WO2025062853A1

WO2025062853A1 - 表示装置および表示方法

Info

Publication number: WO2025062853A1
Application number: PCT/JP2024/027590
Authority: WO
Inventors: 文彦伊藤
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2023-09-22
Filing date: 2024-08-01
Publication date: 2025-03-27
Anticipated expiration: 2026-03-22

Abstract

表示装置（１０）は、蛍光体を含む表示体（１２）と、蛍光体を励起する励起光（２０）を出力する光源（３０）と、励起光（２０）を表示体（１２）の内部の集光位置（２２）に向けて集光させる第１レンズ（３８）および第２レンズ（４０）と、第１レンズ（３８）を駆動し、集光位置（２２）を変化させる第１駆動機構（４２）と、第２レンズ（４０）を駆動し、集光位置（２２）の変化に応じて生じる収差を低減させる第２駆動機構（４４）と、を備える。

Description

表示装置および表示方法

　本発明は、表示装置および表示方法に関する。

　立体画像の表示装置として、蛍光体を含む表示体に紫外光を照射し、紫外光の照射位置を変化させることによって表示体の内部に立体像を描画する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－１６５６１１号公報

　立体画像をより高精細に表示できることが好ましい。

　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、より高精細な立体画像を表示する技術を提供することを目的とする。

　本発明のある態様の表示装置は、蛍光体を含む表示体と、蛍光体を励起する励起光を出力する光源と、励起光を表示体の内部の集光位置に向けて集光させる第１レンズおよび第２レンズと、第１レンズを駆動し、集光位置を変化させる第１駆動機構と、第２レンズを駆動し、集光位置の変化に応じて生じる収差を低減させる第２駆動機構と、を備える。

　本発明の別の態様の表示装置は、蛍光体を含み、凹曲面を有する表示体と、蛍光体を励起する励起光を出力する光源と、励起光を凹曲面に向けて反射させるスキャンミラーと、スキャンミラーを駆動して凹曲面における励起光の入射位置を変化させるミラー駆動機構と、を備える。

　本発明のさらに別の態様は、表示方法である。この方法は、蛍光体を含む表示体の内部の集光位置に向けて、蛍光体を励起する励起光を第１レンズおよび第２レンズを用いて集光させるステップと、第１レンズを駆動し、集光位置を変化させるステップと、第２レンズを駆動し、集光位置の変化に応じて生じる収差を低減させるステップと、を備える。

　本発明のさらに別の態様は、表示方法である。この方法は、蛍光体を含む表示体の凹曲面に向けて、蛍光体を励起する励起光をスキャンミラーを用いて反射させるステップと、スキャンミラーを駆動し、凹曲面における励起光の入射位置を変化させるステップと、を備える。

　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

　本発明によれば、より高精細な立体画像を表示できる。

第１実施形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。実施例および比較例に係る集光位置に応じた球面収差の一例を示すグラフである。実施例および比較例に係る集光位置に応じた励起光のスポット径の一例を示すグラフである。第２実施形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。第３実施形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。実施例および比較例に係る集光位置に応じた球面収差の一例を示すグラフである。実施例および比較例に係る集光位置に応じた励起光のスポット径の一例を示すグラフである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、図面において、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の寸法比と一致しない。

（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る表示装置１０の構成を模式的に示す図である。表示装置１０は、表示体１２と、照射部１４と、センサ１６と、制御部１８とを備える。表示装置１０は、いわゆるボリュームディスプレイであり、表示体１２の内部に立体像Ｓを描画するよう構成される。

　表示体１２は、励起光２０が照射されることによって発光する蛍光体を含む。蛍光体は、励起波長が紫外光域であり、発光波長が可視光域である。蛍光体の材料は特に限られないが、例えば、ハロゲン化セシウム鉛ペロブスカイト（ＣｓＰｂＸ_３、Ｘはハロゲンであり、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉのいずれか、または、これらの混合）を用いる量子ドット蛍光体や、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）などの希土類元素を用いる希土類蛍光体である。

　表示体１２は、例えば、可視光に対して透明な媒体と、媒体内に分散される蛍光体とを備える。媒体は、樹脂やガラスなどの固体であってもよいし、トルエンなどの液体であってもよいし、気体であってもよい。媒体が液体または気体である場合、表示体１２は、媒体を収容するための透明な容器を備えてもよい。透明な容器は、樹脂材料やガラス材料で構成されてもよい。表示体１２は、透明な固体材料を有するため、表示体１２の周囲（例えば空気）よりも屈折率が高い部分を有する。

　表示体１２は、第１面２４と、第２面２６と、側面２８とを備える。第１面２４は、励起光２０が入射する面である。第２面２６は、励起光２０が入射する面とは反対側の面である。側面２８は、第１面２４から第２面２６に向けて延びる。第１面２４、第２面２６および側面２８は、周囲（例えば空気）よりも高屈折率の材料で構成され、例えば樹脂材料やガラス材料で構成される。

　表示体１２は、例えば、柱形状となるように構成され、円柱形状、多角柱形状または直方体形状となるように構成される。図１に示される表示体１２は、円柱形状である。表示体１２は、表示体１２の内部を外から透視できるように表示体１２の表面（第１面２４、第２面２６および側面２８）が鏡面仕上げとなるように構成される。

　表示体１２の大きさは特に限られないが、例えば、第１面２４から第２面２６に向かう高さ方向（ｚ方向）のサイズを１００ｍｍ～１０００ｍｍ程度とし、高さ方向に直交する方向（ｘ方向およびｙ方向）のサイズを１００ｍｍ～１０００ｍｍ程度とすることができる。一例として、表示体１２のｘ，ｙ，ｚ方向のサイズを５００ｍｍとすることができる。

　照射部１４は、表示体１２に含まれる蛍光体を励起するための励起光２０を表示体１２に照射する。励起光２０は、表示体１２の第１面２４に入射し、表示体１２の内部の集光位置２２に向けて集光される。励起光２０は、表示体１２の内部の集光位置２２が経時的に変化するように照射される。照射部１４は、光源３０と、集光光学系３２と、スキャン光学系３４とを備える。

　光源３０は、表示体１２に含まれる蛍光体を励起するための励起光２０を生成する。光源３０は、例えば、中心波長が３００ｎｍ～４００ｎｍの範囲に含まれる紫外光を励起光２０として生成する。光源３０の種類は問わないが、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の半導体レーザまたは半導体ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源３０として用いることができる。

　集光光学系３２は、光源３０により生成された励起光２０を表示体１２の内部に向けて集光させる。集光光学系３２は、励起光２０の照射方向における集光位置２２を変化させ、第１面２４に交差する方向の集光位置２２を可変にする。集光光学系３２は、コリメートレンズ３６と、第１レンズ３８と、第２レンズ４０と、第１駆動機構４２と、第２駆動機構４４とを備える。

　コリメートレンズ３６は、光源３０により生成された励起光２０を平行化する。第１レンズ３８は、コリメートレンズ３６により平行化された励起光２０を表示体１２の内部に向けて集光させる。第１レンズ３８は、焦点可変レンズであり、第１駆動機構４２によって焦点距離が可変となるように駆動される。第２レンズ４０は、集光位置２２にて生じる収差（例えば球面収差）を補正し、収差を低減させる。第２レンズ４０は、焦点可変レンズであり、第２駆動機構４４によって焦点距離が可変となるように駆動される。第１レンズ３８および第２レンズ４０の光軸上の位置は固定されている。

　第１レンズ３８または第２レンズ４０として用いられる焦点可変レンズは、例えば、液体レンズで構成され、液体レンズを封止する可撓性の透明膜を変形させることで焦点距離が可変となるよう構成される。透明膜の形状は、透明膜に加える圧力を変化させることで制御される。第１駆動機構４２または第２駆動機構４４は、例えば、透明膜に圧力を加える電磁アクチュエータや圧電素子であり、圧力を変化させることによって焦点可変レンズの焦点距離を電気的に制御する。

　第１レンズ３８は、平行光を集光位置２２に集光させるための集光レンズとして機能する。第１レンズ３８は、第２レンズ４０に比べて大きな正の屈折力を提供する。第１レンズ３８は、例えば、励起光２０の集光位置２２（焦点位置）を第１面２４から第２面２６までの範囲にわたって変化させるために必要となる可変の屈折力を提供する。一例として、第１レンズ３８から第１面２４までの光軸に沿った距離が２００ｍｍであり、第１面２４から第２面２６までの高さが５００ｍｍである場合、第１レンズ３８の焦点距離は、空気換算値で２００ｍｍから７００ｍｍの範囲で可変となるように構成される。

　第２レンズ４０は、励起光２０が第１面２４にて屈折することによって生じる収差を低減するための収差補正レンズとして機能する。表示体１２は、周囲（例えば空気）よりも高い屈折率を有するため、励起光２０が第１面２４にて屈折されることによって集光位置２２にてオーバーの球面収差が生じる。この球面収差の大きさは、表示体１２の内部における励起光２０の透過距離（光路長）に応じて変化し、透過距離が大きくなるほど球面収差が大きくなる傾向にある。その結果、励起光２０の集光位置２２に応じて要求される収差補正量が変化する。第２レンズ４０は、集光位置２２に応じて焦点距離を変化させることにより、集光位置２２に応じた球面収差を低減させる。集光位置２２における収差を低減させることにより、集光位置２２における励起光２０のスポット径を小さくでき、立体像Ｓをより高精細に描画できる。第２レンズ４０は、第１レンズ３８に比べて小さな正の屈折力を提供する。上述した一例の場合、第２レンズ４０の焦点距離は、３０００ｍｍ以上で可変となるように構成される。

　スキャン光学系３４は、集光光学系３２を通過した励起光２０をスキャンし、励起光２０の集光位置２２を第１面２４に沿った方向（ｘ方向およびｙ方向）に変化させる。スキャン光学系３４は、スキャンミラー４６と、ミラー駆動機構４８とを備える。スキャンミラー４６は、励起光２０を表示体１２の第１面２４に向けて反射させる。ミラー駆動機構４８は、スキャンミラー４６の向きを２軸で変化させるよう構成される。図示する例では、１枚のスキャンミラー４６を用いているが、ｘ方向に走査するための第１スキャンミラーと、ｙ方向に走査するための第２スキャンミラーとを組み合わせてもよい。

　センサ１６は、表示体１２の周囲に配置され、集光位置２２を検出するよう構成される。センサ１６は、例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの二次元の光検出器であり、表示体１２を撮像するカメラである。センサ１６は、例えば、表示体１２の第２面２６と対向する位置に配置される。なお、センサ１６の位置は特に問わず、表示体１２の側面２８と対向する位置に配置されてもよいし、表示体１２に対して斜めの向きに配置されてもよい。

　制御部１８は、照射部１４の動作を制御する。制御部１８は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実現されてもよい。制御部１８のハードウェアは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリといった素子や機械装置で実現されてもよい。制御部１８のソフトウェアは、コンピュータプログラム等によって実現されてもよい。この場合、制御部１８は、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現される機能ブロックとして描かれる。制御部１８の機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

　制御部１８は、第１駆動機構４２およびミラー駆動機構４８の動作を制御することにより、励起光２０の集光位置２２を三次元（ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向）で制御する。制御部１８は、第１駆動機構４２およびミラー駆動機構４８を周期的に動作させることにより、表示体１２の内部において励起光２０の集光位置２２が三次元走査されるようにする。

　制御部１８は、第２駆動機構４４の動作を制御することにより、励起光２０の集光位置２２に応じた収差を低減させ、集光位置２２における励起光２０のスポット径を小さくする。制御部１８は、例えば、集光位置２２と、第１駆動機構４２の第１駆動量と、第２駆動機構４４の第２駆動量とを対応付けたテーブル情報を予め記憶し、テーブル情報にしたがって第１駆動機構４２および第２駆動機構４４を駆動させる。

　制御部１８は、集光位置２２を検出するセンサ１６の検出結果に基づいて、第１駆動機構４２および第２駆動機構４４の少なくとも一方の動作を制御してもよい。制御部１８は、例えば、集光位置２２における励起光２０のスポット径が最小化されるように、第２駆動機構４４を駆動させてもよい。制御部１８は、第１駆動量を段階的に変化させ、第１駆動量ごとに励起光２０のスポット径をセンサ１６を用いて検出し、励起光２０のスポット径が最小化される第２駆動量を決定してもよい。制御部１８は、決定した第１駆動量と第２駆動量の組み合わせをテーブル情報として記憶し、記憶したテーブル情報にしたがって第１駆動機構４２および第２駆動機構４４を駆動させてもよい。

　制御部１８は、励起光２０の集光位置２２に応じて光源３０のオンオフを制御する。制御部１８は、励起光２０の集光位置２２が表示体１２の内部において描画すべき箇所となる場合に光源をオンにする。制御部１８は、励起光２０の集光位置２２が表示体１２の内部において描画すべきではない箇所となる場合に光源をオフにする。制御部１８は、例えば、三次元画像データから生成される立体輪郭画像データに基づいて、光源３０のオンオフおよび光源３０の発光強度を制御する。立体輪郭画像データは、表示体１２に描画すべき立体像Ｓの輪郭の三次元位置が指定されたデータである。

　次に、表示装置１０の動作について説明する。制御部１８は、立体輪郭画像データを取得し、立体輪郭画像データに基づいて照射部１４を動作させる。制御部１８は、第１駆動機構４２、第２駆動機構４４およびミラー駆動機構４８の動作を制御し、表示体１２の内部において励起光２０の集光位置２２を三次元走査するとともに、集光位置２２に応じた収差を低減させる。

　制御部１８は、励起光２０の集光位置２２に応じて、光源３０の出力強度を制御し、立体輪郭画像データにより描画位置ごとに指定された表示が実現されるようにする。これにより、立体輪郭画像データに対応する立体像Ｓを表示体１２の内部に描画できる。制御部１８は、動画データの各フレームに対応する立体輪郭画像データを取得し、フレームごとに異なる立体像Ｓが描画されるようにしてもよい。これにより、動画となる立体像Ｓが表示されるようにしてもよい。

　本実施形態に係る表示方法は、表示体１２の内部の集光位置２２に向けて励起光２０を第１レンズ３８および第２レンズ４０を用いて集光させるステップと、第１レンズ３８を駆動して集光位置２２を変化させるステップと、第２レンズ４０を駆動して集光位置２２の変化に応じて生じる収差を低減させるステップとを備える。

　次に、本実施形態の作用効果について説明する。図２は、実施例および比較例に係る集光位置２２に応じた球面収差の一例を示すグラフである。図３は、実施例および比較例に係る集光位置２２に応じた励起光２０のスポット径の一例を示すグラフである。実施例は、収差を補正するための第２レンズ４０が設けられる場合を示し、比較例は、収差を補正するための第２レンズ４０が設けられない場合を示す。実施例および比較例では、励起光２０の波長を４０５ｎｍとし、コリメートレンズ３６にて平行化された励起光２０のビーム径を２００ｍｍとし、第１レンズ３８から表示体１２の第１面２４までの光軸に沿った距離を２６０ｍｍとし、表示体１２の屈折率を１．５１としている。実施例では、第１レンズ３８から第２レンズ４０までの距離を３０ｍｍとしている。

　図２は、集光位置２２において発生する球面収差の最大値を示す。グラフの横軸は、表示体１２の第１面２４の位置を０ｍｍとしたときの、第１面２４から第２面２６に向かう深さ方向の位置を示す。破線５０で示される比較例では、集光位置２２が深くなると収差量が大きくなることが分かる。なお、集光位置２２が深くなるにつれて収差量が単調に増加するわけではなく、集光位置２２が３００ｍｍ～４００ｍｍ程度となる位置で極大となった後に低下する傾向を示す。これは、球面収差が励起光２０の開口数（ＮＡ）の３乗に比例するため、集光位置２２が深くなってＮＡが小さくなることにより、収差量が低下する影響があるためと考えられる。一方、実線５２で示される実施例では、集光位置２２によらず収差量を０．１ｍｍ以下とすることができており、収差を適切に低減できていることが分かる。特に、集光位置２２が７５０ｍｍ以下となる範囲では、収差量を０．０５ｍｍ以下にすることができる。

　図３は、集光位置２２における励起光２０のスポット径（ＲＭＳ、二乗平均平方根）を示す。グラフの横軸は、図２と同様、表示体１２の第１面２４の位置を０ｍｍとしたときの、第１面２４から第２面２６に向かう深さ方向の位置を示す。破線５４で示される比較例では、集光位置２２が深くなるとスポット径が大きくなることが分かる。なお、集光位置２２が深くなるにつれてスポット径が単調に増加するわけではなく、集光位置２２が２５０ｍｍ程度となる位置で極大となった後に低下する傾向を示す。２５０ｍｍ程度となる集光位置２２は、表示体１２の中央付近となりうるが、表示体１２の中央付近でのスポット径が２００μｍ程度である場合、立体像Ｓを高精細に描画することが困難となり、ぼやけた不鮮明な立体像Ｓとなる可能性がある。一方、実線５６で示される実施例では、集光位置２２によらずスポット径を回折限界に近い２μｍ以下とすることができている。これにより、立体像Ｓを高精細に描画することが可能となり、比較例に比べて鮮明な立体像Ｓを表示できる。

（第２実施形態）
　図４は、第２実施形態に係る表示装置１０Ａの構成を模式的に示す図である。第２実施系形態は、第１レンズ３８Ａが焦点可変レンズではなく、光軸方向６０に移動可能な焦点固定レンズである点で、上述の第１実施形態と相違する。以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜説明を省略する。

　表示装置１０Ａは、表示体１２と、照射部１４Ａと、センサ１６と、制御部１８とを備える。表示体１２、センサ１６および制御部１８は、上述の第１実施形態と同様に構成されることができる。

　照射部１４Ａは、光源３０と、集光光学系３２Ａと、スキャン光学系３４とを備える。光源３０およびスキャン光学系３４は、上述の第１実施形態と同様に構成されることができる。集光光学系３２Ａは、コリメートレンズ３６と、第１レンズ３８Ａと、第２レンズ４０と、第１駆動機構４２Ａと、第２駆動機構４４とを備える。コリメートレンズ３６、第２レンズ４０および第２駆動機構４４は、上述の第１実施形態と同様に構成されることができる。

　第１レンズ３８Ａは、コリメートレンズ３６により平行化された励起光２０を表示体１２の内部に向けて集光させる。第１レンズ３８Ａは、焦点固定レンズであり、第１駆動機構４２Ａによって光軸方向６０の位置が可変となるように駆動される。第１駆動機構４２Ａは、第１レンズ３８Ａの位置を光軸方向６０に変化させるよう構成される。第１駆動機構４２Ａは、第１レンズ３８Ａの位置を変化させることにより、励起光２０の集光位置２２を変化させる。第１駆動機構４２Ａは、励起光２０の照射方向における集光位置２２を可変にし、第１面２４に交差する方向の集光位置２２を可変にする。

　第２レンズ４０は、第１レンズ３８Ａとは異なり、光軸方向６０の位置が固定されている。第２レンズ４０は、焦点可変レンズであり、集光位置２２に応じて焦点距離を変化させることにより、集光位置２２に応じた球面収差を低減させる。

　制御部１８は、第２駆動機構４４の動作を制御することにより、励起光２０の集光位置２２に応じた収差を低減させ、集光位置２２における励起光２０のスポット径を小さくする。制御部１８は、例えば、集光位置２２と、第１駆動機構４２Ａの第１駆動量と、第２駆動機構４４の第２駆動量とを対応付けたテーブル情報を予め記憶し、テーブル情報にしたがって第１駆動機構４２Ａおよび第２駆動機構４４を駆動させる。

　本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
　図５は、第３実施形態に係る表示装置１０Ｂの構成を模式的に示す図である。第３実施形態は、表示体１２Ｂの第１面２４Ｂが凹曲面６２を有するように構成される点で、上述の第１実施形態と相違する。以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については適宜説明を省略する。

　表示装置１０Ｂは、表示体１２Ｂと、照射部１４と、センサ１６と、制御部１８とを備える。照射部１４、センサ１６および制御部１８は、上述の第１実施形態と同様に構成されることができる。

　表示体１２Ｂは、第１面２４Ｂと、第２面２６と、側面２８とを備える。図５は、ｘｚ平面における表示体１２Ｂの断面を示す。第１面２４Ｂは、励起光２０が入射する凹曲面６２を有する。表示体１２Ｂは、第１面２４Ｂに凹曲面６２が設けられる点を除いて、第１実施形態に係る表示体１２と同様に構成されることができる。

　凹曲面６２は、スキャンミラー４６からの距離Ｒが一定となる形状を有し、例えばスキャンミラー４６を中心とする球面となるように構成される。その結果、励起光２０の照射方向がｚ方向から傾斜している場合であっても、励起光２０を凹曲面６２に垂直に入射させることができる。すなわち、スキャンミラー４６を駆動して凹曲面６２における励起光２０の入射位置６４が変化したとしても、励起光２０は、入射位置６４の変化に依らずに凹曲面６２に垂直に入射できる。これにより、励起光２０が表示体の第１面に斜めに入射することによって発生する収差（例えば非点収差やコマ収差）を低減できる。

　凹曲面６２は、例えば、スキャンミラー４６が第１スキャンミラーおよび第２スキャンミラーを備える場合、第１方向（例えばｘ方向）の第１曲率と、第２方向（例えばｙ方向）第２曲率とが異なる形状を有してもよい。例えば、第１スキャンミラーが第１方向（例えばｘ方向）に励起光２０をスキャンする場合、凹曲面６２の第１方向の曲率半径は、第１スキャンミラーから凹曲面６２までの第１距離に一致してもよい。第２スキャンミラーが第２方向（例えばｙ方向）に励起光２０をスキャンする場合、凹曲面６２の第２方向の曲率半径は、第２スキャンミラーから凹曲面６２までの第２距離に一致してもよい。励起光２０が第１スキャンミラーで反射した後に第２スキャンミラーで反射されてから凹曲面６２に入射する場合、第１距離が第２距離よりも大きいため、凹曲面６２は、第１方向の曲率半径が第２方向の曲率半径よりも大きくなるように構成される。凹曲面６２は、例えば楕円球面となるように構成されてもよい。これにより、第１スキャンミラーおよび第２スキャンミラーを駆動して凹曲面６２における励起光２０の入射位置６４を変化したとしても、励起光２０は、入射位置６４の変化に依らず凹曲面６２に垂直に入射できる。

　本実施形態に係る表示方法は、蛍光体を含む表示体１２Ｂの凹曲面６２に向けて、蛍光体を励起する励起光２０をスキャンミラー４６を用いて反射させるステップと、スキャンミラー４６を駆動し、凹曲面６２における励起光２０の入射位置６４を変化させるステップと、を備える。表示方法は、第１レンズ３８を駆動して集光位置２２を変化させるステップをさらに備えてもよい。表示方法は、第２レンズ４０を駆動して集光位置２２の変化に応じて生じる収差を低減させるステップをさらに備えてもよい。

　次に、本実施形態の作用効果について説明する。図６は、実施例および比較例に係る集光位置２２に応じたコマ収差の一例を示すグラフである。図７は、実施例および比較例に係る集光位置２２に応じた励起光２０のスポット径の一例を示すグラフである。実線７０，７６で示される第１実施例は、表示体１２Ｂの第１面２４Ｂに凹曲面６２が設けられ、収差を補正するための第２レンズ４０が設けられる場合を示す。一点鎖線６８，７４で示される第２実施例は、表示体１２Ｂの第１面２４Ｂに凹曲面６２が設けられる一方で、収差を補正するための第２レンズ４０が設けられない場合を示す。破線６６，７２で示される比較例は、第１実施形態に係る比較例と同様に、表示体１２の第１面２４が平坦面であり、収差を補正するための第２レンズ４０が設けられない場合を示す。

　第１実施例、第２実施例および比較例では、励起光２０の波長を４０５ｎｍとし、コリメートレンズ３６にて平行化された励起光２０のビーム径を１００ｍｍとし、表示体１２Ｂの屈折率を１．５１としている。第１実施例および第２実施例では、スキャンミラー４６から凹曲面６２までの距離を１００ｍｍとし、凹曲面６２の曲率半径を１００ｍｍとしている。第１実施例では、第１レンズ３８から第２レンズ４０までの距離を３０ｍｍとしている。

　図６は、集光位置２２において発生するコマ収差の最大値を示す。グラフの横軸は、表示体１２Ｂの第１面２４または凹曲面６２の位置を０ｍｍとしたときの、第１面２４または凹曲面６２から第２面２６に向かう深さ方向の位置を示す。破線６６で示される比較例では、集光位置２２が深くなると収差量が大きくなることが分かる。一点鎖線６８で示される第２実施例では、比較例に比べて収差量を低減できていることが分かる。実線７０で示される第１実施例では、収差を補正するための第２レンズ４０を組み合わせることにより、収差量をほぼゼロ（例えば１μｍ以下）に低減できていることが分かる。

　図７は、集光位置２２における励起光２０のスポット径（ＲＭＳ、二乗平均平方根）を示す。グラフの横軸は、図６と同様、表示体１２Ｂの第１面２４または凹曲面６２の位置を０ｍｍとしたときの、第１面２４または凹曲面６２から第２面２６に向かう深さ方向の位置を示す。破線７２で示される比較例では、集光位置２２が深くなるとスポット径が大きくなることが分かる。一点破線７４で示される第２実施例では、比較例に比べてスポット径を低減できていることが分かる。実線７６で示される第１実施例では、集光位置２２によらずスポット径を回折限界に近い２μｍ以下とすることができている。これにより、立体像Ｓを高精細に描画することが可能となり、比較例に比べて鮮明な立体像Ｓを表示できる。

　第３実施形態に係る表示装置１０Ｂは、第１実施形態に係る照射部１４の代わりに、第２実施形態に係る照射部１４Ａを備えてもよい。すなわち、表示装置１０Ｂは、第１レンズ３８Ａの位置を光軸方向６０に変化させることにより、集光位置２２の深さ位置を変化させてもよい。

　第３実施形態に係る表示装置１０Ｂは、第２レンズ４０および第２駆動機構４４を備えない構成としてもよく、図６および図７に係る第２実施例と同様に構成してもよい。第２実施例の場合、第２レンズ４０および第２駆動機構４４を備える第１実施例に比べて、収差を低減する効果が小さくなるが、凹曲面６２を備えない比較例に比べて、収差を低減することができ、集光位置２２でのスポット径を小さくできる。これにより、立体像Ｓを高精細に描画することが可能となり、比較例に比べて鮮明な立体像Ｓを表示できる。

　上述の実施形態では、表示装置１０，１０Ａ，１０Ｂがセンサ１６を備える場合について示した。他の実施形態では、表示装置１０，１０Ａ，１０Ｂがセンサ１６を備えなくてもよい。この場合、表示装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、制御部１８に予め記憶されるテーブル情報にしたがって、第１駆動機構４２，４２Ａおよび第２駆動機構４４を動作させてもよい。テーブル情報は、集光位置２２に応じた第１駆動量および第２駆動量を示すデータを含んでもよい。

　以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各表示例に示す構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。

　以下、本開示のいくつかの態様について述べる。

　本開示の第１の態様は、蛍光体を含む表示体と、前記蛍光体を励起する励起光を出力する光源と、前記励起光を前記表示体の内部の集光位置に向けて集光させる第１レンズおよび第２レンズと、前記第１レンズを駆動し、前記集光位置を変化させる第１駆動機構と、
　前記第２レンズを駆動し、前記集光位置の変化に応じて生じる収差を低減させる第２駆動機構と、を備える表示装置である。

　第１の態様において、前記第１レンズおよび前記第２レンズは、焦点可変レンズであり、前記第１駆動機構および前記第２駆動機構は、前記焦点可変レンズの焦点距離を変化させてもよい。

　第１の態様において、前記第１レンズは、焦点固定レンズであり、前記第２レンズは、焦点可変レンズであり、前記第１駆動機構は、前記焦点固定レンズの光軸方向の位置を変化させ、前記第２駆動機構は、前記焦点可変レンズの焦点距離を変化させてもよい。

　第１の態様において、前記集光位置を検出するセンサと、前記センサの検出結果に基づいて、前記第１駆動機構および前記第２駆動機構の少なくとも一方の動作を制御する制御部と、をさらに備えてもよい。

　本開示の第２の態様は、蛍光体を含む表示体の内部の集光位置に向けて、前記蛍光体を励起する励起光を第１レンズおよび第２レンズを用いて集光させるステップと、前記第１レンズを駆動し、前記集光位置を変化させるステップと、前記第２レンズを駆動し、前記集光位置の変化に応じて生じる収差を低減させるステップと、を備える表示方法である。

　本開示の第３の態様は、蛍光体を含み、凹曲面を有する表示体と、前記蛍光体を励起する励起光を出力する光源と、前記励起光を前記凹曲面に向けて反射させるスキャンミラーと、前記スキャンミラーを駆動して前記凹曲面における前記励起光の入射位置を変化させるミラー駆動機構と、を備える表示装置である。

　第３の態様において、前記凹曲面は、前記スキャンミラーからの距離が一定となる形状を有してもよい。

　第３の態様において、前記スキャンミラーは、前記励起光を第１方向にスキャンするための第１スキャンミラーと、前記励起光を第２方向にスキャンするための第２スキャンミラーとを備え、前記凹曲面は、前記第１方向の第１曲率と前記第２方向の第２曲率とが異なる形状を有してもよい。

　第３の態様において、前記励起光を前記表示体の内部の集光位置に向けて集光させる第１レンズおよび第２レンズと、前記第１レンズを駆動し、前記集光位置を変化させる第１駆動機構と、前記第２レンズを駆動し、前記集光位置の変化に応じて生じる収差を低減させる第２駆動機構と、をさらに備えてもよい。

　本開示の第４の態様は、蛍光体を含む表示体の凹曲面に向けて、前記蛍光体を励起する励起光をスキャンミラーを用いて反射させるステップと、前記スキャンミラーを駆動し、前記凹曲面における前記励起光の入射位置を変化させるステップと、を備える表示方法である。

　本発明によれば、より高精細な立体画像を表示できる。

　１０，１０Ａ，１０Ｂ…表示装置、１２，１２Ｂ…表示体、１４，１４Ａ…照射部、１６…センサ、１８…制御部、２０…励起光、２２…集光位置、３０…光源、３２，３２Ａ…集光光学系、３４…スキャン光学系、３６…コリメートレンズ、３８，３８Ａ…第１レンズ、４０…第２レンズ、４２，４２Ａ…第１駆動機構、４４…第２駆動機構、４６…スキャンミラー、４８…ミラー駆動機構、６２…凹曲面。

Claims

　蛍光体を含む表示体と、
　前記蛍光体を励起する励起光を出力する光源と、
　前記励起光を前記表示体の内部の集光位置に向けて集光させる第１レンズおよび第２レンズと、
　前記第１レンズを駆動し、前記集光位置を変化させる第１駆動機構と、
　前記第２レンズを駆動し、前記集光位置の変化に応じて生じる収差を低減させる第２駆動機構と、を備える、
　表示装置。
　前記第１レンズおよび前記第２レンズは、焦点可変レンズであり、
　前記第１駆動機構および前記第２駆動機構は、前記焦点可変レンズの焦点距離を変化させる、
　請求項１に記載の表示装置。
　前記第１レンズは、焦点固定レンズであり、
　前記第２レンズは、焦点可変レンズであり、
　前記第１駆動機構は、前記焦点固定レンズの光軸方向の位置を変化させ、
　前記第２駆動機構は、前記焦点可変レンズの焦点距離を変化させる、
　請求項１に記載の表示装置。
　前記集光位置を検出するセンサと、
　前記センサの検出結果に基づいて、前記第１駆動機構および前記第２駆動機構の少なくとも一方の動作を制御する制御部と、をさらに備える、
　請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
　前記表示体は、前記励起光が入射する凹曲面を有し、
　前記励起光を前記凹曲面に向けて反射させるスキャンミラーと、
　前記スキャンミラーを駆動して前記凹曲面における前記励起光の入射位置を変化させるミラー駆動機構と、をさらに備える、
　請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置。
　蛍光体を含み、凹曲面を有する表示体と、
　前記蛍光体を励起する励起光を出力する光源と、
　前記励起光を前記凹曲面に向けて反射させるスキャンミラーと、
　前記スキャンミラーを駆動して前記凹曲面における前記励起光の入射位置を変化させるミラー駆動機構と、を備える、
　表示装置。
　前記凹曲面は、前記スキャンミラーからの距離が一定となる形状を有する、
　請求項５または６に記載の表示装置。
　前記スキャンミラーは、前記励起光を第１方向にスキャンするための第１スキャンミラーと、前記励起光を第２方向にスキャンするための第２スキャンミラーとを備え、
　前記凹曲面は、前記第１方向の第１曲率と前記第２方向の第２曲率とが異なる形状を有する、
　請求項５から７のいずれか一項に記載の表示装置。
　蛍光体を含む表示体の内部の集光位置に向けて、前記蛍光体を励起する励起光を第１レンズおよび第２レンズを用いて集光させるステップと、
　前記第１レンズを駆動し、前記集光位置を変化させるステップと、
　前記第２レンズを駆動し、前記集光位置の変化に応じて生じる収差を低減させるステップと、を備える、
　表示方法。
　蛍光体を含む表示体の凹曲面に向けて、前記蛍光体を励起する励起光をスキャンミラーを用いて反射させるステップと、
　前記スキャンミラーを駆動し、前記凹曲面における前記励起光の入射位置を変化させるステップと、を備える、
　表示方法。