特開 2024-137224 立体表示装置及び立体表示方法

(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】P2024137224

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】立体表示装置及び立体表示方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/50 20200101AFI20240927BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20240927BHJP

   H04N 13/398 20180101ALI20240927BHJP

   H04N 13/388 20180101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

G02B30/50

G02B26/10 C

H04N13/398

H04N13/388

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048667

(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】鈴木 鉄二

【テーマコード（参考）】

2H045

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H045AA01

2H045AB01

2H045BA12

2H045BA20

2H199BA22

2H199BA48

2H199BA49

2H199BB02

2H199BB22

2H199BB45

2H199BB60

(57)【要約】

【課題】立体像の状態を観察される状況に応じて制御する。
【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、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、コリメート光が収束する焦点距離と、コリメート光が出射される光軸方向とを変化させることにより、レーザー光の集光位置を三次元走査する走査部と、描画空間を観察する観察者と、描画空間との距離を検出する距離検出部と、距離とレーザー光の強度との対応関係を、距離補正情報として記憶する記憶部から、距離補正情報を取得する距離補正情報取得部と、描画空間内の位置ごとの発光強度を示す描画データと、検出された距離に対応する距離補正情報とに基づいて、走査部が走査するレーザー光の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、
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、
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、前記コリメート光が収束する焦点距離と、前記コリメート光が出射される光軸方向とを変化させることにより、前記レーザー光の集光位置を三次元走査する走査部と、
前記描画空間を観察する観察者と、前記描画空間との距離を検出する距離検出部と、
前記距離と前記レーザー光の強度との対応関係を、距離補正情報として記憶する記憶部から、前記距離補正情報を取得する距離補正情報取得部と、
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と、検出された前記距離に対応する前記距離補正情報とに基づいて、前記走査部が走査する前記レーザー光の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】

前記強度制御部は、前記光軸方向に沿った前記蛍光物質が発光する発光位置の数を、少なくとも３種類の異なる数にして、前記強度を制御する
請求項１に記載の立体表示装置。

【請求項3】

前記描画空間の周囲環境の照度を検出する照度検出部と、
前記照度と前記レーザー光の強度との対応関係を、照度補正情報として記憶する記憶部から、前記照度補正情報を取得する照度補正情報取得部と、
をさらに備え、
前記強度制御部は、検出された前記照度に対応する前記照度補正情報にさらに基づいて、前記レーザー光の強度を制御する
請求項１に記載の立体表示装置。

【請求項4】

前記蛍光物質は、照射されるレーザー光の強度の変化に対して、自発光の強度が変化する第１の領域と、自発光の強度が前記第１の領域の自発光の強度の変化よりも緩く自発光の強度が変化する第２の領域とを有し、
前記強度制御部は、前記集光位置における前記レーザー光の強度を、当該集光位置にある前記蛍光物質が前記第２の領域になる強度にすることにより、当該集光位置から前記光軸方向に離れた位置にある前記蛍光物質を発光させる
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体表示装置。

【請求項5】

前記レーザー光の空間周波数分布を変化させることにより、前記集光位置から前記光軸方向に沿った前記レーザー光の強度に周期的分布を与える変調部
をさらに備え、
前記強度制御部は、前記変調部が与える前記周期的分布によって生じる、前記光軸方向に沿った前記蛍光物質が発光する発光位置の数を、少なくとも３種類の異なる数にして、制御する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体表示装置。

【請求項6】

レーザー光を出射することと、
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ことと、
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、前記コリメート光が収束する焦点距離と、前記コリメート光が出射される光軸方向とを変化させることにより、前記レーザー光の集光位置を三次元走査することと、
前記描画空間を観察する観察者と、前記描画空間との距離を検出することと、
前記距離と前記レーザー光の強度との対応関係を、距離補正情報として記憶する記憶部から、前記距離補正情報を取得することと、
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と、検出された前記距離に対応する前記距離補正情報とに基づいて、前記レーザー光の前記集光位置における強度を制御することと、
を有する立体表示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立体表示装置及び立体表示方法に関する。

【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】

立体表示装置は、明るさやコントラスト、解像度などの像の状態を立体像が観察される状況に応じて変化させることができれば、より鮮明な立体像を提示することができる。しかしながら、従来の立体表示装置では、立体像の状態を観察される状況に応じて制御することができない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、立体像の状態を観察される状況に応じて制御することができる立体表示装置及び立体表示方法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、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、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、前記コリメート光が収束する焦点距離と、前記コリメート光が出射される光軸方向とを変化させることにより、前記レーザー光の集光位置を三次元走査する走査部と、前記描画空間を観察する観察者と、前記描画空間との距離を検出する距離検出部と、前記距離と前記レーザー光の強度との対応関係を、距離補正情報として記憶する記憶部から、前記距離補正情報を取得する距離補正情報取得部と、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と、検出された前記距離に対応する前記距離補正情報とに基づいて、前記走査部が走査する前記レーザー光の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］また、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、前記強度制御部は、前記光軸方向に沿った前記蛍光物質が発光する発光位置の数を、少なくとも３種類の異なる数にして、前記強度を制御する。

【0008】

［３］また、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、前記描画空間の周囲環境の照度を検出する照度検出部と、前記照度と前記レーザー光の強度との対応関係を、照度補正情報として記憶する記憶部から、前記照度補正情報を取得する照度補正情報取得部と、をさらに備え、前記強度制御部は、検出された前記照度に対応する前記照度補正情報にさらに基づいて、前記レーザー光の強度を制御する。

【0009】

［４］また、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、前記蛍光物質は、照射されるレーザー光の強度の変化に対して、自発光の強度が変化する第１の領域と、自発光の強度が前記第１の領域の自発光の強度の変化よりも緩く自発光の強度が変化する第２の領域とを有し、前記強度制御部は、前記集光位置における前記レーザー光の強度を、当該集光位置にある前記蛍光物質が前記飽和領域になる強度にすることにより、当該集光位置から前記光軸方向に離れた位置にある前記蛍光物質を発光させる。

【0010】

［５］また、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、前記レーザー光の空間周波数分布を変化させることにより、前記集光位置から前記光軸方向に沿った前記レーザー光の強度に周期的分布を与える変調部をさらに備え、前記強度制御部は、前記変調部が与える前記周期的分布によって生じる、前記光軸方向に沿った前記蛍光物質が発光する発光位置の数を、少なくとも３種類の異なる数にして、制御する。

【0011】

［６］本発明の一態様は、レーザー光を出射することと、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ことと、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、前記コリメート光が収束する焦点距離と、前記コリメート光が出射される光軸方向とを変化させることにより、前記レーザー光の集光位置を三次元走査することと、前記描画空間を観察する観察者と、前記描画空間との距離を検出することと、前記距離と前記レーザー光の強度との対応関係を、距離補正情報として記憶する記憶部から、前記距離補正情報を取得することと、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と、検出された前記距離に対応する前記距離補正情報とに基づいて、前記レーザー光の前記集光位置における強度を制御することと、を有する立体表示方法である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、立体像の状態を観察される状況に応じて制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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】本実施形態の立体表示装置の動作の流れの一例を示す図である。

【図3】本実施形態の蛍光物質の発光強度特性の一例を示す図である。

【図4】本実施形態の蛍光物質の発光状態の一例を示す図である。

【図5】本実施形態の収束光の走査の一例を示す図である。

【図6】本実施形態の収束光の走査の他の一例を示す図である。

【図7】本実施形態の記憶部に記憶される距離補正情報の一例を示す図である。

【図8】本実施形態の記憶部に記憶される照度補正情報の一例を示す図である。

【図9】本実施形態の記憶部に記憶される制御テーブルの一例を示す図である。

【図10】本実施形態の制御部による制御モードの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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１から図１０を参照しながら、実施形態について説明する。

【0015】

［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、中空であるか忠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。

【0016】

立体表示装置１は、光源部１０と、出射部２０と、記憶部３０と、距離検出部４０と、照度検出部５０と、制御部６０を備える。

【0017】

光源部１０は、レーザー光源１１０と、変換部１２０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。

【0018】

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、径方向の単位面積当たりのエネルギーが比較的低い。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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、収束光Ｌ３が蛍光物質２１に入射するエネルギーは、最も収束（縮径）した位置において最も高い。

【0022】

出射部２０は、変調部２２０と、収束部２３０と、走査部２４０とを備える。
変調部２２０は、例えば、空間位相変調器２２１や二次元回折格子２２２を備えており、コリメート光Ｌ２の空間周波数分布を変化させる。この結果、出射部２０から出射される収束光Ｌ３の光軸ＡＸの方向のレーザー光Ｌの強度に周期的分布が生じる。
すなわち、変調部２２０は、コリメート光Ｌ２の空間周波数分布を変化させることにより、集光位置２３から光軸ＡＸの方向（光軸方向）に沿った収束光Ｌ３（レーザー光Ｌ）の強度に周期的分布を与える。なお、図１では空間位相変調器２２１は透過型で描かれているが、反射型であってもよい。透過型の空間光変調器と反射型の空間光変調器は、出力光に対する入射光（読み出し光）の方向で区別される。透過型の空間光変調器は、入射光（読み出し光）が空間光変調器を透過し出力光を照射し、反射型の空間光変調器は入射光（読み出し光）が空間光変調器を反射し出力光を照射する。

【0023】

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。

【0024】

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の垂直方向（図１の上下方向）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、走査部２４０が、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指す場合もある。

【0025】

すなわち、走査部２４０は、光源光Ｌ１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。

【0026】

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。

【0027】

距離検出部４０は、ＴＯＦ（Time of Flight）センサなどによる既知の測距機能を備えており、描画空間２を観察する観察者４００と、描画空間２との距離Ｄを検出する。また、距離検出部４０は、カメラなどであってもよい。

【0028】

照度検出部５０は、照度計などによる既知の照度検出機能を備えており、描画空間２の周囲環境の照度を検出する。ここで、描画空間２の周囲環境の照度とは、描画空間２が室内に置かれている場合には、例えば、当該部屋の明るさであり、描画空間２が室外の解放空間に置かれている場合には、例えば、当該空間の明るさである。
なお、ここで「照度」とは、単位が［ｌｘ（ルクス）］である物理量であってもよいし、「光束」や「光度」などの光の強さに関する物理量を含んだ広義の明るさであってもよい。以下の説明において、「照度」と記載した場合には、単に「明るさ」の意味も含む。

【0029】

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。
例えば、記憶部３０には、距離補正情報３１０が記憶されている。距離補正情報３１０とは、距離Ｄと収束光Ｌ３（レーザー光Ｌ）の強度との対応関係を示す情報である。

【0030】

制御部６０は、例えば、ＣＰＵや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、距離補正情報取得部６１０と、強度制御部６２０と、照度補正情報取得部６３０と、位相制御部６４０とを備える。

【0031】

距離補正情報取得部６１０は、記憶部３０から距離補正情報３１０を取得する。すなわち、距離補正情報取得部６１０は、距離Ｄとレーザー光Ｌ（例えば、収束光Ｌ３）の強度との対応関係を、距離補正情報３１０として記憶する記憶部３０から、距離補正情報３１０を取得する。

【0032】

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。
すなわち、強度制御部６２０は、描画空間２内の位置ごとの発光強度を示す描画データと、距離検出部４０によって検出された距離Ｄに対応する距離補正情報３１０とに基づいて、走査部２４０が走査する収束光Ｌ３（レーザー光Ｌ）の集光位置２３における強度を制御する。
本実施形態の強度制御部６２０は、描画空間２と、観察者４００との間の距離Ｄに基づいて、レーザー光Ｌの強度を制御することにより、観察者４００にとって見やすい立体像を形成させる。

【0033】

照度補正情報取得部６３０は、記憶部３０から照度補正情報３２０を取得する。すなわち、照度補正情報取得部６３０は、照度とレーザー光Ｌの強度との対応関係を、照度補正情報３２０として記憶する記憶部３０から、照度補正情報３２０を取得する。
強度制御部６２０は、検出された照度に対応する照度補正情報３２０にさらに基づいて、レーザー光Ｌの強度を制御する。
すなわち、強度制御部６２０は、描画空間２内の位置ごとの発光強度を示す描画データと、照度検出部５０によって検出された照度に対応する照度補正情報３２０とに基づいて、走査部２４０が走査する収束光Ｌ３（レーザー光Ｌ）の集光位置２３における強度を制御する。
照度検出部５０によって検出された照度は、描画空間２の周囲環境の明るさを示している。本実施形態の強度制御部６２０は、描画空間２の周囲環境の明るさに基づいて、レーザー光Ｌの強度を制御することにより、観察者４００にとって見やすい立体像を形成させる。

【0034】

位相制御部６４０は、変調部２２０が備える空間位相変調器２２１や二次元回折格子２２２によるコリメート光Ｌ２の空間周波数分布の変調状態を制御することにより、集光位置２３における収束光Ｌ３の位相を制御する。

【0035】

［立体表示装置１の動作］
次に、図２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２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、距離検出部４０から距離情報を取得する。上述したように、距離情報とは、距離検出部４０が検出した描画空間２と観察者４００との間の距離Ｄを示す情報である。
（ステップＳ３０）制御部６０は、照度検出部５０から照度情報を取得する。上述したように、照度情報とは、照度検出部５０が検出した描画空間２の周囲環境の明るさを示す情報である。

【0036】

（ステップＳ４０）制御部６０は、記憶部３０からレーザー光Ｌの強度の補正情報を取得する。具体的には、距離補正情報取得部６１０は、記憶部３０から距離補正情報３１０を取得する。照度補正情報取得部６３０は、記憶部３０から照度補正情報３２０を取得する。
（ステップＳ５０）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。ここで、図３を参照して、蛍光物質２１の発光強度特性の一例について説明する。

【0037】

図３は、本実施形態の蛍光物質２１の発光強度特性の一例を示す図である。同図には、第１の蛍光物質の発光強度特性Ｆ１と、第２の蛍光物質の発光強度特性Ｆ２とを重ねて示している。同図の横軸は、蛍光物質２１に入射するレーザー光Ｌ（つまり、励起光）の強度を示し、縦軸は、励起光によって励起された蛍光物質２１が発光する強度（つまり、蛍光物質２１の発光強度）を示す。第１の蛍光物質とは、例えば、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。第２の蛍光物質とは、例えば、多光子吸収体である。第２の蛍光体物質はＱＤ分散体であってもよい。量子ドットはＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳ、Ｃｄフリーペロブスカイトなど様々な材料が利用可能である。量子ドットのほかにＹＡＧ、ＣＡＳＮ、ＣＳＯ、ＳＢＣＡなど公知の様々な蛍光材料が利用可能である。

【0038】

第１の蛍光物質は、励起光の強度が０（ゼロ）から閾値ｔｈ１までの間において、蛍光物質２１の発光強度が単調増加し、閾値ｔｈ１において発光強度Ｅ１になる。第１の蛍光物質は、励起光の強度が閾値ｔｈ１を超えると、蛍光物質２１の発光強度が増加しなくなる。つまり、第１の蛍光物質は、変曲点ＩＰ１を境に、変化領域（第１の領域）と飽和領域（第２の領域）とを有する、発光強度特性Ｆ１を有する。
すなわち、第１の蛍光物質の場合、蛍光物質２１は、照射されるレーザー光Ｌの強度の変化に対して、自発光の強度が変化する変化領域と、自発光の強度が変化しない飽和領域とを有する。ただし、飽和領域の自発光の強度は変化しないとしたがこれに限定されず、少量の変化は許容される。つまり、飽和領域は自発光の強度が変化領域の自発光の強度の変化よりも緩く自発光の強度が変化すればよい。

【0039】

第２の蛍光物質は、励起光の強度が０（ゼロ）から閾値ｔｈ２までの間において、蛍光物質２１の発光強度が増加せず、閾値ｔｈ２を超えると発光強度が単調増加する、発光強度特性Ｆ２を有する。なお、第２の蛍光物質（多光子吸収体）を使用する場合には、レーザー光源１１０には、超短パルス赤外レーザーを利用可能である。

【0040】

図４は、本実施形態の蛍光物質２１の発光状態の一例を示す図である。同図（Ａ）は、収束光Ｌ３の集光位置２３の一例を示す。同図（Ｂ）は、集光位置２３における蛍光物質２１の発光状態の第１の例を示す。同図（Ｃ）は、集光位置２３における蛍光物質２１の発光状態の第２の例を示す。

【0041】

レーザー光Ｌは、収束光Ｌ３として出射されると、集光位置２３における単位体積当たりのエネルギーが、集光位置２３以外の空間における単位体積当たりのエネルギーに比べて高くなる。
本実施形態の立体表示装置１は、集光位置２３以外の空間では蛍光物質２１が発光しない程度の強度であり、かつ、集光位置２３では蛍光物質２１が発光する程度の強度のレーザー光Ｌを出射する。このように構成された立体表示装置１によれば、図４（Ｂ）に示すように、集光位置２３の蛍光物質２１を発光させ、集光位置２３以外の空間の蛍光物質２１を発光させないように制御することで、描画空間２に立体像２２を描画することができる。同図（Ｂ）に示す一例では、発光点Ｐ１を描くことができる。

【0042】

ここで、蛍光物質２１が、上述した第１の蛍光物質のように飽和特性（発光強度特性Ｆ１）を有する場合について説明する。蛍光物質２１が、飽和特性を有する場合、上述した閾値ｔｈ１よりも強い励起光を照射したとしても、より明るく発光することはない。
一方、閾値ｔｈ１よりも強い励起光が照射されると、集光位置２３にある複数の蛍光物質２１のうち、飽和している蛍光物質２１の付近（具体的には光軸ＡＸ上のＺ方向にずれた位置）にある蛍光物質２１が発光する場合がある。
同図（Ｃ）に示すように、レーザー光Ｌの強度を閾値ｔｈ１よりも強くすると、集光位置２３のうち、レーザー光Ｌが十分に収束（縮径）されている発光点Ｐ１に加えて、レーザー光Ｌが十分に収束（縮径）されていない発光点Ｐ２および発光点Ｐ３も描くことができる。

【0043】

本実施形態の強度制御部６２０は、集光位置２３におけるレーザー光Ｌの強度を、当該集光位置２３にある蛍光物質２１が飽和領域になる強度にすることにより、当該集光位置２３から光軸ＡＸの方向（光軸方向）に離れた位置にある蛍光物質２１を発光させることができる。

【0044】

なお、蛍光物質２１が、第２の蛍光物質（例えば、多光子吸収体）である場合がある。この場合には、蛍光物質２１は、吸収した光子の数に応じて発光する。強度制御部６２０は、レーザー光Ｌの強度を制御することにより、蛍光物質２１が吸収する光子の数を変化させることにより、蛍光物質２１の発光位置を制御することもできる。

【0045】

（ステップＳ６０）図２に戻り、制御部６０の位相制御部６４０は、収束光Ｌ３の位相を制御する。上述したように、集光位置２３におけるレーザー光Ｌの強度（より正確には、レーザー光Ｌの空間内の強度分布）を変化させることにより、集光位置２３における蛍光物質２１の発光状態を制御することができる。位相制御部６４０は、収束光Ｌ３の位相を制御することにより、集光位置２３において、光軸ＡＸ方向に１点のみ発光させたり（上述した発光点Ｐ１）、光軸ＡＸ方向に複数の点（例えば３点）を発光させたり（上述した発光点Ｐ１～Ｐ３）することができる。

【0046】

以下の説明において、光軸ＡＸの１点を発光させる場合を「１点描画」と、光軸ＡＸの２点を発光させる場合を「２点描画」と、光軸ＡＸの３点を発光させる場合を「３点描画」いう。

【0047】

すなわち、強度制御部６２０は、変調部２２０が与える周期的分布によって生じる、光軸ＡＸの方向（光軸方向）に沿った蛍光物質２１が発光する発光位置の数を、少なくとも３種類の異なる数にして、制御する。

【0048】

（ステップＳ７０）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。

【0049】

図５は、本実施形態の収束光Ｌ３の走査の一例を示す図である。制御部６０は、１回目の照射（第１スキャンＳＣ１）からｎ回目の照射（第ｎスキャンＳＣｎ）によって、収束光Ｌ３の光軸ＡＸをＸ軸方向に順次移動させて２点描画をしている状況を示す。第１の集光位置において２点描画を行うと、発光点Ｐ２１および発光点Ｐ３１を発光させることができる。第２の集光位置において２点描画を行うと、発光点Ｐ２２および発光点Ｐ３２を発光させることができる。

【0050】

図６は、本実施形態の収束光Ｌ３の走査の他の一例を示す図である。制御部６０は、１回目の照射（第１スキャンＳＣ１）からｎ回目の照射（第ｎスキャンＳＣｎ）によって、収束光Ｌ３の光軸ＡＸをＸ軸方向に順次移動させて２点描画をしている状況を示す。本図の一例では、複数の集光位置２３が図５に示した場合に比べてＺ軸方向に互いに近接している。この状態で２点描画を行うと、第１の集光位置における発光点Ｐ２１と、第２の集光位置における発光点Ｐ２２とが、Ｚ軸方向において近接する。その結果、図５に示した場合に比べ、体積当たりの発光点Ｐの数（つまり、発光点Ｐの体積密度）が高くなる。
このように、本実施形態の制御部６０は、レーザー光Ｌの強度や位相を制御することにより、光軸ＡＸ方向の発光点Ｐの数を自在に制御することができる。このような制御部６０を備える立体表示装置１によれば、立体像２２の描画の状態（例えば、立体像２２の明るさ、コントラスト、空間解像度など）を自在に制御することができる。

【0051】

制御部６０は、レーザー光Ｌの強度（レーザー出力）と、空間位相変調器２２１による位相制御とを組み合わせることにより、上述した「１点描画」「２点描画」および「３点描画」を実現してもよい。また、制御部６０は、距離検出部４０によって検出した距離Ｄや、距離Ｄと照度検出部５０によって検出した照度との組み合わせに応じて、「１点描画」「２点描画」および「３点描画」を選択してもよい。制御部６０は、記憶部３０にあらかじめ記憶されている距離補正情報３１０や照度補正情報３２０に基づいて制御を行う。

【0052】

図７は、本実施形態の記憶部３０に記憶される距離補正情報３１０の一例を示す図である。距離補正情報３１０の一例として、距離Ｄ「５０ｃｍ未満」に対して制御モード「モードＡ」が対応付けられ、距離Ｄ「５０ｃｍ以上１００ｃｍ未満」に対して制御モード「モードＢ」が対応付けられ、距離Ｄ「１００ｃｍ以上」に対して制御モード「モードＣ」が対応付けられている。

【0053】

図８は、本実施形態の記憶部３０に記憶される照度補正情報３２０の一例を示す図である。照度補正情報３２０の一例として、距離Ｄと周囲環境の照度（明るさ）との組み合わせによって、「モードＡ」「モードＢ」および「モードＣ」のいずれかの制御モードが対応付けられている。

【0054】

制御部６０は、距離検出部４０が検出した距離Ｄと、距離補正情報３１０との組み合わせを参照して、制御モードを選択する。または、制御部６０は、距離検出部４０が検出した距離Ｄと、照度検出部５０が検出した描画空間２の周囲環境の照度（明るさ）、および照度補正情報３２０との組み合わせを参照して、制御モードを選択する。

【0055】

図９は、本実施形態の記憶部３０に記憶される制御テーブル３３０の一例を示す図である。制御テーブル３３０では、上述した各制御モード（例えば、モードＡ、モードＢ、モードＣ）と、レーザー光Ｌの強度（レーザー出力）及び空間位相変調器２２１による位相制御の状態（例えば、１輝点制御、２輝点制御、３輝点制御）とが対応付けられている。

【0056】

制御部６０は、制御テーブル３３０を参照して、制御モードに応じたレーザー光Ｌの強度（レーザー出力）及び空間位相変調器２２１による位相制御の状態に基づいて、レーザー光源１１０や空間位相変調器２２１を制御する。

【0057】

図１０は、本実施形態の制御部６０による制御モードの一例を示す図である。制御部６０は、描画空間２（つまり、表示器）と観察者４００との距離Ｄと、描画空間２の周囲環境の照度（明るさ）との組み合わせによって、上述したモードＡ、モードＢ、モードＣのいずれかを選択して、光軸ＡＸ上の蛍光物質２１の発光位置の数（つまり、発光数）を制御する。

【0058】

すなわち、強度制御部６２０は、光軸ＡＸの方向（つまり、光軸方向）に沿った蛍光物質２１が発光する発光位置の数を、少なくとも３種類の異なる数にして、強度を制御する。

【0059】

例えば、立体表示装置１は、立体像２２を明るさよりも高精細さを優先して表現したい場合は「１点描画」によって描画する。
また例えば、立体表示装置１は、立体像２２を高精細さよりも明るさを優先して表示する場合は、「２点描画」または「３点描画」によって描画する。
また例えば、立体表示装置１は、描画空間２内における立体像２２の表示寸法（サイズ）に応じて、「１点描画」「２点描画」または「３点描画」を切り替えて描画することもできる。

【0060】

以上説明したように、本実施形態の立体表示装置１によれば、距離検出部４０や照度検出部５０の検出結果に基づいて、光軸ＡＸ上の蛍光物質２１の発光位置の数（つまり、発光数）を制御する。すなわち、本実施形態の立体表示装置１によれば、立体像の状態を観察される状況に応じて制御することができる。

【0061】

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】

【0062】

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、４０…距離検出部、５０…照度検出部、６０…制御部、１１０…レーザー光源、１２０…変換部、２２０…変調部、２３０…収束部、２４０…走査部、６１０…距離補正情報取得部、６２０…強度制御部、６３０…照度補正情報取得部、６４０…位相制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】