(57)【要約】【課題】見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる三次元映像表示方法および装置を提供する。【解決手段】所定の繰り返し周期（間隔Ｌ0）で第１の光パルス１２ａ〜１２ｄを蛍光空間１１の一方に入射し、第１の光パルスとは異なる繰り返し周期（間隔Ｌ0＋ΔＬ）で断面情報が書き込まれた第２の光パルス１３ａ〜１３ｄを蛍光空間１１の他方に入射すると、蛍光空間１１の異なる位置で第１の光パルス１２ａ〜１２ｄと第２の光パルス１３ａ〜１３ｄとが重なり、その光パルスが重なった位置でのみ強い多光子吸収が起こり、蛍光を発し、複数の断面像１４ａ〜１４ｄからなる三次元映像１４が表示される。【選択図】図１
2006268022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光パルスを所定の方向から蛍光空間に入射する第１のステップと、
断面情報が書き込まれた第２の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第２のステップとを含むことを特徴とする三次元映像表示方法。
【請求項２】
前記第１および第２のステップは、前記第１および第２の光パルスの前記蛍光空間への入射タイミングが制御されることにより、前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項３】
前記第１のステップは、所定の繰り返し周期で複数の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、
前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期とは異なる繰り返し周期で複数の前記第２の光パルスを前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項４】
前記第２のステップは、１つの前記第１の光パルスに対して所定の繰り返し周期で複数の前記第２の光パルスを前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項５】
前記第１のステップは、所定の繰り返し周期で複数の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、
前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなる複数のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項６】
前記第１のステップは、所定の繰り返し周期でＭ個の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、
前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなるＭ個のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ×Ｍ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項７】
前記蛍光空間に入射する前記第１および第２の光パルスは、異なる波長を用いることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項８】
前記第２の光パルスへの前記断面情報の書込みは、空間光変調によって行うことを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項９】
前記第１又は第２のステップは、前記第１又は第２の光パルスのうち先行する光パルスを反射させて前記第１および第２の光パルスを互いに反対の方向から前記蛍光空間に入射させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項１０】
第１の光パルスを所定の方向から蛍光空間に入射する第１の光パルス入射手段と、
断面情報が書き込まれた第２の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第２の光パルス入射手段とを備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、光パルスを出射する１つの光パルス光源と、
前記光パルス光源から出射された前記光パルスを２つの光パルスに分割し、前記２つの光パルスのうち一方の光パルスを前記第１の光パルスとし、他方の光パルスを前記断面情報が書き込まれる第２の光パルスとする分割光学系とを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１２】
前記第１の光パルス入射手段は、前記第１の光パルスを出射する第１の光パルス光源を備え、
前記第２の光パルス入射手段は、前記断面情報が書き込まれる第２の光パルスを出射する第２の光パルス光源を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１３】
前記第２の光パルス入射手段は、断面像信号に応じて光パルスに前記断面情報を書き込んで前記第２の光パルスを生成する空間光変調器を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１４】
前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする請求項１３に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１５】
前記第２の光パルス入射手段は、光路長の異なる複数の光路を有し、入射された光パルスを前記複数の光路に分配する分配部と、前記複数の光路に設けられ、前記複数の光路に分配された複数の光パルスに断面情報を書き込む複数の空間光変調器と、前記断面情報が書き込まれた複数の前記第２の光パルスの光軸を一致させて前記複数の第２の光パルスを前記蛍光空間に入射する光軸一致光学系とを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１６】
前記分配部は、入射された光パルスを前記複数の光路を順次切り替えて分配する光路切替部である請求項１５に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１７】
前記分配部は、入射された光パルスを複数の光パルスに分割して前記複数の光路に分配する分割光学系である請求項１５に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１８】
前記第１の光パルス入射手段は、前記第１の光パルスの光路長を制御して複数の第１の光パルスを生成する光路長制御部を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１９】
前記第１あるいは第２の光パルス入射手段は、光パルスの波長を変換する波長変換器を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２０】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスの口径を拡大して前記蛍光空間に入射する一対の拡大光学系を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２１】
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの波長に対して透明な、蛍光体、又は蛍光体を含む気体若しくは液体若しくは固体からなることを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２２】
前記蛍光空間は、蛍光体を含み、かつ前記第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換された有機溶剤からなることを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２３】
前記蛍光空間は、前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった前記位置で最も強い多光子吸収を起こすことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２４】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、異なる波長の前記第１および第２の光パルスを前記蛍光空間に入射することを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２５】
前記蛍光空間は、波長が異なる前記第１および第２の光パルスが２つ以上重なることにより、前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった前記位置で最も強い多光子吸収を起こすことを特徴とする請求項２３に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２６】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、波長が異なる前記第１および第２の光パルスのうち波長が短い方の光パルスの光強度は、波長の長い方の光パルスよりも低く、
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスに対して透明であり、前記蛍光空間の二光子吸収準位への励起エネルギーが、波長の長い方の光パルスの２光子分のエネルギーよりも大きく、波長の短い方の光パルスの１光子を足したエネルギーに等しい、もしくはそれよりも小さいことを特徴とする請求項２３に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２７】
前記第１又は第２の光パルス入射手段は、前記第１又は第２の光パルスのうち先行する光パルスを反射させて前記第１および第２の光パルスを互いに反対の方向から前記蛍光空間に入射させるミラーを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルスを用いて蛍光空間内に三次元映像を表示する三次元映像表示方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用ＣＴ装置、ＣＡＤ装置等の分野では、大量の三次元情報を高速に表示する三次元ディスプレイの要求が高まっている。
【０００３】
従来の三次元映像表示方法には、擬似的な三次元画像を二次元平面状に表示させるものが多い。例えば、三次元ＣＧ(Computer Graphics)は、陰影や色濃度のグラデーションなどを用いて立体を表現しており、二次元平面上の擬似的な三次元画像表現である。
【０００４】
他に、二次元ディスプレイを用いて偏向メガネ等により左右の目に異なる映像を見せることにより立体視差を生じさせ、立体感を得るようにしたものがあるが、視点が限定される、長時間の使用による疲労感などの問題が挙げられる。更に、ホログラフィ技術による三次元表示の方法もあるが、ホログラムの作製に時間がかかる、静止画しか扱うことができない、等の問題が挙げられる。
【０００５】
このため、現在、実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる装置の必要性が高まってきている。実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる方法として、体積走査法（奥行標本化法）が挙げられる。この方法は、具体的に（ａ）バリフォーカルミラー方式、（ｂ）移動ディスプレイ方式、（ｃ）移動スクリーン方式がある。
【０００６】
上記（ａ）は、二次元画像を前後に振動する凹面ミラーの振動に同期して反射させる方法である。上記（ｂ）は、立体画像の断面像を発光ダイオードディスプレイ等を高速で移動もしくは回転させることにより、三次元映像を表示させる方法である。上記（ｃ）は、移動するスクリーンに立体画像の断面図を投影することで立体的に見せる方法である。
【０００７】
また、これらとは別の方式として、（ｄ）２枚の二次元レーザアレイを直角に配置し、レーザ光同士の交点において蛍光を発生させることによることで、三次元空間に画像を表示する方法もある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２２４６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の（ａ）から（ｃ）の技術においては、（ａ）バリフォーカルミラー方式は表現できる大きさや、多人数で見る場合には凹面ミラーを大きくしなければならないなどの問題点が挙げられる。（ｂ）移動ディスプレイ方式と（ｃ）移動スクリーン方式は、移動の方向により三次元映像が見える範囲に制限があったり解像度が異なったりする、像が不鮮明になりやすいなどの問題が挙げられる。
【０００９】
また、（ｄ）の技術はレーザ光として赤外光を使用しており、２つのレーザ光は表示媒体内を進行するにつれて少しずつ吸収され、光強度が減衰する。そのため、レーザアレイ側は明るく、反対側は暗い像になってしまう。表示媒体のサイズを大きくすると、この現象は更に顕著となる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる三次元映像表示方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、第１の光パルスを所定の方向から蛍光空間に入射する第１のステップと、断面情報が書き込まれた第２の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第２のステップとを含むことを特徴とする三次元映像表示方法を提供する。
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、第１の光パルスを所定の方向から蛍光空間に入射する第１の光パルス入射手段と、断面情報が書き込まれた第２の光パルスを前記所定の方向と反対の方向から前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった位置で蛍光させる第２の光パルス入射手段とを備えたことを特徴とする三次元映像表示装置を提供する。
【００１３】
上記三次元映像表示方法および装置によれば、蛍光空間内で第１の光パルスと第２の光パルスを重ね合わせることにより、光パルスが重なった位置でのみ多光子吸収を強く起こして蛍光を発する。従って、第１および第２の光パルスの蛍光空間への入射タイミングを制御することより、蛍光空間内での第１の光パルスと第２の光パルスとの重なる位置を変えることができ、複数の位置で蛍光させることにより、複数の断面像からなる三次元映像を表示することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［本発明の原理］
図１は、本発明に係る三次元映像表示方法の基本的な原理を説明するための構成を示す。図１において、蛍光空間１１を貫通する１本の光軸に沿ってそれぞれ反対の側から蛍光空間１１に第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を入射する。
【００１６】
蛍光空間１１は、蛍光体、または蛍光体を含む気体、液体あるいは固体で満たされている。蛍光体としては、二光子蛍光色素などの、高い二光子蛍光効率を示す物質が好ましい。高い二光子蛍光効率を有する色素として、Rhodamine色素、Fluorescein色素、DiI色素、Coumarin色素などの一般的に知られているものを用いることができる。その他、特開２００４−１２３６６８号公報、特開２００４−２２４７４６号公報、特開２００１−５２０６３７号公報、特開２００４−２９４８０号公報等に示された高い二光子蛍光効率を示す色素も本発明に適用可能である。ここで、蛍光空間１１が有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第１の光パルス１２及び第２の光パルス１３の波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３のうち波長が長い方の光パルスは、近赤外〜赤外波長である場合が多いと考えられるが、有機溶剤に二光子蛍光材料を分散させたものを蛍光空間とする場合、有機溶剤の多くは赤外領域に吸収を有するため、光パルスのエネルギーを有効活用することができない。従って、蛍光体を含む溶媒は、重水素化された溶媒であることが好ましい。
【００１７】
蛍光空間１１の一方から第１の光パルス１２を入射し、蛍光空間１１の他方から第２の光パルス１３を入射すると、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とは蛍光空間１１内で重なり合う。その重なった位置においては、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なり合わないところよりも蛍光体が強く多光子吸収を起こし、励起された電子が緩和する過程において蛍光を発する。したがって、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なり合う位置の形状を調整することにより、所望の形状の断面像が蛍光空間１１において蛍光によって表示されることとなる。
【００１８】
図１に示すように、第１の光パルス１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，…を一定の繰り返し周期（間隔Ｌ0)で蛍光空間１１に入射し、第２の光パルス１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，…を第１の光パルス１２とは異なる一定の繰り返し周期（間隔Ｌ0＋２ΔＬ）で蛍光空間１１に入射したとすると、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とは入射のタイミングが異なるため、断面像の表示される位置がそれぞれ異なることになる。なお、図１において、Ｌ1〜Ｌ4は第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なるまでの距離を示し、ΔＬは断面像の間隔を示す。
【００１９】
第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａとが蛍光空間１１内で重なり合うと、断面像１４ａとして表示される。同様に、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｂにより断面像１４ｂが、第１の光パルス１２ｃと第２の光パルス１３ｃにより断面像１４ｃが、第１の光パルス１２ｄと第２の光パルス１３ｄにより断面像１４ｄが、それぞれ表示される。これにより、蛍光空間１１には、間隔ΔＬの４つの断面像１４ａ〜１４ｄより１つの三次元映像１４が表示される。各断面像１４ａ〜１４ｄの蛍光タイミングは異なるが、人間の眼の残像現象により、人間の眼には同時に表示されたかのように認識されるため、これらの断面像１４ａ〜１４ｆを組み合わせた１つの三次元映像１４として表示されることとなる。
【００２０】
断面像の形状を所望の形状にするためには、２つの光パルス１２，１３の断面が重なり合う部分の形状を所望の形状にする必要がある。具体的には、第１の光パルス１２の断面形状を蛍光空間１１内の一定の範囲に及ぶ形状にしておき、第２の光パルス１３の断面形状を所望の断面形状とする。これにより、第２の光パルス１３の断面形状が蛍光空間１１に表示されることになる。更に、断面像の表示される位置に応じて第２の光パルス１３の断面形状を変化させることにより、所望の三次元映像が得られる。
【００２１】
（蛍光発生の原理）
次に、多光子吸収による蛍光発生の原理について図２〜図６を参照して説明する。本発明に係る三次元映像表示方法は、蛍光空間内において２つの光パルスを重ね合わせ、その重なり合った点でのみ蛍光を発することにより、三次元空間における表示を可能とする。鮮明な三次元映像を得るためには、光る場所と、光らない場所との高いＯｎ／Ｏｆｆ比が求められる。本発明では、光パルスの波長と蛍光体の多光子吸収エネルギーを選択することによって、高いＯｎ／Ｏｆｆ比を得ることが可能である。ただし、Ｏｎ／Ｏｆｆ比とは、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっている場所と重なっていない場所の蛍光強度比を表す。
【００２２】
第１の光パルス１２の波長をλ１、光強度をＩ１、第２の光パルス１３の波長をλ２、光強度をＩ２とし、第２の光パルス１３が光パルス列であったときに、光パルス列に含まれる光パルスの数をＮ個とし、蛍光体の励起エネルギーをＥａ以上Ｅｂ以下とする。このとき、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なった位置でのみ強く蛍光を生じるためには、
【数１】
2006268022.tif 000003
【数２】
2006268022.tif 000004
【数３】
2006268022.tif 000005
であることが必要であり、数式（１）、数式（２）、数式（３）を満たすとき、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なる場所で、二光子吸収が起きる。ただし、ｃは光の速度、ｈはプランク定数である。
【００２３】
またさらに、
【数４】
2006268022.tif 000006
であるときは（図２参照）、励起エネルギーが、Ｅａ以上Ｅｂ以下における蛍光体の二光子吸収定数をβとすると、蛍光強度は吸収の大きさに比例するので、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっている場所と重なっていない場所の蛍光強度比（Ｏｎ／Ｏｆｆ比）は、
【数５】
2006268022.tif 000007
のように表され、Ｎ＝１、Ｉ１＝Ｉ２で最大値２となり、Ｎが増えるほどＯｎ／Ｏｆｆ比は低くなる。
【００２４】
また、
【数６】
2006268022.tif 000008
であるときには（図３参照）、三光子吸収エネルギーがＥａ以上Ｅｂ以下における蛍光体の三光子吸収定数をγとすると、
【数７】
2006268022.tif 000009
となり、第２の光パルス１３による三光子吸収が無視できるほど小さい範囲では、
【数８】
2006268022.tif 000010
であれば、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は大きくなる。
【００２５】
さらに、
【数９】
2006268022.tif 000011
であれば（図４参照）、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は、
【数１０】
2006268022.tif 000012
となり、β＞＞γであるから、数式（７）よりもさらに大きくなる。
【００２６】
さらに（図５参照）、
【数１１】
2006268022.tif 000013
もしくは（図６参照）、
【数１２】
2006268022.tif 000014
であれば、光パルス同士が重なっていない場所では、ほとんど多光子吸収が起こらないため、Ｏｆｆはほぼ０となる。
【００２７】
つまり、高いＯｎ／Ｏｆｆ比を得るには、蛍光体と光パルスの関係が、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（６）、数式（８）を満たすことが望ましく、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（９）を満たすことはさらに望ましく、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（１１）、もしくは数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（１２）を満たすことがもっとも望ましい。
【００２８】
ただし、より鮮明な三次元映像を得るためには、高いＯｎ／Ｏｆｆ比以外に高い蛍光効率が求められる。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なることによって生じる蛍光効率は、
【数１３】
2006268022.tif 000015
に比例する。数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（６）、数式（８）、もしくは数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（９）、を満たす以外に、蛍光体の二光子吸収係数βと光パルスの強度Ｉ１・Ｉ２が大きい必要がある。ただし、Φは蛍光体の量子効率を表す。
【００２９】
上述のように、三次元映像１４を構成する１つの断面像を、蛍光空間１１の所望する位置に表示させるためには、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３との入射のタイミングを調整する必要がある。以下に、本発明の実施の形態に係る三次元映像表示方法をより具体的に説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第１の実施の形態の三次元映像表示方法に適用される装置は、一定の繰り返し周期（間隔Ｌ0）で第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を出射する図示しないパルス光源と、パルス光源から出射された第１の光パルス１２の光路長を変更して一定の繰り返し周期（間隔Ｌ0＋２ΔＬ）の第１の光パルス１２を生成して蛍光空間１１の一方側から入射する光路長制御機構１５と、パルス光源から出射された第２の光パルス１３に断面像信号に応じた断面情報を書き込み蛍光空間１１の他方側から入射する空間光変調部１６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。なお、同図中、Ｍａ〜Ｍｄは、反射ミラーである。
【００３１】
光路長制御機構１５は、制御部の制御により、第１の光パルス１２がパルス光源（図示せず）から蛍光空間１１に至るまでの光路長を調整するものであり、この光路長の調整により２つの光パルス１２，１３の光路長の差が変化し、その入射のタイミングが変化することとなる。
【００３２】
具体的には、一対の鏡を組み合わせた切替ミラー１５ａ〜１５ｄを断面像１４ａ〜１４ｄの間隔ΔＬと等しい間隔ΔＬで配置し、そのうちのいずれかの切替ミラー１５ａ〜１５ｄを選択して、その切替ミラー１５ａ〜１５ｄによって光パルスを反射させる。このとき、選択された切替ミラー１５ａ〜１５ｄによってそれぞれ光路長が異なるので、もう一方の第２の光パルス１３との重なり合う位置が変化し、それにより断面像が蛍光空間１１に表示される位置が異なる。
【００３３】
図７においては、４対の切替ミラー１５ａ〜１５ｄを備えるものとするが、その切替ミラーの数は限定されるものではない。また、光路長がもっとも長くなる切替ミラーから順に１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとする。
【００３４】
空間光変調器１６は、液晶空間光変調器を用いることができる。断面像信号に基づいて液晶空間光変調器の各画素に印加する電圧を制御することにより、断面像信号に対応した光パターンを有する第２の光パルス１３を生成して第２の光パルス１３に断面情報が書き込まれる。蛍光空間１１内の第１の光パルス１２と断面情報が書き込まれた第２の光パルス１３との重なり合う位置で断面情報に対応した部分で蛍光が起こり、所望の断面像が得られる。なお、空間光変調器として、マイクロミラーアレイを用いることもできる。
【００３５】
光路長制御機構１５による光路長の変更タイミングと空間光変調部１６による断面情報の書き込みタイミングとは、図示しない制御部によって同期するように制御される。
【００３６】
（第１の実施の形態による表示動作）
図示しない制御部が、光路長制御機構１５により切替ミラー１５ａを選択し、図示しないパルス光源から第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａを同一のタイミングで出射すると、第１の光パルス１２ａの光路長が最も長くなるので、第１の光パルス１２ａの蛍光空間１１への到達時間は最も遅れ、その結果、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａの重なり合う地点は蛍光空間１１の左側となり、断面像１４ａが表示される。
【００３７】
次に、光路長制御機構１５により切替ミラー１５ｂを選択すると、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｂとが同一のタイミングで発せられたとき、第１の光パルス１２ｂは光路長制御機構１５を経由することにより、その光路長が調整され、蛍光空間１１に到達するタイミングが調整される。その結果、２つの光パルス１２ｂ，１３ｂが重なり合う地点において断面像１４ｂが表示される。
【００３８】
同様に、光路長制御機構１５により切替ミラー１５ｃまたは１５ｄを選択すると、その光路長はさらに短くなるので、第１の光パルス１２の蛍光空間１１への到達時間は早まり、２つの光パルス１２，１３の重なり合う地点は第２の光パルス１３の入射する方向へ移動することとなり、断面像１４ｃや断面像１４ｄが表示される。このようにして断面像１４ａ〜１４ｄからなる三次元映像１４が表示される。
【００３９】
この第１の実施の形態によれば、１つの空間光変調器で済むため、簡素な構成で、見える方向に制限が無く、分解能や明るさが均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第２の実施の形態の三次元映像表示方法は、一定の繰り返し周期（間隔Ｌ0）で第１の光パルス１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…を蛍光空間１１の一方に入射し、第１の光パルスと同一の繰り返し周期（間隔Ｌ0）でＮ個の第２の光パルス１３ａ〜１３ｆからなる光パルス列１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，…を蛍光空間１１の他方に入射し、Ｎ個の断面像１４ａ〜１４ｆからなる三次元映像１４を表示するものである。なお、図８において、Ｌ1〜Ｌ3は第１の光パルス１２ａ，１２ｂ，１２ｃと各光パルス列１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃの先頭の第２の光パルス１３ａとが重なるまでの距離を示し、ΔＬは断面像の間隔を示す。
【００４１】
Ｎ個の第２の光パルス１３ａ〜１３ｆは、Ｎ本の別々の光軸で空間光変調器によってそれぞれ断面情報が書き込まれて蛍光空間１１の他方に入射する。
【００４２】
（第２の実施の形態による表示動作）
蛍光空間１１の一方から第１の光パルス１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…を所定のタイミングで入射し、蛍光空間１１の他方からＮ個（図８においては６個）の第２の光パルス１３ａ〜１３ｆからなる光パルス列１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，…を所定のタイミングで入射する。
【００４３】
第１の光パルス１２と光パルス列１３０の各光パルス１３ａ〜１３ｆとが重なることで、それぞれの重なった位置で断面像１４ａ〜１４ｆが表示される。１つの光パルス１２と１つの光パルス列１３０、あるいはＭ個の光パルス１２とＭ個の光パルス列１３０で三次元映像１４を表示する。１つの光パルス１２と１つの光パルス列１３０とで三次元映像１４を表示する場合、各光パルス列１３０に書き込む断面情報を時間的に変化させることにより、動画表示が可能となる。
【００４４】
この第２の実施の形態によれば、光パルス列毎に断面情報を書き替えることにより、三次元の動画像を表示することができる。また、第１の実施の形態と同様に、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第３の実施の形態の三次元映像表示方法は、一定の繰り返し周期でＭ個の第１の光パルス１２を蛍光空間１１の一方に入射し、Ｎ個（ここでは２つ）の第２の光パルス１３ａ〜１３ｆからなるＭ個の光パルス列１３０を所定のタイミングで蛍光空間１１の他方に入射し、Ｎ×Ｍ個の断面像からなる三次元映像を表示するものである。
【００４６】
（第３の実施の形態による表示動作）
蛍光空間１１の一方からＭ個（図９においては３個）の第１の光パルス１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…を所定のタイミングで入射し、蛍光空間１１の他方からＮ個（図９においては２個）の第２の光パルス１３からなるＭ個（図９においては３個）の光パルス列１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，…を所定のタイミングで入射する。
【００４７】
１個目の第１の光パルス１２ａが蛍光空間１１に入射するタイミングに同期して２個の第２の光パルス１３ａ，１３ｄからなる１個目の光パルス列１３０ａが蛍光空間１１に入射すると、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ，１３ｄとが重なった位置で２つの断面像１４ａ，１４ｄが表示される。２個目の第１の光パルス１２ｂが蛍光空間１１に入射するタイミングに同期して２個の第２の光パルス１３ｂ，１３ｅからなる２個目の光パルス列１３０ｂが蛍光空間１１に入射すると、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｂ，１３ｅとが重なった位置で２つの断面像１４ｂ，１４ｄが表示される。３個目の第１の光パルス１２ｃが蛍光空間１１に入射するタイミングに同期して２個の第２の光パルス１３ｃ，１３ｆからなる３個目の光パルス列１３０ｃが蛍光空間１１に入射すると、第１の光パルス１２ｃと第２の光パルス１３ｃ，１３ｆとが重なった位置で２つの断面像１４ｃ，１４ｆが表示される。各断面像１４ａ〜１４ｆが異なる位置で表示させることになり、これら断面像を組み合わせた１つの三次元映像１４として表示される。
【００４８】
この第３の実施の形態によれば、２つの空間光変調器で済むため、簡素な構成で、三次元の動画像を表示することが可能となる。また、第１の実施の形態と同様に、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【００４９】
［第４の実施の形態］
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す。この第４の実施の形態の三次元映像表示方法は、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を所定距離だけ離して出射され、例えば、第２の光パルス１２が先に蛍光空間１１に入射して蛍光空間１１内または蛍光空間１の外に設けられた誘電体ミラーＭによって反射させられた後、遅れて入射させられた第１の光パルス１２と蛍光空間１１内の相対した位置で第1および第２の光パルス１２，１３が重ねるられることによって蛍光を生じさせて断面像１４を得るものである。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の距離を異ならせて蛍光空間１１に入射させ、蛍光空間１１の異なる位置に蛍光を生じさせることによって複数の断面像１４ａ，１４ｂ，１４ｃを得て三次元映像を表示するものである。ここで、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の距離は、複数の断面像１４ａ，１４ｂ間の距離ΔＬの２倍の距離ずつ異ならせる。これにより断面像１４ａ，１４ｂ等が異なる位置に得られる。なお、先に入射する第２の光パルス１３の繰返し周期は、遅れて入射する第１の光パルス１２が誘電体ミラーＭに反射されて蛍光空間１１内を往復する時間よりも長く設定される。
【００５０】
（第４の実施の形態による表示動作）
蛍光空間１１の一方から第１の光パルス１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…と各第1の光パルス１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…から所定間隔隔てて第２の光パルス１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，…を入射し、蛍光空間１１に入射する。
【００５１】
１個目の第１の光パルス１２ａおよび第２の光パルス１３ａが蛍光空間１１に入射すると、先行する第２の光パルス１３ａが蛍光空間１１に入射し、そこを透過して誘電体ミラーＭにより反射され、蛍光空間１１に再度入射する。すると、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａとが重なった位置で断面像１４ａが表示される。２個目の第２の光パルス１３ｂが蛍光空間１１に入射すると、先行する第２の光パルス１３ｂが誘電体ミラーＭにより反射され、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｂとが重なった位置で断面像１４ｂが表示される。同様に３個目の第１および第２の光パルス１２ｃ、１３ｃにより断面画像１４ｃが表示される。各断面像１４ａ〜１４ｃが異なる位置で表示させることになり、これら断面像を組み合わせた１つの三次元映像１４として表示される。
【００５２】
この第４の実施の形態によれば、蛍光空間１４の一方にスペースがない場合に適した方法である。
【００５３】
また、蛍光の波長を透過するよう誘電体ミラーＭを使用すれば、誘電体ミラーＭ側からの観察が可能となる。また、三次元蛍光像が誘電体ミラーＭに映って見えてしまうことを防ぐことができる。
【００５４】
また、第１および第２の光パルス1２，１３の波長が異なり、一方の光パルスが二光子吸収を強く起こすとき、誘電体ミラーＭが二光子吸収を強く起こす光パルスの波長を透過し、もう一方の二光子吸収を強く起こさない光パルスの波長を反射するため、二光子吸収を強く起こす光パルスが蛍光体内部を往復することによってコントラストが低下することを避けることができる。
【００５５】
なお、第１の光パルス１２を第２の光パルスよりも先行させ、第１の光パルス１２を誘電体ミラーＭにより反射させてもよい。また、誘電体ミラーＭは金属ミラーでもよい。
【実施例１】
【００５６】
図１１は、本発明の実施例１を示す。この実施例１の三次元映像表示装置１ａは、第１の実施の形態に対応するものであり、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光源２１と、光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、ビームスプリッタ２２によって分割された第１の光パルス１２を反射ミラーＭａ〜Ｍｃを介して蛍光空間１１の一方に拡大して入射する拡大光学系２６ａと、後述する空間光変調部２４ａの前段および後段に設けられ、ビームスプリッタ２２によって分割された第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｈを選択する一対の回転ミラー部２３ａ，２３ｂと、断面像信号に基づいて第２の光パルス１３に断面情報を書き込む空間光変調部２４と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路２５と、回転ミラー部２３ｂからの第２の光パルス１３を蛍光空間１１の他方に拡大して入射する拡大光学系２６ｂと、本装置の各部を制御する図示しない制御部を備える。なお、回転ミラー部２３ａ，２３ｂの詳細は後述する。
【００５７】
光源２１には、時間幅１００フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用いる。
【００５８】
図１２は、一対の回転ミラー部２３ａ，２３ｂの詳細を示す。入射側の回転ミラー部２３ａは、複数の光路を有し、入射された光パルスを複数の光路を順次切替えて分配する光路切替部としての機能を有し、回転角に応じて光パルス１３の光軸を遮ったり光パルス１３を通過させたりすることのできる三角形の三角鏡部２３０ａを有する円板状の複数の回転ミラー２３０と、最後部に配置された１つの固定ミラー２３１とを備える。複数の回転ミラー２３０を所定の位相差を有して回転させ、いずれか１つの回転ミラー２３０の三角鏡部２３０ａにより光パルス１３を遮ると、その回転ミラー２３０において光パルス１３は反射し、所望の光軸へとその進路を変更する。よって、光パルス１３の通過するタイミングと回転ミラー２３０の回転タイミングを制御することにより、第２の光パルス１３を所望の光路Ｒａ〜Ｒｈを選択することができる。
【００５９】
回転ミラー部２３ｂも、上述の回転ミラー部２８ａと同様の構成であり、入射側と反射側が入れ替わった状況にある。この回転ミラー部２３ｂは、入射された複数の第２の光パルスの光軸を一致させる光軸一致光学系としての機能を有し、入射した光パルスを確実に同一の光軸に向けて反射させる必要があるため、回転ミラー部２３ａと回転ミラー部２３ｂとは、図１２に示すように、同期して回転するように構成されている。
【００６０】
空間光変調部２４は、回転ミラー部２３ａによって選択される光路Ｒａ〜Ｒｈ上に、空間光変調器２４０と、空間光変調器２４０の前段に配置された拡大光学系２４１と、空間光変調器２４０の後段に配置された縮小光学系２４２とを備える。
【００６１】
遅延光路２５は、空間光変調部２４の各光路Ｒａ〜Ｒｈを通る第２の光パルス１３の光路長を調整することにより、第２の光パルス１３の間隔を調整するものであり、複数の反射ミラー２５０が適宜の位置に配置されている。
【００６２】
回転ミラー部２３ａによる光路Ｒａ〜Ｒｈの選択、空間光変調器２４０による断面情報の書込み、および回転ミラー部２３ｂによる光軸の一致動作は、図示しない制御部によって同期するように制御されている。
【００６３】
蛍光空間１１は、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このＲｈｏｄａｍｉｎｅ色素は、λ１＝８００ｎｍ、λ２＝８００ｎｍに対して数式（１）、数式（２）、数式（３）を満たし、かつ、二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。
【００６４】
（実施例１による表示動作）
光源２１から出射された光パルスは、ビームスプリッタ２２によって第１の光パルス１２と第２の光パルス１２とに分割される。第１の光パルス１２は、反射ミラーＭａ〜Ｍｃを介して蛍光空間１１へ向かい、第２の光パルス１３は、回転ミラー部２３ａへ向かう。
【００６５】
第２の光パルス１３は、回転ミラー部２３ａによってパルス毎に周期的に光路Ｒａ〜Ｒｈを振り分けられた後、空間光変調部２４において断面情報が書き込まれ、遅延光路２５によって光路長が調整された後、回転ミラー部２３ｂによって蛍光空間１１へと折り返される。
【００６６】
そして、第１および第２の光パルス１２，１３は、それぞれ拡大光学系２６ａ，２６ｂによりそのビーム径が拡大された後、互いに対向する側から蛍光空間１１に入射し、重なり合った位置で蛍光を発し、断面像を表示させる。
【００６７】
図１３は、第２の光パルス１３に書き込む断面情報を示し、図１４は、断面像および三次元映像を示す。図１３に示す断面情報１７ａ〜１７ｈは、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｈに振り分けられた第２の光パルス１３に書き込むものである。断面情報１７ａ〜１７ｈが書き込まれ、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｈに振り分けられた第２の光パルス１３と第１の光パルス１２とが蛍光空間１１内で重なると、図１４に示すように断面像１４ａ〜１４ｈが表示され、これらが三次元映像１４として表示される。
【００６８】
この実施例１によれば、第２の光パルス１３を分配する分配部として、光路Ｒａ〜Ｒｈを切り替えて第２の光パルス１３を分配する回転ミラー部２３ａを用いているので、光利用効率が高くなり、高輝度の三次元映像を表示することができる。
【実施例２】
【００６９】
図１５は、本発明の実施例２を示す。この実施例２の三次元映像表示装置１ｂは、第１の実施の形態に対応するものであり、実施例１の構成において、パルス光源として波長の異なる第１および第２の光パルス１２，１３をそれぞれ出射する第１および第２のパルス光源２１ａ，２１ｂを用い、第１および第２の光パルス１２，１３に対応した蛍光空間１１を用いたものであり、他は実施例１と同様に構成されている。
【００７０】
第１のパルス光源２１ａには、時間幅１００フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用い、第２のパルス光源２１ｂには、時間幅１００フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長１４００ｎｍの光パルスレーザを用いる。これら２つのパルス光源２１ａ，２１ｂは、同期して光パルスを出射するように構成されている。
【００７１】
蛍光空間１１は、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このＲｈｏｄａｍｉｎｅ色素は、λ１＝８００ｎｍ、λ２＝１４００ｎｍに対して、数式（１）、数式（２）、数式（３）および数式（６）を満たし、且つ二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。また、１４００ｎｍの光パルスの強度は、８００ｎｍの光パルスの強度に対して十分強くする。
【００７２】
（実施例２による表示動作）
第１のパルス光源２１ａから出射された波長８００ｎｍの第１の光パルス１２は、反射ミラーＭａ，Ｍｂを介して蛍光空間１１へ向かう。一方、第２のパルス光源２１ｂから出射された波長１４００ｎｍの第２の光パルス１３は、回転ミラー部２３ａへ向かう。
【００７３】
第２の光パルス１３は、回転ミラー部２３ａによってパルス毎に周期的に光路Ｒａ〜Ｒｈを振り分けられた後、空間光変調部２４において断面情報を書き込まれ、遅延光路２５によって光路長が調整された後、回転ミラー部２３ｂによって蛍光空間１１へと折り返される。
【００７４】
そして、第１および第２の光パルス１２，１３は、それぞれ拡大光学系２６ａ，２６ｂによりそのビーム径が拡大された後、互いに対向する側から蛍光空間１１に入射し、重なり合った位置で蛍光を発し、断面像を表示させる。このように、波長１４００ｎｍと波長８００ｎｍの光パルス１２，１３が蛍光空間１１内で同軸上で対向して重ね合わされることによって、高いＯｎ／Ｏｆｆ比で断面像が映し出される。そして、実施例１と同様に、蛍光空間１１には、図１４に示すように断面像１４ａ〜１４ｈが表示され、これらが三次元映像１４として表示される。
【００７５】
この実施例２によれば、波長の異なる第１および第２の光パルス１２，１３を用い、実施例１と同様に、光利用効率の高い回転ミラー部２３ａを用いているので、コントラストが高く、高輝度で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【実施例３】
【００７６】
図１６は、本発明の実施例３を示す。この実施例３の三次元映像表示装置１ｃは、第１の実施の形態に対応し、波長の異なる光パルス励起によるものであり、一定の繰り返し周期で光パルスを出射するパルス光源２１と、パルス光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、第１の光パルス１２の光路長を変更する光路長制御機構２７と、第２の光パルス１３の波長を変更する波長変換器２８と、第２の光パルス１３に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部２４と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する一対の拡大光学系２６ａ，２６ｂと、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。なお、図１６において、Ｍａ〜Ｍｇは、反射ミラーである。
【００７７】
パルス光源２１には、時間幅１００フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用いる。
【００７８】
波長変換器２８は、ビームスプリッタ２２で分割された第２の光パルス１３の波長８００ｎｍを波長１４００ｎｍに波長変換するものである。
【００７９】
光路長制御機構２７は、図７に示す光路長制御機構１５と同様に構成されており、一対の鏡を組み合わせた8個の切替ミラー２７ａ〜２７ｈを備えている。
【００８０】
蛍光空間１１は、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このＲｈｏｄａｍｉｎｅ色素は、λ１＝８００ｎｍ、λ２＝１４００ｎｍに対して、数式（１）、数式（２）、数式（３）および数式（６）を満たし、且つ二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。また、１４００ｎｍの光パルスの強度は、８００ｎｍの光パルスの強度に対して十分強くする。
【００８１】
（実施例３による表示動作）
パルス光源２１から出射された波長８００ｎｍの光パルスは、ビームスプリッタ２２によって第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割される。第１の光パルス１２は、反射ミラーＭａ〜Ｍｃを介して光路長制御機構２７に入射し、光路長制御機構２７おいて周期的に光路長が切り替えられた後、反射ミラーＭｄ，Ｍｅを介して蛍光空間１１へ向かう。
【００８２】
一方、ビームスプリッタ２２において分割されたもう一方の第２の光パルス１３は、波長変換器２８においてその波長を８００ｎｍから１４００ｎｍに変換された後、反射ミラーＭｆを介して空間光変調部２４に入射し、空間光変調部２４において断面情報が書き込まれる。このとき、光路長制御機構２７と空間光変調部２４とは同期するよう制御されているので、光路長制御機構２７によって第１の光パルス１２の光路長が調整されることにより、２つの光パルスの重なる位置を所望の位置に調整し、その位置で表示させるべき断面像の情報を空間光変調部２４において第２の光パルス１３に書き込む。空間光変調部２４からの第２の光パルス１３は、反射ミラーＭｇを介して拡大光学系２６ｂに入射する。
【００８３】
そして、第１および第２の光パルス１２，１３は、それぞれ拡大光学系２６ａ，２６ｂによりそのビーム径を拡大された後、互いに対向する側から蛍光空間１１に入射し、重なり合った位置で蛍光を発し、断面像１４ａ〜１４ｈを表示させる。このように、１４００ｎｍと８００ｎｍの光パルスが蛍光空間１１内で同軸で対向して重ね合わされることによって、高いＯｎ／Ｏｆｆ比で断面像が映し出される。そして、他の実施例と同様に、蛍光空間１１には、図１４に示すように断面像１４ａ〜１４ｈが表示され、これらが三次元映像１４として表示される。
【００８４】
この実施例３によれば、波長の異なる第１および第２の光パルス１２，１３を用いているので、コントラストの高い三次元映像を表示することができる。また、空間光変調器は１つで済むので、構成を簡素化することができる。
【実施例４】
【００８５】
図１７は、本発明の実施例４を示す。この実施例４の三次元映像表示装置１ｄは、第２実施の形態に対応し、波長の異なる光パルス励起によるものであり、一定の繰り返し周期で光パルスを出射するパルス光源２１と、パルス光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、第１の光パルス１２の波長を変換するＳＨＧ結晶２９と、フィルタ３０と、第２の光パルス１３を断面像の数に対応した複数の第２の光パルス１３に分割する分割光学系３１と、第２の光パルス１３に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部２４と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路２５と、複数の第２の光パルス１３の光軸を一致させる光軸一致光学系３２と、第１および第２の光パルス１２，１３を拡大して蛍光空間１１に入射する一対の拡大光学系２６，２６ｂと、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【００８６】
パルス光源２１には、時間幅１００フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザーを用いる。
【００８７】
ＳＨＧ結晶２９は、第１の光パルス１２の波長８００ｎｍを４００ｎｍに波長変換するためのものであり、フィルタ３０は、異なる波長の光を遮断し、４００ｎｍの波長の第１の光パルス１２のみを通過させる。
【００８８】
蛍光空間１１は、λ１＝４００ｎｍ、λ２＝８００ｎｍに対して数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（６）を満たす蛍光体で満たされている。
【００８９】
分割光学系３１は、複数のビームスプリッタ３１０と複数の反射ミラー３１１とを用いて、第２の光パルス１３を断面像１４ａ〜１４ｈの数に対応する複数の第２の光パルス１３に分割するものである。
【００９０】
光軸一致光学系３２は、複数のビームスプリッタ３２０と複数の反射ミラー３２１とを用いて、複数の第２の光パルス１３を同一の光軸上に一致させるものである。
【００９１】
（実施例４による表示動作）
光源２１から出射された光パルスは、ビームスプリッタ２２によって第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割される。第１の光パルス１２は、ＳＨＧ結晶２９によって８００ｎｍから４００ｎｍへと波長変換され、フィルタ３０を通過後、蛍光空間１１に向かう。
【００９２】
また、第２の光パルス１３は、分割光学系３１によって複数（図１１においては８個）の光路に分割された後、空間光変調部２４によってそれぞれの光パルス１３に断面情報が書き込まれる。
【００９３】
その後、それぞれの第２の光パルス１３は遅延光路２５を経由することにより光路長による入射のタイミングの調整が行われ、再び光軸一致光学系３２によって一本の光軸へと重ねられる。このとき、各光パルス１３の経てきた光路長が異なるため、互いに重なり合うことはなく、結果として１つの光パルス列が得られる。
【００９４】
このようにして得られた複数の第２の光パルス１３からなる光パルス列は、拡大光学系２６ｂによりビーム径を拡大された後、蛍光空間１１の一方に入射し、また、第１の光パルス１２も拡大光学系２６ａによりビーム径を拡大された後、蛍光空間１１の他方に入射する。対向する方向より入射してきた第１の光パルス１２と複数の第２の光パルス１３からなる光パルス列とが互いに重なり合い、各々の断面像１４ａ〜１４ｈが蛍光空間１１内に映し出される。そして、他の実施例と同様に、蛍光空間１１には、断面像１４ａ〜１４ｈが表示され、これらが三次元映像１４として表示される。
【００９５】
この実施例４によれば、波長の異なる第１および第２の光パルス１２，１３を用いているので、コントラストの高い三次元映像を表示することができる。また、光パルス列毎に断面情報を書き替えることにより、三次元の動画像を表示することができる。
【実施例５】
【００９６】
図１８は、本発明の実施例５を示す。この実施例５の三次元映像表示装置１ｄは、第４の実施の形態に対応し、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を所定距離だけ離して出射され、どちらか一方の光パルスが先に入射して誘電体ミラーＭによって反射された後、遅れて入射された光パルスと相対抗して重ねられることによって、蛍光を生じさせて断面像を得るものである。
【００９７】
この三次元映像表示装置１ｄは、一定の繰り返し周期で光パルスを出射するパルス光源２１と、パルス光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、第１の光パルス１２の光路長を変更する光路長制御機構２７と、第２の光パルス１３の波長を変更する波長変換器２８と、第２の光パルス１３に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部２４と、第１および第２の光パルス１３を合波して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２６ａと、合波された光パルスのうち先行する光パルスを反射する誘電体ミラーＭと、装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。なお、図１８において、Ｍａ〜Ｍhは、反射ミラーである。
【００９８】
誘電体ミラーＭは、例えば、波長１４００ｎｍの光を反射し、波長８００ｎｍの光を透過する誘電体ミラーが用いられる。
【００９９】
パルス光源２１には、時間幅１００フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用いる。
【０１００】
波長変換器２８は、ビームスプリッタ２２で分割された第２の光パルス１３の波長８００ｎｍを波長１４００ｎｍに波長変換するものである。
【０１０１】
光路長制御機構２７は、図７に示す光路長制御機構１５と同様に構成されており、一対の鏡を組み合わせた８個の切替ミラー２７ａ〜２７ｈを備えている。
【０１０２】
蛍光空間１１は、Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ色素が溶解した有機溶剤で満たされている。このＲｈｏｄａｍｉｎｅ色素は、λ１＝８００ｎｍ、λ２＝１４００ｎｍに対して、数式（１）、数式（２）、数式（３）および数式（６）を満たし、且つ二光子蛍光効率が高い蛍光色素であることが知られている。また、１４００ｎｍの光パルスの強度は、８００ｎｍの光パルスの強度に対して十分強くする。
【０１０３】
（実施例５による表示動作）
パルス光源２１から出射された波長８００ｎｍの光パルスは、ビームスプリッタ２２によって第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割される。第１の光パルス１２は、反射ミラーＭａ〜Ｍｃを介して光路長制御機構２７に入射し、光路長制御機構２７おいて周期的に光路長が切り替えられた後、反射ミラーＭｄ，Ｍｈ，Ｍｅを介して蛍光空間１１へ向かう。
【０１０４】
一方、ビームスプリッタ２２において分割されたもう一方の第２の光パルス１３は、波長変換器２８においてその波長を８００ｎｍから１４００ｎｍに変換された後、反射ミラーＭｆを介して空間光変調部２４に入射し、空間光変調部２４において断面情報が書き込まれる。このとき、光路長制御機構２７と空間光変調部２４とは同期するよう制御されているので、光路長制御機構２７によって第１の光パルス１２の光路長が調整されることにより、２つの光パルスの重なる位置を所望の位置に調整し、その位置で表示させるべき断面像の情報を空間光変調部２４において第２の光パルス１３に書き込む。空間光変調部２４からの第２の光パルス１３は、反射ミラーＭｈを介して第１の光パルス１２と所定距離隔てて入射され、拡大光学系２６ｂに入射する。
【０１０５】
そして、第１および第２の光パルス１２，１３は、それぞれ拡大光学系２６ａによりそのビーム径を拡大された後、所定距離隔てて同一の側から蛍光空間１１に入射し、先行する第２の光パルス１３が反射ミラーＭにより反射され、その反射光と第１の光パルス１２と重なり合った位置で蛍光を発し、断面像１４ａ〜１４ｃを表示させる。このように、１４００ｎｍと８００ｎｍの光パルスが蛍光空間１１内で同軸状で対向して重ね合わされることによって、高いＯｎ／Ｏｆｆ比で断面像が映し出される。そして、他の実施例と同様に、蛍光空間１１には、図１８に示すように断面像１４ａ〜１４ｃが表示され、これらが三次元映像１４として表示される。
【０１０６】
この実施例５によれば、波長の異なる第１および第２の光パルス１２，１３を用いているので、コントラストの高い三次元映像を表示することができる。また、拡大光学系は１つで済むので、構成を簡素化することができる。
【０１０７】
なお、本発明は、上記各実施の形態、および上記各実施例に限定されずに、その要旨を変更しない範囲内で種々変形実施が可能である。例えば、本発明の要旨を変更しない範囲内で各実施の形態および各実施例の構成要素の任意の組合せは可能である。また先に説明したように、蛍光空間１１が、エタノールやアセトンなどの有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。水素を重水素に置換した場合、溶媒としての特性に大きな変化がないため、蛍光空間としての性質を損なうことなく波長の選択性を向上させることができる。また、重水素以外では、水素を塩素やフッ素などに置換した場合でも吸収ピークのシフトが起こるため、波長の選択性の向上に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明における三次元映像表示方法の原理を示す図である。
【図２】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す１つ目の図である。
【図３】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す２つ目の図である。
【図４】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す３つ目の図である。
【図５】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す４つ目の図である。
【図６】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す５つ目の図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る三次元映像表示方法を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る三次元映像表示装置を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る三次元映像表示装置を示す図である。
【図１２】本発明の実施例１に係る回転ミラー部を示す図である。
【図１３】各光パルスに書き込まれる断面情報の一例である。
【図１４】蛍光空間に表示される三次元映像の一例である。
【図１５】本発明の実施例２に係る三次元映像表示装置を示す図である。
【図１６】本発明の実施例３に係る三次元映像表示装置を示す図である。
【図１７】本発明の実施例４に係る三次元映像表示装置を示す図である。
【図１８】本発明の実施例５に係る三次元映像表示装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ａ〜１ｄ  三次元映像表示装置
１１  蛍光空間
１２，１２ａ〜１２ｄ  第１の光パルス
１３，１３ａ〜１３ｆ  第２の光パルス
１４  三次元映像
１４ａ〜１４ｈ  断面像
１５  光路長制御機構
１５ａ〜１５ｄ  切替ミラー
１６  空間光変調器
１７ａ〜１７ｈ  断面情報
２１  パルス光源
２１ａ  第１のパルス光源
２１ｂ  第２のパルス光源
２２  ビームスプリッタ
２３ａ，２３ｂ  回転ミラー部
２４  空間光変調部
２５  遅延光路
２６ａ，２６ｂ  拡大光学系
２７  光路長制御機構
２７ａ〜２７ｈ  切替ミラー
２８  波長変換器
２９  ＳＨＧ結晶
３０  フィルタ
３１  分割光学系
３２  光軸一致光学系
１３０ａ〜１３０ｃ  光パルス列
２３０  回転ミラー
２３０ａ  三角鏡部
２３１  固定ミラー
２４０  空間光変調器
２４１  拡大光学系
２４２  縮小光学系
２５０  反射ミラー
３１０  ビームスプリッタ
３１１  反射ミラー
３２０  ビームスプリッタ
３２１  反射ミラー
Ｍ  誘電体ミラー
Ｍａ〜Ｍｇ  反射ミラー
Ｒａ〜Ｒｈ  光路
【図１】
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【図２】
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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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