２ａに振幅ホログラムが呈示され、位相変調部１２ｐに位相ホログラムが呈示される。そして、照明部１１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子１２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて、振幅変調部１２ａにより振幅変調されるとともに、位相変調部１２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子１２より出射する。この空間光変調素子１２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【００３４】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部１３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に基づいて振幅変調部１２ａにおける振幅変調が設定される。また、光散乱位相情報格納部１４から表示切替部１３に光散乱位相情報Ｐ２が供給され、この光散乱位相情報Ｐ２に基づいて位相変調部１２ｐにおける位相変調が設定される。そして、照明部１１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子１２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて、振幅変調部１２ａにより振幅変調されるとともに、位相変調部１２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子１２より出射する。このとき、光散乱位相情報Ｐ２に基づいて位相変調が設定されている位相変調部１２ｐからは散乱光が出射する。したがって、この空間光変調素子１２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００３５】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子１２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子１２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム１、画像表示装置１０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【００３７】
次に、本実施形態に係る画像表示装置１０の光学系について図２〜図６を用いて具体的に説明する。図２および図３それぞれは、照明部１１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子１２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系を示す。また、図５および図６それぞれは、照明部１１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子１２に対して垂直入射するインライン型光学系を示す。
【００３８】
図２は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して斜め入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。本実施形態では、空間光変調素子１２に入射した照明光Ｌは振幅および位相の双方が画素毎に変調されるので、共役像および０次光が発生せず、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られる。したがって、三次元画像Ｇ３の視域θが広い。なお、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００３９】
図３は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して斜め入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される。図４は、空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の説明図である。本実施形態では、位相変調部１２ｐにより光が散乱されるので、空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。なお、照明光Ｌが指向性を有することから、位相変調部１２ｐにより照明光Ｌが散乱されない場合には、空間光変調素子１２から出射された光も指向性を有し、それ故、二次元画像Ｇ２の全体を観察することができない。しかし、本実施形態では、空間光変調素子１２から出射された光が散乱されるので、広い視域θで二次元画像Ｇ２の全体を観察することができる。
【００４０】
図５は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。本実施形態では、空間光変調素子１２に入射した照明光Ｌは振幅および位相の双方が画素毎に変調されるので、共役像および０次光が発生せず、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られる。したがって、三次元画像Ｇ３の視域θが広い。なお、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００４１】
図６は、第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される（図４）。本実施形態では、位相変調部１２ｐにより光が散乱されるので、空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。なお、照明光Ｌが指向性を有することから、位相変調部１２ｐにより照明光Ｌが散乱されない場合には、空間光変調素子１２から出射された光も指向性を有し、それ故、二次元画像Ｇ２の全体を観察することができない。しかし、本実施形態では、空間光変調素子１２から出射された光が散乱されるので、広い視域θで二次元画像Ｇ２の全体を観察することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る画像表示システム２および画像表示装置２０のブロック図である。この図に示される画像表示システム２は、画像表示装置２０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置２０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部１１、空間光変調素子１２、表示切替部１３、光散乱位相情報格納部１４およびレンズ１５を備える。
【００４３】
第２実施形態における照明部１１、空間光変調素子１２、表示切替部１３、光散乱位相情報格納部１４、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、第１実施形態のものと同様のものである。第１実施形態に係る画像表示装置１（図１）と比較して、第２実施形態に係る画像表示装置２は、空間光変調素子１２より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系としてレンズ１５を更に備える点で相違し、また、空間光変調素子１２の解像度が低くてもよい点でも相違している。
【００４４】
図７に示される本実施形態に係る画像表示システム２および画像表示装置２０の動作ならびに画像表示方法は、第１実施形態のものと略同様であるが、加えて、以下のような動作をする。すなわち、三次元画像表示の際には、空間光変調素子１２より出射された光による三次元画像Ｇ３は、レンズ１５により拡大されて結像され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。同様に、二次元画像表示の際には、空間光変調素子１２より出射された光による二次元画像Ｇ２は、レンズ１５により拡大されて結像され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム２、画像表示装置２０および画像表示方法も、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。さらに、本実施形態では、拡大された三次元画像Ｇ３ｅおよび拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００４６】
次に、本実施形態に係る画像表示装置２０の光学系について図８〜図１１を用いて具体的に説明する。図８および図１０それぞれは、照明部１１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子１２に対して垂直入射するインライン型光学系を示す。
【００４７】
図８は、第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。本実施形態では、空間光変調素子１２に入射した照明光Ｌは振幅および位相の双方が画素毎に変調されるので、共役像および０次光が発生せず、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られる。なお、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００４８】
さらに、この三次元画像Ｇ３がレンズ１５により拡大され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。この拡大はレンズの結像公式「１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ」なる式より求められる。ここで、ｆは、レンズ１５の焦点距離であり、ａは、空間光変調素子１２とレンズ１５との間の距離であり、ｂは、レンズ１５により空間光変調素子１２が拡大された空間光変調素子１２ｅとレンズ１５との間の距離である。三次元画像Ｇ３と拡大された三次元画像Ｇ３ｅとは、レンズの結像公式を満たしている。この拡大された三次元画像Ｇ３ｅは、レンズ１５の焦点面上の視域Ｒ0において良好に観察される。
【００４９】
レンズ１５は、三次元画像Ｇ３を拡大結像するだけでなく、光学的フーリエ変換をも行う。拡大された三次元画像Ｇ３ｅは、レンズ１５の焦点面（すなわちフーリエ変換面）上で観察される。空間光変調素子１２の画素ピッチをｐとし、照明光Ｌの波長をλとし、レンズ１５の焦点距離をｆとすると、レンズ１５の焦点面における視域の一辺の長さはλｆ／ｐで表される。視域Ｒ0は、このような一辺の長さを有している。したがって、画素ピッチｐや焦点距離をｆを適宜選択することで、視域Ｒ0の大きさを任意に設定することが可能であり、例えば、視域Ｒ0の大きさを瞳の径の程度や両目の間隔以上とすることができる。
【００５０】
また、レンズ１５の光学的フーリエ変換作用により、レンズ１５の焦点面（フーリエ変換面）において視域Ｒ0を折り返した領域Ｒ1〜Ｒ8等（図９参照）でも、拡大された三次元画像Ｇ３ｅが観察される。図９は、レンズ１５の焦点面における視域Ｒ0などの説明図である。もし、観察者の両目それぞれが互いに異なる領域に置かれると、その観察者の両目それぞれが互いに異なる像を観察することになり、好ましくない。そこで、フーリエ変換面に視域Ｒ0のみに開口を有するマスクを設けて、視域を制限するのが好適である。
【００５１】
図１０は、第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部１１から出射された平面波照明光Ｌは空間光変調素子１２に対して垂直入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される（図４）。さらに、この二次元画像Ｇ２がレンズ１５により拡大され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。この図に示されるように、空間光変調素子１２に含まれる振幅変調部１２ａが拡大結像された振幅変調部像１２ａｅがレンズ１５により得られ、また、位相変調部１２ｐが拡大結像された位相変調部像１２ｐｅがレンズ１５により得られる。図１１は、レンズ１５により得られた拡大された二次元画像Ｇ２ｅの説明図である。この図に示されるように、拡大された二次元画像Ｇ２ｅは振幅変調部像１２ａｅ上に表示される。この拡大された二次元画像Ｇ２ｅは、レンズ１５の焦点面上の視域Ｒ0において良好に観察される。この拡大もレンズの結像公式に従う。レンズの結像公式により自然なピントが得られる距離（例えば４０ｃｍ〜２００ｃｍ程度）に拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られるように、空間光変調素子１２とレンズ１５との相対的位置関係が設定される。
【００５２】
なお、位相変調部１２ｐにより照明光Ｌが散乱されない場合には、視域Ｒ0内に置いた瞳を通過する光のみにより二次元画像Ｇ２ｅを観察することになり、この瞳が視域Ｒ0内の特定の空間周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタとして作用して、それ故、二次元画像Ｇ２ｅを完全な状態で観察することができず、視域Ｒ0内に置く瞳の位置によって観察する二次元画像Ｇ２ｅが異なる。しかし、本実施形態では、空間光変調素子１２から出射された光が散乱されるので、このような問題は生じない。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、第３実施形態に係る画像表示システム３および画像表示装置３０のブロック図である。この図に示される画像表示システム３は、画像表示装置３０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置３０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部３１、空間光変調素子３２および表示切替部３３を備える。
【００５４】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置３０が表示すべき三次元画像の情報を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置３０に供給する。この三次元画像情報は、少なくとも振幅情報Ａ３を含み、更に位相情報Ｐ３をも含んでいてもよい。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置３０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置３０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置３０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置３０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置３０に供給してもよい。
【００５５】
画像表示装置３０に含まれる照明部３１は、平面波および球面波などの指向性を有するコヒーレントな非散乱照明光と、指向性を有しない散乱照明光との、何れかを選択して出射する。このように非散乱照明光および散乱照明光の何れかを選択的に出射する照明部３１は、電圧印加により透過光の散乱状態を変化させることができる光散乱型液晶素子や、散乱光源を空間光変調素子３２上に結像させる光学系を使用することにより、実現され得る。
【００５６】
空間光変調素子３２は、振幅変調部３２ａを有しており、位相変調部（第１実施形態における位相変調部１２ｐと同様のもの）を更に有しているのも好適である。振幅変調部３２ａは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射するものである。振幅変調部３２ａにおける光の変調は、表示切替部３３により設定可能である。この空間光変調素子３２は、照明部３１より出射された照明光Ｌに対して振幅変調部３２ａにより振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する。また、振幅変調部３２ａは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【００５７】
表示切替部３３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部３３は、照明部３１が非散乱照明光を出射するよう指示するとともに、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部３３は、照明部３１が散乱照明光を出射するよう指示するとともに、二次元画像情報格納部９２から供給された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調を設定する。
【００５８】
次に、図１２に示される本実施形態に係る画像表示システム３および画像表示装置３０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【００５９】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部３３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調が設定される。すなわち、振幅変調部３２ａに振幅ホログラムが呈示される。そして、照明部３１から出射された指向性を有する非散乱照明光Ｌは、空間光変調素子３２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部３２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子３２より出射する。この空間光変調素子３２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【００６０】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部３３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調が設定される。そして、照明部３１から出射された散乱照明光Ｌは、空間光変調素子３２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部３２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子３２より出射する。この空間光変調素子３２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００６１】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子３２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子３２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子３２が振幅変調部３２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部における位相変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定される。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム３、画像表示装置３０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【００６３】
次に、本実施形態に係る画像表示装置３０の光学系について図１３〜図１５を用いて具体的に説明する。図１３〜図１５それぞれは、照明部３１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子３２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系を示す。
【００６４】
図１３は、第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、照明部３１から出射された指向性を有する非散乱平面波照明光Ｌは空間光変調素子３２に対して斜め入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。空間光変調素子３２に入射した照明光Ｌの振幅のみが画素毎に変調される場合、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られるだけでなく、共役像および０次光も発生する。理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）は視域θ1で観察可能であり、共役像は視域θ2で観察可能であり、０次光は視域θ0で観察可能である。したがって、視域θ1から視域θ2および視域θ0を除いた視域θにおいて理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）のみが観察可能である。なお、空間光変調素子３２が振幅変調部３２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、共役像および０次光が発生しないので、視域θ1において理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が観察可能である。また、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子１２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子１２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。
【００６５】
図１４は、第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示される光学系では、光源部３１は光散乱型液晶素子３１ａを有している。この光散乱型液晶素子３１ａは、空間光変調素子３２の照明光入射側に設けられていて、表示切替部３３からの指示に基づく電圧印加により透過光の散乱状態を変化させることができるものであり、三次元画像表示の際には非散乱光を出射し、二次元画像表示の際には散乱光を出射することができる。この図に示されるように、オフアクシス型光学系では、光散乱型液晶素子３１ａに対して斜め入射した平面波照明光Ｌは、光散乱型液晶素子３１ａにより散乱されて空間光変調素子１２に入射し、これにより二次元画像Ｇ２が表示される（図４）。光散乱型液晶素子３１ａにより光が散乱されるので、空間光変調素子３２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。なお、光散乱型液晶素子３１ａへ入射する照明光Ｌが指向性を有することから、光散乱型液晶素子３１ａにより照明光Ｌが散乱されない場合には、空間光変調素子３２から出射された光も指向性を有し、それ故、０次光の視域θ0において二次元画像Ｇ２の一部分しか瞳に入射せず、二次元画像Ｇ２の全体を観察することができない。しかし、本実施形態では、空間光変調素子３２から出射された光が散乱されるので、広い視域θで二次元画像Ｇ２の全体を観察することができる。
【００６６】
図１５は、第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。この図に示される光学系では、光源部３１は、散乱光源３１ｂ、この散乱光源３１ｂを空間光変調素子３２上に結像させるレンズ３１ｃ、および、ハーフミラー３１ｄを有している。ハーフミラー３１ｄは、三次元画像表示の際には指向性を有する非散乱照明光を反射させ、二次元画像表示の際には散乱光源３１ｂからの光を透過させる。二次元画像表示の際には、レンズ３１ｃにより散乱光源３１ｂは空間光変調素子３２上に結像される。これにより二次元画像Ｇ２が表示され（図４）、空間光変調素子３２により表示される二次元画像Ｇ２の視域θが広い。
【００６７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図１６は、第４実施形態に係る画像表示システム４および画像表示装置４０のブロック図である。この図に示される画像表示システム４は、画像表示装置４０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置４０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部３１、空間光変調素子３２、表示切替部３３、レンズ３５およびマスク３６を備える。
【００６８】
第４実施形態における照明部３１、空間光変調素子３２、表示切替部３３、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、第３実施形態のものと同様のものである。第３実施形態に係る画像表示装置３（図１２）と比較して、第４実施形態に係る画像表示装置４は、空間光変調素子３２より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系としてレンズ３５を更に備える点、および、レンズ３５の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させるマスク３６を更に備える点で相違し、また、空間光変調素子３２の解像度が低くてもよい点でも相違している。
【００６９】
図１６に示される本実施形態に係る画像表示システム４および画像表示装置４０の動作ならびに画像表示方法は、第３実施形態のものと略同様であるが、加えて、以下のような動作をする。すなわち、三次元画像表示の際には、空間光変調素子３２より出射された光による三次元画像Ｇ３は、レンズ３５により拡大されて結像され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。更に、マスク３６により、共役像および０次光が遮断され、三次元画像Ｇ３ｅが透過するので、三次元画像Ｇ３ｅのみを観察することができる。同様に、二次元画像表示の際には、空間光変調素子３２より出射された光による二次元画像Ｇ２は、レンズ３５により拡大されて結像され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００７０】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム４、画像表示装置４０および画像表示方法も、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。さらに、本実施形態では、拡大された三次元画像Ｇ３ｅおよび拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。
【００７１】
次に、本実施形態に係る画像表示装置４０の光学系について図１７〜図２０を用いて具体的に説明する。図１７〜図２０それぞれは、照明部３１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子３２に対して垂直入射するインライン型光学系を示す。
【００７２】
図１７は、第４実施形態に係る画像表示装置４０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。この図に示されるように、インライン型光学系では、照明部３１から出射された指向性を有する非散乱平面波照明光Ｌは空間光変調素子３２に対して垂直入射し、これにより三次元画像Ｇ３が表示される。さらに、この三次元画像Ｇ３がレンズ３５により拡大され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。この拡大はレンズの結像公式「１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ」なる式より求められる。ここで、ｆは、レンズ３５の焦点距離であり、ａは、空間光変調素子３２とレンズ３５との間の距離であり、ｂは、レンズ３５により空間光変調素子３２が拡大された空間光変調素子３２ｅとレンズ３５との間の距離である。三次元画像Ｇ３と拡大された三次元画像Ｇ３ｅとは、レンズの結像公式を満たしている。
【００７３】
レンズ３５は、三次元画像Ｇ３を拡大結像するだけでなく、光学的フーリエ変換をも行う。拡大された三次元画像Ｇ３ｅは、レンズ３５の焦点面（すなわちフーリエ変換面）上で観察される。空間光変調素子３２の画素ピッチをｐとし、照明光Ｌの波長をλとし、レンズ３５の焦点距離をｆとすると、レンズ３５の焦点面における視域の一辺の長さはλｆ／ｐで表される。したがって、画素ピッチｐや焦点距離をｆを適宜選択することで、視域の大きさを任意に設定することが可能であり、例えば、視域の大きさを瞳の径の程度や両目の間隔以上とすることができる。
【００７４】
空間光変調素子３２に入射した照明光Ｌの振幅のみが画素毎に変調される場合、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）が得られるだけでなく、共役像および０次光も発生する。マスク３６の平面上において、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）は視域θ1で観察可能であり、共役像は視域θ2で観察可能であり、０次光は視域θ0で観察可能である。そこで、視域θ0および視域θ2を遮断し視域θ1を通過させる開口を有するマスク３６（図１８）を用いることで、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）のみが観察可能となる。なお、観察の際にマスクが邪魔となる場合には、リレー光学系を用いて、マスク３６の開口の位置にある像を更に他の像に結像すればよい。
【００７５】
また、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子３２の前方および後方の何れの側に表示されてもよく、また、空間光変調素子３２の前方および後方の双方に跨って表示されてもよい。特に二次元画像Ｇ２を空間光変調素子３２上に表示するときには、レンズの結像公式により自然なピントが得られる距離（例えば４０ｃｍ〜２００ｃｍ程度）に拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られるように、空間光変調素子３２とレンズ３５との相対的位置関係が設定されることから、三次元画像Ｇ３は、空間光変調素子３２の前方および後方の双方に跨って表示されるのが好適である。これについて図１９および図２０を用いて説明する。
【００７６】
図１９は、三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の後方（照明光出射側）に存在する場合の波面の説明図である。図２０は、三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の前方（照明光入射側）に存在する場合の波面の説明図である。各図（ａ）は、空間光変調素子３２の説明図であり、各図（ｂ）は、三次元画像Ｇ３の波面の説明図である。各図（ａ）に示されるように、空間光変調素子３２の複数の画素が二次元配列された領域は、所定の直線を挟んで第１領域と第２領域とを含んでいる。そして、空間光変調素子３２は、三次元画像Ｇ３を表示する際に、第１領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光入射側の部分を表示するようにする。
【００７７】
図１９（ａ）に示されるように空間光変調素子３２の第１領域（上半分に含まれる領域）より回折されて出力された光は、同図（ｂ）に示されるように、空間光変調素子３２の照明光出射側にある再生像の輝点Ｐ1を再生するとともに、空間光変調素子３２の照明光入射側にある共役像の輝点Ｐ2を再生する。再生像の輝点Ｐ1を表す光の波面は、レンズ３５の下半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ1に到達する。一方、共役像の輝点Ｐ2を表す光の波面は、レンズ３５の上半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ2に到達する。なお、空間光変調素子３２により変調されなかった直流成分である０次光は、マスク３６上の視域θ0付近に到達する。
【００７８】
また、図２０（ａ）に示されるように空間光変調素子３２の第２領域（下半分に含まれる領域）より回折されて出力された光は、同図（ｂ）に示されるように、空間光変調素子３２の照明光入射側にある再生像の輝点Ｐ1を再生するとともに、空間光変調素子３２の照明光出射側にある共役像の輝点Ｐ2を再生する。再生像の輝点Ｐ1を表す光の波面は、レンズ３５の下半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ1に到達する。一方、共役像の輝点Ｐ2を表す光の波面は、レンズ３５の上半分を通過して、レンズ３５の焦点面にあるマスク３６上の視域θ2に到達する。なお、空間光変調素子３２により変調されなかった直流成分である０次光は、マスク３６上の視域θ0付近に到達する。
【００７９】
このように、図１９および図２０の何れの場合にも、再生像の輝点Ｐ1を表す光の波面はマスク３６上の視域θ1に到達し、共役像の輝点Ｐ2を表す光の波面はマスク３６上の視域θ2に到達し、０次光はマスク３６上の視域θ0付近に到達する。そこで、視域θ0および視域θ2を遮断し視域θ1を通過させる開口を有するマスク３６（図１８）を用いることで、理想的な再生像（三次元画像Ｇ３）のみが観察可能となる。
【００８０】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部３３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に基づいて振幅変調部３２ａにおける振幅変調が設定される。そして、照明部３１から出射された散乱照明光Ｌは、空間光変調素子３２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて、振幅変調部３２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子３２より出射する。この空間光変調素子３２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００８１】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子３２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子３２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子３２が振幅変調部３２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部における位相変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定される。
【００８２】
また、二次元画像表示の際に、光源部３１より空間光変調素子３２へ指向性を有する非散乱平面波照明光Ｌが入射した場合には、空間光変調素子３２から出射する光も指向性を有する非散乱平面波であるので、その光は全てマスク３６上の視域θ0に到達する。この視域θ0内に置いた瞳を通過する光のみにより二次元画像Ｇ２ｅを観察することになり、この瞳が視域θ0内の特定の空間周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタとして作用して、それ故、二次元画像Ｇ２ｅを完全な状態で観察することができず、視域θ0内に置く瞳の位置によって観察する二次元画像Ｇ２ｅが異なる。しかし、本実施形態では、空間光変調素子３２から出射された光が散乱されるので、このような問題は生じない。
【００８３】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図２１は、第５実施形態に係る画像表示システム５および画像表示装置５０のブロック図である。この図に示される画像表示システム５は、画像表示装置５０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置５０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部５１、空間光変調素子５２、表示切替部５３および光散乱情報付加部５４を備える。
【００８４】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置５０が表示すべき三次元画像の情報を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置５０に供給する。この三次元画像情報は、少なくとも振幅情報Ａ３を含み、更に位相情報Ｐ３をも含んでいてもよい。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置５０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置５０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置５０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置５０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置５０に供給してもよい。
【００８５】
画像表示装置５０に含まれる照明部５１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子５２は、振幅変調部５２ａを有しており、位相変調部（第１実施形態における位相変調部１２ｐと同様のもの）を更に有しているのも好適である。振幅変調部５２ａは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射するものである。振幅変調部５２ａにおける光の変調は、表示切替部５３により設定可能である。この空間光変調素子５２は、照明部５１より出射された照明光Ｌに対して振幅変調部５２ａにより振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する。また、振幅変調部５２ａは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【００８６】
光散乱情報付加部５４は、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報Ａ２を入力し、振幅変調部５２ａに入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を振幅変調部５２ａに設定するための光散乱情報を二次元画像情報Ａ２に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２を出力するものである。
【００８７】
表示切替部５３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部５３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部５３は、光散乱情報付加部５４により光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調を設定する。
【００８８】
次に、図２１に示される本実施形態に係る画像表示システム５および画像表示装置５０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【００８９】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部５３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調が設定される。すなわち、振幅変調部５２ａに振幅ホログラムが呈示される。そして、照明部５１から出射された指向性を有する照明光Ｌは、空間光変調素子５２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部５２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子５２より出射する。この空間光変調素子５２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【００９０】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２は、光散乱情報付加部５４により光散乱情報が付加される。この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調が設定される。そして、照明部５１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子５２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅変調部５２ａにより振幅変調されて、空間光変調素子５２より出射する。この空間光変調素子５２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【００９１】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子５２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子５２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子５２が振幅変調部５２ａだけでなく位相変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部における位相変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて位相変調部における位相変調が設定される。
【００９２】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム５、画像表示装置５０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【００９３】
本実施形態における光学系は、照明部５１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子５２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系である。本実施形態における三次元画像表示は、図１３で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００９４】
次に、本実施形態に係る画像表示装置５０の空間光変調素子５２に呈示される二次元画像について図２２〜図２４を用いて具体的に説明する。図２２〜図２４それぞれは、第５実施形態に係る画像表示装置５０による二次元画像表示の説明図である。図２２は、第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。図２３は、第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。図２４は、第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。
【００９５】
図２２に示されるように、空間光変調素子５２により表示される二次元画像Ｇ２が文字「Ａ」を表示するものであるとする。この文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図２３に示されている。この図２３に示されている部分画像ｇ１は、二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分に相当する。二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２が拡大されて図２４に示されている。図２４に示されている８×８個の各画素ｇ３は、空間光変調素子５２の画素に相当している。すなわち、ここでは、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、空間光変調素子５２の８×８画素に相当する。
【００９６】
二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２に対応する空間光変調素子５２の８×８画素それぞれの画素値は、その１画素ｇ２の輝度または色度に乱数が乗じられたものであり、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報Ａ２に基づいて光散乱情報付加部５４により算出されたものである。各画素ｇ２の輝度または色度に乗じられる乱数は、例えば、０から２５５までの数である。空間光変調素子５２の８×８画素それぞれの画素値の平均値は、対応する二次元画像Ｇ２の１画素の画素値に比例する。
【００９７】
このように、二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に対して光散乱情報付加部５４により光散乱情報が付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて振幅変調部５２ａにおける振幅変調が設定され、照明部５１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子５２へ入射する。そして、この空間光変調素子５２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示されるとともに、その出射光が散乱されるので、この散乱光が到達する広範囲において二次元画像Ｇ２を観察することができる。
【００９８】
なお、上記の説明では、二次元画像Ｇ２の１画素に対応する空間光変調素子５２の８×８画素が対応することとしたが、８×８でなくてもよく、一般にＭ×Ｎ（ただし、Ｍ≧２，Ｎ≧２）であればよい。
【００９９】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。図２５は、第６実施形態に係る画像表示システム６および画像表示装置６０のブロック図である。この図に示される画像表示システム６は、画像表示装置６０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置６０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部６１、空間光変調素子６２、表示切替部６３および光散乱情報付加部６４を備える。
【０１００】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置６０が表示すべき三次元画像の情報を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置６０に供給する。この三次元画像情報は、少なくとも位相情報Ｐ３を含み、更に振幅情報Ａ３をも含んでいてもよい。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置６０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置６０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置６０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置６０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置６０に供給してもよい。
【０１０１】
画像表示装置６０に含まれる照明部６１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子６２は、位相変調部６２ｐを有しており、振幅変調部（第１実施形態における振幅変調部１２ａと同様のもの）を更に有しているのも好適である。位相変調部６２ｐは、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射するものである。位相変調部６２ｐにおける光の変調は、表示切替部６３により設定可能である。この空間光変調素子６２は、照明部６１より出射された照明光Ｌに対して位相変調部６２ｐにより位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する。また、位相変調部６２ｐは、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【０１０２】
光散乱情報付加部６４は、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報Ａ２を入力し、位相変調部６２ｐに入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を位相変調部６２ｐに設定するための光散乱情報を二次元画像情報Ａ２に付加して、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２を出力するものである。
【０１０３】
表示切替部６３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部６３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部６３は、光散乱情報付加部６４により光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調を設定する。
【０１０４】
次に、図２５に示される本実施形態に係る画像表示システム６および画像表示装置６０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【０１０５】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部６３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に含まれる位相情報Ｐ３に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調が設定される。すなわち、位相変調部６２ｐに位相ホログラムが呈示される。そして、照明部６１から出射された指向性を有する照明光Ｌは、空間光変調素子６２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて位相変調部６２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子６２より出射する。この空間光変調素子６２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。
【０１０６】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２は、光散乱情報付加部６４により光散乱情報が付加される。この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調が設定される。そして、照明部６１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子６２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて位相変調部６２ｐにより位相変調されて、空間光変調素子６２より出射する。この空間光変調素子６２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。
【０１０７】
なお、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そこで、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子６２の複数画素を割り当てることで、空間光変調素子６２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。また、空間光変調素子６２が位相変調部６２ｐだけでなく振幅変調部をも有する場合には、三次元画像表示の際には振幅情報Ａ３に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定され、二次元画像表示の際には光散乱情報に基づいて振幅変調部における振幅変調が設定される。
【０１０８】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム６、画像表示装置６０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【０１０９】
本実施形態における光学系は、照明部６１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子６２に対して斜め入射するオフアクシス型光学系である。本実施形態における三次元画像表示は、図１３で説明したものと略同様であり、振幅変調と位相変調とが異なるのみであるので、ここでは説明を省略する。
【０１１０】
次に、本実施形態に係る画像表示装置６０の空間光変調素子５２に呈示される二次元画像について図２６〜図２９を用いて具体的に説明する。図２６〜図２９それぞれは、第５実施形態に係る画像表示装置５０による二次元画像表示の説明図である。図２６は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。図２７は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。図２８は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。図２９は、第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１光散乱位相パターン発生画素を示す図である。
【０１１１】
図２６に示されるように、空間光変調素子６２により表示される二次元画像Ｇ２が文字「Ａ」を表示するものであるとする。この文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図２７に示されている。この図２７に示されている部分画像ｇ１は、二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分に相当する。二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２が拡大されて図２８に示されている。図２８に示されている二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３に相当する。その１つの光散乱位相パターン発生画素ｇ３が図２９に示されている。図２９に示されている８×８個の各画素ｇ４は、空間光変調素子６２の画素に相当している。すなわち、ここでは、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、空間光変調素子６２の１２８×１２８画素に相当する。
【０１１２】
二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２は、２５６階調表示を行う場合には、少なくとも１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３からなる。二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２の画素値（輝度または色度）が最大値２５５であれば、その１画素ｇ２に対応する１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３の全てに光散乱情報が設定される。また、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２の画素値が中間値１２７であれば、その１画素ｇ２に対応する１６×１６個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３のうち半分の１２８個の光散乱位相パターン発生画素ｇ３に光散乱情報が設定される。すなわち、二次元画像Ｇ２の１画素ｇ２に応じて、光散乱情報が設定される光散乱位相パターン発生画素ｇ３の数が決定される。そして、光散乱情報が設定される光散乱位相パターン発生画素ｇ３では、これに含まれる８×８個の画素ｇ４に０から２πまでの乱数が位相変調量として設定される。
【０１１３】
このように、二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２より供給された二次元画像情報（振幅情報）Ａ２に対して光散乱情報付加部６４により光散乱情報が付加され、この光散乱情報が付加された二次元画像情報Ａ２に基づいて位相変調部６２ｐにおける位相変調が設定され、照明部６１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子６２へ入射する。そして、この空間光変調素子６２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示されるとともに、その出射光が散乱されるので、この散乱光が到達する広範囲において二次元画像Ｇ２を観察することができる。
【０１１４】
なお、上記の説明では、二次元画像Ｇ２の１画素に対応する空間光変調素子６２の１２８×１２８画素が対応することとしたが、１２８×１２８でなくてもよく、一般にＭ×Ｎ（ただし、Ｍ≧２，Ｎ≧２）であればよい。
【０１１５】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。図３０は、第７実施形態に係る画像表示システム７および画像表示装置７０のブロック図である。この図に示される画像表示システム７は、画像表示装置７０、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２を備える。画像表示装置７０は、三次元画像情報格納部９１から受け取った三次元画像情報に基づいて三次元画像を表示し、或いは、二次元画像情報格納部９２から受け取った二次元画像情報に基づいて二次元画像を表示するものであり、照明部７１、空間光変調素子７２、表示切替部７３、レンズ７５およびマスク７６を備える。本実施形態における空間光変調素子７２、レンズ７５およびマスク７６を含む光学系は、第４実施形態と同様である。
【０１１６】
三次元画像情報格納部９１は、画像表示装置７０が表示すべき三次元画像の情報（振幅情報Ａ３および位相情報Ｐ３の双方または何れか一方を含む）を格納しており、この三次元画像情報を画像表示装置７０に供給する。二次元画像情報格納部９２は、画像表示装置７０が表示すべき二次元画像の情報（振幅情報Ａ２）を格納しており、この二次元画像情報を画像表示装置７０に供給する。三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、画像表示装置７０と直接に信号線で接続されていて、この信号線を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置７０に供給してもよい。また、三次元画像情報格納部９１および二次元画像情報格納部９２それぞれは、無線通信やネットワーク（ＬＡＮやインターネットなど）を介して三次元画像情報および二次元画像情報を画像表示装置７０に供給してもよい。
【０１１７】
画像表示装置７０に含まれる照明部７１はコヒーレントな照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは、平面波および球面波などの指向性を有する光である。空間光変調素子７２は、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、その変調部における光の変調が表示切替部７３により設定可能である。この空間光変調素子７２は、照明部７１より出射された照明光Ｌに対して変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する。変調部は、光を回折させるだけの充分な解像度を有しており、例えば１０００本／ｍｍ程度の解像度を有しているのが好ましい。
【０１１８】
表示切替部７３は、三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う。より詳細には、三次元画像表示を行う際には、表示切替部７３は、三次元画像情報格納部９１から供給された三次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調を設定する。一方、二次元画像表示を行う際には、表示切替部７３は、二次元画像情報格納部９２から供給された二次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調を設定する。また、二次元画像表示を行う際には、空間光変調素子７２は、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ、二次元画像情報に基づいて振幅または位相の変調が設定される。
【０１１９】
レンズ７５は、空間光変調素子７２より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系として用いられる。また、マスク７６は、レンズ７５の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させる。
【０１２０】
次に、図３０に示される本実施形態に係る画像表示システム７および画像表示装置７０の動作について説明するとともに、本実施形態に係る画像表示方法について説明する。
【０１２１】
三次元画像表示の際には、三次元画像情報格納部９１から表示切替部７３に三次元画像情報が供給され、この三次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調が設定される。すなわち、空間光変調素子７２に、振幅ホログラム、位相ホログラムまたは振幅位相ホログラムが呈示される。そして、照明部７１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子７２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅または位相の変調がなされて、空間光変調素子７２より出射する。この空間光変調素子７２より出射した光（再生光）により三次元画像Ｇ３が表示される。この三次元画像Ｇ３は、レンズ７５により拡大されて結像され、これにより拡大された三次元画像Ｇ３ｅが得られる。そして、この拡大された三次元画像Ｇ３ｅはマスク７６の開口を通して観察される。
【０１２２】
二次元画像表示の際には、二次元画像情報格納部９２から表示切替部７３に二次元画像情報が供給され、この二次元画像情報に基づいて空間光変調素子７２における振幅または位相の変調が設定される。そして、照明部７１から出射された照明光Ｌは、空間光変調素子７２へ入射して、二次元配列された複数の画素それぞれについて振幅または位相の変調がなされて、空間光変調素子７２より出射する。この空間光変調素子７２より出射した光により二次元画像Ｇ２が表示される。このとき、空間光変調素子７２では、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ振幅または位相の変調が設定されているので、空間光変調素子７２からは散乱光が出射する。この二次元画像Ｇ２は、レンズ７５により拡大されて結像され、これにより拡大された二次元画像Ｇ２ｅが得られる。そして、この拡大された二次元画像Ｇ２ｅはマスク７６の開口を通して観察される。
【０１２３】
以上のように、本実施形態に係る画像表示システム７、画像表示装置７０および画像表示方法は、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【０１２４】
本実施形態における光学系は、照明部７１から出射された照明光Ｌが空間光変調素子７２に対して垂直入射するインライン型光学系である。本実施形態における三次元画像表示は、図１７，図１９および図２０で説明したものと略同様であるので、ここでは説明を省略する。また、本実施形態では、空間光変調素子７２が振幅および位相の一方のみの変調が可能であって、三次元画像Ｇ３が空間光変調素子７２の前方および後方の双方に跨って表示される場合には、図１９および図２０で説明したのと同様に、空間光変調素子７２は、第１領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光出射側の部分を表示し、第２領域を透過した光により三次元画像Ｇ３のうち照明光入射側の部分を表示するようにするのが好適である。このようにすることで、共役像および０次光を遮断して、拡大された三次元画像Ｇ３ｅを観察することができる。
【０１２５】
次に、本実施形態に係る画像表示装置７０の空間光変調素子７２に呈示される二次元画像およびマスク７６について図３１〜図３７を用いて具体的に説明する。ここでは、図３１に示されるように、空間光変調素子７２により表示される二次元画像Ｇ２が文字「Ａ」を表示するものであるとする。
【０１２６】
図３２は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。図３３は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦３画素分を示す図である。図３４は、第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【０１２７】
図３１に示される二次元画像Ｇ２のうちの文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図３２に示されている。この図３２に示されている部分画像ｇ１は、空間光変調素子７２に含まれる複数の画素のうちの１８×１８画素分に相当する。そのうちの縦３画素分ｇ２が拡大されて図３３に示されている。この縦３画素ｇ２のうち、最も上に位置する画素ｇ３ａのみに二次元画像情報に基づいて所定の画素値が設定されており、他の画素ｇ３ｂおよびｇ３ｃそれぞれには一定の画素値（例えば画素値０）が設定されている。このように、空間光変調素子７２は、二次元画像表示を行う際に、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定される。空間光変調素子７２により表示される二次元画像Ｇ２は、このサンプリング周期に応じた中心空間周波数を中心とする空間周波数分布を有する。
【０１２８】
したがって、レンズ７５のフーリエ変換面に配置されるマスク７６上において、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点との間に、上記サンプリング周期に応じた中心空間周波数に対応する位置θ1を中心として二次元画像Ｇ２の空間周波数分布が局在する。位置θ1は、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点とを１：２または２：１に内分する点である。マスク７６の開口は、位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させる。それ故、瞳径がマスク７６の開口の程度である場合には、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。また、瞳径が位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させることができる場合にも、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。
【０１２９】
以上では、空間光変調素子７２の縦３画素のうちの１画素に画素値が設定される場合であった。以下では、空間光変調素子７２の縦４画素のうちの２画素に画素値が設定される場合について説明する。
【０１３０】
図３５は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。図３６は、第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦４画素分を示す図である。図３６は、第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【０１３１】
図３１に示される二次元画像Ｇ２のうちの文字「Ａ」の右下角の部分画像ｇ１が拡大されて図３５に示されている。この図３５に示されている部分画像ｇ１は、空間光変調素子７２に含まれる複数の画素のうちの１８×１８画素分に相当する。そのうちの縦４画素分ｇ２が拡大されて図３６に示されている。この縦４画素ｇ２のうち、上の２つの画素ｇ３ａおよびｇ３ｂのみに二次元画像情報に基づいて所定の画素値が設定されており、他の画素ｇ３ｃおよびｇ３ｄそれぞれには一定の画素値（例えば画素値０）が設定されている。このように、空間光変調素子７２は、二次元画像表示を行う際に、二次元配列された複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定される。空間光変調素子７２により表示される二次元画像Ｇ２は、このサンプリング周期に応じた中心空間周波数を中心とする空間周波数分布を有する。
【０１３２】
したがって、レンズ７５のフーリエ変換面に配置されるマスク７６上において、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点との間に、上記サンプリング周期に応じた中心空間周波数に対応する位置θ1を中心として二次元画像Ｇ２の空間周波数分布が局在する。位置θ1は、０次光到達地点θ0とその縦方向の折り返し地点とを１：３または３：１に内分する点である。マスク７６の開口は、位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させる。それ故、瞳径がマスク７６の開口の程度である場合には、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。また、瞳径が位置θ1を中心とする二次元画像Ｇ２の空間周波数分布を通過させることができる場合にも、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。
【０１３３】
なお、上記の例のように一定周期でサンプリングされた画素についてのみ変調が設定されないとすると、瞳径がマスク７６の開口の程度である場合に、マスク７６上において二次元画像の空間周波数分布は０次光到達地点θ0の近傍に存在する。しかし、マスク７６は０次光を遮断することから、このマスク７６の開口を通して観察される二次元画像は、空間周波数が低い成分が除去されて、空間周波数が高い成分のみからなる。また、瞳径がマスク７６の開口と比較して小さい場合にも、このマスク７６の開口を通して観察される二次元画像は、特定の空間周波数の成分のみからなる。しかし、本実施形態では、空間光変調素子７２の複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されるので、二次元画像Ｇ２を鮮明に観察することができる。
【０１３４】
また、上記の例では、空間光変調素子７２は、二次元画像表示を行う際に、二次元配列された複数の画素のうち縦方向に一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定された。しかし、空間光変調素子７２は、横方向に一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されてもよいし、また、縦方向および横方向それぞれに一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定されてもよい。
【０１３５】
また、一般に、三次元画像Ｇ３の情報量と比較して、二次元画像Ｇ２の情報量は格段に少ない。そのときには、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子７２のＭ×Ｎ画素（ただし、ＭまたはＮは２以上）を割り当てて、そのＭ×Ｎ画素のうちの特定画素についてのみ二次元画像情報に基づいて画素値を設定することで、空間光変調素子７２の全面に二次元画像Ｇ２を表示することができる。
【０１３６】
或いは、二次元画像Ｇ２の１画素につき空間光変調素子７２の１画素を割り当てて、空間光変調素子７２の複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ二次元画像情報に基づいて変調が設定され、他の画素については一定の画素値（例えば画素値０）が設定されてもよい。この場合には、空間光変調素子７２に表示される画像は、本来の二次元画像のうちの一定周期でサンプリングされた画素についてのみのものとなり、他の画素が欠落したものとなる。そこで、テレビジョンのようにインターレース走査を行うのが好適である。例えば、上記図３２および図３３の例で説明すると、第１フレームでは空間光変調素子７２の縦３画素のうち画素ｇ３ａに画素値を表示させ、第２フレームでは画素ｇ３ｂに画素値を表示させ、第３フレームでは画素ｇ３ｃに画素値を表示させる。これら第１フレーム，第２フレームおよび第３フレームを繰り返すことで、見かけ上、完全な二次元画像Ｇ２を観察することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、従来のものでは必要であった三次元画像情報計算部を有する必要が無いことから、小型で安価であり、また、従来のものでは必要であった三次元画像情報の計算が不要であることから、高品質の動画表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る画像表示システム１および画像表示装置１０のブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図３】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図４】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるオフアクシス型光学系の場合に空間光変調素子１２により表示される二次元画像Ｇ２の説明図である。
【図５】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図６】第１実施形態に係る画像表示装置１０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図７】第２実施形態に係る画像表示システム２および画像表示装置２０のブロック図である。
【図８】第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図９】レンズ１５の焦点面における領域Ｒ0などの説明図である。
【図１０】第２実施形態に係る画像表示装置２０におけるインライン型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図１１】レンズ１５により得られた拡大された二次元画像Ｇ２ｅの説明図である。
【図１２】第３実施形態に係る画像表示システム３および画像表示装置３０のブロック図である。
【図１３】第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図１４】第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図１５】第３実施形態に係る画像表示装置３０におけるオフアクシス型光学系の場合の二次元画像表示の説明図である。
【図１６】第４実施形態に係る画像表示システム４および画像表示装置４０のブロック図である。
【図１７】第４実施形態に係る画像表示装置４０におけるインライン型光学系の場合の三次元画像表示の説明図である。
【図１８】マスク３６の説明図である。
【図１９】三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の後方（照明光出射側）に存在する場合の波面の説明図である。
【図２０】三次元画像Ｇ３の輝点が空間光変調素子３２の前方（照明光入射側）に存在する場合の波面の説明図である。
【図２１】第５実施形態に係る画像表示システム５および画像表示装置５０のブロック図である。
【図２２】第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。
【図２３】第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。
【図２４】第５実施形態に係る画像表示装置５０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。
【図２５】第６実施形態に係る画像表示システム６および画像表示装置６０のブロック図である。
【図２６】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。
【図２７】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの６×６画素分を示す図である。
【図２８】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１画素分を示す図である。
【図２９】第６実施形態に係る画像表示装置６０により表示される二次元画像Ｇ２のうちの１光散乱位相パターン発生画素を示す図である。
【図３０】第７実施形態に係る画像表示システム７および画像表示装置７０のブロック図である。
【図３１】第７実施形態に係る画像表示装置７０により表示される二次元画像Ｇ２の表示例を示す図である。
【図３２】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。
【図３３】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦３画素分を示す図である。
【図３４】第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【図３５】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの１８×１８画素分を示す図である。
【図３６】第７実施形態に係る画像表示装置７０に表示される二次元画像Ｇ２のうちの縦４画素分を示す図である。
【図３７】第７実施形態に係る画像表示装置７０のマスク７６における光の分布を示す図である。
【符号の説明】
１〜７…画像表示システム、１０…画像表示装置、１１…照明部、１２…空間光変調素子、１２ａ…振幅変調部、１２ｐ…位相変調部、１３…表示切替部、１４…光散乱位相情報格納部、１５…レンズ（拡大光学系）、２０…画像表示装置、３０…画像表示装置、３１…照明部、３２…空間光変調素子、３２ａ…振幅変調部、３３…表示切替部、３５…レンズ（拡大光学系）、３６…マスク、４０…画像表示装置、５０…画像表示装置、５１…照明部、５２…空間光変調素子、５２ａ…振幅変調部、５３…表示切替部、５４…光散乱情報付加部、６０…画像表示装置、６１…照明部、６２…空間光変調素子、６２ｐ…位相変調部、６３…表示切替部、６４…光散乱情報付加部、７０…画像表示装置、７１…照明部、７２…空間光変調素子、７３…表示切替部、７５…レンズ（拡大光学系）、７６…マスク、９１…三次元画像情報格納部、９２…二次元画像情報格納部。
Claims (17)
- 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、
照明光を出射する照明部と、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有し、前記振幅変調部および前記位相変調部それぞれにおける光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記振幅変調部により振幅変調を与えるとともに前記位相変調部により位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、
前記位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を前記位相変調部に設定するための光散乱位相情報を出力する光散乱位相情報格納部と、
三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、
を備え、
前記表示切替部が、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、前記三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて前記位相変調部における位相変調を設定し、
二次元画像表示を行う際には、前記二次元画像情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、前記光散乱位相情報格納部に格納されている前記光散乱位相情報に基づいて前記位相変調部における位相変調を設定する、
ことを特徴とする画像表示装置。 - 前記空間光変調素子より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系を更に備えることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
- 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、
非散乱照明光および散乱照明光の何れかを出射する照明部と、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、前記振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子と、
三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、
を備え、
前記表示切替部が、
三次元画像表示を行う際には、非散乱照明光を前記照明部より出射させるとともに、前記三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定し、
二次元画像表示を行う際には、散乱照明光を前記照明部より出射させるとともに、前記二次元画像情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定する、
ことを特徴とする画像表示装置。 - 前記空間光変調素子より出射された光の像を拡大結像する拡大光学系と、
前記拡大光学系の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し前記三次元画像を通過させるマスクと、
を更に備えることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、
照明光を出射する照明部と、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、前記振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子と、
前記二次元画像情報を入力し、前記振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を前記振幅変調部に設定するための光散乱情報を前記二次元画像情報に付加して、この光散乱情報が付加された前記二次元画像情報を出力する光散乱情報付加部と、
三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、
を備え、
前記表示切替部が、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定し、
二次元画像表示を行う際には、前記光散乱情報付加部により前記散乱情報が付加された前記二次元画像情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定する、
ことを特徴とする画像表示装置。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、
照明光を出射する照明部と、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部を有し、前記位相変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記位相変調部により位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、
前記二次元画像情報を入力し、前記位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を前記位相変調部に設定するための光散乱情報を前記二次元画像情報に付加して、この光散乱情報が付加された前記二次元画像情報を出力する光散乱情報付加部と、
三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、
を備え、
前記表示切替部が、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて前記位相変調部における位相変調を設定し、
二次元画像表示を行う際には、前記光散乱情報付加部により前記散乱情報が付加された前記二次元画像情報に基づいて前記位相変調部における位相変調を設定する、
ことを特徴とする画像表示装置。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示装置であって、
照明光を出射する照明部と、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、前記変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子より出射された光の像を拡大する拡大光学系と、
前記拡大光学系の焦点面に設けられ共役像および０次光を遮断し前記三次元画像を通過させるマスクと、
三次元画像表示および二次元画像表示の切替を行う表示切替部と、
を備え、
前記表示切替部が、三次元画像表示を行う際には前記三次元画像情報に基づいて前記変調部における変調を設定し、二次元画像表示を行う際には前記二次元画像情報に基づいて前記変調部における変調を設定し、
前記空間光変調素子が、二次元画像表示を行う際に、前記変調部の二次元配列された前記複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ前記二次元画像情報に基づいて変調が設定される、
ことを特徴とする画像表示装置。 - 前記空間光変調素子は、前記複数の画素の二次元配列領域が所定の直線を挟んで第１領域と第２領域とを含み、三次元画像を表示する際に、前記第１領域を透過した光により前記三次元画像のうち前記照明光の出射側の部分を表示し、前記第２領域を透過した光により前記三次元画像のうち前記照明光の入射側の部分を表示する、
ことを特徴とする請求項４または７に記載の画像表示装置。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う請求項１〜８の何れか１項に記載の画像表示装置と、
前記三次元画像を格納する三次元画像情報格納部と、
前記二次元画像を格納する二次元画像情報格納部と、
を備えることを特徴とする画像表示システム。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部と、二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部とを有し、前記振幅変調部および前記位相変調部それぞれにおける光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記振幅変調部により振幅変調を与えるとともに前記位相変調部により位相変調を与えて、その振幅および位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、前記三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて前記位相変調部における位相変調を設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、
二次元画像表示を行う際には、前記二次元画像情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定するとともに、前記位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を前記位相変調部に設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示する、
ことを特徴とする画像表示方法。 - 前記空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させることを特徴とする請求項１０記載の画像表示方法。
- 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、前記振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定して、前記空間光変調素子に非散乱照明光を入射させて三次元画像を表示し、
二次元画像表示を行う際には、前記二次元画像情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定して、前記空間光変調素子に散乱照明光を入射させて二次元画像を表示する、
ことを特徴とする画像表示方法。 - 前記空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、
前記拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し前記三次元画像を通過させる、
ことを特徴とする請求項１２記載の画像表示方法。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅変調を与えて出射する振幅変調部を有し、前記振幅変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記振幅変調部により振幅変調を与えて、その振幅が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に含まれる振幅情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、
二次元画像表示を行う際には、前記振幅変調部に入射する光を散乱させて出射し得る振幅変調を前記振幅変調部に設定するための光散乱情報を前記二次元画像情報に付加し、この光散乱情報が付加された前記二次元画像情報に基づいて前記振幅変調部における振幅変調を設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示する、
ことを特徴とする画像表示方法。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して位相変調を与えて出射する位相変調部を有し、前記位相変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記位相変調部により位相変調を与えて、その位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に含まれる位相情報に基づいて前記位相変調部における位相変調を設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させて三次元画像を表示し、
二次元画像表示を行う際には、前記位相変調部に入射する光を散乱させて出射し得る位相変調を前記位相変調部に設定するための光散乱情報を前記二次元画像情報に付加し、この光散乱情報が付加された前記二次元画像情報に基づいて前記位相変調部における位相変調を設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させて二次元画像を表示する、
ことを特徴とする画像表示方法。 - 三次元画像情報に基づく三次元画像表示および二次元画像情報に基づく二次元画像表示を選択的に行う画像表示方法であって、
二次元配列された複数の画素それぞれに入射する光に対して振幅または位相の変調を与えて出射する変調部を有し、前記変調部における光の変調が外部より設定可能であり、前記照明部より出射された照明光に対して前記変調部により振幅または位相の変調を与えて、その振幅または位相が変調された光を出射する空間光変調素子を用い、
三次元画像表示を行う際には、前記三次元画像情報に基づいて前記変調部における変調を設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させ、前記空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し三次元画像を通過させ、
二次元画像表示を行う際には、前記変調部の二次元配列された前記複数の画素のうち一定周期でサンプリングされた画素についてのみ前記二次元画像情報に基づいて変調を設定して、前記空間光変調素子に照明光を入射させ、前記空間光変調素子より出射された光の像を拡大光学系により拡大結像させ、この拡大光学系の焦点面に設けられたマスクにより共役像および０次光を遮断し二次元画像を通過させる、
ことを特徴とする画像表示方法。 - 前記空間光変調素子は、前記複数の画素の二次元配列領域が所定の直線を挟んで第１領域と第２領域とを含み、三次元画像を表示する際に、前記第１領域を透過した光により前記三次元画像のうち前記照明光の出射側の部分を表示し、前記第２領域を透過した光により前記三次元画像のうち前記照明光の入射側の部分を表示する、
ことを特徴とする請求項１３または１６に記載の画像表示方法。
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