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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024137221
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】立体表示装置
(51)【国際特許分類】
G02B 30/50 20200101AFI20240927BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20240927BHJP
H04N 13/388 20180101ALI20240927BHJP
H04N 13/398 20180101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G02B30/50
G02B26/10 C
H04N13/388
H04N13/398
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023048664
(22)【出願日】2023-03-24
(71)【出願人】
【識別番号】308036402
【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 文彦
【テーマコード（参考）】
2H045
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H045AA01
2H045AB01
2H045BA13
2H045BA15
2H045BA20
2H199BA22
2H199BB02
2H199BB17
2H199BB45
2H199BB60
(57)【要約】
【課題】立体像の画像品質を向上させる。
【解決手段】立体表示装置は、レーザー光源と、レーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、変換部から入射するコリメート光を、反射方向が互いに異なる複数の反射鏡によって反射することにより複数のコリメート光として出射する分割部と、を備える光源部と、光源部から入射する複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、収束部によって収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、集光位置を三次元走査する走査部と、を備える出射部と、描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、集光位置における強度を制御する強度制御部と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】立体表示装置は、レーザー光源と、レーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、変換部から入射するコリメート光を、反射方向が互いに異なる複数の反射鏡によって反射することにより複数のコリメート光として出射する分割部と、を備える光源部と、光源部から入射する複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、収束部によって収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、集光位置を三次元走査する走査部と、を備える出射部と、描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、集光位置における強度を制御する強度制御部と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザー光を出射するレーザー光源と、
前記レーザー光源から出射されたレーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、
前記変換部から入射するコリメート光を、反射方向が互いに異なる複数の反射鏡によって反射することにより、複数のコリメート光として出射する分割部と、
を備える光源部と、
前記光源部から入射する複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において前記複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、
レーザー光が照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質が含まれる描画空間を走査対象範囲として、前記収束部によって前記収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって前記複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、前記集光位置を三次元走査する走査部と、
を備える出射部と、
前記描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、前記集光位置における強度を制御する強度制御部と、
を備える立体表示装置。
前記レーザー光源から出射されたレーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、
前記変換部から入射するコリメート光を、反射方向が互いに異なる複数の反射鏡によって反射することにより、複数のコリメート光として出射する分割部と、
を備える光源部と、
前記光源部から入射する複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において前記複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、
レーザー光が照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質が含まれる描画空間を走査対象範囲として、前記収束部によって前記収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって前記複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、前記集光位置を三次元走査する走査部と、
を備える出射部と、
前記描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、前記集光位置における強度を制御する強度制御部と、
を備える立体表示装置。
【請求項2】
前記光源部は、前記複数のコリメート光のうち、少なくとも１つの前記コリメート光の位相を制御する位相制御部
をさらに備え、
前記位相制御部によって位相が制御された少なくとも１つの前記コリメート光を、前記収束部に出射する
請求項１に記載の立体表示装置。
をさらに備え、
前記位相制御部によって位相が制御された少なくとも１つの前記コリメート光を、前記収束部に出射する
請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項3】
それぞれレーザー光を出射する複数のレーザー光源と、
それぞれの前記レーザー光源から出射されたレーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、
を備え、前記変換部が変換した複数のコリメート光をそれぞれ出射する光源部と、
前記光源部から入射する前記複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において前記複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、
レーザー光が照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質が含まれる描画空間を走査対象範囲として、前記収束部によって前記収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって前記複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、前記集光位置を三次元走査する走査部と、
を備える出射部と、
前記描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、前記集光位置における強度を制御する強度制御部と、
を備える立体表示装置。
それぞれの前記レーザー光源から出射されたレーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、
を備え、前記変換部が変換した複数のコリメート光をそれぞれ出射する光源部と、
前記光源部から入射する前記複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において前記複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、
レーザー光が照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質が含まれる描画空間を走査対象範囲として、前記収束部によって前記収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって前記複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、前記集光位置を三次元走査する走査部と、
を備える出射部と、
前記描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、前記集光位置における強度を制御する強度制御部と、
を備える立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、立体表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、空中に映像を表示する立体表示装置について、様々な方法が提案されている。このような従来の立体表示装置の例として、レーザーを集光してプラズマを発生させることでvoxel（空間的な画素）を形成し、空中に映像を表示する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－２０６５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のような立体表示装置においては、蛍光物質にレーザー光を励起光として入射させて輝点を生じさせることにより、十分な明るさの立体像を描くことが可能である。一方で、蛍光物質の特性と、励起光であるレーザー光の強さとの対応関係によっては、所望の位置に輝点を描くことが困難である場合があった。このような場合、立体像の画像品質が低下してしまうという課題があった。
【0005】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、立体像の画像品質を向上させることができる立体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】
【0006】
［１］本発明の一態様は、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光源から出射されたレーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、前記変換部から入射するコリメート光を、反射方向が互いに異なる複数の反射鏡によって反射することにより、複数のコリメート光として出射する分割部と、を備える光源部と、前記光源部から入射する複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において前記複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、レーザー光が照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質が含まれる描画空間を走査対象範囲として、前記収束部によって前記収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって前記複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、前記集光位置を三次元走査する走査部と、を備える出射部と、前記描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、前記集光位置における強度を制御する強度制御部と、を備える立体表示装置である。
【0007】
［２］本発明の一態様は、上記［１］に記載の立体表示装置において、前記光源部は、前記複数のコリメート光のうち、少なくとも１つの前記コリメート光の位相を制御する位相制御部をさらに備え、前記位相制御部によって位相が制御された少なくとも１つの前記コリメート光を、前記収束部に出射する。
【0008】
［３］本発明の一態様は、それぞれレーザー光を出射する複数のレーザー光源と、それぞれの前記レーザー光源から出射されたレーザー光を所定の径のコリメート光に変換する変換部と、を備え、前記変換部が変換した前記複数のコリメート光をそれぞれ出射する光源部と、前記光源部から入射する前記複数のコリメート光をそれぞれ収束させて複数の収束光とし、集光位置において前記複数の収束光どうしを干渉させる収束部と、レーザー光が照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質が含まれる描画空間を走査対象範囲として、前記収束部によって前記収束光が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の光軸方向変更素子によって前記複数の収束光が出射される光軸方向をまとめて変化させることにより、前記集光位置を三次元走査する走査部と、を備える出射部と、前記描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データに基づいて、前記集光位置における強度を制御する強度制御部と、を備える立体表示装置である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、立体像の画像品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本実施形態の立体表示装置の構成の一例を示す図である。
【図2】本実施形態の分割部の構成の一例を示す図である。
【図3】本実施形態の立体表示装置の動作の流れの一例を示す図である。
【図4】本実施形態の立体表示装置から出射された収束光の干渉の状態を示す図である。
【図5】本実施形態の集光位置における収束光の入射エネルギーの計算モデルの一例を示す図である。
【図6】収束光の波の変位特性の一例を示す図である。
【図7】複数の収束光どうしの干渉特性の一例を示す図である。
【図8】本実施形態の分割ミラーの構成の変形例を示す図である。
【図9】本変形例における、収束光の波の変位特性の一例を示す図である。
【図10】本変形例における、複数の収束光どうしの干渉特性の一例を示す図である。
【図11】本実施形態の立体表示装置の構成の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の態様に係る立体表示装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られない。また、本願でいう「ＸＸに基づいて」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づいて」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。
以下、図を参照しながら、実施形態について説明する。
以下、図を参照しながら、実施形態について説明する。
【0012】
［立体表示装置１の機能構成］
図１は、本実施形態の立体表示装置１の構成の一例を示す図である。立体表示装置１は、蛍光物質２１が含まれる描画空間２を走査対象範囲としてレーザー光Ｌを走査することにより、描画空間２に立体像を表示する装置である。
描画空間２とは、内部に蛍光物質２１を保持することができる空間である。一例として、描画空間２とは、内部に粉末状の蛍光物質２１が封入された、円筒形状の透明な壁を有する円筒容器の内部空間である。この場合、描画空間２は、中空の領域である。他の一例として、描画空間２とは、蛍光物質２１が練りこまれた透明樹脂で形成された物体である。この場合、描画空間２は、中実の領域である。
つまり、描画空間２の「空間」とは、三次元に広がる領域であればよく、中空であるか中実であるかを問わない。また、描画空間２は、気体、液体、固体のいずれで構成されていてもよい。
図１は、本実施形態の立体表示装置１の構成の一例を示す図である。立体表示装置１は、蛍光物質２１が含まれる描画空間２を走査対象範囲としてレーザー光Ｌを走査することにより、描画空間２に立体像を表示する装置である。
描画空間２とは、内部に蛍光物質２１を保持することができる空間である。一例として、描画空間２とは、内部に粉末状の蛍光物質２１が封入された、円筒形状の透明な壁を有する円筒容器の内部空間である。この場合、描画空間２は、中空の領域である。他の一例として、描画空間２とは、蛍光物質２１が練りこまれた透明樹脂で形成された物体である。この場合、描画空間２は、中実の領域である。
つまり、描画空間２の「空間」とは、三次元に広がる領域であればよく、中空であるか中実であるかを問わない。また、描画空間２は、気体、液体、固体のいずれで構成されていてもよい。
【0013】
蛍光物質２１とは、フォトルミネッセンス効果のある材料であり、本実施形態の一例においては量子ドット（ＱＤ；Quantum Dot）分散体である。ＱＤ分散体とは、量子ドットを有機溶媒（例えば、トルエン）中、気体中、あるいは固体中に、所定の体積濃度で散在させたものである。
例えば、蛍光物質２１は、希土類元素を含む蛍光体を透明な樹脂中に分散（散在）させて固化したものであってもよい。
例えば、蛍光物質２１は、希土類元素を含む蛍光体を透明な樹脂中に分散（散在）させて固化したものであってもよい。
【0014】
立体表示装置１は、光源部１０と、出射部２０と、記憶部３０と、制御部６０とを備える。
【0015】
光源部１０は、レーザー光源１１０と、変換部１２０と、分割部１３０とを備える。
レーザー光源１１０は、レーザー光Ｌを出射する。レーザー光源１１０は、一例として、紫外線レーザーや、波長４０５ｎｍの小型レーザーダイオードなどであってもよい。以下の説明において、レーザー光源１１０が出射するレーザー光Ｌのことを光源光Ｌ１ともいう。
レーザー光源１１０は、レーザー光Ｌを出射する。レーザー光源１１０は、一例として、紫外線レーザーや、波長４０５ｎｍの小型レーザーダイオードなどであってもよい。以下の説明において、レーザー光源１１０が出射するレーザー光Ｌのことを光源光Ｌ１ともいう。
【0016】
レーザー光源１１０から出射される光源光Ｌ１は、平行光ではなく、レーザー光源１１０を頂点にした円錐状に広がって進む性質を有している。
レーザー光源１１０から出射された直後の光源光Ｌ１は、径が十分に小さい。一方、レーザー光源１１０から離れた位置の光源光Ｌ１は、出射された直後の光源光Ｌ１に比べて拡径している。このため、レーザー光源１１０から出射された直後の光源光Ｌ１は、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的高い。また、レーザー光源１１０から離れた位置の光源光Ｌ１は、径方向の単位面積（つまり、光束の断面積）当たりのエネルギーが比較的低い。
レーザー光源１１０から出射された直後の光源光Ｌ１は、径が十分に小さい。一方、レーザー光源１１０から離れた位置の光源光Ｌ１は、出射された直後の光源光Ｌ１に比べて拡径している。このため、レーザー光源１１０から出射された直後の光源光Ｌ１は、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的高い。また、レーザー光源１１０から離れた位置の光源光Ｌ１は、径方向の単位面積（つまり、光束の断面積）当たりのエネルギーが比較的低い。
【0017】
変換部１２０は、コリメートレンズ１２１を備えている。コリメートレンズ１２１は、円錐状に広がって進む光源光Ｌ１を、所定の径の平行光に変換する。以下の説明において、コリメートレンズ１２１によって平行光に変換されたレーザー光Ｌのことを、コリメート光Ｌ２ともいう。すなわち、変換部１２０は、出射された光源光Ｌ１を所定の径のコリメート光Ｌ２に変換する。
コリメート光Ｌ２は、上述したように、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的低い状態の光源光Ｌ１を平行光に変換した光である。したがって、コリメート光Ｌ２は、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的低い。
コリメート光Ｌ２は、上述したように、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的低い状態の光源光Ｌ１を平行光に変換した光である。したがって、コリメート光Ｌ２は、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的低い。
【0018】
分割部１３０は、変換部１２０から入射するコリメート光Ｌ２を、反射方向が互いに異なる複数の分割ミラー１３２（反射鏡）によって反射することにより、複数のコリメート光Ｌ２として出射する。分割部１３０の構成の具体例について図２を参照して説明する。
【0019】
図２は、本実施形態の分割部１３０の構成の一例を示す図である。分割部１３０は、導光ミラー１３１と、分割ミラー１３２とを備える。
導光ミラー１３１は、変換部１２０から入射するコリメート光Ｌ２を分割ミラー１３２に導光する。なお、分割部１３０は、コリメート光Ｌ２を分割ミラー１３２に導光できる構成になっていればよく、導光ミラー１３１は必須の構成要素ではない。例えば、変換部１２０から出射されたコリメート光Ｌ２が直接的に分割ミラー１３２に入射するように構成されていてもよい。
分割ミラー１３２は、入射するコリメート光Ｌ２を、複数のコリメート光Ｌ２に分割する。一例として、分割ミラー１３２は、第１分割ミラー１３２１と、第２分割ミラー１３２２とを備えている。分割ミラー１３２に入射したコリメート光Ｌ２は、第１分割ミラー１３２１に反射された第１コリメート光Ｌ２１と、第２分割ミラー１３２２に反射された第２コリメート光Ｌ２２とに分割される。
導光ミラー１３１は、変換部１２０から入射するコリメート光Ｌ２を分割ミラー１３２に導光する。なお、分割部１３０は、コリメート光Ｌ２を分割ミラー１３２に導光できる構成になっていればよく、導光ミラー１３１は必須の構成要素ではない。例えば、変換部１２０から出射されたコリメート光Ｌ２が直接的に分割ミラー１３２に入射するように構成されていてもよい。
分割ミラー１３２は、入射するコリメート光Ｌ２を、複数のコリメート光Ｌ２に分割する。一例として、分割ミラー１３２は、第１分割ミラー１３２１と、第２分割ミラー１３２２とを備えている。分割ミラー１３２に入射したコリメート光Ｌ２は、第１分割ミラー１３２１に反射された第１コリメート光Ｌ２１と、第２分割ミラー１３２２に反射された第２コリメート光Ｌ２２とに分割される。
【0020】
第１分割ミラー１３２１の法線ＮＬ１と、分割ミラー１３２２の法線ＮＬ２とは、互いに平行ではなく、１点（例えば、遠方の１点）で交わるように配置されている。つまり、第１分割ミラー１３２１と第２分割ミラー１３２２とは、反射方向が互いに異なる。
第１分割ミラー１３２１で反射された第１コリメート光Ｌ２１と、第２分割ミラー１３２２で反射された第２コリメート光Ｌ２２とは、１点で交わるように導光される。
第１コリメート光Ｌ２１と、第２コリメート光Ｌ２２とは、平行光ではなく、波面が互いに一致していないため、互いに干渉して光軸ＡＸ方向に強度分布を生じさせる。
第１分割ミラー１３２１で反射された第１コリメート光Ｌ２１と、第２分割ミラー１３２２で反射された第２コリメート光Ｌ２２とは、１点で交わるように導光される。
第１コリメート光Ｌ２１と、第２コリメート光Ｌ２２とは、平行光ではなく、波面が互いに一致していないため、互いに干渉して光軸ＡＸ方向に強度分布を生じさせる。
【0021】
分割部１３０は、コリメート光Ｌ２を第１コリメート光Ｌ２１と第２コリメート光Ｌ２２とに分割して、分割したコリメート光Ｌ２を出射部２０に出射する。
【0022】
図１に戻り、出射部２０は、光源部１０から入射するコリメート光Ｌ２を収束させて、収束させたコリメート光Ｌ２を描画空間２の内部の集光位置２３に導光する。以下の説明において、出射部２０が収束させたコリメート光Ｌ２のことを収束光Ｌ３ともいう。出射部２０が出射する収束光Ｌ３の進行方向を光軸ＡＸともいう。
【0023】
上述したように、収束光Ｌ３は、コリメート光Ｌ２を収束（つまり、縮径）させた光である。したがって、収束光Ｌ３は、コリメート光Ｌ２に比べ、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的高い。収束光Ｌ３の径方向の単位面積当たりのエネルギーは、最も収束（縮径）した位置において、最も高くなる。
つまり、蛍光物質２１に入射する収束光Ｌ３のエネルギーは、最も収束（縮径）した位置において最も高い。
つまり、蛍光物質２１に入射する収束光Ｌ３のエネルギーは、最も収束（縮径）した位置において最も高い。
【0024】
出射部２０は、収束部２３０と、走査部２４０とを備える。なお、出射部２０は、変調部２２０を備えていてもよい。
【0025】
変調部２２０は、空間位相変調器２２１を備える。空間位相変調器２２１は、分割部１３０によって分割された複数のコリメート光Ｌ２のうち、少なくとも１つのコリメート光Ｌ２の位相を、制御部６０の制御に基づいて変調する。
例えば、図２に示すように、変調部２２０は、分割された第１コリメート光Ｌ２１と第２コリメート光Ｌ２２のうちの一方（同図の一例では、第２コリメート光Ｌ２２）の位相を変調する。変調部２２０は、第２コリメート光Ｌ２２の位相を変調することにより、第１コリメート光Ｌ２１と第２コリメート光Ｌ２２とが干渉する位置において、コリメート光Ｌ２どうしの干渉の状態を変更することができる。
変調部２２０は、位相を変調した（すなわち、位相が制御された）コリメート光Ｌ２を、収束部２３０に出射する。
例えば、図２に示すように、変調部２２０は、分割された第１コリメート光Ｌ２１と第２コリメート光Ｌ２２のうちの一方（同図の一例では、第２コリメート光Ｌ２２）の位相を変調する。変調部２２０は、第２コリメート光Ｌ２２の位相を変調することにより、第１コリメート光Ｌ２１と第２コリメート光Ｌ２２とが干渉する位置において、コリメート光Ｌ２どうしの干渉の状態を変更することができる。
変調部２２０は、位相を変調した（すなわち、位相が制御された）コリメート光Ｌ２を、収束部２３０に出射する。
【0026】
なお、出射部２０が変調部２２０を備えていない場合がある。この場合には、光源部１０から出射部２０に入射したコリメート光Ｌ２は、変調部２２０を経ずに収束部２３０に入射する。すなわち、収束部２３０には、光源部１０の分割部１３０からコリメート光Ｌ２が入射する。
【0027】
図１に戻り、収束部２３０は、入射する複数のコリメート光Ｌ２をそれぞれ収束させて複数の収束光Ｌ３とし、集光位置２３において複数の収束光Ｌ３どうしを干渉させる。
より具体的には、収束部２３０は、収束レンズ２３１を備えている。収束レンズ２３１は、透過するレーザー光Ｌが収束する位置（つまり、焦点距離）を、制御部６０の制御に基づいて変更することができる。
収束部２３０を透過するレーザー光Ｌは、上述した分割部１３０によって分割された第１コリメート光Ｌ２１と第２コリメート光Ｌ２２とによって構成されている。収束部２３０は、入射する第１コリメート光Ｌ２１と、第２コリメート光Ｌ２２とをそれぞれ収束させる。したがって、収束部２３０から出射される収束光Ｌ３は、第１コリメート光Ｌ２１に基づく第１収束光Ｌ３１と、第２コリメート光Ｌ２２に基づく第２収束光Ｌ３２とによって構成される。
より具体的には、収束部２３０は、収束レンズ２３１を備えている。収束レンズ２３１は、透過するレーザー光Ｌが収束する位置（つまり、焦点距離）を、制御部６０の制御に基づいて変更することができる。
収束部２３０を透過するレーザー光Ｌは、上述した分割部１３０によって分割された第１コリメート光Ｌ２１と第２コリメート光Ｌ２２とによって構成されている。収束部２３０は、入射する第１コリメート光Ｌ２１と、第２コリメート光Ｌ２２とをそれぞれ収束させる。したがって、収束部２３０から出射される収束光Ｌ３は、第１コリメート光Ｌ２１に基づく第１収束光Ｌ３１と、第２コリメート光Ｌ２２に基づく第２収束光Ｌ３２とによって構成される。
【0028】
走査部２４０は、走査鏡２４１（例えば、ガルバノミラー、ポリゴンミラーなど）を備えており、収束部２３０が収束させるレーザー光Ｌの出射方向を変化させる。
ここで、走査部２４０が描画空間２を走査する方向について、ＸＹＺの三次元直交座標系を用いて説明する。
三次元直交座標系のＸ軸およびＹ軸は、出射部２０から描画空間２を見込んだ場合の画角を表す。Ｘ軸は、描画空間２の水平方向（図１の左右方向）を示す。Ｙ軸は、描画空間２の奥行き方向（図１の奥行き方向）を示す。走査部２４０は走査鏡２４１の方向を変化させることによって、描画空間２のＸＹ平面内の任意の位置に向けて、収束光Ｌ３を出射することができる。つまり、走査部２４０は、収束光Ｌ３をＸＹ平面において二次元走査する二次元走査部である、ともいえる。
三次元直交座標系のＺ軸は、出射部２０から描画空間２を見込んだ場合の奥行を表す。上述した収束部２３０は、収束光Ｌ３の収束位置（収束レンズ２３１の焦点距離）を変化させることにより、収束光Ｌ３の集光位置２３を、Ｚ軸方向に変化させることができる。
つまり、収束部２３０と、走査部２４０とを合わせて、収束光Ｌ３をＸＹＺ空間において三次元走査する三次元走査部である、ともいえる。以下の説明において、収束部２３０と走査部２４０とを合わせた三次元走査部のことを単に走査部ともいう。
なお、本実施形態の一例では、描画空間２は円筒形状である。走査部２４０は、描画空間２の円筒の底面から、収束光Ｌ３を描画空間２に入射させる。この一例では、ＸＹ平面は、描画空間２の底面に平行な面を表す。また、Ｚ軸は、描画空間２の円筒の高さを表す。
ここで、走査部２４０が描画空間２を走査する方向について、ＸＹＺの三次元直交座標系を用いて説明する。
三次元直交座標系のＸ軸およびＹ軸は、出射部２０から描画空間２を見込んだ場合の画角を表す。Ｘ軸は、描画空間２の水平方向（図１の左右方向）を示す。Ｙ軸は、描画空間２の奥行き方向（図１の奥行き方向）を示す。走査部２４０は走査鏡２４１の方向を変化させることによって、描画空間２のＸＹ平面内の任意の位置に向けて、収束光Ｌ３を出射することができる。つまり、走査部２４０は、収束光Ｌ３をＸＹ平面において二次元走査する二次元走査部である、ともいえる。
三次元直交座標系のＺ軸は、出射部２０から描画空間２を見込んだ場合の奥行を表す。上述した収束部２３０は、収束光Ｌ３の収束位置（収束レンズ２３１の焦点距離）を変化させることにより、収束光Ｌ３の集光位置２３を、Ｚ軸方向に変化させることができる。
つまり、収束部２３０と、走査部２４０とを合わせて、収束光Ｌ３をＸＹＺ空間において三次元走査する三次元走査部である、ともいえる。以下の説明において、収束部２３０と走査部２４０とを合わせた三次元走査部のことを単に走査部ともいう。
なお、本実施形態の一例では、描画空間２は円筒形状である。走査部２４０は、描画空間２の円筒の底面から、収束光Ｌ３を描画空間２に入射させる。この一例では、ＸＹ平面は、描画空間２の底面に平行な面を表す。また、Ｚ軸は、描画空間２の円筒の高さを表す。
【0029】
走査部２４０は、レーザー光Ｌが照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質２１が含まれる描画空間２を走査対象範囲として、収束光Ｌ３が収束する焦点距離と、収束光Ｌ３が出射される光軸ＡＸの方向とを変化させることにより、レーザー光Ｌの集光位置２３を三次元走査する。
走査部２４０から出射されるレーザー光Ｌ（つまり、収束光Ｌ３）は、上述した分割部１３０が分割した第１コリメート光Ｌ２１に基づく第１収束光Ｌ３１と、第２コリメート光Ｌ２２に基づく第２収束光Ｌ３２とによって構成されている。
走査部２４０から出射されるレーザー光Ｌ（つまり、収束光Ｌ３）は、上述した分割部１３０が分割した第１コリメート光Ｌ２１に基づく第１収束光Ｌ３１と、第２コリメート光Ｌ２２に基づく第２収束光Ｌ３２とによって構成されている。
【0030】
ここで、走査部２４０は、単一の走査鏡２４１を備えている。走査部２４０は、単一の走査鏡２４１に入射する複数の収束光Ｌ３（例えば、第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２）が出射される光軸ＡＸの方向をまとめて変化させる。
【0031】
すなわち、走査部２４０は、レーザー光Ｌが照射されることにより励起されて自発光する蛍光物質２１が含まれる描画空間２を走査対象範囲として、収束部２３０によって収束光Ｌ３が収束される焦点距離を変化させるとともに、単一の走査鏡２４１（光軸方向変更素子の一例）によって複数の収束光Ｌ３が出射される光軸ＡＸの方向（つまり、光軸方向）をまとめて変化させることにより、集光位置２３を三次元走査する。
このように走査部２４０が単一の走査鏡２４１によって構成されているため、複数の収束光Ｌ３の出射方向をまとめて変化させることができる。
このように走査部２４０が単一の走査鏡２４１によって構成されているため、複数の収束光Ｌ３の出射方向をまとめて変化させることができる。
【0032】
ここで、仮に複数の走査鏡によって収束光Ｌ３の出射方向を変化させる場合、複数の走査鏡の角度間に機械的な誤差が生じる場合がある。複数の走査鏡の角度間に誤差が生じると、第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２の収束位置における収束光Ｌ３どうしの干渉の状態に誤差が生じる。つまり、複数の収束光Ｌ３を複数の走査鏡によってそれぞれ出射させる構成であると、収束光Ｌ３の干渉の状態の制御が困難になる。
一方、本実施形態の走査部２４０は、単一の走査鏡２４１によって構成されているため、複数の収束光Ｌ３の出射方向間に機械的な誤差が生じない。したがって、本実施形態の走査部２４０によれば、収束光Ｌ３の干渉の状態の制御をより容易にすることができる。
一方、本実施形態の走査部２４０は、単一の走査鏡２４１によって構成されているため、複数の収束光Ｌ３の出射方向間に機械的な誤差が生じない。したがって、本実施形態の走査部２４０によれば、収束光Ｌ３の干渉の状態の制御をより容易にすることができる。
【0033】
なお、本実施形態において、走査部２４０は、レーザー光Ｌ（コリメート光Ｌ２または収束光Ｌ３）の出射光量を調整する光量調整部（例えば、絞り）や、レーザー光Ｌの出射を遮る遮断部（例えば、シャッター）を備えていてもよい（いずれも不図示）。これら光量調整部や遮断部は、収束部２３０および走査部２４０と同期制御されることにより、描画空間２内の任意の位置に収束光Ｌ３の集光位置２３を制御する。
【0034】
収束光Ｌ３は、描画空間２内の集光位置２３において、蛍光物質２１を励起する励起光として利用される。蛍光物質２１の発光強度は、励起光の強度（つまり、集光位置２３において収束した収束光Ｌ３の強度）に比例する。収束光Ｌ３は、集光位置２３において収束することにより単位体積当たりのエネルギー（つまり、体積エネルギー密度）が高まる。このため、蛍光物質２１は、集光位置２３において強く発光する。
以下の説明において、集光位置２３のうち、収束光Ｌ３が最も収束する位置を、集光点ともいう。
以下の説明において、集光位置２３のうち、収束光Ｌ３が最も収束する位置を、集光点ともいう。
【0035】
出射部２０は、収束部２３０および走査部２４０（つまり、三次元走査部）によって、描画空間２内の各位置を集光位置２３にするようにして走査することにより、描画空間２内に立体像２２を描く。
なお、出射部２０は、描画空間２内において、いわゆるベクタースキャンによる走査を行ってもよいし、いわゆるラスタースキャンによる走査を行ってもよい。
なお、出射部２０は、描画空間２内において、いわゆるベクタースキャンによる走査を行ってもよいし、いわゆるラスタースキャンによる走査を行ってもよい。
【0036】
記憶部３０は、例えば、半導体記憶装置や磁気記憶装置などによる既知の記憶機能を備えており、制御部６０が利用する種々の情報を記憶する。
【0037】
制御部６０は、例えば、コンピュータ装置であり、記憶部３０に記憶されているプログラムおよびデータに基づいて、所定の機能を提供する。制御部６０は、その機能部として、強度制御部６２０と、位相制御部６４０とを備える。
【0038】
強度制御部６２０は、記憶部３０に記憶されている描画データに基づいて、出射部２０が出射するレーザー光Ｌの強度を制御する。描画データとは、描画空間２内の三次元位置ごとの像の明るさを示す情報である。つまり、描画データは、立体像２２を表示するための情報である。
【0039】
強度制御部６２０は、複数の収束光Ｌ３それぞれ単独では蛍光物質２１が発光しない程度の強度にしつつ、複数の収束光Ｌ３が集光位置２３の集光点において互いに干渉した場合に蛍光物質２１が発光する程度の強度にして、レーザー光Ｌの強度を制御する。
一例として、記憶部３０には、強度制御テーブル（不図示）が予め記憶されている。強度制御テーブルとは、レーザー光Ｌの波長、ビーム径、干渉特性などのレーザー光Ｌの特性、描画空間２の寸法、描画空間２内における蛍光物質２１の濃度、蛍光物質２１の発光特性などの描画空間２の特性、出射部２０から描画空間２までの光路長、描画空間２の周囲の明るさなどの立体表示装置１の設置状況の特性、などの各種パラメータに基づいて予め算出された、レーザー光Ｌの強度を示す情報である。強度制御部６２０は、立体表示装置１の記憶部３０に記憶されている強度制御テーブルを参照して、レーザー光Ｌの強度を制御する。
強度制御部６２０は、立体表示装置１の設置状況において変化する上記の各種パラメータを取得して、取得したパラメータに応じてレーザー光Ｌの強度を可変制御してもよい。例えば、強度制御部６２０は、描画空間２の周囲の明るさを取得して、取得した描画空間２の周囲の明るさに応じてレーザー光Ｌの強度を可変制御してもよい。
一例として、記憶部３０には、強度制御テーブル（不図示）が予め記憶されている。強度制御テーブルとは、レーザー光Ｌの波長、ビーム径、干渉特性などのレーザー光Ｌの特性、描画空間２の寸法、描画空間２内における蛍光物質２１の濃度、蛍光物質２１の発光特性などの描画空間２の特性、出射部２０から描画空間２までの光路長、描画空間２の周囲の明るさなどの立体表示装置１の設置状況の特性、などの各種パラメータに基づいて予め算出された、レーザー光Ｌの強度を示す情報である。強度制御部６２０は、立体表示装置１の記憶部３０に記憶されている強度制御テーブルを参照して、レーザー光Ｌの強度を制御する。
強度制御部６２０は、立体表示装置１の設置状況において変化する上記の各種パラメータを取得して、取得したパラメータに応じてレーザー光Ｌの強度を可変制御してもよい。例えば、強度制御部６２０は、描画空間２の周囲の明るさを取得して、取得した描画空間２の周囲の明るさに応じてレーザー光Ｌの強度を可変制御してもよい。
【0040】
位相制御部６４０は、光源部１０からの、複数のコリメート光Ｌ２のうち、少なくとも１つのコリメート光Ｌ２の位相を制御する。上述したように、本実施形態の出射部２０は、変調部２２０を備える場合がある。位相制御部６４０は、変調部２２０が備える空間位相変調器２２１を制御することにより、複数のコリメート光Ｌ２のうち、少なくとも１つ（例えば、第２コリメート光Ｌ２２）の位相を制御する。
一例として、位相制御部６４０は、既知の手段によって立体像２２を形成する蛍光物質２１の発光状態を検出する。位相制御部６４０は、蛍光物質２１の発光状態が、所定の状態（例えば、描画データによって定義された明るさ）になっているか否かを判定する。位相制御部６４０は、蛍光物質２１の発光状態が所定の状態からずれている場合には、蛍光物質２１の発光状態が所定の状態に近づくように、変調部２２０を制御する。
一例として、位相制御部６４０は、既知の手段によって立体像２２を形成する蛍光物質２１の発光状態を検出する。位相制御部６４０は、蛍光物質２１の発光状態が、所定の状態（例えば、描画データによって定義された明るさ）になっているか否かを判定する。位相制御部６４０は、蛍光物質２１の発光状態が所定の状態からずれている場合には、蛍光物質２１の発光状態が所定の状態に近づくように、変調部２２０を制御する。
【0041】
［立体表示装置１の動作］
次に、図３を参照して、立体表示装置１の動作の流れの一例について説明する。
図３は、本実施形態の立体表示装置１の動作の流れの一例を示す図である。
（ステップＳ１０）制御部６０は、記憶部３０から描画データを取得する。上述したように、描画データとは、立体像２２を表示するための情報である。
（ステップＳ２０）制御部６０は、レーザー光源１１０を制御することにより、レーザー光Ｌの出射強度を制御する。
次に、図３を参照して、立体表示装置１の動作の流れの一例について説明する。
図３は、本実施形態の立体表示装置１の動作の流れの一例を示す図である。
（ステップＳ１０）制御部６０は、記憶部３０から描画データを取得する。上述したように、描画データとは、立体像２２を表示するための情報である。
（ステップＳ２０）制御部６０は、レーザー光源１１０を制御することにより、レーザー光Ｌの出射強度を制御する。
【0042】
（ステップＳ３０）制御部６０は、変調部２２０の空間位相変調器２２１を制御することにより、コリメート光Ｌ２の位相を制御する。
【0043】
（ステップＳ４０）制御部６０は、収束部２３０の収束レンズ２３１及び走査部２４０の走査鏡２４１を制御する（つまり、走査部を駆動する）ことにより、収束光Ｌ３の集光位置２３を制御する。
（ステップＳ５０）制御部６０は、描画データが示す三次元位置の走査が終了すると、次の描画データがあるか否かを判定する。制御部６０は、次の描画データがある（ステップＳ４０；ＹＥＳ）と判定した場合には、処理をステップＳ１０に戻して、処理を継続する。制御部６０は、次の描画データがない（ステップＳ４０；ＮＯ）と判定した場合には、処理を終了する。
（ステップＳ５０）制御部６０は、描画データが示す三次元位置の走査が終了すると、次の描画データがあるか否かを判定する。制御部６０は、次の描画データがある（ステップＳ４０；ＹＥＳ）と判定した場合には、処理をステップＳ１０に戻して、処理を継続する。制御部６０は、次の描画データがない（ステップＳ４０；ＮＯ）と判定した場合には、処理を終了する。
【0044】
[励起光（レーザー光Ｌ）の強度と蛍光物質の発光状態との関係について]
図４を参照して、本実施形態の集光位置２３における集光状態の一例について説明する。
図４は、本実施形態の立体表示装置１から出射された収束光Ｌ３の干渉の状態を示す図である。同図は、立体表示装置１から出射された収束光Ｌ３が収束する集光位置２３における、光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）の干渉の状態を模式的に表している。
出射部２０が出射した第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２は、集光位置２３においてそれぞれ収束するとともに、これら２つの収束光Ｌ３どうしが干渉する。
この複数の収束光Ｌ３どうしの干渉によって、集光位置２３の光軸ＡＸ方向に励起エネルギーの強弱の分布が生じる。
ここで、集光位置２３における収束光Ｌ３の入射エネルギーの計算モデルについて図５を参照して説明する。
図４を参照して、本実施形態の集光位置２３における集光状態の一例について説明する。
図４は、本実施形態の立体表示装置１から出射された収束光Ｌ３の干渉の状態を示す図である。同図は、立体表示装置１から出射された収束光Ｌ３が収束する集光位置２３における、光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）の干渉の状態を模式的に表している。
出射部２０が出射した第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２は、集光位置２３においてそれぞれ収束するとともに、これら２つの収束光Ｌ３どうしが干渉する。
この複数の収束光Ｌ３どうしの干渉によって、集光位置２３の光軸ＡＸ方向に励起エネルギーの強弱の分布が生じる。
ここで、集光位置２３における収束光Ｌ３の入射エネルギーの計算モデルについて図５を参照して説明する。
【0045】
図５は、本実施形態の集光位置２３における収束光Ｌ３の入射エネルギーの計算モデルの一例を示す図である。出射部２０から出射された収束光Ｌ３は、光軸ＡＸを中心とし、集光位置２３の集光点を頂点とする円錐形状を有している。同図において、光軸ＡＸの方向はＺ軸の方向に一致している。角度θは円錐の頂角の半分の角度（すなわち、光軸ＡＸと円錐の母線とがなす角度）である。面積Ｓは、集光位置２３の集光点から－Ｚ方向（つまり、出射部２０の方向）に距離ｚだけ離れた位置での、光軸ＡＸに直交し半径Ｒである仮想円盤（円錐の断面）の面積である。長さｄｚは、仮想円盤の厚み（Ｚ軸方向の微小長さ）である。
この仮想円盤の面積Ｓは、集光点からの距離ｚと角度θの関数で表すことができ、集光点に近いほど小さい。
したがって、描画空間２内に蛍光物質２１が一様に分布している場合、仮想円盤の体積（Ｓ×ｄｚ）内に含まれる蛍光物質２１の粒子数は、集光点に近いほど少なくなる。つまり、仮想円盤の体積（Ｓ×ｄｚ）内に含まれる蛍光物質２１の粒子数は、集光点を極小値として、集光点からＺ軸方向に離れるほど増加する。
また、描画空間２に入射した収束光Ｌ３は、描画空間２内の光路上の蛍光物質２１を発行させつつ進行する。このため、収束光Ｌ３は、蛍光物質２１内を進む距離に応じた、蛍光物質２１の存在数×量子効率分ずつエネルギーが減衰する。
この仮想円盤の面積Ｓは、集光点からの距離ｚと角度θの関数で表すことができ、集光点に近いほど小さい。
したがって、描画空間２内に蛍光物質２１が一様に分布している場合、仮想円盤の体積（Ｓ×ｄｚ）内に含まれる蛍光物質２１の粒子数は、集光点に近いほど少なくなる。つまり、仮想円盤の体積（Ｓ×ｄｚ）内に含まれる蛍光物質２１の粒子数は、集光点を極小値として、集光点からＺ軸方向に離れるほど増加する。
また、描画空間２に入射した収束光Ｌ３は、描画空間２内の光路上の蛍光物質２１を発行させつつ進行する。このため、収束光Ｌ３は、蛍光物質２１内を進む距離に応じた、蛍光物質２１の存在数×量子効率分ずつエネルギーが減衰する。
【0046】
上述した仮想円盤への収束光Ｌ３の入射エネルギーを仮想円盤の面積Ｓで割れば、断面ごとのエネルギー密度が算出される。このエネルギー密度は、面積Ｓが比較的小さくなる集光位置２３の集光点付近で急激に高くなる。
蛍光物質２１の発光量は、励起光（すなわち、収束光Ｌ３）のエネルギー密度に比例する。このため、蛍光物質２１の発光量は、集光位置２３の集光点付近で急激に高くなる。したがって、立体表示装置１は、描画空間２内の集光点の位置を制御して、描画空間２内における任意の位置で蛍光物質２１を発光させることにより、立体像２２を描くことができる。
蛍光物質２１の発光量は、励起光（すなわち、収束光Ｌ３）のエネルギー密度に比例する。このため、蛍光物質２１の発光量は、集光位置２３の集光点付近で急激に高くなる。したがって、立体表示装置１は、描画空間２内の集光点の位置を制御して、描画空間２内における任意の位置で蛍光物質２１を発光させることにより、立体像２２を描くことができる。
【0047】
蛍光物質２１は描画空間２内に一様に分布している。このため、出射部２０から集光位置２３に向けて収束光Ｌ３を出射した場合、その収束光Ｌ３の光軸ＡＸ上にある蛍光物質２１は、少なからず励起エネルギーを吸収して発光する。この状態を描画空間２を観察する観察者４００から見れば、描画空間２に入射した収束光Ｌ３の光路が視認されることになる。つまり、本来発光させるべき集光点以外の位置が発光することになり、立体像２２のコントラスト低下が生じる。出射部２０から集光位置２３までの収束光Ｌ３の経路上にある蛍光物質２１は発光させずに、集光位置２３の集光点においてのみ蛍光物質２１を発光させることができれば立体像２２のコントラストを向上させることができ、立体像２２の画像品質が向上する。
【0048】
本実施形態の立体表示装置１は、出射部２０から複数の収束光Ｌ３を出射するとともに、出射した複数の収束光Ｌ３を集光点において干渉させる。立体表示装置１は、収束光Ｌ３の集光点における励起エネルギーを途中光路上よりも高めて、収束光Ｌ３の光軸ＡＸ上の蛍光物質２１の発光を抑えることにより、立体像２２の画像品質を向上させることができる。
【0049】
図６は、収束光Ｌ３の波の変位特性の一例を示す図である。同図において、第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２の変位を、いずれも±１に正規化して表現している。この一例の場合、第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２は、いずれも波長０．０００４［ｍｍ］であり、かつ、互いの位相のずれはない。
【0050】
図７は、複数の収束光Ｌ３どうしの干渉特性の一例を示す図である。図６に示した第１収束光Ｌ３１と第２収束光Ｌ３２とが集光位置２３において互いに干渉すると、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、元の収束光Ｌ３（つまり、第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２）の強度の和の２乗となる。
例えば、第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２の変位（振幅）がいずれも±１である場合、干渉後のレーザー光Ｌの強度の最大値は４となる。一方、干渉前の収束光Ｌ３（第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２）の強度の最大値は、それぞれ１である。つまり、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度に比べて大きくなっている。この一例では、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度の４倍である。
例えば、第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２の変位（振幅）がいずれも±１である場合、干渉後のレーザー光Ｌの強度の最大値は４となる。一方、干渉前の収束光Ｌ３（第１収束光Ｌ３１および第２収束光Ｌ３２）の強度の最大値は、それぞれ１である。つまり、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度に比べて大きくなっている。この一例では、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度の４倍である。
【0051】
ここで、複数のレーザー光Ｌが集光位置２３に至るまでは互いに干渉せず、集光位置２３（特に集光点）において互いに干渉するようにレーザー光Ｌの光学系が配置されていれば、集光位置２３に至るまでは蛍光物質２１が発光しにくく、集光位置２３において強く発光するようにすることが可能である。すなわち、複数のレーザー光Ｌが集光位置２３に至るまでは互いに干渉せず、集光位置２３（特に集光点）において互いに干渉するようにレーザー光Ｌの光学系が配置されていれば、描画空間２内における立体像２２のコントラストが高まり、立体像２２の画像品質を向上させることができる。
【0052】
本実施形態の立体表示装置１は、複数のレーザー光Ｌが集光位置２３に至るまでは互いに干渉せず、集光位置２３（特に集光点）において互いに干渉するようにレーザー光Ｌの光学系を配置しているため、立体像２２の画像品質を向上させることができる。
【0053】
また、本実施形態の立体表示装置１は、位相制御部６４０を備えているため、集光位置２３における複数の収束光Ｌ３どうしの干渉の状態を変化させることができる。このように構成された立体表示装置１によれば、集光位置２３における励起エネルギーの強さを変化させることができ、立体像２２の画像品質を向上させることができる。
【0054】
［変形例］
図８は、本実施形態の分割ミラー１３２の構成の変形例を示す図である。上述した実施形態では、分割ミラー１３２は、第１分割ミラー１３２１と第２分割ミラー１３２２との２分割ミラーであるとして説明したが、これに限られない。同図に示すように、分割ミラー１３２は、４分割ミラーであってもよい。この場合、分割ミラー１３２は、第１１分割ミラー１３２１Ａ、第１２分割ミラー１３２１Ｂ、第２１分割ミラー１３２２Ａ、および、第２２分割ミラー１３２２Ｂに４分割されている。第１１分割ミラー１３２１Ａの法線ＮＬ１１、第１２分割ミラー１３２１Ｂの法線ＮＬ１２、第２１分割ミラー１３２２Ａの法線ＮＬ２１、および、第２２分割ミラー１３２２Ｂの法線ＮＬ２２は、遠方のある１点において収束するように、いずれも互いに異なる方向に向けて配置される。
第１１分割ミラー１３２１Ａが出射する収束光Ｌ３を第１収束光Ｌ３１、第１２分割ミラー１３２１Ｂが出射する収束光Ｌ３を第２収束光Ｌ３２、第２１分割ミラー１３２２Ａが出射する収束光Ｌ３を第３収束光Ｌ３３、および第２２分割ミラー１３２２Ｂが出射する収束光Ｌ３を第４収束光Ｌ３４ともいう。
図８は、本実施形態の分割ミラー１３２の構成の変形例を示す図である。上述した実施形態では、分割ミラー１３２は、第１分割ミラー１３２１と第２分割ミラー１３２２との２分割ミラーであるとして説明したが、これに限られない。同図に示すように、分割ミラー１３２は、４分割ミラーであってもよい。この場合、分割ミラー１３２は、第１１分割ミラー１３２１Ａ、第１２分割ミラー１３２１Ｂ、第２１分割ミラー１３２２Ａ、および、第２２分割ミラー１３２２Ｂに４分割されている。第１１分割ミラー１３２１Ａの法線ＮＬ１１、第１２分割ミラー１３２１Ｂの法線ＮＬ１２、第２１分割ミラー１３２２Ａの法線ＮＬ２１、および、第２２分割ミラー１３２２Ｂの法線ＮＬ２２は、遠方のある１点において収束するように、いずれも互いに異なる方向に向けて配置される。
第１１分割ミラー１３２１Ａが出射する収束光Ｌ３を第１収束光Ｌ３１、第１２分割ミラー１３２１Ｂが出射する収束光Ｌ３を第２収束光Ｌ３２、第２１分割ミラー１３２２Ａが出射する収束光Ｌ３を第３収束光Ｌ３３、および第２２分割ミラー１３２２Ｂが出射する収束光Ｌ３を第４収束光Ｌ３４ともいう。
【0055】
図９は、本変形例における、収束光Ｌ３の波の変位特性の一例を示す図である。同図において、第１収束光Ｌ３１、第２収束光Ｌ３２、第３収束光Ｌ３３および第４収束光Ｌ３４の変位を、いずれも±１に正規化して表現している。実際には第１収束光Ｌ３１から第４収束光Ｌ３４は、集光位置２３において同時に重なって干渉するが、ここでは説明のために便宜的に二つずつの光束が重なる場合に分けて説明する。図９は図７と同じように、まず二つの収束光例えば第１収束光Ｌ３１と第２収束光Ｌ３２が、集光位置２３において重なった状態を示していて、振幅は±２である。同様に第３収束光Ｌ３３および第４収束光Ｌ３４を重ねた状態も、振幅は±２になる。この一例の場合、第１収束光Ｌ３１、第２収束光Ｌ３２、第３収束光Ｌ３３および第４収束光Ｌ３４は、いずれも波長０．０００４［ｍｍ］であり、かつ、互いの位相のずれはない。
【0056】
図１０は、本変形例における、複数の収束光Ｌ３どうしの干渉特性の一例を示す図である。図９に示した第１収束光Ｌ３１と第２収束光Ｌ３２との重ね合わせと、第３収束光Ｌ３３および第４収束光Ｌ３４との重ね合わせとが集光位置２３において互いに干渉すると、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、元の収束光Ｌ３の振幅の和の２乗となる。
例えば、第１収束光Ｌ３１と第２収束光Ｌ３２とを重ね合わせた波の変位（振幅）と、第３収束光Ｌ３３と第４収束光Ｌ３４とを重ね合わせた波の変位（振幅）がいずれも±２である場合、干渉後のレーザー光Ｌの振幅は±４となり、強度の最大値は１６となる。一方、干渉前の収束光Ｌ３（第１収束光Ｌ３１、第２収束光Ｌ３２、第３収束光Ｌ３３および第４収束光Ｌ３４）の強度の最大値は、それぞれ１である。つまり、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度に比べて大きくなっている。この一例では、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度の１６倍である。
例えば、第１収束光Ｌ３１と第２収束光Ｌ３２とを重ね合わせた波の変位（振幅）と、第３収束光Ｌ３３と第４収束光Ｌ３４とを重ね合わせた波の変位（振幅）がいずれも±２である場合、干渉後のレーザー光Ｌの振幅は±４となり、強度の最大値は１６となる。一方、干渉前の収束光Ｌ３（第１収束光Ｌ３１、第２収束光Ｌ３２、第３収束光Ｌ３３および第４収束光Ｌ３４）の強度の最大値は、それぞれ１である。つまり、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度に比べて大きくなっている。この一例では、干渉後のレーザー光Ｌの強度は、干渉前のレーザー光Ｌの強度の１６倍である。
【0057】
立体表示装置１において、分割ミラー１３２が４分割されている場合には、出射部２０から出射される収束光Ｌ３が４分割される。分割ミラー１３２の分割数が増えるほど、干渉前の収束光Ｌ３の強度と、干渉後の収束光Ｌ３の強度との比を大きくすることができ、立体像２２のコントラストをより向上させることができる。
【0058】
また、この変形例においても、立体表示装置１は、分割した収束光Ｌ３を単一の走査系（例えば、単一の収束レンズ２３１と単一の走査鏡２４１）によって走査するため、収束光Ｌ３の干渉位置の機械誤差を低減することができる。
【0059】
なお、分割ミラー１３２の分割数が、２分割または４分割であることは一例であって、これに限られない。分割ミラー１３２の分割数は、２分割以上であれば、その分割数は問わない。また、上述した説明において分割ミラー１３２は、平面鏡であることを前提にしたが、これに限られない。例えば、分割ミラー１３２は、凹面鏡であってもよい。この場合、分割部１３０は、コリメート光Ｌ２の光路の一部を遮光する遮光マスクなどによって光路分割させてから、凹面鏡である分割ミラー１３２に入射させてもよい。このように遮光マスクと凹面鏡とで構成された分割部１３０によれば、レーザー光Ｌの分割数を容易に増加させることができ、かつ複数の平面鏡の光軸ＡＸを合わせこむための機械的誤差を低減することができる。
【0060】
［他の変形例］
図１１は、本実施形態の立体表示装置１の構成の変形例を示す図である。立体表示装置１は、集光位置２３で干渉する複数のレーザー光Ｌを出射できれば、どのように構成されていてもよい。上述した実施形態において、立体表示装置１は、単一のレーザー光源１１０から出射されたレーザー光Ｌを分割部１３０が複数のレーザー光Ｌに分割するとして説明したが、これに限られない。
本変形例において、立体表示装置１は、レーザー光源１１０が、第１レーザー光源１１０１と、第２レーザー光源１１０２との複数の光源によって構成されている。レーザー光源１１０は、第１光源光Ｌ１１と第２源光Ｌ１２とを出射する。
図１１は、本実施形態の立体表示装置１の構成の変形例を示す図である。立体表示装置１は、集光位置２３で干渉する複数のレーザー光Ｌを出射できれば、どのように構成されていてもよい。上述した実施形態において、立体表示装置１は、単一のレーザー光源１１０から出射されたレーザー光Ｌを分割部１３０が複数のレーザー光Ｌに分割するとして説明したが、これに限られない。
本変形例において、立体表示装置１は、レーザー光源１１０が、第１レーザー光源１１０１と、第２レーザー光源１１０２との複数の光源によって構成されている。レーザー光源１１０は、第１光源光Ｌ１１と第２源光Ｌ１２とを出射する。
【0061】
すなわち、本変形例の立体表示装置１は、それぞれレーザー光Ｌを出射する複数のレーザー光源１１０（例えば、第１レーザー光源１１０１、第２レーザー光源１１０２）を備える。変換部１２０は、それぞれのレーザー光源１１０から出射されたレーザー光Ｌを所定の径のコリメート光Ｌ２に変換する。
なお、コリメートレンズ１２１には、第１コリメートレンズ１２１１と、第２コリメートレンズ１２１２とがある。第１コリメートレンズ１２１１は、第１コリメート光Ｌ２１を出射する。第２コリメートレンズ１２１２は、第２コリメート光Ｌ２２を出射する。第１コリメートレンズ１２１１と、第２コリメートレンズ１２１２とは、互いに、やや内側に向けて配置されている。すなわち、第１コリメートレンズ１２１１の出射軸と、第２コリメートレンズ１２１２の出射軸とが、互いに平行ではなく、ある１点で交わるように、第１コリメートレンズ１２１１と、第２コリメートレンズ１２１２とが配置されている。
光源部１０は、変換部１２０が変換した複数のコリメート光Ｌ２をそれぞれ出射する。
収束部２３０は、光源部１０から入射する複数のコリメート光Ｌ２をそれぞれ収束させて、集光位置２３において複数のコリメート光Ｌ２どうしを干渉させる。
なお、コリメートレンズ１２１には、第１コリメートレンズ１２１１と、第２コリメートレンズ１２１２とがある。第１コリメートレンズ１２１１は、第１コリメート光Ｌ２１を出射する。第２コリメートレンズ１２１２は、第２コリメート光Ｌ２２を出射する。第１コリメートレンズ１２１１と、第２コリメートレンズ１２１２とは、互いに、やや内側に向けて配置されている。すなわち、第１コリメートレンズ１２１１の出射軸と、第２コリメートレンズ１２１２の出射軸とが、互いに平行ではなく、ある１点で交わるように、第１コリメートレンズ１２１１と、第２コリメートレンズ１２１２とが配置されている。
光源部１０は、変換部１２０が変換した複数のコリメート光Ｌ２をそれぞれ出射する。
収束部２３０は、光源部１０から入射する複数のコリメート光Ｌ２をそれぞれ収束させて、集光位置２３において複数のコリメート光Ｌ２どうしを干渉させる。
【0062】
このように構成された立体表示装置１においても、干渉前の収束光Ｌ３の強度よりも、干渉後の収束光Ｌ３の強度を大きくすることができ、立体像２２のコントラストをより向上させることができる。
【0063】
また、この変形例においても、立体表示装置１は、分割した収束光Ｌ３を単一の走査系（例えば、単一の収束レンズ２３１と単一の走査鏡２４１）によって走査するため、収束光Ｌ３の干渉位置の機械誤差を低減することができる。
【0064】
以上説明したように、本実施形態の立体表示装置１は、収束光Ｌ３を複数の光束に分割して、あるいは複数の光源を備えることにより、複数の収束光Ｌ３を描画空間２に入射させるとともに、集光位置２３において複数の収束光Ｌ３どうしを干渉させることができる光学系を備えている。したがって、本実施形態の立体表示装置１によれば、描画空間２に入射する収束光Ｌ３の強度を、蛍光物質２１の発光が十分に抑制される程度に低くしつつ、集光位置２３において蛍光物質２１が十分に発光する程度の励起エネルギーを蛍光物質２１に与えることができる。このため、本実施形態の立体表示装置１によれば、描画空間２の入射位置から集光位置２３までの収束光Ｌ３の途中経路における蛍光物質２１の発光を抑制することができ、立体像２２のコントラストを向上させることができる。つまり、本実施形態の立体表示装置１によれば、立体像２２の画像品質を向上させることができる。
【0065】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。また、上述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0066】
１…立体表示装置、２…描画空間、１０…光源部、２０…出射部、２１…蛍光物質、２２…立体像、２３…集光位置、３０…記憶部、６０…制御部、１１０…レーザー光源、１２０…変換部、１３０…分割部、２２０…変調部、２３０…収束部、２４０…走査部、６２０…強度制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】