JP7355146B2 - 立体像表示装置、及び立体像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体像表示装置、及び立体像表示方法に関する。

両眼視差、輻輳、目の調節のいずれも矛盾しない３次元立体像の表示技術として、ホログラフィ技術が知られている。また、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）などの二次元波面変調装置により３次元立体像に応じた波面を有する再生光を生成し、フレームレートに応じて再生光を切り替えることで、３次元立体像の動画、すなわちホログラフィック映像を表示する技術が知られている。

ホログラフィック映像の表示技術には、例えば、二次元波面変調装置による再生光の波面変調精度を上げることで、ホログラフィック映像の視域角を拡大する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＤＭＤによる再生光を鉛直方向に拡大し、かつ水平方向に縮小し、これをガルバノミラーで水平方向に走査しながら再生空間で繋ぎ合わせることで、ホログラフィック映像の水平方向の視域角を拡大する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の技術によれば、大きなサイズの３次元立体像を表示するためには再生光を拡大する必要があり、拡大により視域角が減少するため、広い視域角で大きなサイズの３次元立体像を表示することは困難であった。

また非特許文献１の技術では、ガルバノミラーのサイズが制約となり、大きなサイズの３次元立体像を表示することに制限があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、広い視域角を確保しながら、大きなサイズの３次元立体像を表示することを課題とする。

開示の技術の一態様に係る立体像表示装置は、ホログラフィック映像を表示する表示装置であって、１辺の長さが１．０～１．２μｍである複数の光偏向素子が２次元的に配列され、前記ホログラフィック映像に応じた干渉縞パターンに基づき、入射したコヒーレント光を前記光偏向素子ごとで偏向し、再生光を生成する光偏向素子アレイと、前記再生光が結像する第１の位置において、前記再生光の光軸と交差する平面内で、前記再生光を走査する走査手段と、前記走査に応じて前記光偏向素子アレイによる前記再生光の生成を制御し、前記走査された再生光を繋ぎ合わせて前記ホログラフィック映像を形成する再生制御手段と、前記光偏向素子アレイが配置された位置と前記走査手段が配置された第３の位置の間の前記再生光の光路に、前記第３の位置における前記再生光のサイズを調整する第１の光学系と、を有し、前記第１の位置における前記走査手段による走査角度により定まる前記再生光の前記平面内の中央でのサイズは、前記第１の光学系を介し、前記光偏向素子アレイが配置された第２の位置における前記サイズと等しく、前記第１の位置における干渉縞の最小幅は、前記第２の位置における干渉縞の最小幅に等しく、視域角を維持し、前記第１の位置におけるホログラフィック映像は、前記光偏向素子アレイが配置された第２の位置における再生光を繋ぎ合わせることによりサイズが大きく、前記光偏向素子は、基板と、支点部材と、複数の規制部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、前記支点部材は、頂部を有し、前記基板の上面に設けられ、前記規制部材のそれぞれは、上部にストッパを有し、前記板状部材の端部に設けられ、前記板状部材は、光反射面と、導電部とを有し、前記板状部材における一の面が前記頂部と接触することで前記支点部材により支持され、固定端を有さずに、前記基板と前記規制部材とで定められる範囲において可動であり、前記電極のそれぞれは、前記基板上に、前記板状部材の前記導電部と対向して設けられ、前記導電部と前記電極との間で発生する静電引力により、前記頂部を支点に、前記板状部材が前記干渉縞パターンと前記光源の位置によって定まる傾斜をすることで、前記光反射面による反射光を偏向し、前記第１の位置と前記第２の位置における前記サイズが等しいことにより、前記再生制御手段により形成される前記ホログラフィック映像が、視域角を維持して形成でき、前記再生制御手段は、前記板状部材を傾斜させるための駆動電圧を、１の光偏向素子に印加後、前記１の光偏向素子が有する前記板状部材の傾斜の動作が終了する前に、他の光偏向素子に前記駆動電圧を印加する、ことを特徴とする。

広い視域角を確保しながら、大きなサイズの３次元立体像を表示することができる。

ホログラフィによる３次元立体像の記録と再生を説明する図である。 第１の実施形態の表示装置の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の表示装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の表示装置の機能構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の表示装置の制御装置による処理フローの一例を示すフローチャートである。 光偏向素子アレイにより形成するホログラムを模式的に説明する図である。 第１の実施形態の表示装置で変倍レンズを設けたときの装置構成の一例を示す図である。 第１の実施形態における光偏向素子アレイの構成を説明する図である。 第２の実施形態における光偏向素子の駆動方法を説明する図である。 第３の実施形態の表示装置の一構成例を示す図である。 第４の実施形態の表示装置の一構成例を示す図である。

まず本実施形態の前提として、ホログラフィの原理を、図１を用いて説明する。なお以下では、３次元立体像を、単に立体像と呼ぶ。

図１（ａ）は、ホログラフィによる立体像の記録を説明するものである。図１（ａ）において、物体１０１は、照射光１０２で照射される。照射光１０２は、レーザなどのコヒーレント光である。物体１０１で反射された物体光１０３は、照射光１０２を振幅分割、又は波面分割して得られる参照光１０４と重ね合わされ干渉する。物体光１０３と参照光１０４の干渉による干渉縞１０５は、写真乾板等の記録媒体に記録される。写真乾板は、写真乳剤が無色透明のガラス板に塗布された感光材料の一種である。写真乾板を現像することで、干渉縞１０５が記録されたホログラム１０６が得られる。

図１（ｂ）は、ホログラフィによる立体像の再生を説明するものである。ホログラム１０６に対し、記録時と同じ参照光１０４を照射すると、参照光１０４は、ホログラム１０６に記録された干渉縞１０５により回折し、物体光１０３と同じように振る舞う再生光１０７となる。この再生光１０７により、参照光１０４を照射した側の反対側からホログラム１０６を観察すると、物体１０１があった位置に、物体１０１の立体像１０８が再生される。この場合の立体像１０８は、ホログラム１０６による参照光１０４の－１次回折光によって形成される虚像である。一方、観察者側には、ホログラム１０６による参照光１０４の＋１次回折光で形成される実像が再生される。

以上は写真乾板に干渉縞を記録し、再生するアナログのホログラフィであるが、二次元波面変調装置と呼ばれるデジタルデバイスにより、干渉縞、すなわちホログラムを形成することができる。そしてホログラムとして作用する二次元波面変調装置に参照光を照射することで、立体像を再生し、表示することができる。また、フレームレートに応じて立体像を切り替えることで、立体像の動画、すなわちホログラフィック映像を表示することができる。

物体光と参照光とが干渉して得られる干渉縞は、コンピュータ演算により求めることが可能である。コンピュータ演算による干渉縞はＣＧＨ（Computer Generated Hologram）と呼ばれる。本実施形態では、ＣＧＨデータを用いたホログラフィック映像の再生及び表示を、一例として説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図２は、本実施形態の表示装置の構成の一例を示したものである。図２（ａ）は、表示装置２００における部品の配置と、表示装置２００により立体像が再生される空間を正面からみた様子とを示している。図２（ｂ）は、表示装置２００により再生した立体像と観察者との位置関係を示している。

図２（ａ）において、表示装置２００は、光源２０１ｒと、２０１ｂと、及び２０１ｇとを有している。光源２０１ｒ、２０１ｂ、及び２０１ｇは、それぞれ赤、青、及び緑色の波長を有するコヒーレント光を発するレーザで、例えばそれぞれ半導体レーザである。或いは、ＤＰＳＳ（Diode Pumped Solid State)レーザ等の更にコヒーレンスが高い、すなわち可干渉距離が長い光源を用いてもよい。

また表示装置２００は、制御装置２０２と、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇとを有している。制御装置２０２は、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇに接続されており、赤、青、及び緑色に対応するＣＧＨデータをそれぞれに出力する。ＣＧＨデータは、ホログラフィック映像に応じた波面を有する再生光のデータの一例である。

光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇは、それぞれ複数の光偏向素子が２次元的に配置されたデバイスである。複数の光偏向素子は、制御装置２０２から入力されるＣＧＨデータに応じてそれぞれ独立に可動し、二次元パターンを有する干渉縞、すなわちホログラムを形成する。光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇが配置された位置は、それぞれ光偏向素子アレイが配置された第２の位置の一例である。

光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇは、光源２０１ｒ、２０１ｂ、及び２０１ｇから照射された光を偏向することで、照射光を変調し、再生光を生成する。また、制御装置２０２から入力されるＣＧＨデータを時系列に切り替えることで、生成される再生光を、時系列に切り替える。

光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇで生成された再生光は、ホログラフィック映像に応じた波面を有する再生光の一例である。なお、光偏向素子アレイの構成、及び可動の詳細については後述する。

表示装置２００は、さらに、遮光板２０４ｒ、２０４ｂ、及び２０４ｇと、合成プリズム２０５と、マイクロミラー２０６とを有している。

遮光板２０４ｒ、２０４ｂ、及び２０４ｇのそれぞれは、例えば、金属薄板に微小な貫通穴を開けたピンホールである。フレア光発生の原因となる金属薄板での反射光を防止するため、金属薄板の表面は、植毛紙が貼付される等の処理がなされている。遮光板２０４ｒ、２０４ｂ、及び２０４ｇは、後述するようなＯＦＦ状態の光偏向素子の反射光を遮光する。

合成プリズム２０５は、遮光板２０４ｒ、２０４ｂ、及び２０４ｇを通過した光を合成する。光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇそれぞれにより生成された３つの単色の再生光は、合成プリズム２０５により合成されて１つのカラーの再生光になる。

マイクロミラー２０６は、合成プリズム２０５により合成された光を反射し、反射光を水平、及び鉛直方向に走査する。図２（ａ）において、矢印で示したＸ方向が水平方向であり、Ｙ方向が鉛直方向である。

マイクロミラー２０６は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）デバイスである。マイクロミラー２０６では、光反射面を有する可動部がＸ方向と平行な第１軸、及びＹ方向に平行な第２軸の回りに回動可能に形成されている。マイクロミラー２０６は、可動部が各軸回りに回動することで、光反射面による反射光を対象領域内に二次元走査する。マイクロミラー２０６は、例えば半導体プロセス技術により、シリコンやガラスを微細加工して製作される。

再生空間２０７は、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇそれぞれによる再生光が結像、又は略結像する空間である。言い換えると、再生空間２０７は、ホログラムとして作用する光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇにより再生される立体像が、表示される立体的な空間である。ここで略結像とは、完全に結像している状態、すなわち完全に焦点の合っている状態のみを言うのではなく、多少の結像ずれ、すなわち焦点ずれは許容することを意味する。なお、本実施形態において表示される立体像は実像であるが、虚像が表示されるような構成としてもよい。

再生光は、マイクロミラー２０６により、ＸＹ平面２０７ａ内で走査される。ＸＹ平面２０７ａは、再生空間２０７から切り出した一平面であり、例えば、図２（ｂ）で二点鎖線で示した平面である。

再生光の光軸は、マイクロミラー２０６により走査される再生光の光束の中心を通り、再生光の伝搬方向と平行な軸である。例えば、図２（ａ）において、一点鎖線で示した２０７ｂは、再生光の光束２０７ｃの光軸である。再生光の光軸の方向は、マイクロミラー２０６による走査角度に応じて変化する。

なお、ＸＹ平面２０７ａは、再生光の光軸と交差する平面の一例である。

また、ＸＹ平面２０７ａと直交する方向における、ＸＹ平面２０７ａの位置は、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇそれぞれによる再生光、すなわちホログラフィック映像に応じた波面を有する再生光が結像する第１の位置の一例である。

さらに、マイクロミラー２０６は、再生光が結像する第１の位置において、再生光の光軸と交差する平面内で、再生光を走査する走査手段の一例である。なお、マイクロミラー２０６の他、走査手段として、例えばポリゴンミラーや音響光学素子等を組み合わせて用いてもよい。

光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇで生成され、合成プリズム２０５で合成された１つのカラーの再生光は、マイクロミラー２０６で反射される。反射光は、ＸＹ平面２０７ａにおける一部の領域２０８に照射される。領域２０８では、ＣＧＨデータに応じた立体像が再生され、表示される。この場合の立体像は、マイクロミラー２０６による二次元走査により得られる立体像のうちの一部分であり、以下では部分立体像と呼ぶ。

次に、制御装置２０２から入力されるＣＧＨデータが切り替えられ、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇにより、次のカラーの再生光が生成される。またマイクロミラー２０６が向きを変え、反射方向が変更される。これにより、次のカラーの再生光が、例えばＸＹ平面２０７ａで領域２０８に隣接する領域に照射される。領域２０８に隣接する領域では、ＣＧＨに応じた次のカラーの再生光による部分立体像が再生され、表示される。

このようなＣＧＨデータの切り替えと、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇによるカラーの再生光の生成と、マイクロミラー２０６による再生光の反射方向の変更と、を１セットとした動作が繰り返される。ＸＹ平面２０７ａにおいて、カラーの再生光が照射される領域は、矢印２０９に沿って変更される。

上記動作が繰り返され、矢印２０９に沿って、ＸＹ平面２０７ａの全体にカラーの再生光が照射されることで、ＣＧＨデータに応じた部分立体像が、ＸＹ平面２０７ａにおいて繋ぎ合わされ、立体像の全体像が形成される。

なお、マイクロミラー２０６による再生光の反射方向の変更は、マイクロミラー２０６による再生光の走査において連続的に行われる。従って、部分立体像を繋ぎ合わせるためには、マイクロミラー２０６により再生光を走査しながら、走査に同期して所定のタイミング毎に、ＣＧＨデータの切り替えと、カラーの再生光の生成を実行する必要がある。

本実施形態では、ＸＹ平面２０７ａにおいて部分立体像を繋ぎ合わせる処理は、例えば隣接する部分立体像をオーバーラップさせない、いわゆるタイリング処理である。

具体的には、例えば、ＸＹ平面２０７ａにおける１つの部分立体像のＸ方向におけるサイズをＳｘ、マイクロミラー２０６からＸＹ平面２０７ａまでの距離をＺ、マイクロミラー２０６による走査速度をＶとする。Ｓｘ、Ｚ、及びＶに基づき、隣接する部分立体像がオーバーラップしない時間ｔを予め求めておき、時間ｔ毎にＣＧＨデータを切り替え、また光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇによりカラーの再生光を生成する。これにより、隣接する部分立体像を、相互にオーバーラップする領域がない状態で、繋ぎ合わせることができる。Ｙ方向において部分立体像を繋ぎ合わせる場合も同様である。

ＣＧＨデータの切り替えと、マイクロミラー２０６による走査を同期させるために、表示装置２００は同期検知手段を有している。同期検知手段は、例えばマイクロミラー２０６によりカラーの再生光が走査される領域の一部に設けられたＰＤ（Photo Diode）により実現される。

ＰＤは、その受光面をカラーの再生光が通過するタイミングを検知する。このタイミングを基準に、クロックのカウント等で時間を計測し、上記の時間ｔ毎にＣＧＨデータを切り替え、またまた光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇによりカラーの再生光を生成すればよい。

Ｘ方向とＹ方向の同期検知のためには、マイクロミラー２０６によるカラーの再生光のＸ方向、及びＹ方向の走査領域に、それぞれ少なくとも１つずつのＰＤを設ける必要がある。

立体像の全体像を形成する動作は、フレームレートの周期内で行われ、立体像の全体像はフレームレートで映像として表示される。立体像の全体像を、以降では、単に立体像と呼ぶ。

図２（ｂ）において、再生空間２０７に形成された立体像２１１は、図示した位置関係において、観察者２１２により観察される。図２（ｂ）に二点鎖線で示した２０７ａは、ＸＹ平面である。透明板２１０は、表示装置２００の内部を保護するためのもので、本実施形態においては光学的な作用はない。

なお、図２（ｂ）では、便宜的に、赤色の光のための光学系のみを示したが、青色及び緑色の光のための光学系も同様である。

次に、本実施形態の表示装置２００のハードウェア構成の一例を、図３を用いて説明する。図３に示すように、表示装置２００は、制御装置２０２と、光源２０１と、マイクロミラー２０６と、光偏向素子アレイ２０３とを有し、それぞれが電気的に接続されている。光源２０１には、光源２０１ｒ、２０１ｂ、及び２０１ｇが含まれ、光偏向素子アレイ２０３には、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇが含まれている。

このうち、制御装置２０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３００と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０２と、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）３０３と、外部Ｉ／Ｆ３０４と、光源ドライバ３０５と、マイクロミラードライバ３０６と、光偏向素子アレイドライバ３０７とを有している。

ＣＰＵ３００は、ＲＯＭ３０２等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ３０１上に読み出し、処理を実行して、制御装置２０２の全体の制御や機能を実現する演算装置である。

ＲＡＭ３０１は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。

ＲＯＭ３０２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ３００が表示装置２００の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。

ＦＰＧＡ３０３は、ＣＰＵ３００の処理に従って、光源ドライバ３０５、マイクロミラードライバ３０６及び光偏向素子アレイドライバ３０７に適した制御信号を出力する回路である。

外部Ｉ／Ｆ３０４は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、ＰＣ（Personal Computer）等の上位装置、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＨＤＤ（hard disk drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えばＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等である。外部Ｉ／Ｆ３０４は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部Ｉ／Ｆ３０４が用意されてもよい。

光源ドライバ３０５は、入力された制御信号に従って光源２０１に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光源ドライバ３０５には、光源２０１ｒ、２０１ｂ、及び２０１ｇにそれぞれ駆動信号を出力する光源ドライバ３０５ｒ、３０５ｂ、及び３０５ｇが含まれる。

マイクロミラードライバ３０６は、入力された制御信号に従ってマイクロミラー２０６に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。

光偏向素子アレイドライバ３０７は、入力された制御信号に従って光偏向素子アレイ２０３に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光偏向素子アレイドライバ３０７には、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ、及び２０３ｇにそれぞれ駆動信号を出力する光偏向素子アレイドライバ３０７ｒ、３０７ｂ、及び３０７ｇが含まれている。

ＣＧＨデータの切り替え、及び光偏向素子アレイ２０３による再生光の生成と、マイクロミラー２０６による走査とを同期させるためのＰＤの出力は、例えばＣＰＵ３００やＦＰＧＡ３０３等に入力される。

制御装置２０２において、ＣＰＵ３００は、外部Ｉ／Ｆ３０４を介して外部装置やネットワークから駆動情報と再生情報を取得する。なお、ＣＰＵ３００が駆動情報と再生情報を取得することができる構成であればよく、制御装置２０２内のＲＯＭ３０２やＦＰＧＡ３０３に駆動情報と再生情報を格納する構成としてもよいし、制御装置２０２内に新たにＳＳＤ等の記憶装置を設けて、その記憶装置に駆動情報と再生情報を格納する構成としてもよい。

ここで、駆動情報と再生情報とは、再生空間２０７にどのように立体像を表示させるかを示した情報である。例えば、駆動情報は、光源の照射強度やマイクロミラーの可動範囲等であり、再生情報は、ＣＧＨデータや、走査に応じたＣＧＨデータの切り替えタイミング等である。

制御装置２０２は、ＣＰＵ３００の命令および図３に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。

次に、表示装置２００の制御装置２０２の機能構成について図４を用いて説明する。図４は、表示装置２００の制御装置２０２の一例の機能ブロック図である。

図４に示すように、制御装置２０２は、機能として制御部４００と駆動信号出力部４０１とを有している。制御部４００は、例えばＣＰＵ３００、ＦＰＧＡ３０３等により実現され、外部装置から駆動情報と再生情報を取得し、これらを制御信号に変換して駆動信号出力部４０１に出力する。

制御部４００は、駆動制御部４００ａと、再生制御部４００ｂとを有し、また駆動信号出力部４０１は、光源駆動信号出力部４０１ａと、マイクロミラー駆動信号出力部４０１ｂと、光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃとを有している。

駆動制御部４００ａは、駆動情報として外部装置等から、例えば光源の照射強度やマイクロミラーの可動範囲を取得し、所定の処理によりこれらから制御信号を生成して、光源駆動信号出力部４０１ａとマイクロミラー駆動信号出力部４０１ｂに出力する。

また、再生制御部４００ｂは、再生情報として外部装置等から、例えばＣＧＨデータや、走査に応じたＣＧＨデータの切り替えタイミング等を取得し、所定の処理によりＣＧＨデータから制御信号を生成して、所定のタイミングで光偏向素子アレイ駆動信号出力部に出力する。所定のタイミングは、上述したように、タイリング処理を実行するためのもので、ＰＤからの出力信号を受信後にカウントするクロック数等で設定することができる。

なお、再生制御部４００ｂは、再生制御手段の一例である。

光源駆動信号出力部４０１ａは、例えば光源ドライバ３０５により実現される。マイクロミラー駆動信号出力部４０１ｂは、例えばマイクロミラードライバ３０６により実現される。光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃは、例えば光偏向素子アレイドライバ３０７により実現される。光源駆動信号出力部４０１ａ、マイクロミラー駆動信号出力部４０１ｂ、光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃは、それぞれ入力された制御信号に基づいて、光源２０１、マイクロミラー２０６、及び光偏向素子アレイ２０３に駆動信号を出力する。

駆動信号は、光源２０１、光偏向素子アレイ２０３、又はマイクロミラー２０６の駆動を制御するための信号である。例えば光源２０１においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えばマイクロミラー２０６においては、マイクロミラー２０６の有する光反射面を可動させるタイミング、及び可動範囲を制御する駆動電圧である。また、例えば光偏向素子アレイ２０３においては、ＣＧＨデータに応じ、光偏向素子アレイ２０３の有する複数の光偏向素子をそれぞれ可動させるタイミング、及び可動範囲を制御する駆動電圧である。

なお、駆動制御部４００ａと再生制御部４００ｂは相互に接続されており、処理を連携させることも可能である。

次に、表示装置２００が再生空間２０７に立体像を表示させる処理について図５を用いて説明する。図５は、表示装置２００における制御装置２０２の処理の一例のフローチャートである。

まず、ステップＳ５１において、駆動制御部４００ａは、外部装置等から駆動情報を取得する。

続いて、ステップＳ５３において、駆動制御部４００ａは、取得した駆動情報から制御信号を生成し、制御信号を光源駆動信号出力部４０１ａ及びマイクロミラー駆動信号出力部４０１ｂに出力する。

続いて、ステップＳ５５において、光源駆動信号出力部４０１ａは、入力された制御信号に基づいて、駆動信号を光源２０１に出力し、マイクロミラー駆動信号出力部４０１ｂは、入力された制御信号に基づいて、駆動信号をマイクロミラー２０６に出力する。光源２０１は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行い、マイクロミラー２０６は、入力された駆動信号に基づいて光反射面の可動を行い、光偏向素子アレイ２０３により生成された再生光を走査する。

続いて、ステップＳ５７において、再生制御部４００ｂは、外部装置等から再生情報を取得する。なお、再生情報を制御装置２０２におけるＲＡＭ等に予め記憶しておき、再生制御部４００ｂはＲＡＭ等から再生情報を取得してもよい。

続いて、ステップＳ５９において、再生制御部４００ｂは、取得した再生情報から制御信号を生成し、制御信号を光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃに出力する。

続いて、ステップＳ６１において、光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃは、入力された制御信号に基づいて、駆動信号を光偏向素子アレイ２０３に出力する。光偏向素子アレイ２０３は、入力された駆動信号、及び走査と同期するためのＰＤの出力信号に基づいて各光偏向素子の可動を所定のタイミングで行う。これにより部分立体像が再生空間２０７で表示される。

続いて、ステップＳ６３において、制御装置２０２は、全ての部分立体像の表示が終了したかを判断し、終了していない場合は、ステップＳ５７に戻り、処理を継続する。

全ての部分立体像の表示が終了した場合は、ステップＳ６５において、制御装置２０２は、全ての立体像の表示が終了したかを判断し、終了していない場合は、ステップＳ５７に戻り、処理を継続する。

ステップＳ６５において、全ての立体像の表示が終了した場合は、処理を終了する。

以上により、ＣＧＨデータに応じた部分立体像が走査され、それらがＸＹ平面２０７ａで繋ぎ合わされた立体像が表示される。

なお、表示装置２００では、１つの制御装置２０２が光源２０１と、光偏向素子アレイ２０３と、及びマイクロミラー２０６とを制御する装置および機能を有しているが、これに限られない。光源用の制御装置、光偏向素子アレイ用の制御装置、及びマイクロミラー用の制御装置を、別体に設けてもよい。

また、表示装置２００では、１つの制御装置２０２に、制御部４００の機能および駆動信号出力部４０１の機能を設けているが、これに限られない。これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部４００を有した制御装置２０２とは別に駆動信号出力部４０１を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。

次に、光偏向素子アレイ２０３ｒが形成する干渉縞のパターン、すなわちホログラムについて、図６を用いて説明する。

光偏向素子アレイ２０３ｒは、制御装置２０２から入力されるＣＧＨデータに応じてホログラムを形成する。なお以下では、説明の便宜のため、光偏向素子アレイ２０３ｒによる赤色の光による立体像の再生について述べるが、光偏向素子アレイ２０３ｂ、及び光偏向素子アレイ２０３ｇを用いた青、及び緑色の光による立体像の再生及び表示も同様である。

図６は、光偏向素子アレイ２０３ｒが形成するホログラムを示したものである。図６（ａ）は、光偏向素子アレイ２０３ｒにおいて、複数の光偏向素子が二次元的に配列された様子を示している。３０１ｒは、１つの光偏向素子を表しており、この光偏向素子が二次元的に配列され、光偏向素子アレイ２０３ｒが構成されている。光偏向素子は、光反射面を有し、それぞれが独立で可動する。

図６（ｂ）は、ＣＧＨデータに応じて、各光偏向素子が独立に可動した様子を示している。図６（ｂ）で、黒くない状態で示した光偏向素子３０１ｒ－ａは、ＯＮの状態であり、黒い状態で示した光偏向素子３０１ｒ－ｂは、ＯＦＦの状態である。

本実施形態では、光偏向素子の可動はＯＮ、若しくはＯＦＦの２通りである。ＯＮのとき、光偏向素子の光反射面は、例えば光偏向素子が配列された平面に対して所定の角度に傾斜する。またＯＦＦのとき、光偏向素子の光反射面は、光偏向素子が配列された平面に対して、ＯＮのときとは異なる角度で傾斜する。ＯＦＦのときは、光反射面からの反射光は遮光板２０４ｒにより遮光され、立体像の再生には寄与しなくなる。

図６（ｃ）は、光偏向素子がＯＮの状態とＯＦＦの状態を組み合わせて表現した干渉縞パターンの一例を示している。図６（ａ）、（ｂ）では、光偏向素子の一つ一つを認識しやすいように、各光偏向素子を拡大して模式的に示したが、図６（ｃ）は、各光偏向素子を拡大せずに示したものである。

図６（ｃ）において、光偏向素子アレイ２０３ｒに光が入射すると、干渉縞パターンに応じて反射光が変調される。つまり、反射光は、ＯＮの光偏向素子では立体像の再生に寄与し、ＯＦＦの光偏向素子では立体像の再生に寄与しない状態に変調される。このように光偏向素子アレイ２０３ｒは、入射する光を変調するホログラムとして作用する。なお、上記では光偏向素子の可動がＯＮとＯＦＦの２通りの場合を示したが、２通りより多くし、より詳細な変調を行えるようにしてもよい。

ここで、本実施形態の表示装置２００では、第１の位置、すなわち再生光が結像、又は略結像する位置と、第２の位置、すなわち光偏向素子アレイを配置した位置で、再生光の光軸と交差する平面内での再生光のサイズは等しい。

再生光のサイズとは、光偏向素子アレイにより生成された再生光の、光軸と交差する平面内、すなわち図２のＸＹ平面２０７ａにおけるサイズをいう。

水平方向、すなわちＸ方向における再生光のサイズは、光偏向素子アレイによる再生光の、水平方向、すなわちＸ方向における長さ（幅）と同義である。鉛直方向、すなわちＹ方向における再生光のサイズは、光偏向素子アレイによる再生光の、鉛直方向、すなわちＹ方向における長さ（高さ）と同義である。

また、第１の位置と第２の位置での再生光のサイズが等しいことについては、別に、次の言い方ができる。すなわちＸ、Ｙ方向において、１つの光偏向素子のサイズをｐｘ、ｐｙとし、光偏向素子アレイにおける光偏向素子の数をＮｘ、Ｎｙとすると、第１の位置での再生光のサイズは、Ｘ方向ではＮｘ×ｐｘ、Ｙ方向ではＮｙ×ｐｙである。

第１の位置と第２の位置での再生光のサイズが等しいことは、第１の位置で、再生光のサイズが拡大されないことを意味し、また第１の位置で視域角が減少しないことを意味する。ここで視域角とは、物体を観察することのできる角度範囲、若しくは物体全体を観察できる目の角度をいう。視域角が大きいほど、より立体的な立体像が得られる。

再生される立体像の視域角φと、干渉縞の最小幅δとは、次の（１）式の関係がある。但し、λは光源の波長である。

（１）式によれば、例えば、δが１．０μｍの場合は、φは約３０度である。

仮に、光偏向素子アレイによる再生光が第１の位置で拡大された場合、干渉縞の最小幅δも拡大されるため、（１）式に従い、δの拡大に応じて視域角は減少する。

本実施形態では、光偏向素子アレイによる再生光は拡大されないため、第１の位置においても、光偏向素子アレイの位置での干渉縞の最小幅δが維持され、視域角が維持される。例えばＸ、Ｙ方向において、１つの光偏向素子のサイズをそれぞれ１．０μｍとし、光偏向素子アレイにおける光偏向素子の数をそれぞれ１０００個とすると、第１の位置と第２に位置における再生光のサイズはともに１ｍｍとなる。干渉縞の最小幅δは１つの偏向素子のサイズと等しく１μｍであるため、δが１．０μｍのときの視域角の約３０度で立体像の観察が可能となる。

第１の位置と第２の位置における再生光のサイズを等しくするために、例えば、図７のように、光偏向素子アレイ２０３ｒによる再生光の光路に、変倍レンズ２１３を設けた構成としてもよい。変倍レンズ２１３は、変倍レンズ２１３を設けない場合の光偏向素子アレイ２０３ｒによる再生光が第１の位置で結像する関係を保ったまま、再生光のサイズが等しくなるように作用する。

光偏向素子アレイ２０３ｒが形成するホログラムはレンズの一種であるため、光偏向素子アレイ２０３ｒによるホログラムと変倍レンズ２１３とで合成光学系を構成する。ホログラムのみの場合の結像関係を保ったまま、光学倍率が１倍になるように、合成光学系の焦点距離を設定する。これにより、第１の位置と第２の位置で再生光のサイズを等しくできる。

変倍レンズ２１３は、レンズ等の複数の光学系を組み合わせて構成してもよい。また、立体像の表示性能への影響を抑えるために、変倍レンズ２１３には、色収差等の収差が低減されたものを用いることが好ましい。

ところで、視域角を維持するために、第１の位置において、再生光の光軸と交差する平面内における再生光の水平、及び鉛直方向の長さＲｘ、及びＲｙが、次の（２）、（３）関係を満足するようにしてもよい。

但し、Ｎｘ、Ｎｙは、光偏向素子アレイにおける光偏向素子の水平、鉛直方向の個数であり、λは入射したコヒーレント光の波長である。

λより小さい長さの構造では回折効果は得られず、また光偏向素子アレイでは光を反射させるため、光偏向素子のサイズはλ／２以上が必要と考えられる。そのためＲｘを、λ／２に光偏向素子の個数を乗じた値のＮｘ×λ／２以上の値としている。

また、立体視は両眼で行うことを考慮すると、十分に立体的というために許容される視域角は、波長λが干渉縞の最小幅の場合における視域角の１／２までと考えられる。そのためＲｘを、λによる視域角の１／２の視域角を得るための干渉縞の幅２λに、光偏向素子の個数を乗じた値の２×Ｎｘ×λ以下の値としている。

なお、例えば、マイクロミラー２０６からＸＹ平面２０７ａまでの距離が短いと、走査により再生光を照射するＸＹ平面２０７ａの領域毎で、再生光のサイズが異なる場合がある。例えば、ＸＹ平面２０７ａにおける中央付近と端部付近で、再生光のサイズが異なるような場合である。ＸＹ平面２０７ａの領域毎で再生光のサイズが異なるため、どの領域における再生光のサイズを、第１の位置における再生光のサイズとすればよいかが問題になる。

この場合、再生光のサイズは、マイクロミラー２０６による走査角度により決まるため、例えば、走査角度により再生光のサイズを規格化すればよい。走査角度により規格化すれば、領域による再生光のサイズの差はなくせるため、規格化した再生光のサイズを第１の位置における再生光のサイズとすればよい。或いは、例えば、ＸＹ平面２０７ａにおける中央付近の再生光のサイズを代表値として、第１の位置における再生光のサイズとしてもよい。

以上のように、第１の位置における再生光のサイズを、第２位の位置、すなわち光偏向素子アレイが配置された位置での再生光のサイズと等しくする、あるいは略等しくすることにより、広い視域角を確保することができる。

また上述したように、本実施形態の表示装置２００では、マイクロミラー２０６で光偏向素子アレイによる再生光を走査しながら、ＸＹ平面２０７ａで部分立体像を繋ぎ合わせることで、大きな立体像を表示することができる。

以上により、本実施形態の表示装置２００によれば、広い視域角を確保しながら、大きなサイズの立体像を表示することができる。

なお、上記ではＣＧＨデータを用いた立体像の表示について説明したが、本実施形態の表示装置２００は、ホログラフィの原理に基づいて撮影し、記録したホログラムデータを用い、３次元立体像を表示することにも適用することができる。

次に、本実施形態の光偏向素子の構造の一例を、図８を用いて詳細に説明する。図８において、（ａ）は光偏向素子の平面図で、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で示したＡ－Ａ断面の断面図である。

図８において、光偏向素子８００は、基板８０１と、規制部材８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、及び８０２ｄと、支点部材８０３ａ及び８０３ｂと、板状部材８０４と、電極８０５ａ及び８０５ｂと、接触部位８０７とを有している。

基板８０１は、シリコンの半導体基板である。シリコンやガラス等の一般に半導体プロセスや液晶プロセスにて用いられている材質を用いることで、構造の微細化が可能となる。また、（１００）面方位を有するシリコン基板で形成することで、駆動系回路と同一基板に形成でき、簡単、かつ低コスト化に製作できる。

規制部材８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、及び８０２ｄは、光反射面を有する板状部材８０４の可動範囲を所定の空間に制限する。例えば１つの規制部材の８０２ａは、４本の円柱状部材と、円柱状部材の上部に設けられたストッパ８０６とを有している。規制部材８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、及び８０２ｄは、矩形の板状部材８０４の４隅に対応する位置に、所定の間隔を空けて配置されている。ストッパ８０６が、板状部材８０４を上方向から押さえることで、板状部材８０４の上方向への可動範囲を制限する。規制部材８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、及び８０２ｄは、例えば酸化シリコン膜、又は酸化クロム膜により形成されている。なお規制部材の個数及び配置は、上記に限定されず、板状部材８０４の外周に対応する全領域に多数配置される構成としてもよい。

板状部材８０４は、高反射率を有するアルミニウム等の薄膜で形成された部材である。板状部材８０４の面は、光反射面として機能する。板状部材８０４は、支点部材８０３ａ及び８０３ｂの頂部と接触して支持されており、この頂部を支点に傾斜して可動することができる。また板状部材８０４は、少なくとも一部に導電部を有している。板状部材８０４を、導電体で構成してもよい。

電極８０５ａ及び８０５ｂに電圧が印加されると、板状部材８０４の導電部と電極８０５ａ及び８０５ｂとの間で静電引力が発生する。板状部材８０４の可動範囲は、上述のように上方向は規制部材８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、及び８０２ｄで制限され、下方向は基板８０１で制限されている。板状部材８０４は薄膜で形成されて軽量である。これにより、基板８０１や規制部材８０２ａ～８０２ｄに衝突するときの衝撃が緩和される。

支点部材８０３ａ及び８０３ｂは、それぞれ基板８０１の上面に設けられた、例えば円錐状の部材である。円錐の頂部は、板状部材８０４が傾斜する支点として作用する。なお、支点部材８０３ａ及び８０３ｂの形状は円錐に限定されず、光偏向素子８００に求められる性能に応じて適正化することができる。

支点部材８０３ａ及び８０３ｂは、例えば酸化シリコン膜、又はシリコン窒化膜で形成されている。但し、支点部材８０３ａ及び８０３ｂを通して、板状部材８０４の電位を取る場合は、各種金属膜等の導電性材料で形成される必要がある。

電極８０５ａ及び８０５ｂは、板状部材８０４に対向するように配置されている。電極８０５ａ及び８０５ｂに電圧が印加されると、電極８０５ａ及び８０５ｂと板状部材８０４の導電部の間で静電引力が発生する。この静電引力により端部が引き寄せられることで、板状部材８０４は傾斜することができる。電極８０５ａ及び８０５ｂに印加される電圧に応じて、板状部材８０４の傾斜角度は切り替えられる。板状部材８０４のサイズと、板状部材８０４に入射する光の入射角度と、板状部材８０４の傾斜角度とをパラメータにして、板状部材８０４に入射する光の偏向方向を決めることができる。

接触部位８０７は、基板８０１上に設けられ、板状部材８０４が傾斜した際に、板状部材８０４の端部を接触させる部位である。

光偏向素子８００の作用の一例として、支点部材８０３ａ及び８０３ｂの頂部を支点に、板状部材８０４が傾斜することで、板状部材８０４に入射する光は、図８（ａ）の白抜きの矢印８０８に沿った方向に偏向される。板状部材８０４への入射光束は、例えば、光偏向素子がＯＮのときは方向１に反射され、光偏向素子がＯＦＦのときは方向２に反射される。

以上説明した光偏向素子は、例えば、シリコンの半導体製造プロセスにより製作することができ、光偏向素子を２次元に配列することで、光偏向素子アレイを製作することができる。

次に、本実施形態の光偏向素子アレイの特徴を詳細に説明する。

本実施形態では、光偏向素子アレイをいわゆるアクティブマトリクス方式で駆動する。ここでアクティブマトリクス方式とは、液晶パネル等の駆動に用いられる駆動方式である。具体的には、Ｘ、Ｙ方向の２方向に導線を張り巡らし、両方向から電圧をかけることで交点の画素を駆動させる単純マトリクス型の構造に加えて、各画素にアクティブ素子を配置する方式である。アクティブ素子は、Ｘ方向の導線の電圧によってＯＮ、又はＯＦＦに状態が切り替わり、アクティブ素子がＯＮの時にＹ方向の導線にも電圧がかけられると交点にある目的の画素が駆動される。これにより、目的の画素のみを確実に駆動することができる。単純マトリクス型に比べて、残像が少なく、視域角も広く、コントラストが高く、反応速度が速いという特徴がある。

本実施形態においては、光偏向素子アレイにおける１つの光偏向素子が「画素」である。アクティブマトリクス方式を採用することで、１つの光偏向素子の直下のトランジスタ数を少なくすることができる。これにより一辺の長さが１μｍ程度の微細な光偏向素子を２次元に配列でき、微細な画素を備えた光偏向素子アレイを製作することが可能となる。

本実施形態において、光偏向素子のサイズ、すなわちＸ、Ｙ方向における一辺の長さは、例えば、それぞれ１．２μｍである。光偏向素子における板状部材８０４のサイズは、例えば、Ｘ、Ｙ方向とも１．０μｍである。また板状部材８０４は、１０度以上の角度で傾斜可能である。

本実施形態の光偏向素子アレイにおける光偏向素子の個数は、例えば、Ｘ、Ｙ方向とも１０００個である。従って、光偏向素子アレイは計１００万個の光偏向素子を有し、第２の位置において、光偏向素子アレイにより形成される再生光のサイズは、Ｘ、Ｙ方向とも１．２ｍｍとなる。

ＸＹ平面２０７ａにおいて、マイクロミラー２０６により走査する範囲は、例えば対角で３０インチであり、部分立体像を繋ぎ合わせて形成される立体像のサイズは、例えば、Ｘ、Ｙ方向とも５４０ｍｍである。このように大画面で立体像を表示することを可能としている。

また、本実施形態の光偏向素子アレイは、シリコン半導体製造プロセスにより製作できるため、アクティブマトリクス方式で、光偏向素子アレイの全画素、すなわち全ての光偏向素子を並列に駆動することが可能である。アクティブマトリクス方式で各光偏向素子を並列に駆動すること、並びに可動部である板状部材８０４を小型軽量化することで、１つの部分立体像の表示時間を、例えば５７ｎｓと高速化することができる。これにより実用的なフレームレートである６０ｆｐｓ（frame per second）で、立体像を表示することができる。

板状部材８０４は、ヒンジ等の固定端を持たない薄板で構成されているため、傾斜時に復元力が生じない。これにより傾斜時における抵抗が抑制されるため、より低い電圧で可動させることができる。また微細化も容易である。さらに真空封止パッケージを併用すれば更なる高速化が図れる。

本実施形態において、光偏向素子のサイズは入射光の波長と同程度であるため、光偏向素子による周期構造で構成される光偏向素子アレイは、回折格子のように作用する。つまり、光偏向素子アレイにより偏向される光を、光偏向素子アレイによる回折光のように振る舞わせることができる。

本実施形態の光偏向素子アレイでは、周期構造を持つように各光偏向素子を傾斜させることで、ブレーズド回折格子の作用が得られる。例えば光偏向素子アレイを、＋１次回折光において最大回折効率が得られるブレーズド回折格子として作用するように設計すれば、高い回折効率が得られ、明るい立体像を表示可能となる。

以上、本実施形態によれば、上記光偏向素子により構成された光偏向素子アレイを使用することで明るい立体像を、実用的なフレームレートで表示することができる。また上述のように、第１の位置と第２の位置で再生光のサイズを等しくすることで広い視域角を確保でき、かつ第１の位置で再生光を走査し、繋ぎ合わせることで、大きなサイズの立体像を表示することができる。
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の表示装置について説明する。第１の実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点について述べる。

本実施形態の表示装置における光偏向素子の駆動方法を、図９を用いて詳細に説明する。

図９は、光偏向素子８００に印加する駆動電圧と、板状部材８０４が傾斜する動作との関係を、模式的に説明する図である。なお、板状部材８０４は導電体で構成されている。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において左側に示した図は、いずれも図８（ａ）におけるＡ－Ａ断面に相当する断面図を表している。また右側に示した表は、いずれも光偏向素子８００における電極８０５ａ及び８０５ｂと、電極として作用する支点部材８０３に印加される電圧を示している。表における中央の列は、１の光偏向素子に印加される電圧を示し、右端の列は、１の光偏向素子の次に駆動される光偏向素子に印加される電圧を示している。以降では、１の光偏向素子を光偏向素子８００とし、１の光偏向素子の次に駆動される光偏向素子を光偏向素子８００ｎとして示す。

図９（ａ）は、光偏向素子８００に駆動電圧を印加した直後で、板状部材８０４が傾斜を開始する直前の状態を示している。駆動電圧が印加されることで、板状部材８０４と電極８０５ａとの間で静電引力が発生し、板状部材８０４の左端部は、白抜き矢印９０１の方向に静電引力で引っ張られている。

この状態において、光偏向素子８００では、電極８０５ａにＸ（Ｖ）が印加され、電極８０５ｂ及び支点部材８０３には０（Ｖ）が印加されている。また光偏向素子８００ｎでは、電極８０５ａ及び８０５ｂは、電気的に浮いている状態、すなわちＦｌｏａｔの状態であり、電圧は略０（Ｖ）である。支点部材８０３には０（Ｖ）が印加されている。

たとえ一瞬であっても、電圧がこの状態になると、光偏向素子８００の板状部材８０４には、上記の静電引力が白抜き矢印９０１の方向に発生する。これにより板状部材８０４は傾斜を開始する。光偏向素子８００における板状部材８０４は、ヒンジを持たないため、傾斜の動作を妨げるような復元力が生じない。そのため電極８０５ａに電圧を印加し、板状部材８０４が傾斜を開始した直後に電極８０５ａへの電圧の印加を停止しても、静電引力の作用は継続し、板状部材８０４は傾斜の動作を継続する。言い換えると、板状部材８０４が傾斜を開始した直後に電極８０５ａへの電圧の印加を停止しても、板状部材８０４を傾斜させることができる。

次に、図９（ｂ）は、光偏向素子８００に駆動電圧を印加し、板状部材８０４が、傾斜する動作を行っている途中の状態を示している。この状態では、駆動電圧の印加は停止されているが、図に点線の白抜き矢印９０２で示したように、静電引力は残存している。この場合、光偏向素子８００の電極８０５ａでは、電気的に浮いたＦｌｏａｔの状態であって、Ｘ（Ｖ）から０（Ｖ）に移行している状態である。電極８０５ｂでも同様に、電気的に浮いたＦｌｏａｔの状態であって、Ｘ（Ｖ）から０（Ｖ）に移行している状態である。支点部材８０３には、０（Ｖ）が印加されている。

このときに、光偏向素子８００ｎでは、電極８０５ａｎにＸ（Ｖ）が印加され、電極８０５ｂｎ及び支点部材８０３ｎに、０（Ｖ）が印加されている。そして光偏向素子８００ｎでは、板状部材８０４ｎが傾斜し始めている。

次に、図９（ｃ）は、板状部材８０４が傾斜する動作を終了した後の状態を示している。板状部材８０４は、基板８０１における接触部位８０７に接触して停止し、傾斜の動作を終了している。本実施形態の光偏向素子８００では、板状部材８０４は、固定されておらず、またヒンジによる復元力も有さない。そのため、電圧が印加されず、静電引力が作用しなくても、傾斜した状態、すなわち図９（ｃ）の状態を維持することができる。この場合、電極８０５ａ及び電極８０５ｂは、電気的に浮いたＦｌｏａｔの状態で、略０（Ｖ）である。支点部材８０３には０（Ｖ）が印加されている。

図９（ｃ）の状態で、光偏向素子８００ｎでは、電極８０５ａｎには電圧は印加されておらず、電気的に浮いたＦｌｏａｔの状態であって、Ｘ（Ｖ）から０（Ｖ）に移行している状態である。電極８０５ｂｎも同様に、電気的に浮いたＦｌｏａｔの状態であって、Ｘ（Ｖ）から０（Ｖ）に移行している状態である。支点部材８０３には、０（Ｖ）が印加されている。

以上説明したように、光偏向素子８００への電圧の印加は、板状部材８０４が傾斜し始める一瞬だけでよい。その後、電圧の印加を停止し、電気的に浮いたＦｌｏａｔの状態になっても、板状部材８０４は傾斜の動作を継続する。そして傾斜の動作が終了した後も、傾斜した状態がそのまま維持される。従って、１つの光偏向素子には瞬間的に電圧を印加した後、すぐに電圧印加を停止し、次の光偏向素子への電圧印加に移ることができる。これにより、例えば、光偏向素子への電圧印加における待ち時間をなくし、光偏向素子アレイをさらに高速に駆動することが可能となる。

光偏向素子アレイの駆動をさらに高速化することで、表示装置による立体像表示のフレームレートをさらに高速化することが可能となる。

なお、上記の光偏向素子アレイの駆動は、再生制御部４００ｂで生成した制御信号を光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃに出力し、光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃが駆動信号を光偏向素子アレイ２０３に出力することで実現される。再生制御部４００ｂ及び光偏向素子アレイ駆動信号出力部４０１ｃにおける上記の機能は、再生制御手段による「板状部材を傾斜させるための駆動電圧を、１の光偏向素子に印加後、１の光偏向素子が有する板状部材の傾斜の動作が終了する前に、他の光偏向素子に前記駆動電圧を印加する」機能の一例である。
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態の表示装置２２０について、図１０を用いて説明する。第１～２の実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点について述べる。

部分立体像として表示する映像によっては、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇによる再生光が、大きく広がって伝搬する場合がある。また、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇのそれぞれによる再生光を、合成プリズム２０５で合成してマイクロミラー２０６に導光する際に、合成された光が大きく広がって伝搬する場合がある。このような場合、マイクロミラー２０６が配置された位置、すなわち第３の位置において、再生光、または合成光のサイズがマイクロミラー２０６の光反射面より大きくなると、再生光、または合成光の一部は、マイクロミラー２０６によりケラレて部分立体像の表示に寄与しなくなる。

光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇによる再生光の全てが、必ずしもマイクロミラー２０６における光反射面に入射する必要はないが、部分立体像の表示に寄与しない光が多くなると、部分立体像の明るさが低下する等の不具合が生じる。

本実施形態の表示装置２２０によれば、例えば、部分立体像の表示に寄与しない光が多くなることを防ぎ、部分立体像の明るさが低下する等の不具合を防止することができる。

図１０において、本実施形態の表示装置２２０は、レンズ２２１を有している。レンズ２２１は、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇによる再生光の光路において、合成プリズム２０５とマイクロミラー２０６の間に設けられている。レンズ２２１は、「第１の光学系」の一例である。

レンズ２２１は、正のパワーを有しており、マイクロミラー２０６に向かう光の広がりを抑制する作用をする。例えば、レンズ２２１の焦点距離をｆ（ｍｍ）とした場合に、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇからマイクロミラー２０６に向かう方向にｆ（ｍｍ）だけ離れた位置に、再生光の光軸とレンズ２２１の光軸とが略一致するようにしてレンズ２２１を設ける。

これにより、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇの位置を発光点とする球面波は、レンズ２２１により平行化され、広がりが抑制される。そして、マイクロミラー２０６によりケラレて部分立体像の表示に寄与しなくなる光を減らすことができ、部分立体像の明るさが低下する等の不具合を低減することができる。

なお上記の場合、レンズ２２１の焦点距離を短くしたり、レンズ２２１の直径を大きくしたりすれば、マイクロミラー２０６によるケラレを、より抑制することができる。立体像の表示性能への影響を抑えるために、レンズ２２１には、色収差等の収差が低減されたものを用いることが好ましい。

上記では、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇの位置を発光点とする球面波を、正のパワーを有するレンズ２２１により平行化する一例を示したが、これに限定されない。レンズ２２１により収束させたり、負のパワーを有するレンズを組み合わせたりする等、種々の変形が可能である。
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態の表示装置２３０、表示装置２４０及び表示装置２５０について、図１１を用いて説明する。第１～３の実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点について述べる。

図１１（ａ）は、本実施形態の表示装置２３０の構成の一例である。図１１（ａ）において、表示装置２３０は、光偏向素子アレイ２０３ｒ、２０３ｂ及び２０３ｇによる再生の光路において、マイクロミラー２０６と再生空間との間に、レンズ２３１を有している。レンズ２３１は、正のパワーを有しており、マイクロミラー２０６により走査され、再生空間に向かう光の広がりを抑制する。またレンズ２３１において、表示装置２３０の外部と接する側の面は平らである。

レンズ２３１が設けられない場合、マイクロミラー２０６により走査された光は、再生空間に向かうにつれて広がる。これにより、再生空間を挟んでマイクロミラー２０６と対向する方向から再生空間を観察する観察者には、明るさが減少した立体像が観察されたり、視域角が減少した立体像が観察されたりする場合がある。

レンズ２３１により、再生空間に向かう光の広がりを抑制できるため、観察者は、より明るく、また視域角が維持された立体的な大きな像を、観察することができる。なお、図１１（ａ）における光線２３２は、レンズ２３１により、再生空間に向かう光の伝搬方向が変化される様子を示したものである。

図１１（ｂ）は、本実施形態の表示装置２４０の構成の一例である。表示装置２３０と相違する点は、レンズ２３１に代えてレンズ２４１が設けられている点である。レンズ２４１は、表示装置２４０の外部と接する側の面が、表示装置２４０の外部に向けた凸面形状を有している。レンズ２４１の作用は、レンズ２３１と同様であり、表示装置２４０は、表示装置２３０の変形例の一つである。

立体像の表示性能への影響を抑えるために、レンズ２３１及び２４１には、色収差等の収差が低減されたものを用いることが好ましい。

なお、表示装置２３０、又は表示装置２４０において、レンズ２３１、又はレンズ２４１を図２における透明板２１０の位置に、透明板２１０に代えて設けてもよい。これによりレンズ２３１、又はレンズ２４１を、表示装置２３０、又は表示装置２４０の装置内部を保護するための部材として兼用させることができる。

図１１（ｃ）は、本実施形態の表示装置２５０の構成の一例である。表示装置２３０、又は表示装置２４０と相違する点は、レンズ２３１、又はレンズ２４１に代えて、曲面ミラー２５１が設けられている点である。曲面ミラーは、光反射面が球面や放物面等の曲面形状を有するミラーである。

マイクロミラー２０６による走査光は、曲面ミラー２５１により反射されるため、再生空間は、曲面ミラー２５１からみてマイクロミラー２０６側になる。再生空間における立体像は、観察者２５３により観察される。

曲面ミラー２５１により再生空間に向かう光の広がりを抑制できる点は、レンズ２３１及び２４１による作用と同様であり、表示装置２５０は、表示装置２３０及び２４０の変形例の一つである。ただし反射を利用するため、色収差を抑制できる等の、表示装置２３０及び２４０に対して異なる効果がある。

レンズ２３１、レンズ２４１又は曲面ミラー２５１は、表示装置による立体像を、観察者の眼球、又は網膜に結像させるように作用させてもよい。

レンズ２３１、レンズ２４１又は曲面ミラー２５１は、再生光の走査においてｆθ特性を良好にすること、すなわち走査速度の等速性を良好にすることに対しても効果がある。

図１１におけるレンズ２３１、レンズ２４１及び曲面ミラー２５１は、それぞれ「第２の光学系」の一例である。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０８、２１１ 立体像
２００、２３０、２４０、２５０ 表示装置
２０１、２０１ｒ、２０１ｂ、２０１ｇ 光源
２０２ 制御装置
２０３、２０３ｒ、２０３ｂ、２０３ｇ 光偏向素子アレイ
２０４ 遮光板
２０５ 合成プリズム
２０６ マイクロミラー
２０７ 再生空間
２０７ａ ＸＹ平面（再生光の光軸と交差する平面の一例）
２０７ｂ 再生光の光軸
２０７ｃ 再生光の光束
２１３ 変倍レンズ
２２１ レンズ（第１の光学系の一例）
２３１、２４１ レンズ（第２の光学系の一例）
２５１ 曲面ミラー（第２の光学系の一例）
３０５ 光源ドライバ
３０６ マイクロミラードライバ
３０７ 光偏向素子アレイドライバ
４００ 制御部
４００ａ 駆動制御部
４００ｂ 再生制御部
４０１ａ 光源駆動信号出力部
４０１ｂ マイクロミラー駆動信号出力部
４０１ｃ 光偏向素子アレイ駆動信号出力部
８００ 光偏向素子
８０１ 基板
８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ 規制部材
８０３、８０３ａ、８０３ｂ 支点部材
８０４ 板状部材
８０５ａ、８０５ｂ 電極

特許第５０１５９６９号公報

ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ Ｖｏｌ.４８、Ｎｏ.１７ １０ Ｊｕｎｅ ２００９

Claims (2)

1. ホログラフィック映像を表示する表示装置であって、
   コヒーレントな光を発する光源と、
   １辺の長さが１．０～１．２μｍである複数の光偏向素子が２次元的に配列され、前記ホログラフィック映像に応じた干渉縞パターンに基づき、前記光源からの光を前記光偏向素子ごとで偏向し、再生光を生成する光偏向素子アレイと、
   前記再生光が結像する第１の位置において、前記再生光の光軸と交差する平面内で、前記再生光を走査する走査手段と、
   前記走査に応じて前記光偏向素子アレイによる前記再生光の生成を制御し、前記走査された再生光を繋ぎ合わせて前記ホログラフィック映像を形成する再生制御手段と、
   前記光偏向素子アレイが配置された位置と前記走査手段が配置された第３の位置の間の前記再生光の光路に、前記第３の位置における前記再生光のサイズを調整する第１の光学系と、を有し、
   前記第１の位置における前記走査手段による走査角度により定まる前記再生光の前記平面内の中央でのサイズは、前記第１の光学系を介し、前記光偏向素子アレイが配置された第２の位置におけるサイズと等しく、
   前記第１の位置における干渉縞の最小幅は、前記第２の位置における干渉縞の最小幅に等しく、視域角を維持し、
   前記第１の位置におけるホログラフィック映像は、前記光偏向素子アレイが配置された第２の位置における再生光を繋ぎ合わせることによりサイズが大きく、
   前記光偏向素子は、基板と、支点部材と、複数の規制部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、
   前記支点部材は、頂部を有し、前記基板の上面に設けられ、
   前記規制部材のそれぞれは、上部にストッパを有し、前記板状部材の端部に設けられ、
   前記板状部材は、光反射面と、導電部とを有し、前記板状部材における一の面が前記頂部と接触することで前記支点部材により支持され、固定端を有さずに、前記基板と前記規制部材とで定められる範囲において可動であり、
   前記電極のそれぞれは、前記基板上に、前記板状部材の前記導電部と対向して設けられ、
   前記導電部と前記電極との間で発生する静電引力により、前記頂部を支点に、前記板状部材が前記干渉縞パターンと前記光源の位置によって定まる傾斜をすることで、前記光反射面による反射光を偏向し、
   前記第１の位置と前記第２の位置における前記サイズが等しいことにより、前記再生制御手段により形成される前記ホログラフィック映像が、視域角を維持して形成でき、
   前記再生制御手段は、前記板状部材を傾斜させるための駆動電圧を、１の光偏向素子に印加後、前記１の光偏向素子が有する前記板状部材の傾斜の動作が終了する前に、他の光偏向素子に前記駆動電圧を印加する、
   ことを特徴とする立体像表示装置。
2. 前記光源は、波長の異なる２以上の光源であり、
   前記波長ごとに前記光偏向素子アレイを有し、
   前記波長ごとで前記光偏向素子アレイにより生成された前記再生光を、合成する手段を有し、
   前記合成された再生光は、前記第１の位置における中央のサイズと、前記第２の位置における前記光偏向素子アレイのサイズと等しい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体像表示装置。