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JP3151347B2 - 自動立体方向性ディスプレイ装置 - Google Patents

自動立体方向性ディスプレイ装置

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JP3151347B2
JP3151347B2 JP31715493A JP31715493A JP3151347B2 JP 3151347 B2 JP3151347 B2 JP 3151347B2 JP 31715493 A JP31715493 A JP 31715493A JP 31715493 A JP31715493 A JP 31715493A JP 3151347 B2 JP3151347 B2 JP 3151347B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動立体方向性ディス
プレイ装置に関する。このような装置は、空間的な情報
及び／または時間的な情報を、例えば、自動立体三次元
ディスプレイを供給することができるように、方向性を
有する情報に変換するために使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】不透明で動きのある対象の三次元（３
Ｄ）イメージを生成することができる公知の三次元ディ
スプレイ装置は、多数の二次元（２Ｄ）イメージを表示
することによって、観察者に対して３Ｄの知覚を作り出
すことに頼ってきた。各２Ｄイメージは特定の方向から
の対象のビューであり、その方向に向けて「再生」され
る。これらの３Ｄイメージの正確さ及び効果、並びに最
大ディスプレイサイズ及び観察者の位置の自由度は、表
示される２Ｄビューの数の増加と共に増加する。
【０００３】３Ｄ表示を供給するための２つの公知の技
術は、レンティキュラー法、及びタイムマルチプレクス
またはシーケンシャル法を使用している。効果的に３Ｄ
表示を行うためには、このようなシステムは対象の２Ｄ
ビューを多数表示しなければならない。ダイレクトビュ
ーレンティキュラーシステムでは、ビューの最大数はそ
のシステムで使用される空間光変調器（ＳＬＭ）の解像
度によって決定される。これに対して、マルチプロジェ
クタシステムでは、ビューの最大数は、使用される別個
のＳＬＭの数によって決定される。時間多重システムで
は、ＳＬＭのフレームレートがビューの最大数を決定す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】公知の３Ｄ表示技術
は、ビームコンバイナー及び偏光技術を用いており、２
つのビューに制限された３Ｄイメージを提供する。しか
し、これは自動立体技術ではなく立体技術である。つま
り、観察者は、３Ｄ効果を見るためには偏光眼鏡をかけ
なければならない。
【０００５】ＧＢ ２ １８５ ８２５Ａは、球形の凹
面鏡によって観察者の目において２つの２Ｄビューがイ
メージを形成する自動立体ディスプレイを開示してい
る。
【０００６】ＧＢ ２ ０６６ ５０３Ａは、２Ｄビュ
ーをレンティキュラースクリーン上に投影することによ
り自動立体ディスプレイとして用いられ得るイメージ投
影システムを開示している。２Ｄビューのイメージは陰
極線管の面上に形成され、投影レンズにより投影され
る。投影されたイメージはビームスプリッタ及び鏡によ
って組み合わせられ、レンティキュラースクリーン上に
イメージを形成する。このレンティキュラーレンズは、
観察者の片方ずつの目が異なる２Ｄビューを見るように
視差を与える。
【０００７】ＧＢ ２ ２０６ ７６３Ａは、２Ｄイメ
ージが連続してＳＬＭに供給される３Ｄディスプレイを
開示している。ＳＬＭの後方の制御された光源が、２Ｄ
イメージのそれぞれが捉えられた方向に対応するそれぞ
れの方向から、２Ｄイメージのそれぞれが見えるように
する。
【０００８】ＧＢ １ ３４６ ９１５は、それぞれの
方向における空間的に多重化されたイメージを見ること
ができるようにするために、球形レンズのアレイが用い
られている方向性ディスプレイを開示している。適切に
撮影された２Ｄビューを用いること、並びに、レンズの
下方のビューの要素を組み合わせることにより自動立体
ディスプレイを作ることが可能である。
【０００９】ＧＢ １ １２１ ０９７は、球形レンズ
の代わりに凹型反射鏡を用いていることを除けば、ＧＢ
１ ３４６ ９１５において開示されたものと同様な
技術により提供される３Ｄピクチャーを開示している。
【００１０】ＥＰ ０ ２６２ ９５５Ａは、制御可能
な光源、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような
形状の光源によりイメージが形成される自動立体ディス
プレイを開示している。ＬＣＤの上にはレンティキュラ
ースクリーンが配されており、２つの２Ｄビューが観察
者の目のそれぞれで見えるように視差を与える。
【００１１】ＷＯ ７９／００３０８は、数本の陰極管
がそれぞれ、光景の断面を異なる深さで表示する、３Ｄ
イメージを作るための装置を開示している。この装置で
は、一組のビームスプリッタとレンズとが共通光軸に沿
った異なる位置で上記断面の２Ｄイメージを積み重ねる
ように配置されており、これにより３Ｄイメージのよう
に見える。
【００１２】ＵＳ ４ ６２３ ２３３は、２つの２Ｄ
ビューが平面鏡によって球形凹面鏡上に反射される自動
立体ディスプレイを開示している。凹面鏡は、観察者の
片方ずつの目で見られる２Ｄビューの実際のイメージを
形成する。
【００１３】しかし、多数のビューを表示するために公
知の配置を用いると、実際に利用できるＳＬＭの最高フ
レームレートは時間多重表示には不十分であり、また現
在利用できるＳＬＭの最大解像度はダイレクトビューレ
ンティキュラー法には不十分である。多数のＳＬＭを用
いるマルチプロジェクタレンティキュラー方法は高価で
あり、大きくなってしまう。ゆえに、公知の３Ｄディス
プレイシステムは、視界の範囲からの動きのある電子的
な不透明なカラー自動立体３Ｄイメージを正確に供給す
ることができなかったり、供給することができても、こ
のような３Ｄイメージを正確に供給するには公知の３Ｄ
ディスプレイシステムは不便である。
【００１４】英国特許第９２１０３９９．３号は、時間
多重及び空間多重システム、並びに、空間多重及び時間
多重を組み合わせて多数のビューを有する３Ｄ表示を提
供するシステムを開示している。しかし、現在利用でき
るＳＬＭの最大解像度や、最高フレームレートによっ
て、表示され得るビューの数は制限される。
【００１５】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、３Ｄイメージを構成するため
に供給される２Ｄビューの数を増やすことができ、視界
の範囲からの動いている不透明なカラー自動立体イメー
ジも再生することができる自動立体ディスプレイ装置を
提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の自動立体方向性
ディスプレイ装置は、それぞれが、観察者の目において
イメージとなるビューを形成する自動立体ディスプレイ
を有する複数のディスプレイと、各ディスプレイにおけ
る自動立体ディスプレイの出力を結合する光学結合シス
テムと、を備えており、各ディスプレイにおける自動立
体ディスプレイの出力が、該光学結合システムと協同し
て、観察者の左右の各目によってそれぞれ異なる方向に
おいて見ることができる複数のビューを供給することを
特徴とする。
【００１７】前記装置は、前記ビューが見える前記方向
のそれぞれが、角度の範囲を有していてもよい。
【００１８】前記装置は、前記角度の範囲が横方向の平
面において角度的に隣接していてもよい。
【００１９】前記装置は、前記ディスプレイの１つと前
記光学結合システムとによって供給される前記ビューを
見ることができる前記方向は、該ディスプレイの他の１
つと該光学結合システムとによって供給されるビューを
見ることができる方向とは異なっていてもよい。
【００２０】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
により供給される前記ビューを見ることができる方向
は、該ディスプレイの他の１つによって供給されるビュ
ーを見ることができる方向と組み合わされていてもよ
い。
【００２１】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
が、時間的に多重化されたディスプレイを有していても
よい。
【００２２】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
が、空間光変調器と、光学システムと、複数の順次発光
し得る光源とを有しており、該複数の光源は、該光学シ
ステムを通してそれぞれに異なる角度で該空間光変調器
を発光させるように配置されていてもよい。
【００２３】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
が空間的に多重化されたディスプレイを有していてもよ
い。
【００２４】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
が、空間光変調器と、該空間光変調器を発光させるため
拡散光源と、該空間光変調器と前記光学結合システムと
の間に設けられたレンズのアレイまたはパララックス
（視差）バリアとを有していてもよい。
【００２５】前記装置は、前記レンズのアレイのそれぞ
れがレンティキュラースクリーンを有していてもよい。
【００２６】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
が、時間的にかつ空間的に多重化されたディスプレイを
有していてもよい。
【００２７】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
が、空間光変調器と、該空間光変調器の第１の面に隣接
して設けられた第１のピッチを有する第１のレンズのア
レイまたは第１のパララックスバリアと、該空間光変調
器と前記光学結合システムの間の該空間光変調器の第２
の面に隣接して設けられている第１のピッチよりも大き
な第２のピッチを有する第２のレンズのアレイまたは第
２のパララックスバリアと、光学システムと、該光学シ
ステムを通じて、それぞれの異なった角度で該第１のレ
ンズのアレイまたは該第１のパララックスバリアを発光
させるように配置された複数の順に発光し得る光源とを
有していてもよい。
【００２８】前記装置は、ビーム分割手段が、前記ディ
スプレイに共通な前記光源と前記空間光変調器との間に
設けられていてもよい。
【００２９】前記装置は、前記ビーム分割手段が、前記
光源からの光を複数のビームに分割するビームスプリッ
タと複数のミラーとを有しており、該ミラーは、それぞ
れが該複数のビームのそれぞれを前記空間光変調器の１
つに向けて反射するように配置されていてもよい。
【００３０】前記装置は、前記ビームスプリッタ及び前
記光学結合システムは、該ビームスプリッタからの該光
の実質的に全てが該光学結合システムによって単一の観
察者領域に供給されるような偏光感応性を有していても
よい。
【００３１】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
の前記光源が、それぞれのシャッターの後方に設けられ
た拡散光源を有していてもよい。
【００３２】前記装置は、前記シャッターからの光路
は、互いに交わり、かつ、光をそれぞれの前記空間光変
調器へ向けて反射するように配置されたそれぞれのミラ
ーと交差してもよい。
【００３３】前記装置は、前記シャッターのそれぞれ
が、それぞれの前記空間光変調器の入力偏光と一致する
出力偏光を有していてもよい。
【００３４】前記装置は、前記光学結合システムが、光
学的伝達路及び光学的反射路を有する少なくとも１つの
ビームコンバイナーを有していてもよい。
【００３５】本発明の他の自動立体ディスプレイ装置
は、複数のディスプレイと、該ディスプレイの出力を結
合するための光学結合システムとを備えており、該ディ
スプレイのそれぞれが、光源と、該光源からの光を見せ
るためのイメージと共に変調するように配置された光伝
達空間光変調器と、該光伝達空間光変調器と隣接して設
けられたレンズ配置であって、該光学結合システムを通
して観察者の位置のビューイングウインドウにおいて該
光源のイメージを形成するように配置されたレンズ配置
とを有しており、そのことにより上記目的が達成され
る。
【００３６】前記装置は、前記ディスプレイの前記光源
が、共通の光源と、該共通の光源からの光を複数のビー
ムに分割するのビームスプリッタと、該ビームのうちの
１本を該ディスプレイのそれぞれの１つの前記空間光変
調器へ向けて該ビームのうちの１本を反射する少なくと
も１つの反射板とを有していてもよい。
【００３７】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
が光軸を有しており、前記レンズ配置のそれぞれが、該
それぞれのディスプレイの該光軸から横方向にずれた光
軸を有していてもよい。
【００３８】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
に対して、前記光源が拡散光源を有しており、前記レン
ズ配置がレンズのアレイを有しており、パララックスバ
リアが該レンズのアレイの対象平面内の該光源と該レン
ズのアレイとの間に設けられていてもよい。
【００３９】前記装置は、前記レンズ配置のそれぞれが
オートコリメーティングスクリーンを有していてもよ
い。
【００４０】前記装置は、前記レンズ配置のそれぞれが
角度増幅スクリーンを有していてもよい。
【００４１】前記装置は、前記ディスプレイのそれぞれ
について、前記光源が単一の光源を有しており、前記空
間光変調器が、単一の所定の方向からのビューを表すイ
メージを有する光を変調するように配置されていてもよ
い。
【００４２】
【作用】このような装置は、比較的多数の２Ｄビューを
供給するための３Ｄディスプレイ装置として使用するこ
とができる。あるいは、このような装置は他の用途、例
えば異なる方向から見ると異なる情報を表示する標識等
に使用することができる。
【００４３】従って、ダイレクトビュー表示システムに
おいて使用され得て、かつ、多数の空間的に多重化され
たタイプのディスプレイ及び／または時間的に多重化さ
れたタイプのディスプレイを組み合わせて、２Ｄイメー
ジまたはビューの表示レートを増加させる光学装置を提
供することができる。ビューの数を増加させることによ
って、３Ｄイメージの正確さ及び印象を改善することが
できる。また、より広い範囲内の位置での観察及び多数
の観察者による観察を可能とする。この３Ｄ効果を見る
のに視覚補助器具を用いる必要はない。すなわち、ディ
スプレイは自動立体的である。さらに、色彩、動き、及
び不透明なイメージをすべて表示できるように、公知の
イメージキャプチャー技術を利用することができる。
【００４４】
【実施例】図において、同一の構成要素には同一の符号
を付している。
【００４５】図１に示される３Ｄディスプレイは、複数
の光源１と光源１を順に発光させる制御回路２とを有す
る第１の自動立体ディスプレイ配置を備えている。４つ
の光源１は、各光源１の横幅と実質的に等しいピッチで
横方向に間隔をおいて示されている。レンズ３として図
中に示されている光学システムは、光源１と空間光変調
器（ＳＬＭ）４との間に配設されている。あるいは、Ｓ
ＬＭ４は、光源１とレンズ３との間に、レンズ３に隣接
して配設されてもよい。
【００４６】ＳＬＭ４は液晶装置を有しており、各ビュ
ーが光源１の対応する１つによって明るくされるよう
に、複数の２Ｄビューを順に表示するために並べられ
る。従って２Ｄビューは、それらのビューがイメージキ
ャプチャー中に録画された角度に対応するさまざまな角
度から見られる。
【００４７】図１のディスプレイは第２の自動立体ディ
スプレイ配置をさらに備えている。第２の自動立体ディ
スプレイ装置は、複数の光源５、制御回路６、レンズ
７、及びＳＬＭ８とを有しているが、これらはそれぞれ
実質的に、光源１、制御回路２、レンズ３、及びＳＬＭ
４と同一である。
【００４８】２つの空間的に多重化されたディスプレイ
配置からのビューは、図中にビームスプリッタ９として
示される光学結合システムにより結合される。ＳＬＭ４
により再生されたビューは、ビームスプリッタ９を通し
て観察者１０へ向けて送られるのに対して、ＳＬＭ８か
らのビューはビームスプリッタ９により観察者へ向けて
反射される。図２は、２つの空間的に多重化されたディ
スプレイ配置からのビューがビームスプリッタ９に向け
て投影される方向を示している。図３は、ビームスプリ
ッタ９によって観察者に知覚される見かけの光源の位置
及び方向性を示している。各３Ｄイメージ要素は、イメ
ージ出力角度の定められた範囲を、横方向に連続して広
がった光がディスプレイから発されるように互いに組み
合わされている２つのディスプレイ配置からの要素で満
たす。従って、再構成された３Ｄイメージは、適切な位
置にいる観察者１０によって連続した範囲の角度にわた
って観察される。
【００４９】ＳＬＭ８により再生された２Ｄイメージ
は、ビームスプリッタ９によって横方向に反転される。
これに対する補正は、ＳＬＭ８において２Ｄビューを横
方向に反転することによって行われてもよい。
【００５０】ビームスプリッタ９は、光学結合機能を行
うことのできる装置またはシステムを有していてもよ
い。例えば、ビームスプリッタ９は、部分的に銀メッキ
されたミラーを有していてもよい。あるいは、金属被覆
によって生じる入射光の吸収を減らすために全誘電無極
性被覆を用いてもよい。しかし、このような被覆は、通
常、特定の波長に対して設計されているため、応用範囲
が狭いかも知れない。ハイブリッド金属誘電被覆は、適
度な吸収を有しており、偏光に対する感度が低く、良好
な広帯域にわたってフラットなスペクトルを有するビー
ムスプリッタを供給するための金属と誘電体との利点を
合わせ持っている。
【００５１】図４は、図１の時間的に多重化されたディ
スプレイ配置の代わりに、２つの空間的に多重化された
ディスプレイ配置を備えているディスプレイを示してい
る。ＳＬＭ４、８、ビームスプリッタ９、及び観察者１
０は、図１に示されるものに対応している。しかし、Ｓ
ＬＭ４は拡散光源１１によって照らされ、ＳＬＭ４から
照射される変調された光はレンティキュラースクリーン
１２を通過する。レンティキュラースクリーン１２は、
規則的な横方向のピッチで配された複数の円筒形平集光
レンティキュールを有している。同様に、拡散光源１３
とレンティキュラースクリーン１４とが、ＳＬＭ８に対
して設けられている。
【００５２】ＳＬＭ４、８のそれぞれは、複数の組み合
わされた、薄い縦の画素から構成される２Ｄビューを同
時に生成する。異なるビューからの複数のこのような画
素は、図５に示されるように、スクリーン１２、１４の
レンティキュールのそれぞれの後ろに表示される。これ
らのビューは、図６に示されるように、見かけの画素位
置及び方向性を与えるように、ビームスプリッタ９によ
って組み合わされる。従って、図１の実施態様のよう
に、適切な位置にいる観察者は、角度の連続した範囲に
わたって、再構成された３Ｄイメージを見る。
【００５３】利用できるビューの数を増やすために、図
７のディスプレイに示されるように、空間的多重技術と
時間的多重技術とを組み合わせてもよい。光源１及び
５、制御回路２、６、レンズ３、７、及びビームスプリ
ッタ９は図１に示されるものと同一である。しかし、図
１のＳＬＭ４、８は、英国特許出願第９２１０３９９．
３に開示されているタイプの、ハイブリッドサンドイッ
チ２０、２１で置き換えられている。例えば、ハイブリ
ッドサンドイッチのそれぞれは、第１のレンティキュラ
ーピッチを有する第１のレンティキュラースクリーン
と、ＳＬＭと、拡散器と、第１のピッチよりも大きい第
２の横方向ピッチを有する第２のレンティキュラースク
リーンと有する。第２のレンティキュラースクリーンの
ピッチは、第１のスクリーンのピッチの整数倍に実質的
に等しい。
【００５４】光源１、５は、制御回路２、６により順に
発光させられ、イメージ情報は発光と同期してハイブリ
ッドサンドイッチ２０、２１のＳＬＭに順に供給され
る。ＳＬＭに供給されるイメージ情報の各「フレーム」
は、図４の実施態様に関して述べられているように空間
的に多重化された複数のイメージを含んでいる。従っ
て、個々の２Ｄビューは、それらのビューがイメージキ
ャプチャー中に記録された方向に対応する方向における
角度範囲にわたって再生され、ビームスプリッタ９は、
観察者１０が角度の連続した範囲にわたって３Ｄイメー
ジを見ることができるようにビューを組み合わせる。
【００５５】図１〜図７に示されるディスプレイは、２
つのディスプレイ配置と協同して複合３Ｄイメージを形
成するために供給され得る２Ｄビューの数を増加させる
単一のビームスプリッタ９をそれぞれ備えている。しか
し、複数のビームスプリッタが備えられていてもよく、
図８に示されるディスプレイは、２つのビームスプリッ
タ９、２９と、図７に示されるタイプの空間的多重化と
時間的多重化とが組み合わされた３つのディスプレイ配
置を備えている。第３のディスプレイ配置は、光源３
１、制御回路３２、レンズ３３及びハイブリッドサンド
イッチ３４を有しており、これらは実質的に、光源１、
制御回路２、レンズ３及びハイブリッドサンドイッチ２
０と同一である。ハイブリッドサンドイッチ２０からの
ビューは、ビームスプリッタ９、２９を直接通り抜け
て、観察者１０に送られる。ハイブリッドサンドイッチ
２１からのビューは、ビームスプリッタ９により反射さ
れ、ビームスプリッタ２９を通り抜けて観察者１０に送
られる。ハイブリッドサンドイッチ３４からのビュー
は、ビームスプリッタ２９によって観察者１０の方向へ
反射される。これにより３つのビューが観察者に提供さ
れるため、広い範囲内の位置での観察が可能になりま
す。
【００５６】図９は２つのビューを供給するための比較
的単純なタイプの３Ｄディスプレイを示している。図９
のディスプレイは、図１のディスプレイと似ているが、
光源１、５、及び制御回路２、６が、連続的に発光させ
られる光源４１、４２に置き換えられている。
【００５７】図１０に、図９の３Ｄディスプレイと似て
いるが、さらに、ビームスプリッタ２９、レンズ４３、
及びＳＬＭ４４を備えている３Ｄディスプレイを示す。
図１０のディスプレイは、３つの連続的に発光させられ
る光源５１、５２、５３を有しており、３つのビューを
供給する。光源５２がレンズ４３の軸上にあるのに対し
て、光源５１、５３は、それぞれ、レンズ３、７の軸か
らずれて配置されており、ビームスプリッタ９から離れ
た光ビームは、互いに横方向に隣接する。この場合も図
８の場合と同様に、３つのビューが観察者に提供される
ため、広い範囲内の位置での観察が可能になります。
【００５８】図１１に示されるディスプレイは、光源５
と制御回路６が省かれ、ビーム分割装置が、ＳＬＭ４、
８を照らすために光源１（図１１では２つだけが示され
ている）からの光を分割するように設けられている点
で、図１のディスプレイとは異なっている。光源１から
の光は、例えばビームスプリッタ９と同じタイプのビー
ムスプリッタ５６によって、通過ビームと反射ビームと
に分けられる。通過ビームは、ミラー５７により、レン
ズ３（例えばフレネルタイプ）及びＳＬＭ４の方向に反
射される。反射ビームは、ミラー５８によってレンズ７
及びＳＬＭ８の方向へ反射される。ビームスプリッタ５
６は、光を等しい強度の２本のビームに分割するように
配置されている。ミラー５７、５８は完全に平行ではな
い。つまり、一方は他方に対してわずかな角度、例えば
約５゜傾いている。ゆえに、それぞれの光源１は、ビー
ムスプリッタ９によって再合成された後観察者１０の目
において適当な眼間距離だけ離れてイメージを形成する
見かけ上２つの光源になる。
【００５９】この配置は、１つの制御回路及び一連の光
源を取り除くことにより、簡素化されたディスプレイを
提供する。さらに、カラーマッチングに関して、図１の
光源１および５のマッチングに伴う問題が避けられる。
ディスプレイ全体のサイズ及び複雑さもまた、図１１に
示される単一発光システムを採用することで減少させら
れる。
【００６０】図１のディスプレイと比較しての図１１に
示すディスプレイの欠点は、半分の数の光源しか設けら
れていないために、半分の光量しか得られないというこ
とである。これは図１２に示される実施態様を用いて補
われ得る。図１２のディスプレイは、ビームスプリッタ
３６が偏光タイプであり、光を、矢印５９及び６０で示
すように２つの直交する偏光成分に分けるという点で図
１１のディスプレイとは異なる。ＳＬＭ４、８は、互い
に直交するように配設された偏光シートを組み込んだ液
晶ディスプレイ（ＬＣＤ）タイプである。さらに、ビー
ムスプリッタ９は偏光に感応するタイプであり、装置を
伝播した実質的にすべての光は、観察者１０に向けられ
る。
【００６１】図１１のディスプレイは１０’で示した観
察者の位置からも見ることができるのに対して、図１２
のディスプレイは、観察者１０の方向からしか見ること
ができない。多くの用途において、このことは欠点にな
らないが、図１２のディスプレイおける輝度の向上は利
点である。
【００６２】図１１及び１２の実施態様は、制御回路２
を取り除き、単一の光源１を設けることにより、２つの
２Ｄビューを供給するように改変されてもよい。
【００６３】図１３に示されるディスプレイは、図１の
ディスプレイと似ているが、図１１に示すように配置さ
れているミラー５７、５８を用いて、ＳＬＭ４、８を照
らすための折れ曲った光路を採用している。図１３のデ
ィスプレイは、図１のディスプレイとはさらに異なり、
光源１、５が、ＬＣＤシャッター６３、６４の後方に設
けられている拡散光源４２、４４に置き換えられてい
る。シャッターは、図１に２及び６で示したタイプの制
御回路により制御され、順番に発光させられる複数の光
源を効果的に与えるように作動する。
【００６４】図１３に示されるように光源からＳＬＭ
４、８への光路を折り曲げることにより、比較的小型の
ディスプレイを作ることができる。２つの光源を使用す
ることにより、図１１に示すディスプレイに対して、デ
ィスプレイの輝度を増加させることができる。
【００６５】ＬＣＤシャッター６３、６５は、それぞ
れ、ＳＬＭ４、８の入力偏光器に合った偏光を与えるよ
うに、強誘電性液晶、ＴＮ（ツイステッドネマティッ
ク）型またはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティッ
ク）型であってもよい。例えば、シャッター６３の出力
の偏光とＳＬＭ４の入力の偏光とが−４５゜であっても
よく、これに対してシャッター６５の出力の偏光とＳＬ
Ｍ８の入力の偏光とが＋４５゜であってもよい。このよ
うな配置は、ＬＣＤシャッターの使用による光の損失の
発生を最小にする。
【００６６】図１４に示されるディスプレイは、ＳＬＭ
４、８、ビームコンバイナー９、例えばライトボックス
１１、１３の形状である拡散光源、及びレンティキュラ
ースクリーン１２、１４を備えているという点では図４
のディスプレイと同一である。しかし図１４のディスプ
レイは、レンティキュラースクリーン１２、１４がそれ
ぞれＳＬＭ４、８と光源１１、１３との間に配設され、
パララックス（視差）バリア６８、６９がレンティキュ
ラースクリーン１２、１４の対象平面に配置されている
という点で図４のディスプレイとは異なる。２つのＳＬ
Ｍ４、８を用いている図１４の配置において、パララッ
クスバリア６８、６９は１：１のマーク／スペース比を
有している。すなわち、パララックスバリアは、スリッ
トを規定している不透明なストライプに等しい幅の平行
なスリットを含んでいる。
【００６７】図１４に示されるディスプレイの動作を図
１５に示す。図１５（ａ）はスクリーン１２の典型的な
レンティキュールにより生成された光ビーム７０を示し
ている。レンティキュールに隣接するパララックスバリ
ア６８のスリットのうちの４つから発散される光は、レ
ンティキュールにより観察者の位置でイメージを形成す
る。図１５（ｂ）は、同様に、レンティキュラースクリ
ーン１４により生成される光ビーム７１を示している。
ここでも、バリア６９のスリットは観察者の位置でイメ
ージを形成する。
【００６８】レンティキュラースクリーン１２、１４に
対するパララックスバリア６８、６９のスリットの位置
は、ビームコンバイナー９が図１５（ｃ）に示される光
出力パターンを生成するような位置である。従って、光
ビーム７０及び７１は互いに組み合わされ、パララック
スバリア６８、６９のスリットは、観察者の位置で、平
均的な眼間距離に等しい有効ピッチ７２でイメージを形
成する。
【００６９】図１４のディスプレイの発光システムは小
型であり、ゆえに比較的小型のディスプレイを作ること
ができる。さらに、レンティキュラースクリーン１２、
１４の設計は、ＳＬＭ４、８の設計とは実質上無関係で
ある。特に、レンティキュラースクリーン１２、１４の
ピッチは、ＳＬＭ４、８のピクセルのピッチよりもずっ
と大きくてもよく、従ってモアレ像干渉縞、整合性の欠
如、及びレンティキュラースクリーンの製造耐性に関す
る潜在的な問題を緩和する。例えば、レンティキュラー
スクリーンのピッチは３ｍｍであってもよく、パララッ
クスバリアは、各パララックスバリアのイメージが観察
者１０の位置で形成されるように、１．５ｍｍの黒いス
トライプがスクリーンの対象平面内に間隔をおいて配置
されている名目上３ｍｍのピッチを有するものであって
もよい。パララックスバリアの実際のピッチは、「ウイ
ンドウ」がスクリーン全体から観察者１０において生成
されるように調節される。
【００７０】本発明の他の実施態様の場合では、レンテ
ィキュラースクリーンはマイクロレンズスクリーンで置
き換えられることができ、それにより垂直及び水平両方
の視差が与えられる。
【００７１】図１１に示されるディスプレイは単一の発
光配置を有している。この発光装置は、図１７に示され
るような１つの光源１、または図１１に示される複数の
光源を有していてもよく、ビームスプリッタ３６ととも
に見かけ上２つの発光配置を生成する。発光配置のイメ
ージは、観察者１０が２つの「ウインドウ」を見るため
には分割される必要があり、それらは、それぞれＳＬＭ
４、８で変調される。図１１に示される配置は、ミラー
３７とミラー３８との間に相対的な傾きを与えることで
これを達成する。しかし、そのような配置は、図１６の
観察者の左右の目に対して、７５及び７６で示すような
ウインドウを与える。ウインドウ７５及び７６はある高
さで接しており、その高さより上方ではそれらは重なっ
ており、下方ではそれらの間に暗い空間がある。これは
知覚される３Ｄイメージに不要なアーチファクトを生じ
させ得る。
【００７２】図１７は図１１に示されるものと似ている
ディスプレイを示している。しかし、図１７のディスプ
レイは、単一の光源１を供給し、ＳＬＭ４、８のそれぞ
れは単一のビューを供給する。さらに、ミラー５７、５
８は互いに平行である。図１１においては、各レンズ
３、７の軸とそれぞれのディスプレイの軸とは一致す
る。しかし、図１７のディスプレイでは、イルミネータ
ー（光源）１のイメージを観察者１０の位置で分割する
ために、レンズ３の軸７７はディスプレイ軸７８から横
方向にずらされており、レンズ７の軸７９はディスプレ
イ軸８０から横方向にずらされている。これはウインド
ウ８１、８２を供給する。ウインドウ８１、８２は、図
１８に示されるように互いに平行であり、適当なジオメ
トリーを選択することで、それらが隣合う端８３に沿っ
て、隣接させることができる。
【００７３】図１７のディスプレイは単一の光源１を有
しており、２つのビューを供給するが、図１１のディス
プレイの場合のように、複数の光源を有し、２つよりも
多いビューを供給してもよい。同様に、図１１のディス
プレイを、単一の光源を有し、２つのビューを供給する
ように改変してもよい。
【００７４】図１９及び図２０は、図９に示されるタイ
プのディスプレイを示しているが、レンズ３、７が別の
光学要素に置き換えられている。図１９のディスプレイ
において、レンズは、オートコリメーティングスクリー
ン８５、８６によって置き換えられている。各オートコ
リメーティングスクリーンは、焦点距離の等しい、レン
ティキュールのアレイまたはマイクロレンズを有してい
る。特に、オートコリメーティングスクリーン８５、８
６は、それぞれ、レンティキュールまたはレンズの焦点
距離が等しく、互いに接している平らな表面を有する第
１及び第２のレンティキュラースクリーンまたは第１及
び第２のマイクロレンズアレイを有している。従って、
オートコリメーティングスクリーン８５及び８６は、図
９のディスプレイのレンズ３及び７とは光学的に等価で
ある。ゆえに、観察者１０の位置で光源４１、４２のイ
メージを形成することにより生成されたウインドウ８７
は、光源４１、４２と実質的に同じ大きさである。
【００７５】図２０に示されるディスプレイにおいて、
オートコリメーティングスクリーンは、角度増幅スクリ
ーン８８、８９で置き換えられる。スクリーン８８、８
９のそれぞれは、図１９のスクリーン８５、８６の第１
及び第２のスクリーンと同じタイプの第１及び第２のス
クリーンを有している。しかし、それぞれの光源のより
近くのスクリーンの方が、ＳＬＭにより近いスクリーン
よりも焦点距離が長い。オートコリメーティングスクリ
ーン８５及び８６を角度増幅スクリーン８８及び８９で
代替した効果は、光源４１、４２よりも大きなウインド
ウ９０を観察者の位置に生成することが可能であるとい
うことである。
【００７６】スクリーン８５、８６、８８、８９のそれ
ぞれは、レンズまたはレンティキュールのアレイの間に
配された拡散器を有していてもよい。また、光源４１、
４２は、図１に１及び５で示されるタイプの複数の光源
で置き換えられてもよく、ＳＬＭ４、８は時間的に多重
化されたビューを供給してもよい。さらに、オートコリ
メーティングスクリーンまたは角度増幅スクリーンは、
本明細書で述べられており、添付の図に示されている他
の実施態様のいずれにおけるレンズ３、７とも代替され
得る。角度増幅スクリーンの利用により、もしこのよう
な装置が光源を規定する場合は、より小さな光源または
より小さなイルミネーションシャッターＳＬＭを使用す
ることができ、費用と小型化に関して利点を有し得る。
【００７７】図２１に示されるディスプレイは、図９に
示されるディスプレイと同じタイプである。しかし、図
２１のディスプレイは、様々な要素の方向が異なってい
る。従って、図９のディスプレイ、並びにＳＬＭがすべ
て垂直に配置される他の全ての実施態様とは対照的に、
ＳＬＭ８が水平に配置されているのに対しＳＬＭ４は垂
直に配置されている。同様に、もしそのような構成がい
ずれの応用でも好ましいのならば他の全ての実施態様の
１つ以上のＳＬＭは水平に配置されてもよい。
【００７８】
【発明の効果】図面に示したタイプのディスプレイは、
３Ｄテレビ、３Ｄコンピュータ援用設計及びグラフィッ
クス、３Ｄ医用画像、バーチャルリアリティー、及びコ
ンピュータゲームに用いることができる。３Ｄイメージ
を構成するために多数の２Ｄビューを供給することによ
り、３Ｄイメージの正確さ及び効果が向上し、最大ディ
スプレイサイズ及び観察者の位置の自由度が増加する。
さらに、視界の範囲からの動いている不透明なカラー自
動立体３Ｄイメージも再生し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を構成する時間的多重
化を用いた３Ｄディスプレイの平面図である。
【図２】図１のディスプレイの動作を示す平面図であ
る。
【図３】図１のディスプレイの動作を示す平面図であ
る。
【図４】本発明の第２の実施態様を構成する空間的多重
化を用いた３Ｄディスプレイの平面図である。
【図５】図４のディスプレイの動作を示す平面図であ
る。
【図６】図４のディスプレイの動作を示す平面図であ
る。
【図７】本発明の第３の実施態様を構成する、時間的多
重化及び空間的多重化を用いた３Ｄディスプレイの平面
図である。
【図８】本発明の第４の実施態様を構成する、時間的多
重化及び空間的多重化を用いた３Ｄディスプレイの平面
図である。
【図９】本発明の第５の実施態様を構成する３Ｄディス
プレイの平面図である。
【図１０】本発明の第６の実施態様を構成する３Ｄディ
スプレイの平面図である。
【図１１】本発明の第７の実施態様を構成する、単一の
発光配置を用いた３Ｄディスプレイの平面図である。
【図１２】本発明の第８の実施態様を形成するように修
正された図１１に示したタイプのディスプレイの平面図
である。
【図１３】本発明の第９の実施態様を構成する、折れ曲
がった光路を用いた３Ｄディスプレイの平面図である。
【図１４】本発明の第１０の実施態様を構成する、小型
の発光システムを有する３Ｄディスプレイの平面図であ
る。
【図１５】図１４のディスプレイの動作を示す図であ
る。
【図１６】図１１のディスプレイによって生成される傾
いたビューイングウインドウの見かけを表す図である。
【図１７】本発明の第１１の実施態様を構成する、単一
の発光配置を用いた３Ｄディスプレイの平面図である。
【図１８】図１７のディスプレイによって生成されるビ
ューイングウインドウの見かけを表す図である。
【図１９】本発明の第１２の実施態様を構成する、オー
トコリメーティングスクリーンを用いた３Ｄディスプレ
イの平面図である。
【図２０】本発明の第１３の実施態様を構成する、角度
増幅スクリーンを用いた３Ｄディスプレイの平面図であ
る。
【図２１】本発明の第１４の実施態様を構成する３Ｄデ
ィスプレイの側面図である。
【符号の説明】
１、５、３１ 光源 ２、６、３２ 制御回路 ３、７、３３ レンズ ４、８、３４ 空間光変調器 ９、２９ ビームスプリッタ １０ 観察者 １１、１３ 拡散光源 １２、１４ レンティキュラースクリーン ２０、２１ ハイブリッドサンドイッチ ５７、５８ ミラー ６３、６５ ＬＣＤシャッター ６８、６９ パララックスバリア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バジル アーサー オマール イギリス国 エスエヌ７ ８エルジー, オックスフォードシア，スタンフォード イン ザ ベール，フロッグモア レ ーン ２，ジ オールド フォージ (56)参考文献 特開 平５−241098（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/22

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれが、観察者の目においてイメー
    ジとなるビューを形成する自動立体ディスプレイを有す
    る複数のディスプレイと、各ディスプレイにおける自動立体ディスプレイの 出力を
    結合する光学結合システムと、を備えており、各ディスプレイにおける自動立体ディスプレイの出力
    が、 該光学結合システムと協同して、観察者の左右の各
    目によってそれぞれ異なる方向において見ることができ
    る複数のビューを供給することを特徴とする自動立体方
    向性ディスプレイ装置。
  2. 【請求項２】 前記ビューが見える前記方向のそれぞれ
    が、角度の範囲を有している、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記角度の範囲が横方向の平面において
    角度的に隣接している、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記ディスプレイの１つと前記光学結合
    システムとによって供給される前記ビューを見ることが
    できる前記方向は、該ディスプレイの他の１つと該光学
    結合システムとによって供給されるビューを見ることが
    できる方向とは異なる、前記請求項１〜３のいずれか１
    つに記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ディスプレイの１つにより供給され
    る前記ビューを見ることができる方向は、該ディスプレ
    イの他の１つによって供給されるビューを見ることがで
    きる方向と組み合わされている、請求項４に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 前記ディスプレイのそれぞれが、時間的
    に多重化されたディスプレイを有している、前記請求項
    のいずれか１つに記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記ディスプレイのそれぞれが、空間光
    変調器と、光学システムと、複数の順次発光し得る光源
    とを有しており、該複数の光源は、該光学システムを通
    してそれぞれに異なる角度で該空間光変調器を発光させ
    るように配置されている、請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ディスプレイのそれぞれが空間的に
    多重化されたディスプレイを有している、請求項１〜５
    のうちのいずれか１つに記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記ディスプレイのそれぞれが、空間光
    変調器と、該空間光変調器を発光させるため拡散光源
    と、該空間光変調器と前記光学結合システムとの間に設
    けられたレンズのアレイまたはパララックス（視差）バ
    リアとを有している、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記レンズのアレイのそれぞれがレン
    ティキュラースクリーンを有している、請求項９に記載
    の装置。
  11. 【請求項１１】 前記ディスプレイのそれぞれが、時間
    的にかつ空間的に多重化されたディスプレイを有してい
    る、請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記ディスプレイのそれぞれが、空間
    光変調器と、該空間光変調器の第１の面に隣接して設け
    られた第１のピッチを有する第１のレンズのアレイまた
    は第１のパララックスバリアと、該空間光変調器と前記
    光学結合システムの間の該空間光変調器の第２の面に隣
    接して設けられている第１のピッチよりも大きな第２の
    ピッチを有する第２のレンズのアレイまたは第２のパラ
    ラックスバリアと、光学システムと、該光学システムを
    通じて、それぞれの異なった角度で該第１のレンズのア
    レイまたは該第１のパララックスバリアを発光させるよ
    うに配置された複数の順に発光し得る光源とを有してい
    る、請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 ビーム分割手段が、前記ディスプレイ
    に共通な前記光源と前記空間光変調器との間に設けられ
    ている、請求項７または１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記ビーム分割手段が、前記光源から
    の光を複数のビームに分割するビームスプリッタと複数
    のミラーとを有しており、該ミラーは、それぞれが該複
    数のビームのそれぞれを前記空間光変調器の１つに向け
    て反射するように配置されている、請求項１３に記載の
    装置。
  15. 【請求項１５】 前記ビームスプリッタ及び前記光学結
    合システムは、該ビームスプリッタからの該光の実質的
    に全てが該光学結合システムによって単一の観察者領域
    に供給されるような偏光感応性を有している、請求項１
    ４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記ディスプレイのそれぞれの前記光
    源が、それぞれのシャッターの後方に設けられた拡散光
    源を有している、請求項７または１２に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記シャッターからの光路は、互いに
    交わり、かつ、光をそれぞれの前記空間光変調器へ向け
    て反射するように配置されたそれぞれのミラーと交差す
    る、請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記シャッターのそれぞれが、それぞ
    れの前記空間光変調器の入力偏光と一致する出力偏光を
    有している、請求項１６または１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記光学結合システムが、光学的伝達
    路及び光学的反射路を有する少なくとも１つのビームコ
    ンバイナーを有している、前記請求項のいずれか１つに
    記載の装置。
  20. 【請求項２０】 複数のディスプレイと、 該ディスプレイの出力を結合するための光学結合システ
    ムと、を備えており、該ディスプレイのそれぞれは、光
    源と、該光源からの光を見せるためのイメージと共に変
    調するように配置された光伝達空間光変調器と、該光伝
    達空間光変調器と隣接して設けられたレンズ配置であっ
    て、該光学結合システムを通して観察者の位置のビュー
    イングウインドウにおいて該光源のイメージを形成する
    ように配置されたレンズ配置とを有している、自動立体
    ディスプレイ装置。
  21. 【請求項２１】 前記ディスプレイの前記光源が、共通
    の光源と、該共通の光源からの光を複数のビームに分割
    するのビームスプリッタと、該ビームのうちの１本を該
    ディスプレイのそれぞれの１つの前記空間光変調器へ向
    けて該ビームのうちの１本を反射する少なくとも１つの
    反射板とを有している、請求項２０に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記ディスプレイのそれぞれが光軸を
    有しており、前記レンズ配置のそれぞれが、該それぞれ
    のディスプレイの該光軸から横方向にずれた光軸を有し
    ている、請求項２１に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記ディスプレイのそれぞれに対し
    て、前記光源が拡散光源を有しており、前記レンズ配置
    がレンズのアレイを有しており、パララックスバリアが
    該レンズのアレイの対象平面内の該光源と該レンズのア
    レイとの間に設けられている、請求項２０に記載の装
    置。
  24. 【請求項２４】 前記レンズ配置のそれぞれがオートコ
    リメーティングスクリーンを有している、請求項２０に
    記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記レンズ配置のそれぞれが角度増幅
    スクリーンを有している、請求項２０に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記ディスプレイのそれぞれについ
    て、前記光源が単一の光源を有しており、前記空間光変
    調器が、単一の所定の方向からのビューを表すイメージ
    を有する光を変調するように配置されている、請求項２
    ０〜２５のいずれか１つに記載の装置。
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