JP2011514977A - 切り換え可能な光学結像系及び3d/2d画像が切り換え可能な関連装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
2 3D/2D画像が切り換え可能な装置
3 ディスプレイ構成要素
4 光学マトリックス構成要素
5 第1のドライバ
6 第2のドライバ
7、8 第1及び第2の位置センサ
9 コントローラ
10 表示面
11 デジタルデータ入力端
12 同期(制御)入力端
13 変換された光ビーム
14 第1のマトリックス
15 第2のマトリックス
16 第3のマトリックス
17 収束マイクロレンズ
44、44−1、44−2、44−3 SLMマイクロディスプレイ
45 マイクロディスプレイ表面
46、46−1、46−2、46−3 光エンジン
47 投影光学系
48 発散させる光学部品
52 投影光学系
Claims (47)
- 2次元パターンを表示する表示面から出る光ビームを変換するため、及び変換された光ビームを視野に投影して該視野を1以上の調整可能な視野ゾーンに分けるための切り換え可能な光学結像系であって、
収束マイクロレンズからなる第1のマトリックスであって各マイクロレンズがそれぞれの光軸に沿って前記表示面のそれぞれ1つのエリアに光学的に結合される第1のマトリックスと、
前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズに光学的に結合された収束マイクロレンズからなる第2のマトリックスと、
第3のマトリックスであって前記第2及び第3のマトリックスが結合してマトリックス複合体を規定するように前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸的に整列し剛的に結合された収束マイクロレンズからなる第3のマトリックスと、
前記第1のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に光軸方向に動かしまた前記第1のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に横方向に動かすための変位機構とを含む切り換え可能な光学結像系。 - 前記変位機構は、少なくとも
(i)前記第1のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は(ii)前記マトリックス複合体を前記第1のマトリックスに関して光軸方向に動かすように構成された第1のドライバと、
(i)前記第1のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は(ii)前記マトリックス複合体を前記第1のマトリックスに関して光軸方向に動かすように構成された第2のドライバとを含む、請求項1に記載の切り換え可能な光学結像系。 - 前記変位機構は、さらに、(i)前記第1のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は(ii)前記マトリックス複合体を前記第1のマトリックスに関して縦方向に動かすように構成された第3のドライバを含む、請求項2に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 複数の調整可能な視野ゾーンが変換された光ビームによって前記視野内で一様にスキャンされるように、前記第2のドライバは、さらに、1つ又は複数の前記マトリックスが横方向の移動を往復方式で実行するように構成されている、請求項2に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 隣り合う視野ゾーンが前記視野中で連続するように変換された光ビームの発散を調整するために、前記第1のドライバは、さらに、1つ又は複数の前記マトリックスが光軸方向の移動を実行するように構成されている、請求項4に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズは第1の焦点距離F1を有し、また前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズは第2の焦点距離F2を有し、
前記第2のマトリックスは、F1<R1<2F1又は(F1−F2)<R1<F1となるように、前記第1のマトリックスから第1の選択された距離R1をおいて配置され、前記第3のマトリックスは、前記第2のマトリックスから第2の選択された距離R2をおき、また前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズの後ろ焦点エリア内に配置されている、請求項5に記載の切り換え可能な光学結像系。 - 前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズは第1の焦点距離F1を有し、また前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズは第2の焦点距離F2を有し、
前記第2のマトリックスは、前記第1のマトリックスから第1の選択された距離R1をおき、また前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズの後ろ焦点エリア内に配置され、前記第3のマトリックスは、R2<F2となるように、前記第2のマトリックスから第2の選択された距離R2をおいて配置されている、請求項5に記載の切り換え可能な光学結像系。 - 前記第2のドライバは、さらに、単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内で選択された視野方向を有するように、1つ又は複数の前記マトリックスが第3の選択された距離Δxのための横方向の移動を実行するように構成されている、請求項2に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズは、前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸に整列されている、請求項8に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 前記第1のドライバは、さらに、前記単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内で選択された角度寸法を有するように、変換された光ビームの発散を調整するために、1つ又は複数の前記マトリックスが光軸方向の移動を実行するように構成されている、請求項8に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズは第1の焦点距離F1を有し、また前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズは第2の焦点距離F2を有し、
前記第2のマトリックスは、0<R1<F1又はF1<R1≦2F1となるように、前記第1のマトリックスから第1の選択された距離R1をおいて配置されている、請求項表示面10に記載の切り換え可能な光学結像系。 - 前記第1、第2及び第3のマトリックスの前記マイクロレンズは、それぞれ第1、第2及び第3の焦点距離を有し、該第1、第2及び第3の焦点距離は同一である、請求項1に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 収束マイクロレンズからなる前記第1、第2及び第3のマトリックスは、それぞれ平凸のマイクロレンズからなる第1、第2及び第3のマトリックスである、請求項1に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 平凸のマイクロレンズからなる前記第1、第2及び第3のマトリックスは、それらのマイクロレンズ間にそれぞれ第1、第2及び第3のピッチを有し、前記第1、第2及び第3のピッチは同一である、請求項13に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 平凸のマイクロレンズからなる前記第1、第2及び第3のマトリックスは、それぞれ第1、第2及び第3のレンティキュラマトリックスであり、該レンティキュラマトリックスは、縦方向に方向付けられた円筒形マイクロレンズを有する、請求項13に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 前記第1のマトリックスのマイクロレンズの平面は前記表示面を向くが、前記第2及び第3のマトリックスのマイクロレンズの平面は、前記表示面から離れる方向を向く、請求項13に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 前記1及び第3のマトリックスの前記マイクロレンズの平面は前記表示面を向くが、前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズの平面は前記表示面から離れる方向を向く、請求項13に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 平凸のマイクロレンズからなる前記第1、第2及び第3のマトリックスはそれぞれ第1、第2及び第3の基板を有し、該各基板は、それぞれの前記マトリックスのマイクロレンズの前記平面に光学的に接触する平らな透明板である、請求項13に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 平凸のマイクロレンズからなる前記第2及び第3のマトリックスは、前記表示面を向きまた該表示面から離れる方向を向く両面を有する平らな透明板であって前記第3及び第2のマトリックスのそれぞれの前記マイクロレンズの前記平面に光学的に接触する平らな透明板である共通基板を備える、請求項17に記載の切り換え可能な光学結像系。
- 3D及び2Dのそれぞれの動作モードで、物体又は場面の3次元画像の複数の透視表示及び/又は2次元画像を視野内に形成するための3D/2D画像が切り換え可能な装置であって、
2次元パターンを生成するディスプレイ構成要素であって2次元パターンを更新するためのデータ入力端、同期入力端及び2次元のパターンを表示する表示面を有するディスプレイ構成要素と、
前記表示面から出ている光ビームを変換し、変換された光ビーム13を前記視野内に投影し、これにより前記視野を1以上の調整可能な視野ゾーンに分けるための切り換え可能な光学結像系とを含み、
該切り換え可能な光学結像系は、
収束マイクロレンズからなる第1のマトリックスであって各マイクロレンズがそれぞれの光軸に沿って前記表示面の各エリアに光学的に結合された第1のマトリックスと、
前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズに光学的に結合された収束マイクロレンズからなる第2のマトリックスと、
第3のマトリックスであって前記第2のマトリックス及び第3のマトリックスが結合してマトリックス複合体を規定するように前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸的に整列し剛的に結合された収束マイクロレンズからなる第3のマトリックスと、
少なくとも第1及び第2の制御入力端を有し、前記第1のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に光軸方向に動かしまた前記第1のマトリックス又前記マトリックス複合体を相対的に横方向に動かすための変位機構と、
少なくとも第1及び第2のデータ出力端を有し、前記第1マトリックス及び前記マトリックス複合体の光軸方及び横方向の相対位置を感知するセンサ装置と、
動作モードの切り換え、各動作モードでの1つ又は複数の前記マトリックスの動きの運転パラメータの制御及び前記ディスプレイ構成要素による2次元パターンの生成を1つ又は複数の前記マトリックスの動きに同期させるためのコントローラとを含み、
該コントローラは、(i)少なくとも第1及び第2のデータ入力端と、(ii)同期出力端と、(iii)少なくとも第1及び第2の制御出力端とを有し、前記コントローラの前記第1及び第2のデータ入力端は前記センサ装置の前記データ出力端にそれぞれ接続され、前記同期出力端は前記ディスプレイ構成要素の前記同期入力端に接続され、前記コントローラの前記第1及び第2の制御出力端は前記変位機構の前記第1及び第2の制御入力端にそれぞれ接続されている、3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - 前記変位機構は、少なくとも
(i)前記第1のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は(ii)前記マトリックス複合体を前記第1のマトリックスに関して光軸方向に動かすように、構成された第1のドライバであって前記変位機構の前記第1の制御入力端である制御入力端を有する第1のドライバと、
(i)前記第1のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は(ii)前記マトリックス複合体を前記第1のマトリックスに関して動かすように、構成された第2のドライバであって前記変位機構の前記第2の制御入力端である制御入力端を有する第2のドライバとを含む、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - 前記第2のドライバは、さらに、複数の調整可能な視野ゾーンが前記視野中で変換された光ビームによって一様にスキャンされるように、往復運動方式で1つ又は複数の前記マトリックスの横方向の移動を実行するように構成され、他方、前記コントローラは、3D動作モード及び2Dスキャン動作モードのそれぞれのために前記複数の透視表示又は同一2次元像が対応する視野ゾーンに投影されるように、前記第2のドライバの動作を制御しまた前記ディスプレイ構成要素によって生成される一連の2次元パターンを1つ又は複数の前記マトリックスの横方向移動に同期させるように構成されている、請求項21に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記コントローラは、前記振幅が前記マトリックスのマイクロレンズの開口によって制限されるように前記水平方向の往復運動の最大振幅を調整するように、構成されている、請求項22に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記第1のドライバは、隣り合った視野ゾーンが前記視野内で連続するように変換された光ビームの発散を調整するために、1つ又は複数の前記マトリックスの光軸の移動を実行するように構成され、他方、前記コントローラは、さらに前記第1のドライバの動作を制御するように、構成されている、請求項22に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズは第1の焦点距離F1を有し、前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズは第2の焦点距離F2を有し、
、前記第2のマトリックスは、前記第1のマトリックスから、F1<R1<2F又は(F1−F2)<R1<F1のような第1の選択された距離R1をおいて配置されており、また前記第3のマトリックスは、前記第2のマトリックスから第2の選択された距離R2をおいて配置されかつ前記第2のマトリックスのマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置する、請求項24に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - 前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズは第1の焦点距離F1を有し、前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズは第2の焦点距離F2を有し、
、前記第2のマトリックスは、前記第1のマトリックスから、第1の選択された距離R1をおいて配置されかつ前記第1のマトリックスのマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置しており、また前記第3のマトリックスは、前記第2のマトリックスから、R2<F2のような第2の選択された距離R2を置いて配置されている、請求項24に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - 前記第2のドライバは、さらに、前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズが前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸に整列する第1の選択された位置に関して前記マトリックス複合体の横方向の往復運動を実行するように構成され、前記コントローラは、前記第2のドライバの動作を制御するように、構成されている、請求項24に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記第1のドライバは、さらに、隣り合う視野ゾーンが前記視野内で連続する第2の選択された位置に関して前記第1のマトリックスの光軸方向の移動を往復方式で実行するように構成されており、前記コントローラは、前記第1のドライバの動作を制御し前記第1のマトリックスの付加的な前記光軸方向の往復運動を前記マトリックス複合体の前記横方向の往復運動に同期させるように、構成されている、請求項27に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記コントローラは、さらに、前記第1のマトリックスの前記光軸方向の移動の振幅が前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズの曲率半径によって調整されるように、構成されている、請求項28に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記第2のドライバは、さらに、2D非スキャン動作モードで単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内の選択された視野方向を有するように第3の選択された距離Δxのための1つ又は複数の前記マトリックスの横方向の移動を実行するように構成されており、また前記コントローラは、前記第2のドライバの動作を制御するように構成されている、請求項21に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記第1のドライバは、さらに、前記単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内で選択された角度寸法を有するように、変換された光ビームの発散を調整するための1つ又は複数の前記マトリックスの光軸方向の移動を実行するように、構成されており、前記コントローラは、さらに前記第1のドライバの動作を制御するように構成されている、請求項30に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記第1のマトリックスの前記マイクロレンズは第1の焦点距離F1を有し、前記第2のマトリックスの前記マイクロレンズは第2の焦点距離F2を有し、
、前記第2のマトリックスは、前記第1のマトリックスから、0<R1<F1又はF1<R1≦2F1のような第1の選択された距離R1をおいて配置されている、
請求項31に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - 前記ディスプレイ構成要素は、2D非スキャン動作モードで、3D動作モード又は2Dスキャン動作モードに使用される前記ディスプレイ構成要素に関して各2次元パターンにおける像の輝度の拡張されたレンジを有する、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 収束マイクロレンズからなる前記第1、第2及び第3のマトリックスは、それぞれ縦方向に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズを有する第1、第2及び第3のレンティキュラマトリックスである、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- さらに、動作モードを選択又は変更し、又はコマンド信号を生成しまたこれをコントローラへ送信することにより新たな動作モードを生成するための、また、新たな2次元パターンに関連するデータを前記ディスプレイ構成要素に送信することにより2次元パターンを更新するためのコンピュータを含み、前記コンピュータは、(i)制御コマンド出力端と、(ii)前記ディスプレイ構成要素の前記データ入力端に接続されたデータ出力端とを備え、前記コントローラは、さらに、前記コンピュータの前記制御コマンド出力端に接続された制御コマンド入力端を有する、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記ディスプレイ構成要素は、空間光変調器(SLM)を含む、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記ディスプレイ構成要素は、結像面、データ入力端及び制御入力端を有する空間光変調(SLM)であって該SLMの前記データ入力端及び前記制御入力端はそれぞれディスプレイ構成要素の前記データ入力端及び同期入力端である空間光変調器(SLM)と、該SLMの前記結像面に光学的に結合され、前記ディスプレイ構成要素の前記表示面である出力面を有する投影光学系とを含む、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記空間光変調器(SLM)は発光ダイオードマトリックス(LEDマトリックス)である、請求項37に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記投影光学系は、複数のファイバを含む画像伝送のためのファイバ光システムであり、前記SLMの前記結像面の各エリアは前記ファイバ光システムの各ファイバを経て、前記ディスプレイ構成要素の前記表示面のそれぞれのエリアに光学的に結合されている、請求項37に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記投影光学系はテレスコピック又はテレセントリックである、請求項37に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記ディスプレイ構成要素は、
マイクロディスプレイ表面、データ入力端及び制御入力端を有する空間光変調−マイクロディスプレイ(SLMマイクロディスプレイ)であって該SLMマイクロディスプレイの前記データ入力端及び前記制御入力端はそれぞれディスプレイ構成要素の前記データ入力端及び同期入力端であるSLMマイクロディスプレイと、
前記マイクロディスプレイ表面に光学的に結合された光エンジンと、
マイクロディスプレイ表面に光学的に結合され、前記ディスプレイ構成要素の前記表示面である出力面を有する投影光学系とを含む、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - ディスプレイ構成要素は、
マイクロディスプレイ表面、データ入力端及び制御入力端を有する空間光変調−マイクロディスプレイ(SLMマイクロディスプレイ)であって該SLMマイクロディスプレイの前記データ入力端及び前記制御入力端は前記ディスプレイ構成要素のそれぞれ前記データ入力端及び同期入力端であるSLMマイクロディスプレイと、
前記マイクロディスプレイ表面に光学的に結合された光エンジンと、
マイクロディスプレイ表面に光学的に結合され、出力面を有する投影光学系と、
該投影光学系の前記出力面に光学的に結合され縦方向に発散させる光学部品であって出力面を有し該出力面が前記ディスプレイ構成要素の表示面である光学部品とを含む、請求項34に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - 前記縦方向に分散させる光学部品は、水平方向に方向付けられた円筒形の平凸のマイクロレンズからなるレンティキュラマトリックスである、請求項42に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記投影光学系はテレスコピック投影光学系であり、前記縦方向に分散させる光学部品はホログラフィックな発散素子有する光学層である、請求項42に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記ディスプレイ構成要素は、
マイクロディスプレイ表面、データ入力端、制御入力端及び光エンジンをそれぞれ有する少なくとも第1及び第2の空間光変調−マイクロディスプレイ(SLMマイクロディスプレイ)であって、共に接続された第1及び第2のデータ入力端と、共に接続された第1及び第2の制御入力端であって前記データ入力端及び前記ディスプレイ構成要素の前記同期入力端にそれぞれが接続された第1及び第2のデータ入力端及び第1及び第2の制御入力端を含む、第1及び第2の空間光変調−マイクロディスプレイ(SLMマイクロディスプレイ)と、
第1及び第2の光エンジンであって第1の光エンジンが前記第1のSLMマイクロディスプレイの第1のマイクロディスプレイ表面に光学的に結合され第1の選択色の光を放射するように構成され、第2の光エンジンが前記第2のSLMマイクロディスプレイの第2のマイクロディスプレイ表面に光学的に結合され第2の選択色の光を放射するように構成されている第1及び第2の光エンジンと、
少なくとも第1及び第2の選択色を空間で重ね合わせるように構成され、少なくとも第1及び第2の光入力端及び光出力端を有し該第1及び第2の光入力端が前記第1のマイクロディスプレイ表面及び前記第2のマイクロディスプレイ表面にそれぞれ光学的に結合されている重ね合わせ光学系と、
前記重ね合わせ光学系の前記光出力端に光学的に結合され、出力面を有する投影光学系と、
前記投影光学系の前記出力面に光学的に結合され、出力面を有する縦方向に分散させる光学部品であって該光学部品の前記出力面は前記ディスプレイ構成要素の前記表示面である縦方向に分散させる光学部品とを含む、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。 - 前記第2のドライバは、さらに、前記視野内で、複数の調整可能な視野ゾーンが変換された光ビームで一様にスキャンされるように、1つ又は複数の前記マトリックスの水平方向の移動を往復方式で実行するように構成されており、前記コントローラは、前記調整可能な視野ゾーンの1つに投影される各パターンが3D動作モード及び2Dスキャン動作モードの同時実行のために各透視表示及び選択された2D像の重ね合わせを含むように、前記第2のドライバの動作を制御し、前記ディスプレイ構成要素によって生成される一連の2次元パターンを1つ又は複数の前記マトリックスの水平移動に同期させるように構成されている、請求項21に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
- 前記センサ装置は、少なくとも、
前記第1のマトリックス及び前記マトリックス複合体の光軸方向の相対位置を感知するための第1の位置センサであって前記センサ装置の前記第1のデータ出力端であるデータ出力端を有する第1の位置センサと、
前記第1のマトリックス及び前記マトリックス複合体の水平方向の相対位置を感知するための第2の位置センサであって前記センサ装置の前記第2のデータ出力端であるデータ出力端を有する第2の位置センサとを含む、請求項20に記載の3D/2D画像が切り換え可能な装置。
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