(57)【要約】【課題】本発明は、光量ロスを抑えながら任意の光波を生成することの可能な空間光変調光学系及び画像表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の空間変調光学系は、アレイ状に配置された複数の光変調要素でコヒーレントな照明光束を空間光変調する空間光変調光学系であって、前記複数の光変調要素（Ｅ）の各々は、入射した前記照明光束（Ｂｏ）を１対の光束（Ｂｏｏ，Ｂｏｅ）に分離する分離手段（２）と、前記１対の光束（Ｂｏｏ，Ｂｏｅ）の位相の組み合わせを変調する位相変調手段（５ｅ，５ｏ）と、前記変調後の前記１対の光束（Ｂｏｏ，Ｂｏｅ）を統合して干渉光束を生成する統合手段（２）とを備えたことを特徴とする。【選択図】      図３
2007183494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配置された複数の光変調要素でコヒーレントな照明光束を空間光変調する空間光変調光学系であって、
前記複数の光変調要素の各々は、
入射した前記照明光束を１対の光束に分離する分離手段と、
前記１対の光束の位相の組み合わせを変調する位相変調手段と、
前記変調後の前記１対の光束を統合して干渉光束を生成する統合手段と
を備えたことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項２】
アレイ状に配置された複数の光変調要素でコヒーレントな照明光束を空間光変調する空間光変調光学系であって、
前記複数の光変調要素の各々には、
光源側から順に、
入射した前記照明光束を１対の光束に分離する、一軸結晶からなる偏光分離板と、
前記１対の光束の位相の組み合わせを変調する、１対の反射型位相変調素子と
が配置され、
前記偏光分離板は、
前記反射型位相変調素子から反射される前記変調後の１対の光束を統合して干渉光束を生成する
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項３】
請求項２に記載の空間光変調光学系において、
前記偏光分離板は、
サバール板である
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の空間光変調光学系において、
前記複数の光変調要素の各々は、
共通の前記偏光分離板の互いに異なる領域を使用しており、
前記偏光分離板の光源側又は反光源側には、
前記干渉光束に対する不要光の混入を防止する防止手段が配置される
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の空間光変調光学系において、
前記防止手段は、
前記偏光分離板の反光源側に配置された偏光フィルタアレイからなる
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項６】
請求項４に記載の空間光変調光学系において、
前記防止手段は、
前記偏光分離板の光源側に配置された空間フィルタからなる
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項７】
請求項２〜請求項６の何れか一項に記載の空間光変調光学系において、
前記偏光分離板の光源側には、
前記照明光束を前記複数の光変調要素の各々へ向けて集光すると共に、それら複数の光変調要素で生じた前記干渉光束の各々のサイズを拡大するマイクロレンズアレイが配置される
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項８】
請求項２〜請求項７の何れか一項に記載の空間光変調光学系において、
前記偏光分離板の光源側には、
前記１対の光束の振幅が揃うように偏光軸の方向が調節された偏光フィルタが挿入される
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項９】
アレイ状に配置された複数の光変調要素でコヒーレントな照明光束を空間光変調する空間光変調光学系であって、
前記複数の光変調要素の各々には、
光源側から順に、
入射した前記照明光束を１対の光束に分離すると共に、前記１対の光束の位相の組み合わせを変調する、１対の透過型位相変調素子と、
前記透過型位相変調素子を透過する前記変調後の１対の光束を統合して干渉光束を生成する、一軸結晶からなる偏光分離板と
が配置されることを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１０】
請求項９に記載の空間光変調光学系において、
前記偏光分離板は、
サバール板である
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の空間光変調光学系において、
前記複数の光変調要素の各々は、
共通の前記偏光分離板の互いに異なる領域を使用しており、
前記偏光分離板の光源側又は反光源側には、
前記干渉光束に対する不要光の混入を防止する防止手段が備えられる
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１２】
請求項１１に記載の空間光変調光学系において、
前記防止手段は、
前記偏光分離板の光源側に配置された偏光フィルタアレイからなる
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１３】
請求項１１に記載の空間光変調光学系において、
前記防止手段は、
前記偏光分離板の反光源側に配置された空間フィルタからなる
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１４】
請求項９〜請求項１３の何れか一項に記載の空間光変調光学系において、
前記偏光分離板の反光源側には、
前記複数の光変調要素で生じた前記干渉光束の各々のサイズを拡大するマイクロレンズアレイが配置される
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１５】
請求項９〜請求項１４の何れか一項に記載の空間光変調光学系において、
前記偏光分離板の光源側及び反光源側には、
前記１対の光束の振幅が揃うように偏光軸の方向が調節された偏光フィルタ及び検光フィルタがそれぞれ挿入される
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１５の何れか一項に記載の空間光変調光学系において、
前記１対の光束の位相の組み合わせは、時間変化可能である
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１７】
請求項１６に記載の空間光変調光学系において、
前記１対の光束の双方の位相は、独立に時間変化可能である
ことを特徴とする空間光変調光学系。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１７の何れか一項に記載の空間光変調光学系と、
前記空間光変調光学系に対しコヒーレントな照明光束を投光する照明手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像表示などに適用される空間光変調光学系及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体画像を表示する方法の１つに、物体で発生する光波と同じ又は近い光波を生成する方法がある。この光波を生成できれば、観察者は、様々な角度から立体画像を観察することができる。因みに、任意の光波を生成する素子として有名なのは、ホログラム素子である。
【特許文献１】特開２００３−１５０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ホログラム素子は、入射した照明光を回折させ、その回折光によって特定の光波を生成するので、正反射した光（０次光）はその光波に寄与せず、無駄になる。
そこで本発明は、光量ロスを抑えながら任意の光波を生成することの可能な空間光変調光学系及び画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の空間変調光学系は、アレイ状に配置された複数の光変調要素でコヒーレントな照明光束を空間光変調する空間光変調光学系であって、前記複数の光変調要素の各々は、入射した前記照明光束を１対の光束に分離する分離手段と、前記１対の光束の位相の組み合わせを変調する位相変調手段と、前記変調後の前記１対の光束を統合して干渉光束を生成する統合手段とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
また、本発明の空間光変調光学系は、アレイ状に配置された複数の光変調要素でコヒーレントな照明光束を空間光変調する空間光変調光学系であって、前記複数の光変調要素の各々には、光源側から順に、入射した前記照明光束を１対の光束に分離する、一軸結晶からなる偏光分離板と、前記１対の光束の位相の組み合わせを変調する、１対の反射型位相変調素子とが配置され、前記偏光分離板は、前記反射型位相変調素子から反射される前記変調後の１対の光束を統合して干渉光束を生成することを特徴とする。
【０００６】
なお、前記偏光分離板は、サバール板であってもよい。
また、前記複数の光変調要素の各々は、共通の前記偏光分離板の互いに異なる領域を使用しており、前記偏光分離板の光源側又は反光源側には、前記干渉光束に対する不要光の混入を防止する防止手段が配置されてもよい。
また、前記防止手段は、前記偏光分離板の反光源側に配置された偏光フィルタアレイであってもよい。
【０００７】
また、前記防止手段は、前記偏光分離板の光源側に配置された空間フィルタであってもよい。
また、前記偏光分離板の光源側には、前記照明光束を前記複数の光変調要素の各々へ向けて集光すると共に、それら複数の光変調要素で生じた前記干渉光束の各々のサイズを拡大するマイクロレンズアレイが配置されてもよい。
【０００８】
また、前記偏光分離板の光源側には、前記１対の光束の振幅が揃うように偏光軸の方向が調節された偏光フィルタが挿入されてもよい。
また、本発明の空間光変調光学系は、アレイ状に配置された複数の光変調要素でコヒーレントな照明光束を空間光変調する空間光変調光学系であって、前記複数の光変調要素の各々には、光源側から順に、入射した前記照明光束を１対の光束に分離すると共に、前記１対の光束の位相の組み合わせを変調する、１対の透過型位相変調素子と、前記透過型位相変調素子を透過する前記変調後の１対の光束を統合して干渉光束を生成する、一軸結晶からなる偏光分離板とが配置されることを特徴とする。
【０００９】
なお、前記偏光分離板は、サバール板であってもよい。
また、前記複数の光変調要素の各々は、共通の前記偏光分離板の互いに異なる領域を使用しており、前記偏光分離板の光源側又は反光源側には、前記干渉光束に対する不要光の混入を防止する防止手段が備えられてもよい。
また、前記防止手段は、前記偏光分離板の光源側に配置された偏光フィルタアレイであってもよい。
【００１０】
また、前記防止手段は、前記偏光分離板の反光源側に配置された空間フィルタであってもよい。
また、前記偏光分離板の反光源側には、前記複数の光変調要素で生じた前記干渉光束の各々のサイズを拡大するマイクロレンズアレイが配置されてもよい。
また、前記偏光分離板の光源側及び反光源側には、前記１対の光束の振幅が揃うように偏光軸の方向が調節された偏光フィルタ及び検光フィルタがそれぞれ挿入されてもよい。
【００１１】
また、前記１対の光束の位相の組み合わせは、時間変化可能であることが好ましい。
また、前記１対の光束の双方の位相は、独立に時間変化可能であることが望ましい。
また、本発明の画像表示装置は、本発明の何れかの空間光変調光学系と、前記空間光変調光学系に対しコヒーレントな照明光束を投光する照明手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光量ロスを抑えながら任意の光波を生成することの可能な空間光変調光学系及び画像表示装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［画像表示装置の実施形態］
本実施形態は、立体動画像を表示可能な画像表示装置の実施形態である。画像表示装置には透過型と反射型の２タイプがあるので、それらを順に説明する。
図１は、透過型画像表示装置の概略構成図である。図１に示すとおり、透過型画像表示装置には、光源１０、照明光学系１２、透過型空間光変調パネル１３、駆動回路１５などが配置される。
【００１４】
光源１０及び照明光学系１２は、位相及び振幅の揃ったコヒーレントな照明光束を生成し、透過型空間光変調パネル１３を背面から照明する。その照明光束は、透過型空間光変調パネル１３において空間的に変調され、その正面側へ観察光束となって射出し、光波Ｌを生成する。この観察光束が空間を伝達し、観察眼１４へ到達する。なお、照明光学系１２の構成は、配置スペースなどを考慮して適宜変更することが可能である。
【００１５】
透過型空間光変調パネル１３は、後述する何れかの実施形態の透過型空間光変調パネルであって、同じ構成の複数の透過型光変調要素を二次元アレイ状に配置している。各光変調要素は、入射光の２種類の成分（位相及び振幅）を変調することが可能であり、それらの変調量は、駆動回路１５によって制御される。各光変調要素の変調量がそれぞれ適切に設定されれば、光波Ｌの振幅分布と位相分布とを、物体から射出する光波のそれと同じに設定することができる。その場合、観察眼１４に立体画像が表示される。その変調量を適切に時間変化させれば、立体動画像を表示することもできる。
【００１６】
図２は、反射型画像表示装置の概略構成図である。図２に示すとおり、反射型画像表示装置には、光源１０、照明光学系１２’、反射型空間光変調パネル１６、駆動回路１５などが配置される。
光源１０及び照明光学系１２’は、位相及び振幅の揃ったコヒーレントな照明光束を生成し、その照明光束で反射型空間光変調パネル１６を正面から照明する。その照明光束は、反射型空間光変調パネル１６において空間的に変調され、その正面側へ観察光束となって射出し、光波Ｌを生成する。この観察光束が空間を伝達し、観察眼１４へ到達する。なお、反射型なので、照明光学系１２’には、照明光束と観察光束とを分離するための手段（図２ではハーフミラー）が必要である。また、照明光学系１２’の構成も、配置スペースなどを考慮して適宜変更することが可能である。
【００１７】
反射型空間光変調パネル１６は、後述する何れかの実施形態の反射型空間光変調パネルであって、複数の反射型光変調要素を二次元アレイ状に配置している。各光変調要素は、入射光の２種類の成分（位相及び振幅）を変調することが可能であり、それらの変調量は、駆動回路１５によって制御される。したがって、図１の透過型画像表示装置と同様に、立体画像や立体動画像を表示することができる。
【００１８】
［空間光変調パネルの第１実施形態］
本実施形態は、反射型空間光変調パネルの実施形態である。
図３は、反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。観察眼（及び照明光学系）が位置するのは、図の上側である。
図３に示すとおり、反射型空間光変調パネルには、観察眼側から順に、偏光子及び検光子として機能する偏光フィルタ１、偏光分離板２、偏光フィルタアレイ３、反射型位相変調素子アレイ４が、各主面が平行となる関係で配置される。
【００１９】
偏光分離板２は、一軸結晶を、その光学軸が主面の法線に対し角度を持つように切り出した平行平板であり、主面に入射した入射光をその偏光方向に応じてシア（横ずらし）する。
反射型位相変調素子アレイ４は、基板４Ｂ上に、符号５ｅ，５ｏで示す反射型位相変調素子（ここでは、高さ可変のミラーとする。）を複数個、二次元アレイ状に配置したものであり、各ミラーの位相変調量（ミラー高さ）は、不図示の駆動回路によって制御される。なお、各ミラーと駆動回路とを接続するための配線などは、基板４Ｂに形成されているものとする。
【００２０】
反射型位相変調素子アレイ４のうち、互いに隣接する１対のミラー５ｅ，５ｏと、偏光フィルタ１、偏向分離板２、偏向フィルタアレイ３のうち、それらミラー５ｅ，５ｏに対向する領域の各々とが、１つの光変調要素Ｅを構成する。
以下、１つの光変調要素Ｅに着目して説明する。
光変調要素Ｅは、観察眼側から照明光束によって照明される。その照明光束のうち、一方のミラー５ｏの対向領域へ入射した照明ビームＢｏは、偏光フィルタ１を通過して直線偏光となり、偏光分離板２へ入射する。なお、図３では、照明ビームＢｏの太さを無視し、直線状に表現した（他のビームも同様）。偏光分離板２へ入射した照明ビームＢｏは、偏光方向の９０°ずれた常光線（ビームＢｏｏ）と異常光線（ビームＢｏｅ）とに分離され、偏光分離板２の反観察者側へ射出する。これによって、１つの照明ビームＢｏが１対のビームＢｏｏ，Ｂｏｅにシア（横ずらし）される。なお、図３では、ビームＢｏｏの偏光方向が紙面と垂直となり、ビームＢｏｅの偏光方向が紙面と平行となる場合を示した。因みに、これらの方向は、偏光分離板２の光学軸の採り方によって決まる。
【００２１】
さて、偏光分離板２から反観察者側へ射出した１対のビームＢｏｏ，Ｂｏｅは、偏光分離板２の法線方向に沿って平行に進行し、偏光フィルタアレイ３の互いに異なる領域（後述）を介し、互いに隣接する１対のミラー５ｏ，５ｅへ正面から個別に入射する。それら１対のビームＢｏｏ，Ｂｏｅは、１対のミラー５ｏ，５ｅで反射して、それぞれ光路を折り返す。この反射時に、ビームＢｏｏの位相とビームＢｏｅの位相とはそれぞれ個別に変調される。その後、１対のビームＢｏｏ，Ｂｏｅは、偏光フィルタアレイ３の互いに異なる領域を介して偏光分離板２へ戻り、偏光分離板２内の光路を逆行し、偏光分離板２から観察眼側へ射出するときに互いの光路を統合させる。光路の統合されたビームＢｏｏ，Ｂｏｅのうち、偏光フィルタ１を通過した成分同士が干渉する。以下、この干渉で生じたビームを、「干渉ビーム」という。
【００２２】
以上の光変調要素Ｅでは、ミラー５ｏの位相変調量（ミラー高さ）と、ミラー５ｅの位相変調量（ミラー高さ）とを独立して変化させると、干渉ビームの振幅と位相とを独立に変化させることができる（詳細は後述）。このような干渉ビームの集まりが、観察光束（前述した光波Ｌ）となって観察眼へ向かう。
なお、偏光分離板２の光学軸の主面に対する傾斜量、及び厚さは、ビームＢｏｏとビームＢｏｅとの分離量が、反射型位相変調素子アレイ４におけるミラーの配置ピッチ（例えば、数μｍ程度）と等しくなるように予め選定されている。
【００２３】
また、偏光フィルタ１の偏光軸の方向は、偏光分離板２との関係で、ビームＢｏｏ，Ｂｏｅの振幅が揃うように予め調整されている。因みに、調整後の偏光軸は、紙面に対し４５°の角度を成す。この調整により、干渉ビームの干渉強度（振幅）を最大に高めることができる。
ところで、図３には表さなかったが、光変調要素Ｅには、観察眼側から照明ビームＢｏだけでなく不要な照明ビーム（不要なビーム）も入射している。これは、ミラー５ｅの対向領域へ入射するビームであり、観察光束にノイズを重畳させる可能性がある。これを抑えるために挿入されたのが、偏光フィルタアレイ３である。
【００２４】
次に、偏光フィルタアレイ３を説明する。
図４は、偏光フィルタアレイ３を説明する図である。図４において、符号Ｂｒで示すのが、光変調要素Ｅへ入射する不要なビームである。
図４に示すとおり、偏光フィルタアレイ３において、ミラー５ｏの対向領域と、ミラー５ｅの対向領域とには、偏光軸の９０°ずれた偏光フィルタ３ｐ，３ｓがそれぞれ形成されている。このうち、偏光フィルタ３ｐの偏光軸は、ビームＢｏｏの偏光方向と同じく紙面と垂直であり、偏光フィルタ３ｓの偏光軸は、ビームＢｏｅの偏光方向と同じく紙面と水平である。
【００２５】
したがって、偏光フィルタアレイ３は、ビームＢｏｏの光路とビームＢｏｅの光路とをそれぞれ確保することができる。
その一方で、偏光フィルタアレイ３は、光変調要素Ｅへ入射した不要なビームＢｒを排除することもできる。
すなわち、不要なビームＢｒも、照明ビームＢｏと同様に、紙面垂直に偏光した常光線（ビームＢｒｏ）と紙面水平に偏光した異常光線（ビームＢｒｅ）とに分離される。しかし、このうち一方のビームＢｒｏは、光変調要素Ｅの偏光フィルタ３ｓ（偏光軸は紙面水平）へ入射し、他方のビームＢｒｅは、隣接する光変調要素の偏光フィルタ３ｐ（偏光軸は紙面垂直）へ入射するので、それぞれカットされる。したがって、不要なビームＢｒは、観察眼側へ戻ることは無く、観察光束には何ら影響しない。
【００２６】
因みに、以上の反射型空間光変調パネルを観察眼側から見ると、例えば、図５に示すとおりになる。図５において、点線で囲った部分を１つの光変調要素Ｅとすると、光変調要素Ｅの横方向の配置ピッチは、ミラー２つ分となり、縦方向の配置ピッチは、ミラー１つ分となる。
光変調要素Ｅにおいて、円マークの付された領域に必要な照明ビーム（Ｂｏ）が入射し、不要なビーム（Ｂｒ）は、円マークの付されていない領域から入射する。不要なビーム（Ｂｒ）は、光変調要素Ｅの内部でカットされ、照明ビーム（Ｂｏ）は、干渉ビームに変換される。この干渉ビームは、必要なビームが入射したのと同じ領域（円マークの付された領域）から射出する。
【００２７】
次に、光変調要素Ｅが干渉ビームの振幅と位相とを独立に変調できる理由を説明する。
簡単のため、図３において、光変調要素Ｅに入射する直前の照明ビームＢｏの振幅を、１と仮定する。このとき生じるビームＢｏｅ，Ｂｏｏの振幅は、それぞれ１／√２となる。
また、偏光分離板２を１回通過した１対のビームＢｏｅ，Ｂｏｏに生じる位相差をφ／２とおく。このとき、偏光分離板２を往復した１対のビームＢｏｅ，Ｂｏｏに生じる位相差はφとなる。
【００２８】
また、ミラー５ｅの位相変調量をθｅ、ミラー５ｏの位相変調量をθｏとおく。このとき、ビームＢｏｅの位相はθｅだけ変化し、ビームＢｏｏの位相はθｏだけ変化する。
以上の前提では、偏光フィルタ１へ入射する直前のビームＢｏｏ，Ｂｏｅの光波Ａｅ，Ａｏは、それぞれ式（１），（２）で表される。
【００２９】
【数１】
2007183494.tif 000003
また、偏光フィルタ１へ入射する直前に、ビームＢｏｏ，Ｂｏｅの光波Ａｅ，Ａｏの偏光方向は、図６（ａ）に示すとおり、偏光フィルタ１の偏光軸１Ｐに対し４５°ずつ異なる方向に傾いている。よって、光波Ａｅのうち偏光フィルタ１を透過できる成分Ａｅ’と、光波Ａｏのうち偏光フィルタ１を通過できる成分Ａｏ’とは、図６（ｂ）で示すとおり、それぞれ振幅が１／√２倍となる。よって、成分Ａｅ’，Ａｏ’は、式（３），（４）で表される。
【００３０】
【数２】
2007183494.tif 000004
そして、成分Ａｅ’，Ａｏ’の重ね合わせである干渉ビームの光波Ａｉは、以下の式（５）で表される。
【００３１】
【数３】
2007183494.tif 000005
ここで、式（５）を参照すると、θｅと（θｏ＋φ）との差が変化したときに、干渉ビームの光波Ａｉの振幅項が０〜１の間で変化し、θｅと（θｏ＋φ）との和が変化したときに、干渉ビームの光波Ａｉの位相項が−π〜πの間で変化することがわかる。
【００３２】
したがって、光変調要素Ｅでは、１対のミラー５ｅ、５ｏの位相変調量θｏ，θｅを独立に変化させるだけで、干渉ビームの位相と振幅とを独立に変調することができることがわかる。
次に、干渉ビームの振る舞いを説明する。
図７は、干渉ビームの振る舞いを説明する図である。或る１つの干渉ビームは、１対のビームを統合したものなので、観察眼から見ると、図７に示すように、１対のビームの発光点（１対のミラー５ｅ，５ｏ）が重なっているように見える。ここでは、このようなモデルを考え、１対のミラー５ｅ，５ｏの幅を５μｍ、観察距離を１０００ｍｍとおき、そこへ干渉ビームが生起させる光強度分布を計算した。
【００３３】
また、計算では、図７に示すとおり、観察距離１０００ｍｍにおける位置Ｐを、ミラー５ｅ，５ｏの配置箇所から見上げたときの角度θで表した。
また、この計算は、干渉ビームの強度（振幅）が最大となるとき（１対のビームの光波Ａｅ’，Ａｏ’の位相差が２πの整数倍＝２ｎπであるとき。）と、干渉ビームの強度（振幅）が最小となるとき（１対のビームの光波Ａｅ’，Ａｏ’の位相差が（２ｎ＋１）πであるとき）との２条件の下で行った。
【００３４】
図８（ａ）は、干渉ビームの強度（振幅）が最大となるときの計算結果であり、図８（ｂ）は、干渉ビームの強度（振幅）が最小となるときの計算結果である。
図８（ａ），（ｂ）を参照すると明らかなように、光変調要素Ｅが生成する干渉ビームは、１０００ｍｍ先の光強度分布を、理想的な山形と完全なゼロとの間で変化させることができることがわかる。
【００３５】
以上、本実施形態の反射型空間光変調パネルでは、任意の位相及び振幅を持った１つのビームを生成するために、光変調要素Ｅにおいて対を成す２本のビームの位相を個別に変調してから干渉させている。このように、一枚の基板上に形成された位相変調素子で干渉ビームの振幅と位相とを独立して変調できる。したがって、特許文献１のように、異なる振幅変調素子と位相変調素子とを用いる必要が無く、薄型化も可能である。
【００３６】
なお、本実施形態では、偏光フィルタアレイ３を使用したが、偏光フィルタアレイ３の代わりに、偏光フィルタ３ｐ，３ｓと同じ機能の２種類のワイヤグリッドを交互に配置したワイヤグリッドアレイが用いられてもよい。また、その場合、ワイヤグリッドを、ミラー５ｅ，５ｏの表面にリソグラフィ等により直接形成してもよい。
［空間光変調パネルの第２実施形態］
本実施形態は、第１実施形態（図３）の変形例である。ここでは、第１実施形態（図３）との相違点のみ説明する。
【００３７】
図９は、反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。観察眼（及び照明光学系）が位置するのは、図の上側である。
相違点は、偏光フィルタアレイ３の代わりに空間フィルタ６が挿入された点にある。但し、空間フィルタ６の挿入箇所は、偏光分離板２よりも観察眼側であり、ここでは、偏光分離板２と偏光フィルタ１との間とする。空間フィルタ６のうち、各光変調要素の一方のミラー５ｅに対向する領域が遮光部となっており、他方のミラー５ｏに対向する領域が開口部となっている。
【００３８】
この空間フィルタ６によれば、不要なビームＢｒは、偏光分離板２へ入射する前にカットされるので、観察光束には何ら影響しない。したがって、偏光フィルタアレイ３を利用した第１実施形態（図３）と同じ効果が得られる。
因みに、本実施形態の反射型空間光変調パネルを観察眼側から見ると、例えば、図１０に示すとおりになる。図１０において、点線で囲った部分を１つの光変調要素Ｅとすると、斜線領域に、空間フィルタ６の遮光部が形成される。つまり、空間フィルタ６の遮光部は、照明ビーム及び干渉ビームが入出りする領域以外の全領域をカバーする。
【００３９】
なお、本実施形態において、空間フィルタ６は、偏光分離板２や偏光フィルタ１とは別部材で構成されてもよいが、部材点数を削減するために、偏光分離板２や偏光フィルタ１の表面に形成されても構わない。
［空間光変調パネルの第３実施形態］
本実施形態は、第２実施形態（図９）の変形例である。ここでは、第２実施形態（図９）との相違点のみ説明する。
【００４０】
図１１は、反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。観察眼（及び照明光学系）が位置するのは、図の上側である。
相違点は、偏光分離板２の代わりにサバール板７が挿入された点にある。サバール板７は、厚さの等しい２枚の偏光分離板７１，７２を、主断面同士が直交するように（主面の法線と光学軸とを含む面同士が直交するように）貼り合わせたものである。偏光分離板７１と偏光分離７２との間では、その光学軸の傾斜角度（主面の法線と成す角度）も等しく、本実施形態では４５°に設定されている。
【００４１】
偏光分離板７１へ入射した照明ビームＢは、振幅の等しいビーム（常光線）Ｂａとビーム（異常光線）Ｂｂとに分離される。さらに偏光分離板７２へ入射すると、ビームＢｂは、常光線として進行するのに対し、ビームＢａは、異常光線として斜めに進行する。なお、図ではビームＢａが直進しているように見えるが、実際は、紙面の手前から奥、又は紙面の奥から手前にかけて傾斜している。その後、サバール板７から反観察者側へ射出した１対のビームＢａ，Ｂｂは、それぞれサバール板７の法線方向に沿って平行に進行する。
【００４２】
このように、サバール板７も、１枚の偏光分離板と同様、１つの照明ビームＢを１対のビームＢａ，Ｂｂにシア（横ずらし）する。但し、サバール板７は、厚さ及び光学軸方向の最適化された２枚の偏光分離板７１，７２からなるので、サバール板７を通過する際に、１対のビームＢａ，Ｂｂに生じる位相差は相殺され、その位相差をゼロとみなすことができる。
【００４３】
図１２は、照明ビームＢが１対のビームＢａ，Ｂｂにシア（横ずらし）される様子を立体的に示した図である。図１２では、サバール板７を構成する２つの偏光分離板７１，７２を離して示した。
図１２に示すように、１対のビームＢａ，Ｂｂは、偏光分離板７１，７２において９０°異なる方向へ等量ずつ光路をずらす。このため、サバール板７から射出するときのビームＢａ，Ｂｂの光路は、何れも照明ビームＢの光路の延長線上から外れている。よって、１対のビームＢａ，Ｂｂが入射するのは、照明ビームＢの入射領域に正対するミラーではなく、そのミラーを挟んで斜めに隣接する１対のミラー５ａ，５ｂとなる。したがって、本実施形態では、斜めに隣接する１対のミラー５ａ，５ｂが、１つの光変調要素Ｅを構成することになる。
【００４４】
なお、１対のミラー５ａ，５ｂへ入射したビームＢａ，Ｂｂは、それぞれ光路を折り返し、サバール板７内の各光路を逆行し、サバール板７から射出するときに光路を統合させ、偏光フィルタ１を通過した後に干渉し、干渉ビームを生成する。
因みに、１つの光変調要素Ｅを観察眼側から見ると、例えば、図１３に示すとおりになる。図１３において、必要な照明ビームＢは、円マークの付された領域から入射する。光変調要素Ｅの内部では、照明ビームＢから１対のビームＢａ，Ｂｂが発生し、斜めに隣接する１対のミラー５ａ，５ｂへ向かう。それらミラー５ａ，５ｂで反射したビームＢａ，Ｂｂは、照明ビームＢが入射したのと同じ領域（円マークの付された領域）で統合され、干渉ビームは、その領域から射出する。
【００４５】
ここで、この光変調要素Ｅを密に配置した反射型空間光変調パネルは、観察眼側から見ると、例えば、図１４に示すとおりになる。点線で囲った部分が１つの光変調要素Ｅであり、円マークの付された各領域が、各光変調要素の入出領域（照明ビーム及び干渉ビームの入出りする領域）である。光変調要素Ｅの横方向の配置ピッチは、ミラー２つ分であり、縦方向の配置ピッチは、ミラー１つ分である。この配置によると、或る光変調要素Ｅと、縦方向にそれと隣接する光変調要素との間では、ミラー１つ分だけ重複しており、光変調要素Ｅの入出領域（円マークの付された領域）は、隣接する光変調要素の一方のミラー上に存在することになる。
【００４６】
なお、図１４中の斜線領域は、空間フィルタ６の遮光部である。本実施形態においても、空間フィルタ６の遮光部が形成されるのは、各光変調要素の各入出領域以外の全領域である。
以上、本実施形態によれば、第１実施形態（図３）又は第２実施形態（図９）と同様の効果を得ることができる。但し、本実施形態では、偏光分離板の代わりにサバール板７を用いたので、ミラー５ａ，５ｂの位相変調量と干渉ビームの位相及び振幅の変調量との関係は、第１実施形態又は第２実施形態のそれとは若干だけ相違する。
【００４７】
本実施形態において、１対のミラー５ａ，５ｂの位相変調量θｏ，θｅと、干渉ビームの位相及び振幅の変調量との関係式は、上述した式（５）においてφ＝０とおいたものに等しく、式（６）で表される。
【００４８】
【数４】
2007183494.tif 000006
この式（６）を参照すると、本実施形態では、θｏとθｅとの差のみに応じて、干渉ビームの光波Ａｉｓの振幅項が０〜１の間で変化し、θｏとθｅとの和のみに応じて、干渉ビームの光波Ａｉｓの位相項が−π〜πの間で変化することがわかる。
【００４９】
なお、本実施形態は、第２実施形態の変形例（偏光分離板２をサバール板７に置き換えたもの）であるが、第１実施形態（図３）を同様に変形することもできる。
［空間光変調パネルの第４実施形態］
本実施形態は、第３実施形態（図１１）を透過型に変形したものである。ここでは、第３実施形態（図１１）との相違点のみ説明する。
【００５０】
図１５は、透過型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。観察眼が位置するのは、図の上側であり、照明光学系が位置するのは、図の下側である。
相違点は、第１に、反射型位相変調素子アレイ４の代わりに透過型位相変調素子アレイ８が挿入された点にある。第２に、偏光子としての偏光フィルタ１’と、検光子としての偏光フィルタ１とが、サバール板７の照明光学系側と観察眼側とに個別に配置された点にある。ここでは、偏光フィルタ１’の配置箇所が最も照明光学系側であり、偏光フィルタ１の配置箇所が最も観察眼側であるとして説明する。
【００５１】
透過型位相変調素子アレイ８は、透明基板８Ｂ上に、符号５ｒ，５ｄで示す透過型位相変調素子（ここでは、厚さ可変の透明ブロックとする。）を複数個、二次元アレイ状に配置したものであり、各ブロックの位相変調量（ブロック厚さ）は、不図示の駆動回路によって制御される。各ブロックと駆動回路を接続するための配線などは、透明基板８Ｂの光路のうち、後述するビームＢｄ，Ｂｒの光路を妨げないような箇所に形成されている。透過型位相変調素子アレイ８のブロックのうち、隣接する１対のブロック５ｒ，５ｄが、１つの光変調要素Ｅを構成する。
【００５２】
以下、１つの光変調要素Ｅに着目して説明する。
光変調要素Ｅは、照明光学系側から照明光束によって照明される。その照明光束のうち、ブロック５ｄの対向領域へ入射した照明ビームＢｄと、ブロック５ｒの対向領域へ入射した照明ビームＢｒとは、偏光フィルタ１’を通過して直線偏光となり、基板８Ｂを介してブロック５ｄ，５ｒを個別に透過する。この透過時に、照明ビームＢｄ，Ｂｒの位相はそれぞれ変調される。なお、図１５では、照明ビームＢｄ，Ｂｒを別の直線で描いたが、照明光束が最初に１対の照明ビームＢｄ，Ｂｒに分離されるのは、透過型位相変調素子アレイ８を透過するときである。
【００５３】
それらの照明ビームＢｄ，Ｂｒは、サバール板７へ入射すると、９０°異なる方向へ等量ずつ光路をずらし、サバール板７から射出するときには、互いの光路を統合させる。光路の統合されたビームＢｄ，Ｂｒは、空間フィルタ６の開口部を介して偏光フィルタ１を通過した後、その偏光方向を一致させて干渉ビームＢｃを生成する。
なお、偏光フィルタ１’の偏光軸の方向は、サバール板７との関係で、統合後のビームＢｄ，Ｂｒの振幅が揃うように予め調整されている。また、偏光フィルタ１の偏光軸の方向は、偏光フィルタ１’の偏光軸とオープンニコル又はクロスニコルの関係となるよう予め調整されている。この調整により、干渉ビームＢｃの干渉強度（振幅）を最大に高めることができる。
【００５４】
また、照明ビームＢｄ，Ｂｒがサバール板７に入射すると、図中に点線で示すような不要なビームＢｄｐ，Ｂｒｖも発生してるが、それらは、第３実施形態（図１１）と同様の空間フィルタ６の遮光部でカットされる。
以上の光変調要素Ｅでは、ブロック５ｒの位相変調量（ブロック厚さ）と、ブロック５ｄの位相変調量（ブロック厚さ）とを独立して変化させると、干渉ビームＢｃの振幅と位相とを独立に変化させることができる。
【００５５】
因みに、１つの光変調要素Ｅを観察眼側から見ると、例えば、図１６に示すとおりになる。図１６において、照明ビームＢｒ，Ｂｄは、斜めに隣接するブロック５ｒ，５ｄに対し個別に入射した後、両者の中間に位置する領域（円マークの付された領域）へ向かう。そして、光変調要素Ｅの内部で生成された干渉ビームＢｃは、その同じ領域から射出する。
【００５６】
なお、偏光フィルタ１’，１の偏光軸の関係をオープンニコルに設定した場合、干渉ビームＢｃの光波は、第３実施形態と同様に式（６）で表される。式（６）中のθｏ，θｅを、本実施形態のブロック５ｒ，５ｄの位相変調量とみなせばよい。
一方、偏光フィルタ１’，１の偏光軸の関係をクロスニコルに設定した場合、干渉ビームＢｃの光波Ａｃは、式（６）においてθｏ→θｏ＋πと置き換えた式（７）で表される。
【００５７】
【数５】
2007183494.tif 000007
因みに、その場合、１対のビームＢｄ，Ｂｒの位相差が２ｎπであるときに干渉ビームＢｃの強度（振幅）が最小となり、１対のビームＢｄ，Ｂｒの位相差が（２ｎ＋１）πであるときに干渉ビームＢｃの強度（振幅）が最高になるので、１対のビームＢｄ，Ｂｒの光路長差を完全なゼロに設定すれば、照明光束の波長に依らずθｅ−θｏ＝０となるので、仮に、照明光束の単色性が悪くとも、干渉ビームＢｃの強度（振幅）は完全なゼロになる。したがって、立体画像の黒表現が良好となる。
【００５８】
なお、本実施形態は、第３実施形態（図１１）の変形例（透過型に変形したもの）であるが、第１実施形態（図３）又は第２実施形態（図９）を同様に変形することも可能である。
［空間光変調パネルの第５実施形態］
本実施形態は、第３実施形態（図１１）の変形例である。ここでは、第３実施形態（図１１）との相違点のみ説明する。
【００５９】
図１７は、反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。相違点は、空間フィルタ６の代わりに、マイクロレンズアレイ１００，１０１を配置した点にある。マイクロレンズアレイ１００，１０１の配置箇所は、例えば、最も観察眼側である。
マイクロレンズアレイ１００の単位レンズ１１ｕと、マイクロレンズアレイ１０１の単位レンズ１１ｄとは、個々の光変調要素に対応して設けられており、不要なビームＢｒをカットする代わりに、不要なビームＢｒを照明ビームＢと同じ光路へ集光し、１つのビームＢｇを生成する機能がある。光変調要素Ｅは、このビームＢｇを基に、干渉ビームを生成する。
【００６０】
単位レンズ１１ｕ，単位レンズ１１ｄは、それぞれ円筒レンズである。仮に、光変調要素Ｅの紙面横方向の配置ピッチがミラー２つ分であり、光変調要素Ｅの紙面垂直方向の配置ピッチがミラー１つ分である場合、単位レンズ１１ｕ，１１ｄは、紙面横方向にのみパワーを有し、紙面垂直方向にはパワーを有しない。
単位レンズ１１ｕの焦点距離は、単位レンズ１１ｄのそれよりも長く、単位レンズ１１ｕ，１１ｄの双方で両側テレセントリックな光学系１１Ａを成している。このため、光変調要素Ｅが生成した干渉ビームは、この光学系１１Ａを通過した後、紙面水平方向にのみ径が拡大される。
【００６１】
この光学系を観察眼側から見ると、例えば、図１８に示すとおりになる。図１８では、この光学系１１Ａを１列分だけ表した。図１８では、光変調要素Ｅの横方向の配置ピッチＰ１がミラー２つ分であり、光変調要素Ｅの縦方向の配置ピッチＰ２がミラー１つ分なので、光学系１１Ａは、横方向にのみパワーを有していればよい。
この光学系１１Ａの横方向の拡大率は、ミラー１つ分の横方向の幅をＬ１とおくと、Ｐ１／Ｌ１と同程度に設定されればよい。
【００６２】
なお、図１８では、ミラーの横方向の幅Ｌ１と、縦方向の幅Ｌ２とが等しいので、光変調要素の横方向の配置ピッチＰ１が広く、縦方向の配置ピッチＰ２が狭くなったが、図１９に示すように、予め、ミラーの横方向の幅Ｌ１と幅Ｌ２とに適当な差異を設けておけば、光変調要素Ｅの横方向の配置ピッチＰ１と縦方向の配置ピッチＰ２とを近づけることもできる。配置ピッチＰ１，Ｐ２を等しくすると、観察眼から見た干渉ビームの分布が、縦方向と横方向とで均一になるので好ましい。
【００６３】
以上、本実施形態では、不要なビームを必要なビームと同じ光路へ導光するので、空間フィルタを用いた場合と同様に、観察光束のノイズが抑えられる。さらに、本実施形態では、ビームをカットする代わりに有効利用するので、照明光束の光量損失を抑えることもできる。
なお、本実施形態は、第３実施形態（図１１）にマイクロレンズアレイを適用した変形例であるが、他の実施形態を同様に変形してもよい。但し、透過型の実施形態（第４実施形態，図１５など）を変形する際には、効果が若干異なる。
【００６４】
図２０は、第４実施形態にマイクロレンズアレイを適用した変形例を示す図である。透過型の場合に、マイクロレンズアレイ１００，１０１を適用すると、干渉ビームが拡大されるという効果はあるものの、ノイズの原因を排除することはできないので、空間フィルタ６を併用することが望ましい。
[各実施形態の補足]
なお、以上の各実施形態では、１対の位相変調素子（１対のミラー又は１対のブロック）の双方の位相変調量が可変であったが、立体動画像を表示するのではなく、平面の動画像を表示するだけであれば、１対の位相変調素子の一方の位相変調量を不変としてもよい。また、立体静止画像を表示するだけであれば、１対の位相変調素子の双方の位相変調量を不変としてもよい。因みに、位相変調量が不変の場合、駆動回路は不要となる。
【００６５】
また、以上の各実施形態の空間光変調パネルには、光変調要素が二次元アレイ状に配置されたが、二次元である必要の無い場合には、一次元アレイ状に配置されてもよい。
また、以上の各実施形態の空間光変調パネル又は画像表示装置を、カラー表示用に変形してもよい。例えば、１枚の空間光変調パネルをカラー表示用に変形するには、パネル全面にカラーフィルタアレイを配置すればよい。
【００６６】
また、以上の各実施形態の空間光変調パネル又は画像表示装置は、立体動画像の表示が必要なシミュレーターや、三次元医療画像、アミューズメント等のディスプレイに適用することができる。また、必要に応じて、光変調要素の個数を増やしたり、個々の光変調要素のサイズを拡大したりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】透過型画像表示装置の概略構成図である。
【図２】反射型画像表示装置の概略構成図である。
【図３】第１実施形態の反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。
【図４】偏光フィルタアレイ３を説明する図である。
【図５】第１実施形態の反射型空間光変調パネルを観察眼側から見た図である。
【図６】偏光フィルタ１の偏光軸と各光波の偏光方向との関係を説明する図である。
【図７】光変調要素Ｅによる干渉ビームの振る舞いを説明する図である。
【図８】干渉ビームの強度分布（振幅分布）の計算結果を示す図である。
【図９】第２実施形態の反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。
【図１０】第２実施形態の反射型空間光変調パネルを観察眼側から見た図である。
【図１１】第３実施形態の反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。
【図１２】照明ビームＢが１対のビームＢａ，Ｂｂにシア（横ずらし）される様子を立体的に示した図である。
【図１３】第３実施形態の光変調要素Ｅを観察眼側から見た図である。
【図１４】第３実施形態の反射型空間光変調パネルを観察眼側から見た図である。
【図１５】第４実施形態の透過型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。
【図１６】第４実施形態の光変調要素Ｅを観察眼側から見た図である。
【図１７】第５実施形態の反射型空間光変調パネルの一部（光変調要素４つ分）の概略断面図である。
【図１８】第５実施形態の反射型空間光変調パネルを観察眼側から見た図である。
【図１９】光変調要素Ｅの横方向の配置ピッチＰ１と縦方向の配置ピッチＰ２とを等しくする方法を説明する図である。
【図２０】第４実施形態にマイクロレンズアレイを適用した変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…光源，１２，１２’…照明光学系，１３…透過型空間光変調パネル，１５…駆動回路，１６…反射型空間光変調パネル，２…偏光分離板，１，１’…偏光フィルタ，３…偏光フィルタアレイ，４…反射型位相変調素子アレイ，８…透過型位相変調素子アレイ，７…サバール板，６…空間フィルタ，１００，１０１…マイクロレンズアレイ，１１Ａ…光学系
【図１】
2007183494.tif 000008
【図２】
2007183494.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007183494.tif 000015
【図９】
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【図１０】
2007183494.tif 000017
【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】
2007183494.tif 000022
【図１６】
2007183494.tif 000023
【図１７】
2007183494.tif 000024
【図１８】
2007183494.tif 000025
【図１９】
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【図２０】
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