(57)【要約】【課題】可動部を必要とせず、フラットで薄型の外観を維持しながら光路長を調整できる立体表示装置を提供する。【解決手段】２次元表示部１０と、２次元表示部１０の前面に配置され、２次元表示部１０から出力される発光波長の０．５倍よりも少し小さい周期を有し、群速度がほぼ一定となる屈折率周期構造６を有する屈折率調整部１１と、２次元表示部１０の映像に同期して、屈折率周期構造６を変調することで群速度を変調し、それによって、屈折率調整部１１の最前面位置から２次元表示部１０までの光路長Ｌを変調する屈折率制御部１２とで構成される。【選択図】図２
2009103978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長の光を発光する発光部からのそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部を備えた、光路長調整装置。
【請求項２】
映像を表示する２次元表示部と、前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部とを有する屈折率調整機能付２次元表示部をｍ組備え、
前記ｍ組の屈折率調整機能付２次元表示部は、光軸上に、前記屈折率調整部から前記２次元表示部への方向を基準として、第１，第２，・・・第ｍの順で配列され、
第ｋ番目の前記２次元表示部は、第１の前記２次元表示部の、基準位置である最前面位置からの光路長Ｌｋ（ｋ＝1、・・・ｍ）に対応した２次元像を表示する、立体表示装置。
【請求項３】
前記第ｋ番目の２次元表示部に対して、３次元像の、前記基準位置から前記光路長Ｌｋに相当する実空間上の２次元断面像を表示させる、２次元表示制御部を備えた、請求項２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
複数の波長の光を発光する発光部からのそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部と、
前記屈折率調整部の前記屈折率周期構造を前記光軸方向に変調する屈折率制御部とを備え、
前記屈折率制御部によって、前記屈折率調整部の光路長が制御可能な、光路長調整装置。
【請求項５】
映像を表示する２次元表示部と、
前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部と、
前記屈折率調整部の前記屈折率周期構造を前記光軸方向に変調する屈折率制御部と、
前記２次元表示部に対して、３次元像の、実空間上の各２次元断面像を時系列で順次表示させる２次元表示制御部とを備え、
前記屈折率制御部は、前記２次元表示部の映像に同期して、前記屈折率周期構造を変調することにより、前記群速度を変調し、それによって、前記屈折率調整部の、基準位置である最前面位置から前記２次元表示部までの光路長Ｌを変調する、立体表示装置。
【請求項６】
前記２次元表示制御部は前記３次元像の各２次元断面像を手前から奥へ、あるいは奥から手前へ順に、前記２次元表示部に対して表示させ、
前記屈折率制御部は、前記２次元表示部の表示順に対応し同期して、前記光路長Ｌを変調する、請求項５に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記屈折率調整部の屈折率変調周期が、残像が消えない時間内であることを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記残像が消えない時間内とは、前記屈折率変調周期が３０Ｈｚ以上である、請求項７に記載の立体表示装置。
【請求項９】
請求項４に記載の光路長調整装置と、
前記光路長調整装置の前記屈折率調整部に隣接配置された反射板と、
前記屈折率調整部への入力光と同相の光を被試験体へ入力した場合の前記被試験体からの出力光と、前記屈折率調整部への前記入力光が前記反射板により反射され出力されてきた出力光と、を干渉させる干渉部と、
前記屈折率調整部に対する前記屈折率制御部による変調信号と、前記干渉部の干渉波信号の関係から、前記被試験体の光路長方向の特性を演算する演算部と、
を備えた、光コヒーレントトモグラフィ（ＯＣＴ）。
【請求項１０】
映像を表示する２次元表示部と、前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部とを有する屈折率調整機能付２次元表示部をｍ組備え、
前記ｍ組の屈折率調整機能付２次元表示部は、光軸上に、前記屈折率調整部から前記２次元表示部への方向を基準として、第１，第２，・・・第ｍの順で配列された立体表示装置を用いて、立体表示を実現する方法であって、
第ｋ番目の前記２次元表示部の表示面上に、３次元像の、前記第１の前記２次元表示部の最前面位置からの光路長Ｌｋ（ｋ＝1、・・・ｍ）に相当する実空間上の２次元像を表示させるステップを備えた、立体表示方法。
【請求項１１】
映像を表示する２次元表示部と、
前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部と、
前記屈折率調整部の前記屈折率周期構造を前記光軸方向に変調する屈折率制御部とを備えた立体表示装置を用いて、立体表示を実現する立体表示の方法であって、
前記２次元表示部に、３次元像の、実空間上の各２次元断面像を時系列で順次表示させるとともに、前記２次元表示部の表示される映像に同期して、前記屈折率周期構造を変調することにより、前記群速度を変調し、それによって、前記屈折率調整部の、基準位置である最前面位置から前記２次元表示部までの光路長Ｌを変調するステップを備えた、立体表示方法。
【請求項１２】
請求項１０の立体表示方法の、前記ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
請求項１１の立体表示方法の、前記ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学距離を制御可能な光路長調整装置、立体表示装置、立体表示方法、プログラム、記録媒体、および光コヒーレントトモグラフィ（ＯＣＴ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像表示に臨場感を持たせるために大画面化や裸眼での立体表示方法の開発が近時盛んである。また、薄型表示装置は当たり前となり、立体表示といえども薄型化に逆行する設計は市場に受け入れられない。
【０００３】
薄型化に沿った立体表示装置としては、裸眼タイプの立体表示装置の中で眼の疲労など生理的負担の少ない光線再現法としてホログラフィーやインテグラルフォトグラフィーなどの表示装置があるが、ホログラフィーは情報量が膨大であるため現時点では電子表示装置で実現するのは不可能である。また、インテグラルフォトグラフィーもデータ量が多く解像度（画素数）が犠牲になるので完璧な立体表示はできない。
【０００４】
また、薄型化は不可能であるが、生理的負担が少なく、表示パネル当りのデータ量が２次元表示装置と変わらない、３次元物体の複数の２次元断面映像を各断面位置に重ねて立体表示するボリュームディスプレイが知られている（例えば、非特許文献１参照）。このボリュームディスプレイを薄型化する方法として、外部制御で焦点距離を調整できる液晶レンズを使用し、単数の２次元表示部に順番に表示される３次元物体の２次元断面映像と前記液晶レンズの焦点位置がその断面位置になるように同期させることによって、１枚の２次元表示部の厚さで立体表示可能なボリュームディスプレイも開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
他方また、光路長を調整する装置として、同相の入力光を被試験体と光軸方向に移動可能な反射板にそれぞれ入射し、それぞれの反射光を干渉させて、前記反射板の移動量と前記干渉光の出力の関係から前記被試験体の光軸方向（深さ方向）の光学特性を測定する光コヒーレントトモグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（以下ＯＣＴと称する））が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２４３９６０（第１図）
【非特許文献１】ソリッドステーツ  マルチプレーナー  ボルメトリック  ディスプレイ（A. Sullivan, “A Solid-state Multi-planar Volumetric Display,” SID 03, pp 354-356）
【非特許文献２】アーティフィシャル  フィンガープリント  レコグニション  バイ  ユージング  オプティカル  コヒーレンス  トモグラフィ  ウイズ  オートコリレイション  アナリシス（Y. Cheng and K. V. Larin, “Artificial fingerprint recognition by using optical coherence tomography with autocorrelation analysis,” Appl. Opt., Vol.45, No.36, pp9238-9245 (2006)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１のボリュームディスプレイでは３次元物体に対応した奥行きが必要であるため前述のように薄型化ができない。
【０００７】
また上述したように、特許文献１の装置のレンズの焦点距離を制御して、１枚の２次元表示板上の３次元物体の断面映像を光学的に断面位置に結像する方法を採用すれば、薄型化が可能であるが、レンズの収差により映像がぼけたりゆがんだりする。この収差を補正するためには複雑なレンズ系を構成しなければならない。また、大画面で薄型にするためにレンズ面の曲率半径を小さくして焦点距離を短くする必要があるので、外観の悪い湾曲した画面となるといった課題がある。
【０００８】
また、ＯＣＴの場合は、光路長を調整するために反射板を光軸方向に移動させるため空間や駆動装置が必要であるため小型化できないという課題がある。
【０００９】
本発明は、従来のこのような技術の課題を考慮し、可動部を必要とせず、フラットで薄型の、光路長調整ができる光路長調整装置など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】
【００１０】
第１の本発明は、複数の波長の光を発光する発光部からのそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部を備えた、光路長調整装置である。
【００１１】
第２の本発明は、映像を表示する２次元表示部と、前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部とを有する屈折率調整機能付２次元表示部をｍ組備え、
前記ｍ組の屈折率調整機能付２次元表示部は、光軸上に、前記屈折率調整部から前記２次元表示部への方向を基準として、第１，第２，・・・第ｍの順で配列され、
第ｋ番目の前記２次元表示部は、第１の前記２次元表示部の、基準位置である最前面位置からの光路長Ｌｋ（ｋ＝1、・・・ｍ）に対応した２次元像を表示する、立体表示装置である。
【００１２】
第３の本発明は、前記第ｋ番目の２次元表示部に対して、３次元像の、前記基準位置から前記光路長Ｌｋに相当する実空間上の２次元断面像を表示させる、２次元表示制御部を備えた、第２の本発明の立体表示装置である。
【００１３】
第４の本発明は、複数の波長の光を発光する発光部からのそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部と、
前記屈折率調整部の前記屈折率周期構造を前記光軸方向に変調する屈折率制御部とを備え、
前記屈折率制御部によって、前記屈折率調整部の光路長が制御可能な、光路長調整装置である。
【００１４】
第５の本発明は、映像を表示する２次元表示部と、
前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部と、
前記屈折率調整部の前記屈折率周期構造を前記光軸方向に変調する屈折率制御部と、
前記２次元表示部に対して、３次元像の、実空間上の各２次元断面像を時系列で順次表示させる２次元表示制御部とを備え、
前記屈折率制御部は、前記２次元表示部の映像に同期して、前記屈折率周期構造を変調することにより、前記群速度を変調し、それによって、前記屈折率調整部の、基準位置である最前面位置から前記２次元表示部までの光路長Ｌを変調する、立体表示装置である。
【００１５】
第６の本発明は、前記２次元表示制御部は前記３次元像の各２次元断面像を手前から奥へ、あるいは奥から手前へ順に、前記２次元表示部に対して表示させ、
前記屈折率制御部は、前記２次元表示部の表示順に対応し同期して、前記光路長Ｌを変調する、第５の本発明の立体表示装置である。
【００１６】
第７の本発明は、前記屈折率調整部の屈折率変調周期が、残像が消えない時間内であることを特徴とする第５の本発明の立体表示装置である。
【００１７】
第８の本発明は、前記残像が消えない時間内とは、前記屈折率変調周期が３０Ｈｚ以上である、第７の本発明の立体表示装置である。
【００１８】
第９の本発明は、第４の本発明の光路長調整装置と、
前記光路長調整装置の前記屈折率調整部に隣接配置された反射板と、
前記屈折率調整部への入力光と同相の光を被試験体へ入力した場合の前記被試験体からの出力光と、前記屈折率調整部への前記入力光が前記反射板により反射され出力されてきた出力光と、を干渉させる干渉部と、
前記屈折率調整部に対する前記屈折率制御部による変調信号と、前記干渉部の干渉波信号の関係から、前記被試験体の光路長方向の特性を演算する演算部と、
を備えた、光コヒーレントトモグラフィ（ＯＣＴ）である。
【００１９】
第１０の本発明は、
映像を表示する２次元表示部と、前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部とを有する屈折率調整機能付２次元表示部をｍ組備え、
前記ｍ組の屈折率調整機能付２次元表示部は、光軸上に、前記屈折率調整部から前記２次元表示部への方向を基準として、第１，第２，・・・第ｍの順で配列された立体表示装置を用いて、立体表示を実現する方法であって、
第ｋ番目の前記２次元表示部の表示面上に、３次元像の、前記第１の前記２次元表示部の最前面位置からの光路長Ｌｋ（ｋ＝1、・・・ｍ）に相当する実空間上の２次元像を表示させるステップを備えた、立体表示方法である。
【００２０】
第１１の本発明は、
映像を表示する２次元表示部と、
前記２次元表示部の表示面と実質上同形状の光の入出力面を有し、前記２次元表示部の前面に配置され、前記２次元表示部が発光する複数の波長の光のそれぞれの発光波長の０．５の整数倍以外の値である、光軸方向の周期の、且つ、前記複数の波長の内の最大波長と最小波長の範囲において前記光軸方向の群速度が実質上一定となる、屈折率周期構造を有する屈折率調整部と、
前記屈折率調整部の前記屈折率周期構造を前記光軸方向に変調する屈折率制御部とを備えた立体表示装置を用いて、立体表示を実現する立体表示の方法であって、
前記２次元表示部に、３次元像の、実空間上の各２次元断面像を時系列で順次表示させるとともに、前記２次元表示部の表示される映像に同期して、前記屈折率周期構造を変調することにより、前記群速度を変調し、それによって、前記屈折率調整部の、基準位置である最前面位置から前記２次元表示部までの光路長Ｌを変調するステップを備えた、立体表示方法である。
【００２１】
第１２の本発明は、第１０の本発明の立体表示方法の、前記ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２２】
第１３の本発明は、第１１の本発明の立体表示方法の、前記ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２３】
第１４の本発明は、第１２又は第１３の本発明のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２４】
以上述べたことから明らかなように、本発明は、可動部を必要とせず、フラットで薄型の外観を維持しながら光路長調整ができるという効果を有する。
【００２５】
また、それによって、本発明は、可動部を必要とせず、フラットで薄型の外観を有する立体表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の立体表示装置の一例である、複数個の２次元表示部の間の距離を小さくした薄型ボリュームディスプレイの概要図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は屈折率調整部の一部拡大図、（ｃ）は分散特性グラフである。
【００２８】
本実施の形態１の立体表示装置は、図１（ａ）に示すように、光軸Ａ上に一定間隔で平行に配列された、ｍ個の第ｉ２次元表示部（ｉ＝１，２、・・・、ｍ：整数）１と、各前記第ｉ２次元表示部の前面にそれぞれ配置されたｍ個の第ｉ屈折率調整部（ｉ＝１，２、・・・、ｍ：整数）２を備えている。本発明の屈折率調整機能付き２次元表示部は、この２次元表示部１とその前面に配置された屈折率調整部２の一組１２０に対応する。また、屈折率調整部２は、本発明の光路長調整装置の一例に対応する。
【００２９】
ここで、第ｉ２次元表示部と第ｉ屈折率調整部とは互いに密着しており、さらに、屈折率調整機能付き２次元表示部１２０同士も密着している。
【００３０】
なお、２次元表示部と屈折率調整部とは密着している必要はなく、さらに、屈折率調整機能付２次元表示部同士も密着している必要はない。密着して無い場合は、その分、装置が厚くなることになる。
【００３１】
第ｉ２次元表示部１は映像を表示するパネルであり、発光する光の波長は一定の範囲の広がりを有する。このｍ個の第ｉ２次元表示部１とｍ個の第ｉ屈折率調整部２とにより、つまり、ｍ個の屈折率調整機能付き２次元表示部１２０によって、多層２次元表示部５を形成している。ここで、２次元表示部１は、本発明の発光部の一例である。
【００３２】
前記各第ｉ屈折率調整部２は、前記第ｉ２次元表示部１の発光波長の０．５倍よりも少し小さい値の周期を有し、前記発光波長範囲４において光軸方向の群速度がほぼ一定となる屈折率周期構造６で構成されている。すなわち、この周期の値は、例えば、各波長が４００ｎｍ，４５０ｎｍ，５００ｎｍの３種類の波長とすると、周期の値を１８０ｎｍに設定すれば、４００ｎｍの波長の場合は、０．４５倍となり、４５０ｎｍの波長の場合は、０．４倍となり、５００ｎｍの波長の場合は、０．３６倍となり、いずれも０．５倍よりも小さい値となる。そのような条件を満たす周期ｐを設定する。図１（ｃ）において、波長ωｂの一例が上記５００ｎｍ、波長ωの一例が４５０ｎｍ、波長ωｒの一例が４００ｎｍである。
【００３３】
この第ｉ屈折率調整部２はそれぞれ膜厚がＤｉ、群屈折率がｎｉであって、合計ｍ組が視聴者方向３から奥に向かって順番に配列されている。なお、最も視聴者に近い第１屈折率調整部２の最前面位置を以後基準位置Ｒとよぶ。
【００３４】
さらに、本実施の形態１では、２次元表示制御部９が設けられている。この２次元表示制御部９は、前記第１屈折率調整部２の基準位置Ｒから光路長Ｌｉ
【００３５】
【数１】
2009103978.tif 000003
の距離だけ離れた第ｉ２次元表示部１に、所望の３次元像の、前記基準位置Ｒから物理長Ｄ’ｉ
【数２】
2009103978.tif 000004
上の２次元断面像を表示するように制御する制御部である。
【００３６】
ただし、第１〜第ｍ−１の２次元表示部１は透明で、上記式１を簡単にするために厚さは無視している。なお、ｉ＝１，２、・・・、ｍにおいて第ｉ屈折率調整部２が全て同じものであれば光路長Ｌｉ＝ｉ×ｎｉ×Ｄｉ（式３）となる。
【００３７】
次に、屈折率調整部２による光路長調整機能、および、２次元表示部１との組合せによるボリュームディスプレイの薄型化のメカニズムを説明する。
【００３８】
まず、図１（ｂ）に示すように、一つの屈折率調整部２は、屈折率ｎ１の低屈折率材料（膜厚ｄ１）７と、屈折率ｎ２の高屈折率材料（膜厚ｄ２）８とを２次元表示部１の発光波長（可視光領域：青周波数ωｂ＞ω＞赤周波数ωｒ）の０．５倍よりも小さい周期（ｐ＝ｄ１＋ｄ２）で光軸方向Ａに周期的に積層した構造を有する。
【００３９】
この屈折率調整部２の分散特性は図１（ｃ）の曲線となる。屈折率調整部２の分散特性は、光源波長（λ＝（２πｃ／ω）  ｃ：光速）よりも十分長い波長の場合は、分散特性が自然材料のように直線となる材料屈折率（ｎ１あるいはｎ２）に等しいので、屈折率は高々２程度であるが、λの０．５倍に近づく（波数ｋは大きくなる）につれて傾きが小さく（群屈折率は大きく）なり、０．５倍では傾きは０（群屈折率は∞、フォトニックバンドギャップ）となる。
【００４０】
ここで、屈折率調整部２の積層周期ｐをλの０．５倍よりも少し小さくすると、図１（ｃ）のように材料屈折率（ｎ１あるいはｎ２）よりも大きい、自然界では得られない巨大な群屈折率（分散曲線長の接線の傾きの逆数）が、例えば、ｎ＞５が得られる。
このような巨大な群屈折率を有する屈折率調整部２を各２次元表示部１と組み合わせた組をｍ個、視聴者方向から順番に配列してボリュームディスプレイを構成している。その結果、複数の２次元表示部１の各間隔に気体（又は真空）を充填した場合に比べて奥行きを約１／ｎｉ、例えば約１／５以下、にすることができるので、薄型のボリュームディスプレイが得られる。ただし、２次元表示部１がカラーの場合は、前記可視光波長範囲（青波長λｂ〜赤波長λｒ）４において、ほぼ群屈折率が一定となるように屈折率調整部２の構造（材料屈折率、周期構造など）を設計することになる。
【００４１】
なお、上記した説明では、周期ｐを波長の０．５倍よりも少し小さい場合を説明したが、周期ｐを波長の０．５倍よりも少し大きくしても、１次の分散曲線上の絶対値が巨大な屈折率を利用できるので同様に奥行きの小さな薄型ボリュームディスプレイが得られる。
【００４２】
このように、光軸方向の屈折率周期構造を有する屈折率調整部を、ボリュームディスプレイを構成する複数の２次元表示部の各前面に配置し、前記周期を２次元表示部の発光波長の０．５倍の整数倍以外の値とすることで、前記各２次元表示部間の光路長を大幅に長くできるので、各２次元表示部間隔を大幅に小さくでき、薄型のボリュームディスプレイを実現することができる。
【００４３】
以上、本実施の形態１では、上述したように、２次元表示制御部９が、第１屈折率調整部２の基準位置Ｒから光路長Ｌｉ
【００４４】
【数１】
2009103978.tif 000005
の距離だけ離れた第ｉ２次元表示部１に、所望の３次元像の、前記基準位置Ｒから物理長Ｄｉ上の２次元断面像を表示するように制御する。すなわち、２次元表示制御部９は、第１〜ｍ番目の２次元表示部１に、実空間における所望の静止画である３次元像の、予め用意されている対応する各２次元断面像を同時に一斉に表示させる。これによって、視聴者の目には、薄型の表示装置であっても、奥行きのある立体画像が映ることになる。
【００４５】
さらに、動画の場合は、そのような２次元断面像のセットを時間とともに、同時に一斉に切り替えていくことにより、動かすことが出来る。
【００４６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の立体表示装置の一例である、１枚の２次元表示部で構成する薄型ボリュームディスプレイの概要図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は屈折率調整部の一部拡大図、（ｃ）は分散特性グラフである。
【００４７】
図３は、本実施の形態２において、液晶を使用した電界制御可能な屈折率周期構造の概要図である。
【００４８】
本実施の形態２にかかる立体表示装置は、図２（ａ）に示すように、２次元表示部１０と、前記２次元表示部１０の前面に配置され、前記２次元表示部１０の発光波長の０．５倍よりも少し小さい周期ｐを有し、発光波長範囲４において光軸方向の群速度がほぼ一定となる屈折率周期構造６を有する屈折率調整部１１と、前記屈折率周期構造６を、その材料屈折率や周期などを変化させることによって、外部制御する屈折率制御部１２と、２次元表示部１０に対して、画像を表示させる２次元表示制御部９とで構成されている。なお、実施の形態１でも説明したように、必ずしも密着する必要はない。
【００４９】
前記屈折率制御部１２は、前記屈折率調整部１１の最前面位置である基準位置Ｒから前記２次元表示部１０までの光路長Ｌが、実空間における３次元像の先頭から前記２次元表示部１０が表示する３次元像の２次元断面位置までの距離に一致するように、前記屈折率周期構造６を変調し、表示される２次元断面像に同期させる。
【００５０】
すなわち、２次元表示制御部９は、２次元表示部１０に対して、実空間における３次元像の各２次元断面像を手前から奥へ、あるいは奥から手前の順で時系列で表示させる。なお、この順はこれらの限らず、予め決められていれば前後してもかまわない。
【００５１】
屈折率制御部１２は、このような２次元表示部１０に表示される２次元断面像に対応同期して、光路長Ｌを変更させる。
【００５２】
この屈折率調整部１１と屈折率制御部１２は、本発明の光路長調整装置の一例に対応する。
【００５３】
次に、屈折率調整部１１による光路長調整機能、および、２次元表示部１０との組合せによる薄型ボリュームディスプレイのメカニズムを説明する。
【００５４】
まず、図２（ｂ）に示す、屈折率ｎ１の低屈折率材料（膜厚ｄ１）７と、屈折率ｎ２の高屈折率材料（膜厚ｄ２）８を２次元表示部１０の発光波長範囲４（可視光波長：青波長λｂ＜λ＜赤波長λｒ）の０．５倍よりも少し小さい周期（ｐ＝ｄ１＋ｄ２）で光軸方向Ａに周期的に積層した構造を有する屈折率調整部１１の分散特性は、実施の形態１（図1（ｃ））と同様に、周期ｐがλの０．５倍に近づく（波数ｋは大きくなる）につれて傾きが小さく（群屈折率は大きく）なり、０．５倍では傾きは０（群屈折率は∞、フォトニックバンドギャップ）となる。
【００５５】
ここで、屈折率調整部の積層周期ｐがλの０．５倍よりも少し小さい場合、実施の形態１（図1（ｃ））と同様に、材料屈折率（ｎ１あるいはｎ２）よりも大きい、自然界では得られない巨大な群屈折率が、例えば、ｎ＞５が得られる。
【００５６】
そこで、前記屈折率調整部１１の周期構造を変化させて、前記２次元表示部１０において３次元像の総数ｍ個の２次元断面像の内、視聴者側からの第１断面像、第ｉ断面像（１＜ｉ＜ｍ）、第ｍ断面像を表示する場合の分散特性を、図２(ｃ)に示すように、それぞれ傾きの大きい（群屈折率（ｎ１，ｎｉ，ｎｍの小さい）順の曲線にする。そのようにすることによって、３次元像の先頭からの各２次元断面像までの実際の距離Ｌｉは第１断面像、第ｉ断面像、第ｍ断面像の順で大きくすることができ、かつ、各２次元断面像表示時の群屈折率自体が大きいので各断面像表示時の任意の２次元断面像間（第ｉ断面像と第ｊ断面像間）の光路長差｜Ｌｉ−Ｌｊ｜＝Ｌｉ‘×｜ｎｉ−ｎｊ｜も大きくできる。ただし、Ｌｊ’は屈折率調整部１１の実際の厚さである。
【００５７】
従って、前記屈折率制御部１２により前記２次元表示部１０で第ｉ断面像を表示している時に、屈折率調整部１１の光路長Ｌｉ‘×ｎｉが実空間における３次元像の先頭から２次元断面位置までの実際の距離Ｌｉに一致するように前記屈折率周期構造６を変調して同期させれば、１組の２次元表示部１０と屈折率調整部１１で薄型ボリュームディスプレイを実現できる。これを１〜ｍ断面像順次時系列で実行する。
【００５８】
なお、本実施の形態２では、２次元表示部１０へ、例えば静止画の３次元立体像を表示する場合、２次元の断面像を順次時系列で表示させて、あたかも静止画の３次元立体像が表示されているように、視聴者に見せる必要があるので、屈折率調整部１１の屈折率変調周期は、視聴者の残像が消えない時間内であることが必要である。例えば、残像が消えない時間内は３０Ｈｚ以上である。さらに、動画の３次元立体像の場合は、より周期は短い方が望ましい。
【００５９】
ただし、２次元表示部１０がカラーの場合は、前記可視光波長範囲（青波長λｂ〜赤波長λｒ）において、ほぼ群屈折率が一定となるように屈折率調整部１１の構造（材料屈折率、周期構造など）を設定しておく。
【００６０】
なお、前記屈折率調整部１１の屈折率周期構造６の具体的な変調方法としては、材料に液晶や圧電材料、および、電気光学材料や音響光学素子を使用し、それぞれ、周期形状、および、材料屈折率を外部から制御することで、周期構造を変調することができる。例えば、図３に示すように液晶２６と、外部電界に無変化材料２７とを周期的に積層した屈折率周期構造に対して、外部電界を印加すると、液晶２６のみが形状および屈折率が変化し、前記屈折率調整部１１の屈折率周期構造６が変化する。
【００６１】
このように、２次元表示部の視聴者側面に光軸方向の屈折率周期構造を有する屈折率調整部を配置し、２次元表示部の発光波長の０．５倍よりも少し大きくし、屈折率調整部での光路長を２次元表示部の映像と同期させることにより薄型のボリュームディスプレイを実現できる。
【００６２】
（実施の形態３）
図４は、本実施の形態３にかかる、可動反射板を必要としない小型のＯＣＴの概要図である。
【００６３】
本実施の形態３にかかるＯＣＴは、図４に示すように、５０対５０比のマッハツェンダー（ＭＺ）型光カプラー１３と、前記マッハツェンダー型光カプラー１３の一面に設けられた第１結合部に、光ファイバー２１を介して接続される光源部１４と、前記マッハツェンダー型光カプラー１３の前記一面の第２結合部に光ファイバーを介して接続される受光部１５と、前記マッハツェンダー型光カプラー１３の他方の面の第１結合部に接続される被試験体１６に光を照射する光プローブ部１７と、前記マッハツェンダー型光カプラー１３の前記他方の面の第２結合部に接続される、レファレンス部１９と、前記レファレンス部１９を制御するための屈折率制御部１２で構成される。
【００６４】
上記レファレンス部１９は、上記実施の形態２の屈折率調整部１１を備えており、すなわち、光軸方向に光源波長の０．５の整数倍以外の屈折率周期構造を有する屈折率調整部１１を備えている。この屈折率調整部１１と屈折率制御部１２は、上述した実施の形態２の光路長調整装置に対応する。
【００６５】
さらに、レファレンス部１９は反射板１８を備える。すなわちこの反射板１８は、上記屈折率調整部１１の光入射側とは反対側に貼りつけられている。屈折率制御部１２はその屈折率調整部１１の屈折率周期構造を変調することによって、レファレンス部１９を制御するものである。
【００６６】
次に、屈折率調整部１１の屈折率周期構造を制御することによって、反射板１８に可動部が不要な本実施の形態３のＯＣＴのメカニズムを説明する。
【００６７】
まず、前記光源部１４からの入力光２２が前記マッハツェンダー型光カプラー１３によって互いに逆相の光に２分岐され、それぞれ、光プローブ部１７を介して前記被試験体１６への入力光（プローブ光２３）と屈折率調整部１１と反射板１８で構成されたレファレンス部１９への入力光（参照光２４）になる。
【００６８】
次に、レファレンス部１９の、光源波長λの０．５倍よりも少し小さな周期ｐで光軸方向に周期的に積層した構造を有する屈折率調整部１１の分散特性は、実施の形態２と同様に、周期ｐがλの０．５倍に近づく（波数ｋは大きくなる）につれて傾きが小さく（群屈折率は大きく）なり、０．５倍では傾きは０（群屈折率は∞、フォトニックバンドギャップ）となるので、λの０．５倍よりも少し大きな周期を中心に積層周期あるいは材料屈折率を変調すれば群屈折率を大きく変化、すなわち、光路長を大きく変化させることができる。
【００６９】
従って、レファレンス部１９側では、屈折率制御部１２によって、周期的に時間関数制御された屈折率調整部１１の前記光路長（屈折率調整部１１の長さの往復）の変化に応じて位相が変化した光が前記マッハツェンダー型光カプラー１３に戻される。
【００７０】
一方、光プローブ部１７側では、被試験体１６の内部で内部深さ距離と反射位置での光学特性に応じて位相が変化した反射光が前記光プローブ部１７を介して前記マッハツェンダー型光カプラー１３に戻される。
【００７１】
そして、前記マッハツェンダー型光カプラー１３において、前記被試験体１６からの反射光と反射板１８からの反射光が干渉し、被試験体１６の反射光の深さ距離と光学特性による位相変化と反射板１８の反射光による位相変化の差分、すなわち、被試験体の深さ方向の光学特性に応じた光量の時間変化が前記受光部１５へ出力されるので、深さ距離に比例した時間と前記受光量の関係を演算処理すれば、被試験体の深さ距離と光学特性の関係を測定することができる。
【００７２】
このように、反射板の入面側に大きく屈折率を変化できる屈折率周期構造を配置することで、可動部を必要とせずに光路長を制御できるので、ＯＣＴの大きさを小さくできる。
【００７３】
なお、本発明のプログラムは、上述した本発明の立体表示方法の全部又は一部のステップの動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【００７４】
また、本発明の記録媒体は、上述した本発明の立体表示方法の全部又は一部のステップの全部又は一部の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムを記録した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記動作を実行する記録媒体である。
【００７５】
なお、本発明の上記一部のステップとは、それらの複数のステップの内の、一つ又は幾つかのステップを意味する。
【００７６】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な、ＲＯＭ等の記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００７７】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等の伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００７８】
また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【００７９】
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、可動部を必要とせずに大幅に光路長を変化できるので、光学系を小型、薄型にできるボリュームディスプレイやＯＣＴとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態１の薄型ボリュームディスプレイの概要図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は屈折率調整部の一部拡大図、（ｃ）は分散特性グラフである。
【図２】本発明の実施の形態２の薄型ボリュームディスプレイの概要図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は屈折率調整部の一部拡大図、（ｃ）は分散特性グラフである。
【図３】本発明の実施の形態２において、液晶を使用した屈折率周期構造の概要図である。
【図４】本発明の実施の形態３の小型ＯＣＴの概要図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  第ｉ２次元表示部
２  第ｉ屈折率調整部
３  視聴者方向
４  波長範囲
５  多層２次元表示部
６  屈折率周期構造
７  低屈折率材料
８  高屈折率材料
９  ２次元表示制御部
１０  ２次元表示部
１１  屈折率調整部
１２  屈折率制御部
１３  マッハツェンダー（ＭＺ）型光カプラー
１４  光源部
１５  受光部
１６  被試験体
１７  プローブ部
１８  反射板
１９  レファレンス部
２１  光ファイバー
２２  入力光
２３  プローブ光
２４  参照光
２５  出力光
２６  液晶
２７  無変化材料
１２０  屈折率調整機能付２次元表示部
Ａ  光軸方向
Ｒ  基準位置
ｎ  屈折率
ｐ  周期
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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