画像表示装置、立体画像表示装置及び立体画像表示システム
【課題】 画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限を可及的に排除し、クロストークの発生による不具合を回避することができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る画像表示装置は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５と、光変調素子２５の表面に設けられた複数の制御ポイント２６と、複数の制御ポイント２６に印加する電圧を制御して、所定の画像パターンを有する電界変位面を形成して光変調素子２５に記録するように構成されている電界制御部２２とを具備する。
【解決手段】 本発明に係る画像表示装置は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５と、光変調素子２５の表面に設けられた複数の制御ポイント２６と、複数の制御ポイント２６に印加する電圧を制御して、所定の画像パターンを有する電界変位面を形成して光変調素子２５に記録するように構成されている電界制御部２２とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置、計算された干渉縞（計算機ホログラム）を用いて立体画像を表示する立体画像表示装置及び立体画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光変調素子に電圧を印加することによって当該光変調素子内に形成した画像を表示する画像表示装置が知られている。例えば、かかる画像表示装置として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等が挙げられる。
【０００３】
ここで、光変調素子とは、電気光学効果を有する素子である。また、電気光学効果とは、物質に電界を作用させることによって生じる現象であり、具体的には、物質に印加された電界強度に応じて当該物質の屈折率が変化する現象である。
【０００４】
図１８及び図１９を参照して、従来の光変調素子を用いた画像表示装置について説明する。従来の光変調素子を用いた画像表示装置として、図１８に示す単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置や、図１９に示すアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置が知られている。
【０００５】
図１８（ａ）に示すように、単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、薄膜化した光変調素子２５の上面にＸ軸方向の電極２３が設けられており、また、薄膜化した光変調素子２５の下面にＹ軸方向の電極２４が設けられている。
【０００６】
ここで、かかるＸ軸方向の電極２３とＹ軸方向の電極２４との交差部分の各々が、図１８（ｂ）に示すように、単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置によって表示される画像を構成する各画素に対応する画素電極２３ａとなる。
【０００７】
一方、図１９（ａ）に示すように、アクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、光変調素子２５の上面に複数の電極２３が設けられており、また、光変調素子２５の下面に電極２４が設けられている。
【０００８】
ここで、電極２３は、図１９（ｂ）に示すように、アクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置によって表示される画像を構成する各画素に対応する複数の画素電極２３ａを有しており、画素電極２３ａごとに、独立してＯＮ/ＯＦＦの制御が可能なトランジスタを準備する構成を採っている。また、電極２４は、接地されている。
【０００９】
従来の単純マトリクス方式及びアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、光変調素子２５に記録する画像を構成する各画素の濃淡値等に基づいて、画素電極２３ａに印加する電圧値を制御するように構成されている。
【非特許文献１】福見 監修、「新編 光学材料ハンドブック」、６０-６７頁、リアライズ社、２０００年発刊
【非特許文献２】奥山、「強誘電体薄膜を用いた電子デバイス」、電学論Ｅ、ｖｏｌ.１２１、Ｎｏ.１０、５３７-５４１頁、２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の単純マトリクス方式及びアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、各画素電極２３ａ単位でしか印加する電圧値を変更することしかできないため、図２０に示す矩形領域（画素）内において濃淡値が同一になり、かかる従来の画像表示装置によって表示可能な画像の精度は、かかる画素電極２３ａの大きさや形状による制限を受けるという問題点があった。
【００１１】
すなわち、かかる従来の画像表示装置では、画素電極２３ａの微小化には限界があるため、表示する画像の量子化誤差が大きくなり、画像を十分な精度で表示することができないという問題点があった。
【００１２】
また、かかる従来の画像表示装置では、隣接する画素（矩形領域）間で、各画素電極２３ａに印加される電圧の影響を受けるクロストークが生じるという問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限を可及的に排除し、クロストークの発生による不具合を回避することができる画像表示装置、立体画像表示装置及び立体画像表示システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の特徴は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、所定の画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備する画像表示装置であることを要旨とする。
【００１５】
かかる発明によれば、複数の制御ポイントに印加された電圧によってクロストークを利用して形成される電界変位面が、所定の画像パターンを表現するため、アナログな画像パターンを表示することができ、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限を排除して、十分な精度の画像を表示することができる。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、計算された干渉縞を用いて立体画像を表示する立体画像表示装置であって、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備することを要旨とする。
【００１７】
本発明の第２の特徴において、前記画像パターンが、少なくとも前記干渉縞の位相情報又は前記干渉縞の振幅情報のいずれかによって構成されていてもよい。
【００１８】
本発明の第２の特徴において、前記制御ポイントが、前記光変調素子の表面の縦方向に配線された縦方向配線電極と横方向に配線された横方向配線電極との交差部分であるように構成されていてもよい。
【００１９】
本発明の第２の特徴において、前記電界制御部が、前記干渉縞の画像パターンと前記複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶しており、計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている前記電圧値を前記複数の制御ポイントの各々に印加するように構成されていてもよい。
【００２０】
本発明の第２の特徴において、前記複数の制御ポイントが、前記光変調素子の表面に設けられた電極の突起形状部分であるように構成されていてもよい。
【００２１】
本発明の第２の特徴において、前記光変調素子において前記電界強度と前記屈折率の変化との関係が非線形であるように構成されていてもよい。
【００２２】
本発明の第２の特徴において、前記複数の制御ポイントが、複数の微小電極を有し、前記電界制御部が、前記微小電極の各々に印加する電圧値を制御するように構成されていてもよい。
【００２３】
本発明の第３の特徴は、立体画像表示装置とサーバ装置とを具備し、立体画像を表示する立体画像表示システムであって、前記サーバ装置が、物体光と参照光とから生成される干渉縞を計算する干渉縞計算部と、干渉縞の画像パターンと複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶する記憶部と、計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている複数の電圧値を前記立体画像表示装置に送信する送信部とを具備し、前記立体画像表示装置が、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、前記サーバ装置から受信した前記複数の電圧値を、前記複数の制御ポイントの各々に印加して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、クロストークを利用することにより、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限（量子化誤差）を可及的に排除することができる画像表示装置、立体画像表示装置及び立体画像表示システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの構成）
図１は、本発明の第１の実施形態における立体画像表示システムの全体構成を示す図である。本実施形態に係る立体画像表示システムは、計算された干渉縞（計算機ホログラム）を用いて立体画像を表示する立体画像表示システムである。
【００２６】
なお、本実施形態において、「画像」は、静止画像及び動画像（映像又はビデオ）の双方を含む概念であるものとする。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る立体画像表示システムは、干渉縞計算装置１と、立体画像表示装置２と、参照光照射装置３とによって構成されている。
【００２８】
干渉縞計算装置１は、コンピュータによって構成されており、３次元形状の物体（例えば、立方体の３Ｄデータ）に照射したレーザ光が反射して生成される物体光と参照光とから生成される干渉縞を計算するように構成されている。ここで、干渉縞とは、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、輝度の変化が光の振幅情報に対応し、縞模様のパターンが光の位相情報に対応した濃淡画像である。
【００２９】
立体画像表示装置２は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５を有し、干渉縞計算装置１によって計算された干渉縞に応じて、光変調素子２５に加える電界強度を変化させることによって、当該干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを当該光変調素子２５内に形成するように構成されている。
【００３０】
図１に示すように、立体画像表示装置２は、ホログラム記録素子２１と電界制御部２２とによって構成されている。
【００３１】
ホログラム記録素子２１は、図３（ａ）に示すように、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５と、当該光変調素子２５の表面に設けられた複数の制御ポイント２６とを具備する。
【００３２】
具体的には、ホログラム記録素子２１は、光変調素子２５を微細な上面電極２３及び下面電極２４で挟み込んだ構成を採っている。
【００３３】
本実施形態では、光変調素子２５の上面のＸ軸方向（横方向）に配線された横方向配線電極と、光変調素子２５の下面のＹ軸方向（縦方向）に配線された縦方向配線電極との交差部分を、電界制御部２２によって印加する電圧値を制御するポイントである「制御ポイント２６」とする。
【００３４】
なお、本発明は、かかる制御ポイント２６に限定されることなく、上面電極２３及び下面電極２４の構成に従って他の形態の制御ポイント２６が用いられる場合にも適応可能である。
【００３５】
また、本実施形態では、光変調素子２５として、分極反転を利用して電界制御による屈折率変調が容易に実現可能な強誘電体素材であるＰＬＺＴやＳＢＴやＳＢＮ等の素材が用いられる。
【００３６】
なお、本実施形態で用いられる光変調素子２５の特定領域における印加電圧（電位差）と屈折率との関係の一例を、図３（ｂ）に示す。図３に示すように、本実施形態で用いられる光変調素子２５は、特定領域において印加される電圧が大きくなると、当該特定領域の屈折率が大きくなるような特性を有している。
【００３７】
電界制御部２２は、干渉縞計算装置１から画像信号によって送信された干渉縞を表示するための情報（干渉縞の画像パターン）に基づいて、光変調素子２５の表面の制御ポイント２６に加える電界強度（電圧値）を変化させることによって、当該光変調素子２５内部の屈折率を変化させ、当該光変調素子２５内に当該干渉縞を形成するように構成されている。
【００３８】
本実施形態では、電界制御部２２は、上述の干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を光変調素子２５内に形成するために、複数の上面電極２３及び複数の下面電極２４に印加する電圧値を制御するように構成されている。
【００３９】
ここで、図４を参照して、電界制御部２２によって形成される電界変位面について説明する。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、電界制御部２２は、Ｘ軸方向の電極２３に印加する電圧値及びＹ軸方向の電極２４に印加する電圧値を変化させることによって、両者の交差部分である制御ポイント２６に印加する電圧値を制御して、光変調素子２５に記録する電界変位面を形成する。
【００４１】
制御ポイント２６ａ乃至２６ｄによって形成された電界変位面の拡大図を、図４（ｂ）に示す。
【００４２】
図４（ｂ）の例では、制御ポイント２６ａにおけるＸ軸方向の電極２３とＹ軸方向の電極２４との間の電位差は「０Ｖ」であり、制御ポイント２６ｂ乃至２６ｄにおけるＸ軸方向の電極２３とＹ軸方向の電極２４との間の電位差は「５Ｖ」である。その結果、図４（ｂ）に示す電界変位面が、制御ポイント２６ａ乃至２６ｄに印加された電圧によるクロストークによって光変調素子２５内に形成される。
【００４３】
なお、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す電界変位面を形成する光変調素子２５内のＡ-Ｂ断面における屈折率の分布を示すものである。なお、光変調素子２５内部において電界強度が変化していない状態では、屈折率は一様である。
【００４４】
制御ポイント２６ａ乃至２６ｄに印加された電圧によるクロストークによって光変調素子２５内に形成された電界変位面が、干渉縞計算装置１から画像信号によって送信された干渉縞の画像パターンの各々に対応する。図４（ｄ）に示すように、複数の電界変位面によって光変調素子２５内に形成される干渉縞が構成される。
【００４５】
なお、本実施形態において、上述の干渉縞の画像パターンは、干渉縞の位相情報、干渉縞の振幅情報、又は、干渉縞の位相情報と振幅情報との組み合わせによって構成されている。
【００４６】
具体的には、電界制御部２２は、図５に示すように、画像信号受信部２２ａと、記憶部２２ｂと、決定部２２ｃと、電圧印加部２２ｄとを具備している。
【００４７】
画像信号受信部２２ａは、有線回線又は無線回線を介して、干渉縞計算装置１から画像信号によって送信された干渉縞を表示するための情報（干渉縞の画像パターン）を受信するものである。
【００４８】
記憶部２２ｂは、上述の干渉縞の画像パターンと、複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶するものである。
【００４９】
例えば、記憶部２２ｂは、図６に示すように、「画像パターン」の識別情報と、「制御ポイント＃１乃至＃４」における電位差とを関連付けるテーブルを記憶するように構成されている。
【００５０】
ここで、「画像パターン」は、４つの制御ポイント＃１乃至＃４における電位差によって形成される電界変位面の画像パターンを示す。
【００５１】
本実施形態では、電界変位面は、４つの制御ポイント＃１乃至＃４における電位差によって形成されるように構成されているが、本発明は、かかる場合に限定されるものではなく、２以上の任意数の制御ポイントにおける電位差によって形成される場合にも適応可能である。
【００５２】
決定部２２ｃは、各制御ポイント２６に印加する電圧値を決定するものである。
【００５３】
具体的には、決定部２２ｃは、記憶部２２ｂに記憶されているテーブル（図６参照）の中から、画像信号受信部２２ａによって受信された干渉縞の画像パターンに最も類似する「画像パターン」を選択して、選択した「画像パターン」に関連付けられている各制御ポイント２６における電位差に基づいて、各制御ポイント２６に印加する電圧値を決定するように構成されている。
【００５４】
電圧印加部２２ｄは、決定部２２ｃによって決定された各制御ポイント２６に印加する電圧値に基づいて、上面電極（Ｘ軸方向の電極）２３及び下面電極（Ｙ軸方向の電極）２４に所定電圧を印加する。
【００５５】
参照光照射装置３は、光変調素子２５に向けて参照光Ｂを照射するように構成されており、ここで、参照光Ｂは、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた参照光と同じ波長及び同じ入射角度を有する。
【００５６】
上述のように、光変調素子２５に干渉縞が記録されている状態で、当該光変調素子２５に向けて参照光Ｂを照射すると、当該光変調素子２５に記録されている干渉縞によって物体光Ａが発生する。その結果、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた３次元形状の物体から来る光と同じ物体光Ａが観察者の眼に入ることによって、観察者は上述の３次元形状の物体を立体的に観察することができる。
【００５７】
上述の本実施形態では、干渉縞計算装置１と立体画像表示装置２とが別個の装置として設けられているが、本発明は、これに限定されるものではなく、立体画像表示装置２が干渉縞計算装置１の機能を具備する構成についても適用可能である。
【００５８】
（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの動作）
図７を参照して、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの動作について説明する。
【００５９】
ステップＳ１０１において、立体画像表示装置２の電界制御部２２は、干渉縞計算装置１によって計算された干渉縞を表示するための情報（干渉縞の画像パターン）を含む画像信号を受信する。
【００６０】
ステップＳ１０２において、電界制御部２２は、受信した画像信号に含まれる干渉縞の画像パターンを解析する。具体的には、電界制御部２２は、受信した画像信号に含まれる干渉縞の画像パターンに最も類似する画像パターンを記憶部２６内のテーブルから選択する。
【００６１】
ステップＳ１０３において、電界制御部２２は、記憶部２６内のテーブルにおいて、選択した画像パターンに関連付けられている各制御ポイント２６の電界強度（電位差）に基づいて、各制御ポイント２６に印加する電圧値を決定する。
【００６２】
ステップＳ１０４において、電界制御部２２は、決定された各制御ポイント２６に印加する電圧値に基づいて、上面電極２３及び下面電極２４に電圧を印加することによって、光変調素子２５内の屈折率を変化させ、その結果、干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を当該光変調素子２５内に形成することができる。
【００６３】
なお、光変調素子２５に上述の画像パターンが記録されている状態で、参照光照射装置３が、当該光変調素子２５に対して、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた参照光と同じ波長及び同じ入射角度を有する参照光Ｂを照射すると、当該光変調素子２５に記録されている当該画像パターンによって物体光Ａが発生する。その結果、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた３次元形状の物体から来る光と同じ物体光Ａが観察者の眼に入ることによって、観察者は上述の３次元形状の物体を立体的に観察することができる。
【００６４】
（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの作用・効果）
本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムによれば、複数の上面電極２３及び複数の下面電極２４（すなわち、複数の制御ポイント２６）に印加された電圧によってクロストークを利用して形成される電界変位面が、所定の画像パターンを表現するため、アナログな画像パターンを表示することができ、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限を排除して、十分な精度の画像を表示することができる。
【００６５】
（本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示システム）
図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。
【００６６】
本実施形態に係る立体画像表示システムは、複数の制御ポイント２６が光変調素子２５に設けられた電極における突起形状部分である点を除いて、上述の第１及び第２の実施形態に係る立体画像表示システムと同じ構成を具備するものである。
【００６７】
図８（ａ）は、本実施形態に係るホログラム記録素子２１の断面を横方向から見た図であり、図８（ｂ）は、本実施形態に係るホログラム記録素子２１を上方から見た図である。
【００６８】
図８（ａ）に示すように、本実施形態に係るホログラム記録素子２１において、下面電極２４が突起形状を有している。かかる場合、下面電極２４の突起形状部分が、電界制御部２２によって印加する電圧値を制御する制御ポイント２６に該当する。
【００６９】
したがって、かかる下面電極２４における突起形状部分の先端に電荷が多く溜まるため、上面電極２３と下面電極２４との間で大きな電位差を発生することができる。また、本実施形態に係る下面電極２４を用いることによって、制御ポイント２６の間隔を狭めることができ、ホログラム記録素子２１の小型化を実現することができる。
【００７０】
図８（ｂ）に示すように、本実施形態に係るホログラム記録素子２１において、下面電極２４における突起形状部分は、光変調素子２５の表面上に一様に分布するように構成されている。
【００７１】
また、本実施形態に係るホログラム記録素子２１において、下面電極２４における突起形状部分は、印加電圧をアクティブに制御可能なトランジスタ等で構成されている。
【００７２】
したがって、本実施形態に係る電界制御部２２は、下面電極２４において所定電圧を印加する突起形状部分を随時変更することによって、上述の第２の実施形態に係る立体画像表示システムのように、上面電極２３又は下面電極２４を移動させることなく、複数の電界変位面を合成することによって高精度な干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを光変調素子２５内に形成することができる。
【００７３】
（本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システム）
図９乃至図１２を参照して、本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。以下、本実施形態に係る立体画像表示システムについて、上述の第１乃至第３の実施形態に係る立体画像表示システムとの相違点を主として説明する。
【００７４】
図９に示すように、本実施形態に係る立体画像表示システムは、サーバ装置１００と、立体画像表示装置２とを具備する。本実施形態では、立体画像表示装置２が、パケット通信ネットワーク５を介してサーバ装置１００との間で通信可能な携帯通信端末によって構成されている例について説明する。
【００７５】
サーバ装置１００は、図１０に示すように、干渉縞計算部１ａと、記憶部１ｂと、送信部１ｃとを具備している。
【００７６】
干渉縞計算部１ａは、物体光と参照光とから生成される干渉縞（計算機ホログラム）を計算するものである。
【００７７】
記憶部１ｂは、干渉縞の画像パターンと複数の上面電極２３及び下面電極２４の各々、すなわち、制御ポイント２６の各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶するものである。例えば、記憶部１ｂは、図６に示すテーブルを記憶するように構成されている。
【００７８】
送信部１ｃは、計算された干渉縞の画像パターンに関連付けられている複数の電圧値（各制御ポイント２６に印加する電圧値）を立体画像表示装置２に送信するものである。
【００７９】
立体画像表示装置２は、図１１に示すように、通信部３１と、ホログラム記録素子２１と、電界制御部２２と、光源３２と、光反射板３３とを具備している。
【００８０】
通信部３１は、サーバ装置１００に対して、干渉縞の画像パターンに対応する各制御ポイント２６に印加する電圧値を送信するように要求し、受信した複数の電圧値を電界制御部２２に送信する。
【００８１】
電界制御部２２は、通信部３１を介してサーバ装置から受信した干渉縞の画素パターンに対応する複数の電圧値の電圧を各制御ポイント２６に印加することによって、ホログラム記録素子２１の光変調素子２５内に、電界変位面を形成して、複数の電界変位面からなる干渉縞を記録するように構成されている。
【００８２】
なお、ホログラム記録素子２１の構成は、上述の第１乃至第３の実施形態に係るホログラム記録素子２１の構成と同様である。ここで、上面電極２３は、透明電極によって構成されている。
【００８３】
光反射板３３は、光源３２からの光を反射させることによって、参照光Ｂを生成するものである。ここで、参照光Ｂは、サーバ装置１００の干渉縞計算部１ａによる干渉縞の計算に用いられた参照光と同じ波長及び同じ入射角度を有する。なお、光源３２は、携帯通信端末の液晶ディスプレイで用いられるバックライトであってもよいし、かかるバックライトと別個に設けられた光源であってもよい。
【００８４】
次に、図１２を参照して、本実施形態に係る立体画像表示システムの動作の一例について説明する。
【００８５】
ステップＳ１００１において、サーバ装置１００の干渉縞計算部１ａが、物体光と参照光とから生成される干渉縞（計算機ホログラム）を計算する。
【００８６】
ステップＳ１００２において、サーバ装置１００の送信部１ｃが、記憶部１ｂを参照して、計算機ホログラムの各画像パターンに関連付けられている制御ポイント２６の各々に印加する電圧値を抽出する。
【００８７】
ステップＳ１００３において、サーバ装置１００の送信部１ｃが、抽出した制御ポイント２６の各々に印加する電圧値（電界強度情報）を含む画像情報を、パケット通信ネットワーク５を介して、立体画像表示装置２に送信する。
【００８８】
ステップＳ１００４において、立体画像表示装置２の電界制御部２２が、通信部３１を介してサーバ装置から受信した画像情報に基づいて、所定のタイミングで上面電極２３及び下面電極２４に所定電圧を印加することによって、ホログラム記録素子２１の光変調素子２５内に、電界変位面を形成して、複数の電界変位面からなる干渉縞を記録する。
【００８９】
ステップＳ１００５において、光源３２が、光反射板３３を介して参照光Ｂをホログラム記録素子２１の光変調素子２５内に形成された干渉縞に照射することによって、立体画像を表示する。
【００９０】
（本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システム）
図１３及び図１４を参照して、本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。以下、本実施形態に係る立体画像表示システムについて、上述の第１乃至第３の実施形態に係る立体画像表示システムとの相違点を主として説明する。
【００９１】
図１３（ａ）に示すように、本実施形態に係るホログラム記録素子２１は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５と、当該光変調素子２５の表面に設けられた複数の制御ポイント２６とを具備する。
【００９２】
具体的には、ホログラム記録素子２１は、光変調素子２５の上面に複数の上面電極２３が設けられており、また、光変調素子２５の下面に下面電極２４が設けられている。ここで、下面電極２４は、接地されているものとする。
【００９３】
本実施形態では、光変調素子２５の上面に設けられた複数の上面電極２３の各々を、電界制御部２２によって印加する電圧値を制御するポイントである「制御ポイント２６」とする。
【００９４】
また、上面電極２３の各々に印加する電圧値は、電界制御部２２によって独立に制御される。
【００９５】
なお、本実施形態における上面電極２３は、従来技術に係るアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置における上面電極２３と異なり、表示する画像を構成する各画素に対応していない。
【００９６】
本実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、光変調素子２５において、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係は、非線形である。すなわち、本実施形態に係る光変調素子２５は、印加される電界強度が高くなるにつれて、屈折率が急激に変化する特性を有している。
【００９７】
図１４（ａ）に、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係が線形である光変調素子を用いた場合の例を示し、図１４（ｂ）に、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係が非線形である本実施形態に係る光変調素子を用いた場合の例を示す。
【００９８】
図１４（ａ）及び（ｂ）において、「Ｃ」は、図１３（ａ）のＢ方向から見たホログラム記録素子２１の様子（屈折率の変化パターン）を示し、「Ｄ」は、図１３（ａ）のＡ方向から見たホログラム記録素子２１の断面図を示す。
【００９９】
図１４（ａ）及び（ｂ）から分かるように、上面電極２３と下面電極２４との間に同じ電位差（例えば、５Ｖ）を与えた場合であっても、図１４（ａ）に示すホログラム記録素子２１と図１４（ｂ）に示すホログラム記録素子２１とで光変調素子２５内部における屈折率の変化が異なり（「Ｄ」における屈折率変化曲線を参照）、図１３（ａ）のＢ方向から見た場合の屈折率の変化パターンも異なる。
【０１００】
具体的には、図１４（ｂ）に示すホログラム記録素子２１における屈折率の変化パターンは、図１４（ａ）に示すホログラム記録素子２１における屈折率の変化パターンよりも小さい。
【０１０１】
すなわち、本実施形態によれば、上面電極２３と下面電極２４との間に所定の電位差を与えた場合に、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係が線形である光変調素子を用いたホログラム記録素子２１における屈折率の変化パターンよりも小さい屈折率の変化パターンを生成することができるため、より細かな干渉縞の画像パターンを生成することができる。
【０１０２】
（本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システム）
図１５乃至図１７を参照して、本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。以下、本実施形態に係る立体画像表示システムについて、上述の第１乃至第５の実施形態に係る立体画像表示システムとの相違点を主として説明する。
【０１０３】
本実施形態に係るホログラム記録素子２１の構成は、上述の第５の実施形態におけるホログラム記録素子２１の構成と同一である（図１３（ａ）参照）。
【０１０４】
本実施形態では、図１５（ａ）に示すように、制御ポイント２６は、複数の微小電極２６ａを有するように構成されている。図１５（ａ）の例では、微小電極２６ａは、円形状を有しているが、本発明はこれに限定されず、制御ポイント２６が任意の形状の微小電極２６ａを有する場合にも適応可能である。
【０１０５】
また、電界制御部２２は、微小電極２６ａの各々に印加する電圧値を制御するように構成されている。
【０１０６】
具体的には、電界制御部２２は、図１５（ｂ）に示すように、ケーブル等の接続部２６ｂによって微小電極２６ａの各々に接続されており、微小電極２６ａの各々に印加する電圧値を独立に制御することができる。
【０１０７】
また、図１６に示すように、制御ポイント２６が設けられている上面電極２３（又は、下面電極２４）は、上述の第２の実施形態の場合と同様に、所定方向（上面電極移動方向又は下面電極移動方向）に移動可能に構成されていてもよい。
【０１０８】
図１７に、制御ポイント２６を構成する微小電極２６ａの一部に電圧を印加する場合の電圧を印加する微小電極２６ａのパターン（ａ）乃至（ｃ）を示す。図１７では、白丸で表現されている微小電圧２６ａに電圧が印加されており、黒丸で表現されている微小電圧２６ａに電圧が印加されていないものとする。
【０１０９】
電圧が印加される微小電極２６ａのパターンが「パターン（ａ）」である場合、光変調素子２５内部に形成される等電位面は「パターン（ａ）」となり、電圧が印加される微小電極２６ａのパターンが「パターン（ｂ）」である場合、光変調素子２５内部に形成される等電位面は「パターン（ｂ）となり、電圧が印加される微小電極２６ａのパターンが「パターン（ｃ）」である場合、光変調素子２５内部に形成される等電位面は「パターン（ｃ）」となる。
【０１１０】
上述のように、本実施形態によれば、電界制御部２２が電圧を印加する微小電極２６ａのパターンを変更することによって、複数の等電位面のパターンを生成することができるため、より精度良く干渉縞の画像パターンを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける光変調素子に記録される計算機ホログラムの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置について説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける電界制御部による制御方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける電界制御部の機能ブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける電界制御部の記憶部の記憶内容を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示システムにおけるホログラム記録素子を説明するための図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムの全体構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムにおけるサーバ装置の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムの動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１８】従来の単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置を説明するための図である。
【図１９】従来のアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置を説明するための図である。
【図２０】従来の画像表示装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１２】
Ａ…物体光
Ｂ…参照光
１…干渉縞計算装置
２…立体画像表示装置
２１…ホログラム記録素子
２２…電界制御部
２２ａ…画像信号受信部
２２ｂ…記憶部
２２ｃ…決定部
２２ｄ…電圧印加部
２３…上面電極
２４…下面電極
２５…光変調素子
２６…制御ポイント
３１…通信部
３２…光源
３３…光反射板
３…参照光照射装置
５…パケット通信ネットワーク
１００…サーバ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置、計算された干渉縞（計算機ホログラム）を用いて立体画像を表示する立体画像表示装置及び立体画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光変調素子に電圧を印加することによって当該光変調素子内に形成した画像を表示する画像表示装置が知られている。例えば、かかる画像表示装置として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等が挙げられる。
【０００３】
ここで、光変調素子とは、電気光学効果を有する素子である。また、電気光学効果とは、物質に電界を作用させることによって生じる現象であり、具体的には、物質に印加された電界強度に応じて当該物質の屈折率が変化する現象である。
【０００４】
図１８及び図１９を参照して、従来の光変調素子を用いた画像表示装置について説明する。従来の光変調素子を用いた画像表示装置として、図１８に示す単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置や、図１９に示すアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置が知られている。
【０００５】
図１８（ａ）に示すように、単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、薄膜化した光変調素子２５の上面にＸ軸方向の電極２３が設けられており、また、薄膜化した光変調素子２５の下面にＹ軸方向の電極２４が設けられている。
【０００６】
ここで、かかるＸ軸方向の電極２３とＹ軸方向の電極２４との交差部分の各々が、図１８（ｂ）に示すように、単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置によって表示される画像を構成する各画素に対応する画素電極２３ａとなる。
【０００７】
一方、図１９（ａ）に示すように、アクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、光変調素子２５の上面に複数の電極２３が設けられており、また、光変調素子２５の下面に電極２４が設けられている。
【０００８】
ここで、電極２３は、図１９（ｂ）に示すように、アクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置によって表示される画像を構成する各画素に対応する複数の画素電極２３ａを有しており、画素電極２３ａごとに、独立してＯＮ/ＯＦＦの制御が可能なトランジスタを準備する構成を採っている。また、電極２４は、接地されている。
【０００９】
従来の単純マトリクス方式及びアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、光変調素子２５に記録する画像を構成する各画素の濃淡値等に基づいて、画素電極２３ａに印加する電圧値を制御するように構成されている。
【非特許文献１】福見 監修、「新編 光学材料ハンドブック」、６０-６７頁、リアライズ社、２０００年発刊
【非特許文献２】奥山、「強誘電体薄膜を用いた電子デバイス」、電学論Ｅ、ｖｏｌ.１２１、Ｎｏ.１０、５３７-５４１頁、２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の単純マトリクス方式及びアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置では、各画素電極２３ａ単位でしか印加する電圧値を変更することしかできないため、図２０に示す矩形領域（画素）内において濃淡値が同一になり、かかる従来の画像表示装置によって表示可能な画像の精度は、かかる画素電極２３ａの大きさや形状による制限を受けるという問題点があった。
【００１１】
すなわち、かかる従来の画像表示装置では、画素電極２３ａの微小化には限界があるため、表示する画像の量子化誤差が大きくなり、画像を十分な精度で表示することができないという問題点があった。
【００１２】
また、かかる従来の画像表示装置では、隣接する画素（矩形領域）間で、各画素電極２３ａに印加される電圧の影響を受けるクロストークが生じるという問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限を可及的に排除し、クロストークの発生による不具合を回避することができる画像表示装置、立体画像表示装置及び立体画像表示システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の特徴は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、所定の画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備する画像表示装置であることを要旨とする。
【００１５】
かかる発明によれば、複数の制御ポイントに印加された電圧によってクロストークを利用して形成される電界変位面が、所定の画像パターンを表現するため、アナログな画像パターンを表示することができ、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限を排除して、十分な精度の画像を表示することができる。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、計算された干渉縞を用いて立体画像を表示する立体画像表示装置であって、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備することを要旨とする。
【００１７】
本発明の第２の特徴において、前記画像パターンが、少なくとも前記干渉縞の位相情報又は前記干渉縞の振幅情報のいずれかによって構成されていてもよい。
【００１８】
本発明の第２の特徴において、前記制御ポイントが、前記光変調素子の表面の縦方向に配線された縦方向配線電極と横方向に配線された横方向配線電極との交差部分であるように構成されていてもよい。
【００１９】
本発明の第２の特徴において、前記電界制御部が、前記干渉縞の画像パターンと前記複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶しており、計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている前記電圧値を前記複数の制御ポイントの各々に印加するように構成されていてもよい。
【００２０】
本発明の第２の特徴において、前記複数の制御ポイントが、前記光変調素子の表面に設けられた電極の突起形状部分であるように構成されていてもよい。
【００２１】
本発明の第２の特徴において、前記光変調素子において前記電界強度と前記屈折率の変化との関係が非線形であるように構成されていてもよい。
【００２２】
本発明の第２の特徴において、前記複数の制御ポイントが、複数の微小電極を有し、前記電界制御部が、前記微小電極の各々に印加する電圧値を制御するように構成されていてもよい。
【００２３】
本発明の第３の特徴は、立体画像表示装置とサーバ装置とを具備し、立体画像を表示する立体画像表示システムであって、前記サーバ装置が、物体光と参照光とから生成される干渉縞を計算する干渉縞計算部と、干渉縞の画像パターンと複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶する記憶部と、計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている複数の電圧値を前記立体画像表示装置に送信する送信部とを具備し、前記立体画像表示装置が、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、前記サーバ装置から受信した前記複数の電圧値を、前記複数の制御ポイントの各々に印加して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、クロストークを利用することにより、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限（量子化誤差）を可及的に排除することができる画像表示装置、立体画像表示装置及び立体画像表示システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの構成）
図１は、本発明の第１の実施形態における立体画像表示システムの全体構成を示す図である。本実施形態に係る立体画像表示システムは、計算された干渉縞（計算機ホログラム）を用いて立体画像を表示する立体画像表示システムである。
【００２６】
なお、本実施形態において、「画像」は、静止画像及び動画像（映像又はビデオ）の双方を含む概念であるものとする。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る立体画像表示システムは、干渉縞計算装置１と、立体画像表示装置２と、参照光照射装置３とによって構成されている。
【００２８】
干渉縞計算装置１は、コンピュータによって構成されており、３次元形状の物体（例えば、立方体の３Ｄデータ）に照射したレーザ光が反射して生成される物体光と参照光とから生成される干渉縞を計算するように構成されている。ここで、干渉縞とは、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、輝度の変化が光の振幅情報に対応し、縞模様のパターンが光の位相情報に対応した濃淡画像である。
【００２９】
立体画像表示装置２は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５を有し、干渉縞計算装置１によって計算された干渉縞に応じて、光変調素子２５に加える電界強度を変化させることによって、当該干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを当該光変調素子２５内に形成するように構成されている。
【００３０】
図１に示すように、立体画像表示装置２は、ホログラム記録素子２１と電界制御部２２とによって構成されている。
【００３１】
ホログラム記録素子２１は、図３（ａ）に示すように、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５と、当該光変調素子２５の表面に設けられた複数の制御ポイント２６とを具備する。
【００３２】
具体的には、ホログラム記録素子２１は、光変調素子２５を微細な上面電極２３及び下面電極２４で挟み込んだ構成を採っている。
【００３３】
本実施形態では、光変調素子２５の上面のＸ軸方向（横方向）に配線された横方向配線電極と、光変調素子２５の下面のＹ軸方向（縦方向）に配線された縦方向配線電極との交差部分を、電界制御部２２によって印加する電圧値を制御するポイントである「制御ポイント２６」とする。
【００３４】
なお、本発明は、かかる制御ポイント２６に限定されることなく、上面電極２３及び下面電極２４の構成に従って他の形態の制御ポイント２６が用いられる場合にも適応可能である。
【００３５】
また、本実施形態では、光変調素子２５として、分極反転を利用して電界制御による屈折率変調が容易に実現可能な強誘電体素材であるＰＬＺＴやＳＢＴやＳＢＮ等の素材が用いられる。
【００３６】
なお、本実施形態で用いられる光変調素子２５の特定領域における印加電圧（電位差）と屈折率との関係の一例を、図３（ｂ）に示す。図３に示すように、本実施形態で用いられる光変調素子２５は、特定領域において印加される電圧が大きくなると、当該特定領域の屈折率が大きくなるような特性を有している。
【００３７】
電界制御部２２は、干渉縞計算装置１から画像信号によって送信された干渉縞を表示するための情報（干渉縞の画像パターン）に基づいて、光変調素子２５の表面の制御ポイント２６に加える電界強度（電圧値）を変化させることによって、当該光変調素子２５内部の屈折率を変化させ、当該光変調素子２５内に当該干渉縞を形成するように構成されている。
【００３８】
本実施形態では、電界制御部２２は、上述の干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を光変調素子２５内に形成するために、複数の上面電極２３及び複数の下面電極２４に印加する電圧値を制御するように構成されている。
【００３９】
ここで、図４を参照して、電界制御部２２によって形成される電界変位面について説明する。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、電界制御部２２は、Ｘ軸方向の電極２３に印加する電圧値及びＹ軸方向の電極２４に印加する電圧値を変化させることによって、両者の交差部分である制御ポイント２６に印加する電圧値を制御して、光変調素子２５に記録する電界変位面を形成する。
【００４１】
制御ポイント２６ａ乃至２６ｄによって形成された電界変位面の拡大図を、図４（ｂ）に示す。
【００４２】
図４（ｂ）の例では、制御ポイント２６ａにおけるＸ軸方向の電極２３とＹ軸方向の電極２４との間の電位差は「０Ｖ」であり、制御ポイント２６ｂ乃至２６ｄにおけるＸ軸方向の電極２３とＹ軸方向の電極２４との間の電位差は「５Ｖ」である。その結果、図４（ｂ）に示す電界変位面が、制御ポイント２６ａ乃至２６ｄに印加された電圧によるクロストークによって光変調素子２５内に形成される。
【００４３】
なお、図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す電界変位面を形成する光変調素子２５内のＡ-Ｂ断面における屈折率の分布を示すものである。なお、光変調素子２５内部において電界強度が変化していない状態では、屈折率は一様である。
【００４４】
制御ポイント２６ａ乃至２６ｄに印加された電圧によるクロストークによって光変調素子２５内に形成された電界変位面が、干渉縞計算装置１から画像信号によって送信された干渉縞の画像パターンの各々に対応する。図４（ｄ）に示すように、複数の電界変位面によって光変調素子２５内に形成される干渉縞が構成される。
【００４５】
なお、本実施形態において、上述の干渉縞の画像パターンは、干渉縞の位相情報、干渉縞の振幅情報、又は、干渉縞の位相情報と振幅情報との組み合わせによって構成されている。
【００４６】
具体的には、電界制御部２２は、図５に示すように、画像信号受信部２２ａと、記憶部２２ｂと、決定部２２ｃと、電圧印加部２２ｄとを具備している。
【００４７】
画像信号受信部２２ａは、有線回線又は無線回線を介して、干渉縞計算装置１から画像信号によって送信された干渉縞を表示するための情報（干渉縞の画像パターン）を受信するものである。
【００４８】
記憶部２２ｂは、上述の干渉縞の画像パターンと、複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶するものである。
【００４９】
例えば、記憶部２２ｂは、図６に示すように、「画像パターン」の識別情報と、「制御ポイント＃１乃至＃４」における電位差とを関連付けるテーブルを記憶するように構成されている。
【００５０】
ここで、「画像パターン」は、４つの制御ポイント＃１乃至＃４における電位差によって形成される電界変位面の画像パターンを示す。
【００５１】
本実施形態では、電界変位面は、４つの制御ポイント＃１乃至＃４における電位差によって形成されるように構成されているが、本発明は、かかる場合に限定されるものではなく、２以上の任意数の制御ポイントにおける電位差によって形成される場合にも適応可能である。
【００５２】
決定部２２ｃは、各制御ポイント２６に印加する電圧値を決定するものである。
【００５３】
具体的には、決定部２２ｃは、記憶部２２ｂに記憶されているテーブル（図６参照）の中から、画像信号受信部２２ａによって受信された干渉縞の画像パターンに最も類似する「画像パターン」を選択して、選択した「画像パターン」に関連付けられている各制御ポイント２６における電位差に基づいて、各制御ポイント２６に印加する電圧値を決定するように構成されている。
【００５４】
電圧印加部２２ｄは、決定部２２ｃによって決定された各制御ポイント２６に印加する電圧値に基づいて、上面電極（Ｘ軸方向の電極）２３及び下面電極（Ｙ軸方向の電極）２４に所定電圧を印加する。
【００５５】
参照光照射装置３は、光変調素子２５に向けて参照光Ｂを照射するように構成されており、ここで、参照光Ｂは、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた参照光と同じ波長及び同じ入射角度を有する。
【００５６】
上述のように、光変調素子２５に干渉縞が記録されている状態で、当該光変調素子２５に向けて参照光Ｂを照射すると、当該光変調素子２５に記録されている干渉縞によって物体光Ａが発生する。その結果、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた３次元形状の物体から来る光と同じ物体光Ａが観察者の眼に入ることによって、観察者は上述の３次元形状の物体を立体的に観察することができる。
【００５７】
上述の本実施形態では、干渉縞計算装置１と立体画像表示装置２とが別個の装置として設けられているが、本発明は、これに限定されるものではなく、立体画像表示装置２が干渉縞計算装置１の機能を具備する構成についても適用可能である。
【００５８】
（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの動作）
図７を参照して、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの動作について説明する。
【００５９】
ステップＳ１０１において、立体画像表示装置２の電界制御部２２は、干渉縞計算装置１によって計算された干渉縞を表示するための情報（干渉縞の画像パターン）を含む画像信号を受信する。
【００６０】
ステップＳ１０２において、電界制御部２２は、受信した画像信号に含まれる干渉縞の画像パターンを解析する。具体的には、電界制御部２２は、受信した画像信号に含まれる干渉縞の画像パターンに最も類似する画像パターンを記憶部２６内のテーブルから選択する。
【００６１】
ステップＳ１０３において、電界制御部２２は、記憶部２６内のテーブルにおいて、選択した画像パターンに関連付けられている各制御ポイント２６の電界強度（電位差）に基づいて、各制御ポイント２６に印加する電圧値を決定する。
【００６２】
ステップＳ１０４において、電界制御部２２は、決定された各制御ポイント２６に印加する電圧値に基づいて、上面電極２３及び下面電極２４に電圧を印加することによって、光変調素子２５内の屈折率を変化させ、その結果、干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を当該光変調素子２５内に形成することができる。
【００６３】
なお、光変調素子２５に上述の画像パターンが記録されている状態で、参照光照射装置３が、当該光変調素子２５に対して、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた参照光と同じ波長及び同じ入射角度を有する参照光Ｂを照射すると、当該光変調素子２５に記録されている当該画像パターンによって物体光Ａが発生する。その結果、干渉縞計算装置１による干渉縞の計算に用いられた３次元形状の物体から来る光と同じ物体光Ａが観察者の眼に入ることによって、観察者は上述の３次元形状の物体を立体的に観察することができる。
【００６４】
（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの作用・効果）
本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムによれば、複数の上面電極２３及び複数の下面電極２４（すなわち、複数の制御ポイント２６）に印加された電圧によってクロストークを利用して形成される電界変位面が、所定の画像パターンを表現するため、アナログな画像パターンを表示することができ、画素電極の大きさや形状による画像の表示精度の制限を排除して、十分な精度の画像を表示することができる。
【００６５】
（本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示システム）
図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。
【００６６】
本実施形態に係る立体画像表示システムは、複数の制御ポイント２６が光変調素子２５に設けられた電極における突起形状部分である点を除いて、上述の第１及び第２の実施形態に係る立体画像表示システムと同じ構成を具備するものである。
【００６７】
図８（ａ）は、本実施形態に係るホログラム記録素子２１の断面を横方向から見た図であり、図８（ｂ）は、本実施形態に係るホログラム記録素子２１を上方から見た図である。
【００６８】
図８（ａ）に示すように、本実施形態に係るホログラム記録素子２１において、下面電極２４が突起形状を有している。かかる場合、下面電極２４の突起形状部分が、電界制御部２２によって印加する電圧値を制御する制御ポイント２６に該当する。
【００６９】
したがって、かかる下面電極２４における突起形状部分の先端に電荷が多く溜まるため、上面電極２３と下面電極２４との間で大きな電位差を発生することができる。また、本実施形態に係る下面電極２４を用いることによって、制御ポイント２６の間隔を狭めることができ、ホログラム記録素子２１の小型化を実現することができる。
【００７０】
図８（ｂ）に示すように、本実施形態に係るホログラム記録素子２１において、下面電極２４における突起形状部分は、光変調素子２５の表面上に一様に分布するように構成されている。
【００７１】
また、本実施形態に係るホログラム記録素子２１において、下面電極２４における突起形状部分は、印加電圧をアクティブに制御可能なトランジスタ等で構成されている。
【００７２】
したがって、本実施形態に係る電界制御部２２は、下面電極２４において所定電圧を印加する突起形状部分を随時変更することによって、上述の第２の実施形態に係る立体画像表示システムのように、上面電極２３又は下面電極２４を移動させることなく、複数の電界変位面を合成することによって高精度な干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを光変調素子２５内に形成することができる。
【００７３】
（本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システム）
図９乃至図１２を参照して、本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。以下、本実施形態に係る立体画像表示システムについて、上述の第１乃至第３の実施形態に係る立体画像表示システムとの相違点を主として説明する。
【００７４】
図９に示すように、本実施形態に係る立体画像表示システムは、サーバ装置１００と、立体画像表示装置２とを具備する。本実施形態では、立体画像表示装置２が、パケット通信ネットワーク５を介してサーバ装置１００との間で通信可能な携帯通信端末によって構成されている例について説明する。
【００７５】
サーバ装置１００は、図１０に示すように、干渉縞計算部１ａと、記憶部１ｂと、送信部１ｃとを具備している。
【００７６】
干渉縞計算部１ａは、物体光と参照光とから生成される干渉縞（計算機ホログラム）を計算するものである。
【００７７】
記憶部１ｂは、干渉縞の画像パターンと複数の上面電極２３及び下面電極２４の各々、すなわち、制御ポイント２６の各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶するものである。例えば、記憶部１ｂは、図６に示すテーブルを記憶するように構成されている。
【００７８】
送信部１ｃは、計算された干渉縞の画像パターンに関連付けられている複数の電圧値（各制御ポイント２６に印加する電圧値）を立体画像表示装置２に送信するものである。
【００７９】
立体画像表示装置２は、図１１に示すように、通信部３１と、ホログラム記録素子２１と、電界制御部２２と、光源３２と、光反射板３３とを具備している。
【００８０】
通信部３１は、サーバ装置１００に対して、干渉縞の画像パターンに対応する各制御ポイント２６に印加する電圧値を送信するように要求し、受信した複数の電圧値を電界制御部２２に送信する。
【００８１】
電界制御部２２は、通信部３１を介してサーバ装置から受信した干渉縞の画素パターンに対応する複数の電圧値の電圧を各制御ポイント２６に印加することによって、ホログラム記録素子２１の光変調素子２５内に、電界変位面を形成して、複数の電界変位面からなる干渉縞を記録するように構成されている。
【００８２】
なお、ホログラム記録素子２１の構成は、上述の第１乃至第３の実施形態に係るホログラム記録素子２１の構成と同様である。ここで、上面電極２３は、透明電極によって構成されている。
【００８３】
光反射板３３は、光源３２からの光を反射させることによって、参照光Ｂを生成するものである。ここで、参照光Ｂは、サーバ装置１００の干渉縞計算部１ａによる干渉縞の計算に用いられた参照光と同じ波長及び同じ入射角度を有する。なお、光源３２は、携帯通信端末の液晶ディスプレイで用いられるバックライトであってもよいし、かかるバックライトと別個に設けられた光源であってもよい。
【００８４】
次に、図１２を参照して、本実施形態に係る立体画像表示システムの動作の一例について説明する。
【００８５】
ステップＳ１００１において、サーバ装置１００の干渉縞計算部１ａが、物体光と参照光とから生成される干渉縞（計算機ホログラム）を計算する。
【００８６】
ステップＳ１００２において、サーバ装置１００の送信部１ｃが、記憶部１ｂを参照して、計算機ホログラムの各画像パターンに関連付けられている制御ポイント２６の各々に印加する電圧値を抽出する。
【００８７】
ステップＳ１００３において、サーバ装置１００の送信部１ｃが、抽出した制御ポイント２６の各々に印加する電圧値（電界強度情報）を含む画像情報を、パケット通信ネットワーク５を介して、立体画像表示装置２に送信する。
【００８８】
ステップＳ１００４において、立体画像表示装置２の電界制御部２２が、通信部３１を介してサーバ装置から受信した画像情報に基づいて、所定のタイミングで上面電極２３及び下面電極２４に所定電圧を印加することによって、ホログラム記録素子２１の光変調素子２５内に、電界変位面を形成して、複数の電界変位面からなる干渉縞を記録する。
【００８９】
ステップＳ１００５において、光源３２が、光反射板３３を介して参照光Ｂをホログラム記録素子２１の光変調素子２５内に形成された干渉縞に照射することによって、立体画像を表示する。
【００９０】
（本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システム）
図１３及び図１４を参照して、本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。以下、本実施形態に係る立体画像表示システムについて、上述の第１乃至第３の実施形態に係る立体画像表示システムとの相違点を主として説明する。
【００９１】
図１３（ａ）に示すように、本実施形態に係るホログラム記録素子２１は、電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子２５と、当該光変調素子２５の表面に設けられた複数の制御ポイント２６とを具備する。
【００９２】
具体的には、ホログラム記録素子２１は、光変調素子２５の上面に複数の上面電極２３が設けられており、また、光変調素子２５の下面に下面電極２４が設けられている。ここで、下面電極２４は、接地されているものとする。
【００９３】
本実施形態では、光変調素子２５の上面に設けられた複数の上面電極２３の各々を、電界制御部２２によって印加する電圧値を制御するポイントである「制御ポイント２６」とする。
【００９４】
また、上面電極２３の各々に印加する電圧値は、電界制御部２２によって独立に制御される。
【００９５】
なお、本実施形態における上面電極２３は、従来技術に係るアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置における上面電極２３と異なり、表示する画像を構成する各画素に対応していない。
【００９６】
本実施形態では、図１３（ｂ）に示すように、光変調素子２５において、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係は、非線形である。すなわち、本実施形態に係る光変調素子２５は、印加される電界強度が高くなるにつれて、屈折率が急激に変化する特性を有している。
【００９７】
図１４（ａ）に、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係が線形である光変調素子を用いた場合の例を示し、図１４（ｂ）に、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係が非線形である本実施形態に係る光変調素子を用いた場合の例を示す。
【００９８】
図１４（ａ）及び（ｂ）において、「Ｃ」は、図１３（ａ）のＢ方向から見たホログラム記録素子２１の様子（屈折率の変化パターン）を示し、「Ｄ」は、図１３（ａ）のＡ方向から見たホログラム記録素子２１の断面図を示す。
【００９９】
図１４（ａ）及び（ｂ）から分かるように、上面電極２３と下面電極２４との間に同じ電位差（例えば、５Ｖ）を与えた場合であっても、図１４（ａ）に示すホログラム記録素子２１と図１４（ｂ）に示すホログラム記録素子２１とで光変調素子２５内部における屈折率の変化が異なり（「Ｄ」における屈折率変化曲線を参照）、図１３（ａ）のＢ方向から見た場合の屈折率の変化パターンも異なる。
【０１００】
具体的には、図１４（ｂ）に示すホログラム記録素子２１における屈折率の変化パターンは、図１４（ａ）に示すホログラム記録素子２１における屈折率の変化パターンよりも小さい。
【０１０１】
すなわち、本実施形態によれば、上面電極２３と下面電極２４との間に所定の電位差を与えた場合に、印加される電界強度（電位差）と屈折率の変化との関係が線形である光変調素子を用いたホログラム記録素子２１における屈折率の変化パターンよりも小さい屈折率の変化パターンを生成することができるため、より細かな干渉縞の画像パターンを生成することができる。
【０１０２】
（本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システム）
図１５乃至図１７を参照して、本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムについて説明する。以下、本実施形態に係る立体画像表示システムについて、上述の第１乃至第５の実施形態に係る立体画像表示システムとの相違点を主として説明する。
【０１０３】
本実施形態に係るホログラム記録素子２１の構成は、上述の第５の実施形態におけるホログラム記録素子２１の構成と同一である（図１３（ａ）参照）。
【０１０４】
本実施形態では、図１５（ａ）に示すように、制御ポイント２６は、複数の微小電極２６ａを有するように構成されている。図１５（ａ）の例では、微小電極２６ａは、円形状を有しているが、本発明はこれに限定されず、制御ポイント２６が任意の形状の微小電極２６ａを有する場合にも適応可能である。
【０１０５】
また、電界制御部２２は、微小電極２６ａの各々に印加する電圧値を制御するように構成されている。
【０１０６】
具体的には、電界制御部２２は、図１５（ｂ）に示すように、ケーブル等の接続部２６ｂによって微小電極２６ａの各々に接続されており、微小電極２６ａの各々に印加する電圧値を独立に制御することができる。
【０１０７】
また、図１６に示すように、制御ポイント２６が設けられている上面電極２３（又は、下面電極２４）は、上述の第２の実施形態の場合と同様に、所定方向（上面電極移動方向又は下面電極移動方向）に移動可能に構成されていてもよい。
【０１０８】
図１７に、制御ポイント２６を構成する微小電極２６ａの一部に電圧を印加する場合の電圧を印加する微小電極２６ａのパターン（ａ）乃至（ｃ）を示す。図１７では、白丸で表現されている微小電圧２６ａに電圧が印加されており、黒丸で表現されている微小電圧２６ａに電圧が印加されていないものとする。
【０１０９】
電圧が印加される微小電極２６ａのパターンが「パターン（ａ）」である場合、光変調素子２５内部に形成される等電位面は「パターン（ａ）」となり、電圧が印加される微小電極２６ａのパターンが「パターン（ｂ）」である場合、光変調素子２５内部に形成される等電位面は「パターン（ｂ）となり、電圧が印加される微小電極２６ａのパターンが「パターン（ｃ）」である場合、光変調素子２５内部に形成される等電位面は「パターン（ｃ）」となる。
【０１１０】
上述のように、本実施形態によれば、電界制御部２２が電圧を印加する微小電極２６ａのパターンを変更することによって、複数の等電位面のパターンを生成することができるため、より精度良く干渉縞の画像パターンを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける光変調素子に記録される計算機ホログラムの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置について説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける電界制御部による制御方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける電界制御部の機能ブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムにおける電界制御部の記憶部の記憶内容を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示システムの動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る立体画像表示システムにおけるホログラム記録素子を説明するための図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムの全体構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムにおけるサーバ装置の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る立体画像表示システムの動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る立体画像表示システムにおける立体画像表示装置を説明するための図である。
【図１８】従来の単純マトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置を説明するための図である。
【図１９】従来のアクティブマトリクス方式の電極構造を有する画像表示装置を説明するための図である。
【図２０】従来の画像表示装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１２】
Ａ…物体光
Ｂ…参照光
１…干渉縞計算装置
２…立体画像表示装置
２１…ホログラム記録素子
２２…電界制御部
２２ａ…画像信号受信部
２２ｂ…記憶部
２２ｃ…決定部
２２ｄ…電圧印加部
２３…上面電極
２４…下面電極
２５…光変調素子
２６…制御ポイント
３１…通信部
３２…光源
３３…光反射板
３…参照光照射装置
５…パケット通信ネットワーク
１００…サーバ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、
前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、
前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、所定の画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成された電界制御部とを具備することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
計算された干渉縞を用いて立体画像を表示する立体画像表示装置であって、
電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、
前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、
前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成された電界制御部とを具備することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３】
前記画像パターンは、少なくとも前記干渉縞の位相情報又は前記干渉縞の振幅情報のいずれかによって構成されることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記制御ポイントは、前記光変調素子の表面の縦方向に配線された縦方向配線電極と横方向に配線された横方向配線電極との交差部分であることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記電界制御部は、前記干渉縞の画像パターンと前記複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶しており、計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている前記電圧値を前記複数の制御ポイントの各々に印加することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記複数の制御ポイントは、前記光変調素子の表面に設けられた電極における突起形状部分であることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記光変調素子において前記電界強度と前記屈折率の変化との関係が非線形であることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記複数の制御ポイントは、複数の微小電極を有し、
前記電界制御部は、前記微小電極の各々に印加する電圧値を制御することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
立体画像表示装置とサーバ装置とを具備し、立体画像を表示する立体画像表示システムであって、
前記サーバ装置は、
物体光と参照光とから生成される干渉縞を計算する干渉縞計算部と、
干渉縞の画像パターンと複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶する記憶部と、
計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている複数の電圧値を前記立体画像表示装置に送信する送信部とを具備し、
前記立体画像表示装置は、
電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、
前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、
前記サーバ装置から受信した前記複数の電圧値を、前記複数の制御ポイントの各々に印加して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備することを特徴とする立体画像表示システム。
【請求項１】
電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、
前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、
前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、所定の画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成された電界制御部とを具備することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
計算された干渉縞を用いて立体画像を表示する立体画像表示装置であって、
電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、
前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、
前記複数の制御ポイントに印加する電圧値を制御して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成された電界制御部とを具備することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３】
前記画像パターンは、少なくとも前記干渉縞の位相情報又は前記干渉縞の振幅情報のいずれかによって構成されることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記制御ポイントは、前記光変調素子の表面の縦方向に配線された縦方向配線電極と横方向に配線された横方向配線電極との交差部分であることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記電界制御部は、前記干渉縞の画像パターンと前記複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶しており、計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている前記電圧値を前記複数の制御ポイントの各々に印加することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記複数の制御ポイントは、前記光変調素子の表面に設けられた電極における突起形状部分であることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記光変調素子において前記電界強度と前記屈折率の変化との関係が非線形であることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記複数の制御ポイントは、複数の微小電極を有し、
前記電界制御部は、前記微小電極の各々に印加する電圧値を制御することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
立体画像表示装置とサーバ装置とを具備し、立体画像を表示する立体画像表示システムであって、
前記サーバ装置は、
物体光と参照光とから生成される干渉縞を計算する干渉縞計算部と、
干渉縞の画像パターンと複数の制御ポイントの各々に印加する電圧値とを関連付けて記憶する記憶部と、
計算された前記干渉縞の画像パターンに関連付けられている複数の電圧値を前記立体画像表示装置に送信する送信部とを具備し、
前記立体画像表示装置は、
電界強度に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する光変調素子と、
前記光変調素子の表面に設けられた複数の制御ポイントと、
前記サーバ装置から受信した前記複数の電圧値を、前記複数の制御ポイントの各々に印加して、前記干渉縞の画像パターンと等価な画像パターンを有する電界変位面を前記光変調素子内に形成するように構成されている電界制御部とを具備することを特徴とする立体画像表示システム。
【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】
【公開番号】特開２００６−１５４１３１（Ｐ２００６−１５４１３１Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４２９６５（Ｐ２００４−３４２９６５）
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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