三次元映像表示方法および装置
【課題】見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる三次元映像表示方法および装置を提供する。
【解決手段】蛍光空間１１に入射する１本の光軸に沿って同方向から蛍光空間１１に第１の光パルス１２、および第１の光パルス１２と異なる波長を有する第２の光パルス１３を入射タイミングを所定時間ずらして入射すると、屈折率の波長分散により、第２の光パルス１３が第１の光パルス２３に追いつき、第１および第２のパルス１２、１３の重なる位置において両パルスの光子による強い多光子吸収が起こり、断面像が形成される。この断面像を位置をずらして複数形成することにより、三次元映像を表示する。
【解決手段】蛍光空間１１に入射する１本の光軸に沿って同方向から蛍光空間１１に第１の光パルス１２、および第１の光パルス１２と異なる波長を有する第２の光パルス１３を入射タイミングを所定時間ずらして入射すると、屈折率の波長分散により、第２の光パルス１３が第１の光パルス２３に追いつき、第１および第２のパルス１２、１３の重なる位置において両パルスの光子による強い多光子吸収が起こり、断面像が形成される。この断面像を位置をずらして複数形成することにより、三次元映像を表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルスを用いて蛍光空間内に三次元映像を表示する三次元映像表示方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用ＣＴ装置、ＣＡＤ装置等の分野では、大量の三次元情報を高速に表示する三次元ディスプレイの要求が高まっている。
【０００３】
従来の三次元映像表示方法には、擬似的な三次元画像を二次元平面状に表示させるものが多い。例えば、三次元ＣＧ(Computer Graphics)は、陰影や色濃度のグラデーションなどを用いて立体を表現しており、二次元平面上の擬似的な三次元画像表現である。
【０００４】
他に、二次元ディスプレイを用いて偏向メガネ等により左右の目に異なる映像を見せることにより立体視差を生じさせ、立体感を得るようにしたものがあるが、視点が限定される、長時間の使用による疲労感などの問題が挙げられる。更に、ホログラフィ技術による三次元表示の方法もあるが、ホログラムの作製に時間がかかる、静止画しか扱うことができない、等の問題が挙げられる。
【０００５】
このため、現在、実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる装置の必要性が高まってきている。実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる方法として、体積走査法（奥行標本化法）が挙げられる。この方法は、具体的に（ａ）バリフォーカルミラー方式、（ｂ）移動ディスプレイ方式、（ｃ）移動スクリーン方式がある。
【０００６】
上記（ａ）は、二次元画像を前後に振動する凹面ミラーの振動に同期して反射させる方法である。上記（ｂ）は、立体画像の断面像を発光ダイオードディスプレイ等を高速で移動もしくは回転させることにより、三次元映像を表示させる方法である。上記（ｃ）は、移動するスクリーンに立体画像の断面図を投影することで立体的に見せる方法である。
【０００７】
また、これらとは別の方式として、（ｄ）２枚の二次元レーザアレイを直角に配置し、レーザ光同士の交点において蛍光を発生させることによることで、三次元空間に画像を表示する方法もある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２２４６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の（ａ）から（ｃ）の技術においては、（ａ）バリフォーカルミラー方式は表現できる大きさや、多人数で見る場合には凹面ミラーを大きくしなければならないなどの問題点が挙げられる。（ｂ）移動ディスプレイ方式と（ｃ）移動スクリーン方式は、移動の方向により三次元映像が見える範囲に制限があったり解像度が異なったりする、像が不鮮明になりやすいなどの問題が挙げられる。
【０００９】
また、（ｄ）の技術はレーザ光として赤外光を使用しており、２つのレーザ光は表示媒体内を進行するにつれて少しずつ吸収され、光強度が減衰する。そのため、レーザアレイ側は明るく、反対側は暗い像になってしまう。表示媒体のサイズを大きくすると、この現象は更に顕著となる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる三次元映像表示方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、以下の三次元映像表示方法および装置を提供する。
【００１２】
［１］第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１のステップと、前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２のステップと、を含むことを特徴とする三次元映像表示方法。
【００１３】
［２］前記第１または前記第２の光パルスのいずれか一方に、断面情報が書き込まれたことを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１４】
［３］前記第１および第２のステップは、前記第１および第２の光パルスの前記蛍光空間への入射タイミングが制御されることにより、前記蛍光空間内の異なる複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１５】
［４］真空中の光速をｃ、前記第１の光パルスの波長をλ１、前記第２の光パルスの波長をλ２、波長λでの蛍光空間内の屈折率をｎ（λ）、光パルス１の時間幅をｔ１、光パルス２の時間幅をｔ２、としたとき、１×１０−４［ｍ］≦｛ｃ（ｔ１ｎ（λ２）＋ｔ２ｎ（λ１））｝／{ｎ（λ２）（ｎ（λ１）−ｎ（λ２））}≦１×１０−２［ｍ］を満たすことを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１６】
［５］前記第２のステップは、１つの前記第１の光パルスに対して所定の繰り返し周期で複数の前記第２の光パルスを前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１７】
［６］前記第１のステップは、所定の繰り返し周期で複数の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなる複数のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１８】
［７］前記第１のステップは、所定の繰り返し周期でＭ個の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなるＭ個のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ×Ｍ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１９】
［８］前記第２の光パルスへの前記断面情報の書込みは、空間光変調によって行うことを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００２０】
［９］第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１の光パルス入射手段と、
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２の光パルス入射手段と、
を備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。
【００２１】
［１０］前記第１および第２の光パルス入射手段は、光パルスを出射する１つの光パルス光源と、前記光パルス光源から出射された前記光パルスを２つの光パルスに分割し、前記２つの光パルスのうち一方の光パルスを前記第１の光パルスとし、他方の光パルスを第２の光パルスとする分割光学系と、を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２２】
［１１］前記第１の光パルス入射手段は、前記第１の光パルスを出射する第１の光パルス光源を備え、前記第２の光パルス入射手段は、前記第２の光パルスを出射する第２の光パルス光源を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２３】
［１２］前記第１または第２の光パルス入射手段は、断面像信号に応じて光パルスに前記断面情報を書き込んで前記第１の光パルス、または第２の光パルスを生成する空間光変調器を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２４】
［１３］前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする前記［１２］に記載の三次元映像表示装置。
【００２５】
［１４］前記第１または第２の光パルス入射手段は、光路長の異なる複数の光路を有し、入射された光パルスを前記複数の光路に分配する分岐部と、前記複数の光路に設けられ、前記複数の光路に分配された複数の光パルスに断面情報を書き込む複数の空間光変調器と、前記断面情報が書き込まれた複数の前記第２の光パルスの光軸を一致させて前記複数の第２の光パルスを前記蛍光空間に入射する合流部とを備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２６】
［１５］前記分岐部は、入射された光パルスを前記複数の光路を順次切り替えて分配する光路切替部である前記［１４］に記載の三次元映像表示装置。
【００２７】
［１６］前記分岐部は、入射された光パルスを複数の光パルスに分割して前記複数の光路に分配する分割光学系である前記［１４］に記載の三次元映像表示装置。
【００２８】
［１７］前記第１または第２の光パルス入射手段は、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光路長を制御する光路長制御部を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２９】
［１８］前記第１または第２の光パルス入射手段は、厚みの異なる複数の光媒質を有し、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの前記蛍光空間に入射するタイミングを調節するタイミング制御部を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３０】
［１９］前記第１または第２の光パルス入射手段は、光パルスの波長を変換する波長変換器を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３１】
［２０］前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスの口径を拡大して前記蛍光空間に入射する拡大光学系を共有することを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３２】
［２１］前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの波長に対して透明な、蛍光体、又は蛍光体を含む気体若しくは液体若しくは固体からなることを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３３】
［２２］前記蛍光空間は、蛍光体を含み、かつ第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換された有機溶剤からなることを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３４】
［２３］前記蛍光空間は、前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった前記位置で最も強い多光子吸収を起こすことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３５】
［２４］前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスのうち波長が短い方の光パルスの光強度は、波長の長い方の光パルスよりも低く、前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスに対して透明であり、前記蛍光空間の二光子吸収準位への励起エネルギーが、波長の長い方の光パルスの２光子分のエネルギーよりも大きく、波長の短い方の光パルスの１光子を足したエネルギーに等しい、もしくはそれよりも小さいことを特徴とする前記［２３］に記載の三次元映像表示装置。
【００３６】
［２５］前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの入射側と反対側に、前記第１および第２の光パルスの波長のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタを有することを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３７】
［２６］前記タイミング制御部は、円盤状の形状を有し、前記円盤状の形状の厚さ方向に平行な回転軸を中心に回転運動を行うことにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることを特徴とする［１８］に記載の三次元映像表示装置。
【００３８】
［２７］前記タイミング制御部の重心は、前記回転運動の回転中心と略一致していることを特徴とする［２６］に記載の三次元映像表示装置。
【００３９】
［２８］前記タイミング制御部において、前記厚みの異なる複数の光媒質のうち、厚みの略同一な前記光媒質同士が、前記回転中心に対して対称に配置されていることを特徴とする［２７］に記載の三次元映像表示装置。
【００４０】
なお、上記の各態様において、略同方向とは、第２の光パルスが、蛍光空間内で第１の光パルスに追いつき、重なりを経て追い越しするような方向のことを意味し、両パルスの蛍光空間への入射方向は、完全に同軸かつ同方向である必要はない。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
［本発明の原理］
本発明は、多光子吸収現象（特に二光子吸収現象）を利用するものである。蛍光体に光エネルギーを与える際に、ひとつひとつの光子ではエネルギーが足りずに吸収が起こらない場合でも、複数の光子のエネルギーが足し合わされて吸収が起こる場合があり、これを多光子吸収という。
【００４３】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る三次元映像表示方法の基本的な原理を示す図である。図１（ａ）において、蛍光空間１１に入射する１本の光軸に沿って同方向から蛍光空間１１に波長λ１を有する第１の光パルス１２、およびλ１と異なる波長λ２を有する第２の光パルス１３を入射タイミングを所定時間ずらして入射する。
【００４４】
ところで、媒質中を伝搬する光の速度は、光の波長により異なる。このような現象は屈折率の波長分散によるものであり、波長分散のうち、特に、波長が大きくなるに伴って速度が大きくなる場合を正常分散、波長が小さくなるに伴って速度が大きくなる場合を異常分散と呼ぶ。波長分散の度合いや、正常分散となるか異常分散となるかは、媒質固有の性質に依る。以下では、蛍光空間１１内部は正常分散を示し、光の波長が大きくなるに伴って速度が大きくなるものとして説明する。また、第２の光パルスの波長は、第１の光パルスの波長よりも大きいものとする（λ１＜λ２）。
【００４５】
図１（ａ）に示すように、蛍光空間１１の内部に第１の光パルス１２、および第２の光パルス１３が入射すると、互いの波長が異なるために、波長分散により、蛍光空間１１内部での伝搬速度に差が生じる。具体的には、先に蛍光空間１１に入射した第１の光パルス１２は、後から入射した第２の光パルス１３よりも波長が大きいため、速度が小さく、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の入射タイミングの差が十分に小さい場合は、第２の光パルス１３に追いつかれ、追い越される。
【００４６】
蛍光空間１１は、蛍光体、または蛍光体を含む気体、液体あるいは固体で満たされている。蛍光体としては、二光子蛍光色素などの、高い二光子蛍光効率を示す物質が好ましい。
【００４７】
第１の光パルス１２が第２の光パルス１３に追いつかれて互いに空間的に重なり合う位置においては、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の光子による二光子吸収が生じるため、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なり合わない位置と比較して、蛍光空間１１内の蛍光体は、より多くのエネルギーを得ることができる。エネルギーを得ることにより蛍光体中の電子が励起され、励起された電子が緩和する過程において蛍光を発する。ここで、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の光子による二光子吸収により得られるエネルギーが吸収エネルギーの大部分を占めるとすると、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なり合う位置においてのみ蛍光が生じることとなる。
【００４８】
図１（ｂ）は、第１および第２の光パルス１２、１３の強度を表し（簡単のため、パルス強度およびパルス幅は等しいとして示す）、図１（ｃ）は、蛍光強度分布を表す。それぞれ横軸は図１（ａ）と共通した光パルスの位置である。第１および第２の光パルス１２、１３は、図１（ａ）に示す蛍光空間１１内での位置Ｂから重なり始め、位置Ｄで完全に重なり、位置Ｆで重なり終わる。この位置ＢからＦまでの長さを重なり長さΔＬとすると、図１（ｃ）に示すように、重なり長さΔＬの範囲で蛍光強度の分布が生じる。なお、重なりが最も大きくなる位置Ｄにおいて、二光子吸収が最も多く生じるため、蛍光強度が大きくなる。
【００４９】
しかし、一般に、重なり長さΔＬの全範囲において人間の眼が蛍光を認識できるわけではなく、蛍光強度分布の裾付近（位置Ｂ、Ｆ付近）に関しては、強度が小さいため感知することができない。そこで、例えば、図１（ｃ）に示すように、蛍光強度分布の半値幅を人間の感知できる範囲とし、蛍光面厚さとする。
【００５０】
第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の重なり位置を調整することにより、蛍光空間１１内での蛍光が生じる位置を調整することができる。重なり位置を変えるためには、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の蛍光空間１１への入射タイミングの差を調整する。
【００５１】
図２は、第１および第２の光パルスの入射タイミングの差と蛍光が生じる位置の関係を示す概念図である。図２中のＬａ、Ｌｂ、Ｌｃは、第１の光パルス１２ａ、１２ｂ、１２ｃと第２の光パルス１３ａ、１３ｂ、１３ｃのそれぞれの光パルス組の入射前の間隔を表す。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の間隔（入射タイミングの差）が小さいほど、早い時刻において第２の光パルス１３が第１の光パルス１２に追いつくため、蛍光空間１１の入射面に近い位置で蛍光が生じることになる。
【００５２】
そのため、間隔がＬａの光パルス１２ａ、１３ａの組により、蛍光空間１１の入射口付近で蛍光が生じて断面像１４ａが形成され、間隔がＬｂの光パルス１２ｂ、１３ｂの組により、蛍光空間１１の中央付近で蛍光が生じて断面像１４ｂが形成され、間隔がＬｃの光パルス１２ｃ、１３ｃの組により、蛍光空間１１の奥部付近で蛍光が生じて断面像１４ｃが形成される。なお、断面像の形状は、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の重なる部分の形状による。そして、これらの固有の形状を有する断面像を組み合わせることにより、三次元映像を形成することができる。なお、断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃの形成されるタイミングは同時ではないが、各光パルスの組を十分短い間隔で入射させると、残像現象により、人間の眼には同時に表示されたかのように認識される。
【００５３】
断面像の形状を所望の形状にするためには、２つの光パルス１２、１３の断面が重なり合う部分の形状を所望の形状にする必要がある。具体的には、例えば、第１の光パルス１２の断面形状を蛍光空間１１内の一定の範囲に及ぶ形状にしておき、第２の光パルス１３の断面形状を所望の断面形状とする。これにより、第２の光パルス１３の断面形状が断面像１４ａ〜１４ｃとして蛍光空間１１に表示されることになる。更に、断面像の表示される位置に応じて対応する第２の光パルス１３の断面形状を変化させることにより、所望の三次元映像が得られる。
【００５４】
以下に、上記の現象の原理、および具体例について説明する。
【００５５】
（蛍光発生の原理）
次に、多光子吸収による蛍光発生の原理について図３〜図７を参照して説明する。本発明に係る三次元映像表示方法は、蛍光空間内において２つの光パルスを重ね合わせ、その重なり合った点でのみ蛍光を発することにより、三次元空間における表示を可能とする。鮮明な三次元映像を得るためには、光る場所と、光らない場所との高いＯｎ／Ｏｆｆ比が求められる。本発明では、光パルスの波長と蛍光体の多光子吸収エネルギーを選択することによって、高いＯｎ／Ｏｆｆ比を得ることが可能である。ただし、Ｏｎ／Ｏｆｆ比とは、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっている場所と重なっていない場所の蛍光強度比を表す。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっていない場所においては、第１の光パルス１２の光子同士、第２のパルス１３の光子同士の多光子吸収が起こり、重なっている場所においては、第１の光パルス１２の光子同士、第２の光パルス１３の光子同士による多光子吸収に加え、第１の光パルスの光子と第２の光パルスの光子による多光子吸収が生じる。
【００５６】
第１の光パルス１２の波長をλ１、光強度をＩ１、第２の光パルス１３の波長をλ２、光強度をＩ２とし、第２の光パルス１３が光パルス列であったときに、光パルス列に含まれる光パルスの数をＮ個とし、蛍光体の励起エネルギーをＥａ以上Ｅｂ以下とする。このとき、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なった位置でのみ強く蛍光を生じるためには、
【数１】
【数２】
【数３】
であることが必要であり、数式（１）、数式（２）、数式（３）を満たすとき、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なる場所で、二光子吸収が起きる。ただし、ｃは光の速度、ｈはプランク定数である。
【００５７】
またさらに、
【数４】
であるときは（図３参照）、励起エネルギーが、Ｅａ以上Ｅｂ以下における蛍光体の二光子吸収定数をβとすると、蛍光強度は吸収の大きさに比例するので、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっている場所と重なっていない場所の蛍光強度比（Ｏｎ／Ｏｆｆ比）は、
【数５】
のように表され、Ｎ＝１、Ｉ１＝Ｉ２で最大値２となり、Ｎが増えるほどＯｎ／Ｏｆｆ比は低くなる。
【００５８】
また、
【数６】
であるときには（図４参照）、三光子吸収エネルギーがＥａ以上Ｅｂ以下における蛍光体の三光子吸収定数をγとすると、
【数７】
となり、第２の光パルス１３による三光子吸収が無視できるほど小さい範囲では、
【数８】
であれば、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は大きくなる。
【００５９】
さらに、
【数９】
であれば（図５参照）、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は、
【数１０】
となり、β＞＞γであるから、数式（７）よりもさらに大きくなる。
【００６０】
さらに（図６参照）、
【数１１】
もしくは（図７参照）、
【数１２】
であれば、光パルス同士が重なっていない場所では、ほとんど多光子吸収が起こらないため、Ｏｆｆはほぼ０となる。
【００６１】
つまり、高いＯｎ／Ｏｆｆ比を得るには、蛍光体と光パルスの関係が、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（６）、数式（８）を満たすことが望ましく、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（９）を満たすことはさらに望ましく、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（１１）、もしくは数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（１２）を満たすことがもっとも望ましい。
【００６２】
ただし、より鮮明な三次元映像を得るためには、高いＯｎ／Ｏｆｆ比以外に高い蛍光効率が求められる。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なることによって生じる蛍光効率は、
【数１３】
に比例する。数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（６）、数式（８）、もしくは数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（９）、を満たす以外に、蛍光体の二光子吸収係数βと光パルスの強度Ｉ１・Ｉ２が十分な大きさを有する必要がある。ただし、Φは蛍光体の量子効率を表す。
【００６３】
（光パルスの波長分散による追い越し）
真空中の光速をｃ、第１の光パルス１２の波長をλ１、第２の光パルス１３の波長λ２、波長λでの蛍光空間１１内の屈折率をｎ（λ）、第１の光パルス１２の時間幅をｔ１、第２の光パルス１３の時間幅をｔ２、とすると第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の重なり時間ΔＴは、
【数１４】
重なり長さはΔＬは、
【数１５】
となる。
【００６４】
ここで、人間の眼の空間分解能を考慮すると、ΔＬは０．１ｍｍ以上であることが望ましく、また、１０ｍｍを超えると蛍光面が厚くなりすぎるため、
【数１６】
を満たすことが望ましく、さらに、
【数１７】
を満たすことがより望ましい。
【００６５】
ここで、仮にλ１＝４００ｎｍ、λ２＝８００ｎｍとし、蛍光空間１１に水が満たされているとすると、それぞれの波長における水の屈折率は、
【数１８】
ｔ１＝ｔ２＝１００ｆｓであるとすると、
【数１９】
となり、その半値幅をとると約１．３ｍｍになる。つまり蛍光面厚さは、１．３ｍｍ程度となる。
【００６６】
なお、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合は、同様の計算により、蛍光面厚さは１０μｍ程度となる。このことから、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の同方向から入射させ、光パルスの追い越しにより蛍光を起こす場合は、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、１００倍以上の蛍光面厚さを得ることができる。
【００６７】
また、人間の眼の空間分解能が０．１ｍｍ程度であるため、厚さ１０μｍの蛍光面は、人間の眼には、厚さ０．１ｍｍの蛍光面が実際の１０分の１の明るさで存在しているように見える。そのため、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の同方向から入射させ、光パルスの追い越しにより蛍光を起こす場合は、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、人間の眼には蛍光面が１０倍程度明るく見える。
【００６８】
（光パルスの入射タイミングと断面像の位置の関係）
真空中の光速をｃ、第１の光パルス１２の波長をλ１、第２の光パルスの波長λ２、波長λでの蛍光空間１１内の屈折率をｎ（λ）、第１の光パルス１２の時間幅をｔ１、第２の光パルス１３の時間幅をｔ２、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の距離をＬとすると、第２の光パルス１３が第１の光パルス１２に追いつくまでの時間Ｔは、
【数２０】
となり、重なり位置の入射面からの距離Ｘは、
【数２１】
となる。加えて、断面像の間隔をΔＸ、パルス組ごとのＬの差をＬｂ−Ｌａ＝Ｌｃ−Ｌｂ＝ΔＬ（図２参照）とすると、
【数２２】
となる。
【００６９】
ここで、仮にλ１＝４００ｎｍ、λ２＝８００ｎｍ、ｔ１＝ｔ２＝１００ｆｓであるとして、蛍光空間１１に水が満たされているとすると、上述の通り、蛍光面厚さは１．３ｍｍ程度となるので、隙間なく断面像を表示させるにはΔＸ＝１．３×１０−３であればよく、この場合、ΔＬは、数式（２２）より、
【数２３】
となり、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の距離Ｌは、例えば、１．３１
×１０−５×ｎ（ｎ：１、２、３、・・・）であればよい。
【００７０】
以下に、本発明の実施の形態に係る三次元映像表示方法をより具体的に説明する。
【００７１】
［第１の実施の形態］
（三次元映像表示装置の構成）
図８は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光パルス光源２１と、光パルス光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、第１の光パルス１２の光路長を変更する光路長制御部２３と、第２の光パルス１３の波長を変更する波長変換器２５と、第２の光パルス１３に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部２６と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【００７２】
光パルス光源２１には、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用いる。
【００７３】
波長変換器２５は、ビームスプリッタ２２で分割された第２の光パルス１３の波長８００ｎｍを例えば波長１３００ｎｍに波長変換するものであり、例えば、ＯＰＡ（Optical Parametric Amplifier）を用いることができる。
【００７４】
光路長制御部２３は、制御部の制御により、第１の光パルス１２が光パルス光源２１から蛍光空間１１に至るまでの光路長を調整するものである。この光路長の調整により２つの光パルス１２、１３の光路長の差を変化させ、蛍光空間１１への入射タイミングを制御することができる。
【００７５】
具体的には、一対の鏡を組み合わせた切替ミラー２４ａ〜２４ｅを所定の間隔で配置し、そのうちのいずれかの切替ミラー２４ａ〜２４ｅを選択して、その選択した切替ミラー２４ａ〜２４ｅによって第１の光パルス１２を反射させる。このとき、選択する切替ミラー２４ａ〜２４ｅによって光路長が変わるので、ビームスプリッタ２２により分割された第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が再び同光軸上に乗った際の間隔が変化し、それにより断面像が蛍光空間１１に表示される位置が変化する。
【００７６】
具体的には、選択する切替ミラー２４ａ〜２４ｅは、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅの順に光路長が大きくなり、それに伴い、ビームスプリッタ２２により分割された第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が順に大きくなる。図２に示すように、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が大きくなるほど、蛍光空間１１内での断面像の形成される位置が蛍光空間１１の入射面から遠くなる。図８においては、切替ミラー２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅを選択した場合は、蛍光空間１１においてそれぞれ断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが形成される。切替ミラー２４ａ〜２４ｅの設置される間隔により、断面像１４ａ〜１４ｅの形成される間隔が変化する。なお、図８においては、５対の切替ミラー２４ａ〜２４ｅが備わっているものとして示したが、切替ミラーの数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【００７７】
空間光変調部２６は、レンズにより入射した第２の光パルス１３を拡大する拡大光学系２６２と、拡大された第２の光パルス１３に断面像信号に対応した断面情報を書き込む空間光変調器２６１と、断面情報を書き込まれた第２の光パルス１３をレンズにより縮小する縮小光学系２６３とを備える。
【００７８】
空間光変調器２６１は、例えば、液晶空間光変調器を用いることができる。断面像信号に基づいて液晶空間光変調器の各画素に印加する電圧を制御することにより、断面像信号に対応した断面情報を第２の光パルス１３に書き込み、所定の光パターンを有する第２の光パルス１３を生成する。なお、空間光変調器として、マイクロミラーアレイを用いることもできる。
【００７９】
光路長制御部２３による光路長の変更タイミングと空間光変調部２６による断面情報の書き込みタイミングとは、図示しない制御部によって同期するように制御される。
【００８０】
蛍光空間１１は、蛍光体、または蛍光体を含む気体、液体あるいは固体で満たされている。蛍光体としては、二光子蛍光色素などの、高い二光子蛍光効率を示す物質が好ましい。高い二光子蛍光効率を有する色素として、Rhodamine色素、Fluorescein色素、DiI色素、Coumarin色素などの一般的に知られているものを用いることができ、例えば、エタノール中にRhodamine 6Gを１ｗｔ％の濃度で分散させたものを蛍光空間１１に満たして用いることができる。その他、特開２００４−１２３６６８号公報、特開200４−２２４７４６号公報、特開２００１−５２０６３７号公報、特開２００４−２９４８０号公報等に示された高い二光子蛍光効率を示す色素も本発明に適用可能である。ここで、蛍光空間１１が有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。第１の光パルスと第２の光パルスのうち波長が長い方の光パルスは、近赤外〜赤外波長である場合が多いと考えられるが、有機溶剤に二光子蛍光材料を分散させたものを蛍光空間とする場合、有機溶剤の多くは赤外領域に吸収を有するため、光パルスのエネルギーを有効活用することができない。従って、蛍光体を含む溶媒は、重水素化された溶媒であることが好ましい。
【００８１】
また、蛍光空間１１の第１および第２の光パルス１２、１３の入射面と反対側に、第１および第２の光パルス１２、１３の波長（８００ｎｍ、および１３００ｎｍ）のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタ１５が設けられることが好ましい。これにより、観察者はノッチフィルタ１５の側からもパルス光の影響を受けずに三次元映像を観賞することができる。
【００８２】
以下に、本実施の形態に係る三次元映像表示装置１の動作例を示す。
【００８３】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、光パルス光源２１から５つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ２２により分離されて、それぞれ５つの第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと第２の光パルス１３ａ〜１３ｅとなる。
【００８４】
第１の光パルス１２ａ〜１２ｅは光路長制御部２３に入射し、第１の光パルス１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは、それぞれ切替ミラー２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅの形成する光路を通る。
【００８５】
一方、第２の光パルス１３ａ〜１３ｅは、波長変換器２５により波長を変換され、その後、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと同光軸上に乗る。
【００８６】
図９は、画像情報を書き込まれた第２の光パルスの形状の一例、図１０は、第１の光パルスの形状の一例を示す。空間光変調部２６により、断面情報が５つの第２のパルス１３ａ〜１３ｅに順次書き込まれ、第２のパルス１３ａ〜１３ｅは図９に示すような形状となる。なお、第１の光パルス１４ａ〜１４ｅは、断面情報を書き込まれないために、図１０に示すようにいずれも同様の形状を有する。図１０に示した形状は一例であるが、画像情報を書き込まれた第２のパルス１３ａ〜１３ｅの形状を全て含むような形状、および大きさを有することが好ましい。
【００８７】
図１１は、第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。図１１中のＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅは、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３のそれぞれの光パルス組の蛍光空間１１への入射前の間隔を表す。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の間隔（入射タイミングの差）が小さいほど、入射面に近い位置で第２の光パルス１３が第１の光パルス１２に追いつき、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｃ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ｄ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｅ、１３ｅの組は断面像１４ｅをそれぞれ形成する。なお、第１および第２の光パルス１２ａ〜１２ｅ、１３ａ〜１３ｅの組の入射順（断面像１４ａ〜１４ｅの形成される順）は、図１１に示すものに限られない。
【００８８】
図１２は、断面像により構成される三次元映像の一例を示す。画像情報を書き込まれた第２のパルス１３ａ〜１３ｅがそれぞれ光路長を調整された第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと蛍光空間１１において順次重なると、図１１に示すように断面像１４ａ〜１４ｈが表示され、これらが三次元映像１４として表示される。なお、断面像の厚さ、間隔、数等は上記のものに限られず、数多くの断面像を隙間なく形成すれば、より解像度の高い詳細な三次元映像を形成することができる。
【００８９】
（第１の実施の形態の効果）
この第１の実施の形態によれば、波長の異なる第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の同方向から入射させ、屈折率の波長分散に起因する光パルスの追い越しにより蛍光を発生させ、分解能や明るさが均質で鮮明な三次元映像１４を表示することができる。
【００９０】
また、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、厚さ、明るさの大きい断面像１４ａ〜１４ｅを形成することができるので、断面像１４ａ〜１４ｅにより構成される三次元映像１４の画質、明るさを向上させることができる。
【００９１】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、光パルス光源を２つ用いる点において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【００９２】
（三次元映像表示装置の構成）
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。本実施の形態に係る三次元営巣表示装置１は、光パルス光源として、第１の光パルス光源２１ａと、第２の光パルス光源２１ｂを有する。
【００９３】
第１の光パルス光源２１ａには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用い、第２の光パルス光源２１ｂには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長１３００ｎｍの光パルスレーザを用いる。第１および第２のパルス光源２１ａ、２１ｂは、同期して光パルスを射出するように構成されている。
【００９４】
（三次元映像表示装置の動作）
第１の光パルス光源２１ａから出射された第１の光パルス１２ａ〜１２ｅは光路長制御部２３に入射し、第１の光パルス１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは、それぞれ切替ミラー２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅの形成する光路を通る。
【００９５】
一方、第２の光パルス光源２１ｂから出射された第２の光パルス１３ａ〜１３ｅは、空間光変調部２５により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと同光軸上に乗る。
【００９６】
その後、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅ、および第２の光パルス１３ａ〜１３ｅ蛍光空間１１に入射し、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｃ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ｄ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｅ、１３ｅの組は断面像１４ｅをそれぞれ形成する。
【００９７】
（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、第１の光パルス光源２１ａと、第２の光パルス光源２１ｂが互いに異なる波長の光パルスを射出するため、第１の実施の形態におけるビームスプリッタ２２、および波長変換器２５を必要としない。
【００９８】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、光路長制御部２３の構成において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【００９９】
（三次元映像表示装置の構成）
図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。光路長制御部２３は、一対の回転ミラーである回転ミラー２８ａ〜２８ｄと、一対の固定ミラーである固定ミラー２９を有して構成される。
【０１００】
図１５は、回転ミラー、および固定ミラーの拡大図である。回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９は、それぞれ異なる第１の光パルス１２の光路を形成する。回転ミラー２８ａ〜２８ｄは、孔の一部を塞ぐ突起部を内側に有する環形状を有し、回転角に応じて第１の光パルス１２を反射したり通過させたりすることができる。また、固定ミラー２９は、回転ミラー２８ａ〜２８ｄの列の後ろに配置される。
【０１０１】
入射側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄを所定の位相差を設けて同速度で回転させ、いずれか１つの回転ミラー２８ａ〜２８ｄの突起部により光路が遮られると、その回転ミラー２８ａ〜２８ｄによって第１の光パルス１２は反射され、その回転ミラー２８ａ〜２８ｄが形成する光路へとその進路を変更する。第１の光パルス１２が全ての回転ミラー２８ａ〜２８ｄを通過した場合は、固定ミラー２９によって第１の光パルス１２は反射され、その固定ミラー２９が形成する光路を進む。
【０１０２】
射出側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄは、対になる入射側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄと光路を形成するため、入射側と射出側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄは、図１５に示すように、同期して回転するように構成されている。
【０１０３】
光路長制御部２３による光路長の変更タイミングと空間光変調部２６による断面情報の書き込みタイミングとは、図示しない制御部によって同期するように制御される。
【０１０４】
具体的には、回転ミラー２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、固定ミラー２９の順に、形成する光路の光路長が大きくなり、それに伴い、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が順に大きくなる。図１４においては、回転ミラー２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、固定ミラー２９により光路が形成された場合は、蛍光空間１１においてそれぞれ断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが形成される。回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、固定ミラー２９の設置される間隔により、断面像１４ａ〜１４ｅの形成される間隔が変化する。なお、図１４、図１５においては、４対の回転ミラー２８ａ〜２８ｄが備わっているものとして示したが、回転ミラーの数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【０１０５】
（第３の実施の形態の効果）
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、光路長制御部２３が光利用効率の高い回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９により構成されているので、コントラストが高く、高輝度で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【０１０６】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、光路長制御部２３の代わりに回転光媒質３０を用いる点において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１０７】
（三次元映像表示装置の構成）
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。光路長制御部２３は、光軸に対する厚さの異なる複数の光媒質を有する回転光媒質３０を有して構成される。
【０１０８】
図１７は、回転光媒質の拡大図である。回転光媒質３０は、同じ屈折率を有し、厚さの異なる光媒質３０ａ〜３０ｅを環状に配列して構成される。ここで、真空中の高速をｃとすると、屈折率ｎ、厚さｄの板を通った光パルスは、空気中を通る光パルスよりも、時間にして（ｎ−１）ｄ／ｃ秒だけ遅れることになる。これにより、回転光媒質３０を空間光変調２６１の動作に同期して回転させることにより、第１の光パルス１２を異なる厚さの光媒質３０ａ〜３０ｅを通過させ、蛍光空間１１への入射タイミングを調整することができる。なお、回転光媒質３０を構成する複数の光媒質は、それぞれ屈折率の異なるものであってもよい。
【０１０９】
具体的には、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの順に厚さが増し、通過する第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングが遅れる。それに伴い、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が順に大きくなる。図１６においては、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅを第１の光パルス１２が通過した場合は、蛍光空間１１においてそれぞれ断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが形成される。光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの厚さの差により、断面像１４ａ〜１４ｅの形成される間隔が変化する。なお、図１７においては、５個の光媒質３０ａ〜３０ｅが備わっているものとして示したが、光媒質の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【０１１０】
（第４の実施の形態の効果）
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、回転光媒質３０は光路長を変化させて蛍光空間１１への入射タイミングを調整する装置と比較してコンパクトであり、構成が単純であるので、三次元映像表示装置１の小型化が可能であり、また、製造コストを抑えることができる。
【０１１１】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、空間光変調部２６を複数用いる点において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１１２】
（三次元映像表示装置の構成）
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光パルス光源２１と、光パルス光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、第２の光パルス１３の波長を変更する波長変換器２５と、ビームスプリッタ２２によって分割された第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する分岐部３１と、光路Ｒａ〜Ｒｅを進む第２の光パルス１３にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部２６と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路３２と、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｈを合流させる合流部３３と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【０１１３】
分岐部３１、および合流部３３は、回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９から構成される。分岐部３１、および合流部３３に用いられる回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９の構成および動作は、第３の実施の形態において光路長制御部２３に用いられる一対の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９と同様である。
【０１１４】
分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９は、それぞれ異なる第２の光パルス１２の光路Ｒａ〜Ｒｅを形成し、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９は、それぞれ第２の光パルス１２の光路Ｒａ〜Ｒｅを合流させる。
【０１１５】
空間光変調部２６は、分岐部３１によって選択される光路Ｒａ〜Ｒｅ上にそれぞれ配置された空間光変調器２６１と、各空間光変調器２６１の前段に配置された拡大光学系２６２と、各空間光変調器２６１の後段に配置された縮小光学系２６３とを備える。
【０１１６】
遅延光路３２は、各光路Ｒａ〜Ｒｅを通る第２の光パルス１３の光路長を調整することにより、第２の光パルス１３の蛍光空間１１への入射タイミングを調整するものであり、適宜の位置に配置された複数の反射ミラー３２１により構成される。
【０１１７】
なお、遅延光路３２は、各光路Ｒａ〜Ｒｅ上に所定の厚さを有する光媒質を配置し、光媒質の厚さ、または屈折率により、第２の光パルス１３の蛍光空間１１への入射タイミングを調整する構成であってもよい。
【０１１８】
分岐部３１の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する動作、空間光変調器２６１の断面情報を書込む動作、および合流部３３の光路Ｒａ〜Ｒｅを合流させる動作は、図示しない制御部によって同期するように制御されている。
【０１１９】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、光パルス光源２１から５つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ２２により分離されて、それぞれ５つの第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと第２の光パルス１３ａ〜１３ｅとなる。
【０１２０】
第２の光パルス１３ａ〜１３ｅは、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｅを進み、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９により合流し、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと同光軸上に乗る。
【０１２１】
第１および第２の光パルス１２ａ〜１２ｅ、１３ａ〜１３ｅは蛍光空間１１に入射し、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｃ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ｄ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｅ、１３ｅの組は断面像１４ｅをそれぞれ形成する。
【０１２２】
なお、図１８においては、５個の空間光変調器２６１が備わっているものとして示したが、空間光変調器２６１の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【０１２３】
（第５の実施の形態の効果）
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、空間光変調部２６に複数の空間光変調器２６１を用いることにより、各空間光変調器２６１はそれぞれ１つの断面情報を第２の光パルス１３ａ〜１３ｅに書き込む構成となっている。そのため、第２の光パルス１３ａ〜１３ｅの間隔が短い場合であっても、比較的容易に断面情報を書き込むことができる。
【０１２４】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態は、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１により、三次元映像１４を形成する点において上記各実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、上記各実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１２５】
（三次元映像表示装置の構成）
図１９は、本発明の第６の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で第１および第２の光パルス１２、１３を出射する第１および第２の光パルス光源２１ａ、２１ｂと、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する分岐部３１と、光路Ｒａ〜Ｒｅを進む第２の光パルス１３にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部２６と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路３２と、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｈを合流させる合流部３３と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【０１２６】
第１の光パルス光源２１ａには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用い、第２の光パルス光源２１ｂには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長１３００ｎｍの光パルスレーザを用いる。第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂは第２の光パルス１３ａ〜１３ｈを所定の周期で連続的に射出することにより光パルス列１３１を射出する。
【０１２７】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂが第２の光パルス１３ａ〜１３ｈからなるパルス列１３１を射出する。
【０１２８】
パルス列１３１を構成する第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｇ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｈを進み、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｇ、および固定ミラー２９により合流して再びパルス列１３１となり、第１の光パルス１２ａと同光軸上に乗る。
【０１２９】
図２０は、第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ〜１３ｈからなるパルス列１３１が蛍光空間１１に入射すると、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、第１の光パルス１２ａに順に追いつき、それぞれ断面像１４ａ〜１４ｈを形成し、三次元映像１４を表示する。
【０１３０】
具体的には、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈの順に、蛍光空間１１に入射する前の第１の光パルス１２ａとの間隔（入射タイミングの差）が小さいため、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈの順に入射面に近い位置で第１の光パルス１２ａに追いつき、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｅの組は断面像１４ｅ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｆの組は断面像１４ｆ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｇの組は断面像１４ｇ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｈの組は断面像１４ｈ、をそれぞれ形成する。
【０１３１】
なお、図１９においては、８個の空間光変調器２６１が備わっているものとして示したが、空間光変調器２６１の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｈの８つに限られない。
【０１３２】
（第６の実施の形態の効果）
この第６の実施の形態によれば、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１により、複数の断面像を形成し、三次元映像１４の表示を迅速に行うことができる。これにより、表示する三次元映像を短い間隔で連続的に切り替え、動画表示を行うことが容易になる。
【０１３３】
［第７の実施の形態］
第７の実施の形態は、分岐部３１および合流部３３の代わりに、分岐光学系３４および合成光学系３５を用いた点において第６の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第６の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１３４】
（三次元映像表示装置の構成）
図２１は、本発明の第７の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。分岐光学系３４、および合成光学系３５は、それぞれ複数のビームスプリッタ３４１、３５１、および反射ミラー３４２、３５２を有して構成され、それぞれ分岐部３１、および合流部３３と同様の役割を有する。
【０１３５】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、光パルス光源２１から８つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ２２により分離されて、それぞれ１つの第１の光パルス１２ａと１つの第２の光パルス１３となる。
【０１３６】
次に、１つの第２の光パルス１３は、波長変換器２５により波長を変換された後、分岐光学系３４のビームスプリッタ３４１により各所で分離され、５つの第２の光パルス１３ａ〜１３ｈとなる。
【０１３７】
第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、それぞれビームスプリッタ３５１、および反射ミラー３５２により形成される光路Ｒａ〜Ｒｈを進み、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合成光学系３５のビームスプリッタ３５１、および反射ミラー３５２により合流し、第１の光パルス１２ａと同光軸上に乗る。
【０１３８】
その後、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ〜１３ｈが蛍光空間１１に入射すると、図２０に示すようにして、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、第１の光パルス１２ａに順に追いつき、それぞれ断面像１４ａ〜１４ｈを形成し三次元映像１４を表示する。
【０１３９】
なお、図２１においては、８個の空間光変調器２６１が備わっているものとして示したが、空間光変調器２６１の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｈの８つに限られない。
【０１４０】
（第７の実施の形態の効果）
この第７の実施の形態によれば、ビームスプリッタ３４１、３５１を有して構成される分岐光学系３４、合成光学系３５を用いることにより、１つの第２の光パルス１３を８つの第２の光パルス１３ａ〜１３ｈに分離するため、１つの光パルス光源２１から１つの第１の光パルス１２ａ、および８つの第２の光パルス１３ａ〜１３ｈを形成することが可能となる。
【０１４１】
［第８の実施の形態］
第８の実施の形態は、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１の組を複数組用いることにより、三次元映像を形成する点において上記各実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、上記各実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１４２】
（三次元映像表示装置の構成）
図２２は、本発明の第８の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で第１および第２の光パルス１２、１３を出射する第１および第２の光パルス光源２１ａ、２１ｂと、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する分岐部３１と、光路Ｒａ〜Ｒｅを進む第２の光パルス１３にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部２６と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路３２と、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｈを合流させる合流部３３と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【０１４３】
第１の光パルス光源２１ａには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用い、第２の光パルス光源２１ｂには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長１３００ｎｍの光パルスレーザを用いる。第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂは４つの第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇを所定の周期で連続的に射出することによりパルス列１３１ａを射出し、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ｂを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂは４つの第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈを所定の周期で連続的に射出することによりパルス列１３１ｂを射出する。
【０１４４】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂが４つの第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇからなるパルス列１３１ａを射出し、続けて、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ｂを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂが４つの第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈからなるパルス列１３１ｂを射出する。
【０１４５】
パルス列１３１ａを構成する第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇは、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｄを進む。一方、パルス列１３１ｂを構成する第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈは、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇに続いて、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｄを進む。即ち、第２の光パルス１３ａ、１３ｅは光路Ｒａ、第２の光パルス１３ｂ、１３ｆは光路Ｒｂ、第２の光パルス１３ｃ、１３ｇは光路Ｒｃ、第２の光パルス１３ｄ、１３ｈは光路Ｒｄを進む。
【０１４６】
次に、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇは、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により合流し、再びパルス列１３１ａとなって第１の光パルス１２ａと同光軸上に乗り、続いて、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈは、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により合流し、再びパルス列１３１ｂとなって第１の光パルス１２ｂと同光軸上に乗る。
【０１４７】
図２３は、第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。第１の光パルス１２ａと、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇからなるパルス列１３１ａが蛍光空間１１に入射すると、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇは、第１の光パルス１２ａに順に追いつき、それぞれ断面像１４ａ、１４ｃ、１４ｅ、１４ｇを形成し、第１の光パルス１２ｂと、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈからなるパルス列１３１ｂが蛍光空間１１に入射すると、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈは、第１の光パルス１２ｂに順に追いつき、それぞれ断面像１４ｂ、１４ｄ、１４ｆ、１４ｈを形成し、三次元映像１４が表示される。
【０１４８】
具体的には、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇの組においては、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇの順に、蛍光空間１１に入射する前の第１の光パルス１２ａとの間隔（入射タイミングの差）が小さいため、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇの順に入射面に近い位置で第１の光パルス１２ａに追いつき、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｅの組は断面像１４ｅ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｇの組は断面像１４ｇをそれぞれ形成する。
【０１４９】
一方、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈの組においては、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈの順に、蛍光空間１１に入射する前の第１の光パルス１２ｂとの間隔（入射タイミングの差）が小さいため、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈの順に入射面に近い位置で第１の光パルス１２ｂに追いつき、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｆの組は断面像１４ｆ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｈの組は断面像１４ｈをそれぞれ形成する。
【０１５０】
なお、本実施の形態は、１つの第１の光パルス１２と、４つの光パルスからなる組を２組用いることにより、１つの三次元映像１４を表示する構成としたが、これらの組の数は上記のものに限られず、また、第２の光パルス１３の第１の光パルス１２との組み合わせも上記のものに限られない（例えば、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ〜１３ｄとを１組とし、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｅ〜１３ｈとを１組としてもよい）。即ち、Ｎ個の第２の光パルスからなるＭ組のパルス列を用いて（１組のパルス列に１つの第１の光パルス１２が対応）、Ｍ×Ｎ個の断面像１４を形成する構成であればよい。
【０１５１】
（第８の実施の形態の効果）
この第８の実施の形態によれば、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１の組を複数組用いて、複数の断面像を形成することにより、第６の実施の形態と比較して、三次元映像１４の表示速度は劣るものの、空間光変調器２６１の数を少なくして装置を小型化することができ、第１の実施の形態と比較して、空間光変調器２６１の数は増えるものの、三次元映像１４の表示を迅速に行うことができる。
【０１５２】
［第９の実施の形態］
第９の実施の形態は、回転光媒質３０の構成において第４の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第４の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１５３】
図１７を一例とするように、回転光媒質３０は、厚さの異なる複数の光媒質を有し、これらの複数の光媒質に第１の光パルス１２を通過させることにより、第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングを調整する。
【０１５４】
しかし、これらの複数の光媒質は、それぞれ異なる厚さを有するために、その重さもそれぞれ異なる。そのため、各光媒質の配置によって回転光媒質３０の重心が変化する。回転光媒質３０を高速に、かつ安定して回転させ、第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングを正確に調整するためには、回転光媒質３０の重心が回転軸上の回転中心の近くにあることが望ましい。
【０１５５】
図２４、および図２５は、本発明の第９の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【０１５６】
図２４は、回転光媒質３０が、５種類の異なる厚さを有する光媒質３０ａ〜３０ｅをそれぞれ２つずつ有する場合の構成例を示す。ここで、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの順に厚さが増す。同図に示すように、同じ厚さを有する光媒質が回転中心に対して対称な位置にそれぞれ配置されており、回転光媒質３０の重心を回転中心に一致している。なお、完全に一致していなくてもよく、回転光媒質３０が高速に、かつ安定して回転できる程度に近づいていればよい。
【０１５７】
図２５は、回転光媒質３０が、１０種類の異なる厚さを有する光媒質３０ａ〜３０ｊを１つずつ有する場合の構成例を示す。ここで、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ、３０ｊの順に厚さが増す。同図に示すように、近い厚さを有する光媒質が回転中心に対して対称な位置にそれぞれ配置されており、回転光媒質３０の重心を回転中心に近づけている。
【０１５８】
なお、複数の光媒質の数、および配置は上述したものに限られず、回転光媒質３０の重心が回転中心の近くにあるようなものであればよい。また、所定の重さを有する重りを回転光媒質３０上に設けて、重心を回転中心に近づけてもよい。
【０１５９】
（第９の実施の形態の効果）
この第４の実施の形態によれば、回転光媒質３０を高速に、かつ安定して回転させ、第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングを正確に調整することができる。
【０１６０】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態、および上記各実施例に限定されずに、その要旨を変更しない範囲内で種々変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態においては、空間光変調器２５により第２の光パルス１３に断面像信号に対応した断面情報を書き込む構成としたが、第１の光パルス１２に断面情報が書き込まれる構成であってもよい。また、蛍光空間１１において、第１の光パルス１２が第２の光パルス１３に追いつかれるとして説明したが、第２の光パルス１２が第１の光パルス１３に追いつかれる構成であってもよい。
【０１６１】
また、先に説明したように、蛍光空間１１が、エタノールやアセトンなどの有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。水素を重水素に置換した場合、溶媒としての特性に大きな変化がないため、蛍光空間としての性質を損なうことなく波長の選択性を向上させることができる。また、重水素以外では、水素を塩素やフッ素などに置換した場合でも吸収ピークのシフトが起こるため、波長の選択性の向上に利用できる。
【０１６２】
また、蛍光空間１１内部は正常分散を示すものとして説明したが、異常分散を示す構成であってもよい。
【０１６３】
また、本発明の要旨を変更しない範囲内で各実施の形態および各実施例の構成要素の任意の組合せは可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る三次元映像表示方法の基本的な原理を示す図である。
【図２】本発明に係る第１および第２の光パルスの入射タイミングの差と蛍光が生じる位置の関係を示す概念図である。
【図３】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す１つ目の図である。
【図４】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す２つ目の図である。
【図５】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す３つ目の図である。
【図６】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す４つ目の図である。
【図７】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す５つ目の図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る画像情報を書き込まれた第２の光パルスの形状の一例をしめす模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る第１の光パルスの形状の一例をしめす模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る断面像により構成される三次元映像の一例を示す。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る回転ミラー、および固定ミラーの拡大図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１９】本発明の第６の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図２０】本発明の第６の実施の形態に係る第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。
【図２１】本発明の第７の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図２２】本発明の第８の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図２３】本発明の第８の実施の形態に係る第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。
【図２４】本発明の第９の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１ 三次元映像表示装置
１１ 蛍光空間
１２、１２ａ〜１２ｈ 第１の光パルス
１３、１３ａ〜１３ｈ 第２の光パルス
１４ 三次元映像
１４ａ〜１４ｈ 断面像
１５ ノッチフィルタ
２１ 光パルス光源
２１ａ 第１の光パルス光源
２１ｂ 第２の光パルス光源
２２ ビームスプリッタ
２３ 光路長制御部
２４ａ〜２４ｅ 切替ミラー
２５ 波長変換器
２６ 空間光変調部
２６１ 空間光変調器
２６２ 拡大光学系
２６３ 縮小光学系
２７ 拡大光学系
２８ａ〜２８ｇ 回転ミラー
２９ 固定ミラー
３０ 回転光媒質
３０ａ〜３０ｊ 光媒質
３１ 分岐部
３２ 遅延光路
３２１ 反射ミラー
３３ 合流部
３４ 分岐光学系
３４１ ビームスプリッタ
３４２ 反射ミラー
３５ 合成光学系
３５１ ビームスプリッタ
３５２ 反射ミラー
３６ 反射ミラー
Ｒａ〜Ｒｈ 光路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルスを用いて蛍光空間内に三次元映像を表示する三次元映像表示方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用ＣＴ装置、ＣＡＤ装置等の分野では、大量の三次元情報を高速に表示する三次元ディスプレイの要求が高まっている。
【０００３】
従来の三次元映像表示方法には、擬似的な三次元画像を二次元平面状に表示させるものが多い。例えば、三次元ＣＧ(Computer Graphics)は、陰影や色濃度のグラデーションなどを用いて立体を表現しており、二次元平面上の擬似的な三次元画像表現である。
【０００４】
他に、二次元ディスプレイを用いて偏向メガネ等により左右の目に異なる映像を見せることにより立体視差を生じさせ、立体感を得るようにしたものがあるが、視点が限定される、長時間の使用による疲労感などの問題が挙げられる。更に、ホログラフィ技術による三次元表示の方法もあるが、ホログラムの作製に時間がかかる、静止画しか扱うことができない、等の問題が挙げられる。
【０００５】
このため、現在、実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる装置の必要性が高まってきている。実際に三次元空間内に三次元映像を表示させる方法として、体積走査法（奥行標本化法）が挙げられる。この方法は、具体的に（ａ）バリフォーカルミラー方式、（ｂ）移動ディスプレイ方式、（ｃ）移動スクリーン方式がある。
【０００６】
上記（ａ）は、二次元画像を前後に振動する凹面ミラーの振動に同期して反射させる方法である。上記（ｂ）は、立体画像の断面像を発光ダイオードディスプレイ等を高速で移動もしくは回転させることにより、三次元映像を表示させる方法である。上記（ｃ）は、移動するスクリーンに立体画像の断面図を投影することで立体的に見せる方法である。
【０００７】
また、これらとは別の方式として、（ｄ）２枚の二次元レーザアレイを直角に配置し、レーザ光同士の交点において蛍光を発生させることによることで、三次元空間に画像を表示する方法もある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２２４６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の（ａ）から（ｃ）の技術においては、（ａ）バリフォーカルミラー方式は表現できる大きさや、多人数で見る場合には凹面ミラーを大きくしなければならないなどの問題点が挙げられる。（ｂ）移動ディスプレイ方式と（ｃ）移動スクリーン方式は、移動の方向により三次元映像が見える範囲に制限があったり解像度が異なったりする、像が不鮮明になりやすいなどの問題が挙げられる。
【０００９】
また、（ｄ）の技術はレーザ光として赤外光を使用しており、２つのレーザ光は表示媒体内を進行するにつれて少しずつ吸収され、光強度が減衰する。そのため、レーザアレイ側は明るく、反対側は暗い像になってしまう。表示媒体のサイズを大きくすると、この現象は更に顕著となる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる三次元映像表示方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、以下の三次元映像表示方法および装置を提供する。
【００１２】
［１］第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１のステップと、前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２のステップと、を含むことを特徴とする三次元映像表示方法。
【００１３】
［２］前記第１または前記第２の光パルスのいずれか一方に、断面情報が書き込まれたことを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１４】
［３］前記第１および第２のステップは、前記第１および第２の光パルスの前記蛍光空間への入射タイミングが制御されることにより、前記蛍光空間内の異なる複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１５】
［４］真空中の光速をｃ、前記第１の光パルスの波長をλ１、前記第２の光パルスの波長をλ２、波長λでの蛍光空間内の屈折率をｎ（λ）、光パルス１の時間幅をｔ１、光パルス２の時間幅をｔ２、としたとき、１×１０−４［ｍ］≦｛ｃ（ｔ１ｎ（λ２）＋ｔ２ｎ（λ１））｝／{ｎ（λ２）（ｎ（λ１）−ｎ（λ２））}≦１×１０−２［ｍ］を満たすことを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１６】
［５］前記第２のステップは、１つの前記第１の光パルスに対して所定の繰り返し周期で複数の前記第２の光パルスを前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１７】
［６］前記第１のステップは、所定の繰り返し周期で複数の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなる複数のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１８】
［７］前記第１のステップは、所定の繰り返し周期でＭ個の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなるＭ個のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ×Ｍ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００１９】
［８］前記第２の光パルスへの前記断面情報の書込みは、空間光変調によって行うことを特徴とする前記［１］に記載の三次元映像表示方法。
【００２０】
［９］第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１の光パルス入射手段と、
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２の光パルス入射手段と、
を備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。
【００２１】
［１０］前記第１および第２の光パルス入射手段は、光パルスを出射する１つの光パルス光源と、前記光パルス光源から出射された前記光パルスを２つの光パルスに分割し、前記２つの光パルスのうち一方の光パルスを前記第１の光パルスとし、他方の光パルスを第２の光パルスとする分割光学系と、を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２２】
［１１］前記第１の光パルス入射手段は、前記第１の光パルスを出射する第１の光パルス光源を備え、前記第２の光パルス入射手段は、前記第２の光パルスを出射する第２の光パルス光源を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２３】
［１２］前記第１または第２の光パルス入射手段は、断面像信号に応じて光パルスに前記断面情報を書き込んで前記第１の光パルス、または第２の光パルスを生成する空間光変調器を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２４】
［１３］前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする前記［１２］に記載の三次元映像表示装置。
【００２５】
［１４］前記第１または第２の光パルス入射手段は、光路長の異なる複数の光路を有し、入射された光パルスを前記複数の光路に分配する分岐部と、前記複数の光路に設けられ、前記複数の光路に分配された複数の光パルスに断面情報を書き込む複数の空間光変調器と、前記断面情報が書き込まれた複数の前記第２の光パルスの光軸を一致させて前記複数の第２の光パルスを前記蛍光空間に入射する合流部とを備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２６】
［１５］前記分岐部は、入射された光パルスを前記複数の光路を順次切り替えて分配する光路切替部である前記［１４］に記載の三次元映像表示装置。
【００２７】
［１６］前記分岐部は、入射された光パルスを複数の光パルスに分割して前記複数の光路に分配する分割光学系である前記［１４］に記載の三次元映像表示装置。
【００２８】
［１７］前記第１または第２の光パルス入射手段は、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光路長を制御する光路長制御部を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００２９】
［１８］前記第１または第２の光パルス入射手段は、厚みの異なる複数の光媒質を有し、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの前記蛍光空間に入射するタイミングを調節するタイミング制御部を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３０】
［１９］前記第１または第２の光パルス入射手段は、光パルスの波長を変換する波長変換器を備えたことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３１】
［２０］前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスの口径を拡大して前記蛍光空間に入射する拡大光学系を共有することを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３２】
［２１］前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの波長に対して透明な、蛍光体、又は蛍光体を含む気体若しくは液体若しくは固体からなることを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３３】
［２２］前記蛍光空間は、蛍光体を含み、かつ第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換された有機溶剤からなることを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３４】
［２３］前記蛍光空間は、前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった前記位置で最も強い多光子吸収を起こすことを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３５】
［２４］前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスのうち波長が短い方の光パルスの光強度は、波長の長い方の光パルスよりも低く、前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスに対して透明であり、前記蛍光空間の二光子吸収準位への励起エネルギーが、波長の長い方の光パルスの２光子分のエネルギーよりも大きく、波長の短い方の光パルスの１光子を足したエネルギーに等しい、もしくはそれよりも小さいことを特徴とする前記［２３］に記載の三次元映像表示装置。
【００３６】
［２５］前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの入射側と反対側に、前記第１および第２の光パルスの波長のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタを有することを特徴とする前記［９］に記載の三次元映像表示装置。
【００３７】
［２６］前記タイミング制御部は、円盤状の形状を有し、前記円盤状の形状の厚さ方向に平行な回転軸を中心に回転運動を行うことにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることを特徴とする［１８］に記載の三次元映像表示装置。
【００３８】
［２７］前記タイミング制御部の重心は、前記回転運動の回転中心と略一致していることを特徴とする［２６］に記載の三次元映像表示装置。
【００３９】
［２８］前記タイミング制御部において、前記厚みの異なる複数の光媒質のうち、厚みの略同一な前記光媒質同士が、前記回転中心に対して対称に配置されていることを特徴とする［２７］に記載の三次元映像表示装置。
【００４０】
なお、上記の各態様において、略同方向とは、第２の光パルスが、蛍光空間内で第１の光パルスに追いつき、重なりを経て追い越しするような方向のことを意味し、両パルスの蛍光空間への入射方向は、完全に同軸かつ同方向である必要はない。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、見える方向に制限が無く、均質で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
［本発明の原理］
本発明は、多光子吸収現象（特に二光子吸収現象）を利用するものである。蛍光体に光エネルギーを与える際に、ひとつひとつの光子ではエネルギーが足りずに吸収が起こらない場合でも、複数の光子のエネルギーが足し合わされて吸収が起こる場合があり、これを多光子吸収という。
【００４３】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る三次元映像表示方法の基本的な原理を示す図である。図１（ａ）において、蛍光空間１１に入射する１本の光軸に沿って同方向から蛍光空間１１に波長λ１を有する第１の光パルス１２、およびλ１と異なる波長λ２を有する第２の光パルス１３を入射タイミングを所定時間ずらして入射する。
【００４４】
ところで、媒質中を伝搬する光の速度は、光の波長により異なる。このような現象は屈折率の波長分散によるものであり、波長分散のうち、特に、波長が大きくなるに伴って速度が大きくなる場合を正常分散、波長が小さくなるに伴って速度が大きくなる場合を異常分散と呼ぶ。波長分散の度合いや、正常分散となるか異常分散となるかは、媒質固有の性質に依る。以下では、蛍光空間１１内部は正常分散を示し、光の波長が大きくなるに伴って速度が大きくなるものとして説明する。また、第２の光パルスの波長は、第１の光パルスの波長よりも大きいものとする（λ１＜λ２）。
【００４５】
図１（ａ）に示すように、蛍光空間１１の内部に第１の光パルス１２、および第２の光パルス１３が入射すると、互いの波長が異なるために、波長分散により、蛍光空間１１内部での伝搬速度に差が生じる。具体的には、先に蛍光空間１１に入射した第１の光パルス１２は、後から入射した第２の光パルス１３よりも波長が大きいため、速度が小さく、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の入射タイミングの差が十分に小さい場合は、第２の光パルス１３に追いつかれ、追い越される。
【００４６】
蛍光空間１１は、蛍光体、または蛍光体を含む気体、液体あるいは固体で満たされている。蛍光体としては、二光子蛍光色素などの、高い二光子蛍光効率を示す物質が好ましい。
【００４７】
第１の光パルス１２が第２の光パルス１３に追いつかれて互いに空間的に重なり合う位置においては、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の光子による二光子吸収が生じるため、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なり合わない位置と比較して、蛍光空間１１内の蛍光体は、より多くのエネルギーを得ることができる。エネルギーを得ることにより蛍光体中の電子が励起され、励起された電子が緩和する過程において蛍光を発する。ここで、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の光子による二光子吸収により得られるエネルギーが吸収エネルギーの大部分を占めるとすると、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なり合う位置においてのみ蛍光が生じることとなる。
【００４８】
図１（ｂ）は、第１および第２の光パルス１２、１３の強度を表し（簡単のため、パルス強度およびパルス幅は等しいとして示す）、図１（ｃ）は、蛍光強度分布を表す。それぞれ横軸は図１（ａ）と共通した光パルスの位置である。第１および第２の光パルス１２、１３は、図１（ａ）に示す蛍光空間１１内での位置Ｂから重なり始め、位置Ｄで完全に重なり、位置Ｆで重なり終わる。この位置ＢからＦまでの長さを重なり長さΔＬとすると、図１（ｃ）に示すように、重なり長さΔＬの範囲で蛍光強度の分布が生じる。なお、重なりが最も大きくなる位置Ｄにおいて、二光子吸収が最も多く生じるため、蛍光強度が大きくなる。
【００４９】
しかし、一般に、重なり長さΔＬの全範囲において人間の眼が蛍光を認識できるわけではなく、蛍光強度分布の裾付近（位置Ｂ、Ｆ付近）に関しては、強度が小さいため感知することができない。そこで、例えば、図１（ｃ）に示すように、蛍光強度分布の半値幅を人間の感知できる範囲とし、蛍光面厚さとする。
【００５０】
第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の重なり位置を調整することにより、蛍光空間１１内での蛍光が生じる位置を調整することができる。重なり位置を変えるためには、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の蛍光空間１１への入射タイミングの差を調整する。
【００５１】
図２は、第１および第２の光パルスの入射タイミングの差と蛍光が生じる位置の関係を示す概念図である。図２中のＬａ、Ｌｂ、Ｌｃは、第１の光パルス１２ａ、１２ｂ、１２ｃと第２の光パルス１３ａ、１３ｂ、１３ｃのそれぞれの光パルス組の入射前の間隔を表す。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の間隔（入射タイミングの差）が小さいほど、早い時刻において第２の光パルス１３が第１の光パルス１２に追いつくため、蛍光空間１１の入射面に近い位置で蛍光が生じることになる。
【００５２】
そのため、間隔がＬａの光パルス１２ａ、１３ａの組により、蛍光空間１１の入射口付近で蛍光が生じて断面像１４ａが形成され、間隔がＬｂの光パルス１２ｂ、１３ｂの組により、蛍光空間１１の中央付近で蛍光が生じて断面像１４ｂが形成され、間隔がＬｃの光パルス１２ｃ、１３ｃの組により、蛍光空間１１の奥部付近で蛍光が生じて断面像１４ｃが形成される。なお、断面像の形状は、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の重なる部分の形状による。そして、これらの固有の形状を有する断面像を組み合わせることにより、三次元映像を形成することができる。なお、断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃの形成されるタイミングは同時ではないが、各光パルスの組を十分短い間隔で入射させると、残像現象により、人間の眼には同時に表示されたかのように認識される。
【００５３】
断面像の形状を所望の形状にするためには、２つの光パルス１２、１３の断面が重なり合う部分の形状を所望の形状にする必要がある。具体的には、例えば、第１の光パルス１２の断面形状を蛍光空間１１内の一定の範囲に及ぶ形状にしておき、第２の光パルス１３の断面形状を所望の断面形状とする。これにより、第２の光パルス１３の断面形状が断面像１４ａ〜１４ｃとして蛍光空間１１に表示されることになる。更に、断面像の表示される位置に応じて対応する第２の光パルス１３の断面形状を変化させることにより、所望の三次元映像が得られる。
【００５４】
以下に、上記の現象の原理、および具体例について説明する。
【００５５】
（蛍光発生の原理）
次に、多光子吸収による蛍光発生の原理について図３〜図７を参照して説明する。本発明に係る三次元映像表示方法は、蛍光空間内において２つの光パルスを重ね合わせ、その重なり合った点でのみ蛍光を発することにより、三次元空間における表示を可能とする。鮮明な三次元映像を得るためには、光る場所と、光らない場所との高いＯｎ／Ｏｆｆ比が求められる。本発明では、光パルスの波長と蛍光体の多光子吸収エネルギーを選択することによって、高いＯｎ／Ｏｆｆ比を得ることが可能である。ただし、Ｏｎ／Ｏｆｆ比とは、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっている場所と重なっていない場所の蛍光強度比を表す。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっていない場所においては、第１の光パルス１２の光子同士、第２のパルス１３の光子同士の多光子吸収が起こり、重なっている場所においては、第１の光パルス１２の光子同士、第２の光パルス１３の光子同士による多光子吸収に加え、第１の光パルスの光子と第２の光パルスの光子による多光子吸収が生じる。
【００５６】
第１の光パルス１２の波長をλ１、光強度をＩ１、第２の光パルス１３の波長をλ２、光強度をＩ２とし、第２の光パルス１３が光パルス列であったときに、光パルス列に含まれる光パルスの数をＮ個とし、蛍光体の励起エネルギーをＥａ以上Ｅｂ以下とする。このとき、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なった位置でのみ強く蛍光を生じるためには、
【数１】
【数２】
【数３】
であることが必要であり、数式（１）、数式（２）、数式（３）を満たすとき、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なる場所で、二光子吸収が起きる。ただし、ｃは光の速度、ｈはプランク定数である。
【００５７】
またさらに、
【数４】
であるときは（図３参照）、励起エネルギーが、Ｅａ以上Ｅｂ以下における蛍光体の二光子吸収定数をβとすると、蛍光強度は吸収の大きさに比例するので、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なっている場所と重なっていない場所の蛍光強度比（Ｏｎ／Ｏｆｆ比）は、
【数５】
のように表され、Ｎ＝１、Ｉ１＝Ｉ２で最大値２となり、Ｎが増えるほどＯｎ／Ｏｆｆ比は低くなる。
【００５８】
また、
【数６】
であるときには（図４参照）、三光子吸収エネルギーがＥａ以上Ｅｂ以下における蛍光体の三光子吸収定数をγとすると、
【数７】
となり、第２の光パルス１３による三光子吸収が無視できるほど小さい範囲では、
【数８】
であれば、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は大きくなる。
【００５９】
さらに、
【数９】
であれば（図５参照）、Ｏｎ／Ｏｆｆ比は、
【数１０】
となり、β＞＞γであるから、数式（７）よりもさらに大きくなる。
【００６０】
さらに（図６参照）、
【数１１】
もしくは（図７参照）、
【数１２】
であれば、光パルス同士が重なっていない場所では、ほとんど多光子吸収が起こらないため、Ｏｆｆはほぼ０となる。
【００６１】
つまり、高いＯｎ／Ｏｆｆ比を得るには、蛍光体と光パルスの関係が、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（６）、数式（８）を満たすことが望ましく、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（９）を満たすことはさらに望ましく、数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（１１）、もしくは数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（１２）を満たすことがもっとも望ましい。
【００６２】
ただし、より鮮明な三次元映像を得るためには、高いＯｎ／Ｏｆｆ比以外に高い蛍光効率が求められる。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が重なることによって生じる蛍光効率は、
【数１３】
に比例する。数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（６）、数式（８）、もしくは数式（１）、数式（２）、数式（３）、数式（９）、を満たす以外に、蛍光体の二光子吸収係数βと光パルスの強度Ｉ１・Ｉ２が十分な大きさを有する必要がある。ただし、Φは蛍光体の量子効率を表す。
【００６３】
（光パルスの波長分散による追い越し）
真空中の光速をｃ、第１の光パルス１２の波長をλ１、第２の光パルス１３の波長λ２、波長λでの蛍光空間１１内の屈折率をｎ（λ）、第１の光パルス１２の時間幅をｔ１、第２の光パルス１３の時間幅をｔ２、とすると第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の重なり時間ΔＴは、
【数１４】
重なり長さはΔＬは、
【数１５】
となる。
【００６４】
ここで、人間の眼の空間分解能を考慮すると、ΔＬは０．１ｍｍ以上であることが望ましく、また、１０ｍｍを超えると蛍光面が厚くなりすぎるため、
【数１６】
を満たすことが望ましく、さらに、
【数１７】
を満たすことがより望ましい。
【００６５】
ここで、仮にλ１＝４００ｎｍ、λ２＝８００ｎｍとし、蛍光空間１１に水が満たされているとすると、それぞれの波長における水の屈折率は、
【数１８】
ｔ１＝ｔ２＝１００ｆｓであるとすると、
【数１９】
となり、その半値幅をとると約１．３ｍｍになる。つまり蛍光面厚さは、１．３ｍｍ程度となる。
【００６６】
なお、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合は、同様の計算により、蛍光面厚さは１０μｍ程度となる。このことから、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の同方向から入射させ、光パルスの追い越しにより蛍光を起こす場合は、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、１００倍以上の蛍光面厚さを得ることができる。
【００６７】
また、人間の眼の空間分解能が０．１ｍｍ程度であるため、厚さ１０μｍの蛍光面は、人間の眼には、厚さ０．１ｍｍの蛍光面が実際の１０分の１の明るさで存在しているように見える。そのため、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の同方向から入射させ、光パルスの追い越しにより蛍光を起こす場合は、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、人間の眼には蛍光面が１０倍程度明るく見える。
【００６８】
（光パルスの入射タイミングと断面像の位置の関係）
真空中の光速をｃ、第１の光パルス１２の波長をλ１、第２の光パルスの波長λ２、波長λでの蛍光空間１１内の屈折率をｎ（λ）、第１の光パルス１２の時間幅をｔ１、第２の光パルス１３の時間幅をｔ２、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の距離をＬとすると、第２の光パルス１３が第１の光パルス１２に追いつくまでの時間Ｔは、
【数２０】
となり、重なり位置の入射面からの距離Ｘは、
【数２１】
となる。加えて、断面像の間隔をΔＸ、パルス組ごとのＬの差をＬｂ−Ｌａ＝Ｌｃ−Ｌｂ＝ΔＬ（図２参照）とすると、
【数２２】
となる。
【００６９】
ここで、仮にλ１＝４００ｎｍ、λ２＝８００ｎｍ、ｔ１＝ｔ２＝１００ｆｓであるとして、蛍光空間１１に水が満たされているとすると、上述の通り、蛍光面厚さは１．３ｍｍ程度となるので、隙間なく断面像を表示させるにはΔＸ＝１．３×１０−３であればよく、この場合、ΔＬは、数式（２２）より、
【数２３】
となり、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の距離Ｌは、例えば、１．３１
×１０−５×ｎ（ｎ：１、２、３、・・・）であればよい。
【００７０】
以下に、本発明の実施の形態に係る三次元映像表示方法をより具体的に説明する。
【００７１】
［第１の実施の形態］
（三次元映像表示装置の構成）
図８は、本発明の第１の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光パルス光源２１と、光パルス光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、第１の光パルス１２の光路長を変更する光路長制御部２３と、第２の光パルス１３の波長を変更する波長変換器２５と、第２の光パルス１３に断面像信号に応じた断面情報を書き込む空間光変調部２６と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【００７２】
光パルス光源２１には、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用いる。
【００７３】
波長変換器２５は、ビームスプリッタ２２で分割された第２の光パルス１３の波長８００ｎｍを例えば波長１３００ｎｍに波長変換するものであり、例えば、ＯＰＡ（Optical Parametric Amplifier）を用いることができる。
【００７４】
光路長制御部２３は、制御部の制御により、第１の光パルス１２が光パルス光源２１から蛍光空間１１に至るまでの光路長を調整するものである。この光路長の調整により２つの光パルス１２、１３の光路長の差を変化させ、蛍光空間１１への入射タイミングを制御することができる。
【００７５】
具体的には、一対の鏡を組み合わせた切替ミラー２４ａ〜２４ｅを所定の間隔で配置し、そのうちのいずれかの切替ミラー２４ａ〜２４ｅを選択して、その選択した切替ミラー２４ａ〜２４ｅによって第１の光パルス１２を反射させる。このとき、選択する切替ミラー２４ａ〜２４ｅによって光路長が変わるので、ビームスプリッタ２２により分割された第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が再び同光軸上に乗った際の間隔が変化し、それにより断面像が蛍光空間１１に表示される位置が変化する。
【００７６】
具体的には、選択する切替ミラー２４ａ〜２４ｅは、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅの順に光路長が大きくなり、それに伴い、ビームスプリッタ２２により分割された第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が順に大きくなる。図２に示すように、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が大きくなるほど、蛍光空間１１内での断面像の形成される位置が蛍光空間１１の入射面から遠くなる。図８においては、切替ミラー２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅを選択した場合は、蛍光空間１１においてそれぞれ断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが形成される。切替ミラー２４ａ〜２４ｅの設置される間隔により、断面像１４ａ〜１４ｅの形成される間隔が変化する。なお、図８においては、５対の切替ミラー２４ａ〜２４ｅが備わっているものとして示したが、切替ミラーの数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【００７７】
空間光変調部２６は、レンズにより入射した第２の光パルス１３を拡大する拡大光学系２６２と、拡大された第２の光パルス１３に断面像信号に対応した断面情報を書き込む空間光変調器２６１と、断面情報を書き込まれた第２の光パルス１３をレンズにより縮小する縮小光学系２６３とを備える。
【００７８】
空間光変調器２６１は、例えば、液晶空間光変調器を用いることができる。断面像信号に基づいて液晶空間光変調器の各画素に印加する電圧を制御することにより、断面像信号に対応した断面情報を第２の光パルス１３に書き込み、所定の光パターンを有する第２の光パルス１３を生成する。なお、空間光変調器として、マイクロミラーアレイを用いることもできる。
【００７９】
光路長制御部２３による光路長の変更タイミングと空間光変調部２６による断面情報の書き込みタイミングとは、図示しない制御部によって同期するように制御される。
【００８０】
蛍光空間１１は、蛍光体、または蛍光体を含む気体、液体あるいは固体で満たされている。蛍光体としては、二光子蛍光色素などの、高い二光子蛍光効率を示す物質が好ましい。高い二光子蛍光効率を有する色素として、Rhodamine色素、Fluorescein色素、DiI色素、Coumarin色素などの一般的に知られているものを用いることができ、例えば、エタノール中にRhodamine 6Gを１ｗｔ％の濃度で分散させたものを蛍光空間１１に満たして用いることができる。その他、特開２００４−１２３６６８号公報、特開200４−２２４７４６号公報、特開２００１−５２０６３７号公報、特開２００４−２９４８０号公報等に示された高い二光子蛍光効率を示す色素も本発明に適用可能である。ここで、蛍光空間１１が有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。第１の光パルスと第２の光パルスのうち波長が長い方の光パルスは、近赤外〜赤外波長である場合が多いと考えられるが、有機溶剤に二光子蛍光材料を分散させたものを蛍光空間とする場合、有機溶剤の多くは赤外領域に吸収を有するため、光パルスのエネルギーを有効活用することができない。従って、蛍光体を含む溶媒は、重水素化された溶媒であることが好ましい。
【００８１】
また、蛍光空間１１の第１および第２の光パルス１２、１３の入射面と反対側に、第１および第２の光パルス１２、１３の波長（８００ｎｍ、および１３００ｎｍ）のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタ１５が設けられることが好ましい。これにより、観察者はノッチフィルタ１５の側からもパルス光の影響を受けずに三次元映像を観賞することができる。
【００８２】
以下に、本実施の形態に係る三次元映像表示装置１の動作例を示す。
【００８３】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、光パルス光源２１から５つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ２２により分離されて、それぞれ５つの第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと第２の光パルス１３ａ〜１３ｅとなる。
【００８４】
第１の光パルス１２ａ〜１２ｅは光路長制御部２３に入射し、第１の光パルス１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは、それぞれ切替ミラー２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅの形成する光路を通る。
【００８５】
一方、第２の光パルス１３ａ〜１３ｅは、波長変換器２５により波長を変換され、その後、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと同光軸上に乗る。
【００８６】
図９は、画像情報を書き込まれた第２の光パルスの形状の一例、図１０は、第１の光パルスの形状の一例を示す。空間光変調部２６により、断面情報が５つの第２のパルス１３ａ〜１３ｅに順次書き込まれ、第２のパルス１３ａ〜１３ｅは図９に示すような形状となる。なお、第１の光パルス１４ａ〜１４ｅは、断面情報を書き込まれないために、図１０に示すようにいずれも同様の形状を有する。図１０に示した形状は一例であるが、画像情報を書き込まれた第２のパルス１３ａ〜１３ｅの形状を全て含むような形状、および大きさを有することが好ましい。
【００８７】
図１１は、第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。図１１中のＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅは、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３のそれぞれの光パルス組の蛍光空間１１への入射前の間隔を表す。第１の光パルス１２と第２の光パルス１３の間隔（入射タイミングの差）が小さいほど、入射面に近い位置で第２の光パルス１３が第１の光パルス１２に追いつき、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｃ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ｄ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｅ、１３ｅの組は断面像１４ｅをそれぞれ形成する。なお、第１および第２の光パルス１２ａ〜１２ｅ、１３ａ〜１３ｅの組の入射順（断面像１４ａ〜１４ｅの形成される順）は、図１１に示すものに限られない。
【００８８】
図１２は、断面像により構成される三次元映像の一例を示す。画像情報を書き込まれた第２のパルス１３ａ〜１３ｅがそれぞれ光路長を調整された第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと蛍光空間１１において順次重なると、図１１に示すように断面像１４ａ〜１４ｈが表示され、これらが三次元映像１４として表示される。なお、断面像の厚さ、間隔、数等は上記のものに限られず、数多くの断面像を隙間なく形成すれば、より解像度の高い詳細な三次元映像を形成することができる。
【００８９】
（第１の実施の形態の効果）
この第１の実施の形態によれば、波長の異なる第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の同方向から入射させ、屈折率の波長分散に起因する光パルスの追い越しにより蛍光を発生させ、分解能や明るさが均質で鮮明な三次元映像１４を表示することができる。
【００９０】
また、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３を蛍光空間１１に同光軸上の反対方向から入射させ、光パルスのすれ違いにより蛍光を起こす場合と比較して、厚さ、明るさの大きい断面像１４ａ〜１４ｅを形成することができるので、断面像１４ａ〜１４ｅにより構成される三次元映像１４の画質、明るさを向上させることができる。
【００９１】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、光パルス光源を２つ用いる点において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【００９２】
（三次元映像表示装置の構成）
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。本実施の形態に係る三次元営巣表示装置１は、光パルス光源として、第１の光パルス光源２１ａと、第２の光パルス光源２１ｂを有する。
【００９３】
第１の光パルス光源２１ａには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用い、第２の光パルス光源２１ｂには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長１３００ｎｍの光パルスレーザを用いる。第１および第２のパルス光源２１ａ、２１ｂは、同期して光パルスを射出するように構成されている。
【００９４】
（三次元映像表示装置の動作）
第１の光パルス光源２１ａから出射された第１の光パルス１２ａ〜１２ｅは光路長制御部２３に入射し、第１の光パルス１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは、それぞれ切替ミラー２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅの形成する光路を通る。
【００９５】
一方、第２の光パルス光源２１ｂから出射された第２の光パルス１３ａ〜１３ｅは、空間光変調部２５により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと同光軸上に乗る。
【００９６】
その後、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅ、および第２の光パルス１３ａ〜１３ｅ蛍光空間１１に入射し、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｃ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ｄ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｅ、１３ｅの組は断面像１４ｅをそれぞれ形成する。
【００９７】
（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、第１の光パルス光源２１ａと、第２の光パルス光源２１ｂが互いに異なる波長の光パルスを射出するため、第１の実施の形態におけるビームスプリッタ２２、および波長変換器２５を必要としない。
【００９８】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、光路長制御部２３の構成において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【００９９】
（三次元映像表示装置の構成）
図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。光路長制御部２３は、一対の回転ミラーである回転ミラー２８ａ〜２８ｄと、一対の固定ミラーである固定ミラー２９を有して構成される。
【０１００】
図１５は、回転ミラー、および固定ミラーの拡大図である。回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９は、それぞれ異なる第１の光パルス１２の光路を形成する。回転ミラー２８ａ〜２８ｄは、孔の一部を塞ぐ突起部を内側に有する環形状を有し、回転角に応じて第１の光パルス１２を反射したり通過させたりすることができる。また、固定ミラー２９は、回転ミラー２８ａ〜２８ｄの列の後ろに配置される。
【０１０１】
入射側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄを所定の位相差を設けて同速度で回転させ、いずれか１つの回転ミラー２８ａ〜２８ｄの突起部により光路が遮られると、その回転ミラー２８ａ〜２８ｄによって第１の光パルス１２は反射され、その回転ミラー２８ａ〜２８ｄが形成する光路へとその進路を変更する。第１の光パルス１２が全ての回転ミラー２８ａ〜２８ｄを通過した場合は、固定ミラー２９によって第１の光パルス１２は反射され、その固定ミラー２９が形成する光路を進む。
【０１０２】
射出側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄは、対になる入射側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄと光路を形成するため、入射側と射出側の回転ミラー２８ａ〜２８ｄは、図１５に示すように、同期して回転するように構成されている。
【０１０３】
光路長制御部２３による光路長の変更タイミングと空間光変調部２６による断面情報の書き込みタイミングとは、図示しない制御部によって同期するように制御される。
【０１０４】
具体的には、回転ミラー２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、固定ミラー２９の順に、形成する光路の光路長が大きくなり、それに伴い、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が順に大きくなる。図１４においては、回転ミラー２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、固定ミラー２９により光路が形成された場合は、蛍光空間１１においてそれぞれ断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが形成される。回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、固定ミラー２９の設置される間隔により、断面像１４ａ〜１４ｅの形成される間隔が変化する。なお、図１４、図１５においては、４対の回転ミラー２８ａ〜２８ｄが備わっているものとして示したが、回転ミラーの数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【０１０５】
（第３の実施の形態の効果）
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、光路長制御部２３が光利用効率の高い回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９により構成されているので、コントラストが高く、高輝度で鮮明な三次元映像を表示することができる。
【０１０６】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、光路長制御部２３の代わりに回転光媒質３０を用いる点において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１０７】
（三次元映像表示装置の構成）
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。光路長制御部２３は、光軸に対する厚さの異なる複数の光媒質を有する回転光媒質３０を有して構成される。
【０１０８】
図１７は、回転光媒質の拡大図である。回転光媒質３０は、同じ屈折率を有し、厚さの異なる光媒質３０ａ〜３０ｅを環状に配列して構成される。ここで、真空中の高速をｃとすると、屈折率ｎ、厚さｄの板を通った光パルスは、空気中を通る光パルスよりも、時間にして（ｎ−１）ｄ／ｃ秒だけ遅れることになる。これにより、回転光媒質３０を空間光変調２６１の動作に同期して回転させることにより、第１の光パルス１２を異なる厚さの光媒質３０ａ〜３０ｅを通過させ、蛍光空間１１への入射タイミングを調整することができる。なお、回転光媒質３０を構成する複数の光媒質は、それぞれ屈折率の異なるものであってもよい。
【０１０９】
具体的には、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの順に厚さが増し、通過する第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングが遅れる。それに伴い、第１の光パルス１２と第２の光パルス１３が蛍光空間１１に入射する際の間隔が順に大きくなる。図１６においては、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅを第１の光パルス１２が通過した場合は、蛍光空間１１においてそれぞれ断面像１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが形成される。光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの厚さの差により、断面像１４ａ〜１４ｅの形成される間隔が変化する。なお、図１７においては、５個の光媒質３０ａ〜３０ｅが備わっているものとして示したが、光媒質の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【０１１０】
（第４の実施の形態の効果）
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、回転光媒質３０は光路長を変化させて蛍光空間１１への入射タイミングを調整する装置と比較してコンパクトであり、構成が単純であるので、三次元映像表示装置１の小型化が可能であり、また、製造コストを抑えることができる。
【０１１１】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態は、空間光変調部２６を複数用いる点において第１の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１１２】
（三次元映像表示装置の構成）
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で光パルスを出射する光パルス光源２１と、光パルス光源２１から出射された光パルスを第１の光パルス１２と第２の光パルス１３とに分割するビームスプリッタ２２と、第２の光パルス１３の波長を変更する波長変換器２５と、ビームスプリッタ２２によって分割された第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する分岐部３１と、光路Ｒａ〜Ｒｅを進む第２の光パルス１３にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部２６と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路３２と、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｈを合流させる合流部３３と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【０１１３】
分岐部３１、および合流部３３は、回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９から構成される。分岐部３１、および合流部３３に用いられる回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９の構成および動作は、第３の実施の形態において光路長制御部２３に用いられる一対の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９と同様である。
【０１１４】
分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９は、それぞれ異なる第２の光パルス１２の光路Ｒａ〜Ｒｅを形成し、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９は、それぞれ第２の光パルス１２の光路Ｒａ〜Ｒｅを合流させる。
【０１１５】
空間光変調部２６は、分岐部３１によって選択される光路Ｒａ〜Ｒｅ上にそれぞれ配置された空間光変調器２６１と、各空間光変調器２６１の前段に配置された拡大光学系２６２と、各空間光変調器２６１の後段に配置された縮小光学系２６３とを備える。
【０１１６】
遅延光路３２は、各光路Ｒａ〜Ｒｅを通る第２の光パルス１３の光路長を調整することにより、第２の光パルス１３の蛍光空間１１への入射タイミングを調整するものであり、適宜の位置に配置された複数の反射ミラー３２１により構成される。
【０１１７】
なお、遅延光路３２は、各光路Ｒａ〜Ｒｅ上に所定の厚さを有する光媒質を配置し、光媒質の厚さ、または屈折率により、第２の光パルス１３の蛍光空間１１への入射タイミングを調整する構成であってもよい。
【０１１８】
分岐部３１の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する動作、空間光変調器２６１の断面情報を書込む動作、および合流部３３の光路Ｒａ〜Ｒｅを合流させる動作は、図示しない制御部によって同期するように制御されている。
【０１１９】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、光パルス光源２１から５つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ２２により分離されて、それぞれ５つの第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと第２の光パルス１３ａ〜１３ｅとなる。
【０１２０】
第２の光パルス１３ａ〜１３ｅは、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｅを進み、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｄ、および固定ミラー２９により合流し、第１の光パルス１２ａ〜１２ｅと同光軸上に乗る。
【０１２１】
第１および第２の光パルス１２ａ〜１２ｅ、１３ａ〜１３ｅは蛍光空間１１に入射し、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｃ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ｄ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｅ、１３ｅの組は断面像１４ｅをそれぞれ形成する。
【０１２２】
なお、図１８においては、５個の空間光変調器２６１が備わっているものとして示したが、空間光変調器２６１の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｅの５つに限られない。
【０１２３】
（第５の実施の形態の効果）
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、空間光変調部２６に複数の空間光変調器２６１を用いることにより、各空間光変調器２６１はそれぞれ１つの断面情報を第２の光パルス１３ａ〜１３ｅに書き込む構成となっている。そのため、第２の光パルス１３ａ〜１３ｅの間隔が短い場合であっても、比較的容易に断面情報を書き込むことができる。
【０１２４】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態は、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１により、三次元映像１４を形成する点において上記各実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、上記各実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１２５】
（三次元映像表示装置の構成）
図１９は、本発明の第６の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で第１および第２の光パルス１２、１３を出射する第１および第２の光パルス光源２１ａ、２１ｂと、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する分岐部３１と、光路Ｒａ〜Ｒｅを進む第２の光パルス１３にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部２６と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路３２と、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｈを合流させる合流部３３と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【０１２６】
第１の光パルス光源２１ａには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用い、第２の光パルス光源２１ｂには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長１３００ｎｍの光パルスレーザを用いる。第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂは第２の光パルス１３ａ〜１３ｈを所定の周期で連続的に射出することにより光パルス列１３１を射出する。
【０１２７】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂが第２の光パルス１３ａ〜１３ｈからなるパルス列１３１を射出する。
【０１２８】
パルス列１３１を構成する第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｇ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｈを進み、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｇ、および固定ミラー２９により合流して再びパルス列１３１となり、第１の光パルス１２ａと同光軸上に乗る。
【０１２９】
図２０は、第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ〜１３ｈからなるパルス列１３１が蛍光空間１１に入射すると、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、第１の光パルス１２ａに順に追いつき、それぞれ断面像１４ａ〜１４ｈを形成し、三次元映像１４を表示する。
【０１３０】
具体的には、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈの順に、蛍光空間１１に入射する前の第１の光パルス１２ａとの間隔（入射タイミングの差）が小さいため、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈの順に入射面に近い位置で第１の光パルス１２ａに追いつき、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｅの組は断面像１４ｅ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｆの組は断面像１４ｆ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｇの組は断面像１４ｇ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｈの組は断面像１４ｈ、をそれぞれ形成する。
【０１３１】
なお、図１９においては、８個の空間光変調器２６１が備わっているものとして示したが、空間光変調器２６１の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｈの８つに限られない。
【０１３２】
（第６の実施の形態の効果）
この第６の実施の形態によれば、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１により、複数の断面像を形成し、三次元映像１４の表示を迅速に行うことができる。これにより、表示する三次元映像を短い間隔で連続的に切り替え、動画表示を行うことが容易になる。
【０１３３】
［第７の実施の形態］
第７の実施の形態は、分岐部３１および合流部３３の代わりに、分岐光学系３４および合成光学系３５を用いた点において第６の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第６の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１３４】
（三次元映像表示装置の構成）
図２１は、本発明の第７の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。分岐光学系３４、および合成光学系３５は、それぞれ複数のビームスプリッタ３４１、３５１、および反射ミラー３４２、３５２を有して構成され、それぞれ分岐部３１、および合流部３３と同様の役割を有する。
【０１３５】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、光パルス光源２１から８つのパルス光が所定の間隔を置いて射出され、これらがビームスプリッタ２２により分離されて、それぞれ１つの第１の光パルス１２ａと１つの第２の光パルス１３となる。
【０１３６】
次に、１つの第２の光パルス１３は、波長変換器２５により波長を変換された後、分岐光学系３４のビームスプリッタ３４１により各所で分離され、５つの第２の光パルス１３ａ〜１３ｈとなる。
【０１３７】
第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、それぞれビームスプリッタ３５１、および反射ミラー３５２により形成される光路Ｒａ〜Ｒｈを進み、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合成光学系３５のビームスプリッタ３５１、および反射ミラー３５２により合流し、第１の光パルス１２ａと同光軸上に乗る。
【０１３８】
その後、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ〜１３ｈが蛍光空間１１に入射すると、図２０に示すようにして、第２の光パルス１３ａ〜１３ｈは、第１の光パルス１２ａに順に追いつき、それぞれ断面像１４ａ〜１４ｈを形成し三次元映像１４を表示する。
【０１３９】
なお、図２１においては、８個の空間光変調器２６１が備わっているものとして示したが、空間光変調器２６１の数はこれに限定されるものではなく、蛍光空間１１に形成される断面像の数も断面像１４ａ〜１４ｈの８つに限られない。
【０１４０】
（第７の実施の形態の効果）
この第７の実施の形態によれば、ビームスプリッタ３４１、３５１を有して構成される分岐光学系３４、合成光学系３５を用いることにより、１つの第２の光パルス１３を８つの第２の光パルス１３ａ〜１３ｈに分離するため、１つの光パルス光源２１から１つの第１の光パルス１２ａ、および８つの第２の光パルス１３ａ〜１３ｈを形成することが可能となる。
【０１４１】
［第８の実施の形態］
第８の実施の形態は、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１の組を複数組用いることにより、三次元映像を形成する点において上記各実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、上記各実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１４２】
（三次元映像表示装置の構成）
図２２は、本発明の第８の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。この三次元映像表示装置１は、一定の繰り返し周期で第１および第２の光パルス１２、１３を出射する第１および第２の光パルス光源２１ａ、２１ｂと、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｅを選択する分岐部３１と、光路Ｒａ〜Ｒｅを進む第２の光パルス１３にそれぞれ断面像信号に基づいた断面情報を書き込む複数の空間光変調部２６と、第２の光パルス１３の光路長を調整する遅延光路３２と、第２の光パルス１３の光路Ｒａ〜Ｒｈを合流させる合流部３３と、第１および第２の光パルス１３をそれぞれビーム径を拡大して蛍光空間１１に入射する拡大光学系２７と、光路を形成する複数の反射ミラー３６と、本装置の各部を制御する図示しない制御部とを備える。
【０１４３】
第１の光パルス光源２１ａには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光パルスレーザを用い、第２の光パルス光源２１ｂには、例えば、時間幅５０フェムト秒、繰り返し周波数１ｋＨｚ、波長１３００ｎｍの光パルスレーザを用いる。第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂは４つの第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇを所定の周期で連続的に射出することによりパルス列１３１ａを射出し、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ｂを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂは４つの第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈを所定の周期で連続的に射出することによりパルス列１３１ｂを射出する。
【０１４４】
（三次元映像表示装置の動作）
まず、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ａを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂが４つの第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇからなるパルス列１３１ａを射出し、続けて、第１の光パルス光源２１ａが１個の第１の光パルス１２ｂを射出するタイミングに合わせて、第２の光パルス光源２１ｂが４つの第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈからなるパルス列１３１ｂを射出する。
【０１４５】
パルス列１３１ａを構成する第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇは、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｄを進む。一方、パルス列１３１ｂを構成する第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈは、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇに続いて、分岐部３１の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により、それぞれ光路Ｒａ〜Ｒｄを進む。即ち、第２の光パルス１３ａ、１３ｅは光路Ｒａ、第２の光パルス１３ｂ、１３ｆは光路Ｒｂ、第２の光パルス１３ｃ、１３ｇは光路Ｒｃ、第２の光パルス１３ｄ、１３ｈは光路Ｒｄを進む。
【０１４６】
次に、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇは、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により合流し、再びパルス列１３１ａとなって第１の光パルス１２ａと同光軸上に乗り、続いて、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈは、空間光変調部２６により断面像信号に対応した断面情報をそれぞれ書き込まれ、合流部３３の回転ミラー２８ａ〜２８ｃ、および固定ミラー２９により合流し、再びパルス列１３１ｂとなって第１の光パルス１２ｂと同光軸上に乗る。
【０１４７】
図２３は、第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。第１の光パルス１２ａと、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇからなるパルス列１３１ａが蛍光空間１１に入射すると、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇは、第１の光パルス１２ａに順に追いつき、それぞれ断面像１４ａ、１４ｃ、１４ｅ、１４ｇを形成し、第１の光パルス１２ｂと、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈからなるパルス列１３１ｂが蛍光空間１１に入射すると、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈは、第１の光パルス１２ｂに順に追いつき、それぞれ断面像１４ｂ、１４ｄ、１４ｆ、１４ｈを形成し、三次元映像１４が表示される。
【０１４８】
具体的には、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇの組においては、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇの順に、蛍光空間１１に入射する前の第１の光パルス１２ａとの間隔（入射タイミングの差）が小さいため、第２の光パルス１３ａ、１３ｃ、１３ｅ、１３ｇの順に入射面に近い位置で第１の光パルス１２ａに追いつき、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ａの組は断面像１４ａ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｃの組は断面像１４ｃ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｅの組は断面像１４ｅ、第１および第２の光パルス１２ａ、１３ｇの組は断面像１４ｇをそれぞれ形成する。
【０１４９】
一方、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈの組においては、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈの順に、蛍光空間１１に入射する前の第１の光パルス１２ｂとの間隔（入射タイミングの差）が小さいため、第２の光パルス１３ｂ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｈの順に入射面に近い位置で第１の光パルス１２ｂに追いつき、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｂの組は断面像１４ｂ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｄの組は断面像１４ｄ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｆの組は断面像１４ｆ、第１および第２の光パルス１２ｂ、１３ｈの組は断面像１４ｈをそれぞれ形成する。
【０１５０】
なお、本実施の形態は、１つの第１の光パルス１２と、４つの光パルスからなる組を２組用いることにより、１つの三次元映像１４を表示する構成としたが、これらの組の数は上記のものに限られず、また、第２の光パルス１３の第１の光パルス１２との組み合わせも上記のものに限られない（例えば、第１の光パルス１２ａと第２の光パルス１３ａ〜１３ｄとを１組とし、第１の光パルス１２ｂと第２の光パルス１３ｅ〜１３ｈとを１組としてもよい）。即ち、Ｎ個の第２の光パルスからなるＭ組のパルス列を用いて（１組のパルス列に１つの第１の光パルス１２が対応）、Ｍ×Ｎ個の断面像１４を形成する構成であればよい。
【０１５１】
（第８の実施の形態の効果）
この第８の実施の形態によれば、１つの第１の光パルス１２と、複数の第２の光パルス１３からなるパルス列１３１の組を複数組用いて、複数の断面像を形成することにより、第６の実施の形態と比較して、三次元映像１４の表示速度は劣るものの、空間光変調器２６１の数を少なくして装置を小型化することができ、第１の実施の形態と比較して、空間光変調器２６１の数は増えるものの、三次元映像１４の表示を迅速に行うことができる。
【０１５２】
［第９の実施の形態］
第９の実施の形態は、回転光媒質３０の構成において第４の実施の形態と異なる。なお、他の構成部分、動作等、第４の実施の形態と同様の点については、説明を省略する。
【０１５３】
図１７を一例とするように、回転光媒質３０は、厚さの異なる複数の光媒質を有し、これらの複数の光媒質に第１の光パルス１２を通過させることにより、第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングを調整する。
【０１５４】
しかし、これらの複数の光媒質は、それぞれ異なる厚さを有するために、その重さもそれぞれ異なる。そのため、各光媒質の配置によって回転光媒質３０の重心が変化する。回転光媒質３０を高速に、かつ安定して回転させ、第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングを正確に調整するためには、回転光媒質３０の重心が回転軸上の回転中心の近くにあることが望ましい。
【０１５５】
図２４、および図２５は、本発明の第９の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【０１５６】
図２４は、回転光媒質３０が、５種類の異なる厚さを有する光媒質３０ａ〜３０ｅをそれぞれ２つずつ有する場合の構成例を示す。ここで、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの順に厚さが増す。同図に示すように、同じ厚さを有する光媒質が回転中心に対して対称な位置にそれぞれ配置されており、回転光媒質３０の重心を回転中心に一致している。なお、完全に一致していなくてもよく、回転光媒質３０が高速に、かつ安定して回転できる程度に近づいていればよい。
【０１５７】
図２５は、回転光媒質３０が、１０種類の異なる厚さを有する光媒質３０ａ〜３０ｊを１つずつ有する場合の構成例を示す。ここで、光媒質３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ、３０ｊの順に厚さが増す。同図に示すように、近い厚さを有する光媒質が回転中心に対して対称な位置にそれぞれ配置されており、回転光媒質３０の重心を回転中心に近づけている。
【０１５８】
なお、複数の光媒質の数、および配置は上述したものに限られず、回転光媒質３０の重心が回転中心の近くにあるようなものであればよい。また、所定の重さを有する重りを回転光媒質３０上に設けて、重心を回転中心に近づけてもよい。
【０１５９】
（第９の実施の形態の効果）
この第４の実施の形態によれば、回転光媒質３０を高速に、かつ安定して回転させ、第１の光パルス１２の蛍光空間１１への入射タイミングを正確に調整することができる。
【０１６０】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態、および上記各実施例に限定されずに、その要旨を変更しない範囲内で種々変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態においては、空間光変調器２５により第２の光パルス１３に断面像信号に対応した断面情報を書き込む構成としたが、第１の光パルス１２に断面情報が書き込まれる構成であってもよい。また、蛍光空間１１において、第１の光パルス１２が第２の光パルス１３に追いつかれるとして説明したが、第２の光パルス１２が第１の光パルス１３に追いつかれる構成であってもよい。
【０１６１】
また、先に説明したように、蛍光空間１１が、エタノールやアセトンなどの有機溶剤に蛍光材料が分散したものである場合には、第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換溶剤を溶媒に用いることが好ましい。水素を重水素に置換した場合、溶媒としての特性に大きな変化がないため、蛍光空間としての性質を損なうことなく波長の選択性を向上させることができる。また、重水素以外では、水素を塩素やフッ素などに置換した場合でも吸収ピークのシフトが起こるため、波長の選択性の向上に利用できる。
【０１６２】
また、蛍光空間１１内部は正常分散を示すものとして説明したが、異常分散を示す構成であってもよい。
【０１６３】
また、本発明の要旨を変更しない範囲内で各実施の形態および各実施例の構成要素の任意の組合せは可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る三次元映像表示方法の基本的な原理を示す図である。
【図２】本発明に係る第１および第２の光パルスの入射タイミングの差と蛍光が生じる位置の関係を示す概念図である。
【図３】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す１つ目の図である。
【図４】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す２つ目の図である。
【図５】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す３つ目の図である。
【図６】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す４つ目の図である。
【図７】多光子吸収による蛍光発生の原理を示す５つ目の図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る画像情報を書き込まれた第２の光パルスの形状の一例をしめす模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る第１の光パルスの形状の一例をしめす模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る断面像により構成される三次元映像の一例を示す。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る回転ミラー、および固定ミラーの拡大図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図１９】本発明の第６の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図２０】本発明の第６の実施の形態に係る第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。
【図２１】本発明の第７の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図２２】本発明の第８の実施の形態に係る三次元映像表示装置の構成図である。
【図２３】本発明の第８の実施の形態に係る第１および第２の光パルスと断面像の関係を示す概念図である。
【図２４】本発明の第９の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態に係る回転光媒質の拡大図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１ 三次元映像表示装置
１１ 蛍光空間
１２、１２ａ〜１２ｈ 第１の光パルス
１３、１３ａ〜１３ｈ 第２の光パルス
１４ 三次元映像
１４ａ〜１４ｈ 断面像
１５ ノッチフィルタ
２１ 光パルス光源
２１ａ 第１の光パルス光源
２１ｂ 第２の光パルス光源
２２ ビームスプリッタ
２３ 光路長制御部
２４ａ〜２４ｅ 切替ミラー
２５ 波長変換器
２６ 空間光変調部
２６１ 空間光変調器
２６２ 拡大光学系
２６３ 縮小光学系
２７ 拡大光学系
２８ａ〜２８ｇ 回転ミラー
２９ 固定ミラー
３０ 回転光媒質
３０ａ〜３０ｊ 光媒質
３１ 分岐部
３２ 遅延光路
３２１ 反射ミラー
３３ 合流部
３４ 分岐光学系
３４１ ビームスプリッタ
３４２ 反射ミラー
３５ 合成光学系
３５１ ビームスプリッタ
３５２ 反射ミラー
３６ 反射ミラー
Ｒａ〜Ｒｈ 光路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１のステップと、
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２のステップと、
を含むことを特徴とする三次元映像表示方法。
【請求項２】
前記第１または前記第２の光パルスのいずれか一方に、断面情報が書き込まれたことを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項３】
前記第１および第２のステップは、前記第１および第２の光パルスの前記蛍光空間への入射タイミングが制御されることにより、前記蛍光空間内の異なる複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項４】
真空中の光速をｃ、前記第１の光パルスの波長をλ１、前記第２の光パルスの波長をλ２、波長λでの蛍光空間内の屈折率をｎ（λ）、光パルス１の時間幅をｔ１、光パルス２の時間幅をｔ２、としたとき、１×１０−４［ｍ］≦｛ｃ（ｔ１ｎ（λ２）＋ｔ２ｎ（λ１））｝／{ｎ（λ２）（ｎ（λ１）−ｎ（λ２））}≦１×１０−２［ｍ］を満たすことを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項５】
前記第２のステップは、１つの前記第１の光パルスに対して所定の繰り返し周期で複数の前記第２の光パルスを前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項６】
前記第１のステップは、所定の繰り返し周期で複数の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、
前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなる複数のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項７】
前記第１のステップは、所定の繰り返し周期でＭ個の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、
前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなるＭ個のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ×Ｍ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項８】
前記第２の光パルスへの前記断面情報の書込みは、空間光変調によって行うことを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項９】
第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１の光パルス入射手段と、
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２の光パルス入射手段と、
を備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、光パルスを出射する１つの光パルス光源と、
前記光パルス光源から出射された前記光パルスを２つの光パルスに分割し、前記２つの光パルスのうち一方の光パルスを前記第１の光パルスとし、他方の光パルスを第２の光パルスとする分割光学系と、
を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１１】
前記第１の光パルス入射手段は、前記第１の光パルスを出射する第１の光パルス光源を備え、
前記第２の光パルス入射手段は、前記第２の光パルスを出射する第２の光パルス光源を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１２】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、断面像信号に応じて光パルスに前記断面情報を書き込んで前記第１の光パルス、または第２の光パルスを生成する空間光変調器を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１３】
前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする請求項１２に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１４】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、光路長の異なる複数の光路を有し、入射された光パルスを前記複数の光路に分配する分岐部と、前記複数の光路に設けられ、前記複数の光路に分配された複数の光パルスに断面情報を書き込む複数の空間光変調器と、前記断面情報が書き込まれた複数の前記第２の光パルスの光軸を一致させて前記複数の第２の光パルスを前記蛍光空間に入射する合流部とを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１５】
前記分岐部は、入射された光パルスを前記複数の光路を順次切り替えて分配する光路切替部である請求項１４に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１６】
前記分岐部は、入射された光パルスを複数の光パルスに分割して前記複数の光路に分配する分割光学系である請求項１４に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１７】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光路長を制御する光路長制御部を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１８】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、厚みの異なる複数の光媒質を有し、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの前記蛍光空間に入射するタイミングを調節するタイミング制御部を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１９】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、光パルスの波長を変換する波長変換器を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２０】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスの口径を拡大して前記蛍光空間に入射する拡大光学系を共有することを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２１】
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの波長に対して透明な、蛍光体、又は蛍光体を含む気体若しくは液体若しくは固体からなることを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２２】
前記蛍光空間は、蛍光体を含み、かつ第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換された有機溶剤からなることを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２３】
前記蛍光空間は、前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった前記位置で最も強い多光子吸収を起こすことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２４】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスのうち波長が短い方の光パルスの光強度は、波長の長い方の光パルスよりも低く、
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスに対して透明であり、前記蛍光空間の二光子吸収準位への励起エネルギーが、波長の長い方の光パルスの２光子分のエネルギーよりも大きく、波長の短い方の光パルスの１光子を足したエネルギーに等しい、もしくはそれよりも小さいことを特徴とする請求項２３に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２５】
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの入射側と反対側に、前記第１および第２の光パルスの波長のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタを有することを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２６】
前記タイミング制御部は、円盤状の形状を有し、前記円盤状の形状の厚さ方向に平行な回転軸を中心に回転運動を行うことにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることを特徴とする請求項１８に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１】
第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１のステップと、
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２のステップと、
を含むことを特徴とする三次元映像表示方法。
【請求項２】
前記第１または前記第２の光パルスのいずれか一方に、断面情報が書き込まれたことを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項３】
前記第１および第２のステップは、前記第１および第２の光パルスの前記蛍光空間への入射タイミングが制御されることにより、前記蛍光空間内の異なる複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項４】
真空中の光速をｃ、前記第１の光パルスの波長をλ１、前記第２の光パルスの波長をλ２、波長λでの蛍光空間内の屈折率をｎ（λ）、光パルス１の時間幅をｔ１、光パルス２の時間幅をｔ２、としたとき、１×１０−４［ｍ］≦｛ｃ（ｔ１ｎ（λ２）＋ｔ２ｎ（λ１））｝／{ｎ（λ２）（ｎ（λ１）−ｎ（λ２））}≦１×１０−２［ｍ］を満たすことを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項５】
前記第２のステップは、１つの前記第１の光パルスに対して所定の繰り返し周期で複数の前記第２の光パルスを前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内の複数の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項６】
前記第１のステップは、所定の繰り返し周期で複数の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、
前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなる複数のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項７】
前記第１のステップは、所定の繰り返し周期でＭ個の前記第１の光パルスを前記蛍光空間に入射し、
前記第２のステップは、前記所定の繰り返し周期と同一の繰り返し周期でＮ個の前記第２の光パルスからなるＭ個のパルス列を前記蛍光空間に入射して前記蛍光空間内のＮ×Ｍ個の前記位置で蛍光させることを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項８】
前記第２の光パルスへの前記断面情報の書込みは、空間光変調によって行うことを特徴とする請求項１に記載の三次元映像表示方法。
【請求項９】
第１の光パルスを所定の方向から真空ではない蛍光空間に入射させる第１の光パルス入射手段と、
前記蛍光空間での伝搬速度が前記第１の光パルスよりも速い第２の光パルスを前記所定の方向と略同方向から前記蛍光空間に前記第１の光パルスと所定時間遅れて入射させ、前記蛍光空間内において前記第２の光パルスが前記第１の光パルスに追いつき、重なった位置で蛍光させる第２の光パルス入射手段と、
を備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、光パルスを出射する１つの光パルス光源と、
前記光パルス光源から出射された前記光パルスを２つの光パルスに分割し、前記２つの光パルスのうち一方の光パルスを前記第１の光パルスとし、他方の光パルスを第２の光パルスとする分割光学系と、
を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１１】
前記第１の光パルス入射手段は、前記第１の光パルスを出射する第１の光パルス光源を備え、
前記第２の光パルス入射手段は、前記第２の光パルスを出射する第２の光パルス光源を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１２】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、断面像信号に応じて光パルスに前記断面情報を書き込んで前記第１の光パルス、または第２の光パルスを生成する空間光変調器を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１３】
前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする請求項１２に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１４】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、光路長の異なる複数の光路を有し、入射された光パルスを前記複数の光路に分配する分岐部と、前記複数の光路に設けられ、前記複数の光路に分配された複数の光パルスに断面情報を書き込む複数の空間光変調器と、前記断面情報が書き込まれた複数の前記第２の光パルスの光軸を一致させて前記複数の第２の光パルスを前記蛍光空間に入射する合流部とを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１５】
前記分岐部は、入射された光パルスを前記複数の光路を順次切り替えて分配する光路切替部である請求項１４に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１６】
前記分岐部は、入射された光パルスを複数の光パルスに分割して前記複数の光路に分配する分割光学系である請求項１４に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１７】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光路長を制御する光路長制御部を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１８】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、厚みの異なる複数の光媒質を有し、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの前記蛍光空間に入射するタイミングを調節するタイミング制御部を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項１９】
前記第１または第２の光パルス入射手段は、光パルスの波長を変換する波長変換器を備えたことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２０】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスの口径を拡大して前記蛍光空間に入射する拡大光学系を共有することを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２１】
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの波長に対して透明な、蛍光体、又は蛍光体を含む気体若しくは液体若しくは固体からなることを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２２】
前記蛍光空間は、蛍光体を含み、かつ第１の光パルス及び第２の光パルスの波長に対して透明な重水素置換された有機溶剤からなることを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２３】
前記蛍光空間は、前記第１の光パルスと前記第２の光パルスとが重なった前記位置で最も強い多光子吸収を起こすことを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２４】
前記第１および第２の光パルス入射手段は、前記第１および第２の光パルスのうち波長が短い方の光パルスの光強度は、波長の長い方の光パルスよりも低く、
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスに対して透明であり、前記蛍光空間の二光子吸収準位への励起エネルギーが、波長の長い方の光パルスの２光子分のエネルギーよりも大きく、波長の短い方の光パルスの１光子を足したエネルギーに等しい、もしくはそれよりも小さいことを特徴とする請求項２３に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２５】
前記蛍光空間は、前記第１および第２の光パルスの入射側と反対側に、前記第１および第２の光パルスの波長のみをカットし、それ以外の波長を有する光を透過するノッチフィルタを有することを特徴とする請求項９に記載の三次元映像表示装置。
【請求項２６】
前記タイミング制御部は、円盤状の形状を有し、前記円盤状の形状の厚さ方向に平行な回転軸を中心に回転運動を行うことにより、前記第１の光パルス、または前記第２の光パルスの光軸上に乗せる前記光媒質を切り替えることを特徴とする請求項１８に記載の三次元映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００８−１５４４６（Ｐ２００８−１５４４６Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７２９３６（Ｐ２００６−２７２９３６）
【出願日】平成１８年１０月４日（２００６．１０．４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月４日（２００６．１０．４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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