(57)【要約】【課題】立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導さ、収差の少ない立体画像を表示し得る３次元像表示装置を提供する。【解決手段】３次元像表示装置は、２次元マトリクス状に配列されたＵ0×Ｖ0個の面状発光部材１１から構成された光源１０、２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、複数の回折次数の回折光を生成する２次元画像形成装置３０、第１のレンズＬ1、第１のレンズＬ1によって生成されたフーリエ変換像の内の所望のフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段ＳＦ、第２のレンズＬ2、並びに、第３のレンズＬ3から成る光学系を備え、更に、光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データを２次元画像形成装置に送出する２次元画像データ送出手段を備えている。【選択図】  図１
2010008632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）２次元マトリクス状に配列されたＵ0×Ｖ0個の面状発光部材から構成された光源、
（Ｂ）Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面に２次元画像形成装置が配置された第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に位置し、前記複数の回折次数に対応する数だけ生成された回折光に基づき第１のレンズによって生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
（Ｅ）その前側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置された第２のレンズ、並びに、
（Ｆ）第２のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第３のレンズ、
から成る光学系を備え、更に、
光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データを２次元画像形成装置に送出する２次元画像データ送出手段、
を備えている３次元像表示装置。
【請求項２】
フーリエ変換像選択手段は、Ｕ0×Ｖ0個の開口部を有する空間フィルタから成る請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項３】
空間フィルタは、液晶表示装置から成る請求項２に記載の３次元像表示装置。
【請求項４】
空間フィルタが有する開口部の大きさは、２次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された２次元画像の大きさと略等しい請求項２に記載の３次元像表示装置。
【請求項５】
フーリエ変換像選択手段は、Ｕ0×Ｖ0個の開口部を有する散乱回折制限部材から成る請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項６】
各面状発光部材は、
（ａ）一端面から光を出射するロッドインテグレータ、及び、
（ｂ）ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から成る請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項７】
各面状発光部材は、
（ａ）一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
（ｂ）ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
（ｃ）ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
（ｄ）ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から成る請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項８】
各面状発光部材は、
（ｅ）ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項７に記載の３次元像表示装置。
【請求項９】
各面状発光部材は、
（ｆ）反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている請求項７又は請求項８に記載の３次元像表示装置。
【請求項１０】
各面状発光部材は、
（ａ）第１プリズム、第２プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたＰＳ偏光分離変換素子、並びに、
（ｂ）発光ダイオード、
から成り、
第１プリズムと第２プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第１プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第１光反射部材、及び、第２光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第１プリズムに入射した光のＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第２光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第１光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第１プリズムに入射した光のＰ偏光成分、及び、第１光反射部材によって反射された光のＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第２プリズムの出射面から出射される請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項１１】
各面状発光部材は、
（ｃ）第１プリズムと第１光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている請求項１０に記載の３次元像表示装置。
【請求項１２】
各面状発光部材は、
（ａ）一端面から光を出射する板状部材、
（ｂ）板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
（ｃ）板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
（ｄ）板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
（ｅ）板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
（ｆ）反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項１３】
各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項１４】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する請求項１３に記載の３次元像表示装置。
【請求項１５】
光検出手段における光強度の測定結果に基づき、２次元画像形成装置の作動状態を制御する請求項１３に記載の３次元像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像を表示することができる３次元像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
観察者の両目が、それぞれ、視差画像と呼ばれる異なる画像を観察することによって立体画像を得る２眼式立体画像技術や、視差画像を複数組用意することによって異なる視点からの立体画像を複数得る多眼式立体画像技術が知られており、これらに関連する技術が多く開発されている。しかしながら、２眼式立体画像技術や多眼式立体画像技術にあっては、立体画像は、立体画像として意図した空間に位置するのではなく、例えば２次元のディスプレイ面上に存在し、常に、一定の位置に位置する。従って、特に視覚系生理反応である輻輳と調節とが連動せず、これに伴う眼精疲労が問題となっている。
【０００３】
一方、実世界において、物体表面の情報は、光波を媒体として観察者の眼球まで伝搬する。そして、実世界において物理的に存在する物体表面からの光波を人工的に再現する技術として、ホログラフィ技術が知られている。ホログラフィ技術を用いた立体画像は、光の干渉に基づき生成された干渉縞を用い、この干渉縞を光で照明した際に生じる回折波面そのものを画像情報媒体として用いる。従って、観察者が実世界において物体を観察しているときと同様の輻輳、調節などの視覚系生理反応が生じ、眼精疲労の少ない画像を得ることができる。更には、物体からの光波面が再現されているということは、画像情報を伝達する方向に対して連続性が確保されていることを意味する。従って、観察者の視点が移動しても、その移動に応じた異なる角度からの適切な画像を連続的に提示することが可能であり、運動視差が連続的に提供されることとなる。
【０００４】
しかしながら、ホログラフィ技術においては、物体の３次元空間情報を２次元空間における干渉縞として記録しており、その情報量は、同じ物体を撮影した写真等の２次元空間の情報量と比較すると極めて膨大な量となる。これは、３次元空間情報を２次元空間情報に変換する際に、その情報が２次元空間上における密度に変換されていると考えることができるからである。そのために、ＣＧＨ（Computer Generated Hologram）による干渉縞を表示する表示装置に求められる空間分解能は極めて高く、また、膨大な情報量が必要であり、実時間ホログラムに基づき立体画像を実現することは、現状において、技術的に困難である。
【０００５】
ホログラフィ技術においては、連続的な情報とみなすことのできる光波を情報媒体として用い、物体からの情報を伝達する。一方、光波を離散化し、理論的にはほぼ実世界における光波から成る場と等価である状況を光線によって再現することで立体画像を生成する技術として、光線再生法（インテグラルフォトグラフィ法とも呼ばれる）が知られている。光線再生法にあっては、予め、多くの方向へ伝搬する多数の光線から構成された光線群を、光学的手段によって空間に散布する。次に、任意の位置に位置する仮想的な物体の表面から伝搬される光線をこの光線群から選択し、選択された光線の強度や位相の変調を行うことによって、光線から成る像を空間に生成する。観察者は、この像を立体画像として観察することができる。光線再生法による立体画像は、任意の点において、複数の方向からの像が多重結像されたものであり、実世界における３次元物体を見たときと同様に、任意の点について、見る位置によって見え方が異なる。
【０００６】
以上で述べた光線再生法を実現するための装置として、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の平面型表示装置とマイクロレンズアレイやピンホールアレイとを組み合わせた装置が提案されている（例えば、以下の特許文献１〜特許文献７を参照のこと）。また、プロジェクタ・ユニットを多数並べた装置も考えられる。図３２に、プロジェクタ・ユニットを用いて光線再生法を実現する３次元像表示装置の一構成例を示す。この装置は、多数のプロジェクタ・ユニット５０１を水平方向及び垂直方向に並列的に配置し、各プロジェクタ・ユニット５０１から角度の異なる光線を出射するようにしたものである。これにより、ある断面５０２内の任意の点において多視角の像を多重再生し、立体画像を実現している。
【０００７】
また、特開２００７−１９９５８７には、
（Ａ）光源、
（Ｂ）複数の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出する光変調手段、
（Ｃ）光変調手段から射出された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像のみを選択し、更には、該選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、光変調手段によって生成された２次元画像の共役像を形成する画像制限・生成手段、
（Ｄ）複数の開口領域を有し、２次元画像の共役像における空間周波数を、各開口領域から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って射出するオーバーサンプリングフィルタ、
（Ｅ）オーバーサンプリングフィルタから射出された２次元画像の共役像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
（Ｆ）前記各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
（Ｇ）フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた３次元像表示装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７３１２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１９１２号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５１１４号公報
【特許文献４】特開２００３−７５７７１号公報
【特許文献５】特開２００２−７２１３５号公報
【特許文献６】特開２００１−５６４５０号公報
【特許文献７】特許第３５２３６０５号公報
【特許文献８】特開２００７−１９９５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の光線再生法によれば、２眼式立体画像技術や多眼式立体画像では不可能であった視覚機能としての焦点調節及び両眼輻輳角調節に対して有効に働く程度の光線によって画像を生成するので、眼精疲労が極めて少ない立体画像を提供することができる。それだけでなく、仮想物体上の同一要素から複数の方向へ連続的に光線が出射されていることから、視点位置の移動に伴う画像の変化を連続的に提供することができる。
【００１０】
しかしながら、現状の光線再生法によって生成された画像は、実世界における物体と比較すると臨場感に欠ける。これは、現状の光線再生法による立体画像が、実世界の物体から観察者が得る情報量に対して非常に少量の情報、即ち、少量の光線によって生成されていることに起因していると考えられる。一般に、人間の視認限界は角度分解能で１分程度と云われており、現状の光線再生法による立体画像は、この人間の視覚に対して不十分な光線によって生成されている。従って、実世界の物体が有する高い臨場感やリアリティを有する立体画像を生成するためには、少なくとも多量の光線によって画像を生成することが課題である。
【００１１】
そして、その実現のためには、空間的に高い密度で光線群を生成することのできる技術が必要とされ、液晶表示装置等の表示装置の表示密度を高くすることが考えられる。あるいは又、図３２に示した多数のプロジェクタ・ユニット５０１を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット５０１を出来るだけ小型化し、空間的に高い密度で並べることが考えられる。しかしながら、現在の表示装置における表示密度の飛躍的な向上は、光利用効率や回折限界の問題から困難である。また、図３２に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット５０１を小型化するのには限界があるため、空間的に高い密度で並べることは困難であると考えられる。いずれの場合にあっても、高密度の光線群を生成するためには、複数のデバイスが必要となり、装置全体の大型化は避けられない。
【００１２】
特開２００７−１９９５８７に開示された３次元像表示装置にあっては、３次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることが可能である。しかしながら、特開２００７−１９９５８７に開示された３次元像表示装置では、フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像が、明るい輝点として２次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えることから、観察者の視線がこれらの明るい輝点へと自然に誘導されてしまい、立体画像が見にくくなるといった問題が生じる。また、特開２００７−１９９５８７に開示された３次元像表示装置において、所望の大きさの立体画像を得るための構成、構造に、一層の簡素化が求められている。
【００１３】
更には、現在の表示装置では、特に、投影光学系において、レンズ系の周辺部に角度を持って入射する光が、立体画像における種々の収差発生の原因となっており、収差の無い、所望の立体画像を得ることが困難である。係る収差を表示装置の光学系で補正するためには、即ち、適切な収差補正を行うためには、レンズ系に複雑な機構を付与する必要があり、表示装置の製造コスト増、スペース増、重量増といった問題が生じる。
【００１４】
また、例えば、光源が発光素子から構成されている場合、発光素子に輝度のバラツキが発生すると、生成される画像に輝度ムラが生じてしまうし、場合によっては、画像の色味に変化が生じ、画像の品質劣化の原因となる。発光素子の輝度のバラツキは、３次元像表示装置への光源の取り付け時（３次元像表示装置の組立時）だけでなく、経年変化や動作環境の変化によっても発生する。
【００１５】
従って、本発明の第１の目的は、３次元像表示装置全体を大型化することなく、立体画像の表示に必要な光線群を空間的に高い密度で生成・散布することができ、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることを可能とし、しかも、観察者の視線が自然に立体画像へと誘導され得る、より簡素な構成、構造を有し、収差の少ない立体画像を表示し得る３次元像表示装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、光源から出射される光の光強度に変化が生じた場合であっても、表示される画像の質の低下を招くことの無い３次元像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の第１の目的を達成するための本発明の３次元像表示装置は、
（Ａ）２次元マトリクス状に配列されたＵ0×Ｖ0個の面状発光部材から構成された光源、
（Ｂ）Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口を有し、各面状発光部材から順次出射された光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面に２次元画像形成装置が配置された第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に位置し、前記複数の回折次数に対応する数だけ生成された回折光に基づき第１のレンズによって生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
（Ｅ）その前側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置された第２のレンズ、並びに、
（Ｆ）第２のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第３のレンズ、
から成る光学系を備え、更に、
光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データを２次元画像形成装置に送出する２次元画像データ送出手段、
を備えている。
【００１７】
ここで、２次元画像形成装置の対角の長さをＤＰS、画像の対角の長さをＩＧSとすれば、これらの対角の長さと、例えば凸レンズから成る第１のレンズの焦点距離ｆ1、例えば凸レンズから成る第２のレンズの焦点距離ｆ2との間には、「ｋ」を定数としたとき、以下の関係が成立する。それ故、光源から出射された光（照明光）の波長、２次元画像形成装置における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第１のレンズの焦点距離ｆ1及び第２のレンズの焦点距離ｆ2を適切に選択することで、画像の大きさを容易に設定することができる。尚、凸レンズは、両凸レンズ、平凸レンズ、メニスカス凸レンズのいずれかから構成することができる。
ＩＧS／ＤＰS＝ｋ・ｆ2／ｆ1
尚、ｆ2／ｆ1の値は、０＜ｆ2／ｆ1を満足していればよく、例えば、
０．３≦ｆ2／ｆ1≦５
を満足していることがより好ましい。
【００１８】
本発明の３次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、Ｕ0×Ｖ0個の開口部を有する空間フィルタから成る構成とすることができる。尚、このような構成を、『第１の構成の３次元像表示装置』と呼ぶ場合がある。開口部は、開閉制御可能であってもよいし、常に開状態であってもよい。そして、この第１の構成の３次元像表示装置において、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタとして、液晶表示装置（より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置）を挙げることができるし、あるいは又、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された２次元型のＭＥＭＳを挙げることもできる。また、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタにおいては、２次元画像形成装置による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する構成とすることができる。開口部の位置は、第１のレンズによって得られるフーリエ変換像の内の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、各面状発光部材が配された位置に対応している。また、空間フィルタが有する開口部の大きさは、２次元画像形成装置によって生成され、空間フィルタ上に結像された２次元画像の大きさと略等しく、あるいは又、実質的に等しいことが好ましい。隣接する開口部の間に存在する隙間の幅（隣接する開口部の縁部間の距離）が観察者に対して張る角度θとして、２．９×１０-4ラジアン以下を例示することができる。
【００１９】
あるいは又、本発明の３次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、Ｕ0×Ｖ0個の開口部を有する散乱回折制限部材から成る構成とすることができる。尚、このような構成を、『第２の構成の３次元像表示装置』と呼ぶ場合がある。散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部（例えば、ピンホール）を設けることで作製することができる。
【００２０】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の３次元像表示装置、（以下、これらを総称して、単に『本発明』と呼ぶ場合がある）において、光源からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、（複数の回折次数）×Ｕ0×Ｖ0個となる。また、各面状発光部材から出射された光（『照明光』と呼ぶ場合がある）に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材の位置に対応して、第１のレンズによって、点状ではなく、或る面積をもって（具体的には、例えば、矩形形状にて）結像される。そして、フーリエ変換像選択手段を配置しているので、照明光によって形成される画像の数は、最終的に、Ｕ0×Ｖ0個となる。
【００２１】
本発明において、各面状発光部材を、
（ａ）一端面から光を出射するロッドインテグレータ（カレイドスコープとも呼ばれる）、及び、
（ｂ）ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
から構成することができる。面状発光部材をロッドインテグレータから構成することで、面状発光部材から面状に、且つ、均一に照明光を出射することができるし、発光ダイオードを用いることで、レーザを用いる場合に問題となるスペックルノイズが発生することがない。以下の説明においても同様である。そして、この場合、ロッドインテグレータの一端面には、光拡散部材が配置されている構成とすることができ、これによって、面状発光部材の一端面の光出射領域と、隣接する面状発光部材の一端面の光出射領域との間に存在する間隙が、肉眼により確認できるレベルにある場合に、光拡散部材自体が２次光源として作用することによって、このような間隙を肉眼で確認できないレベルとすることが可能となる。
【００２２】
あるいは又、本発明において、各面状発光部材を、
（ａ）一端面から光を出射するロッドインテグレータ、
（ｂ）ロッドインテグレータの他端面に配置された発光ダイオード、
（ｃ）ロッドインテグレータの一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、並びに、
（ｄ）ロッドインテグレータの他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
から構成することができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
（ｅ）ロッドインテグレータの他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができ、更には、これらの好ましい構成において、各面状発光部材を、
（ｆ）反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
を更に備えている構成とすることができる。
【００２３】
あるいは又、本発明において、各面状発光部材を、
（ａ）第１プリズム、第２プリズム及び偏光ビームスプリッターを備えたＰＳ偏光分離変換素子、並びに、
（ｂ）発光ダイオード、
から成り、
第１プリズムと第２プリズムとは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、
第１プリズムには、発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた第１光反射部材、及び、第２光反射部材が備えられており、
発光ダイオードから出射され、第１プリズムに入射した光のＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって反射され、第２光反射部材によって反射され、偏光ビームスプリッターによって再び反射され、更に、第１光反射部材によって反射され、
発光ダイオードから出射され、第１プリズムに入射した光のＰ偏光成分、及び、第１光反射部材によって反射された光のＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第２プリズムの出射面から出射される構成とすることができる。そして、この場合、各面状発光部材を、
（ｃ）第１プリズムと第１光反射部材との間に配置された四分の一波長板、
を更に備えている構成とすることができる。
【００２４】
第１プリズムは、例えば、第１斜面、第２斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができるし、第２プリズムも、第１斜面、第２斜面、及び、底面を少なくとも有する三角プリズムから構成することができる。そして、この場合、第１プリズムの底面と第２プリズムの底面とは、偏光ビームスプリッターの偏光分離面を介して対向して配置されており、第１プリズムの第１斜面上には第１光反射部材が配置されており、場合によっては、第１プリズムの第１斜面と第１光反射部材との間には四分の一波長板が配置されており、第１プリズムの第２斜面上には第２光反射部材が配置されている。そして、第１プリズムの第１斜面から入射された光のＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッターによって第１プリズムの第２斜面に向かって反射される。一方、Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッターを通過し、第２プリズムの第１斜面から出射される。
【００２５】
あるいは又、本発明において、各面状発光部材を、
（ａ）一端面から光を出射する板状部材、
（ｂ）板状部材の他端面に配置された発光ダイオード、
（ｃ）板状部材の一端面に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材、
（ｄ）板状部材の他端面の発光ダイオードから出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材、
（ｅ）板状部材の他端面と光反射部材との間に配置された四分の一波長板、並びに、
（ｆ）反射型偏光部材の上に設けられた光拡散部材、
から成る構成とすることができる。
【００２６】
ここで、ロッドインテグレータとして、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、両端面が開放端の中空部材を挙げることができ、あるいは又、一端面が開放端であり、他端面が光拡散面から構成された中空部材を挙げることができる。そして、この場合、中空部材の内面あるいは外面には光反射層が設けられていることが好ましい。あるいは又、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状が矩形であり、透明な材料から作製された中実部材を挙げることができる。そして、この場合にも、中実部材の外面には光反射層が設けられていることが好ましい。尚、発光素子と対向する他端面に、光拡散層を形成してもよい。中空部材や中実部材を構成する材料として、ＰＭＭＡ樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、アクリル系樹脂といったプラスチック材料や、ガラスを例示することができる。また、光反射層として、スパッタリング法や真空蒸着法といった物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、メッキ法等によって形成された銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。Ｕ0×Ｖ0個の面状発光部材を２次元マトリクス状に配列して光源を得るためには、限定するものではないが、例えば、Ｕ0×Ｖ0個の面状発光部材を２次元マトリクス状に配列した後（束ねた後）、適切な結束手段を用いて結束すればよい。尚、面状発光部材を２次元マトリクス状に配列したとき、隣接する面状発光部材の一端面（光出射面）の間には隙間（空間）が存在しないことが望ましい。発光ダイオードから出射された光は、ロッドインテグレータの光入射面（他端面）からロッドインテグレータに入射し、ロッドインテグレータの内部で反射を繰り返しながらロッドインテグレータの光出射面（一端面）から出射されるので、ロッドインテグレータから出射された光の均一化が図られ、しかも、ロッドインテグレータの光出射面（一端面）から面状に光が出射される。
【００２７】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明においては、各面状発光部材から順次出射された光の光強度を測定するための光検出手段を備えている形態とすることができ、これによって、上記の第２の目的を達成することができる。そして、この場合、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、各面状発光部材の発光状態を制御する構成とすることができる。あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、２次元画像形成装置の作動状態を制御する構成とすることができる。
【００２８】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明において、２次元画像データ送出手段は、周知のパーソナルコンピュータや所謂ワークステーションといった、記録手段を備えたコンピュータから構成することができる。そして、記録手段に、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データや、次に述べる演算子等を記録しておけばよい。記録手段として、ハードディスクや、各種固体メモリを挙げることができる。また、２次元画像形成装置の動作の制御も、係るコンピュータによって行うことができる。
【００２９】
収差補正前の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）に基づき理想的に再生された収差が無い画像（例えば、３次元像，立体画像）を「Ａ」、実際に、２次元画像データＤａｔａ（Ａ）に基づき再生されたときの画像（例えば、３次元像，立体画像）を「ａ」（各種の収差が含まれている）とする。このとき、実際に再生されたときの画像が「Ａ」となるように、元の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。そして、実際に再生されたときの画像が「Ａ」となるように、元の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）を最終的に補正して得られた２次元画像データをＤａｔａ（Ａ’）とする。すると、例えば、（ｕ，ｖ）の値等が決まれば、元の収差補正前の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）と最終的に収差補正された２次元画像データＤａｔａ（Ａ’）との間には、一定の関係が存在する。ここで、（ｕ，ｖ）の値とは、光源を構成する面状発光部材あるいはフーリエ変換像選択手段における位置番号を示し、ｕ，ｖの値は整数であり、例えば、（−Ｕ0／２）≦ｕ≦（Ｕ0／２）、（−Ｖ0／２）≦ｖ≦（Ｖ0／２）を満足する。即ち、（ｕ，ｖ）の値等をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。係る演算子は、２次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておけばよい。そして、元の収差補正前の２次元画像データを係る関係（上記の演算子）に基づき収差補正した２次元画像データ［即ち、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データＤａｔａ（Ａ’）］を２次元画像データ送出手段の記録手段に記録しておき、この収差補正後の２次元画像データＤａｔａ（Ａ’）を２次元画像データ送出手段から２次元画像形成装置へ送出し、２次元画像形成装置において画像を再生すればよい。あるいは又、３次元像表示装置に外部から送られてくる２次元画像データＤａｔａ（Ａ）に対して、リアルタイムで演算子に基づき、２次元画像データ送出手段において収差補正を施し、収差補正された２次元画像データＤａｔａ（Ａ’）を２次元画像データ送出手段から２次元画像形成装置へ送出し、２次元画像形成装置において画像を再生すればよい。尚、３次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの５収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。
【００３０】
光検出手段として、ホトダイオード、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサーを挙げることができる。光源と２次元画像形成装置との間にビームスプリッタや部分反射ミラー（パーシャルリフレクター）を配置し、光源から２次元画像形成装置へと入射する光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、２次元画像形成装置の後方に部分反射ミラーを配置し、２次元画像形成装置から出射した光の一部を取り出して光検出手段に入射させる方式としてもよいし、２次元画像形成装置に光検出手段を取り付ける方式としてもよいし、面状発光部材に光検出手段を組み込む方式（具体的には、例えば、面状発光部材を構成する各発光素子の近傍に光検出手段を配置し、あるいは又、発光素子に光検出手段を組み込む方式）としてもよいし、光源から２次元画像形成装置、又は、その後方へと入射する有効領域を通る光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。
【００３１】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明において、２次元画像形成装置は、２次元的に配列された複数（Ｐ×Ｑ個）の画素を有する液晶表示装置（より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置）から成り、各画素には開口が備えられている形態とすることができ、あるいは又、２次元画像形成装置には、複数（Ｐ×Ｑ個）の開口が設けられており、各開口には可動ミラーが設けられている（可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された開口のそれぞれに配置された２次元型のＭＥＭＳから成る）形態とすることができる。開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ×Ｎ組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅（強度）を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。
【００３２】
ここで、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、２次元画像の共役像における空間周波数は、２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、フーリエ変換像選択手段において選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段を通過する。２次元画像形成装置に表示された空間周波数は全て伝達される。
【００３３】
また、３次元像表示装置の仕様に依り、面状発光部材から単色光（赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、又は、青色発光ダイオードのいずれかの発光ダイオードからの光）あるいは白色光（白色発光ダイオードからの光）が出射される場合があり、あるいは又、光源は、赤色発光ダイオードを備えた面状発光部材、緑色発光ダイオードを備えた面状発光部材、及び、青色発光ダイオードを備えた面状発光部材の集合体から構成されており、これらの面状発光部材における発光ダイオードを順次駆動することで、光源から光（赤色光、緑色光、及び、青色光）を出射してもよい。
【００３４】
反射型偏光部材は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十ｎｍ、ピッチ百数十ｎｍにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。反射型偏光部材のロッドインテグレータの一端面あるいは板状部材の一端面への配置は、反射型偏光部材の仕様にも依るが、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。
【００３５】
偏光ビームスプリッター（偏光膜とも呼ばれる）は、誘電体多層膜、誘電体高反射膜あるいはカットフィルターを、第１プリズム上に成膜することで、あるいは又、第２プリズム上に成膜することで、得ることができる。尚、偏光ビームスプリッターにあっては、多層膜中で界面への入射角がブリュースタ角に一致するように、膜と下地（第１プリズム、あるいは、第２プリズム）の屈折率や入射角が設定されているのが一般的である。例えば、第１プリズムの底面／偏光ビームスプリッター／第２プリズムの底面の積層構造は、第１プリズムの底面と偏光ビームスプリッターと第２プリズムの底面とを例えば接着剤を用いて固定することで得ることができる。
【００３６】
光反射部材、第１光反射部材、第２光反射部材（以下、これらを総称して、『光反射部材等』と呼ぶ場合がある）として、増反射膜を挙げることができる。ここで、増反射膜として、例えば、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜が順に積層された構造を有する銀増反射膜を例示することができる。また、ＳｉＯ2等の低屈折率薄膜とＴｉＯ2やＴａ2Ｏ5等の高屈折率薄膜とを数十層以上交互に積層した構造を有する誘電体多層反射膜、同様に屈折率の異なるサブミクロン厚さのポリマーフィルムを積層して作製される有機高分子多層薄膜型の反射膜を例示することもできる。あるいは又、光反射部材等として、銀層、クロム層、アルミニウム層等の金属層や、合金層を挙げることができる。光反射部材等を設ける方法として、光反射部材等がシート状あるいはフィルム状、板状である場合、接着剤を用いる方法、ビス止めする方法、超音波接合で固着する方法、粘着剤を用いる方法等を挙げることができるし、光反射部材等が薄膜状である場合、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法やＣＶＤ法といった周知の成膜方法を挙げることができる。
【００３７】
四分の一波長板として、水晶や方解石といった複屈折結晶から作製された周知の四分の一波長板、あるいは又、プラスチックから作製された周知の四分の一波長板を用いればよい。四分の一波長板を設け、あるいは、配置するためには、例えば接着剤を用いればよい。
【００３８】
シート状あるいはフィルム状の光拡散部材を構成する材料として、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）；ポリスチレン系樹脂（ＰＳ）；メタクリル樹脂を挙げることができる。これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面を、例えばサンドブラスト法に基づき梨地状（即ち、微細な凹凸面）に加工することで、光拡散部材を得ることができる。あるいは又、これらの樹脂から成るシート状あるいはフィルム状の材料の表面に、光拡散剤を塗布することで、光拡散部材を得ることができる。ここで、光拡散剤は、光源からの光を拡散させる性質を有する粒子であり、無機材料粒子あるいは有機材料粒子から構成されている。無機材料粒子を構成する無機材料として、具体的には、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、マグネシウムシリケート、又は、これらの混合物を例示することができる。一方、有機材料粒子を構成する樹脂として、アクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、メラミン系樹脂を例示することができる。光拡散剤の形状として、例えば、球状、立方状、針状、棒状、紡錘形状、板状、鱗片状、繊維状を挙げることができる。光拡散部材を設ける方法として、光拡散部材を接着剤や接着シートを用いて反射型偏光部材に貼り付ける方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、反射型偏光部材に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。あるいは又、光拡散部材を設ける方法として、ロッドインテグレータの一端面や他端面に光拡散剤を塗布する方法を挙げることができる。
【００３９】
第１プリズム、第２プリズムは、周知の光学ガラスから作製すればよい。また、これらのプリズムのそれぞれを、複数のプリズムの組合せから構成してもよい。即ち、複数のプリズムを例えば接着剤で接着して、１つのプリズムを作製してもよい。尚、三角プリズムの２つの斜面の成す角度は９０度である必要は無い。光線が入射、反射、屈折して所定の光学面を通るように構成し、ビームスプリッターで分離されたＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光が異なった光路を通っても第２プリズムの第１斜面から略同じ方向へ出射することが重要である。場合によっては、プリズムの斜面と底面とが交わる部分、プリズムの２つの斜面が交わる部分は、稜線で構成されておらず、平面あるいは曲面から構成されていてもよい。発光素子と対向する第１プリズムの面（第１斜面）の部分には光拡散層を形成してもよい。
【００４０】
板状部材として、発光ダイオードから出射された光に対して透明な材料、例えば、ガラスや、プラスチック材料（例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等のポリエステル系樹脂）を挙げることができる。
【００４１】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明において、Ｕ0，Ｖ0の数として、限定するものではないが、４≦Ｕ0≦２０、好ましくは、例えば、９≦Ｕ0≦１１を挙げることができ、また、４≦Ｖ0≦２０、好ましくは、例えば、９≦Ｖ0≦１１を挙げることができる。Ｕ0の値とＶ0の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、第１レンズによって結像される平面（ＸＹ平面）を、以下、『結像面』と呼ぶ場合がある。
【００４２】
本発明の３次元像表示装置における好ましい形態にあっては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が、フーリエ変換像選択手段において選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段を通過するが、ここで、所望の回折次数として、限定するものではないが、０次の回折次数を挙げることができる。
【００４３】
以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の３次元像表示装置において、光源と２次元画像形成装置との間に、照明光を整形するための照明光学系を配置してもよい。具体的には、光源と２次元画像形成装置との間にはレンズ（例えば、コリメータレンズ）が配置されており、光源は、このレンズの前側焦点面（あるいは前側焦点面近傍）に位置することが、レンズから出射された光（照明光）が平行光（概ね平行光）となるので好ましい。
【００４４】
２次元画像形成装置を構成する液晶表示装置においては、例えば、次に述べる透明第１電極と透明第２電極の重複領域であって液晶セルを含む領域が、１画素（１ピクセル）に相当する。そして、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として動作させることによって、即ち、各画素の光透過率（開口率）を制御することによって、面状発光部材から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、面状発光部材から出射された照明光が係る開口を通過することによって、画素毎に、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ×Ｎ組の回折光が生成される。
【００４５】
液晶表示装置は、例えば、透明第１電極を備えたフロント・パネル、透明第２電極を備えたリア・パネル、及び、フロント・パネルとリア・パネルとの間に配された液晶材料から成る。フロント・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第１の基板と、第１の基板の内面に設けられた透明第１電極（共通電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第１の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。更には、透明第１電極上には配向膜が形成されている。一方、リア・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第２の基板と、第２の基板の内面に形成されたスイッチング素子と、スイッチング素子によって導通／非導通が制御される透明第２電極（画素電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第２の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。透明第２電極を含む全面には配向膜が形成されている。これらの透過型の液晶表示装置を構成する各種の部材や液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができる。尚、スイッチング素子として、単結晶シリコン半導体基板に形成されたＭＯＳ型ＦＥＴや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）といった３端子素子や、ＭＩＭ素子、バリスタ素子、ダイオード等の２端子素子を例示することができる。あるいは又、複数の走査電極が第１の方向に延び、複数のデータ電極が第２の方向に延びる、所謂マトリックス電極構成を有する液晶表示装置とすることもできる。透過型の液晶表示装置にあっては、面状発光部材からの照明光は、第２の基板から入射し、第１の基板から出射される。一方、反射型の液晶表示装置にあっては、面状発光部材からの照明光は、第１の基板から入射し、例えば、第２の基板の内面に形成された第２電極（画素電極）によって反射され、再び、第１の基板から出射される。開口は、例えば、透明第２電極と配向膜との間に、面状発光部材からの照明光に不透明な絶縁材料層を形成し、係る絶縁材料層に開口を形成することで得ることができる。尚、反射型の液晶表示装置として、その他、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）タイプを用いることもできる。
【００４６】
本発明の３次元像表示装置において、２次元画像の画素（ピクセル）の数Ｐ×Ｑを（Ｐ，Ｑ）で表記したとき、（Ｐ，Ｑ）の値として、具体的には、ＶＧＡ（６４０，４８０）、Ｓ−ＶＧＡ（８００，６００）、ＸＧＡ（１０２４，７６８）、ＡＰＲＣ（１１５２，９００）、Ｓ−ＸＧＡ（１２８０，１０２４）、Ｕ−ＸＧＡ（１６００，１２００）、ＨＤ−ＴＶ（１９２０，１０８０）、Ｑ−ＸＧＡ（２０４８，１５３６）の他、（１９２０，１０３５）、（７２０，４８０）、（１２８０，９６０）等、画像表示用解像度の幾つかを例示することができるが、これらの値に限定するものではない。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の３次元像表示装置にあっては、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データに基づき、２次元画像形成装置において２次元画像を生成する。従って、光学的手段のみでは解決できない収差の補正を行うことができ、単純な光学系にあっても、収差の無い、あるいは、収差の少ない画像（例えば、３次元画像，立体画像）を表示することができる。また、光学系を広角系とした場合、一般に、収差が増加するが、係る収差の増加を確実に抑制することができる。しかも、例えば、フーリエ変換像選択手段は、一種の絞りとして機能するので、光学系の焦点深度を深くすることができ、鮮明な画像を得ることができる。
【００４８】
しかも、本発明の３次元像表示装置においては、第１のレンズの焦点距離ｆ1と第２のレンズの焦点距離ｆ2の割合を予め規定することが可能であり、これによって、２次元画像形成装置の大きさのｋ・ｆ2／ｆ1倍の画像を得ることができる。即ち、特段の構成要素を附加すること無く、簡素な構成、構造であっても、所望の大きさの立体画像を得ることができる。
【００４９】
また、本発明の３次元像表示装置においては、各面状発光部材から順次出射された光（照明光）に基づき、２次元画像形成装置によって、２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、第１のレンズ（フーリエ変換像形成手段に相当する）によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、結像され、最終的に観察者に到達する。この観察者に到達する画像には、２次元画像形成装置への光（照明光）の入射方向の成分が含まれている。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、第１のレンズから出射された光線群（Ｕ0×Ｖ0本の光線）を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、立体画像を構成するための光線の方向成分を効率的に制御した光線再生法に基づき、３次元像表示装置全体を大型化することなく、実世界の物体に近い質感の立体画像を得ることができる。
【００５０】
しかも、光（照明光）は、点状ではなく、面状にて光源（面状発光部材）から出射されるので、第１レンズの後方に形成された像が、明るい輝点として２次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察される。従って、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。更には、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。
【００５１】
更には、本発明の３次元像表示装置において、例えば、０次の回折光に基づき立体画像を構成すれば、明るく、クリアーで、高品質の立体画像を得ることができる。
【００５２】
また、光検出手段を備えれば、面状発光部材の発光状態を監視することができ、面状発光部材の発光状態のバラツキや経時変化に起因した画像の品質劣化の発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００５４】
実施例１は、本発明の３次元像表示装置に関し、より具体的には、第１の構造の３次元像表示装置に関する。図１に、単色表示の実施例１の３次元像表示装置の概念図を示す。ここで、図１において、光軸をｚ軸とし、ｚ軸に直交する平面内での直交座標をｘ軸、ｙ軸とし、ｘ軸と平行な方向をＸ方向、ｙ軸と平行な方向をＹ方向とする。Ｘ方向を、例えば３次元像表示装置における水平方向とし、Ｙ方向を、例えば３次元像表示装置における垂直方向とする。ｚ軸（光軸に相当する）は、３次元像表示装置を構成する各構成要素の中心を通り、しかも、３次元像表示装置を構成する各構成要素と直交する。ここで、図１は、ｙｚ平面における実施例１の３次元像表示装置の概念図である。ｘｚ平面における実施例１の３次元像表示装置の概念図も、実質的には図１と同様である。また、図２は、実施例１の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図であり、図３は、実施例１の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。図２においては、３次元像表示装置の構成要素の大部分を省略し、光線の図示も簡素化してあり、図１や図３とは異なっている。更には、図２においては、２次元画像形成装置から出射された光線の一部分のみを図示している。２次元画像形成装置、第１のレンズ、フーリエ変換像選択手段を構成する空間フィルタの近傍を拡大した概念図を、図４、及び、図５の（Ａ）、（Ｂ）に示す。更には、光源の模式的な正面図を図６に示し、空間フィルタの模式的な正面図を図７に示す。
【００５５】
従来の光線再生法による立体画像の表示では、任意の位置に存在する仮想物体表面を仮想的な原点とした複数の光線を出射することを目的として、予め、様々な角度で出射する光線を提供できる装置を備えておく必要がある。即ち、例えば、図３２に示した装置にあっては、多数（例えば、Ｕ0×Ｖ0個）のプロジェクタ・ユニット５０１を水平方向及び垂直方向に並列的に配置しなければならない。
【００５６】
一方、実施例１の３次元像表示装置１にあっては、図１等に示した構成要素を備える３次元像表示装置単体で、従来の技術と比較して、空間的に密度が高く、且つ、大量の光線群を生成・形成することが可能である。実施例１の３次元像表示装置１は、１つの３次元像表示装置で、図３２に示した多数（Ｕ0×Ｖ0個）のプロジェクタ・ユニット５０１を水平方向及び垂直方向に並列的に配置した装置と等価の機能を有する。尚、例えばマルチユニット方式を採用する場合には、図３１に概念図を示すように、分割された３次元画像の数（例えば、４×４＝１６）だけ、実施例１の３次元像表示装置１を備えればよい。
【００５７】
実施例１の３次元像表示装置１は、光学系を備えている。そして、この光学系は、
（Ａ）Ｘ方向にＵ0個、Ｙ方向にＶ0個の、２次元マトリクス状に配列されたＵ0×Ｖ0個の面状発光部材１１から構成された光源１０、
（Ｂ）Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口（個数：Ｐ×Ｑ）を有し、各面状発光部材１１から順次出射された光（照明光）の通過を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、この２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）の回折光を生成する２次元画像形成装置３０、
（Ｃ）その前側焦点面（光源側の焦点面）に２次元画像形成装置３０が配置されており、焦点距離ｆ1を有する凸レンズから成る第１のレンズＬ1、
（Ｄ）第１のレンズＬ1の後側焦点面（観察者側の焦点面）に位置し、これらの複数の回折次数に対応する数だけ生成された回折光に基づき第１のレンズによって生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
（Ｅ）その前側焦点面（光源側の焦点面）にフーリエ変換像選択手段が配置されており、焦点距離ｆ2を有する凸レンズから成る第２のレンズＬ2、並びに、
（Ｆ）第２のレンズＬ2の後側焦点面（観察者側の焦点面）に、その前側焦点面（光源側の焦点面）が位置している第３のレンズＬ3、
を備えている。
【００５８】
そして、更に、光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データを２次元画像形成装置に送出する２次元画像データ送出手段（図示せず）を備えている。
【００５９】
ここで、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する。
【００６０】
実施例１にあっては、２次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材１１の具体的な個数をＵ0×Ｖ0＝１１×１１とし、Ｐ＝１０２４、Ｑ＝７６８とした。但し、これらの値に限定するものではない。光源１０と２次元画像形成装置３０との間には、コリメータレンズ１２が配置されている。ここで、コリメータレンズ１２の前側焦点面あるいは前側焦点面近傍に複数の面状発光部材１１が配置されており、各面状発光部材１１から出射され、コリメータレンズ１２に入射し、コリメータレンズ１２から出射するときの光（平行光）の出射方向を、コリメータレンズ１２によって立体的に変えることができる結果、２次元画像形成装置３０に入射する光（照明光）の入射方向を立体的に変えることができる（図４参照）。尚、各面状発光部材１１から出射される光の出射方向を、実施例１にあっては同じとしたが（具体的には、光軸（ｚ軸）に平行としたが）、異なっていてもよい。
【００６１】
実施例１の３次元像表示装置１にあっては、第１のレンズＬ1の前側焦点面（光源側の焦点面）に２次元画像形成装置３０が配置されている。また、フーリエ変換像選択手段は、第１のレンズＬ1によって生成されたフーリエ変換像が結像される位置（第１のレンズＬ1によってフーリエ変換像が結像されるＸＹ平面、結像面）に配置されている。具体的には、フーリエ変換像選択手段は、第１のレンズＬ1の後側焦点面（観察者側の焦点面）に配置されている。
【００６２】
図７に示すように、実施例１にあっては、フーリエ変換像選択手段は、Ｕ0×Ｖ0個の開閉制御可能な開口部５１を有する空間フィルタＳＦから成る。ここで、開閉制御可能な開口部５１を有する空間フィルタＳＦは、液晶表示装置から構成されている。ここで、空間フィルタＳＦを構成する液晶表示装置として、強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置又は反射型の液晶表示装置を挙げることができる。あるいは、空間フィルタＳＦを、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された装置を含む２次元型のＭＥＭＳから構成することもできる。ここで、例えば、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として動作させることによって開口部５１の開閉制御を行うことができるし、可動ミラーの移動／非移動によって開口部５１の開閉制御を行うことができる。開閉制御可能な開口部５１を有する空間フィルタＳＦにおいては、２次元画像形成装置３０による２次元画像の生成タイミングと同期して、所望の開口部５１（具体的には、０次の回折光に基づくフーリエ変換像を通過させるための開口部５１）を開状態とする。そして、これによって、所望の回折次数（０次）に対応するフーリエ変換像（あるいは回折光）を選択することができる。開口部５１は、第１のレンズＬ1によって得られるフーリエ変換像の内の所望のフーリエ変換像が結像する位置に配置されており、更には、係る開口部５１の位置は、各面状発光部材１１が配された位置に対応している。ここで、空間フィルタＳＦにおける開口部５１の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。開口部５１の大きさは、２次元画像形成装置３０によって生成され、空間フィルタＳＦ上に結像された２次元画像の大きさと等しい。隣接する開口部５１の間に存在する隙間の幅（隣接する開口部５１の縁部間の距離）が観察者に対して張る角度θは、０ラジアンに限りなく近い。各面状発光部材１１から出射された照明光に基づき得られたフーリエ変換像は、各面状発光部材１１の位置に対応して、第１のレンズＬ1によって、例えば、矩形形状にて、空間フィルタＳＦにおいて結像される。空間フィルタＳＦを通過するフーリエ変換像の数は、最終的に、Ｕ0×Ｖ0個となる。
【００６３】
各面状発光部材１１は、一端面１１２から光を出射するロッドインテグレータ１１１、及び、このロッドインテグレータ１１１の他端面１１３に配置された発光ダイオード１１６から構成されている。ロッドインテグレータ（カレイドスコープ）１１１を、その軸線に対して垂直な仮想平面で切断したときの断面形状は矩形である。そして、図８の（Ａ）に模式的な断面図を示すように、ロッドインテグレータ１１１は、両端面１１２，１１３が開放端の中空部材から作製されている。あるいは又、図８の（Ｂ）に模式的な断面図を示すように、一端面１１２が開放端であり、他端面１１３が光拡散面から構成された中空部材から作製されている。あるいは又、図８の（Ｃ）に模式的な断面図を示すように、透明な材料から作製された中実部材から作製されている。あるいは又、図８の（Ｄ）に模式的な断面図を示すように、他端面１１３に光拡散層１１４が形成された中実部材から作製されている。あるいは又、図８の（Ｅ）に模式的な断面図を示すように、一端面１１２に光拡散層１１４が形成された中空部材から作製されている。中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面には、真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層１１５が設けられている。ロッドインテグレータ１１１はガラスから作製されている。結束手段（図示せず）を用いて、Ｕ0×Ｖ0個の面状発光部材１１を２次元マトリクス状に隙間無く配列して結束することで、光源１０を得ることができる（図８の（Ｆ）参照）。図８の（Ｆ）にあっては、４×４個の面状発光部材を図示している。
【００６４】
光源１０を構成する面状発光部材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射された光束が、２次元画像形成装置３０、第１のレンズＬ1、及び、空間フィルタＳＦを通過する状態を、模式的に、図４に示す。図４においては、光源１０を構成する面状発光部材１１Ａから出射された光束を実線で示し、面状発光部材１１Ｂから出射された光束を一点鎖線で示し、面状発光部材１１Ｃから出射された光束を点線で示す。また、面状発光部材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射された照明光によって形成された空間フィルタＳＦにおける像の位置を、それぞれ、符号（１１Ａ），（１１Ｂ），（１１Ｃ）で示す。尚、光源１０を構成する面状発光部材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのそれぞれの位置番号（これについては後述する）は、例えば、第（５，０）番目、第（０，０）番目、及び、第（−５，０）番目である。ここで、或る面状発光部材が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材は消灯状態となる。
【００６５】
面状発光部材１１と２次元画像形成装置３０との間には、上述したとおり、コリメータレンズ１２が配置されている。そして、面状発光部材１１から出射され、コリメータレンズ１２を通過した照明光によって、２次元画像形成装置３０が照明されるが、上述したとおり、照明光の２次元画像形成装置３０への入射方向は、面状発光部材１１の２次元的な位置（光出射位置）に依存して立体的に異なっている。即ち、光源１０の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、２次元画像形成装置３０を照明することができる。
【００６６】
２次元画像形成装置３０は２次元的に配列された複数（Ｐ×Ｑ個）の画素３１を有する２次元空間光変調器から成り、各画素３１は開口を備えている。ここで、２次元画像形成装置３０は、具体的には、２次元的に配列された、即ち、Ｘ方向にＰ個、Ｙ方向にＱ個の、２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個の画素３１を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素３１には開口が備えられている。尚、開口の平面形状は矩形である。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ×Ｎ組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅（強度）を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。
【００６７】
１つの画素３１は、透明第１電極と透明第２電極の重複領域であって液晶セルを含む領域から構成されている。そして、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として動作させることによって、即ち、各画素３１の光透過率（開口率）を制御することによって、光源１０を構成する面状発光部材１１から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を面状発光部材１１から出射された照明光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素３１において、Ｍ×Ｎの回折光が生成される。云い換えれば、画素３１の数はＰ×Ｑであるが故に、総計（Ｐ×Ｑ×Ｍ×Ｎ）本の回折光が生じると考えることもできるし、光源１０からの光によって形成されるフーリエ変換像の数は、全体として、Ｍ×Ｎ×Ｕ0×Ｖ0個となる。そして、２次元画像形成装置３０においては、２次元画像における空間周波数が、各画素３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って２次元画像形成装置３０から出射される。尚、２次元画像における空間周波数によっても回折角は異なる。
【００６８】
更には、３次元像表示装置１は、第１のレンズＬ1によって生成、結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置３０によって生成された２次元画像の実像ＲＩを形成する第２のレンズＬ2を更に備えており、第２のレンズＬ2の後方（観察者側）に第３のレンズＬ3を更に備えている。
【００６９】
そして、実施例１にあっては、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3は、具体的には、凸レンズから構成されている。
【００７０】
上述したとおり、焦点距離ｆ1を有する第１のレンズＬ1の前側焦点面（光源側の焦点面）には２次元画像形成装置３０が配置されており、第１のレンズＬ1の後側焦点面（観察者側の焦点面）には、フーリエ変換像を、空間的、且つ、時間的にフィルタリングするための時間的な開閉制御が可能な空間フィルタＳＦが配置されている。そして、第１のレンズＬ1によって、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は空間フィルタＳＦ上に結像する。尚、図２においては、便宜上、６４個のフーリエ変換像を点状にて図示したが、実際には、フーリエ変換像は矩形形状を有する。そして、図２に示す多数のフーリエ変換像から１つのフーリエ変換像が、面状発光部材１１に対応して開状態となった開口部５１を通過することで、選択される。
【００７１】
ここで、２次元画像形成装置３０の対角の長さをＤＰS、得られる立体画像の対角の長さをＩＧSとすれば、これらの対角の長さと、第１のレンズＬ1の焦点距離ｆ1、第２のレンズＬ2の焦点距離ｆ2との間には、「ｋ」を定数としたとき、以下の関係が成立する。
ＩＧS／ＤＰS＝ｋ・ｆ2／ｆ1
【００７２】
従って、光源１０から出射された光（照明光）の波長及び２次元画像形成装置３０における回折に基づいて画像の大きさを規定するのではなく、第１のレンズＬ1の焦点距離ｆ1及び第２のレンズＬ2の焦点距離ｆ2を適切に選択することで、画像の大きさを規定することができる。実施例１にあっては、具体的には、
ｆ1＝５０ｍｍ
ｆ2＝２５ｍｍ
とした。
【００７３】
２次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材１１から成る光源１０の模式的な正面図を図６に示し、液晶表示装置から成る空間フィルタＳＦの模式的な正面図を図７に示す。図６及び図７中、数字（ｕ，ｖ）は、光源１０を構成する面状発光部材１１あるいは空間フィルタＳＦを構成する開口部５１の位置番号を示す。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部５１には、第（３，２）番目に位置する面状発光部材１１による２次元画像の所望のフーリエ変換像（例えば０次の回折に対応するフーリエ変換像）のみが入射し、第（３，２）番目の開口部５１を通過する。第（３，２）番目に位置する面状発光部材１１による２次元画像の所望のフーリエ変換像以外のフーリエ変換像は、空間フィルタＳＦによって遮られる。焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2の前側焦点面には空間フィルタＳＦが配置されている。更には、第２のレンズＬ2の後側焦点面と、焦点距離ｆ3を有する第３のレンズＬ3の前側焦点面とが一致するように、第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3が配置されている。そして、焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置３０によって形成された２次元画像の実像ＲＩを形成する。即ち、第２のレンズＬ2の後側焦点面に、２次元画像形成装置３０によって形成された２次元画像の実像ＲＩが形成されるように配置されている。ここで得られる実像ＲＩの２次元画像形成装置３０に対する倍率は、第２のレンズＬ2の焦点距離ｆ2を任意に選択することによって変化させることができる。また、焦点距離ｆ3を有する第３のレンズＬ3は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩを形成する。
【００７４】
ここで、第３のレンズＬ3の後側焦点面は空間フィルタＳＦの共役面であることから、空間フィルタＳＦ上の１つの開口部５１に相当する部分から、２次元画像形成装置３０によって生成された２次元画像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分（Ｐ×Ｑ）であって、空間フィルタＳＦを通過した光線である。即ち、空間フィルタＳＦを通過する光線の光量が、それ以降の３次元像表示装置の構成要素を通過、反射することによって減少することは、実質的に無い。また、第３のレンズＬ3の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるが、２次元画像の共役像の方向成分は面状発光部材１１から出射され、２次元画像形成装置３０に入射する照明光の方向成分によって規定されるので、第３のレンズＬ3の後側焦点面においては、光線群が２次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第３のレンズＬ3の後側焦点面（共役像ＣＩが形成される面）に、図３２に示したプロジェクタ・ユニット５０１が複数の数（具体的にはＵ0×Ｖ0個）、配置されている状態と等価である。
【００７５】
図５の（Ａ）及び（Ｂ）に模式的に示すように、２次元画像形成装置３０における１つの画素３１によって、Ｘ方向及びＹ方向に沿って、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光が生成される。尚、図５の（Ａ）及び（Ｂ）では、０次光（ｎ0＝０）、±１次光（ｎ0＝±１）、及び、±２次光（ｎ0＝±２）の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次（例えば、±５次）の回折光が生成され、これらの回折光の一部（具体的には、例えば、０次光）に基づき、最終的に立体画像が形成される。尚、図５の（Ａ）は、面状発光部材１１Ｂから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示し、図５の（Ｂ）は、面状発光部材１１Ａから出射された光線によって形成された回折光を模式的に示す。ここで、各回折次数の回折光（光束）には、２次元画像形成装置３０によって形成された２次元画像の全画像情報（全ての画素の情報）が集約されている。２次元画像形成装置３０上の同一画素から回折によって生成される複数の光線群は、同時刻において、全て、同一の画像情報を有する。云い換えれば、Ｐ×Ｑ個の画素３１を有する透過型の液晶表示装置から成る２次元画像形成装置３０においては、面状発光部材１１からの照明光が各画素３１によって変調されて２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数は、各画素３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射される。即ち、２次元画像のＭ×Ｎ個の一種のコピーが２次元画像形成装置３０から、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射される。
【００７６】
そして、２次元画像形成装置３０によって形成された２次元画像の全画像情報が集約された２次元画像における空間周波数は、第１のレンズＬ1によってフーリエ変換され、各画素３１から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像（例えば、０次の回折に対応するフーリエ変換像）のみを空間フィルタＳＦを通過させ、更には、この選択されたフーリエ変換像が第２のレンズＬ2によって逆フーリエ変換され、２次元画像形成装置３０によって生成された２次元画像の実像ＲＩが形成され、この２次元画像の実像ＲＩは、第３のレンズＬ3に入射し、第３のレンズＬ3によって共役像ＣＩが結像される。尚、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、０次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ（即ち、画素構造の空間周波数の最大１／２の空間周波数まで）が、云い換えれば、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、２次元画像形成装置３０の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、空間フィルタＳＦを通過する。こうして、第３のレンズＬ3によって結像された２次元画像の共役像にあっては、２次元画像形成装置３０の画素構造は含まれず、一方、２次元画像形成装置３０によって生成された２次元画像における空間周波数の全てが含まれている。そして、第３のレンズＬ3において、２次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成される。
【００７７】
以下、空間フィルタＳＦにおける開口部５１の開閉制御のタイミングについて説明する。
【００７８】
空間フィルタＳＦにおいては、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するために、２次元画像形成装置３０の画像出力と同期して、開口部５１の開閉制御を行う。この操作を、図９、図１０、及び、図１１を参照して説明する。尚、図９の最上段は、２次元画像形成装置３０における画像出力のタイミングを示しており、図９の中段は、空間フィルタＳＦにおける第（３，２）番目の開口部５１の開閉タイミングを示し、図９の下段は、第（３，３）番目の開口部５１の開閉タイミングを示す。
【００７９】
図９に示すように、２次元画像形成装置３０において、例えば時間ｔ1S〜ｔ1Eの間（期間ＴＭ1）に画像「Ａ」が表示され、時間ｔ2S〜ｔ2Eの間（期間ＴＭ2）に画像「Ｂ」が表示されるとする。このとき、光源１０においては、期間ＴＭ1にあっては第（３，２）番目の面状発光部材１１のみを発光状態とし、期間ＴＭ2にあっては第（３，３）番目の面状発光部材１１のみを発光状態とする。このように、各面状発光部材１１から順次出射され、２次元画像形成装置３０への入射方向が異なる照明光を使用し、しかも、係る照明光を各画素３１によって変調する。一方、空間フィルタＳＦにおいては、図９に示すように、期間ＴＭ1にあっては第（３，２）番目の開口部５１を、期間ＴＭ2にあっては第（３，３）番目の開口部５１を開状態とする。こうして、２次元画像形成装置３０における同じ画素３１において異なる回折次数として生成され、第１のレンズＬ1によって生成されるフーリエ変換像に、異なる画像情報を付加することができる。云い換えれば、期間ＴＭ1にあっては、第（３，２）番目の面状発光部材１１を発光状態とすることで、２次元画像形成装置３０における或る画素３１において得られる０次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「Ａ」に関する画像情報、及び、照明光の２次元画像形成装置３０への入射方向情報が含まれている。一方、期間ＴＭ2にあっては、第（３，３）番目の面状発光部材１１を発光状態とすることで、２次元画像形成装置３０における同じ或る画素において得られる０次の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「Ｂ」に関する画像情報、及び、照明光の２次元画像形成装置３０への入射方向情報が含まれている。
【００８０】
図１０に、２次元画像形成装置３０における画像形成のタイミングと開口部５１の制御のタイミングとを模式的に示す。期間ＴＭ1にあっては、２次元画像形成装置３０において画像「Ａ」が表示され、Ｍ×Ｎ個のフーリエ変換像が空間フィルタＳＦの対応する第（３，２）番目の開口部５１を中心としてフーリエ変換像「α」として集光される。期間ＴＭ1では、第（３，２）番目の開口部５１のみを開くので、０次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタＳＦを通過する。次の期間ＴＭ2にあっては、２次元画像形成装置３０において画像「Ｂ」が表示され、同様にＭ×Ｎ個のフーリエ変換像が空間フィルタＳＦの対応する第（３，３）番目の開口部５１を中心にフーリエ変換像「β」として集光される。期間ＴＭ2では、第（３，３）番目の開口部５１のみを開くので、０次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタＳＦを通過する。以下、順次、２次元画像形成装置３０の画像形成タイミングに同期して、空間フィルタＳＦにおける開口部５１の開閉制御を行う。尚、図１０において、開状態の開口部５１を実線で囲み、閉状態の開口部５１を点線で囲んだ。また、開状態にある開口部５１を通過するフーリエ変換像「α」，「β」，「γ」は、０次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、明るい。一方、閉状態にある開口部５１の部分に衝突するフーリエ変換像「α」，「β」，「γ」は、高次の回折次数に基づき得られる像であるが故に、暗い。従って、場合によっては、空間フィルタＳＦは不要である。空間フィルタＳＦが占める空間を或る時間長さで眺めた場合、Ｕ0×Ｖ0個の矩形形状の像（フーリエ変換像）が２次元マトリクス状に並んだ状態（図２に示した状態に類似した状態）が見られるであろう。
【００８１】
このようなタイミングで２次元画像形成装置３０における画像形成と開口部５１の開閉制御とを行った場合に、この３次元像表示装置の最終出力として得られる画像を、図１１に模式的に示す。図１１において、画像「Ａ’」は、第（３，２）番目の開口部５１のみを開くので、第（３，２）番目の面状発光部材１１が発光状態にあるときの０次の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタＳＦを通過する結果得られる画像であり、画像「Ｂ’」は、第（３，３）番目の開口部５１のみを開くので、第（３，３）番目の面状発光部材１１が発光状態にあるときの０次の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタＳＦを通過する結果得られる画像であり、画像「Ｃ’」は、第（４，２）番目の開口部５１のみを開くので、第（４，２）番目の面状発光部材１１が発光状態にあるときの０次の回折次数を有するフーリエ変換像「γ」のみが空間フィルタＳＦを通過する結果得られる画像である。尚、図１１に示す画像は、観察者が眺める画像である。図１１においては、便宜上、画像と画像とを実線で区分したが、係る実線は仮想の実線である。また、正確には、同時刻に、図１１に示した画像が得られるわけではないが、画像の切り替え期間は非常に短時間なので、観察者の目には同時に表示されているように観察される。例えば、１フレームの表示期間内に、全ての面状発光部材１１から順次出射された照明光に基づく（Ｕ0×Ｖ0）個の画像の選択が行われる。図１１では平面的に図示しているが、観察者に実際に観察されるのは立体画像である。
【００８２】
即ち、前述したように、第３のレンズＬ3の後側焦点面からは、（例えば、時系列的に、画像「Ａ’」、画像「Ｂ’」・・・画像「Ｃ’」）が出力される。即ち、全体としては、第３のレンズＬ3の後側焦点面に、図３２に示したプロジェクタ・ユニットが複数の面状発光部材１１の数（具体的にはＵ0×Ｖ0個）だけ配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニットから画像「Ａ’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニットから画像「Ｂ’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニットから画像「Ｃ’」が出力されると等価となる。そして、例えば、或る物体を種々の位置（角度）から撮影した多数の画像（あるいは、コンピュータによって作成した画像）のデータに基づき、２次元画像形成装置３０において画像を時系列的に再生すれば、これらの画像に基づき立体画像を得ることができる。
【００８３】
空間フィルタＳＦに設けられた開口部５１の開閉制御を、全ての開口部５１に対して行わなくともよい。即ち、例えば、１つおきに開口部５１の開閉制御を行ってもよいし、所望の位置に位置する開口部５１だけの開閉制御を行ってもよい。
【００８４】
例えば、焦点距離ｆ2が５０ｍｍ、Ｆナンバーが１．４の第２のレンズＬ2を用いたと想定する。ここで、２次元画像形成装置３０の対角の長さＤＰSを２２．４ｍｍとする。このとき、画角は２４．６度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである３５．７ｍｍが最大値となる。一方、焦点距離ｆ2が２０ｍｍ、Ｆナンバーが１．４の第２のレンズＬ2を用いる場合、画角は５８．５度となる。また、画像の大きさはレンズ開口の大きさである１４．３ｍｍが最大値となる。このように、短焦点距離のレンズを用いる場合、レンズの大口径化を図らなければならないが、大口径化のレンズを用いる場合、収差に起因した画像の乱れが大きな問題となる。実施例１においては、２次元画像データ送出手段を備えることで、係る問題に対処している。
【００８５】
実施例１、あるいは、後述する実施例２〜実施例７の３次元像表示装置にあっては、２次元画像形成装置の動作の制御は、図示しない２次元画像データ送出手段（具体的には、パーソナルコンピュータから成る）によって行われる。即ち、パーソナルコンピュータに備えられた記録手段（例えば、ハードディスク）に、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差（例えば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲といった所謂ザイデルの５収差）を補正した２次元画像データを記録しておく。あるいは又、（ｕ，ｖ）の値等をパラメータとした、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子をパーソナルコンピュータに備えられた記録手段に記録しておく。
【００８６】
２次元画像データ送出手段においては、以下の処理がなされる。即ち、収差補正前のビデオ信号に相当する２次元画像データＤａｔａ（Ａ）に基づき理想的に再生された収差が無い３次元像（立体画像）を「Ａ」、実際に、２次元画像データＤａｔａ（Ａ）に基づき再生されたときの３次元像（立体画像）を「ａ」（各種の収差が含まれている）とする。２次元画像データＤａｔａ（Ａ）として、限定するものではないが、例えば、テストパターンを挙げることができる。このとき、実際に再生されたときの３次元像（立体画像）が「Ａ」となるように、元の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）を、例えば、シミュレーションに基づき補正し、あるいは又、試行錯誤で補正する。即ち、例えば、テストパターンが所定の画像となるように、元の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）を補正する。より具体的には、例えば、テストパターンの画像を２次元画像形成装置３０から出射する。そして、最も収差の少ない画像である第（０，０）番目の開口部５１を開口して得られた再生３次元像（立体画像）と、所定の第（ｕ，ｖ）番目の開口部５１を開口して得られた再生３次元像（立体画像）とを画像処理することで比較し、これらの２つの再生３次元像に差が生じないように、あるいは又、差が少なくなるように、テストパターンのデータを、例えば、作業者が補正するといった作業を繰り返し行うことで、例えば、（Ｐ，Ｑ）の値、（ｕ，ｖ）の値をパラメータとした一種の演算子を得ることができる。こうして、実際に再生されたときの３次元像（立体画像）が「Ａ」となるように、元の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）を最終的に補正して得られた２次元画像データをＤａｔａ（Ａ’）としたとき、（ｕ，ｖ）の値等が決まれば、元の収差補正前の２次元画像データＤａｔａ（Ａ）と最終的に収差補正された２次元画像データＤａｔａ（Ａ’）との間の一定の関係（一種の演算子）を得ることができる。云い換えれば、係る一定の関係（演算子）を求め、決定する。そして、元の収差補正前の２次元画像データ（ビデオ信号に相当する）を係る関係に基づき収差補正した２次元画像データ（即ち、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正した２次元画像データ）を記録手段に記録しておき、この収差補正後の２次元画像データによって３次元像（立体画像）を再生する。あるいは又、３次元像表示装置に外部から送られてくるビデオ信号に相当する２次元画像データＤａｔａ（Ａ）に対して、リアルタイムで係る演算子に基づき収差補正を施し、収差補正された２次元画像データＤａｔａ（Ａ’）に基づき、３次元像表示装置において３次元像（立体画像）を再生する。こうして、３次元像表示装置を構成する光学系（例えば、光源１０、２次元画像形成装置３０、第１のレンズＬ1、空間フィルタＳＦ、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3）によって生じる収差を予め補正した２次元画像データに基づき、２次元画像形成装置３０において２次元画像を生成するので、収差の無い、あるいは、収差の少ない３次元画像（立体画像）を表示することができる。また、３次元像表示装置を、例えば、フィールド・シーケンシャル駆動すれば、ザイデルの５収差の補正のみならず、色収差の補正も行うことができる。
【００８７】
以上に説明したように、実施例１の３次元像表示装置にあっては、２次元画像形成装置の動作の制御は、図示しないパーソナルコンピュータによって行われる。実施例１の３次元像表示装置は、実施例１において説明した構成要素に加えて、上述したとおり、記録手段（例えば、ハードディスク）を備えたコンピュータ（２次元画像データ送出手段）を有している。そして、この記録手段には、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差（例えば、ザイデルの５収差や、色収差）を補正した２次元画像データが記録されている。あるいは又、（ｕ，ｖ）の値等をパラメータとした、３次元像表示装置を構成する光学系によって生じる収差を補正するための演算子が記録されている。そして、コンピュータによって、２次元画像形成装置における２次元画像の生成を制御する。尚、フーリエ変換像選択手段（具体的には、空間フィルタ）は、光学系においては、所謂瞳面に配置されている。従って、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する、開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタの動作によって、瞳面は分割された状態となり、瞳が縮小されたことと等価となる。それ故、光学系の瞳面を分割し、２次元画像形成装置における２次元画像の生成、及び、分割された瞳面を、時系列的に制御することで、２次元画像の生成及び分割された瞳面の時系列的な制御と同期した動的な画像出力によって、所望の画像を得ることができる。
【００８８】
また、実施例１の３次元像表示装置１によれば、所定の面状発光部材１１を発光させる一方、空間フィルタＳＦにおける所望の開口部５１を開口する。従って、２次元画像形成装置３０によって生成された２次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、第１のレンズＬ1によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、空間フィルタＳＦによって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成される構成を有するので、３次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。そして、これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。しかも、光（照明光）は、点状ではなく、面状にて光源１０（面状発光部材１１）から出射されるので、第１レンズＬ1の後方に形成された像が、明るい輝点として２次元マトリクス状に配列された状態で空間に浮かんだ状態に見えるのではなく、一種、矩形領域が繋がった平面状の像として観察されるので、観察者の視線がこの平面状の像へと自然に誘導されることが少なく、立体画像が見にくくなるといった問題が生じ難い。
【００８９】
また、実施例１の３次元像表示装置１によれば、光線再生法を利用しているので、焦点調節、輻輳、運動視差などの視覚機能を満足した立体画像を提供することが可能である。更には、実施例１の３次元像表示装置１によれば、複数の面状発光部材１１に依存して２次元画像形成装置３０への入射方向が異なる照明光を効率的に利用しているので、従来の画像出力手法と比較して、１つの画像出力デバイス（２次元画像形成装置３０）によって制御可能な光線を、面状発光部材１１の数（即ち、Ｕ0×Ｖ0個）だけ得ることができる。しかも、実施例１の３次元像表示装置１によれば、空間的、且つ、時間的にフィルタリングを行うので、３次元像表示装置の時間的特性を、３次元像表示装置の空間的特性に変換することができる。また、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。更には、どのような方向からの観察に対しても適切な立体画像を提供することができる。また、空間的に高い密度で光線群を生成・散布することができるので、視認限界に近い精細な空間画像を提供することができる。
【００９０】
尚、後述する実施例２〜実施例７における２次元画像データ送出手段や画像表示方法は、実質的に、実施例１にて説明した２次元画像データ送出手段や画像表示方法と同じであるので、詳細な説明は省略し、以下、専ら、本発明の各態様における３次元像表示装置の説明を行う。
【実施例２】
【００９１】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の３次元像表示装置の概念図を、図１２及び図１３に示す。実施例１の３次元像表示装置にあっては、光透過型の２次元画像形成装置３０を用いた。一方、実施例２の３次元像表示装置にあっては、反射型の２次元画像形成装置３０Ａを用いる。反射型の２次元画像形成装置３０Ａとして、例えば、反射型の液晶表示装置を挙げることができる。
【００９２】
図１２に示す実施例２の３次元像表示装置にあっては、ｚ軸（光軸）上にビームスプリッタ７０が備えられている。ビームスプリッタ７０は、偏光成分の違いにより光を透過又は反射させる機能を有する。ビームスプリッタ７０は、面状発光部材１１から出射された照明光の内、例えば、Ｓ偏光成分の光を反射型の２次元画像形成装置３０Ａに向けて反射し、Ｐ偏光成分の光は透過する。また、２次元画像形成装置３０Ａからの変調された反射光を透過する。一方、図１３に示す実施例２の３次元像表示装置にあっては、ビームスプリッタ７０は、面状発光部材１１から出射された照明光の内、例えば、Ｐ偏光成分の光を透過して、反射型の２次元画像形成装置３０Ａに向けて出射し、Ｓ偏光成分の光を反射する。また、２次元画像形成装置３０Ａからの変調された反射光を反射する。これらの点を除き、実施例２の３次元像表示装置の構成、構造は、実施例１の３次元像表示装置の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００９３】
反射型の２次元画像形成装置として、代替的に、各開口内に可動ミラーが設けられている構成（可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された２次元型のＭＥＭＳから成る構成）を採用することもでき、この場合には、可動ミラーの移動／非移動によって２次元画像が生成され、しかも、開口によってフラウンホーファー回折が発生する。２次元型のＭＥＭＳを採用する場合にはビームスプリッタは不要であり、２次元型のＭＥＭＳに対して斜め方向から照明光を入射させればよい。
【実施例３】
【００９４】
実施例３も、実施例１の変形であり、各面状発光部材１１から順次出射された光（照明光）の光強度を測定するための光検出手段８０が備えられている。具体的には、実施例３にあっては、光検出手段８０はホトダイオードから成り、図１４に実施例３の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図を示すように、光源１０と２次元画像形成装置３０との間、より具体的には、コリメータレンズ１２と２次元画像形成装置３０との間に、部分反射ミラー（パーシャルリフレクター）８１が配置されており、面状発光部材１１から２次元画像形成装置３０へと入射する光の一部を取り出して、レンズ８３を介して光検出手段８０に入射させている。
【００９５】
あるいは又、図１５に概念図を示すように、空間フィルタＳＦ（フーリエ変換像選択手段）の後方に、より具体的には、第２のレンズＬ2の後方に、部分反射ミラー８２が配置されており、空間フィルタＳＦから出射した光の一部を取り出して、レンズ（図示せず）を介して光検出手段８０に入射させている。
【００９６】
そして、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、面状発光部材１１の発光状態を制御する。具体的には、図１６に概念図を示すように、２次元画像形成装置３０、面状発光部材１１、及び、空間フィルタＳＦの動作は、制御回路９０によって制御される。より具体的には、制御回路９０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式に基づき面状発光部材１１を構成する発光ダイオード１１６のオン／オフ制御を行う光源制御回路９３、及び、２次元画像形成装置駆動回路９１から構成されている。光源制御回路９３は、発光素子駆動回路９４及び光検出手段制御回路９５を備えている。制御回路９０は、周知の回路とすることができる。
【００９７】
面状発光部材１１における発光ダイオード１１６の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段８０によって測定され、光検出手段８０からの出力は光検出手段制御回路９５に入力され、光検出手段制御回路９５において、面状発光部材１１における発光ダイオード１１６の例えば輝度及び色度としてのデータ（信号）とされ、係るデータが光源制御回路９３に送られて基準データと比較され、その結果に基づき、次の発光における同じ面状発光部材１１における発光ダイオード１１６の発光状態が、光源制御回路９３の制御下、発光素子駆動回路９４によって制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、発光ダイオード１１６を流れる電流のオン／オフ制御は、発光素子駆動回路９４によって制御されたスイッチング素子（例えば、ＦＥＴから成るスイッチング素子）９７に基づき行われる。また、面状発光部材１１を構成する発光ダイオード１１６の下流には電流検出用の抵抗体ｒが、発光ダイオード１１６と直列に挿入されており、抵抗体ｒを流れる電流が電圧に変換され、抵抗体における電圧降下が所定の値となるように、光源制御回路９３の制御下、発光素子駆動電源９６の動作が制御される。
【００９８】
あるいは又、光検出手段における光強度の測定結果に基づき、２次元画像形成装置３０の作動状態を制御する。具体的には、面状発光部材１１を構成する発光ダイオード１１６の発光状態は、ホトダイオードから成る光検出手段８０によって測定され、光検出手段８０からの出力は光検出手段制御回路９５に入力され、光検出手段制御回路９５において、面状発光部材１１における発光ダイオード１１６の例えば輝度及び色度としてのデータ（信号）とされ、係るデータが光源制御回路９３に送られて基準データと比較され、その結果が、２次元画像形成装置駆動回路９１に送られる。そして、その結果に基づき、同じ面状発光部材１１の次の発光時において、画素３１の開口における開口率（光透過率）が制御されるといったフィードバック機構が形成される。尚、面状発光部材１１の発光状態の制御と、２次元画像形成装置３０の作動状態の制御を、併せて行ってもよい。また、光検出手段８０における光強度の測定結果に基づき、空間フィルタＳＦの作動状態を制御する。空間フィルタＳＦの開口部５１における開口率（光透過率）を制御することにより、輝度の補正を可能とする。
【００９９】
実施例２において図１２及び図１３を参照して説明した３次元像表示装置に、光検出手段８０を組み込んだ例、即ち、光源１０と２次元画像形成装置３０との間にビームスプリッタ７０を配置し、面状発光部材１１から２次元画像形成装置３０へと入射する光の一部を取り出して、レンズ（図示せず）を介して光検出手段８０に入射させる３次元像表示装置を、図１７及び図１８に示す。
【０１００】
また、光検出手段８０を２次元画像形成装置３０に取り付けた例を、図１９に示す。尚、図６に示した面状発光部材１１のそれぞれの近傍に光検出手段８０を配置してもよいし、あるいは又、面状発光部材１１に光検出手段を組み込んでもよいし、光源１０から２次元画像形成装置３０へと入射する光を遮らない位置に光検出手段を配置してもよい。
【実施例４】
【０１０１】
実施例４、あるいは後述する実施例５〜実施例７は、実施例１〜実施例３の変形であり、具体的には、用いられる面状発光部材の変形例に関する。
【０１０２】
実施例４にあっては、図２０の（Ａ）あるいは図２０の（Ｂ）に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材１１Ｄは、
（ａ）一端面２１２から光を出射するロッドインテグレータ２１１、
（ｂ）ロッドインテグレータ２１１の他端面２１３に配置された発光ダイオード２１６、
（ｃ）ロッドインテグレータ２１１の一端面２１２に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材２３１、並びに、
（ｄ）ロッドインテグレータ２１１の他端面２１３の発光ダイオード２１６から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材２２１、
から構成されている。
【０１０３】
ここで、ロッドインテグレータ２１１や発光ダイオード２１６の構成、構造は、実施例１におけるロッドインテグレータ１１１や発光ダイオード１１６の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、図２０の（Ａ）あるいは後述する図２１の（Ａ）に図示する例では、ロッドインテグレータ２１１は中実部材から作製されており、図２０の（Ｂ）あるいは後述する図２１の（Ｂ）に図示する例では、ロッドインテグレータ２１１は中空部材から作製されている。また、参照番号２１５は、中空部材の外面、あるいは、中実部材の外面に真空蒸着法にて成膜されたアルミニウム層から成る光反射層を示す。
【０１０４】
反射型偏光部材２３１は、例えば、透明な材料から成る基材の表面に、例えばアルミニウム製のリブを、幅数十ｎｍ、ピッチ百数十ｎｍにて形成した構造を有し、あるいは又、屈折率の異なる層を複数重ねた積層膜構造を有している。そして、反射型偏光部材２３１のロッドインテグレータ２１１の一端面２１２への配置は、このような基材を接着することで達成することができるし、あるいは又、積層膜構造を直接成膜することによって達成することができる。光反射部材２２１は、樹脂等から成る基材にアルミニウム層を真空蒸着することで得ることができる。また、光反射部材２２１のロッドインテグレータ２１１の他端面２１３への配置は、基材を接着することで行うことができる。
【０１０５】
実施例４における面状発光部材１１Ｄにあっては、発光ダイオード２１６から出射され、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ２１１に入射する。そして、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、反射型偏光部材２３１に衝突した光の内、Ｐ偏光成分は、反射型偏光部材２３１を通過し、ロッドインテグレータ２１１から出射される。一方、Ｓ偏光成分は、反射型偏光部材２３１にて反射され、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、光反射部材２２１に衝突して反射され、更に、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、反射型偏光部材２３１に再び衝突する。このときの光には、ロッドインテグレータ２１１内における反射によってＰ偏光成分が生成し、係る生成したＰ偏光成分は、反射型偏光部材２３１を通過し、ロッドインテグレータ２１１から出射される。
【０１０６】
このようなロッドインテグレータ２１１を伝播する光の偏光状態を、図２０の（Ｃ）に模式的に示す。ここで、状態［Ａ］にて示す光は、発光ダイオード２１６から出射され、反射型偏光部材２３１に衝突し、反射型偏光部材２３１にて反射された光である。また、状態［Ｂ］にて示す光は、反射型偏光部材２３１にて反射され、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、光反射部材２２１にて反射された光である。更には、状態［Ｃ］にて示す光は、光反射部材２２１にて反射され、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、反射型偏光部材２３１に衝突する直前の光である。尚、図２０の（Ｃ）、あるいは、後述する図２１の（Ｃ）において、Ｘ軸は光のＰ偏光成分を示し、Ｙ軸は光のＳ偏光成分を示す。
【０１０７】
そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード２１６の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード２１６から出射された光は、効率良く、ロッドインテグレータ２１１から出射される。
【０１０８】
尚、図２２の（Ａ）及び（Ｂ）に図示するように、反射型偏光部材２３１の上にＰＥＴフィルムから成る光拡散部材２３２を接着してもよい。また、光反射部材２２１と他端面２１３との間に、実施例１の光拡散層１１４と同様に光拡散層を設けてもよい。
【実施例５】
【０１０９】
実施例５は、実施例４の変形である。実施例５の各面状発光部材１１Ｅにおいては、ロッドインテグレータ２１１の他端面２１３と光反射部材２２１との間に、図２１の（Ａ）及び（Ｂ）に模式的な断面図を示すように、四分の一波長板２２２が配置されている。
【０１１０】
実施例５における面状発光部材１１Ｅにあっては、発光ダイオード２１６から出射された、ランダムな偏光状態を有する光は、ロッドインテグレータ２１１に入射する。そして、反射型偏光部材２３１に衝突した光の内、Ｐ偏光成分は、反射型偏光部材２３１を通過し、ロッドインテグレータ２１１から出射される。一方、Ｓ偏光成分は、反射型偏光部材２３１にて反射され、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、四分の一波長板２２２を通過し、光反射部材２２１に衝突して反射され、四分の一波長板２２２を再び通過し、更に、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、反射型偏光部材２３１に再び衝突する。このときの光には、四分の一波長板２２２内の通過、及び、ロッドインテグレータ２１１内における反射によってＰ偏光成分が生成し、係る生成したＰ偏光成分は、反射型偏光部材２３１を通過し、ロッドインテグレータ２１１から出射される。
【０１１１】
このような状態においてロッドインテグレータ２１１を伝播する光の偏光状態を、図２１の（Ｃ）に模式的に示す。ここで、状態［Ａ］にて示す光は、発光ダイオード２１６から出射され、反射型偏光部材２３１に衝突し、反射型偏光部材２３１にて反射された光である。また、状態［Ｂ］にて示す光は、反射型偏光部材２３１にて反射され、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、四分の一波長板２２２に入射する直前の光である、更には、状態［Ｃ］にて示す光は、四分の一波長板２２２に入射し、光反射部材２２１にて反射され、四分の一波長板２２２を出射した光である。また、状態［Ｄ］にて示す光は、四分の一波長板２２２から出射され、ロッドインテグレータ２１１内を伝播し、反射型偏光部材２３１に衝突する直前の光である。四分の一波長板２２２に入射し、光反射部材２２１にて反射され、四分の一波長板２２２を出射した光の偏光状態は、四分の一波長板２２２に入射する直前の光の偏光状態と相違している。
【０１１２】
そして、以上に説明したとおりの状態が、発光ダイオード２１６の発光中、繰り返される結果、発光ダイオード２１６から出射された光は、実施例４よりも、一層効率良く、ロッドインテグレータ２１１から出射される。図２２の（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、実施例４と同様に、反射型偏光部材２３１の上に光拡散部材２３２を設けてもよい。また、光反射部材２２１と四分の一波長板２２２との間に、実施例１の光拡散層１１４と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板２２２と他端面２１３との間に、実施例１の光拡散層１１４と同様に光拡散層を設けてもよい。ロッドインテグレータ２１１の他端面２１３と四分の一波長板２２２との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板２２２と光反射部材２２１との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材２３１と光拡散部材２３２との間に隙間が存在していてもよい。
【実施例６】
【０１１３】
実施例６にあっては、図２３の（Ａ）に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材１１Ｆは、
（ａ）第１プリズム３１０、第２プリズム３２０及び偏光ビームスプリッター３３０を備えたＰＳ偏光分離変換素子３００、並びに、
（ｂ）発光ダイオード３１６、
から成る。尚、発光ダイオード３１６の構成、構造は、実施例１における発光ダイオード１１６の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
そして、光学ガラスから作製された第１プリズム３１０と第２プリズム３２０とは、偏光ビームスプリッター３３０の偏光分離面を介して対向して配置されている。また、第１プリズム３１０には、発光ダイオード３１６から出射された光を遮らない部分に設けられた第１光反射部材３１１、及び、第２光反射部材３１２が備えられている。ここで、発光ダイオード３１６から出射され、第１プリズム３１０に入射した光のＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッター３３０によって反射され（図２３の（Ａ）においては、黒色の矢印で示す）、第２光反射部材３１２によって反射され（図２３の（Ａ）においては、斜線を付した矢印で示す）、偏光ビームスプリッター３３０によって再び反射され（図２３の（Ａ）においては、斜線を付した矢印で示す）、更に、第１光反射部材３１１によって反射される。そして、発光ダイオード３１６から出射され、第１プリズム３１０に入射した光のＰ偏光成分、及び、第１光反射部材３１１によって反射された光のＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッター３３０を通過し（これらを、図２３の（Ａ）においては、白抜きの矢印で示す）、第２プリズム３２０の出射面３２０Ａから出射される。
【０１１５】
第１プリズム３１０は、例えば、第１斜面３１０Ａ、第２斜面３１０Ｂ、及び、底面３１０Ｃを有する三角プリズムから構成されている。また、第２プリズム３２０も、第１斜面３２０Ａ、第２斜面３２０Ｂ、及び、底面３２０Ｃを有する三角プリズムから構成されている。尚、第１プリズム３１０の底面３１０Ｃと第２プリズム３２０の底面３２０Ｃとは、偏光ビームスプリッター３３０の偏光分離面を介して対向して配置されている。第１プリズム３１０の第１斜面３１０Ａ上には第１光反射部材３１１が配置されている。第１プリズム３１０の第２斜面３１０Ｂ上には第２光反射部材３１２が配置されている。そして、第１プリズム３１０の第１斜面３１０Ａから入射された光のＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッター３３０によって第１プリズム３１０の第２斜面３１０Ｂに向かって反射される。一方、Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッター３３０を通過し、第２プリズム３２０の第１斜面３２０Ａから、効率良く、出射される。
【０１１６】
図２３の（Ｂ）に示すように、第１プリズム３１０の第１斜面３１０Ａと第１光反射部材３１１との間に、四分の一波長板３１３を配置してもよい。また、場合によっては、第２プリズム３２０を省略してもよい。実施例６にあっては、第１プリズム３１０と光反射部材３１１，３１２との間に隙間が存在していてもよい。また、第１光反射部材３１１と四分の一波長板３１３との間に隙間が存在していてもよいし、第１プリズム３１０と四分の一波長板３１３との間に隙間が存在していてもよい。
【実施例７】
【０１１７】
実施例７にあっては、図２４の（Ａ）に模式的な断面図を示すように、各面状発光部材１１Ｇは、
（ａ）光学ガラス板から成り、一端面４１２から光を出射する板状部材４１１、
（ｂ）板状部材４１１の他端面４１３に配置された発光ダイオード４１６、
（ｃ）板状部材４１１の一端面４１２に配置され、偏光状態に応じて、入射した光の一部を通過させ、残りを反射する反射型偏光部材４３１、
（ｄ）板状部材４１１の他端面４１３の発光ダイオード４１６から出射された光を遮らない部分に設けられた光反射部材４２１、
（ｅ）板状部材４１１の他端面４１３と光反射部材４２１との間に配置された四分の一波長板４２２、並びに、
（ｆ）反射型偏光部材４３１の上に設けられた光拡散部材４３２、
から成る。
【０１１８】
面状発光部材１１Ｇにおける発光ダイオード４１６、反射型偏光部材４３１、光反射部材４２１、四分の一波長板４２２、光拡散部材４３２、光反射層４１５といった構成要素は、実施例４において説明した面状発光部材１１Ｄの各構成要素と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。また、発光ダイオード４１６から出射され、板状部材４１１に入射した光の挙動は、実質的に、図２１の（Ｃ）を参照して説明した実施例５の面状発光部材１１Ｅにおける光の挙動と同じである。光反射部材４２１と四分の一波長板４２２との間に、実施例１の光拡散層１１４と同様に光拡散層を設けてもよいし、あるいは又、四分の一波長板４２２と他端面４１３との間に、実施例１の光拡散層１１４と同様に光拡散層を設けてもよい。板状部材４１１の他端面４１３と四分の一波長板４２２との間に隙間が存在していてもよいし、四分の一波長板４２２と光反射部材４２１との間に隙間が存在していてもよい。更には、反射型偏光部材４３１と光拡散部材４３２との間に隙間が存在していてもよい。
【０１１９】
以上、本発明の３次元像表示装置を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例においては、光源１０と２次元画像形成装置３０，３０Ａとの間にコリメータレンズ１２を配置したが、その代わりに、マイクロレンズが２次元マトリクス状に配列されたマイクロレンズアレイを用いることもできる。
【０１２０】
光源１０が２次元マトリクス状に配列された複数の面状発光部材１１を具備し、各面状発光部材１１から出射される光の出射方向が異なるように各面状発光部材１１を配置してもよい。これによって、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる照明光によって、２次元画像形成装置を照明することができる。実施例１の３次元像表示装置において、このような構成の光源を採用したときの３次元像表示装置の概念図を、図２５に示す。図２５においては、光源１０を構成する面状発光部材１１Ａから出射された光束の１本を実線で示し、面状発光部材１１Ｂから出射された光束の１本を一点鎖線で示し、面状発光部材１１Ｃから出射された光束の１本を点線で示す。また、面状発光部材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射された照明光によって形成された空間フィルタＳＦにおける像の位置を、それぞれ、符号（１１Ａ），（１１Ｂ），（１１Ｃ）で示し、面状発光部材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射された照明光によって形成された第３のレンズＬ3の後側焦点面における像の位置を、それぞれ、符号（１１ａ），（１１ｂ），（１１ｃ）で示す。また、２次元画像形成装置３０、第１のレンズＬ1、空間フィルタＳＦの近傍を拡大した概念図であって、光源１０を構成する面状発光部材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射された光束が、２次元画像形成装置３０、第１のレンズＬ1、及び、空間フィルタＳＦを通過する状態を、模式的に、図２６、図２７、及び、図２８に示す。光源１０を構成する面状発光部材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのそれぞれの位置番号は、例えば、第（５，０）番目、第（０，０）番目、及び、第（−５，０）番目である。ここで、或る面状発光部材１１が発光状態にあるときには、他の全ての面状発光部材１１は消灯状態となる。図２５において、参照番号２０は、照明光を整形するためのレンズから構成された照明光学系である。
【０１２１】
また、空間フィルタＳＦの代わりに、Ｕ0×Ｖ0個の開口部を有し、第１のレンズＬ1の後側焦点面に位置する散乱回折制限部材を備えている、第２の構成の３次元像表示装置とすることもできる。この散乱回折制限部材は、例えば、光を通さない板状部材に開口部（例えば、ピンホール）を設けることで作製することができる。ここで、開口部の位置は、第１のレンズによって得られるフーリエ変換像（あるいは回折光）の内の所望の（例えば、０次の回折次数を有する）フーリエ変換像（あるいは回折光）が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、複数の面状発光部材１１に対応させればよい。
【０１２２】
実施例１及び実施例２においては、第１のレンズＬ1（フーリエ変換像形成手段）の前側焦点面に２次元画像形成装置３０，３０Ａや回折光生成手段が配置されており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成としたが、場合によっては、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、第１のレンズＬ1の前側焦点面からずれた位置に２次元画像形成装置３０，３０Ａや回折光生成手段を配置してもよいし、後側焦点面からずれた位置にフーリエ変換像選択手段を配置してもよい。場合によっては、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。
【０１２３】
実施例１及び実施例２においては、光源は全ての場合において単色若しくは単色に近い光源であることを前提としているが、光源は、このような構成に限定するものではない。光源１０の波長帯域が複数の帯域に及んでもよい。但し、この場合には、例えば、実施例１における３次元像表示装置を例にとり説明すると、図２９の（Ａ）に示すように、コリメータレンズ１２と２次元画像形成装置３０との間に、波長選択を行う狭帯域フィルタ７１を配置することが好ましく、これによって、波長帯域を分別、選択し、単色光を抽出することができる。
【０１２４】
あるいは又、光源１０の波長帯域が広帯域に及んでもよい。但し、この場合には、図２９の（Ｂ）に示すように、コリメータレンズ１２と２次元画像形成装置３０との間に、ダイクロイックプリズム７２及び波長選択を行う狭帯域フィルタ７１Ｇを配置することが好ましい。具体的には、ダイクロイックプリズム７２は、例えば赤色光、青色光を別々の方向に反射すると共に、緑色光を含む光線を透過する。ダイクロイックプリズム７２における緑色光を含む光線の出射側に、緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｇが配置されている。
【０１２５】
また、図３０に示すように、ダイクロイックプリズム７２における緑色光を含む光線の出射側に緑色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｇを配置し、赤色光を含む光線の出射側に赤色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｒを配置し、青色光を含む光線の出射側に、青色光を分別・選択する狭帯域フィルタ７１Ｂを配置すれば、３原色を表示する３つの３次元像表示装置に対する光源を構成することができる。このような構成の３つの３次元像表示装置を用い、あるいは又、赤色光を出射する光源と３次元像表示装置、緑色光を出射する光源と３次元像表示装置、及び、青色光を出射する光源と３次元像表示装置の組合せを用い、各３次元像表示装置からの画像を、例えば光合成プリズムを用いて合成することで、カラー表示を行うことができる。ダイクロイックプリズムの代わりに、ダイクロイックミラーを用いることもできる。あるいは又、光源を、赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材から構成し、これらの赤色面状発光部材、緑色面状発光部材、及び、青色面状発光部材を、順次、発光状態とすることで、カラー表示を行うこともできる。以上に説明したこれらの３次元像表示装置の変形例は種々の実施例に適用することができることは云うまでもない。
【０１２６】
更には、以上に説明した種々の３次元像表示装置の変形例に対して、実施例３において説明した光検出手段を備えることができる。また、面状発光部材を構成する発光ダイオードの温度を温度センサーで監視し、その結果を、光源制御回路９３にフィードバックすることで、面状発光部材を構成する発光ダイオードの輝度補償（補正）や温度制御を行ってもよい。具体的には、例えば、面状発光部材を構成する発光ダイオードにペルチェ素子を取り付けることで、発光ダイオードの温度制御を行うことができる。
【０１２７】
また、実施例７において説明した面状発光部材１１Ｇにおいて、図２４の（Ｂ）に示すように、板状部材４１１を複数の面状発光部材１１Ｇにおいて共通とすることもできる。尚、この場合、板状部材４１１の露出した面４１１Ａ，４１１Ｂには、光吸収層を設けてもよい。また、実施例４〜実施例７において説明した面状発光部材１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇから出射された光の偏光状態の制御のために、面状発光部材から出射された光が通過する四分の一波長板を、例えば、面状発光部材と２次元画像形成装置３０との間に配置してもよい。更には、実施例４〜実施例７において説明した面状発光部材１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇを、本発明の３次元像表示装置における面状発光部材として用いるだけでなく、その他の光源としても使用することができる。具体的には、例えば、透過型あるいは反射型の液晶表示装置の面状光源装置（バックライト）用の光源、カラー表示の直視型あるいはプロジェクション型液晶表示装置用の光源を例示することができるし、更には、光源として、放電ランプや蛍光管等を例示することができる。その他の光源として使用する場合、１つの面状発光部材に、１つの発光素子を配置するだけでなく、２以上の発光素子を配置してもよい。また、例えば、図２０の（Ａ）に示したロッドインテグレータの代わりに、図２４の（Ｃ）に示すように、面状発光部材１１Ｈにおいて、断面形状が裾広がりの透明部材２１１Ａを用いることもできる。このような断面形状が裾広がりの透明部材２１１Ａは、実施例４〜実施例７における他の面状発光部材をその他の光源として使用する場合にも適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は、実施例１の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。
【図２】図２は、実施例１の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図である。
【図３】図３は、実施例１の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例１の３次元像表示装置の一部を拡大した概念図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、２次元画像形成装置によって、複数の回折次数の回折光が生成される状態を模式的に示す図である。
【図６】図６は、光源の模式的な正面図である。
【図７】図７は、空間フィルタの模式的な正面図である。
【図８】図８の（Ａ）〜（Ｅ）は、面状発光部材の模式的な断面図であり、図８の（Ｆ）は、光源を斜めから眺めた模式図である。
【図９】図９は、２次元画像形成装置における２次元画像の形成タイミングとフーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）の開口部の開閉タイミングとを示す図であり、上段には、２次元画像形成装置における２次元画像の形成タイミングを示し、中段及び下段には、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）の開口部の開閉タイミングを示す。
【図１０】図１０は、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）による空間フィルタリングの概念を模式的に時系列で示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した空間フィルタリングの結果得られる画像を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、実施例２の３次元像表示装置の一部分のｙｚ平面における概念図である。
【図１３】図１３は、実施例２の変形例の３次元像表示装置の一部分のｙｚ平面における概念図である。
【図１４】図１４は、実施例３の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。
【図１５】図１５は、実施例３の３次元像表示装置の変形例のｙｚ平面における概念図である。
【図１６】図１６は、２次元画像形成装置及び光源の動作を制御する制御回路の概念図である。
【図１７】図１７は、実施例３の３次元像表示装置の別の変形例の概念図である。
【図１８】図１８は、実施例３の３次元像表示装置の更に別の変形例の概念図である。
【図１９】図１９は、２次元画像形成装置に光検出手段を取り付けた例を説明するための概念図である。
【図２０】図２０の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４における面状発光部材の模式的な断面図であり、図２０の（Ｃ）は、実施例４における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。
【図２１】図２１の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例５における面状発光部材の模式的な断面図であり、図２１の（Ｃ）は、実施例５における面状発光部材を構成するロッドインテグレータを伝播する光の偏光状態を示す図である。
【図２２】図２２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４における面状発光部材の変形例の模式的な断面図であり、図２２の（Ｃ）及び（Ｄ）は、実施例５における面状発光部材の変形例の模式的な断面図である。
【図２３】図２３の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６における面状発光部材の模式的な断面図である。
【図２４】図２４の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例６における面状発光部材及びその変形例の模式的な断面図である。
【図２５】図２５は、実施例１の変形例の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。
【図２６】図２６は、図２５に示す実施例１の変形例の３次元像表示装置の一部を拡大した概念図（但し、或る面状発光部材１１が発光状態にある）である。
【図２７】図２７は、図２５に示す実施例１の変形例の３次元像表示装置の一部を拡大した概念図（但し、別の面状発光部材１１が発光状態にある）である。
【図２８】図２８は、図２５に示す実施例１の変形例の３次元像表示装置の一部を拡大した概念図（但し、更に別の面状発光部材１１が発光状態にある）である。
【図２９】図２９の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の３次元像表示装置の変形例の一部分のｙｚ平面における概念図である。
【図３０】図３０は、実施例１の３次元像表示装置の変形例の別の変形例の一部分のｙｚ平面における概念図である。
【図３１】図３１は、実施例１の３次元像表示装置を複数組み合わせたマルチユニット方式の３次元像表示装置を示す構成図である。
【図３２】図３２は、従来の３次元像表示装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１・・・３次元像表示装置、１０・・・光源、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ，１１Ｈ・・・面状発光部材、１２・・・コリメータレンズ、２０・・・照明光学系、３０・・・２次元画像形成装置、３１・・・画素、５１・・・開口部、７０・・・ビームスプリッタ、７１，７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂ・・・狭帯域フィルタ、７２・・・ダイクロイックプリズム、Ｌ1・・・第１のレンズ、Ｌ2・・・第２のレンズ、Ｌ3・・・第３のレンズ、ＳＦ・・・空間フィルタ、ＲＩ・・・実像（逆フーリエ変換像）、ＣＩ・・・フーリエ変換像の共役像、８０・・・光検出手段、８１，８２・・・部分反射ミラー（パーシャルリフレクター）、８３・・・レンズ、９０・・・制御回路、９１・・・２次元画像形成装置駆動回路、９３・・・光源制御回路、９４・・・発光素子駆動回路、９５・・・光検出手段制御回路、９６・・・発光素子駆動電源、９７・・・スイッチング素子、１１１，２１１・・・ロッドインテグレータ、１１２，２１２・・・ロッドインテグレータの一端面、１１３，２１３・・・ロッドインテグレータの他端面、１１４・・・光拡散層、１１５・・・光反射層、１１６．２１６，３１６，４１６・・・発光ダイオード、２１１Ａ・・・透明部材、２２１・・・光反射部材、２２２・・・四分の一波長板、２３１・・・反射型偏光部材、２３２・・・光拡散部材、３１０・・・第１プリズム、３１０Ａ・・・第１プリズムの第１斜面、３１０Ｂ・・・第１プリズムの第２斜面、３１０Ｃ・・・第１プリズムの底面、３１１・・・第１光反射部材、３１２・・・第２光反射部材、２１３・・・四分の一波長板、３２０・・・第２プリズム、３２０Ａ・・・第２プリズムの第１斜面、３２０Ｂ・・・第２プリズムの第２斜面、３２０Ｃ・・・第２プリズムの底面、３３０・・・偏光ビームスプリッター、４１１・・・板状部材、４１２・・・板状部材の一端面、４１３・・・板状部材の他端面、４１５・・・光反射層、４２１・・・光反射部材、４２２・・・四分の一波長板、４３１・・・反射型偏光部材、４３２・・・光拡散部材、ｒ・・・抵抗体
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図２】
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