(57)【要約】【課題】画像を高い表示フレームレートにて再生することを可能とする画像再生方法を提供する。【解決手段】画像再生方法は、階調情報に関するＫビットから成る画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る１表示フレーム分の画像信号集合体を、Ｐ×Ｑ個の画素から成るＪ個の画像形成装置で再生する画像再生方法であって、（イ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、（ロ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成した後、（ハ）各ビット・フレーム群毎に、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の画像形成装置と同期して、各画像形成装置で再生し、以て、１表示フレームの画像を得る。【選択図】  図１
2008197242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
階調情報に関するＫビットから成る画像信号が、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）、集合して成る１表示フレーム分の画像信号集合体を、Ｐ×Ｑ個の画素から成るＪ個（但し、Ｊは２以上の整数）の画像形成装置で再生する画像再生方法であって、
（イ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ロ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成した後、
（ハ）各ビット・フレーム群毎に、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の画像形成装置と同期して、各画像形成装置で再生し、以て、１表示フレームの画像を得ることを特徴とする画像再生方法。
【請求項２】
整数ｘを整数ｙで除したときの商を求める関数をｉｎｔ（ｘ／ｙ）とし、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ、ｋ＝１，２，・・・，Ｋとしたとき、
第ｊ番目のビット・フレーム群における第ｉj番目のビット・フレーム（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｋ／Ｊ）は、Ｋ枚のビット・フレームにおける第ｋ番目のビット・フレームとの間に、以下の式（Ａ）で表される関係を有することを特徴とする請求項１に記載の画像再生方法。
ｉj'＝ｉｎｔ［（ｋ＋Ｊ−１）／Ｊ］    （Ａ）
但し、ｊ’は、１からＪまでのいずれかの整数であり、ｉが同じ値のとき、ｊ’に重複は無い。
【請求項３】
画像形成装置は液晶表示装置から成ることを特徴とする請求項１に記載の画像再生方法。
【請求項４】
（ａ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、並びに、
（ｂ）それぞれがＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を備えた、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の画像形成装置、
を備えた画像再生装置であって、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の画像形成装置と同期して、再生することを特徴とする画像再生装置。
【請求項５】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
（Ｄ）前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
（Ｅ）フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｆ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項６】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
（Ｅ）その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第２のレンズ、並びに、
（Ｆ）第２のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第３のレンズ、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｇ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項７】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記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、Ｊ個の２次元画像形成装置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出射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出射された２次元画像の共役像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
（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次元像表示装置であって、
（Ｈ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項８】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
（Ｆ）第２のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ0×Ｑ0個（但し、Ｐ0及びＱ0は任意の正の整数）の開口領域を有し、第２のレンズによって生成された２次元画像の共役像に基づき、開口領域毎に、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ、
（Ｇ）その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されている第３のレンズ、
（Ｈ）第３のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
（Ｉ）その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第４のレンズ、並びに、
（Ｊ）第４のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第５のレンズ、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｋ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項９】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光に基づき２次元画像を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が２次元マトリクス状に配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、各２次元画像形成装置から入射した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、各２次元画像形成装置に対応して配設された光学装置、
（Ｄ）Ｊ個の光学装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
（Ｅ）前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
（Ｆ）フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｇ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項１０】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個の画素を有し、光源からの光に基づき２次元画像を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状にＰ0×Ｑ0個（但し、Ｐ0及びＱ0は任意の正の整数）配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、各２次元画像形成装置から入射した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、各２次元画像形成装置に対応して配設された光学装置、
（Ｄ）その前側焦点面にＪ個の光学装置を構成する光学素子の焦点が位置している第１のレンズ、
（Ｅ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
（Ｆ）その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第２のレンズ、並びに、
（Ｇ）第２のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第３のレンズ、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｈ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項１１】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記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、Ｊ個の２次元画像形成装置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）画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
（Ｅ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる結像手段、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｆ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項１２】
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
（Ｆ）第２のレンズの後方に配置され、第２のレンズから出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
（Ｇ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第３のレンズ、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｈ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項１３】
（Ａ）離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、並びに、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｄ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項１４】
（Ａ）離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第２のレンズ、並びに、
（Ｅ）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、
を備えた３次元像表示装置であって、
（Ｆ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、
を更に備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、前記２次元画像を生成することを特徴とする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、複数の画像形成装置から構成された画像再生装置及び画像再生方法に関し、更には、例えば、立体画像を表示するための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】
以上に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。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４８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７０１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７０１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７０２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】
更には、このような光線再生法を実現するためのマルチユニット方式の装置として、特開２００４−３２２７３が周知である。この特許公開公報に開示された画像表示システムは、その特許請求の範囲における請求項１に記載されたように、垂直視差及び／又は水平視差のある３次元画像を表示する画像表示システムであって、外部との間で圧縮符号化された画像情報の授受を行う画像通信手段と；上記画像通信手段によって受信した上記圧縮符号化された画像情報を伸長復号する画像伸長手段と；上記画像伸長手段によって伸長復号された画像情報を、視差画像の一部として表示する視差画像表示手段と；上記視差画像表示手段に表示された視差画像を垂直及び／又は水平の異なる方向への光線とするための投影光学手段とを少なくとも有する複数の画像表示投影手段と；上記圧縮符号化された画像情報を複数の上記画像表示投影手段のそれぞれに対して供給する画像情報供給手段とを備えている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３２２７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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４８に示した多数のプロジェクタ・ユニット７０１を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット７０１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４８に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット７０１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。
【００１１】
また、光線再生法（インテグラルフォトグラフィ法）に基づき、マルチユニット方式にて立体画像を表示する場合にも、極めて大量の画像データを同期して表示しなければならない。前述した特開２００４−３２２７３にあっては、マルチユニット方式にて立体画像を表示するが、空間的に高い密度で光線群を生成するためには、３０Ｈｚや６０Ｈｚといった表示フレームレート（１０ミリ秒乃至４０ミリ秒の時間周期）では、不十分であり、このような時間周期よりも充分に短い時間周期が、屡々、要求されるが、特開２００４−３２２７３に開示された技術で満足させることは困難である。
【００１２】
従って、本発明の目的は、画像を高い表示フレームレートにて再生することを可能とする、複数の画像形成装置から構成された画像再生装置及び画像再生方法、更には、３次元像表示装置全体を大型化することなく、高い表示フレームレートにて、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する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】
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の画像再生方法は、階調情報に関するＫビットから成る画像信号が、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）、集合して成る１表示フレーム分の画像信号集合体を、Ｐ×Ｑ個の画素から成るＪ個（但し、Ｊは２以上の整数）の画像形成装置で再生する画像再生方法であって、
（イ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ロ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成した後、
（ハ）各ビット・フレーム群毎に、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の画像形成装置と同期して、各画像形成装置で再生し、以て、１表示フレームの画像を得ることを特徴とする。
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の画像再生装置は、
（ａ）画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータ、並びに、
（ｂ）それぞれがＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を備えた、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の画像形成装置、
を備えた画像再生装置であって、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の画像形成装置と同期して、再生することを特徴とする。尚、コンピュータは、第ｊ番目のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の画像形成装置に、順次、送出してもよいし、一括して、送出してもよい。
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る３次元像表示装置は、画像データを記録した記録手段を少なくとも有するコンピュータを備えており、
コンピュータは、
（イ）記録手段に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビットから成る画像信号を準備し、その後、
（ロ）１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個のＫビットの画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個、集合して成る、Ｋ枚のビット・フレームに分割し、次いで、
（ハ）Ｋ枚のビット・フレームをＪ群に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成し、
（ニ）第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、後述する第ｊ番目の２次元画像形成装置に送出し、
第ｊ番目の２次元画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の２次元画像形成装置と同期して、再生し、以て、後述する２次元画像を生成することを特徴とする。尚、コンピュータは、第ｊ番目のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、第ｊ番目の２次元画像形成装置に、順次、送出してもよいし、一括して、送出してもよい。
【００１６】
また、本発明の画像再生方法、本発明の画像再生装置、あるいは、後に詳述する本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る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、整数ｘを整数ｙで除したときの商を求める関数をｉｎｔ（ｘ／ｙ）とし、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ、ｋ＝１，２，・・・，Ｋとしたとき、
第ｊ番目のビット・フレーム群における第ｉj番目のビット・フレーム（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｋ／Ｊ）は、Ｋ枚のビット・フレームにおける第ｋ番目のビット・フレームとの間に、以下の式（Ａ）で表される関係を有することが好ましい。但し、ｊ’は、１からＪまでのいずれかの整数であり、ｉが同じ値のとき、ｊ’に重複は無い。
【００１７】
ｉj'＝ｉｎｔ［（ｋ＋Ｊ−１）／Ｊ］    （Ａ）
【００１８】
具体的には、例えば、（Ｊ，Ｋ）が、（２，４）の場合、（２，８）の場合、（４，８）の場合の式（Ａ）の左辺、右辺の値を以下の表１、表２及び表３に例示する。
【００１９】
2008197242.tif 000003
【００２０】
2008197242.tif 000004
【００２１】
2008197242.tif 000005
【００２２】
上記の好ましい構成を含む本発明においては、画像形成装置として、例えば、液晶表示装置を挙げることができる。
【００２３】
本発明におけるコンピュータとして、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を挙げることができる。また、再生すべき画像データを記録した記録手段として、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。
【００２４】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
（Ｄ）前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
（Ｅ）フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた３次元像表示装置である。
【００２５】
本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、共役像形成手段には、フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置によって生成された２次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段が含まれる構成とすることが好ましい。
【００２６】
また、上記の好ましい構成を含む本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズから成り、このレンズの前側焦点面に２次元画像形成装置が配置されており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成とすることができる。
【００２７】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
（Ｅ）その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第２のレンズ、並びに、
（Ｆ）第２のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第３のレンズ、
を備えた３次元像表示装置である。
【００２８】
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記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、Ｊ個の２次元画像形成装置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出射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出射された２次元画像の共役像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
（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次元像表示装置である。
【００２９】
本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置において、共役像形成手段には、フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、画像制限・生成手段によって生成された２次元画像の共役像の実像を形成する逆フーリエ変換手段が含まれる構成とすることが好ましい。
【００３０】
上記の好ましい構成を含む本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置において、画像制限・生成手段は、
（Ｃ−１）２枚のレンズ、及び、
（Ｃ−２）該２枚のレンズの間に配置され、前記所定のフーリエ変換像のみを通過させる散乱回折制限開口部、
から構成されている形態とすることができる。
【００３１】
更には、以上に説明した好ましい構成を含む本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置において、オーバーサンプリングフィルタは、回折光生成部材、より具体的には、例えば格子フィルタから成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。
【００３２】
また、以上に説明した構成を含む本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズから成り、このレンズの前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成とすることができる。
【００３３】
上記の目的を達成するための本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
（Ｆ）第２のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ0×Ｑ0個（但し、Ｐ0及びＱ0は任意の正の整数）の開口領域を有し、第２のレンズによって生成された２次元画像の共役像に基づき、開口領域毎に、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ、
（Ｇ）その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタが配置されている第３のレンズ、
（Ｈ）第３のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
（Ｉ）その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第４のレンズ、並びに、
（Ｊ）第４のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第５のレンズ、
を備えた３次元像表示装置である。
【００３４】
尚、本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置において、２次元画像形成装置は、２次元的に配列されたＰ×Ｑ個の開口を有するが、Ｐ0＞Ｐ，Ｑ0＞Ｑを満足する形態とすることが好ましい。また、オーバーサンプリングフィルタは、回折光生成部材、より具体的には、例えば格子フィルタから成る形態とすることができる。尚、格子フィルタは、振幅格子から構成されていてもよいし、位相格子から構成されていてもよい。
【００３５】
本発明の第３の態様あるいは本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置におけるオーバーサンプリングフィルタを構成する格子フィルタの構造として、平板ガラスにＰ0×Ｑ0個の凹部が２次元マトリクス状に形成された構造（位相格子タイプ）を例示することができる。ここで、係る凹部が開口領域に相当する。開口領域（凹部）の平面形状を、例えば、矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ×Ｎ組の回折光が生成される。また、上述したとおり、Ｐ0＞Ｐ，Ｑ0＞Ｑを満足することが好ましいが、より具体的には、１＜Ｐ0／Ｐ≦４、１＜Ｑ0／Ｑ≦４を例示することができる。
【００３６】
上記の目的を達成するための本発明の第５の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光に基づき２次元画像を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が２次元マトリクス状に配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、各２次元画像形成装置から入射した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、各２次元画像形成装置に対応して配設された光学装置、
（Ｄ）Ｊ個の光学装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段、
（Ｅ）前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、並びに、
（Ｆ）フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を備えた３次元像表示装置である。
【００３７】
本発明の第５の態様に係る３次元像表示装置において、共役像形成手段には、フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置によって生成された２次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段が含まれる構成とすることが好ましい。
【００３８】
上記の好ましい構成を含む本発明の第５の態様に係る３次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズから成り；該レンズの前側焦点面に、光学装置を構成する光学素子の焦点が位置しており；該レンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成とすることができる。
【００３９】
上記の目的を達成するための本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個の画素を有し、光源からの光に基づき２次元画像を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子が、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状にＰ0×Ｑ0個（但し、Ｐ0及びＱ0は任意の正の整数）配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、各２次元画像形成装置から入射した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数（総数Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射する、各２次元画像形成装置に対応して配設された光学装置、
（Ｄ）その前側焦点面にＪ個の光学装置を構成する光学素子の焦点が位置している第１のレンズ、
（Ｅ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部を有する空間フィルタ、
（Ｆ）その前側焦点面に空間フィルタが配置されている第２のレンズ、並びに、
（Ｇ）第２のレンズの後側焦点に、その前側焦点が位置している第３のレンズ、
を備えた３次元像表示装置である。
【００４０】
本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置においては、Ｐ0≧Ｐ，Ｑ0≧Ｑとすることができ、ＰとＰ0、ＱとＱ0のより具体的な関係として、１≦Ｐ0／Ｐ≦４、１≦Ｑ0／Ｑ≦４を例示することができる。
【００４１】
上記の好ましい構成を含む本発明の第５の態様あるいは本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置において、２次元画像形成装置における各画素は、平面形状が矩形の開口を有している。そして、本発明の第５の態様あるいは本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置における光学装置の具体的な構造として、以下の構成を例示することができる。即ち、光学素子の平面形状を、対応する画素の開口の平面形状と同一の形状あるいは相似の形状とすることが好ましい。また、各光学素子は、正の光学パワーを有する凸レンズから構成されており、あるいは又、負の光学パワーを有する凹レンズから構成されており、あるいは又、正の光学パワーを有するフレネルレンズから構成されており、あるいは又、負の光学パワーを有するフレネルレンズから構成されていることが望ましい。云い換えれば、各光学素子は屈折型の格子状素子から成る。そして、光学装置は、一種のマイクロレンズアレイから構成されており、光学装置を構成する材料としてガラスやプラスチックを挙げることができ、マイクロレンズアレイを製造する周知の方法に基づき作製することができる。尚、光学装置は、２次元画像形成装置の後方に隣接して配置されている。このように、光学装置を２次元画像形成装置の後方に隣接して配置することで、２次元画像形成装置に起因した回折現象の影響を無視することができる。あるいは又、２次元画像形成装置と光学装置との間に、例えば、２枚の凸レンズを配置し、一方の凸レンズの前側焦点面に２次元画像形成装置を配置し、一方の凸レンズの後側焦点に他方の凸レンズの前側焦点を位置させ、他方の凸レンズの後側焦点面に光学装置を配置する構成とすることもできる。一般に、回折格子を２つの範疇に分類すると、先に述べたように、入射光波の振幅（強度）を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子と、透過光量の位相を変調する、即ち、光の振幅(強度）はそのままで、位相を変調する位相格子とに分類することができるが、本発明の第５の態様あるいは本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置における光学装置は、後者の位相格子として機能する。
【００４２】
上記の目的を達成するための本発明の第７の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源からの光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記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、Ｊ個の２次元画像形成装置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）画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
（Ｅ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる結像手段、
を備えた３次元像表示装置である。
【００４３】
本発明の第７の態様に係る３次元像表示装置において、画像制限・生成手段は、
（Ｃ−１）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成する第１のレンズ、
（Ｃ−２）第１のレンズよりも光線進行方向変更手段側に配置され、該フーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像のみを選択する散乱回折制限開口部、並びに、
（Ｃ−３）散乱回折制限開口部よりも光線進行方向変更手段側に配置され、該選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、Ｊ個の２次元画像形成装置によって生成された２次元画像の共役像を形成する第２のレンズ、
から構成されており、
第１のレンズの後側焦点面であって第２のレンズの前側焦点面に、散乱回折制限開口部が配置されている形態とすることができる。
【００４４】
上記の目的を達成するための本発明の第８の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源からの光の通過、反射、あるいは回折を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光のみを通過させる散乱回折制限開口部、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部が配置されている第２のレンズ、
（Ｆ）第２のレンズの後方に配置され、第２のレンズから出射された光線の進行方向を変更する光線進行方向変更手段、並びに、
（Ｇ）光線進行方向変更手段から出射された光線を結像させる第３のレンズ、
を備えた３次元像表示装置である。
【００４５】
本発明の第７の態様あるいは第８の態様に係る３次元像表示装置において、光線進行方向変更手段は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から成る構成とすることができ、あるいは又、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。
【００４６】
本発明の第７の態様あるいは第８の態様の３次元像表示装置の説明において、光線進行方向変更手段までの光軸の部分をｚ軸とし、ｚ軸に直交する平面内での直交座標をｘ軸、ｙ軸とし、ｘ軸と平行な方向をＸ方向、ｙ軸と平行な方向をＹ方向とする。Ｘ方向を、例えば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。また、光線進行方向変更手段以降の光軸の部分をｚ’軸とし、ｚ’軸に直交する平面内での直交座標をｘ’軸、ｙ’軸とし、ｘ’軸と平行な方向をＸ’方向、ｙ’軸と平行な方向をＹ’方向とする。Ｘ’方向を、例えば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。
【００４７】
本発明の第７の態様あるいは第８の態様の３次元像表示装置においては、光線進行方向変更手段による光線の進行方向の変更を、２次元画像形成装置に基づく２次元画像の生成と同期させる必要がある。ここで、光線進行方向変更手段によって、以下に説明する結像面に或る像を結像した後、光線進行方向変更手段の位置を変更し（変化させ）、光線進行方向変更手段によって結像面に次の像を結像するまでの間は、光源の動作を中断し、２次元画像形成装置によって２次元画像を生成させないことが必要とされる。
【００４８】
本発明の第７の態様あるいは第８の態様の３次元像表示装置において、光線進行方向変更手段から出射された光線が結像手段あるいは第３のレンズによって結像されるとき、係る像が結像する位置を、Ｓ0×Ｔ0箇所の２次元マトリクス的に配された位置とすることが好ましい。ここで、Ｓ0及びＴ0の数として、限定するものではないが、４≦Ｓ0≦１１、好ましくは、例えば、７≦Ｓ0≦９を挙げることができ、また、４≦Ｔ0≦１１、好ましくは、例えば、７≦Ｔ0≦９を挙げることができる。Ｓ0の値とＴ0の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、光線進行方向変更手段から出射された光線が結像手段あるいは第３のレンズによって結像される平面を、以下、結像面と呼ぶ。そして、このように、結像面において結像する位置をＳ0×Ｔ0箇所の２次元マトリクス的に配された位置とするためには、光線進行方向変更手段として鏡を採用する場合、例えば、鏡をポリゴン・ミラーから構成し、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御すればよい。また、光線進行方向変更手段としてプリズムを採用する場合、例えば、ｚ軸を中心としてプリズムを所望の方向に回動（変化）させるような構成とすればよい。プリズムとして、従来のプリズムの他、例えば、液晶レンズから成るプリズムを用いることもできる。尚、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された鏡は、ピクセル構造を有しているので、係るピクセル構造がキャリアとなって新たな回折像が生じてしまうが故に、光線進行方向変更手段として使用することはできない。
【００４９】
上記の目的を達成するための本発明の第９の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を有し、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光を各画素によって変調して２次元画像を生成し、且つ、生成した２次元画像における空間周波数を、各画素から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、並びに、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段、
を備えた３次元像表示装置である。
【００５０】
本発明の第９の態様に係る３次元像表示装置にあっては、
（Ｅ）フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段、
を更に備えていることが好ましい。また、フーリエ変換像形成手段によって結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置によって生成された２次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段を更に備えていることが好ましい。
【００５１】
上記の好ましい構成を含む本発明の第９の態様に係る３次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段はレンズ（第１のレンズ）から成り、このレンズ（第１のレンズ）の前側焦点面に、Ｊ個の２次元画像形成装置が配置されている構成とすることができる。
【００５２】
更には、以上に説明した構成を含む本発明の第９の態様に係る３次元像表示装置においては、フーリエ変換像形成手段によって生成され、結像される像は複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の立体画像を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
（Ｆ）前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段、
を更に備えており、このフーリエ変換像選択手段は、フーリエ変換像が結像される位置に配置されている構成とすることが好ましい。
【００５３】
上記の目的を達成するための本発明の第１０の態様に係る３次元像表示装置は、上記コンピュータに加えて、
（Ａ）離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口を有し、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光の通過あるいは反射を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置が配置されている第１のレンズ、
（Ｄ）第１のレンズの後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第２のレンズ、並びに、
（Ｅ）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、
を備えた３次元像表示装置である。
【００５４】
本発明の第１０の態様に係る３次元像表示装置においても、第１のレンズによって生成され、結像される像は複数の回折次数に対応しているが、低次の回折次数に基づき得られる像は明るく、高次の回折次数に基づき得られる像は暗いので、十分な画質の立体画像を得ることができる。但し、より一層の画質の向上のためには、
（Ｇ）光出射位置の数に対応した数の開閉制御可能な開口部を有し、第１のレンズの後側焦点面に位置する空間フィルタ、
を更に備えている構成とすることが好ましい。そして、この場合、空間フィルタにおいては、２次元画像形成装置による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることが望ましい。あるいは又、
（Ｇ’）光出射位置の数に対応した数の開口部を有し、第１のレンズの後側焦点面に位置する散乱回折制限部材、
を更に備えている構成とすることが好ましい。空間フィルタあるいは散乱回折制限部材を配設することで、生成した複数の回折次数の回折光の内、所望の回折光のみを通過させることができる。
【００５５】
そして、本発明の第９の態様あるいは第１０の態様に係る３次元像表示装置において、これらの場合、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタは、光出射位置の数（ＬＥＰTotalであり、例えば、Ｕ0×Ｖ0）に対応した数（ＬＥＰTotalであり、例えば、Ｕ0×Ｖ0）の開口部を有することが望ましい。開口部は、開閉制御可能であってもよいし、常に開状態であってもよい。あるいは又、開閉制御可能な開口部を有するフーリエ変換像選択手段として、液晶表示装置（より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置）を挙げることができるし、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された２次元型のＭＥＭＳを挙げることもできる。また、開閉制御可能な開口部を有するフーリエ変換像選択手段においては、２次元画像形成装置による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する構成とすることができる。開口部の位置は、フーリエ変換像選択手段あるいは第１のレンズによって得られるフーリエ変換像（あるいは回折光）の内の所望のフーリエ変換像（あるいは回折光）が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、離散して配された光出射位置に対応している。
【００５６】
本発明の第９の態様あるいは第１０の態様に係る３次元像表示装置において、上述したように、離散して配された光出射位置の数をＬＥＰTotalとしたとき、各光出射位置から出射され、２次元画像形成装置への入射方向が異なる光（以下、照明光と呼ぶ場合がある）によって形成されるフーリエ変換像の数は、（複数の回折次数）×ＬＥＰTotal個となる。また、照明光に基づき得られたフーリエ変換像は、各光出射位置に対応して、離散した位置に、フーリエ変換像形成手段あるいは第１のレンズによってスポット状に結像される。尚、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを配置すれば、照明光によって形成されるフーリエ変換像の数は、最終的に、例えば、ＬＥＰTotal個となる。尚、離散して配された複数の光出射位置が、２次元マトリクス状に離間されて配されている場合、係る光出射位置の数を「Ｕ0×Ｖ0」と表現する。ここで、Ｕ0×Ｖ0＝ＬＥＰTotalである。そして、この場合、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタは、２次元マトリクス状に配された「Ｕ0×Ｖ0」個の開口部を有することが望ましい。
【００５７】
本発明の第９の態様あるいは第１０の態様の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あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過するが、ここで、所望の回折次数として、限定するものではないが、０次の回折次数を挙げることができる。
【００５８】
本発明の第９の態様あるいは第１０の態様の３次元像表示装置において、光源は、２次元マトリクス状に配列された複数の発光素子を具備している構成とすることができる。尚、この場合、２次元マトリクス状に配列された複数の発光素子の個数をＵ0’×Ｖ0’個とすると、光源の仕様に依り、Ｕ0’＝Ｕ0，Ｖ0’＝Ｖ0の場合もあるし、例えば、Ｕ0’／３＝Ｕ0，Ｖ0’／３＝Ｖ0の場合もある。そして、この場合、光源と２次元画像形成装置との間にはレンズ（例えば、コリメータレンズ）が配置されており、光源は、このレンズの前側焦点面（あるいは前側焦点面近傍）に位置することが、レンズから出射された光（照明光）が平行光（概ね平行光）となるので好ましい。あるいは又、本発明の第９の態様あるいは第１０の態様の３次元像表示装置において、光源は、発光素子、及び、該発光素子から出射された光であって、２次元画像形成装置に入射する光の入射方向を変更するための光線進行方向変更手段を備えている構成とすることができる。そして、この場合、光線進行方向変更手段として、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる屈折型光学手段（例えば、レンズ、より具体的には、例えば、コリメータレンズやマイクロレンズアレイ）、あるいは又、入射する光線に対して出射する光線の位置及び角度を変更する（変化させる）ことができる反射型光学手段（具体的には、例えば、鏡、より具体的には、例えば、ポリゴン・ミラーや、ポリゴン・ミラーと鏡の組合せ、曲面から構成された凸面鏡、曲面から構成された凹面鏡、多面体から構成された凸面鏡、多面体から構成された凹面鏡）を挙げることができる。
【００５９】
上述したとおり、光源が２次元マトリクス状に配列された複数の発光素子を具備している構成とする場合、各発光素子から出射される光の出射方向が異なり、２次元画像形成装置への入射方向が異なるように各発光素子を配置することが望ましい。また、上述したとおり、光線進行方向変更手段として屈折型光学手段を採用する場合、２次元マトリクス状に配列された複数の発光素子を具備している構成とすることが好ましく、この場合には、各発光素子から順次出射され、屈折型光学手段に入射し、屈折型光学手段から出射するときの光の出射方向を屈折型光学手段によって変えることができる結果、２次元画像形成装置に入射する光の入射方向を変えることができる。尚、この場合、各発光素子から出射される光の出射方向は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。一方、上述したとおり、光線進行方向変更手段として反射型光学手段を採用する場合、発光素子の数は、１つであってもよいし、例えば、Ｕ0個であってもよい。そして、反射型光学手段から出射するときの光出射位置の数を、反射型光学手段の位置等の制御を行うことで、Ｕ0×Ｖ0＝ＬＥＰTotalとすればよい。具体的には、例えば、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御すればよいし、あるいは又、発光素子から鏡に入射する光の位置を制御すればよいし、あるいは又、鏡から出射される照明光の位置を制御すればよいし、あるいは又、鏡から出射される照明光の状態（例えば、照明光の通過、遮断）を制御すればよい。そして、これによって、２次元画像形成装置に入射する光の入射方向を変えることができる。
【００６０】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第９の態様あるいは第１０の態様の３次元像表示装置において、Ｕ0，Ｖ0の数として、限定するものではないが、４≦Ｕ0≦１２、好ましくは、例えば、９≦Ｕ0≦１１を挙げることができ、また、４≦Ｖ0≦１２、好ましくは、例えば、９≦Ｖ0≦１１を挙げることができる。Ｕ0の値とＶ0の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。尚、フーリエ変換像形成手段によってフーリエ変換像が結像される平面（ＸＹ平面）を、結像面と呼ぶ場合がある。
【００６１】
以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第９の態様あるいは第１０の態様の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。３次元像表示装置の仕様に依り、光源から単色光あるいは白色光が出射される場合があり、あるいは又、光源は、赤色発光素子、緑色発光素子、及び、青色発光素子を備え、これらの発光素子を順次駆動することで、光源から光（赤色光、緑色光、及び、青色光）を出射してもよく、これによっても、離散して配された複数の光出射位置から出射され、２次元画像形成装置への入射方向が異なる照明光を得ることができる。
【００６２】
上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、前記２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数を搬送（キャリア）周波数とした画像情報に相当する構成とすることができる。
【００６３】
また、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置において、前記２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数を搬送（キャリア）周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、前記２次元画像の共役像における空間周波数は、前記２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の０次回折を搬送（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次元画像形成装置の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、画像制限・生成手段において選択され、あるいは又、散乱回折制限開口部を通過する。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。
【００６４】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第５の態様あるいは第６の態様に係る３次元像表示装置において、前記２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数を搬送（キャリア）周波数とした画像情報に相当する構成とすることができる。
【００６５】
更には、上記の種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第７の態様に係る３次元像表示装置において、前記２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、前記２次元画像の共役像における空間周波数は、前記２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、２次元画像形成装置の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、画像制限・生成手段において選択され、あるいは又、散乱回折制限開口部を通過する。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。
【００６６】
更には、上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第９の態様に係る３次元像表示装置において、前記２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する構成とすることができ、更には、後述する２次元画像の共役像における空間周波数は、２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である構成とすることができる。即ち、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、２次元画像形成装置の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタにおいて選択され、あるいは又、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタを通過する。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。
【００６７】
上記の好ましい構成を含む本発明の第１の態様、本発明の第３の態様、第７の態様、第９の態様に係る３次元像表示装置において、２次元画像形成装置の各画素は開口を備えている形態とすることが好ましい。そして、本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る３次元像表示装置において、２次元画像形成装置を、液晶表示装置（より具体的には、透過型若しくは反射型の液晶表示装置）とすることが好ましい。ここで、開口の平面形状は矩形とすることが望ましい。開口の平面形状を矩形とするとき、フラウンホーファー回折が生じ、本発明の第１の態様〜第２の態様、第７の態様〜第８の態様に係る３次元像表示装置においてはＭ×Ｎ組の回折光が生成され、本発明の第３の態様〜第４の態様に係る３次元像表示装置においてはＭ0×Ｎ0組の回折光が生成される。即ち、係る開口によって、入射光波の振幅（強度）を周期的に変調し、格子の光透過率分布に一致した光量分布が得られる振幅格子が形成される。
【００６８】
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、前記複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部を有する構成とすることができる。また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、前記各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部を有する構成とすることができる。また、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本発明の第５の態様に係る３次元像表示装置において、フーリエ変換像選択手段は、前記複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部を有する構成とすることができる。そして、これらの場合、フーリエ変換像選択手段は、具体的には、例えば液晶表示装置（より具体的には、透過型あるいは反射型の液晶表示装置）から成る形態とすることができるし、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された２次元型のＭＥＭＳから成る形態とすることもできる。また、フーリエ変換像選択手段においては、２次元画像形成装置による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択する構成とすることが好ましい。
【００６９】
上記の好ましい構成、形態を含む本発明の第２の態様、第４の態様、本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置においては、空間フィルタは、具体的には、Ｍ×Ｎ個の開口部（画素）を有する液晶表示装置（より具体的には、透過型あるいは反射型の液晶表示装置）から成る構成とすることができるし、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された２次元型のＭＥＭＳから成る形態とすることもできる。また、空間フィルタにおいては、２次元画像形成装置による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の開口部を開状態とする構成とすることができる。
【００７０】
本発明の第２の態様あるいは本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置において、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数であるが、ｍ，ｍ’，Ｍの関係は、ｍ≦ｍ’であり、且つ、Ｍ＝ｍ’−ｍ＋１である。また、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数であるが、ｎ，ｎ’，Ｎの関係は、ｎ≦ｎ’であり、且つ、Ｎ＝ｎ’−ｎ＋１である。また、回折次数の総数に相当するＭ，Ｎの数として、限定するものではないが、
０≦Ｍ（＝ｍ’−ｍ＋１）≦２１
好ましくは、例えば、
５≦Ｍ（＝ｍ’−ｍ＋１）≦２１
また、
０≦Ｎ（＝ｎ’−ｎ＋１）≦２１
好ましくは、例えば、
５≦Ｎ（＝ｎ’−ｎ＋１）≦２１
を例示することができる。Ｍの値とＮの値は、等しくてもよいし、異なっていてもよいし、｜ｍ’｜の値と｜ｍ｜の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよいし、｜ｎ’｜の値と｜ｎ｜の値は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置における光学装置においては、入射した２次元画像における空間周波数が、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射されるが、ここで、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光が生成されるとしたとき、ｍ，ｍ’，Ｍの関係、ｎ，ｎ’，Ｎの関係は、上記のとおりとすることができる。
【００７１】
本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る３次元像表示装置において、光源の数は、本質的に任意であり、Ｊ個の２次元画像形成装置に対して１つとしてもよいし、例えば、Ｊ個の２次元画像形成装置に対応してＪ個としてもよい。
【００７２】
以上に説明した種々の好ましい構成、形態を含む本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る３次元像表示装置（以下、これらを総称して、単に本発明の３次元像表示装置と呼ぶ）における光源として、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色光源を挙げることができる。光源と２次元画像形成装置との間に、光源から出射された光を整形するための照明光学系を配置してもよい。照明光学系の数は、光源や２次元画像形成装置の数に基づき、適宜決定すればよい。
【００７３】
２次元画像形成装置（本発明の画像再生装置における画像形成装置に相当する）を構成する液晶表示装置においては、例えば、次に述べる透明第１電極と透明第２電極の重複領域であって液晶セルを含む領域が、１画素（１ピクセル）に相当する。そして、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として動作させることによって、即ち、各画素の光透過率を制御することによって、光源から出射された光（照明光）の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。本発明の３次元像表示装置にあっては、必要に応じて、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、上述したとおり、光源から出射された光（照明光）が係る開口を通過することによって、画素毎に、フラウンホーファー回折が生じ、Ｍ×Ｎ組あるいはＭ0×Ｎ0組の回折光が生成される。
【００７４】
液晶表示装置は、例えば、透明第１電極を備えたフロント・パネル、透明第２電極を備えたリア・パネル、及び、フロント・パネルとリア・パネルとの間に配された液晶材料から成る。フロント・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第１の基板と、第１の基板の内面に設けられた透明第１電極（共通電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第１の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。更には、透明第１電極上には配向膜が形成されている。一方、リア・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から成る第２の基板と、第２の基板の内面に形成されたスイッチング素子と、スイッチング素子によって導通／非導通が制御される透明第２電極（画素電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第２の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。透明第２電極を含む全面には配向膜が形成されている。これらの透過型の液晶表示装置を構成する各種の部材や液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができる。尚、スイッチング素子として、単結晶シリコン半導体基板に形成されたＭＯＳ型ＦＥＴや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）といった３端子素子や、ＭＩＭ素子、バリスタ素子、ダイオード等の２端子素子を例示することができる。あるいは又、複数の走査電極が第１の方向に延び、複数のデータ電極が第２の方向に延びる、所謂マトリックス電極構成を有する液晶表示装置とすることもできる。透過型の液晶表示装置にあっては、光源からの光（照明光）は、第２の基板から入射し、第１の基板から出射される。一方、反射型の液晶表示装置にあっては、光源からの光は、第１の基板から入射し、例えば、第２の基板の内面に形成された第２電極（画素電極）によって反射され、再び、第１の基板から出射される。開口は、例えば、透明第２電極と配向膜との間に、光源からの光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。
【００７５】
２次元画像形成装置として、例えば、強誘電性液晶から構成された液晶表示装置を使用する場合、駆動電圧の印加に際して、ＤＣ的にプラス・マイナス０に近づける必要がある。即ち、プラス電位、又は、マイナス電位を、或る期間、印加した場合（ここで、印加した電圧×時間をＶ×ｔとする）、同じＶ×ｔの量を打ち消すような電圧を、或る期間、印加する必要がある。強誘電性液晶においては、このような操作を行わないと、強誘電性液晶内部に電荷が蓄積され、一種の焼付けが発生してしまう。従って、２次元画像形成装置によって２次元画像を生成し、次いで、生成させないといったシーケンスを継続する必要がある場合には、あるいは又、係るシーケンスを採用することができる場合には、高速動作が可能な強誘電性液晶から構成された液晶表示装置を使用することは好適である。
【００７６】
本発明の第１の態様〜第６の態様、第９の態様〜本発明の第１０の態様に係る３次元像表示装置にあっては、共役像形成手段によって形成された共役像を投射する光学的手段を備えていてもよいし、第３のレンズや第５のレンズの後方に、第３のレンズや第５のレンズによって形成された像を投射する光学的手段を備えていてもよい。また、本発明の第７の態様〜第８の態様に係る３次元像表示装置にあっては、結像手段によって結像された像を投射する光学的手段を備えていてもよいし、あるいは第３のレンズの後方に、第３のレンズによって結像された像を投射する光学的手段を備えていてもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
本発明の第１の態様あるいは本発明の第２の態様に係る３次元像表示装置においては、２次元画像形成装置によって、２次元画像が生成され、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から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段あるいは第１のレンズによって空間周波数をフーリエ変換して、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタによって、複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が２次元画像の形成タイミングと同期して選択され、共役像形成手段（第２のレンズ及び第３のレンズ）によって、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタに基づき選択されたフーリエ変換像の共役像が形成され、最終的に観察者に到達するといった操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、複数の回折次数に相当する光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、光の回折現象を効率的に利用した光線再生法に基づき、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。
【００７９】
また、本発明の第３の態様あるいは本発明の第４の態様においては、２次元画像形成装置によって、２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、画像制限・生成手段（第１のレンズ）によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、その内の所定のフーリエ変換像のみが画像制限・生成手段（散乱回折制限開口部）によって選択され、画像制限・生成手段（第２のレンズ）によって２次元画像の共役像が生成される。そして、係る２次元画像の共役像における空間周波数が、オーバーサンプリングフィルタから、各開口領域から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段（第３のレンズ）によって空間周波数がフーリエ変換されて、各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。次いで、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）によって、各開口領域から生じる複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が２次元画像の形成タイミングと同期して選択され、共役像形成手段（第２のレンズ及び第３のレンズ）によって、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）に基づき選択されたフーリエ変換像の共役像が形成され、最終的に観察者に到達する。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、オーバーサンプリングフィルタにおける各開口領域から生じる複数の回折次数に相当する光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、光の回折現象を効率的に利用した光線再生法に基づき、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。しかも、本発明の第３の態様あるいは本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置にあっては、オーバーサンプリングフィルタを配置することによって、即ち、２次元画像形成装置とは独立して、読み出した画像（２次元画像の共役像）を新たに空間的にサンプリングするので、最終的に得られる画像の大きさと視野角とを、独立して制御することができる。従って、観察される立体画像の領域を広げつつ、表示される立体画像のスケール（大きさ）を大きくすることが可能となる。
【００８０】
本発明の第５の態様あるいは本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置においては、２次元画像形成装置によって２次元画像が生成され、生成された２次元画像における空間周波数が、屈折型の格子状素子から成る光学素子の集合体である光学装置によって複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段あるいは第１のレンズによって空間周波数をフーリエ変換して、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタによって、複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内の所望の回折次数に対応するフーリエ変換像が２次元画像の形成タイミングと同期して選択され、共役像形成手段（第２のレンズ及び第３のレンズ）によって、フーリエ変換像選択手段あるいは空間フィルタに基づき選択されたフーリエ変換像の共役像が形成され、最終的に観察者に到達するといった操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、複数の回折次数に相当する光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、光の回折現象を効率的に利用した光線再生法に基づき、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。
【００８１】
２次元画像形成装置によって生成された２次元画像における空間周波数を、矩形の開口を有し、係る矩形の開口に基づきフラウンホーファー回折を発生させる振幅格子によって複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射させた場合、高い開口率を有する振幅格子の作製が困難な場合がある。そして、光利用効率は開口の開口率に依存するが故に、高い光利用効率を達成することが困難となる虞がある。一方、２次元画像における空間周波数をフーリエ変換してフーリエ変換像を生成するとき、複数の回折次数に対応したフーリエ変換像間のユニフォーミティ（回折次数間の光強度の均一性）は、開口が小さい程、向上する。本発明の第５の態様あるいは本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置においては、振幅格子ではなく、屈折型の格子状素子から成る光学素子の集合体である光学装置を採用することで、光学素子それ自体に高い開口率を与えることができ、光利用効率の向上を実現することができるだけでなく、光学素子に入射した光は略一点に集光されるので、小さな開口を得たと等価となり、複数の回折次数に対応したフーリエ変換像間において高いユニフォーミティを達成することができる。しかも、光学装置の最適化を図ることで、高い次数の回折に対しても多くのエネルギーを分配することが可能となる。尚、例えばガラス平板に多数の凹部を形成した位相格子を採用すれば、光利用効率を高めることは可能である。しかしながら、位相変調によるパターン生成の場合、特定の面内において任意のパターン生成は可能であるが、任意の面内において光線による画像を生成するシステムにあっては、任意の面内において特定のパターンを生成することは極めて困難である。本発明の第５の態様あるいは本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置においては、位相格子の代わりに、屈折型の格子状素子から成る光学素子の集合体である光学装置を採用することで、このような位相格子における問題を解消することができる。
【００８２】
本発明の第７の態様あるいは第８の態様に係る３次元像表示装置においては、２次元画像形成装置によって、２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、画像制限・生成手段（第１のレンズ）によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、その内の所定のフーリエ変換像のみが画像制限・生成手段（散乱回折制限開口部）によって選択され、画像制限・生成手段（第２のレンズ）によって２次元画像の共役像が生成される。そして、係る２次元画像の共役像における空間周波数が、光線進行方向変更手段から、光軸であるｚ’軸に対して所望の角度で出射される。そして、更には、結像手段（第３のレンズ）によって、光線進行方向変更手段から出射されたフーリエ変換像の共役像が結像面に結像され、最終的に観察者に到達する。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、光線進行方向変更手段から出射された光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、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。しかも、本発明の第７の態様あるいは第８の態様の３次元像表示装置にあっては、光線進行方向変更手段における光量の損失は無視できる程度に小さいので、最終的に観察者に到達する像のコントラストが低下することがなく、クリアーでぼけの無い立体画像を観察することができる。
【００８３】
本発明の第９の態様あるいは第１０の態様に係る３次元像表示装置においては、光源の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光（照明光）に基づき、２次元画像形成装置によって、２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数が各画素等から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段（第１のレンズ）によって空間周波数がフーリエ変換されて複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像（回折光）が生成され、結像され、最終的に観察者に到達する。この観察者に到達する画像には、２次元画像形成装置への光（照明光）の入射方向の成分が含まれている。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、フーリエ変換像形成手段（第１のレンズ）から出射された光線群（例えば、ＬＥＰTotal本の光線）を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、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。しかも、本発明の第９の態様あるいは第１０の態様の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。
【発明の効果】
【００８４】
１表示フレーム分の画像信号集合体を分割し、複数のビット・フレームとして表示する場合、画像のビット深度が浅いほど表示する表示フレームレートが向上する。例えば、６０Ｈｚの２４ビット・フルカラー画像再生装置では、深度１のバイナリ画像を、例えば、１４４０枚／秒で表示することができる。ところが、画像のビット深度が２になると、４つ（＝２2）の階調を表示することができるが、７２０枚／秒の画像しか表示できないし、画像のビット深度が４になると１６（＝２4）の階調を表示することができるが、３６０枚／秒の画像しか表示できない。即ち。画像の切り替え速度と画像のビット深度とは、トレードオフの関係にある。
【００８５】
本発明にあっては、２個以上の画像形成装置あるいは２次元画像形成装置（以下、画像形成装置等と呼ぶ場合がある）を用いることによって、ビット深度の深い１表示フレーム分の画像信号集合体を複数のビット・フレーム群に分割し、各画像のビット深度を浅くした状態で、より高い表示フレームレートを実現することができる。即ち、ビット・フレーム群に基づく画像を同期再生させ、適切な光学システムを用いることで、深度の深い１表示フレームの画像を所望の階調にて再現することができる。尚、Ｊ個の画像形成装置等が、深度の浅いビット・フレーム群を再生するので、画像の切り替え速度は、１つの画像形成装置等で１表示フレームを表示する方法よりも、例えば、Ｊ倍、速くなる。あるいは又、各画像のビット深度を、実質的に、Ｊ倍、深くすることができる。
【００８６】
このように、本発明にあっては、Ｊ個の画像形成装置等を用いることによって、画像再生装置が再生できる画像データ量を増加させることができる結果、単体の画像形成装置等の能力を超えた高い（Ｊ倍の）表示フレームレートで画像を出力することができる。あるいは又、単体の画像形成装置等の能力を超えたＪ倍の多階調画像を出力することができる。また、後述する入力画像データを適切にエンコードすることによって、表示フレームレート及び階調表現のいずれにも配分できる高い自由度を有する。
【００８７】
しかも、本発明の第１の態様〜第１０の態様に係る３次元像表示装置においては、光源からの光（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、最終的に観察者に到達する。そして、このような操作が、順次、時系列的に繰り返されることで、光源（あるいはＪ個の２次元画像形成装置）から出射された光線群を、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、生成・散布することができる結果、係る光線群により、従来には無い、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８８】
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】
【００８９】
実施例１は、本発明の画像再生方法及び画像再生装置に関する。
【００９０】
実施例１の画像再生装置１０は、図１の（Ａ）に概念図を示すように、画像データを記録した記録手段１２を少なくとも有するコンピュータ１１、並びに、それぞれがＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素を備えた、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例１にあってはＪ＝２）の画像形成装置２１，２２を備えている。コンピュータ１１は２つのＤＶＩ出力端子１３，１４を備え、画像形成装置２１，２２は、ケーブル１５，１６を介してＤＶＩ出力端子１３，１４に接続されている。また、画像形成装置２１，２２からの画像は、光学系２３，２４、ビームスプリッタ２５を介して合成され、観察者に到達する。尚、実施例１において、画像形成装置２１，２２は、強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置から成る。
【００９１】
各画像形成装置２１，２２は、２４ビットの画像を６０Ｈｚで表示ができる画像形成装置である。即ち、１ビットのビット・フレームを１４４０枚／秒、表示することができる画像形成装置である。そして、実施例１にあっては、より具体的には、２つの画像形成装置２１，２２を用いるので、４ビットの画像を７２０枚／秒で表示することができる。
【００９２】
再生すべき画像を、ＸＧＡサイズ（Ｐ＝１０２４，Ｑ＝７６８）、１６（＝２4）階調のグレースケールを持つ動画像とする。１６階調を表すためには４ビット分の情報が必要である。１表示フレーム分の４ビットを、一番低いビットから、ＢＴ1，ＢＴ2，ＢＴ3，ＢＴ4とする。
【００９３】
実施例１の画像再生装置１０にあっては、コンピュータ１１は、記録手段１２に記録された画像データに基づき、階調情報に関するＫビット（４ビット）から成る画像信号を準備する。そして、コンピュータ１１は、１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個（１０２４×７５８）のＫビット（４ビット）の画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個（１０２４×７５８）、集合して成る、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームに分割し、次いで、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームをＪ群（２群）に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚（＝２枚）のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成する。そして、コンピュータ１１は、第ｊ番目（但し、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）のビット・フレーム群における（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、第ｊ番目の画像形成装置に送出する。具体的には、第１番目（ｊ＝１）のビット・フレーム群における２枚のビット・フレームを、順次、第１番目の画像形成装置２１に送出し、同時に、第２番目（ｊ＝２）のビット・フレーム群における２枚のビット・フレームを、順次、第２番目の画像形成装置２２に送出する。そして、第ｊ番目の画像形成装置は、（Ｋ／Ｊ）枚のビット・フレームを、順次、且つ、他の画像形成装置と同期して、再生する。具体的には、第１番目の画像形成装置２１は、２枚のビット・フレームを、順次、且つ、第２番目の画像形成装置２２と同期して、再生する一方、第２番目の画像形成装置２２は、２枚のビット・フレームを、順次、且つ、第１番目の画像形成装置２１と同期して、再生する。
【００９４】
あるいは又、実施例１の画像再生方法にあっては、１表示フレーム分の画像信号集合体を構成するＰ×Ｑ個（１０２４×７５８）のＫビット（４ビット）の画像信号を、１ビットの単位画像信号が、Ｐ×Ｑ個（１０２４×７５８）、集合して成る、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームに分割し、次いで、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームをＪ群（２群）に分割して、（Ｋ／Ｊ）枚）（＝２枚）のビット・フレームから成るビット・フレーム群を生成した後、各ビット・フレーム群毎に、（Ｋ／Ｊ）枚（＝２枚）のビット・フレームを、順次、且つ、他の画像形成装置と同期して、各画像形成装置で再生し、以て、１表示フレームの画像を得る。
【００９５】
尚、整数ｘを整数ｙで除したときの商を求める関数をｉｎｔ（ｘ／ｙ）とする。また、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ、ｋ＝１，２，・・・，Ｋとする。このとき、第ｊ番目のビット・フレーム群における第ｉj番目のビット・フレーム（但し、ｉ＝１，２，・・・，Ｋ／Ｊ）は、Ｋ枚のビット・フレームにおける第ｋ番目のビット・フレームとの間に、以下の式（Ａ）で表される関係を有することが好ましい。但し、ｊ’は、１からＪまでのいずれかの整数であり、ｉが同じ値のとき、ｊ’に重複は無い。
【００９６】
ｉj'＝ｉｎｔ［（ｋ＋Ｊ−１）／Ｊ］    （Ａ）
【００９７】
具体的には、表１−２に示したように、例えば、第１番目のビット・フレーム群における第１1番目のビット・フレームは、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームにおける第１番目のビット・フレーム（ｋ＝１，ＢＴ1）であり、第２1番目のビット・フレームは、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームにおける第４番目のビット・フレーム（ｋ＝４，ＢＴ4）である。一方、第２番目のビット・フレーム群における第１2番目のビット・フレームは、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームにおける第２番目のビット・フレーム（ｋ＝２，ＢＴ2）であり、第２2番目のビット・フレームは、Ｋ枚（４枚）のビット・フレームにおける第３番目のビット・フレーム（ｋ＝３，ＢＴ3）である。
【００９８】
ここで、各画像形成装置２１，２２は、１表示フレームにおいて、２４ビットの画像を表示できる画像形成装置である。それ故、連続する複数の表示フレームを１２枚の表示フレーム毎を表示フレーム群とし、各表示フレーム群における第１番目の表示フレームから第１２番目の表示フレームまでに対して、以上の処理を行う。ここで、第Ａ番目の表示フレームにおける４ビットを、一番低いビットから、ＢＴA_1，ＢＴA_2，ＢＴA_3，ＢＴA_4とする。以上の処理の結果、第１番目の画像形成装置２１における第１番目のビット〜第２４番目のビット、第２番目の画像形成装置２２における第１番目のビット〜第２４番目のビットは、それぞれ、以下の表４に示す表示フレームにおけるビットによって占められる。尚、このような処理を、画像のエンコード処理と呼ぶ場合がある。
【００９９】
2008197242.tif 000006
【０１００】
再生にあたっては、画像形成装置２１，２２が同時に画像を出力する。両画像形成装置２１，２２で出力されるビット・フレームの順番は一致しているが、ビット・フレームの表示時間（時分割のスキーム）が異なる。画像形成装置２１，２２のそれぞれが、２枚のビット・フレームを表示することによって１枚の４ビットの画像（１表示フレーム）を表示する。
【０１０１】
時分割のスキームを、図１の（Ｂ）を参照して説明する。画像形成装置２１，２２は、強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置から成るので、応答時間とＤＣバランスを考慮している。強誘電性液晶から構成された液晶表示装置を使用する場合、駆動電圧の印加に際して、ＤＣ的にプラス・マイナス０に近づける必要がある。即ち、プラス電位、又は、マイナス電位を、或る期間、印加した場合（ここで、印加した電圧×時間をＶ×ｔとする）、同じＶ×ｔの量を打ち消すような電圧を、或る期間、印加する必要がある。強誘電性液晶においては、このような操作を行わないと、強誘電性液晶内部に電荷が蓄積され、一種の焼付けが発生してしまう。
【０１０２】
各画像形成装置２１，２２は、２枚のビット・フレームの組で１表示フレームの画像を表示する。ところで、コンピュータ１１からのＤＶＩ出力は６０Ｈｚである。画像形成装置２１，２２は、ＶSyncの１周期内で２４枚のビット・フレームを時分割で表示することができる。光源からの照明光によって画像形成装置２１，２２が照明されているとき、画像形成装置２１，２２は画像を表示する。図１の（Ｂ）において、画像形成装置２１が画像を表示している時間を、「ＳＬＭ−１」軸上に表示し、画像形成装置２２が画像を表示している時間を、「ＳＬＭ−２」軸上に表示する。ここで、画像を表示している時間の長さは、
ＢＴA_1：ＢＴA_2：ＢＴA_3：ＢＴA_4＝１：２：４：８
である。尚、図１の（Ｂ）において、斜線を付した部分は、ビット・フレームを表示していない期間を意味する。
【０１０３】
従って、６０Ｈｚにて、１２枚の表示フレームを１６階調にて表現することができる。尚、このような処理を、入力された映像のデコードと呼ぶ場合がある。即ち、それぞれが１ビットの画像を１４４０枚／秒（２ビットの画像を７２０枚／秒）、再生できる２つの画像形成装置２１，２２を用いることで、４ビットの画像を７２０Ｈｚで再生できる。このように、実施例１にあっては、複数の画像形成装置を用いることによって、画像再生装置が再生できる画像データ量を増加させることができる結果、単体の画像形成装置の能力を超えた高い表示フレームレートで画像を出力することができる。あるいは又、単体の画像形成装置の能力を超えた多階調画像を出力することができる。あるいは又、入力画像データを適切にエンコードすることによって、表示フレームレート及び階調表現のいずれにも配分できる高い自由度を有する。
【実施例２】
【０１０４】
以下、本発明の画像再生装置を、立体画像を表示するための３次元像表示装置に適用した例を説明する。尚、実施例２は、本発明の第１の態様及び第２の態様に係る３次元像表示装置に関し、実施例３は、本発明の第３の態様及び第４の態様に係る３次元像表示装置に関し、実施例４は、本発明の第５の態様及び第６の態様に係る３次元像表示装置に関し、実施例５は、本発明の第７の態様及び第８の態様に係る３次元像表示装置に関し、実施例６は、本発明の第９の態様及び第１０の態様に係る３次元像表示装置に関し、実施例７は実施例２〜実施例６の変形例に関する。
【０１０５】
先に説明したように、３次元像表示装置にあっては、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４８に示した多数のプロジェクタ・ユニット７０１を配置する装置の場合、各プロジェクタ・ユニット７０１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４８に示した装置の場合、各プロジェクタ・ユニット７０１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。
【０１０６】
然るに、以下に説明する実施例２〜実施例７の３次元像表示装置を用いることで、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する３次元像表示装置を提供することができる。しかも、３次元像表示装置において本発明の画像再生装置に適用することで、複数の２次元画像形成装置において、非常に高い表示フレームレートにて画像を表示することができる。
【０１０７】
実施例２は、本発明の第１の態様及び第２の態様に係る３次元像表示装置に関する。図２、図３及び図４に、単色表示の実施例２の３次元像表示装置の概念図を示す。尚、以下の説明において、光軸をｚ軸とし、ｚ軸に直交する平面内での直交座標をｘ軸、ｙ軸とし、ｘ軸と平行な方向をＸ方向、ｙ軸と平行な方向をＹ方向とする。Ｘ方向を、例えば３次元像表示装置における水平方向とし、Ｙ方向を、例えば３次元像表示装置における垂直方向とする。ここで、図２は、ｙｚ平面における実施例２の３次元像表示装置の概念図であり、ｘｚ平面における実施例２の３次元像表示装置の概念図も、実質的には図２と同様である。また、図３は、実施例２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４は、実施例２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３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２や図４とは異なっている。更には、図３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。
【０１０８】
尚、実施例２あるいは後述する実施例３〜実施例７において、３次元像表示装置の概念図を示す図面（図２〜図４、図１６〜図１８、図２１、図２３、図２４、図２７〜図２９、図３３〜図３７、図４０〜図４３、図４４〜図４６等）にあっては、１つの光源、照明光学系及び２次元画像形成装置を図示し、他の光源、照明光学系及び２次元画像形成装置、並びに、２つの２次元画像形成装置からの画像を合成するためのビームスプリッタの図示は省略した。
【０１０９】
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４８に示した装置にあっては、多数（例えば、Ｍ×Ｎ個）のプロジェクタ・ユニット７０１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。
【０１１０】
一方、実施例２の３次元像表示装置１０１にあっては、図２〜図４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２の３次元像表示装置１０１は、１つの３次元像表示装置で、図４８に示した多数（Ｍ×Ｎ個）のプロジェクタ・ユニット７０１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４７に示すように、分割された３次元画像の数だけ、実施例２の３次元像表示装置１０１を備えればよい。図４７においては、実施例２の３次元像表示装置１０１を、４×４＝１６、備えた装置を例示している。そして、１６個の３次元像表示装置１０１によって、全体として１つの画像が再生される。即ち、１つの３次元像表示装置１０１においては、全体としての１つの画像の内の１／１６の部分が再生される。尚、後述する実施例３〜実施例７においても同様である。
【０１１１】
本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例２の３次元像表示装置１０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素１３１を有し、光源１１０からの光を各画素１３１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１３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例２にあってはＪ＝２）の２次元画像形成装置１３０（実施例１の画像形成装置２１，２２）、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置１３０から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段１４０、
（Ｄ）前記複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段１５０、並びに、
（Ｅ）フーリエ変換像選択手段によって選択されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段１６０、
を備えている。
【０１１２】
更には、共役像形成手段１６０には、フーリエ変換像選択手段１５０によって選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、Ｊ個の２次元画像形成装置１３０によって生成された２次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段（具体的には、後述する第２のレンズＬ2）が備えられている。また、フーリエ変換像形成手段１４０はレンズから成り、このレンズの前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置１３０が配置されており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段１５０が配置されている。フーリエ変換像選択手段１５０あるいは後述する空間フィルタＳＦは、複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部１５１を有する。
【０１１３】
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搬送周波数とした画像情報に相当する。
【０１１４】
また、本発明の第２の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例２の３次元像表示装置１０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数である）の開口を有し、光源１１０からの光の通過を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例２にあっては、Ｊ＝２）の２次元画像形成装置１３０（実施例１の画像形成装置２１，２２）、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置１３０が配置されている第１のレンズ（より具体的には、実施例２にあっては凸レンズ）Ｌ1、
（Ｄ）第１のレンズＬ1の後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部１５１を有する空間フィルタＳＦ、
（Ｅ）その前側焦点面に空間フィルタＳＦが配置されている第２のレンズ（より具体的には、実施例２にあっては凸レンズ）Ｌ2、並びに、
（Ｆ）第２のレンズＬ2の後側焦点に、その前側焦点が位置している第３のレンズ（より具体的には、実施例２にあっては凸レンズ）Ｌ3、
を備えている。
【０１１５】
そして、更には、実施例２あるいは後述する実施例３〜実施例７にあっては、実施例１において説明したコンピュータ１１が備えられている。実施例２あるいは後述する実施例３〜実施例７における２次元画像形成装置あるいは３次元像表示装置としての動作は、実施例１において説明した画像再生装置の動作と同じである。
【０１１６】
ここで、実施例２あるいは後述する実施例７にあっては、Ｐ＝１０２４、Ｑ＝７６８であり、ｍ＝−５、ｍ’＝５、Ｍ＝ｍ’−ｍ＋１＝１１、ｎ＝−５、ｎ’＝５、Ｎ＝ｎ’−ｎ＋１＝１１である。但し、これらの値に限定するものではない。また、ｚ軸（光軸に相当する）は、実施例２あるいは後述する実施例３〜実施例７の３次元像表示装置を構成する各構成要素の中心を通り、しかも、３次元像表示装置を構成する各構成要素と直交する。本発明の第１の態様に係る３次元像表示装置の構成要素と本発明の第２の態様に係る３次元像表示装置の構成要素とを対比すると、フーリエ変換像形成手段１４０は第１のレンズＬ1に対応し、フーリエ変換像選択手段１５０は空間フィルタＳＦに対応し、逆フーリエ変換手段は第２のレンズＬ2に対応し、共役像形成手段１６０は第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3に対応している。それ故、便宜上、２次元画像形成装置１３０、第１のレンズＬ1、空間フィルタＳＦ、第２のレンズＬ2、及び、第３のレンズＬ3という用語に基づき、以下、説明を行う。
【０１１７】
光源１１０と２次元画像形成装置１３０との間には、光源１１０から出射された光を整形するための照明光学系１２０が配置されている。そして、光源１１０から出射され、照明光学系１２０を通過した光（照明光）によって、２次元画像形成装置１３０が照明される。照明光として、例えば、空間コヒーレンスの高い光源１１０からの光を照明光学系１２０によって平行光に整形された光を用いる。尚、照明光の特性、及び、係る照明光を得るための具体的な構成例に関しては、後述する。
【０１１８】
２次元画像形成装置１３０は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、実施例２にあっては、Ｐ＝１０２４、Ｑ＝７６８）の画素１３１を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素１３１には開口が備えられている。
【０１１９】
１つの画素１３１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１３１の光透過率を制御することによって、光源１１０から出射された光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源１１０から出射された光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素１３１において、Ｍ×Ｎ組＝１２１組の回折光が生成される。云い換えれば、画素１３１の数はＰ×Ｑであるが故に、総計、（Ｐ×Ｑ×Ｍ×Ｎ）本の回折光が生じると考えることもできる。２次元画像形成装置１３０においては、２次元画像における空間周波数が、各画素１３１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１３０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。
【０１２０】
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Ｊ個の２次元画像形成装置１３０が配置されており、第１のレンズＬ1の後側焦点面（観察者側の焦点面）には空間フィルタＳＦが配置されている。より具体的には、実施例２にあっては、２つの２次元画像形成装置１３０（画像形成装置２１，２２）が配置されており、例えば、一方の２次元画像形成装置１３０（画像形成装置２１）からの画像は、直接、空間フィルタＳＦにおいて結像し、他方の２次元画像形成装置１３０（画像形成装置２２）からの画像はビームスプリッタ（図示せず）を介して空間フィルタＳＦにおいて結像する。即ち、第１のレンズＬ1によって、複数の回折次数に対応する数であるＭ×Ｎ＝１２１個のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、空間フィルタＳＦ上に結像する。尚、図３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。
【０１２１】
空間フィルタＳＦは、具体的には、フーリエ変換像を、空間的、且つ、時間的にフィルタリングするための時間的な開閉制御が可能な空間フィルタである。より具体的には、空間フィルタＳＦは、複数の回折次数に対応する数（具体的には、Ｍ×Ｎ＝１２１）の開閉制御可能な開口部１５１を有する。そして、空間フィルタＳＦにおいては、コンピュータ１１の制御下、２次元画像形成装置１３０（画像形成装置２１，２２）による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の１つの開口部１５１を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応する１つのフーリエ変換像を選択する。より具体的には、空間フィルタＳＦを、例えば、Ｍ×Ｎ個の画素を有する強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置又は反射型の液晶表示装置、あるいは、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された装置を含む２次元型のＭＥＭＳから構成することができる。尚、液晶表示装置から成る空間フィルタＳＦの模式的な正面図を図５に示す。図５中、数字（ｍ0，ｎ0）は、開口部１５１の番号を示し、且つ、回折次数を示す。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部１５１には、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する。
【０１２２】
前述したとおり、共役像形成手段１６０は、具体的には、第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3から構成されている。そして、焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像の実像ＲＩを形成する。また、焦点距離ｆ3を有する第３のレンズＬ3は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩを形成する。
【０１２３】
第２のレンズＬ2は、その前側焦点面上に、空間フィルタＳＦが位置するように配置され、その後側焦点面に、２次元画像形成装置１３０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１３０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。
【０１２４】
一方、第３のレンズＬ3は、その前側焦点面が第２のレンズＬ2の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面にフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるように配置されている。ここで、第３のレンズＬ3の後側焦点面は空間フィルタＳＦの共役面であることから、空間フィルタＳＦ上の１つの開口部１５１に相当する部分から、２次元画像形成装置１３０によって生成された２次元画像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分（Ｐ×Ｑ）の光線に、光学系を透過した複数の回折次数（具体的にはＭ×Ｎ）を乗じた量で定義することができる。また、第３のレンズＬ3の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるが、第３のレンズＬ3の後側焦点面においては、光線群が２次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第３のレンズＬ3の後側焦点面に、図４８に示したプロジェクタ・ユニット７０１が複数の回折次数分（具体的にはＭ×Ｎ個）、配置されている状態と等価である。
【０１２５】
図３及び図６に模式的に示すように、２次元画像形成装置１３０における１つの画素１３１によって、Ｘ方向に沿って第−５次から第＋５次までの１１組の、Ｙ方向に沿って第−５次から第＋５’次までの１１組の、合計、Ｍ×Ｎ組＝１２１組の回折光が生成される。尚、図６では、０次光（ｎ0＝０）、±１次光（ｎ0＝±１）、及び、±２次光（ｎ0＝±２）の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光（光束）には、２次元画像形成装置１３０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１３０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（１１×１１＝１２１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１３１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１３０においては、光源１１０からの光が各画素１３１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１３１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１３０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。
【０１２６】
そして、２つの２次元画像形成装置１３０によって形成され、合成された２次元画像の全画像情報が集約された２次元画像における空間周波数は、第１のレンズＬ1によってフーリエ変換され、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数のフーリエ変換像が生成され、係るフーリエ変換像は空間フィルタＳＦ上に結像される。第１のレンズＬ1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された２次元画像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。
【０１２７】
ここで、光源１１０から出射された光（照明光）の波長をλ（ｍｍ）、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像における空間周波数をν（ｌｐ／ｍｍ）、第１のレンズＬ1の焦点距離をｆ1（ｍｍ）とすると、第１のレンズＬ1の後側焦点面では、光軸から距離Ｙ1（ｍｍ）の位置に、空間周波数νを有する光（フーリエ変換像）が現れる。
【０１２８】
Ｙ1＝ｆ1・λ・ν    （１）
【０１２９】
第１のレンズＬ1における集光状態を、図７に模式的に示す。尚、図７中、「Ｙ0」は、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像のｙ軸方向の長さを示し、「Ｙ1」は、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像に基づく空間フィルタＳＦ上でのフーリエ変換像のｙ軸方向の間隔を示す。また、０次の回折光を実線で示し、第１次の回折光を点線で示し、第２次の回折光を一点鎖線で示す。各回折次数の回折光が、云い換えれば、回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像が、第１のレンズＬ1によって空間フィルタＳＦ上の異なる開口部１５１に集光される（図３も参照）。開口部１５１の数は、先に説明したとおりＭ×Ｎ個＝１２１個である。空間フィルタＳＦへの集光角（空間フィルタＳＦから出射された後の発散角）θは、回折次数が同じフーリエ変換像（あるいは回折光）にあっては、Ｐ×Ｑ個の画素１３１において同一である。空間フィルタＳＦ上において、隣接する回折次数のフーリエ変換像の間の間隔は、式（１）から求めることができる。式（１）から、第１のレンズＬ1の焦点距離ｆ1を任意に選択することによって、フーリエ変換像の位置（空間フィルタＳＦ上の結像位置）を変化させることが可能である。
【０１３０】
第１のレンズＬ1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された２次元画像における空間周波数を透過させるためには、利用する回折次数に応じて第１のレンズＬ1の開口率ＮＡを選択する必要があり、焦点距離に拘わらず、第１のレンズＬ1以降の全てのレンズの開口率は、第１のレンズＬ1の開口率ＮＡ以上であることが要求される。
【０１３１】
開口部１５１の大きさは、式（１）におけるＹ1の値と同じ値とすればよい。一例として、照明光の波長λを５３２ｎｍ、第１のレンズＬ1の焦点距離ｆ1を５０ｍｍ、２次元画像形成装置１３０の１画素１３１の大きさを１３μｍ〜１４μｍ程度とすると、Ｙ1の値は約２ｍｍとなる。これは、空間フィルタＳＦ上において、約２ｍｍ間隔という高い密度で各回折次数に対応したフーリエ変換像を得ることができることを意味する。云い換えれば、空間フィルタＳＦ上において、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向においても、約２ｍｍ間隔で、１１×１１＝１２１個のフーリエ変換像を得ることができる。
【０１３２】
ここで、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像における空間周波数νは、２次元画像がＰ×Ｑ個の画素１３１から構成される２次元画像形成装置１３０によって形成されているので、最高でも、２次元画像形成装置１３０を構成する連続した２つの画素１３１から成る周期を有する周波数である。
【０１３３】
図８の（Ａ）に、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像における空間周波数が最も低い状態にある２次元画像形成装置１３０の模式的な正面図を示す。ここで、最も空間周波数が低い状態とは、全ての画素を、黒表示、又は、白表示にした場合であり、この場合の２次元画像における空間周波数は、平面波成分のみ（ＤＣ成分）を有する。尚、図８の（Ａ）では白表示とした場合を示す。この場合における、第１のレンズＬ1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に図９の（Ａ）に示すが、フーリエ変換像の光強度のピークは周波数ν1の間隔で現れる。
【０１３４】
一方、図８の（Ｂ）に、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像における空間周波数が最も高い状態にある２次元画像形成装置１３０の模式的な正面図を示す。ここで、最も空間周波数が高い状態とは、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。この場合における、第１のレンズＬ1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に図９の（Ｂ）に示すが、フーリエ変換像の光強度のピークは周波数ν2（＝ν1／２）の間隔で現れる。図１０の（Ａ）に、空間フィルタＳＦ上（ｘｙ平面上）におけるフーリエ変換像の分布を模式的に示し、図１０の（Ｂ）及び（Ｃ）に、図１０の（Ａ）のｘ軸（点線で表す）上におけるフーリエ変換像の光強度分布を模式的に示す。尚、図１０の（Ｂ）は最低空間周波数成分（平面波成分）を示し、図１０の（Ｃ）は最高空間周波数成分を示す。
【０１３５】
空間フィルタＳＦにおける開口部１５１の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。更には、フーリエ変換像の平面波成分のピーク位置が中心となるように、各々の回折次数に対して開口部１５１を設ければよい。これによって、各開口部１５１の中心位置１５２に、フーリエ変換像の光強度のピークが位置する。即ち、２次元画像における空間周波数が最低空間周波数成分（平面波成分）の場合におけるフーリエ変換像の周期的なパターンを中心として、２次元画像における正負の最高空間周波数を全て通過させ得るような開口部１５１とすればよい。
【０１３６】
ところで、最も空間周波数が高い状態とは、図８の（Ｂ）に示したように、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。また、２次元画像形成装置１３０における画素構造の空間周波数と、２次元画像における空間周波数との関係は、以下のとおりである。即ち、開口が画素の全てを占めている（即ち、開口率１００％）と仮定したとき、２次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の（１／２）である。また、開口が画素の或る割合（１００％未満）を占めている場合には、２次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の（１／２）を下回る。それ故、空間フィルタＳＦにおいて現れる画素構造に起因した周期的なパターンの間隔の半分の位置までに、２次元画像における空間周波数は全て出現する。このことから、全ての開口部１５１を、空間的に相互に干渉することなく配置することができる。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部１５１には、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する一方、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像は、他の開口部１５１には入射しない。これにより、フーリエ変換像毎に独立した開口部１５１を有する空間フィルタＳＦ上において、１つの開口部１５１に位置するフーリエ変換像内に、２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像における空間周波数が存在する一方、開口部１５１の空間的な制限によって２次元画像形成装置１３０によって形成された２次元画像における空間周波数が欠落することはない。尚、画素構造の空間周波数を搬送周波数と見做すことができ、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数を搬送周波数とした画像情報に相当する。
【０１３７】
そして、空間フィルタＳＦにおいては、コンピュータ１１の制御下、Ｍ×Ｎ個のフーリエ変換像のそれぞれの通過／不通過を制御するために、開口部１５１の開閉制御が行われる。例えば、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として高速動作させることによって開口部１５１の開閉制御を行うことができる。
【０１３８】
以下、空間フィルタＳＦにおける開口部１５１の開閉制御のタイミングについて説明する。
【０１３９】
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、コンピュータ１１の制御下、２次元画像形成装置１３０の画像出力と同期して、開口部１５１の開閉制御を行う。この操作を、図１１、図１２、及び、図１３を参照して説明する。尚、図１１の最上段は、２次元画像形成装置１３０における画像出力のタイミングを示しており、図１１の中段は、空間フィルタＳＦにおける第（３，２）番目の開口部１５１の開閉タイミングを示し、図１１の下段は、第（３，３）番目の開口部１５１の開閉タイミングを示す。尚、後述する実施例３〜実施例４、実施例６〜実施例７の３次元像表示装置における動作も同様とすることができる。
【０１４０】
図１１に示すように、２次元画像形成装置１３０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、空間フィルタＳＦにおいては、図１１に示すように、期間ＴＭ1にあっては第（３，２）番目の開口部１５１を、期間ＴＭ2にあっては第（３，３）番目の開口部１５１を開状態とする。こうして、２次元画像形成装置１３０における同じ画素１３１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、２次元画像形成装置１３０における或る画素１３１において得られるｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「Ａ」に関する画像情報が含まれている。一方、期間ＴＭ2にあっては、２次元画像形成装置１３０における同じ或る画素において得られるｍ0＝３，ｎ0＝３の回折次数を有するフーリエ変換像には、画像「Ｂ」に関する画像情報が含まれている。
【０１４１】
図１２に、２次元画像形成装置１３０における画像形成のタイミングと開口部１５１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１３０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の対応する開口部１５１にフーリエ変換像「α」として集光される。期間ＴＭ1では、第（３，２）番目の開口部１５１のみを開くので、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタ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１３０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の対応する開口部１５１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１５１のみを開くので、ｍ0＝３，ｎ0＝３の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタＳＦを通過する。以下、順次、コンピュータ１１の制御下、２次元画像形成装置１３０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１５１の開閉制御を行う。尚、図１２において、開状態の開口部１５１を実線で囲み、閉状態の開口部１５１を点線で囲んだ。
【０１４２】
このようなタイミングで２次元画像形成装置１３０における画像形成と開口部１５１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１３に模式的に示す。図１３において、画像「Ａ’」は、第（３，２）番目の開口部１５１のみを開くので、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像「α」のみが空間フィルタ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１５１のみを開くので、ｍ0＝３，ｎ0＝３の回折次数を有するフーリエ変換像「β」のみが空間フィルタ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１５１のみを開くので、ｍ0＝４，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像「γ」のみが空間フィルタＳＦを通過する結果得られる画像である。尚、図１３に示す画像は、観察者が眺める画像である。図１３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１３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表示フレームの表示期間内に、２次元画像形成装置１３０における全ての次数分（Ｍ×Ｎ）の画像形成と、空間フィルタＳＦにおける１つの画像の選択が行われる。また、図１３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。
【０１４３】
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、２次元画像形成装置１３０によって生成された２次元画像（例えば、時系列的に、画像「Ａ’」、画像「Ｂ’」・・・画像「Ｃ’」）が出力される。即ち、全体としては、第３のレンズＬ3の後側焦点面に、図４８に示したプロジェクタ・ユニット７０１が複数の回折次数分（具体的にはＭ×Ｎ個）、配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニット７０１から画像「Ａ’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニット７０１から画像「Ｂ’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニット７０１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１３０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。
【０１４４】
尚、回折次数に依存して、得られる画像の明るさが相違する場合には、最も暗い画像を基準として、明るい画像を減光する減光フィルタを第３のレンズＬ3の後側焦点面に配置すればよい。後述する実施例３〜実施例７においても、必要に応じて同様とすればよい。
【０１４５】
また、空間フィルタＳＦに設けられた開口部１５１の開閉制御を、全ての開口部１５１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１５１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１５１だけの開閉制御を行ってもよい。後述する実施例３〜実施例４、実施例６〜実施例７においても同様である。
【０１４６】
光源及び照明光学系の構成例を、図１４の（Ａ）〜（Ｃ）、図１５の（Ａ）〜（Ｂ）に示す。ここで、光源によって出射され、照明光学系によって整形され、２次元画像形成装置１３０を照明する光（照明光）の特性を、以下、空間コヒーレンスを用いて説明する。
【０１４７】
空間コヒーレンスは、任意の空間における断面で生じる光の干渉性を示し、その度合いは、生成される干渉縞のコントラストで示すことができる。干渉縞の生成過程において、最もコントラストの高い干渉縞は、平面波若しくは平面波と光学的に交換可能な球面波の干渉によって生成される。このことから、空間コヒーレンスの最も高い光は、平面波（若しくは球面波）であることが分かる。１つの進行方向の成分のみを有する例えば平面波は空間コヒーレンスが最も高く、空間コヒーレンスの度合いが低くなるに従い、進行方向の成分が複数存在するようになる。また、光の進行方向成分の分布は、発光原点若しくは２次発光点の空間的な大きさを議論することと等価である。以上のことから、空間コヒーレンスは、発光原点若しくは２次発光点の空間的な大きさに基づき議論することができる。空間コヒーレンス、即ち、光源の空間的な大きさは、３次元像表示装置における画像の空間周波数特性を決定する要因となる。完全な空間コヒーレンスを有する光以外を照明光に用いると、高周波成分から順番にコントラストの低下が生じる。得られる画像の空間周波数特性は、具体的なアプリケーションによって異なる要求があることから、ここでは、具体的数値に言及せず、異なる要求に柔軟に対応するための様々な構成方法について述べる。
【０１４８】
実施例２の３次元像表示装置１０１においては、照明光として空間コヒーレンスの高い光を用いる場合と、そうでない場合において、光源及び照明光学系の構成方法が異なる。また、光源の特性により照明光学系の構成が異なる。以下では、光源及び照明光学系における構成方法の組み合わせについて説明する。尚、光源は全ての場合において、単色若しくは単色に近い光源であることを前提としている。
【０１４９】
図１４の（Ａ）は、第１構成例として、空間コヒーレンスの高い光源１１０Ａにより、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系１２０Ａを構成した例を示している。光源１１０Ａは、例えばレーザから構成されている。照明光学系１２０Ａは、光源側から順に、レンズ１２１Ａ、円形開口板１２２Ａ、及び、レンズ１２４Ａから構成されている。円形開口板１２２Ａには、中央に円形のアパーチャ１２３Ａが設けられている。レンズ１２４Ａにおける集光位置にアパーチャ１２３Ａが配置されている。レンズ１２４Ａは、コリメータレンズとして機能する。
【０１５０】
図１４の（Ｂ）は、第２構成例として、空間コヒーレンスの高い光源１１０Ｂを用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系１２０Ｂを構成した例を示している。光源１１０Ｂは、例えばレーザから構成されている。照明光学系１２０Ｂは、光源側から順に、レンズ１２１Ｂ、拡散板１２２Ｂ、及び、レンズ１２４Ｂから構成されている。拡散板１２２Ｂは、可動拡散板であってもよい。
【０１５１】
図１４の（Ｃ）及び図１５の（Ａ）は、第３構成例及び第４構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源１１０Ｃ，１１０Ｄを用いて、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系１２０Ｃ，１２０Ｄを構成した例を示している。光源１１０Ｃ，１１０Ｄとしては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や白色光源を用いる。図１４の（Ｃ）の照明光学系１２０Ｃは、光源側から順に、レンズ１２１Ｃ、円形開口板１２２Ｃ、及び、レンズ１２４Ｃから構成されている。円形開口板１２２Ｃには、中央に円形のアパーチャ１２３Ｃが設けられている。レンズ１２４Ｃにおける集光位置に、アパーチャ１２３Ｃが配置されている。レンズ１２４Ｃは、コリメータレンズとして機能する。一方、図１５の（Ａ）の照明光学系１２０Ｄは、図１４の（Ｃ）の照明光学系１２０Ｃに比べてレンズ１２１Ｃが省略され、光源側から順に、円形開口板１２２Ｄ、アパーチャ１２３Ｄ、及び、レンズ１２４Ｄから構成されている。
【０１５２】
図１５の（Ｂ）は、第５構成例として、空間コヒーレンスの高くない光源１１０Ｅを用いて、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系１２０Ｅを構成した例を示している。光源１１０Ｅの他は、レンズ１２４Ｅのみで構成されている。
【０１５３】
各構成例において、全体として空間コヒーレンスの高い照明光学系を構築する場合には、光源に依存することなく２次発光点を小さくしている。また、全体として空間コヒーレンスの高くない照明光学系を構築する場合には、光源に依存すること無く、２次発光点を大きくしている。以上に説明した光源及び照明光学系の各構成例は、以下の実施例３〜実施例５、実施例７にも適用することができる。
【０１５４】
以上に説明したように、実施例２の３次元像表示装置１０１によれば、２次元画像形成装置１３０によって生成された２次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段１４０（第１のレンズＬ1）によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段１５０（空間フィルタＳＦ）によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成される構成を有するので、３次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。また、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。
【０１５５】
また、実施例２の３次元像表示装置１０１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２の３次元像表示装置１０１によれば、高次回折光を効率的に利用しているので、従来の画像出力手法と比較して、１つの画像出力デバイス（２次元画像形成装置１３０）によって制御可能な光線（２次元画像の一種のコピー）を、複数の回折次数分だけ（即ち、Ｍ×Ｎ個）、得ることができる。しかも、実施例２の３次元像表示装置１０１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。
【０１５６】
そして、コンピュータ１１に適切な画像データ（例えば視差動画）を記録、格納しておけば、多視差、高速、高解像度の３次元動画を再生することができるし、視差数（Ｍ×Ｎ）が増加しても、解像度が低下することが無い。更には、スムーズな３次元動画を再生することができ、最終的に得られる３次元動画は各視差動画と同様のフレームレートを有する。また、視差数（Ｍ×Ｎ）の制限は特にない。適切な視差動画を事前に作成すれば、各視差を空間に自由に配置することができる。
【実施例３】
【０１５７】
実施例３は、本発明の第３の態様及び本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置に関する。図１６、図１７及び図１８に、単色表示の実施例３の３次元像表示装置の概念図を示す。図１６は、ｙｚ平面における実施例３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３の３次元像表示装置の概念図も、実質的には図１６と同様である。また、図１７は、実施例３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１８は、実施例３の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。尚、図１７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１６や図１８とは異なっている。更には、図１７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。
【０１５８】
本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例３の３次元像表示装置２０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素２３１を有し、光源１１０からの光を各画素２３１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２３１から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例２にあってはＪ＝２）の２次元画像形成装置２３０（画像形成装置２１，２２）、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置２３０から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素２３１から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを選択し、更には、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、Ｊ個の２次元画像形成装置２３０によって生成された２次元画像の共役像（２次元画像の実像）を形成する画像制限・生成手段２３２、
（Ｄ）複数の開口領域２３４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２３４から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射するオーバーサンプリングフィルタ（回折光生成部材）ＯＳＦ、
（Ｅ）オーバーサンプリングフィルタＯＳＦから出射された２次元画像の共役像における空間周波数をフーリエ変換して、各開口領域２３４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２４０、
（Ｆ）各開口領域２３４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２５０、並びに、
（Ｇ）フーリエ変換像選択手段２５０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２６０、
を備えている。
【０１５９】
更には、共役像形成手段２６０には、フーリエ変換像選択手段２５０によって選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、画像制限・生成手段２３２によって生成された２次元画像の共役像（以下、単に、「２次元画像の共役像」と呼ぶ場合がある）を形成する逆フーリエ変換手段（具体的には、後述する第４のレンズＬ4）が備えられている。また、フーリエ変換像形成手段２４０はレンズから成り、このレンズの前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタＯＳＦが配置されており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段２５０が配置されている。フーリエ変換像選択手段２５０は、各開口領域２３４から生じる複数の回折次数に対応する数の開閉制御可能な開口部２５１を有する。
【０１６０】
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搬送周波数とした画像情報に相当する。また、２次元画像の共役像における空間周波数は、２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である。
【０１６１】
また、本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例３の３次元像表示装置２０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源１１０からの光の通過を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置２３０（画像形成装置２１，２２）、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置２３０が配置されている第１のレンズＬ1、
（Ｄ）第１のレンズＬ1の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを通過させる散乱回折制限開口部２３３、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部２３３が配置されている第２のレンズＬ2、
（Ｆ）第２のレンズＬ2の後側焦点面に配置され、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ0×Ｑ0個（但し、Ｐ0及びＱ0は任意の正の整数）の開口領域２３４を有し、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像に基づき、開口領域２３４毎に、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光を生成するオーバーサンプリングフィルタ（回折光生成部材）ＯＳＦ、
（Ｇ）その前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタＯＳＦが配置されている第３のレンズＬ3、
（Ｈ）第３のレンズＬ3の後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部２５１を有する空間フィルタＳＦ、
（Ｉ）その前側焦点面に空間フィルタＳＦが配置されている第４のレンズＬ4、並びに、
（Ｊ）第４のレンズＬ4の後側焦点に、その前側焦点が位置している第５のレンズＬ5、
を備えている。
【０１６２】
そして、更には、実施例１において説明したコンピュータ１１が備えられている点は、先に説明したとおりである。
【０１６３】
尚、実施例３にあっては、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3、第４のレンズＬ4及び第５のレンズＬ5は、具体的には、凸レンズから構成されている。また、画像制限・生成手段２３２は、２枚のレンズ（第１のレンズＬ1及び第２のレンズＬ2）、及び、これらの２枚のレンズ（第１のレンズＬ1及び第２のレンズＬ2）の間に配置され、所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを通過させる散乱回折制限開口部２３３から構成されている。更には、オーバーサンプリングフィルタ（回折光生成部材）ＯＳＦは格子フィルタ（回折格子フィルタ）から成り、より具体的には、平板ガラスにＰ0×Ｑ0個の凹部（開口領域に相当し、平面形状は矩形である）が２次元マトリクス状に形成された構造を有する。即ち、オーバーサンプリングフィルタ（回折光生成部材）ＯＳＦは、位相格子から構成されている。後述する実施例７にあっても同様である。
【０１６４】
ここで、実施例３あるいは後述する実施例７にあっては、Ｐ0＝２０４８、Ｑ0＝１５３６であり、Ｐ＝１０２４、Ｑ＝７６８であり、ｍ＝−５、ｍ’＝５、Ｍ＝ｍ’−ｍ＋１＝１１、ｎ＝−５、ｎ’＝５、Ｎ＝ｎ’−ｎ＋１＝１１である。但し、これらの値に限定するものではない。また、ｚ軸（光軸に相当する）は、実施例３あるいは後述する実施例７の３次元像表示装置２０１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２０１を構成する各構成要素と直交する。本発明の第３の態様に係る３次元像表示装置の構成要素と本発明の第４の態様に係る３次元像表示装置の構成要素とを対比すると、画像制限・生成手段２３２は、第１のレンズＬ1、散乱回折制限開口部２３３及び第２のレンズＬ2に対応し、フーリエ変換像形成手段２４０は第３のレンズＬ3に対応し、フーリエ変換像選択手段２５０は空間フィルタＳＦに対応し、逆フーリエ変換手段は第４のレンズＬ4に対応し、共役像形成手段２６０は第４のレンズＬ4及び第５のレンズＬ5に対応している。それ故、便宜上、第１のレンズＬ1、散乱回折制限開口部２３３、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3、空間フィルタＳＦ、第４のレンズＬ4、及び、第５のレンズＬ5という用語に基づき、以下、説明を行う。
【０１６５】
光源１１０と２次元画像形成装置２３０との間には、光源１１０から出射された光を整形するための照明光学系１２０が配置されている。そして、光源１１０から出射され、照明光学系１２０を通過した光（照明光）によって、２次元画像形成装置２３０が照明される。照明光として、例えば、空間コヒーレンスの高い光源１１０からの光を照明光学系１２０によって平行光に整形された光を用いる。尚、照明光の特性、及び、係る照明光を得るための具体的な構成例に関しては、実施例２において説明した照明光学系１２０と同様とすることができる。
【０１６６】
２次元画像形成装置２３０（画像形成装置２１，２２）は、２次元的に配列された複数の画素２３１を有し、各画素２３１は開口を備えている。具体的には、２次元画像形成装置２３０は、２次元的に配列された、即ち、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された、Ｐ×Ｑ個の画素２３１を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素２３１には開口が備えられている。
【０１６７】
１つの画素２３１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２３１の光透過率を制御することによって、光源１１０から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源１１０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２３１において、Ｍ0×Ｎ0の回折光が生成される。云い換えれば、画素２３１の数はＰ×Ｑであるが故に、総計（Ｐ×Ｑ×Ｍ0×Ｎ0）本の回折光が生じると考えることもできる。２次元画像形成装置２３０においては、２次元画像における空間周波数が、各画素２３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ0×Ｎ0）に対応した回折角に沿って２次元画像形成装置２３０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。
【０１６８】
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、Ｊ個の２次元画像形成装置２３０が配置されており、第１のレンズＬ1の後側焦点面（観察者側の焦点面）には散乱回折制限開口部２３３が配置されている。第１のレンズＬ1によって、複数の回折次数（Ｍ0×Ｎ0）に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、散乱回折制限開口部２３３が位置する平面内に結像する。そして、所定回折次数の回折光（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみが散乱回折制限開口部２３３を通過する。また、焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2の前側焦点面には散乱回折制限開口部２３３が配置されており、第２のレンズＬ2の後側焦点面にはオーバーサンプリングフィルタＯＳＦが配置されている。更には、焦点距離ｆ3を有する第３のレンズＬ3の前側焦点面にはオーバーサンプリングフィルタＯＳＦが配置されており、第３のレンズＬ3の後側焦点面には空間フィルタＳＦが配置されている。第３のレンズＬ3によって、各開口領域２３４から生じる複数の回折次数に対応する数であるＭ×Ｎ＝１２１個のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、空間フィルタＳＦ上に結像する。尚、図１７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。
【０１６９】
空間フィルタＳＦは、具体的には、フーリエ変換像を、空間的、且つ、時間的にフィルタリングするための時間的な開閉制御が可能な空間フィルタである。より具体的には、空間フィルタＳＦは、各開口領域２３４から生じる複数の回折次数に対応する数（具体的には、Ｍ×Ｎ＝１２１）の開閉制御可能な開口部２５１を有する。そして、空間フィルタＳＦにおいては、コンピュータ１１の制御下、２次元画像形成装置２３０による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の１つの開口部２５１を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応する１つのフーリエ変換像を選択する。より具体的には、空間フィルタＳＦを、例えば、Ｍ×Ｎ個の開口部（画素）を有する強誘電性液晶を用いた透過型あるいは反射型の液晶表示装置、あるいは、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された装置を含む２次元型のＭＥＭＳから構成することができる。尚、液晶表示装置から成る空間フィルタＳＦの模式的な正面図は、図５に示したと同様である。図５中、数字（ｍ0，ｎ0）は、開口部２５１（図５にあっては、参照番号１５１で示す）の番号を示し、且つ、回折次数を示す。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部２５１には、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する。
【０１７０】
前述したとおり、共役像形成手段２６０は、具体的には、第４のレンズＬ4及び第５のレンズＬ5から構成されている。そして、焦点距離ｆ4を有する第４のレンズＬ4は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像の実像ＲＩを形成する。また、焦点距離ｆ5を有する第５のレンズＬ5は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩを形成する。
【０１７１】
第４のレンズＬ4は、その前側焦点面上に、空間フィルタＳＦが位置するように配置され、その後側焦点面に、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像の実像ＲＩが形成されるように配置されている。ここで得られる実像ＲＩの第２のレンズＬ2によって形成された実像に対する倍率は、第４のレンズＬ4の焦点距離ｆ4を任意に選択することによって変化させることができる。
【０１７２】
一方、第５のレンズＬ5は、その前側焦点面が第４のレンズＬ4の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面にフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるように配置されている。ここで、第５のレンズＬ5の後側焦点面は空間フィルタＳＦの共役面であることから、空間フィルタＳＦ上の１つの開口部２５１に相当する部分から、２次元画像の共役像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分（Ｐ×Ｑ）であって、散乱回折制限開口部２３３を通過した光線に、光学系を透過した複数の回折次数（具体的にはＭ×Ｎ）を乗じた量で定義することができる。また、第５のレンズＬ5の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるが、第５のレンズＬ5の後側焦点面においては、光線群が２次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第５のレンズＬ5の後側焦点面に、図４８に示したプロジェクタ・ユニット７０１が複数の回折次数分（具体的にはＭ×Ｎ個）、配置されている状態と等価である。
【０１７３】
図１９に模式的に示すように、２次元画像形成装置２３０における１つの画素２３１によって、Ｘ方向及びＹ方向に沿って、合計、Ｍ0×Ｎ0組の回折光が生成される。尚、図１９では、０次光（ｎ0＝０）、±１次光（ｎ0＝±１）、及び、±２次光（ｎ0＝±２）の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光の一部に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光（光束）には、２次元画像形成装置２３０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２３０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２３１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２３０においては、光源１１０からの光が各画素２３１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２３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ0×Ｎ0）に対応した回折角に沿って出射される。即ち、２次元画像のＭ0×Ｎ0個の一種のコピーが２次元画像形成装置２３０から、複数の回折次数（総計Ｍ0×Ｎ0）に対応した回折角に沿って出射される。
【０１７４】
そして、２つの２次元画像形成装置２３０から出射され、合成された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２３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ0×Ｎ0）に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみが散乱回折制限開口部２３３を通過し、更には、この選択されたフーリエ変換像が第２のレンズＬ2によって逆フーリエ変換され、２次元画像形成装置２３０によって生成された２次元画像の共役像が形成され、この２次元画像の共役像は、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦ上に結像する。尚、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数を搬送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次回折を搬送周波数とする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２３０の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、散乱回折制限開口部２３３を通過する。こうして、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦ上に結像された２次元画像の共役像にあっては、２次元画像形成装置２３０の画素構造は含まれず、一方、２次元画像形成装置２３０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。
【０１７５】
２次元画像形成装置２３０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次元画像の共役像における空間周波数は、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦにおける各開口領域２３４から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、第３のレンズＬ3によってフーリエ変換され、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数のフーリエ変換像が生成され、係るフーリエ変換像は空間フィルタＳＦ上に結像される。第３のレンズＬ3において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された２次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。
【０１７６】
ここで、光源１１０から出射された光（照明光）の波長をλ（ｍｍ）、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像における空間周波数をν0（ｌｐ／ｍｍ）、第３のレンズＬ3の焦点距離をｆ3（ｍｍ）とすると、第３のレンズＬ3の後側焦点面では、以下の式（２）で表される光軸から距離Ｙ1（ｍｍ）の位置に、空間周波数ν0を有する光（フーリエ変換像）が現れる。
【０１７７】
第３のレンズＬ3における集光状態を、図２０に模式的に示す。尚、図２０中、「Ｙ0」は、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像のｙ軸方向の長さを示し、「Ｙ1」は、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像に基づく空間フィルタＳＦ上でのフーリエ変換像のｙ軸方向の間隔を示す。また、０次の回折光を実線で示し、第１次の回折光を点線で示し、第２次の回折光を一点鎖線で示す。各回折次数の回折光が、云い換えれば、回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像が、第３のレンズＬ3によって空間フィルタＳＦ上の異なる開口部２５１に集光される（図１７も参照）。開口部２５１の数は、先に説明したとおりＭ×Ｎ個＝１２１個である。空間フィルタＳＦへの集光角（空間フィルタＳＦから出射された後の発散角であり、視野角でもある）θは、回折次数が同じフーリエ変換像（あるいは回折光）にあっては、Ｐ0×Ｑ0個の開口領域２３４において同一であり、以下の式（３）から求めることができる。空間フィルタＳＦ上において、隣接する回折次数のフーリエ変換像の間の間隔は、式（２）から求めることができる。式（２）から、第３のレンズＬ3の焦点距離ｆ3を任意に選択することによって、フーリエ変換像の位置（空間フィルタＳＦ上の結像位置）を変化させることが可能である。尚、式（３）中、「ｗ」は、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦに投影された２次元画像の共役像のＹ方向の長さであり、第２のレンズＬ2の焦点距離ｆ2を任意に選択することによって変化させることができる。
【０１７８】
Ｙ1＝ｆ3・λ・ν0                     （２）
θ ＝２×ａｒｃｔａｎ（ｗ／２ｆ3）    （３）
【０１７９】
第３のレンズＬ3において、各開口領域２３４から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された２次元画像の共役像における空間周波数を透過させるためには、利用する回折次数に応じて第３のレンズＬ3の開口率ＮＡを選択する必要があり、焦点距離に拘わらず、第３のレンズＬ3以降の全てのレンズの開口率は、第３のレンズＬ3の開口率ＮＡ以上であることが要求される。
【０１８０】
開口部２５１の大きさは、式（２）におけるＹ1の値と同じ値とすればよい。一例として、照明光の波長λを５３２ｎｍ、第３のレンズＬ3の焦点距離ｆ3を５０ｍｍ、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦにおける開口領域２３４の大きさを１３μｍ〜１４μｍ程度とすると、Ｙ1の値は約２ｍｍとなる。これは、空間フィルタＳＦ上において、約２ｍｍ間隔という高い密度で各回折次数に対応したフーリエ変換像を得ることができることを意味する。云い換えれば、空間フィルタＳＦ上において、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向においても、約２ｍｍ間隔で、１１×１１＝１２１個のフーリエ変換像を得ることができる。
【０１８１】
ここで、２次元画像の共役像における空間周波数ν0は、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦがＰ0×Ｑ0個の開口領域２３４から構成されているので、最高でも、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦを構成する連続した２つの開口領域２３４から成る周期を有する周波数である。
【０１８２】
２次元画像の共役像における空間周波数が最も低い状態にある２次元画像形成装置２３０の模式的な正面図は、図８の（Ａ）に示したと同様であるし、第３のレンズＬ3によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図９の（Ａ）に示したと同様である。また、２次元画像の共役像における空間周波数が最も高い状態にある２次元画像形成装置２３０の模式的な正面図は、図８の（Ｂ）に示したと同様であるし、第３のレンズＬ3によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図９の（Ｂ）に示したと同様である。更には、空間フィルタＳＦ上（ｘｙ平面上）におけるフーリエ変換像の分布は、図１０の（Ａ）〜（Ｃ）に示したと同様である。
【０１８３】
空間フィルタＳＦにおける開口部２５１の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。更には、フーリエ変換像の平面波成分のピーク位置が中心となるように、各々の回折次数に対して開口部２５１を設ければよい。これによって、各開口部２５１の中心位置に、フーリエ変換像の光強度のピークが位置する。即ち、２次元画像の共役像における空間周波数が最低空間周波数成分（平面波成分）の場合におけるフーリエ変換像の周期的なパターンを中心として、２次元画像の共役像における正負の最高空間周波数を全て通過させ得るような開口部２５１とすればよい。
【０１８４】
ところで、最も空間周波数が高い状態とは、図８の（Ｂ）に示したように、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。また、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦにおける開口領域構造の空間周波数と、２次元画像の共役像における空間周波数との関係は、以下のとおりである。即ち、開口領域２３４の開口率が１００％であると仮定したとき、２次元画像の共役像における最高空間周波数は、開口領域構造の空間周波数の（１／２）である。また、開口領域２３４の開口率が或る割合（１００％未満）を占めている場合には、２次元画像の共役像における最高空間周波数は、開口領域構造の空間周波数の（１／２）を下回る。それ故、空間フィルタＳＦにおいて現れる開口領域構造に起因した周期的なパターンの間隔の半分の位置までに、２次元画像の共役像における空間周波数は全て出現する。このことから、全ての開口部２５１を、空間的に相互に干渉することなく配置することができる。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部２５１には、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する一方、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像は、他の開口部２５１には入射しない。これにより、フーリエ変換像毎に独立した開口部２５１を有する空間フィルタＳＦ上において、１つの開口部２５１に位置するフーリエ変換像内に、２次元画像の共役像における空間周波数が存在する一方、開口部２５１の空間的な制限によって２次元画像の共役像における空間周波数が欠落することはない。尚、開口領域構造の空間周波数を搬送周波数と見做すことができ、２次元画像の共役像における空間周波数は、開口領域構造の空間周波数を搬送周波数とした画像情報に相当する。
【０１８５】
そして、空間フィルタＳＦにおいては、コンピュータ１１の制御下、Ｍ×Ｎ個のフーリエ変換像のそれぞれの通過／不通過を制御するために、開口部２５１の開閉制御が行われる。液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として高速動作させることによって開口部２５１の開閉制御を行うことができる。
【０１８６】
実施例３の３次元像表示装置において、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦを取り除いた３次元像表示装置を比較のために想定する。尚、このような３次元像表示装置を、便宜上、比較用３次元像表示装置と呼ぶ。実施例３の３次元像表示装置と比較用３次元像表示装置とを対比して、以下、説明を行う。
【０１８７】
尚、光源１１０から出射された光（照明光）の波長をλ（ｍｍ）、２次元画像形成装置２３０によって形成された２次元画像における空間周波数をν（ｌｐ／ｍｍ）とする。
【０１８８】
ところで、投影角（視野角）θは、観察される立体画像の領域を決定する重要なパラメータである。一方、空間フィルタＳＦ上におけるフーリエ変換像の位置及び間隔（Ｙ1）は、表示される立体画像及び運動視差の連続性、表示される立体画像のスケール（大きさ）を決定する重要なパラメータである。そして、投影角（視野角）θの値、及び、空間フィルタＳＦ上におけるフーリエ変換像の位置及び間隔に相当するＹ1の値は、大きければ大きいほど、好ましい。
【０１８９】
ところで、前述した式（２）から、Ｙ1を制御する変数は、光（照明光）の波長λ、及び、第３のレンズＬ3の焦点距離ｆ3であり、更には、空間周波数ν0の基となる２次元画像形成装置２３０によって形成された２次元画像における空間周波数νである。ここで、光（照明光）の波長λは、画像の色調に変化が生じるので、現実的には任意の値をとることができない。しかも、可視光の波長は約４００ｎｍから約７００ｎｍであり、変化量は高々１．７５倍であり、操作領域が狭い。また、空間周波数νの値を高くするためには、２次元画像形成装置２３０における画素のピッチを細かくする必要があるが、２次元画像形成装置２３０における画素のピッチを細かくすることは、現実的には困難である。従って、式（２）におけるＹ1の値を大きくするためには、第３のレンズＬ3の焦点距離ｆ3を長くすることが最も現実的である。然るに、焦点距離ｆ3を長くすると、式（３）から、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦに投影された２次元画像の共役像のＹ方向の長さｗを一定とした場合、即ち、第２のレンズＬ2の焦点距離ｆ2を一定とした場合、投影角（視野角）θの値が小さくなる。即ち、式（２）と式（３）とは独立の関係には無く、Ｙ1の値と投影角（視野角）θの値とは、所謂トレードオフの関係にある。
【０１９０】
ところで、実施例３の３次元像表示装置２０１にあっては、２次元画像形成装置２３０によって２次元画像が生成されるが、この２次元画像における空間周波数νは、２次元画像形成装置を構成する開口の開口構造に依存した値である。一方、この２次元画像の共役像における空間周波数ν0は、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦにおける開口領域２３４の開口領域構造に依存しており、Ｐ0＞Ｐ，Ｑ0＞Ｑであるが故に、２次元画像形成装置２３０における画素構造（開口構造）の空間周波数（搬送周波数）よりも、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦにおける開口領域構造の空間周波数（搬送周波数）の方が高く、ν0＞νである。尚、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦは、例えば、平板ガラスに、直接、格子模様を形成することで作製することができるので、格子模様のピッチを細かくすれば、搬送周波数を高くすることができ、２次元画像の共役像におけるオーバーサンプリングフィルタＯＳＦによって生成された空間周波数ν0の値を容易に高くすることができる。従って、空間周波数ν0の値を容易に大きくすることができ、式（２）から求められるＹ1の値を大きくすることができる。尚、たとえ第３のレンズＬ3の焦点距離ｆ3を短く設定しても、式（２）から求められるＹ1の値を大きくすることができる。一方、第３のレンズＬ3の焦点距離ｆ3を短く設定できるので、式（３）から求められる視野角θの値を大きくすることができる。あるいは又、第２のレンズＬ2の焦点距離ｆ2を適切に設定することでｗの値を大きくすることができ、その結果、式（３）から求められる視野角θの値を大きくすることができる。
【０１９１】
このように、実施例３の３次元像表示装置２０１にあっては、Ｙ1の値と投影角（視野角）θの値とを、独立して制御することができる。従って、観察される立体画像の領域を広げつつ、表示される立体画像のスケール（大きさ）を大きくすることが可能となる。しかも、そのために、光源からの光の波長を変える必要が無く、波長変動に伴う色調の変化も全くない。また、第３のレンズＬ3の焦点距離ｆ3を変更する必要も、本質的には無い。
【０１９２】
例えば、比較用３次元像表示装置において、２次元画像形成装置２３０のサイズが対角０．７インチであり、正方形の平面形状の開口（Ｐ×Ｑ＝１０２４×７６８）を有しているとする。また、開口の間隔を１４μｍ、光源１１０から出射される光の波長λを５３２ｎｍ、ｆ2＝ｆ3＝ｆ4＝ｆ5＝５０ｍｍとした場合、第５のレンズＬ5を透過した後の空間フィルタＳＦの共役面における共役像の間隔は１．９ｍｍ、２次元画像形成装置２３０のＹ方向に対応する視野角θYは１６．１度、２次元画像形成装置２３０のＸ方向に対応する視野角θXは１２．１度となる。
【０１９３】
また、比較用３次元像表示装置において、第２のレンズＬ2によって結像される２次元画像の共役像の大きさを大きくするために、第２のレンズＬ2の焦点距離ｆ2を１００ｍｍとした場合、視野角θYは３１．５度、視野角θXは２３．９度となり、視野角を大きくすることができる。然るに、２次元画像の共役像の大きさが２倍となったが故に、式（２）におけるν0の値が半分となってしまうので、第５のレンズＬ5を透過した後の空間フィルタＳＦの共役面における共役像の間隔は、０．９５ｍｍとなってしまう。この場合、通常よりも空間的に密度の高い光線群が生成されるが、光線群の１つ当たりの生成面積が１／４になるので、観察像の大きさが１／４となってしまう。
【０１９４】
そこで、１４μｍの間隔（＝Ｙ0）を有する正方格子を備えた回折フィルタから成るオーバーサンプリングフィルタＯＳＦを配置すると、２倍に拡大された２次元画像の共役像に対する新たな空間的なサンプリングを、元の２次元画像形成装置２３０の画素間隔と同様の空間周波数で行うことになり、視野角θYは３１．５度、視野角θXは２３．９度となり、視野角を大きくすることができると共に、第５のレンズＬ5を透過した後の空間フィルタＳＦの共役面における共役像の間隔を１．９ｍｍとすることができる。即ち、この場合、通常よりも空間的に密度の高い光線群が生成され、しかも、光線群の１つ当たりの生成面積は変わらず、観察像の大きさも変わらない。このオーバーサンプリングフィルタＯＳＦは、平板ガラスにピッチ１４μｍの２次元マトリクス状に配列された格子を描画するのみで作製することができる。
【０１９５】
以上に説明したように、実施例３の３次元像表示装置２０１によれば、２次元画像形成装置２３０によって生成された２次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、所定回折次数に対応するフーリエ変換像のみが画像制限・生成手段２３２によって選択され、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像がフーリエ変換像形成手段２４０（第３のレンズＬ3）によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段２５０（空間フィルタＳＦ）によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成される構成を有するので、３次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。また、２次元画像形成装置２３０とオーバーサンプリングフィルタＯＳＦとを設けることによって、観察される立体画像の領域を広げつつ、表示される立体画像のスケール（大きさ）を大きくすることが可能となる。しかも、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。
【０１９６】
また、実施例３の３次元像表示装置２０１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３の３次元像表示装置２０１によれば、高次回折光を効率的に利用しているので、従来の画像出力手法と比較して、１つの画像出力デバイス（２次元画像形成装置２３０）によって制御可能な光線（２次元画像の一種のコピー）を、複数の回折次数分だけ（即ち、Ｍ×Ｎ個）、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦによって得ることができる。しかも、実施例３の３次元像表示装置２０１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。
【０１９７】
更には、実施例３の３次元像表示装置２０１にあっては、第５のレンズを透過した後の空間フィルタＳＦの共役面における共役像の大きさと投影角（視野角）とを、独立して制御することができる。従って、観察される立体画像の領域を広げつつ、表示される立体画像のスケール（大きさ）を大きくすることが可能となる。
【実施例４】
【０１９８】
実施例４は、本発明の第５の態様及び本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置に関する。図２１、図２２、図２３及び図２４に、単色表示の実施例４の３次元像表示装置の概念図を示す。ここで、図２１は、ｙｚ平面における実施例４の３次元像表示装置の概念図である。ｘｚ平面における実施例４の３次元像表示装置の概念図も、実質的には図２１と同様である。また、図２３は、実施例４の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図であり、図２４は、実施例４の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。尚、図２３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２１や図２４とは異なっている。更には、図２３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。
【０１９９】
本発明の第５の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例４の３次元像表示装置３０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素３３１を有し、光源１１０からの光に基づき２次元画像を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例２にあってはＪ＝２）の２次元画像形成装置３３０（画像形成装置２１，２２）、
（Ｃ）入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子３３６が２次元マトリクス状に配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、各２次元画像形成装置３３０から入射した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射する、各２次元画像形成装置３３０に対応して配設された光学装置３３５、
（Ｄ）Ｊ個の光学装置３３５から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数のフーリエ変換像を生成するフーリエ変換像形成手段３４０、
（Ｅ）前記複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段３５０、並びに、
（Ｆ）フーリエ変換像選択手段３５０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３６０、
を備えている。
【０２００】
更には、共役像形成手段３６０には、フーリエ変換像選択手段３５０によって選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置３３０によって生成された２次元画像の実像を形成する逆フーリエ変換手段（具体的には、後述する第２のレンズＬ2）が備えられている。また、フーリエ変換像形成手段３４０はレンズから成り、このレンズの前側焦点面に光学装置３３５を構成する光学素子３３６の焦点（実施例４にあっては、後側焦点）が位置しており、このレンズの後側焦点面にフーリエ変換像選択手段３５０が配置されている。フーリエ変換像選択手段３５０は、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数の開閉制御可能な開口部３５１を有する。
【０２０１】
ここで、２次元画像における空間周波数は、２次元画像形成装置３３０における画素構造の空間周波数を搬送周波数とした画像情報に相当する。
【０２０２】
また、本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例４の３次元像表示装置３０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素３３１を有し、光源１１０からの光に基づき２次元画像を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数）の２次元画像形成装置３３０（画像形成装置２１，２２）、
（Ｃ）入射する光を屈折させて略一点に集光する光学パワーを有する光学素子３３６が、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状にＰ0×Ｑ0個（但し、Ｐ0及びＱ0は任意の正の整数）配列されて成り、透過する光の位相を変調する位相格子としての機能を有し、各２次元画像形成装置３３０から入射した２次元画像における空間周波数を、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射する、各２次元画像形成装置３３０に対応して配設された光学装置３３５、
（Ｄ）その前側焦点面にＪ個の光学装置３３５を構成する光学素子３３６の焦点（実施例４にあっては、後側焦点）が位置している第１のレンズ（より具体的には、実施例４にあっては凸レンズ）Ｌ1、
（Ｅ）第１のレンズＬ1の後側焦点面に配置され、Ｘ方向に沿ってＭ個、Ｙ方向に沿ってＮ個の、合計、Ｍ×Ｎ個の開閉制御可能な開口部３５１を有する空間フィルタＳＦ、
（Ｆ）その前側焦点面に空間フィルタＳＦが配置されている第２のレンズ（より具体的には、実施例４にあっては凸レンズ）Ｌ2、並びに、
（Ｇ）第２のレンズＬ2の後側焦点に、その前側焦点が位置している第３のレンズ（より具体的には、実施例４にあっては凸レンズ）Ｌ3、
を備えている。
【０２０３】
そして、更には、実施例１において説明したコンピュータ１１が備えられている点は、先に説明したとおりである。
【０２０４】
ここで、実施例４あるいは後述する実施例７にあっては、光学装置３３５において、Ｘ方向に沿って第ｍ次から第ｍ’次までのＭ組の（但し、ｍ及びｍ’は整数であり、Ｍは正の整数）、Ｙ方向に沿って第ｎ次から第ｎ’次までのＮ組の（但し、ｎ及びｎ’は整数であり、Ｎは正の整数）の、合計、Ｍ×Ｎ組の回折光が生成される。ここで、Ｐ＝Ｐ0＝１０２４、Ｑ＝Ｑ0＝７６８であり、ｍ＝−５、ｍ’＝５、Ｍ＝ｍ’−ｍ＋１＝１１、ｎ＝−５、ｎ’＝５、Ｎ＝ｎ’−ｎ＋１＝１１である。但し、これらの値に限定するものではない。また、ｚ軸（光軸に相当する）は、実施例４あるいは後述する実施例７の３次元像表示装置３０１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３０１を構成する各構成要素と直交する。本発明の第５の態様に係る３次元像表示装置の構成要素と本発明の第６の態様に係る３次元像表示装置の構成要素とを対比すると、フーリエ変換像形成手段３４０は第１のレンズＬ1に対応し、フーリエ変換像選択手段３５０は空間フィルタＳＦに対応し、逆フーリエ変換手段は第２のレンズＬ2に対応し、共役像形成手段３６０は第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3に対応している。それ故、便宜上、第１のレンズＬ1、空間フィルタＳＦ、第２のレンズＬ2、及び、第３のレンズＬ3という用語に基づき、以下、説明を行う。
【０２０５】
光源１１０と２次元画像形成装置３３０との間には、光源１１０から出射された光を整形するための照明光学系１２０が配置されている。そして、光源１１０から出射され、照明光学系１２０を通過した光（照明光）によって、２次元画像形成装置３３０が照明される。照明光として、例えば、空間コヒーレンスの高い光源１１０からの光を照明光学系１２０によって平行光に整形された光を用いる。尚、照明光の特性、及び、係る照明光を得るための具体的な構成例に関しては、実施例２において説明した照明光学系１２０と同様とすることができる。
【０２０６】
２次元画像形成装置３３０は、２次元的に配列された複数の画素３３１を有しており、各画素３３１は開口を備えている。具体的には、２次元画像形成装置３３０は、２次元的に配列された、即ち、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された、Ｐ×Ｑ個の画素３３１を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素３３１には開口が備えられている。
【０２０７】
１つの画素３３１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３３１の光透過率を制御することによって、光源１１０から出射された光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源１１０から出射された光が通過することで２次元画像が生成される。
【０２０８】
２次元画像形成装置３３０の後方に隣接して（例えば、２次元画像形成装置３３０と密着して、あるいは、若干の隙間を介して）光学装置３３５が配置されている。尚、光学装置３３５を２次元画像形成装置３３０に隣接して配置することで、２次元画像形成装置３３０を構成する画素３３１の開口を通過する光に起因した回折現象の影響を無視することができる。ここで、実施例４において、光学装置３３５を構成する光学素子３３６の平面形状は、対応する画素３３１の開口の平面形状と相似形の矩形形状であり、各光学素子３３６は正の光学パワーを有する屈折型の格子状素子、具体的には、凸レンズ（焦点距離ｆ0）から構成されている。そして、光学装置３３５は、一種のマイクロレンズアレイから構成されており、マイクロレンズアレイを製造する周知の方法に基づき、ガラスから作製されている。
【０２０９】
光学装置３３５は位相格子として機能する。即ち、２次元画像形成装置３３０において生成された２次元画像にあっては、各画素３３１から出射された光（この光は平行光と見做すことができる）は、２次元画像形成装置３３０に隣接して配置された光学装置３３５における対応する光学素子３３６に入射する。そして、光学素子３３６に入射した光は、屈折して、焦点距離ｆ0の所で略一点に集光され、更には、その点から後方に向かって進行していく。このような状態を別の観点から眺めると、図２２に概念図を示すように、光学装置３３５の後方の距離ｆ0の所に、恰も、光学素子３３６に対応した矩形の開口領域（一種のピンホール）３３７が存在し、光学素子３３６から出射された光は、係る仮想の開口領域３３７を通過すると見做すことができる。即ち、２つの光学素子３３６から出射された光は、合成され、係る仮想の開口領域３３７を通過すると見做すことができる。その結果、フラウンホーファー回折が生じたと等価の現象が生じ、各画素３３１に対応する光学素子３３６において（より具体的には、光学素子３３６に対応する仮想の開口領域３３７において）、Ｍ×Ｎ組＝１２１組の回折光が生成される。云い換えれば、画素３３１及び光学素子３３６の数はＰ0×Ｑ0＝Ｐ×Ｑであるが故に、総計、（Ｐ×Ｑ×Ｍ×Ｎ）本の回折光が光学装置３３５において生じると考えることもできる。そして、２次元画像における空間周波数が、各光学素子３３６から生じる複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って光学装置３３５から出射される。尚、２次元画像における空間周波数によっても回折角は異なる。焦点距離ｆ0の値は、本質的に任意の値とすることができるが、光学装置３３５を構成する多数の光学素子３３６は同一の焦点距離ｆ0を有する。光学素子３３６から出射される光は、図２２に示すように、光学素子３３６の開口数で決まる角度で伝播するが、伝播する光は広がり、しかも、光量の損失がほぼ無い状況を得ることができる。ここで、光学素子３３６の配列ピッチあるいは大きさをｄ0とすると、波長λの平行光が、大きさｄ0、焦点距離ｆ0の光学素子３３６によって集光される光の幅Ｄは、
Ｄ＝２．４４λ／ｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ（ｄ0／２ｆ0））
で表すことができる。このことから、光学素子３３６を用いることによって光学的な開口率は（Ｄ2／ｄ02）で表すことができるが、開口率の低下に伴う光量損失は生じない。
【０２１０】
更には、焦点距離ｆ1を有する第１のレンズＬ1の前側焦点面（光源側の焦点面）には２組の光学装置３３５を構成する光学素子３３６の後側焦点（焦点距離ｆ0）が位置しており、第１のレンズＬ1の後側焦点面（観察者側の焦点面）には空間フィルタＳＦが配置されている。第１のレンズＬ1によって、複数の回折次数に対応する数であるＭ×Ｎ＝１２１個のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、空間フィルタＳＦ上に結像する。尚、図２３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。
【０２１１】
空間フィルタＳＦは、具体的には、フーリエ変換像を、空間的、且つ、時間的にフィルタリングするための時間的な開閉制御が可能な空間フィルタである。より具体的には、空間フィルタＳＦは、複数の回折次数に対応する数（具体的には、Ｍ×Ｎ＝１２１）の開閉制御可能な開口部３５１を有する。そして、空間フィルタＳＦにおいては、コンピュータ１１の制御下、２次元画像形成装置３３０による２次元画像の生成タイミングと同期して所望の１つの開口部３５１を開状態とすることによって、所望の回折次数に対応する１つのフーリエ変換像を選択する。より具体的には、空間フィルタＳＦを、例えば、Ｍ×Ｎ個の画素を有する強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置又は反射型の液晶表示装置、あるいは、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された装置を含む２次元型のＭＥＭＳから構成することができる。尚、液晶表示装置から成る空間フィルタＳＦの模式的な正面図は、図５に示したと同様である。図５中、数字（ｍ0，ｎ0）は、開口部３５１（図５にあっては、参照番号１５１で示す）の番号を示し、且つ、回折次数を示す。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部３５１には、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する。
【０２１２】
前述したとおり、共役像形成手段３６０は、具体的には、第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3から構成されている。そして、焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置３３０によって形成された２次元画像の実像ＲＩを形成する。また、焦点距離ｆ3を有する第３のレンズＬ3は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩを形成する。
【０２１３】
第２のレンズＬ2は、その前側焦点面上に、空間フィルタＳＦが位置するように配置され、その後側焦点面に、２次元画像形成装置３３０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３３０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。
【０２１４】
一方、第３のレンズＬ3は、その前側焦点面が第２のレンズＬ2の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面にフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるように配置されている。ここで、第３のレンズＬ3の後側焦点面は空間フィルタＳＦの共役面であることから、空間フィルタＳＦ上の１つの開口部３５１に相当する部分から、２次元画像形成装置３３０によって生成された２次元画像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分（Ｐ×Ｑ）の光線に、光学系を透過した複数の回折次数（具体的にはＭ×Ｎ）を乗じた量で定義することができる。また、第３のレンズＬ3の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるが、第３のレンズＬ3の後側焦点面においては、光線群が２次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第３のレンズＬ3の後側焦点面に、図４８に示したプロジェクタ・ユニット７０１が複数の回折次数分（具体的にはＭ×Ｎ個）、配置されている状態と等価である。
【０２１５】
図２３及び図２５に模式的に示すように、光学装置３３５における１つの光学素子３３６によって（より具体的には、光学素子３３６の後側焦点に位置する仮想の開口領域３３７において）、Ｘ方向に沿って第−５次から第＋５次までの１１組の、Ｙ方向に沿って第−５次から第＋５’次までの１１組の、合計、Ｍ×Ｎ組＝１２１組の回折光が生成される。尚、図２５では、０次光（ｎ0＝０）、±１次光（ｎ0＝±１）、及び、±２次光（ｎ0＝±２）の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光（光束）には、２次元画像形成装置３３０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３３０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（１１×１１＝１２１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３３１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３３０においては、光源１１０からの光に基づき２次元画像が生成され、且つ、生成された２次元画像における空間周波数は、各光学素子３３６から生じる複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って光学装置３３５から出射される。即ち、２次元画像のＭ×Ｎ個の一種のコピーが２次元画像形成装置３３０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。
【０２１６】
そして、２つの２次元画像形成装置３３０によって形成され、最終的に合成された２次元画像の全画像情報が集約された２次元画像における空間周波数は、第１のレンズＬ1によってフーリエ変換され、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数のフーリエ変換像が生成され、係るフーリエ変換像は空間フィルタＳＦ上に結像される。第１のレンズＬ1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された２次元画像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。
【０２１７】
ここで、光源１１０から出射された光（照明光）の波長をλ（ｍｍ）、２次元画像形成装置３３０によって形成された２次元画像における空間周波数をν（ｌｐ／ｍｍ）、第１のレンズＬ1の焦点距離をｆ1（ｍｍ）とすると、式（１）に示したとおり、第１のレンズＬ1の後側焦点面では、光軸から距離Ｙ1（ｍｍ）の位置に、空間周波数νを有する光（フーリエ変換像）が現れる。
【０２１８】
第１のレンズＬ1における集光状態を、図２６に模式的に示す。尚、図２６中、「Ｙ0」は、２次元画像形成装置３３０によって形成された２次元画像のｙ軸方向の長さを示し、「Ｙ1」は、２次元画像形成装置３３０によって形成された２次元画像に基づく空間フィルタＳＦ上でのフーリエ変換像のｙ軸方向の間隔を示す。また、０次の回折光を実線で示し、第１次の回折光を点線で示し、第２次の回折光を一点鎖線で示す。各回折次数の回折光が、云い換えれば、回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像が、第１のレンズＬ1によって空間フィルタＳＦ上の異なる開口部３５１に集光される（図２３も参照）。開口部３５１の数は、先に説明したとおりＭ×Ｎ個＝１２１個である。空間フィルタＳＦへの集光角（空間フィルタＳＦから出射された後の発散角）θは、回折次数が同じフーリエ変換像（あるいは回折光）にあっては、Ｐ×Ｑ個の画素３３１において同一である。空間フィルタＳＦ上において、隣接する回折次数のフーリエ変換像の間の間隔は、式（１）から求めることができる。式（１）から、第１のレンズＬ1の焦点距離ｆ1を任意に選択することによって、フーリエ変換像の位置（空間フィルタＳＦ上の結像位置）を変化させることが可能である。
【０２１９】
第１のレンズＬ1において、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射された２次元画像における空間周波数を透過させるためには、利用する回折次数に応じて第１のレンズＬ1の開口率ＮＡを選択する必要があり、焦点距離に拘わらず、第１のレンズＬ1以降の全てのレンズの開口率は、第１のレンズＬ1の開口率ＮＡ以上であることが要求される。
【０２２０】
開口部３５１の大きさは、式（１）におけるＹ1の値と同じ値とすればよい。一例として、照明光の波長λを５３２ｎｍ、第１のレンズＬ1の焦点距離ｆ1を５０ｍｍ、２次元画像形成装置３３０における画素３３１の大きさを１３μｍ〜１４μｍ程度とすると、Ｙ1の値は約２ｍｍとなる。これは、空間フィルタＳＦ上において、約２ｍｍ間隔という高い密度で各回折次数に対応したフーリエ変換像を得ることができることを意味する。云い換えれば、空間フィルタＳＦ上において、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向においても、約２ｍｍ間隔で、１１×１１＝１２１個のフーリエ変換像を得ることができる。
【０２２１】
ここで、２次元画像形成装置３３０によって形成された２次元画像における空間周波数νは、２次元画像がＰ×Ｑ個の画素３３１から構成される２次元画像形成装置３３０によって形成されているので、最高でも、２次元画像形成装置３３０を構成する連続した２つの画素３３１から成る周期を有する周波数である。
【０２２２】
２次元画像の共役像における空間周波数が最も低い状態にある２次元画像形成装置３３０の模式的な正面図は、図８の（Ａ）に示したと同様であるし、第１のレンズＬ1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図９の（Ａ）に示したと同様である。また、２次元画像の共役像における空間周波数が最も高い状態にある２次元画像形成装置３３０の模式的な正面図は、図８の（Ｂ）に示したと同様であるし、第１のレンズＬ1によって結像されたフーリエ変換像の光強度の周波数特性は、図９の（Ｂ）に示したと同様である。更には、空間フィルタＳＦ上（ｘｙ平面上）におけるフーリエ変換像の分布は、図１０の（Ａ）〜（Ｃ）に示したと同様である。
【０２２３】
空間フィルタＳＦにおける開口部３５１の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。更には、フーリエ変換像の平面波成分のピーク位置が中心となるように、各々の回折次数に対して開口部３５１を設ければよい。これによって、各開口部３５１の中心位置に、フーリエ変換像の光強度のピークが位置する。即ち、２次元画像における空間周波数が最低空間周波数成分（平面波成分）の場合におけるフーリエ変換像の周期的なパターンを中心として、２次元画像における正負の最高空間周波数を全て通過させ得るような開口部３５１とすればよい。
【０２２４】
ところで、最も空間周波数が高い状態とは、図８の（Ｂ）に示したように、全ての画素が、黒表示と白表示とを交互に表示する場合である。また、２次元画像形成装置３３０における画素構造の空間周波数と、２次元画像における空間周波数との関係は、以下のとおりである。即ち、開口が画素の全てを占めている（即ち、開口率１００％）と仮定したとき、２次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の（１／２）である。また、開口が画素の或る割合（１００％未満）を占めている場合には、２次元画像における最高空間周波数は、画素構造の空間周波数の（１／２）を下回る。それ故、空間フィルタＳＦにおいて現れる画素構造に起因した周期的なパターンの間隔の半分の位置までに、２次元画像における空間周波数は全て出現する。このことから、全ての開口部３５１を、空間的に相互に干渉することなく配置することができる。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部３５１には、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像が入射する一方、ｍ0＝３，ｎ0＝２の回折次数を有するフーリエ変換像は、他の開口部３５１には入射しない。これにより、フーリエ変換像毎に独立した開口部３５１を有する空間フィルタＳＦ上において、１つの開口部３５１に位置するフーリエ変換像内に、２次元画像形成装置３３０によって形成された２次元画像における空間周波数が存在する一方、開口部３５１の空間的な制限によって２次元画像形成装置３３０によって形成された２次元画像における空間周波数が欠落することはない。尚、画素構造の空間周波数を搬送周波数と見做すことができ、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数を搬送周波数とした画像情報に相当する。
【０２２５】
そして、空間フィルタＳＦにおいては、コンピュータ１１の制御下、Ｍ×Ｎ個のフーリエ変換像のそれぞれの通過／不通過を制御するために、開口部３５１の開閉制御が行われる。液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として高速動作させることによって開口部３５１の開閉制御を行うことができる。
【０２２６】
以上に説明したように、実施例４の３次元像表示装置３０１によれば、２次元画像形成装置３３０によって生成された２次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段３４０（第１のレンズＬ1）によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段３５０（空間フィルタＳＦ）によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成される構成を有するので、３次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。また、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。
【０２２７】
また、実施例４の３次元像表示装置３０１によれば、光線再生法を利用しているので、焦点調節、輻輳、運動視差などの視覚機能を満足した立体画像を提供することが可能である。更には、実施例４の３次元像表示装置３０１によれば、高次回折光を効率的に利用しているので、従来の画像出力手法と比較して、１つの画像出力デバイス（２次元画像形成装置３３０及び光学装置３３５）によって制御可能な光線（２次元画像の一種のコピー）を、複数の回折次数分だけ（即ち、Ｍ×Ｎ個）、得ることができる。しかも、実施例４の３次元像表示装置３０１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。
【実施例５】
【０２２８】
実施例５は、本発明の第７の態様及び第８の態様に係る３次元像表示装置に関する。図２７、図２８及び図２９に、単色表示の実施例５の３次元像表示装置の概念図を示す。ここで、図２７は、ｘｚ平面、ｘ’ｚ’平面における実施例５の３次元像表示装置の概念図である。ｙｚ平面、ｙ’ｚ’平面における実施例５の３次元像表示装置の概念図は、後述する結像手段４８２（第３のレンズＬ3）及びビームスプリッタ４８１の配置を除き、実質的には図２７と同様である。また、図２８は、実施例５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２９は、実施例５の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。尚、図２８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２７や図２９とは異なっている。更には、図２８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。
【０２２９】
本発明の第７の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例５の３次元像表示装置４０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素４３１を有し、光源１１０からの光を各画素４３１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４３１から生じる複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例５にあっては、Ｊ＝２）の２次元画像形成装置４３０、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置４３０から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記各画素４３１から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成し、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを選択し、更には、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、Ｊ個の２次元画像形成装置４３０によって生成された２次元画像の共役像（２次元画像の実像）を形成する画像制限・生成手段４３２、
（Ｄ）画像制限・生成手段から出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段４８０、並びに、
（Ｅ）光線進行方向変更手段４８０から出射された光線を結像させる結像手段４８２、
を備えている。
【０２３０】
そして、画像制限・生成手段４３２は、
（Ｃ−１）２次元画像形成装置４３０から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、各画素から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像を生成する第１のレンズＬ1、
（Ｃ−２）第１のレンズＬ1よりも光線進行方向変更手段側に配置され、これらのフーリエ変換像の内の所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを選択する散乱回折制限開口部（画像制限開口部）４３３、並びに、
（Ｃ−３）散乱回折制限開口部４３３よりも光線進行方向変更手段側に配置され、この選択されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換して、２次元画像形成装置４３０によって生成された２次元画像の共役像を形成する第２のレンズＬ2、
から構成されている。そして、散乱回折制限開口部４３３は、第１のレンズＬ1の後側焦点面であって、しかも、第２のレンズＬ2の前側焦点面に配置されている。後述する実施例７にあっても同様である。
【０２３１】
ここで、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当する。また、２次元画像の共役像における空間周波数は、２次元画像における空間周波数から画素構造の空間周波数が除去された空間周波数である。
【０２３２】
また、本発明の第８の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例５の３次元像表示装置４０１は、
（Ａ）光源１１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列されたＰ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の開口を有し、光源１１０からの光の通過を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、該２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例５にあってはＪ＝２）の２次元画像形成装置４３０、
（Ｃ）その前側焦点面にＪ個の２次元画像形成装置４３０が配置されている第１のレンズＬ1、
（Ｄ）第１のレンズＬ1の後側焦点面に配置され、所定回折次数の回折光（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみを通過させる散乱回折制限開口部（画像制限開口部）４３３、
（Ｅ）その前側焦点面に散乱回折制限開口部４３３が配置されている第２のレンズＬ2、
（Ｆ）第２のレンズＬ2の後方に配置され（具体的には、後側焦点面に配置され）、第２のレンズＬ2から出射された光線の進行方向を変更する（変化させる）光線進行方向変更手段４８０、並びに、
（Ｇ）光線進行方向変更手段４８０から出射された光線を結像させる第３のレンズＬ3、
を備えている。
【０２３３】
尚、実施例５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。
【０２３４】
そして、更には、実施例１において説明したコンピュータ１１が備えられている点は、先に説明したとおりである。
【０２３５】
ここで、実施例５あるいは後述する実施例７にあっては、Ｐ＝１０２４、Ｑ＝７６８であり、Ｓ0＝８、Ｔ0＝８である。但し、これらの値に限定するものではない。また、光線進行方向変更手段４８０までの光軸の部分であるｚ軸は、実施例５あるいは後述する実施例７の３次元像表示装置４０１を構成する光線進行方向変更手段４８０までの各構成要素の中心を通り、しかも、３次元像表示装置４０１を構成するこれらの構成要素と直交する。本発明の第７の態様に係る３次元像表示装置の構成要素と本発明の第８の態様に係る３次元像表示装置の構成要素とを対比すると、画像制限・生成手段４３２は、第１のレンズＬ1、散乱回折制限開口部（画像制限開口部）４３３及び第２のレンズＬ2に対応し、結像手段４８２は第３のレンズＬ3に対応している。それ故、便宜上、第１のレンズＬ1、散乱回折制限開口部４３３、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3という用語に基づき、以下、説明を行う。
【０２３６】
光源１１０と２次元画像形成装置４３０との間には、光源１１０から出射された光を整形するための照明光学系１２０が配置されている。そして、光源１１０から出射され、照明光学系１２０を通過した光（照明光）によって、２次元画像形成装置４３０が照明される。照明光として、例えば、空間コヒーレンスの高い光源１１０からの光を照明光学系１２０によって平行光に整形された光を用いる。尚、照明光の特性、及び、係る照明光を得るための具体的な構成例に関しては、実施例２において説明した照明光学系１２０と同様とすることができる。
【０２３７】
２次元画像形成装置４３０（画像形成装置２１，２２）は、２次元的に配列された複数の画素４３１を有し、各画素４３１は開口を備えている。具体的には、２次元画像形成装置４３０は、２次元的に配列された、即ち、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された、Ｐ×Ｑ個の画素４３１を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素２３１には開口が備えられている。
【０２３８】
１つの画素４３１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４３１の光透過率を制御することによって、光源１１０から出射された光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源１１０から出射された光が通過するとフラウンホーファー回折が生じる結果、各画素４３１において、Ｍ×Ｎの回折光が生成される。云い換えれば、画素４３１の数はＰ×Ｑであるが故に、総計（Ｐ×Ｑ×Ｍ×Ｎ）本の回折光が生じると考えることもできる。２次元画像形成装置４３０においては、２次元画像における空間周波数が、各画素４３１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４３０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。
【０２３９】
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Ｊ個の２次元画像形成装置４３０が配置されており、第１のレンズＬ1の後側焦点面（観察者側の焦点面）には散乱回折制限開口部４３３が配置されている。第１のレンズＬ1によって、複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成され、これらのフーリエ変換像は、散乱回折制限開口部４３３が位置する平面内に結像する。そして、所定回折次数の回折光（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみが散乱回折制限開口部４３３を通過する。また、焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2の前側焦点面には散乱回折制限開口部４３３が配置されている。更には、第２のレンズＬ2の後側焦点面であって、しかも、焦点距離ｆ3を有する第３のレンズＬ3の前側焦点面には、光線進行方向変更手段４８０が配置されている。第３のレンズＬ3の後側焦点面が結像面ＩＳに相当する。尚、第２のレンズＬ2と光線進行方向変更手段４８０との間には、ビームスプリッタ４８１が配置されており、第２のレンズＬ2からの光線は、ビームスプリッタ４８１を通過して光線進行方向変更手段４８０に入射する。
【０２４０】
コンピュータ１１の制御下、光線進行方向変更手段４８０は、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる反射型光学手段、具体的には、例えば、鏡から構成されている。より具体的には、鏡はポリゴン・ミラーから構成されており、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御することで、結像面ＩＳにおいて、像が結像する位置をＳ0×Ｔ0箇所（実施例５にあっては、８×８＝６４箇所）の２次元マトリクス的に配された位置とすることができる。
【０２４１】
尚、光線進行方向変更手段４８０を、入射する光線に対して出射する光線の角度を変更する（変化させる）ことができる透過型光学手段、具体的には、例えば、プリズムから成る構成とすることができる。そして、この場合には、例えば、ｚ軸を中心としてプリズムを所望の方向に回動（変化）させるような機構を設ければよい。
【０２４２】
第３のレンズＬ3は、その前側焦点面が第２のレンズＬ2の後側焦点面に一致するように配置され、その後側焦点面（結像面ＩＳ）にフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるように配置されている。光線進行方向変更手段４８０にて反射された光線は、ビームスプリッタ４８１で反射され、第３のレンズＬ3に入射する。ここで、第３のレンズＬ3の後側焦点面は散乱回折制限開口部４３３の共役面であることから、散乱回折制限開口部４３３から、２次元画像の共役像が出力されていること（但し、この２次元画像の共役像の最終的な方向成分は、光線進行方向変更手段４８０によって規定される）と等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分（Ｐ×Ｑ）であって、散乱回折制限開口部４３３を通過した光線である。即ち、散乱回折制限開口部４３３を通過する光線の光量が、それ以降の３次元像表示装置の構成要素を通過、反射することによって減少することは、実質的に無い。また、第３のレンズＬ2の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるが、２次元画像の共役像の方向成分は光線進行方向変更手段４８０によって規定されるので、第３のレンズＬ3の後側焦点面においては、光線群が２次元的に整然と配置されているとみなせる。即ち、全体としては、第３のレンズＬ3の後側焦点面（結像面ＩＳ）に、図４８に示したプロジェクタ・ユニット７０１が複数の数（具体的にはＳ0×Ｔ0個）、配置されている状態と等価である。尚、以下の説明において、光線進行方向変更手段４８０から出射された光線が、第３のレンズＬ3の後側焦点面（結像面ＩＳ）において、第（ｍ，ｎ）番目の位置に結像されたとき、係る結像を第（ｍ，ｎ）番目の結像と呼ぶ場合がある。尚、図２８においては、６４個の結像を点状にて図示した。
【０２４３】
図３０に模式的に示すように、２次元画像形成装置４３０における１つの画素４３１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３０では、０次光（ｎ0＝０）、±１次光（ｎ0＝±１）、及び、±２次光（ｎ0＝±２）の回折光のみを代表して図示しているが、実際には、更に高次の回折光が生成され、これらの回折光の一部に基づき、最終的に立体画像が形成される。ここで、各回折次数の回折光（光束）には、２次元画像形成装置４３０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４３０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４３１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４３０においては、光源１１０からの光が各画素４３１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４３１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４３０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。
【０２４４】
そして、２つの２次元画像形成装置４３０から出射され、合成された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４３１から生じる複数の回折次数に対応する数のフーリエ変換像が生成される。そして、これらのフーリエ変換像の内、所定のフーリエ変換像（例えば、平面波成分の０次回折を搬送周波数とする１次回折に対応するフーリエ変換像）のみが散乱回折制限開口部４３３を通過し、更には、この選択されたフーリエ変換像が第２のレンズＬ2によって逆フーリエ変換され、２次元画像形成装置４３０によって生成された２次元画像の共役像が形成され、この２次元画像の共役像は、光線進行方向変更手段４８０に入射する。尚、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、０次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ（即ち、画素構造の空間周波数の最大１／２の空間周波数まで）が、云い換えれば、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、２次元画像形成装置４３０の画素構造（開口構造）の空間周波数の半分以下の空間周波数が、散乱回折制限開口部４３３を通過する。こうして、光線進行方向変更手段４８０上に結像された２次元画像の共役像にあっては、２次元画像形成装置４３０の画素構造は含まれず、一方、２次元画像形成装置４３０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。
【０２４５】
２次元画像形成装置４３０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次元画像の共役像における空間周波数は、光線進行方向変更手段４８０から方向成分を変えられた状態で出射され、第３のレンズＬ3によって結像面ＩＳに結像される。第３のレンズＬ3において、光線進行方向変更手段４８０から出射された２次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。
【０２４６】
以下、光線進行方向変更手段４８０の位置制御のタイミング等について説明する。
【０２４７】
方向成分を有する像を第３のレンズＬ3によって結像させるために、２次元画像形成装置４３０の画像出力と同期して、光線進行方向変更手段４８０の位置制御を行う。この操作を、図３１及び図３２、並びに、再び、図１１及び図１３を参照して説明する。
【０２４８】
図１１に示すように、２次元画像形成装置４３０において、例えば時間ｔ1S〜ｔ1Eの間（期間ＴＭ1）に画像「Ａ」が表示され、時間ｔ2S〜ｔ2Eの間（期間ＴＭ2）に画像「Ｂ」が表示されるとする。このとき、光線進行方向変更手段４８０においては、図１１に示す期間ＴＭ1にあっては、第（３，２）番目の結像が得られるような位置制御がなされ、期間ＴＭ2にあっては第（３，３）番目の結像が得られるような位置制御がなされる。ここで、図１１の中段及び下段における「第（３，２）番目の開口部」及び「第（３，３）番目の開口部」を、それぞれ、『第（３，２）番目の結像』、『第（３，３）番目の結像』と読み替えればよい。尚、図３１にあっては、第（３，２）番目の結像が得られるような位置制御の状態にある光線進行方向変更手段４８０を点線で示し、結像面ＩＳにおいて得られた像を概念的に「Ａ」で示し、第（３，３）番目の結像が得られるような位置制御の状態にある光線進行方向変更手段４８０を実線で示し、結像面ＩＳにおいて得られた像を概念的に「Ｂ」で示す。こうして、第１のレンズＬ1によって生成されるフーリエ変換像に、異なる画像情報（方向成分）を付加することができる。云い換えれば、期間ＴＭ1にあっては、フーリエ変換像には、画像「Ａ」に関する画像情報が含まれている。一方、期間ＴＭ2にあっては、フーリエ変換像には、画像「Ｂ」に関する画像情報が含まれている。
【０２４９】
図３２に、２次元画像形成装置４３０における画像形成のタイミングと光線進行方向変更手段４８０の位置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４３０において画像「Ａ」が表示され、光線進行方向変更手段４８０にフーリエ変換像「α」として集光される。そして、期間ＴＭ1では、第（３，２）番目の結像が得られる。次の期間ＴＭ2にあっては、２次元画像形成装置４３０において画像「Ｂ」が表示され、同様に光線進行方向変更手段４８０にフーリエ変換像「β」として集光される。そして、期間ＴＭ2では、第（３，３）番目の結像が得られる。以下、順次、２次元画像形成装置４３０の画像形成タイミングに同期して、光線進行方向変更手段４８０の位置制御を行う。尚、図３２において、結像面ＩＳにおける結像位置を実線で囲み、光線進行方向変更手段４８０の位置制御の他のタイミングにおける結像位置を点線で囲んだ。
【０２５０】
尚、光線進行方向変更手段４８０による光線の進行方向の変更を、２次元画像形成装置４３０に基づく２次元画像の生成と同期させる必要があるが、光線進行方向変更手段４８０によって結像面ＩＳに或る像（例えば「α」）を結像した後、光線進行方向変更手段４８０の位置を変更し（変化させ）、光線進行方向変更手段４８０によって結像面ＩＳに次の像（例えば「β」）を結像するまでの間は、光源１１０の動作を中断し、２次元画像形成装置４３０によって２次元画像を生成させない。
【０２５１】
このようなタイミングで２次元画像形成装置４３０における画像形成と光線進行方向変更手段４８０の位置制御とを行った場合に、この３次元像表示装置の最終出力として得られる画像を、図１３に模式的に示す。図１３において、画像「Ａ’」は、第（３，２）番目の結像の結果得られる画像であり、画像「Ｂ’」は、第（３，３）番目の結像の結果得られる画像であり、画像「Ｃ’」は、第（４，２）番目の結像の結果得られる画像である。尚、図１３に示す画像は、観察者が眺める画像である。図１３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１３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表示フレームの表示期間内に、（Ｓ0×Ｔ0）の回数の２次元画像の生成及び光線進行方向変更手段４８０の位置制御が行われる。また、図１３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。
【０２５２】
即ち、前述したように、第３のレンズＬ3の後側焦点面（結像面ＩＳ）からは、第２のレンズＬ2によって生成された２次元画像の共役像（例えば、時系列的に、画像「Ａ’」、画像「Ｂ’」・・・画像「Ｃ’」）が出力される。即ち、全体としては、第３のレンズＬ3の後側焦点面に、図４８に示したプロジェクタ・ユニット７０１が複数個（具体的にはＳ0×Ｔ0個）、配置されており、時系列的に、或るプロジェクタ・ユニット７０１から画像「Ａ’」が出力され、別のプロジェクタ・ユニット７０１から画像「Ｂ’」が出力され、更に別のプロジェクタ・ユニット７０１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４３０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。
【０２５３】
以上に説明したように、実施例５の３次元像表示装置４０１によれば、２次元画像形成装置４３０によって生成された２次元画像における空間周波数が、光線進行方向変更手段４８０から所定の角度に沿って出射され、共役像ＣＩが結像面ＩＳに結像される構成を有するので、３次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。また、光線進行方向変更手段４８０とを設けることによって、得られる像のコントラストの低下を招くことが無くなり、クリアーでぼけの無い立体画像を観察することができる。しかも、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。
【０２５４】
また、実施例５の３次元像表示装置４０１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５の３次元像表示装置４０１によれば、光線進行方向変更手段４８０によって画像の方向成分を制御しており、しかも、実施例５の３次元像表示装置４０１によれば、光線進行方向変更手段４８０によって空間的、且つ、時間的に一種のフィルタリングを行うので、３次元像表示装置の時間的特性を、３次元像表示装置の空間的特性に変換することができる。また、拡散スクリーン等を用いること無く、立体画像を得ることができる。更には、どのような方向からの観察に対しても適切な立体画像を提供することができる。また、空間的に高い密度で光線群を生成・散布することができるので、視認限界に近い精細な空間画像を提供することができる。
【実施例６】
【０２５５】
実施例６は、本発明の第９の態様及び第１０の態様に係る３次元像表示装置に関する。図３３に、単色表示の実施例６の３次元像表示装置の概念図を示す。尚、図３３において、光軸をｚ軸とし、ｚ軸に直交する平面内での直交座標をｘ軸、ｙ軸とし、ｘ軸と平行な方向をＸ方向、ｙ軸と平行な方向をＹ方向とする。Ｘ方向を、例えば３次元像表示装置における水平方向とし、Ｙ方向を、例えば３次元像表示装置における垂直方向とする。ここで、図３３は、ｙｚ平面における実施例６の３次元像表示装置の概念図である。ｘｚ平面における実施例６の３次元像表示装置の概念図も、実質的には図３３と同様である。また、図３４は、実施例６の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図であり、図３５は、実施例６の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。尚、図３４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３３や図３５とは異なっている。更には、図３４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。また、２次元画像形成装置、フーリエ変換像形成手段（第１のレンズ）、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）の近傍を拡大した概念図を、図３６、及び、図３７の（Ａ）、（Ｂ）に示す。更には、光源の模式的な正面図を図３８に示し、空間フィルタの模式的な正面図を図３９に示す。
【０２５６】
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４８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７０１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。
【０２５７】
一方、実施例６の３次元像表示装置５０１にあっては、図３３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６の３次元像表示装置５０１は、１つの３次元像表示装置で、図４８に示した多数（Ｕ0×Ｖ0個）のプロジェクタ・ユニット７０１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。
【０２５８】
本発明の第９の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例６の３次元像表示装置５０１は、
（Ａ）離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源５１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｐ×Ｑ個（但し、Ｐ及びＱは任意の正の整数）の画素５３１を有し、光源５１０の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光（照明光）を各画素５３１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５３１から生じる複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応した回折角に沿って出射する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例６にあってはＪ＝２）の２次元画像形成装置５３０、並びに、
（Ｃ）Ｊ個の２次元画像形成装置５３０から出射された２次元画像における空間周波数をフーリエ変換して、前記複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）に対応する数のフーリエ変換像を生成し、該フーリエ変換像を結像させるフーリエ変換像形成手段５４０、
を備えており、更には、
（Ｅ）フーリエ変換像形成手段５４０によって結像されたフーリエ変換像の共役像を形成する共役像形成手段５６０、
を備えている。
【０２５９】
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。
【０２６０】
あるいは又、本発明の第１０の態様に係る３次元像表示装置の構成要素に沿って説明すると、実施例６の３次元像表示装置５０１は、
（Ａ）離散して配された複数の光出射位置から光を出射する光源５１０、
（Ｂ）それぞれが、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された開口（個数：Ｐ×Ｑ）を有し、光源５１０の異なる光出射位置から順次出射され、入射方向が異なる光（照明光）の通過を開口毎に制御することで２次元画像を生成し、且つ、この２次元画像に基づき、開口毎に、複数の回折次数（総計Ｍ×Ｎ）の回折光を生成する、Ｊ個（但し、Ｊは２以上の整数であり、実施例６にあってはＪ＝２）の２次元画像形成装置５３０、
（Ｃ）その前側焦点面（光源側の焦点面）にＪ個の２次元画像形成装置５３０が配置されている第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、その前側焦点面（光源側の焦点面）が位置している第２のレンズＬ2、並びに、
（Ｅ）第２のレンズＬ2の後側焦点面に、その前側焦点面が位置している第３のレンズＬ3、
を備えている。
【０２６１】
そして、更には、実施例１において説明したコンピュータ１１が備えられている点は、先に説明したとおりである。
【０２６２】
実施例６の３次元像表示装置５０１において、光源５１０は、発光素子１１、及び、発光素子１１から出射された光であって、２次元画像形成装置５３０に入射する光の入射方向を変更するための光線進行方向変更手段を備えている。ここで、複数の発光素子１１（具体的には、発光ダイオード）が備えられ、複数の発光素子１１は、２次元マトリクス状に配列されている。尚、２次元マトリクス状に配列された複数の発光素子１１の個数はＵ0’×Ｖ0’個であり、光源５１０における離散して配された光出射位置の数はＵ0×Ｖ0（但し、Ｕ0＝Ｕ0’，Ｖ0＝Ｖ0’）である。実施例６にあっては、Ｐ＝１０２４、Ｑ＝７６８であり、Ｕ0＝１１、Ｖ0＝１１である。但し、これらの値に限定するものではない。また、光線進行方向変更手段は、屈折型光学手段、具体的には、レンズ、より具体的には、コリメータレンズ１２から構成されている。ここで、コリメータレンズ１２の前側焦点面近傍に複数の発光素子１１が配置されており、各発光素子１１から出射され、コリメータレンズ１２に入射し、コリメータレンズ１２から出射するときの光（平行光）の出射方向を、コリメータレンズ１２によって立体的に変えることができる結果、２次元画像形成装置５３０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３６参照）。尚、各発光素子１１から出射される光の出射方向を、実施例６にあっては同じとしたが（具体的には、光軸に平行としたが）、異なっていてもよい。あるいは又、云い換えれば、光源である複数の発光素子１１と２次元画像形成装置５３０との間にはレンズ（具体的には、コリメータレンズ１２）が配置されており、複数の発光素子１１は、このコリメータレンズ１２の前側焦点面あるいは前側焦点面近傍に位置している。
【０２６３】
ｚ軸（光軸に相当する）は、実施例６の３次元像表示装置５０１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５０１を構成する各構成要素と直交する。本発明の第９の態様に係る３次元像表示装置の構成要素と本発明の第１０の態様に係る３次元像表示装置の構成要素とを対比すると、フーリエ変換像形成手段５４０は第１のレンズＬ1に対応し、後述するフーリエ変換像選択手段５５０は空間フィルタＳＦに対応し、逆フーリエ変換手段は第２のレンズＬ2に対応し、共役像形成手段５６０は第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3に対応している。それ故、便宜上、２次元画像形成装置５３０、第１のレンズＬ1、空間フィルタＳＦ、第２のレンズＬ2、及び、第３のレンズＬ3という用語に基づき、以下、説明を行う。
【０２６４】
光源５１０を構成する発光素子１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射された光束が、２次元画像形成装置５３０、第１のレンズＬ1、及び、空間フィルタＳＦを通過する状態を、模式的に、図３６に示す。図３６においては、光源５１０を構成する発光素子１１Ａから出射された光束を実線で示し、発光素子１１Ｂから出射された光束を一点鎖線で示し、発光素子１１Ｃから出射された光束を点線で示す。また、発光素子１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射された照明光によって形成された空間フィルタＳＦにおける像の位置を、それぞれ、符号（１１Ａ），（１１Ｂ），（１１Ｃ）で示す。尚、光源５１０を構成する発光素子１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのそれぞれの位置番号（これについては後述する）は、例えば、第（５，０）番目、第（０，０）番目、及び、第（−５，０）番目である。ここで、或る発光素子が発光状態にあるときには、他の全ての発光素子は消灯状態となる。
【０２６５】
発光素子１１と２次元画像形成装置５３０との間には、上述したとおり、コリメータレンズ１２が配置されている。そして、発光素子１１から出射され、コリメータレンズ１２を通過した照明光によって、２次元画像形成装置５３０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５３０への入射方向は、発光素子１１の２次元的な位置（光出射位置）に依存して立体的に異なっている。
【０２６６】
２次元画像形成装置５３０は２次元的に配列された複数の画素５３１を有し、各画素５３１は開口を備えている。ここで、２次元画像形成装置５３０は、具体的には、２次元的に配列された、即ち、Ｘ方向及びＹ方向に沿って２次元マトリクス状に配列された、Ｐ×Ｑ個の画素５３１を有する透過型の液晶表示装置から成り、各画素５３１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。
【０２６７】
１つの画素５３１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５３１の光透過率を制御することによって、光源５１０から出射された照明光の光透過率を制御し、全体として、２次元画像を得ることができる。透明第１電極と透明第２電極の重複領域には、矩形の開口が設けられており、係る開口を光源５１０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５３１において、Ｍ×Ｎの回折光が生成される。云い換えれば、画素５３１の数はＰ×Ｑであるが故に、総計（Ｐ×Ｑ×Ｍ×Ｎ）本の回折光が生じると考えることもできる。２次元画像形成装置５３０においては、２次元画像における空間周波数が、各画素５３１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５３０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。
【０２６８】
実施例６の３次元像表示装置５０１にあっては、フーリエ変換像形成手段５４０はレンズ（第１のレンズＬ1）から成り、このレンズ（第１のレンズＬ1）の前側焦点面（光源側の焦点面）に２次元画像形成装置５３０が配置されている。
【０２６９】
実施例６の３次元像表示装置５０１には、複数の回折次数に対応する数だけ生成されたフーリエ変換像の内、所望の回折次数に対応するフーリエ変換像を選択するフーリエ変換像選択手段５５０が備えられている。ここで、このフーリエ変換像選択手段５５０は、フーリエ変換像が結像される位置（フーリエ変換像形成手段５４０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５５０は、フーリエ変換像形成手段５４０を構成するレンズ（第１のレンズＬ1）の後側焦点面（観察者側の焦点面）に配置されている。あるいは又、云い換えれば、実施例６の３次元像表示装置５０１は、光源５１０の光出射位置の数に対応した数の開閉制御可能な開口部５５１を有し、第１のレンズＬ1の後側焦点面に位置する空間フィルタＳＦを備えている。即ち、フーリエ変換像選択手段５５０（空間フィルタＳＦ）は、光源５１０の離散して配された光出射位置の数（Ｕ0×Ｖ0＝ＬＥＰTotal）に対応した数（Ｕ0×Ｖ0＝ＬＥＰTotal）の開口部５５１を有する。
【０２７０】
ここで、フーリエ変換像選択手段５５０（あるいは空間フィルタＳＦ）は、より具体的には、例えば、Ｕ0×Ｖ0個の画素を有する強誘電性液晶を用いた透過型の液晶表示装置又は反射型の液晶表示装置、あるいは、可動ミラーが２次元マトリクス状に配列された装置を含む２次元型のＭＥＭＳから構成することができる。ここで、例えば、液晶セルを一種の光シャッター（ライト・バルブ）として動作させることによって開口部５５１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５５１の開閉制御を行うことができる。フーリエ変換像選択手段５５０（空間フィルタＳＦ）においては、２次元画像形成装置５３０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５５１（具体的には、０次の回折光を通過させるための開口部５５１）を開状態とすることによって、所望の回折次数（０次）に対応するフーリエ変換像を選択することができる。
【０２７１】
更には、３次元像表示装置５０１は、フーリエ変換像形成手段５４０によって結像されたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置５３０によって生成された２次元画像の実像ＲＩを形成する逆フーリエ変換手段（具体的には、後述する第２のレンズＬ2）を更に備えている。
【０２７２】
実施例６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。
【０２７３】
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５３０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３４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。そして、図３４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、光出射位置に対応して開状態となった開口部５５１を通過することで、選択される。
【０２７４】
２次元マトリクス状に配列された複数の発光素子から成る光源５１０の模式的な正面図を図３８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３９に示す。図３８及び図３９中、数字（ｕ，ｖ）は、光源５１０を構成する発光素子あるいは空間フィルタＳＦを構成する開口部５５１の位置番号を示す。即ち、例えば、第（３，２）番目の開口部５５１には、第（３，２）番目に位置する発光素子による２次元画像の所望のフーリエ変換像（例えば０次の回折に対応するフーリエ変換像）のみが入射し、第（３，２）番目の開口部５５１を通過する。第（３，２）番目に位置する発光素子による２次元画像の所望のフーリエ変換像以外のフーリエ変換像は、空間フィルタＳＦによって遮られる。焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2の前側焦点面には空間フィルタＳＦが配置されている。更には、第２のレンズＬ2の後側焦点面と、焦点距離ｆ3を有する第３のレンズＬ3の前側焦点面とが一致するように、第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3が配置されている。
【０２７５】
空間フィルタＳＦにおける開口部５５１の平面形状は、フーリエ変換像の形状に基づき決定すればよい。更には、フーリエ変換像の平面波成分のピーク位置が中心となるように、例えば０次の回折に対応するフーリエ変換像に対して開口部５５１を設ければよい。これによって、各開口部５５１の中心位置に、フーリエ変換像の光強度のピークが位置する。即ち、２次元画像における空間周波数が最低空間周波数成分（平面波成分）の場合におけるフーリエ変換像の周期的なパターンを中心として、２次元画像における正負の最高空間周波数を全て通過させ得るような開口部５５１とすればよい。
【０２７６】
前述したとおり、共役像形成手段５６０は、具体的には、第２のレンズＬ2及び第３のレンズＬ3から構成されている。そして、焦点距離ｆ2を有する第２のレンズＬ2は、空間フィルタＳＦによってフィルタリングされたフーリエ変換像を逆フーリエ変換することにより、２次元画像形成装置５３０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５３０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５３０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。
【０２７７】
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５５１に相当する部分から、２次元画像形成装置５３０によって生成された２次元画像が出力されていることと等価となる。そして、最終的に生成・出力される光線の量は、画素数分（Ｐ×Ｑ）であって、空間フィルタＳＦを通過した光線である。即ち、空間フィルタＳＦを通過する光線の光量が、それ以降の３次元像表示装置の構成要素を通過、反射することによって減少することは、実質的に無い。また、第３のレンズＬ3の後側焦点面にはフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成されるが、２次元画像の共役像の方向成分は光源５１０から出射され、２次元画像形成装置５３０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４８に示したプロジェクタ・ユニット７０１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。
【０２７８】
図３７の（Ａ）及び（Ｂ）に模式的に示すように、２次元画像形成装置５３０における１つの画素５３１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３７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３７の（Ａ）は、発光素子５１１Ｂ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３７の（Ｂ）は、発光素子５１１Ａ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５３０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５３０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５３１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５３０においては、光源５１０からの照明光が各画素５３１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５３１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５３０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。
【０２７９】
そして、２つの２次元画像形成装置５３０によって形成され、合成された、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５３１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５３０によって生成された２次元画像の共役像が形成され、この２次元画像の共役像は、第３のレンズＬ3に入射し、第３のレンズＬ3によって共役像ＣＩが結像される。尚、２次元画像における空間周波数は、画素構造の空間周波数をキャリア周波数とした画像情報に相当するが、０次の平面波を搬送波とする画像情報の領域のみ（即ち、画素構造の空間周波数の最大１／２の空間周波数まで）が、云い換えれば、平面波成分の０次回折をキャリア周波数とする１次回折として得られるものであって、２次元画像形成装置５３０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５３０の画素構造は含まれず、一方、２次元画像形成装置５３０によって生成された２次元画像における空間周波数の全てが含まれている。そして、第３のレンズＬ3において、２次元画像の共役像における空間周波数のフーリエ変換像が生成されるので、空間的に高い密度にてフーリエ変換像を得ることができる。
【０２８０】
空間フィルタＳＦにおける開口部５５１の開閉制御のタイミングは、実施例２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、空間フィルタＳＦが占める空間を或る時間長さで眺めた場合、Ｕ0×Ｖ0個の輝点（フーリエ変換像）が２次元マトリクス状に並んだ状態（図３４に示した状態に類似した状態）が見られるであろう。
【０２８１】
空間フィルタＳＦに設けられた開口部５５１の開閉制御を、全ての開口部５５１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５５１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５５１だけの開閉制御を行ってもよい。
【０２８２】
以上に説明したように、実施例６の３次元像表示装置５０１によれば、所定の発光素子５１１を発光させる一方、フーリエ変換像選択手段５５０（空間フィルタＳＦ）における所望の開口部５５１を開口する。従って、２次元画像形成装置５３０によって生成された２次元画像における空間周波数が、複数の回折次数に対応した回折角に沿って出射され、フーリエ変換像形成手段５４０（第１のレンズＬ1）によってフーリエ変換されることで得られたフーリエ変換像は、フーリエ変換像選択手段５５０（空間フィルタＳＦ）によって、空間的、且つ、時間的にフィルタリングされ、そのフィルタリングされたフーリエ変換像の共役像ＣＩが形成される構成を有するので、３次元像表示装置全体を大型化することなく、空間的に高い密度で、しかも、複数の方向に分布した状態で、光線群を生成・散布することができる。また、光線群の構成要素である個々の光線を、独立して、時間的及び空間的に制御することができる。これにより、実世界の物体と同質に近い光線による立体画像を得ることができる。
【０２８３】
また、実施例６の３次元像表示装置５０１によれば、光線再生法を利用しているので、焦点調節、輻輳、運動視差などの視覚機能を満足した立体画像を提供することが可能である。更には、実施例６の３次元像表示装置５０１によれば、複数の離散して配された光出射位置に依存して２次元画像形成装置５３０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５３０）によって制御可能な光線を、離散して配された光出射位置の数だけ（即ち、Ｕ0×Ｖ0個）、得ることができる。しかも、実施例６の３次元像表示装置５０１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。
【０２８４】
実施例６の変形例を図４０に示す。この３次元像表示装置にあっては、光源５１０が２次元マトリクス状に配列された複数の発光素子５１１を具備し、各発光素子５１１から出射される光の出射方向が異なるように各発光素子５１１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６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４０に示す。尚、図４０においては、光源５１０を構成する発光素子５１１Ａから出射された光束の１本を実線で示し、発光素子５１１Ｂから出射された光束の１本を一点鎖線で示し、発光素子５１１Ｃから出射された光束の１本を点線で示す。また、発光素子５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃから出射された照明光によって形成された空間フィルタＳＦにおける像の位置を、それぞれ、符号（１１Ａ），（１１Ｂ），（１１Ｃ）で示し、発光素子５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃ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５３０、フーリエ変換像形成手段５４０（第１のレンズＬ1）、フーリエ変換像選択手段５５０（空間フィルタＳＦ）の近傍を拡大した概念図であって、光源５１０を構成する発光素子５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃから出射された光束が、２次元画像形成装置５３０、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４１、図４２、及び、図４３に示す。尚、光源５１０を構成する発光素子５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃのそれぞれの位置番号は、例えば、第（５，０）番目、第（０，０）番目、及び、第（−５，０）番目である。ここで、或る発光素子が発光状態にあるときには、他の全ての発光素子は消灯状態となる。尚、図４０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。
【実施例７】
【０２８５】
実施例７は、実施例２〜実施例５の変形である。実施例７の３次元像表示装置の概念図を、図４４に示す。実施例２〜実施例５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１３０，２３０，３３０，４３０を用いた。一方、実施例７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１３０Ａ，２３０Ａ，３３０Ａ，４３０Ａを用いる。反射型の２次元画像形成装置１３０Ａ，２３０Ａ，３３０Ａ，４３０Ａ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。
【０２８６】
そして、実施例７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１７０が備えられている。ビームスプリッタ１７０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１７０は、光源１１０から出射された光を反射型の２次元画像形成装置１３０Ａ，２３０Ａ，３３０Ａ，４３０Ａに向けて反射する。また、２次元画像形成装置１３０Ａ，２３０Ａ，３３０Ａ，４３０Ａからの反射光を透過する。この点を除き、実施例７の３次元像表示装置の構成、構造は、実施例２〜実施例５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。
【０２８７】
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２〜実施例７において説明した３次元像表示装置を、適宜組み合わせることができる。
【０２８８】
実施例２においては、フーリエ変換像形成手段１４０を構成するレンズ（第１のレンズＬ1）の前側焦点面に２次元画像形成装置１３０，１３０Ａが配置されており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成としたが、場合によっては、２次元画像における空間周波数にクロストークが生じる結果、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、フーリエ変換像形成手段１４０を構成するレンズ（第１のレンズＬ1）の前側焦点面からずれた位置に２次元画像形成装置１３０，１３０Ａやオーバーサンプリングフィルタ（回折光生成部材）を配置してもよいし、後側焦点面からずれた位置にフーリエ変換像選択手段を配置してもよい。また、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。
【０２８９】
実施例３にあっては、オーバーサンプリングフィルタＯＳＦを構成する格子フィルタを位相格子から構成したが、代替的に振幅格子から構成してもよい。また、フーリエ変換像形成手段２４０を構成するレンズ（第３のレンズＬ3）の前側焦点面にオーバーサンプリングフィルタＯＳＦが配置されており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段１５０（空間フィルタＳＦ）が配置されている構成としたが、場合によっては、２次元画像の共役像における空間周波数にクロストークが生じる結果、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、フーリエ変換像形成手段１４０を構成するレンズ（第３のレンズＬ3）の前側焦点面からずれた位置にオーバーサンプリングフィルタＯＳＦを配置してもよいし、後側焦点面からずれた位置にフーリエ変換像選択手段１５０（空間フィルタＳＦ）を配置してもよい。また、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3、第４のレンズＬ4、第５のレンズＬ5は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。
【０２９０】
実施例４において、２次元画像形成装置３３０と光学装置３３５との間に、例えば、２枚の凸レンズを配置し、一方の凸レンズの前側焦点面に２次元画像形成装置３３０を配置し、一方の凸レンズの後側焦点に他方の凸レンズの前側焦点を位置させ、他方の凸レンズの後側焦点面に光学装置３３５を配置する構成とすることもできる。また、光学装置３３５を構成する光学素子３３６を、代替的に凹レンズから構成することもできる。この場合には、仮想の開口領域３３７は、２次元画像形成装置３３０の前方（光源側）に位置する。更には、光学素子３３６を、通常のレンズに代えて、フレネルレンズから構成してもよい。また、フーリエ変換像形成手段３４０を構成するレンズ（第１のレンズＬ1）の前側焦点面に光学装置３３５を構成する光学素子３３６の焦点が位置しており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成としたが、場合によっては、２次元画像における空間周波数にクロストークが生じる結果、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、フーリエ変換像形成手段３４０を構成するレンズ（第１のレンズＬ1）の前側焦点面からずれた位置に光学装置３３５を構成する光学素子３３６の焦点を位置させてもよいし、後側焦点面からずれた位置にフーリエ変換像選択手段を配置してもよい。また、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。
【０２９１】
実施例５において、第２のレンズＬ3の後側焦点面であって、第３のレンズＬ2の前側焦点面に、光線進行方向変更手段４８０を配置したが、場合によっては、これらの焦点面からずれた位置に光線進行方向変更手段４８０を配置してもよい。また、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。
【０２９２】
実施例６にあっては、光源５１０と２次元画像形成装置５３０との間にコリメータレンズ５１２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。また、実施例６にあっては、光源を、発光素子、及び、発光素子から出射された光の進行方向を変更するための光線進行方向変更手段（具体的には、反射型光学手段）を備えている構成とすることもできる。具体的には、例えば、ポリゴン・ミラーをその回転軸を中心として回転させながら、回転軸の傾斜角を制御すればよい。あるいは又、光線進行方向変更手段を、曲面から構成された凸面鏡、曲面から構成された凹面鏡、多面体から構成された凸面鏡、多面体から構成された凹面鏡）から構成し、鏡から出射するときの照明光の光出射位置を、鏡の位置等の制御を行うことで変化（変更）すればよい。また、空間フィルタＳＦ（フーリエ変換像選択手段５５０）の代わりに、光出射位置の数に対応した数の開口部を有し、第１のレンズＬ1の後側焦点面に位置する散乱回折制限部材を備えている構成とすることもできる。この散乱回折制限部材は、実施例２と同様に、例えば、光を通さない板状部材に開口部（例えば、ピンホール）を設けることで作製することができる。ここで、開口部の位置は、フーリエ変換像選択手段あるいは第１のレンズＬ1によって得られるフーリエ変換像（あるいは回折光）の内の所望の（例えば、０次の回折次数を有する）フーリエ変換像（あるいは回折光）が結像する位置とすればよく、係る開口部の位置は、離散して配された光出射位置に対応させればよい。更には、フーリエ変換像形成手段５４０を構成するレンズ（第１のレンズＬ1）の前側焦点面に２次元画像形成装置５３０が配置されており、後側焦点面にフーリエ変換像選択手段が配置されている構成としたが、場合によっては、最終的に得られる立体画像に劣化が生じるものの、係る劣化が許容されるならば、フーリエ変換像形成手段５４０を構成するレンズ（第１のレンズＬ1）の前側焦点面からずれた位置に２次元画像形成装置５３０を配置してもよいし、後側焦点面からずれた位置に空間フィルタＳＦ（フーリエ変換像選択手段５５０）を配置してもよい。また、第１のレンズＬ1、第２のレンズＬ2、第３のレンズＬ3は凸レンズに限定されず、適宜、適切なレンズを選択すればよい。更には、光源を、赤色発光素子、緑色発光素子、及び、青色発光素子から構成し、これらの赤色発光素子、緑色発光素子、及び、青色発光素子を、順次、発光状態とすることで、カラー表示を行うこともできる。
【０２９３】
実施例２〜実施例７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１１０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２における３次元像表示装置を例にとり説明すると、図４５の（Ａ）に示すように、照明光学系１２０と２次元画像形成装置１３０との間に、波長選択を行う狭帯域フィルタ１７１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。
【０２９４】
あるいは又、光源１１０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４５の（Ｂ）に示すように、照明光学系１２０と２次元画像形成装置１３０との間に、ダイクロイックプリズム１７２及び波長選択を行う狭帯域フィルタ１７１Ｇ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１７２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１７２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１７１Ｇが配置されている。
【０２９５】
また、図４６に示すように、ダイクロイックプリズム１７２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１７１Ｇ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１７１Ｒ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１７１Ｂを配置すれば、３原色を表示する３つの３次元像表示装置に対する光源を構成することができる。このような構成の３つの３次元像表示装置を用い、あるいは又、赤色光を出射する光源と３次元像表示装置、緑色光を出射する光源と３次元像表示装置、及び、青色光を出射する光源と３次元像表示装置の組合せを用い、各３次元像表示装置からの画像を、例えば光合成プリズムを用いて合成することで、カラー表示を行うことができる。尚、ダイクロイックプリズムの代わりに、ダイクロイックミラーを用いることもできる。尚、以上に説明したこれらの３次元像表示装置の変形例は実施例２〜実施例７に適用することができることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０２９６】
【図１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の画像再生装置の概念図、及び、時分割のスキームを表す概念図である。
【図２】図２は、実施例２の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。
【図３】図３は、実施例２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４】図４は、実施例２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５】図５は、実施例２の３次元像表示装置におけるフーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）の１例の模式的な正面図である。
【図６】図６は、実施例２の３次元像表示装置における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７】図７は、実施例２の３次元像表示装置におけるフーリエ変換像形成手段（第１のレンズＬ1）における集光状態、及び、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）における結像状態を模式的に示す図である。
【図８】図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、２次元画像形成装置によって形成された２次元画像における空間周波数が最も低い状態、及び、最も高い状態を示す２次元画像形成装置の模式的な正面図である。
【図９】図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、２次元画像形成装置によって形成された２次元画像における空間周波数が最も低い状態、及び、最も高い状態におけるフーリエ変換像の光強度の周波数特性を模式的に示す図である。
【図１０】図１０の（Ａ）は、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）のｘｙ平面上におけるフーリエ変換像の分布を示す模式図であり、図１０の（Ｂ）及び（Ｃ）は、図１０の（Ａ）のｘ軸上でのフーリエ変換像の光強度分布を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例２の３次元像表示装置における２次元画像形成装置での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１２】図１２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１３】図１３は、図１２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１４】図１４の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、実施例２の３次元像表示装置における光源及び照明光学系の第１構成例、第２構成例、及び、第３構成例を示す模式図である。
【図１５】図１５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例２の３次元像表示装置における光源及び照明光学系の第４構成例、及び、第５構成例を示す模式図である。
【図１６】図１６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１７】図１７は、実施例３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１８】図１８は、実施例３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１９】図１９は、実施例３の３次元像表示装置における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２０】図２０は、実施例３の３次元像表示装置におけるフーリエ変換像形成手段（第３のレンズＬ3）における集光状態、及び、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）における結像状態を模式的に示す図である。
【図２１】図２１は、実施例４の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。
【図２２】図２２は、実施例４の３次元像表示装置における光学装置の動作、作用を説明するための概念図である。
【図２３】図２３は、実施例４の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図である。
【図２４】図２４は、実施例４の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。
【図２５】図２５は、実施例４の３次元像表示装置を構成する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２６】図２６は、実施例４の３次元像表示装置において、フーリエ変換像形成手段（第１のレンズＬ1）における集光状態、及び、フーリエ変換像選択手段（空間フィルタ）における結像状態を模式的に示す図である。
【図２７】図２７は、実施例５の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。
【図２８】図２８は、実施例５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２９】図２９は、実施例５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３０】図３０は、実施例５の３次元像表示装置における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３１】図３１は、実施例５の３次元像表示装置において、光線進行方向変更手段の位置制御を行うことで、結像面においてどの位置に像が結像するかを模式的に示す図である。
【図３２】図３２は、実施例５の３次元像表示装置において、２次元画像形成装置における画像形成と光線進行方向変更手段の位置制御によって得られた画像との関係を模式的に示す図である。
【図３３】図３３は、実施例６の３次元像表示装置のｙｚ平面における概念図である。
【図３４】図３４は、実施例６の３次元像表示装置を斜めから見たときの概念図である。
【図３５】図３５は、実施例６の３次元像表示装置の構成要素の配置状態を模式的に示す図である。
【図３６】図３６は、実施例６の３次元像表示装置の一部を拡大した概念図である。
【図３７】図３７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例６において、２次元画像形成装置によって、複数の回折次数の回折光が生成される状態を模式的に示す図である。
【図３８】図３８は、実施例６における光源の模式的な正面図である。
【図３９】図３９は、実施例６における空間フィルタの模式的な正面図である。
【図４０】図４０は、実施例６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４１】図４１は、図４０に示す実施例６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、或る発光素子が発光状態にある）である。
【図４２】図４２は、図４０に示す実施例６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、別の発光素子が発光状態にある）である。
【図４３】図４３は、図４０に示す実施例６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、更に別の発光素子が発光状態にある）である。
【図４４】図４４は、実施例７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４５】図４５の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２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４６】図４６は、実施例２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４７】図４７は、実施例２の３次元像表示装置をマルチユニット方式に適用したときの配置状態を模式的に示す図である。
【図４８】図４８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】
【０２９７】
１０・・・画像再生装置、１１・・・コンピュータ、１２・・・記録手段、１３，１４・・・ＤＶＩ出力端子、１５，１６・・・ケーブル、２１，２２・・・画像形成装置、２３，２４・・・光学系、２５・・・ビームスプリッタ、１０１，２０１，３０１，４０１，５０１・・・３次元像表示装置、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅ・・・光源、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄ，１２０Ｅ・・・照明光学系、１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄ，１２４Ｅ・・・レンズ、１２２Ａ，１２２Ｃ，１２２Ｄ・・・円形開口板、１２２Ｂ・・・拡散板、１２３Ａ，１２３Ｃ，１２３Ｄ・・・アパーチャ、１３０，２３０，３３０，４３０，５３０・・・２次元画像形成装置、１３１，２３１，３３１，４３１，５３１・・・画素、２３２，４３２・・・画像制限・生成手段、２３３，４３３・・・散乱回折制限開口部、２３４・・・開口領域、３３５・・・光学装置、３３６・・・光学素子、３３７・・・仮想の開口領域、１４０，２４０，３４０，５４０・・・フーリエ変換像形成手段、１５０，２５０，３５０，５５０・・・フーリエ変換像選択手段、１５１，２５１，３５１，５５１・・・開口部、１５２・・・開口部中心位置、１６０，２６０，３６０，５６０・・・共役像形成手段、１７０・・・ビームスプリッタ、１７１，１７１Ｒ，１７１Ｇ，１７１Ｂ・・・狭帯域フィルタ、１７２・・・ダイクロイックプリズム、４８０・・・光線進行方向変更手段、４８１・・・ビームスプリッタ、４８２・・・結像手段、５１０・・・光源、５１１Ａ，５１１Ｂ，５１１Ｃ・・・発光素子、５１２・・・コリメータレンズ、Ｌ1・・・第１のレンズ、Ｌ2・・・第２のレンズ、Ｌ3・・・第３のレンズ、Ｌ4・・・第４のレンズ、Ｌ5・・・第５のレンズ、ＯＳＦ・・・オーバーサンプリングフィルタ、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、ＩＳ・・・結像面
【図１】
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【図２】
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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２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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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３３】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図３】
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【図１７】
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【図２３】
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【図２８】
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【図３４】
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