JP2013545120A - オートステレオスコピック３次元ディスプレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、２個の光源（３，４）を有する照明ユニット（２）と、光ガイド（５）と、回折光学配向要素としてのホログラフィック光学要素（６）と、透過型ディスプレイパネル（７）と、光源（３，４）をディスプレイパネル（７）に表された右側及び左側の視差画像に交互にそれぞれ同期させるための制御ユニット（８）とを備え、光源（３，４）がそれぞれ光学ガイド（５）に異なる方向から光を放射するように向けられ、それ自体の好適な方向に応じて光導波路（５）からされる放出される光が前記ホログラフィック光学要素（６）によって２つの異なる方向で回折されて、ディスプレイパネル（７）を介して向かうように、ホログラフィック光学要素（６）とディスプレイパネル（７）が配置され、光ガイド（５）の少なくとも１つの表面が屈折面（１０）を有する、オートステレオスコピック３次元ディスプレイ（１）に関する。

Description

本発明は、オートステレオスコピック３次元ディスプレイに関する。

オートステレオスコピック３次元ディスプレイ（autostereoscopic 3D display: ＡＳＤ）は、視差画像、すなわち３次元に見える画像を、１人以上の者に対して表示できる。３次元画像は、通常の２次元画像と比較して、奥行効果をさらに有する画像であると理解されている。ＡＳＤの場合、通常の立体ディスプレイとは対照的に、視聴者は、眼鏡、プリズムビューワ、あるいは他の光学的補助具のような補助を必要としない。

３次元効果を得るために、オートステレオスコピックディスプレイでは、視差によって、個々の眼が異なる画像を見るように、２つの画像が投影される。この場合、異なる２方向への投影は、画像が視聴者の眼にステレオペア（stereo pair）として到達するようになされなければならない。この場合、２つの投影方向は、通常、ディスプレイのバックライト装置で生み出される。

ＡＳＤ及びその個々の構成要素の開発者は、可能な限り現実的な態様で画像を空間的に表し得ることと、同時に、視聴者にとっての高いエルゴノミクス性とを目指す。この場合、実現のために基本的に不可欠であるのは、高品質画像が、高い画像解像度（既知の高精細２次元テレビ、すなわちＨＤＴＶはこの点について取組みの標準である）と、高い画像周波数とを有することである。三次元コーディングの要素もさらに含まれる。良好なエルゴノミクス性は、いわゆるスイートスポット、すなわち立体効果が最良となる位置を、１名以上の観察者の現在位置に適合させることで達成される。

従来技術において、原理的には、上述の目的を達成するための２種類の異なる解決のアプローチが知られている。第１のアプローチでは、個々のディスプレイ画素の光をスクリーンから異なる方向へ偏向させる例えばレンズ又はプリズムのグリッドにより、２つの投影方向を実現できる。この場合、垂直ストリップマスクは、方向選択的な態様で機能する個々の垂直画素ストリップを有する。しかしながら、このようなＡＳＤでは、左右の画素ストリップがあるので、通常の２次元ディスプレイと比較して画像解像度が半分である。さらにまた、液晶エレメント（ＬＣＤ）によるストリップマスクの対応する構成によって、もとの解像度の２次元画像を表示するのは、技術的に困難である。２次元表示のさらに不利な点としては、ストリップマスクは光の一部を遮り画像を暗くする視差バリアを構成する。

第２のアプローチは、２つの光源と同期ユニットを有するＡＳＤに関し、これらのＡＳＤは最大限の解像度を維持しつつ時間オフセットした振動する画像を表示する。このような光透過型のＡＳＤにおいてちらつきのない画像を得るために不可欠であるのは、十分に高い交番周波数である。しかしながら、これは従来技術において現在は実現されている。以下、このアプローチの具体的な実施例について詳細に説明する。

特許文献１が開示するオートステレオスコピックディスプレイは、プリズム状の反射偏向構造を有する２つの別体の光導波路と、２つの光源と、拡散フィルムと、透過型のディスプレイパネルと、光吸収器と、光反射器とを含む。

一方、特許文献２が開示するオートステレオスコピックディスプレイは、プリズム状の反射偏向構造を有する光導波路上の２つの別体の光源と、プリズム状の反射偏向構造と同様の第２の光学フィルムと、透過型のディスプレイパネルとを有する。

最後に、特許文献３には、光導波路の異なる端部に配置された２つの光源と、二重プリズム状の屈折光要素と、透過型のディスプレイパネルを有するオートステレオスコピックディスプレイが記載されている。二重プリズム状の屈折光要素は、光導波路に向き合う三角形プリズム構造と、光導波路に離れて向き合う球面レンズ構造とからなる。透過型のディスプレイパネルが再生される３次元画像の成分である左右の視差画像が連続的に再生されるように、２つの光源は同期ユニットによって交互に駆動される。

上述のオートステレオスコピックディスプレイは、屈折偏向構造を有する光案内要素をそれぞれ備える。しかしながら、この種の要素が使用される場合、画像品質に障害が起こり、これは屈折妨害効果が原因である。この妨害効果は、特に、平行な屈折光学要素の相互作用により起きる、好ましくない二次光経路、多方向反射、あるいはモアレ効果により引き起こされる。システム全体では、全般的な解像力な鮮明度の欠如と共に、バンディング（banding）、解像度低下、及び／又は３次元表示のチャンネルの不適切な分離を、妨害効果が引き起こし得る。これは、結果として、観察者の眼に大きな疲労をもたらし得る。さらにまた、市販の２次元ＨＤテレビ（高精細度テレビ）との関連で明確な表示品質の相違が認識され得、この種のオートステレオスコピックディスプレイの市場での評価を低下させる。

屈折偏向光案内構造からなる複数の層を有する光案内要素を使用したときの他の不利な点としては、個々の屈折光学面要素相互化間の必要な横方向の高精度の位置精度を確保することが困難である。ここで非常に小さいずれが生じると、３次元表示のための２以上のチャンネルへの分離が、大きく損なわれる。また、この場合、モアレ効果のような既に存在しているかもしれない光学的な妨害効果が、さらに増幅される。

米国特許公開２００６／０１６４８６２号 米国特許公開２００５／０２６４７１７号 米国特許公開２００７／０２７６０７１号

従って、本発明の目的は、画像品質が改良された３次元表示が得られる、光学的な妨害効果のないオートステレオスコピック３次元ディスプレイを提供することを課題とする。

この目的は２個の光源を有する照明ユニットと、光導波路と、回折光学案内要素としてのホログラフィック光学要素と、透過型のディスプレイパネルと、前記光源を前記ディスプレイパネルに表された右側及び左側の視差画像に交互にそれぞれ同期させるための制御ユニットとを備え、前記光源がそれぞれ前記光導波路に異なる方向から光を放射するように向けられて、前記光導波路からされる放出される光がそれ自体の好適な方向に応じて、前記ホログラフィック光学要素によって２つの異なる方向で回折されて、前記ディスプレイパネルを透過するように、前記ホログラフィック光学要素と前記ディスプレイパネルとが配置され、前記光導波路の少なくとも１つの表面が屈折面を有することを特徴とする、オートステレオスコピック３次元ディスプレイにより達成される。

この場合、本発明のオートステレオスコピック３次元ディスプレイは、眼が疲労状態となる可能性が大幅に低下する程度まで、屈折光学妨害効果を回避ないし低減することを、第一に意図している。これは、特に、オートステレオススコピーに必要な方向が特定したチャンネル分割が確保されるように光を偏向させるホログラフィック光学要素の使用により可能となる。

さらにまた、本発明に係るオートステレオスコピック３次元ディスプレイでは、光学要素の相互の横方向の位置精度の厳格な要求を回避でき、これによってこの種のディスプレイの製造性が大幅に単純化される。

光導波路の屈折表面は、光導波路から放出されて、ホログラフィック光学要素に入射する光の角度帯域を狭くする効果を有する。これは、ホログラフィック光学要素の回折効率が高くなり、ブラッグ条件を満たすために要求される結合角度付近の角度帯域がより狭くなるので有利である。つまり、第１に、体積ホログラムの層の厚さが大きい程、体積ホログラムに基づくホログラフィック光学要素の回折効率が高い。第２に、角度選択性が増加する、すなわち、層の厚さが減少した体積ホログラムについて、ブラッグ条件付近の許容される角度帯域が減少する。従って、ホログラフィック光学要素への光入射の角度帯域が狭いことが有利であり、これは高い回折効率を生み出すための許容される層の厚さをより広い範囲にできるからである。その点は図１及び図２に概略的に図示されている。つまり、図１は、放出さる光について狭い角度帯域をもたらす好適なプリズム構造を有する光導波路を示す。図２は、対応するプリズム構造を有しない光導波路を示す。この光導波路からは広い角度帯域で光が放出される。

具体的には、前記屈折面は、線形変換不変量プリズム構造と、多次元ピラミッドプリズム構造、楕円、多項、円錐セグメント、双曲線、又はこれらの基本構造の組み合わせによる線形変換不変量レンズ構造と、楕円、多項、円錐部、双曲線、又はこれらの基本構造の複数又は単一の組み合わせによる多次元半球レンズ構造と、非周期散乱表面構造とのいずれかが、非散乱構造との組み合わせで面的に又は複数領域に設けることができる。

屈折面は、エンボス、ウエットエンボス、射出成型、押出成型、印刷、レーザ加工、及び他の方法により生成できる。

同様に、本発明に係るオートステレオスコピック３次元ディスプレイは少なくとも１枚の光学フィルムをさらに備えることができる。光学フィルムは、特に、拡散フィルム、マイクロレンズフィルム、プリズムフィルム、レンズ状フィルム、又は反射偏光フィルムであってもよい。複数なこのようなフィルムがディスプレイに存在してもよいことは言うまでもない。

前記ホログラフィック光学要素が体積ホログラムであることが特に好ましい。

特に、前記ホログラフィック光学要素は、コリメートした又は発散した角度分布を生じるように構成されていることが好ましい。このようなホログラフィック光学要素は、例えば、看者の位置での輝度を増加するため、異なる観察者を扱うため、あるいは３次元の印象を向上するために、使用できる。

また、前記ホログラフィック光学要素は、透過型及び／又は反射型ホログラム、及び／又は、透過型及び／又は反射型エッジリットホログラムであることも好ましい。

また、前記ホログラフィック光学要素は、互いに接続された複数の個別のホログラムから構成されていてもよい。この場合、個別のホログラムは、特に、好適には多重化、特に好ましくは、は角度分割多重化（angle division multiplexing）及び／又は波長分割多重化（wavelength division multiplexing）により得られる体積ホログラムであってもよい。この場合、独立したホログラムは左右の投影像として機能できる。同様に、独立したホログラムは、特に、それぞれ赤色、緑色、及び青色の三原色の一つを回折のみするように、具現化できる。また、例えば、四原色（例えば「赤色」、「緑色」、「青色」、及び「黄色」）のような三原色以上を使用することもできる。最後に、例えば、６個の個別のホログラムを三原色と２つのステレオスコピック方向のそれぞれに使用し、両方の効果を組み合わせることができる。

このような体積ホログラムは既知であり（エイッチ・エム・スミス（H.M.Smith） 「ホログラフィの原理（principles of Holography）」，ワイリー・インターサイエンス社（Wiley-Interscience），１９９６年）、２ビーム干渉により実現できる（エス・ベントン（S.Benton） 「ホログラフィックイメージング（Holographic Imaging）」,ジョンワイリーアンドサンズ社（John Wiley & Sons）,２００８年）。

反射体積ホログラムの大量複製の方法は、米国特許第６，８２４，９２９号に記載され、同文献には光感応材料がマスタホログラム上に配置された後、複写のためにコヒーレント光が使用される。透過型ホログラムの製造も同様に知られている。つまり、例えば、米国特許第４，９７３，１１３号には、ロール複製による方法が記載されている。

特に、特別な露出形状が必要である、エッジリットホログラムの製造を参照する必要がある。エス・ベントン（S.Benton）による紹介（エス・ベントン（S.Benton） 「ホログラフィックイメージング（Holographic Imaging）」,ジョンワイリーアンドサンズ社（John Wiley & Sons）,２００８年，１８章）と、典型的な２段階及び３段階の製造方法（キュー・ファン（Q.Huang），エイッチ・コーフィールド（H.Caufield），国際光工学会（SPIE）１６００巻，ディスプレイフォログラフィに関する国際シンポジウム（International Symposium on Display Holography）,１９９１年，１８２頁）に加え、国際公開第ＷＯ９４／１８６０３号を参照すべきであり、同文献にはエッジ照明と導波路ホログラムについて記載されている。さらにまた、国際公開第ＷＯ２００６／１１３８４号の特別な製造方法を参照すべきであり、同文献には具体的な光学アダプタブロックに基づく方法が記載されている。

体積ホログラムの製造には、種々の材料が適している。湿式化学現像が露光後に必要な、微粒状の銀ハロゲン化エマルジョンや重クロム酸塩ゼラチンが適している。また、例えば、熱的後処理が必要なOmnidex(登録商標)フォトポリマフィルム（ヌムール（Neymours）のデュポン社製）や、ホログラムの現像完了後に他の化学的又は熱的後処理を要しないBayfol HX（登録商標）フォトポリマフィルム（バイエルマテリアルサイエンス社製）のようなフォトポリマが適している。透明度が高くとヘイズ（曇り度）が低い材料が理想的である。

ホログラフィック光学要素は、角度分割多重化や波長分割多重化による露光で導入された少なくとも２個のホログラムを有する１つの層と、互いに積層されてそれぞれ少なくとも１個のホログラムを有する２以上の層とのいずれかからなることが好ましい。層毎の複数のホログラムは、同様に、角度分割多重化や波長分割多重化により得られる。

照明の均一性を最適化するために、ホログラフィック光学要素の幅全体で複数層の個々のホログラムの回折効率及び／又は回折角度を変化させることができる。この回折効率及び／又は回折角度の変化は、段階的及び／又は連続的に行うことができる。

他の好ましい実施形態では、前記光導波路は平行六面体である。

光導波路は、工業的な通常の方法で製造できる。この場合、射出成形法とシート押し出し法が一般的である。例えばポリメタクリル酸メチルとポリカーボネイトのような光学的に透過性の樹脂が、通常は材料として使用される。成形は、射出成形法での射出成形とダイ成形のいずれかが好ましく、シート押し出し法での特定の形状のローラによるエンボス変形も可能である。

しかしながら、光導波路が面取りされた縁部を有してもよい。これにより光のインカップリングを最適化して、得られる照明角度を最適化できる。

光源は、特に、好ましくは冷ガス放電ランプであるガス放電ランプ、好ましくは赤色、緑色、青色、黄色、及び／又は白色の発光ダイオードである発光ダイオード、及び／又はレーザダイオードである。

光源から放出される光は、波長が広いスペクトル分布を有していてもよいし（白色光）、帯スペクトルであってもよい。

好ましくは、光源は平行六面体の２つの対向する側面に配置される。

光源は、平行六面体の側面に（文字通り又は空間的に）直接接触してもよく、平行六面体の側面に対して隣接して配置されてもよい。

同様に、ホログラフィック光学要素の光学的接続をより効率的及び／又はより角度ないし周波数選択的とするために、屈折又は回折光学要素を光導波路に取り付けてもよい。

例えば、光導波路と同一（あるいは実質的に同一）の屈折率を有するプリズム構造もこの目的に適している。この場合、可能な限り部分反射や全反射を避けるような態様で光源が結合されるように、光源が配置される。屈折光学要素は、光導波路自体の製造中に直接的に同時に製造されてもよい。回折光学要素は体積又はエンボスホログラム（エンボス加工、湿式エンボス加工、又は例えばリソグラフ法により製造できる薄い透光性のホログラム）として実施できる。

一つの好適なオートステレオスコピック３次元ディスプレイでは、ホログラフィック光学要素、光導波路、及びディスプレイパネルが、ａ）ホログラフィック光学要素、光導波路、及びディスプレイパネルの順、あるいはｂ）光導波路、ホログラフィック光学要素、及びディスプレイパネルの順で配置される。この場合、ホログラフィック光学要素、光導波路、及びディスプレイは、互いに面的に接続されている。

しかしながら、ホログラフィック光学要素は、それ自体が支持されるような態様で光導波路に対して直接的に隣接あるいは距離を隔てて配置されてもよい。

同様に、ディスプレイパネルは、それ自体が支持されるような態様で光導波路に対して直接的に隣接あるいは距離を隔てて配置されてもよい。

図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の第１実施形態の概略平面図。 本発明の第２実施形態の概略平面図。 本発明の第３実施形態の概略平面図。 本発明の第４実施形態の作動状態の概略平面図。 本発明の第４実施形態の作動状態の概略平面図。 本発明の第５実施形態の作動状態の概略平面図。 本発明の第５実施形態の作動状態の概略平面図。 本発明の第５実施形態の作動状態の斜視図。 本発明の第５実施形態の作動状態の別の斜視図。 本発明の第６実施形態の作動状態の斜視図。 本発明の第６実施形態の作動状態の別の斜視図。 本発明の第７実施形態の概略平面図。 本発明の第８実施形態の概略平面図。 本発明の第９実施形態の概略平面図。

図１は本発明の第１実施形態に係るオートステレオスコピック３次元ディスプレイ（ＡＳＤ）の平面視で概略的に示す。このＡＳＤ１は、２個の光源３，４、平行六面体の光導波路５、回折光学要素としてのホログラフィック光学要素６、透過型のディスプレイパネル７、及び制御ユニット８を備える。ディスプレイパネル７は、例えば、従来技術において知られている光透過型ＬＣＤディスプレイである。コントロールユニット８は、導線９を介して、ランプ３，４とディスプレイパネル７に接続されている。光源３，４は、それぞれ異なる方向から、すなわち一方は右から他方は左から、それぞれ光源３，４に対向して配置された平行六面体の光導波路５の側面に対して光を放射するように、向けられかつ配置されている。ホログラフィック光学要素６とディスプレイパネル７は、図面の紙面上でこの順に、光導波路５の下側に平行に順に配置されている。ここでのホログラフィック光学要素６は、透過型ホログラムとして実施されている。この種のホログラムは、例えば、ピー・ハリハラン（P.Hariharan），光学ホログラフィ（Optical Holography），現代光学におけるケンブリッジの研究（Cambridge Studies in Modern Optics），ケンブリッジ大学出版，１９９６年に記載されている。

ＡＳＤ１の作動中、光源３，４は、制御ユニット８によって５０ヘルツを上回る高周波数でディスプレイパネル７に表示される左右の視差画像（parallactic image）とそれぞれ同期される。制御ユニットの最適なスイッチング周期は、例えば国際公開ＷＯ２００８／００３５６３号に記載されている。

光源３，４からの光は、光導波路５に入射し、図面の紙面上で最上部に図示されている光導波路５の界面で反射され、光導波路５の対向する下面でアウトカップリングされる。このように光導波路５からホログラフィック光学要素６の方向に放出された光は、光源３からであるか光源４からであるかに応じて好適な方向が異なり、これに対応してホログラフィック光学要素によって異なる２方向で回折されてディスプレイパネル７に向かう。

このようにして、ＡＳＤ１は２つの視差画像を交互に生成し、これらの視差画像の一方は右眼により一方は左眼によりそれぞれ認識され、その結果として、観察者にとってフル解像度の高画質の３次元画像が現れる。

ホログラフィック光学要素６を、一つの他のもの上に配置するような態様、あるいは互いに距離をあけた配置することで複数層に配置した複数の個別のホログラムで構成することもできる。ホログラフィック光学要素６を、それぞれ１種類の色（すなわち人間にとっての可視の光のうちの特定の狭い周波数範囲）や、それぞれ一つの光源から光のみや、あるいは１つの色及び／又は１つの方向からの光のみを回折するように設計することも可能である。

図２は、図１に対するＡＳＤ１の代替的変形を平面視で示す。相違点としては、ここでは、ホログラフィック光学要素６は、図面の紙面上で光導波路５とディスプレイパネル７の間ではなく光導波路５の上方に配置され、ここでのホログラフィック光学要素１６は透過型ホログラムではなく反射型ホログラムである。

このＡＳＤ１１の場合、光導波路５はホログラフィック光学要素６に放射される光を放出し、この光は回折されて光導波路５に戻される。光導波路５を通過した後、光はディスプレイパネル７に突き当たる。

図３は、図１に対するＡＳＤ１の別の代替的変形を平面視で示す。ここで、２個のホログラフィック光学要素６ａ，６ｂがあり、ホログラフィック光学要素６ａは図１のＡＳＤ１のホログラフィック光学要素６に配置と機能が対応し、ホログラフィック光学要素６ｂは図２のＡＳＤ１のホログラフィック光学要素１６に配置と機能が対応し、この図３のＡＳＤ２１は透過型ホログラム（６ａ）と反射型ホログラム（６ｂ）の両方を有する。

スイッチングサイクル（switching cycle）で図３のＡＳＤ２１が作動中、最初、光源４から光が放出されるが、光源３は光を放出しない。この光は光導波路５に入射し、光導波路５からホログラフィック光学要素６ａに入射し、ホログラフィック光学要素６ａでディスプレイパネル７の方向に回折される。次に、コントロールユニット８は、光源４をオフに切り換えて同時に光源３をオンに切り換えるか、わずかな一時的な時間重複を設けるか、一時的な時間間隔を設ける。光源３からの日理化は光導波路５を介してホログラフィック光学要素６ｂでディスプレイパネル７の方向に回折され、光は光導波路５とホログラフィック光学要素６ａでは偏向されないか、殆どされない。これら２つのスイッチングサイクルで、ＡＳＤ２１からの光が観察者の左眼と右眼にそれぞれ到達する。

光の案内順路をホログラフィック光学要素６ａ，６ｂ間で交換することも可能である。個々のホログラフィック光学要素６ａ，６ｂがそれぞれ１つの色や複数の色について回折効果を有してもよい。すなわち、例えば２つの色について光の案内順路が、「赤色」の光についてはホログラフィック光学要素６ａによりもたらされ、「緑色」と「青色」の光についてはホログラフィック光学要素６ｂによりもたらされてもよい。他の組み合わせも同様に可能である。光源３，４がそれぞれ原色を放出する異なる構造ユニットからなり、垂直方向に互いにわずかに異なる位置配置されることが好ましい。また、２つのホログラフィック光学要素６ａ，６ｂが、光導波路５により案内された光源３，４からの光に対して回折効果を有し、ディスプレイパネル５により観察者の個々の眼に２つの視差画像の一方として投射してもよい。この手順により、視感度効率がさらに向上する利点がある。

図４ａ及び図４ｂは、図１のＡＳＤ１の変形例の作動状態を平面視で示す。この場合、図４ａは右の光源３が光導波路５に光を放出するスイッチング状態を示し、光源４が作動した状態を示す。

図１のＡＳＤ１と図４ａ及び図４ｂの装置３１との相違の一つは、ＡＳＤ３１の場合、ホログラフィック光学要素３６は面的に光導波路へ直接に接続されている。また、ＡＳＤ３１の場合、ホログラフィック光学要素３６は透過型エッジリットホログラムとして具現化できる。

ホログラフィック光学要素３６は、一つが他の上に配置され、あるいは互いに距離をあけて配置される態様で複数層に配置された複数の独立のホログラムから構成することも可能である。ホログラフィック光学要素を、それぞれ１種類の色（すなわち人間にとっての可視の光のうちの特定の狭い周波数範囲）や、それぞれ一つの光源から光のみや、あるいは１つの色及び／又は１つの方向からの光のみを回折するように設計することも可能である。

図５ａ及び図５ｂは、図４ａ及び図４ｂのＡＳＤ３１の変形を示す。ここでは、第１に光源３，４は図面の紙面上でいくらか上方に配置され、第２に使用されている光導波路４５は、放射された光の反射（全反射）が内部で殆ど起きず、光は光導波路４５から直接的にホログラフィック光学要素４６に案内される。ホログラフィック光学要素４６（透過型エッジリットホログラム）は、光導波路４５からの光をその光の好適な方向に応じて再び２つの異なる方向に回折して、光をディスプレイパネル７に向けるように具現化される。

図６ａ及び図６ｂは、図４ａ及び図４ｂのＡＳＤ３１の作動中の斜視図である。図６ａは光源３が作動している状態のＡＳＤ３１を示し、図６ｂは左側の光源４が作動している状態を示す。光源３，４のうちの一つから光導波路５を介してホログラフィック光学要素３６に向かい、ホログラフィック光学要素３６でディスプレイパネル７に回折される光線の経路が、それぞれ例として図示されている。この場合のホログラフィック光学要素６は、観察者の両眼をつなぐディスプレイパネル７の表面に対して垂直な面に対して平行に広がる面において回折が有効となるように構成される。

図７ａ及び図７ｂは、本発明の第６実施形態としての、図４ａ及び図４ｂのＡＳＤ３１の変形例の作動状態を斜視で示す。ここでの相違は、光源３，４が光導波路５の左右側方ではなく、光導波路５の上方と下方に配置されていることである。ここでは、さらに、ホログラフィック光学要素５６は観察者の両眼をつなぐディスプレイパネル７の表面に対して垂直な面に対して平行に広がる面において回折が有効となるように構成される。

原理的には、図６ａ及び図６ｂの実施形態と図７ａ及び図７ｂの実施形態の組み合わせも可能である。

図８ａは、本発明に係るＡＳＤの第７実施形態を示す。このＡＳＤは一つの相違を除いて図１のＡＳＤ１と対応する。この唯一の相違は、光導波路５が図面の紙面上の上方に屈折面構造１０を備えることである。

ＡＳＤ６１の作動中、屈折面構造１０は、放射された光のさらに大部分を光導波路５に反射してホログラフィック光学要素６の方向へ放出させることである。

さらにまた、より均一性のある照明及び／又はＡＳＤ６１の輝度の向上のために、例えば真空蒸着法による反射性のコーティングを屈折面構造１０に行うことが有利である。

ＡＳＤ６１の場合も、ホログラフィック光学要素６を、光導波路５に直接的に隣接して配置してもよいし、ディスプレイパネル７に直接的に隣接して配置してもよい。

図８ｂは図８ａのＡＳＤ６１の変形例を示し、この例では屈折面構造１０は図面の紙面上で光導波路５の下側に配置されている。この構成には、光は光導波路５で意図した態様でより効率的にアウトカップリングされ、ホログラフィック光学要素６によって偏向される効果がある。このようにして、ＡＳＤ７１の輝度が増加し、ＡＳＤの照明がより均一になる。

最後に、本発明に係るＡＳＤの第９実施形態が図９に平面視で概略的に図示されている。ここで図示されたＡＳＤ８１の構造は、図１の装置に基づく。しかしながら、２枚の光学フィルム１１，１２が追加的に設けられ、一方のフィルムは光導波路５とホログラフィック光学要素６との間に配置され、他のフィルムはホログラフィック光学要素６とディスプレイパネル７の間に配置されている。フィルム１１，１２は互いに独立で、拡散フィルム、マイクロレンズフィルム、プリズムフィルム、レンチキュラーフィルム、あるいは反射偏光フィルムであってもよい。また、ＡＳＤ８１の光導波路５は、図面の紙面上の上側と下側の両方に屈折面構造１０を備える点で、図１のＡＳＤ１と異なる。

光学フィルム１１，１２の使用と屈折面構造１０を設けたことで、視感度（luminous efficiency）が均一化ないし向上する。

ＡＳＤ１の設計、及びＡＳＤ３１，４１，５１，６１，７１，８１の設計、並びにそれらからの派生形態において、光導波路のディスプレイパネルとは反対側の側面を主として反射的な態様で構成するか、反射性のコーティングを施すことが有利である。この構成により、ディスプレイをより高輝度とし、さらに輝度を均一化できる。

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１ オートステレオスコピック３次元ディスプレイ
２ 照明ユニット
３ 光源
４ 光源
５，４５ 光導波路
６，６ａ，６ｂ，１６，３６，４６，５６ ホログラフィック光学要素
７ ディスプレイパネル
８ 制御ユニット
９ 導線
１０ 屈折面
１１ 光学フィルム

Claims (14)

1. ２個の光源（３，４）を有する照明ユニット（２）と、光導波路（５）と、回折光学案内要素としてのホログラフィック光学要素（６）と、透過型のディスプレイパネル（７）と、前記光源（３，４）を前記ディスプレイパネル（７）に表された右側及び左側の視差画像に交互にそれぞれ同期させるための制御ユニット（８）とを備え、前記光源（３，４）がそれぞれ前記光導波路（５）に異なる方向から光を放射するように向けられて、前記光導波路（５）からされる放出される光がそれ自体の好適な方向に応じて、前記ホログラフィック光学要素（６）によって２つの異なる方向で回折されて、前記ディスプレイパネル（７）を透過するように、前記ホログラフィック光学要素（６）と前記ディスプレイパネル（７）とが配置され、前記光導波路（５）の少なくとも１つの表面が屈折面（１０）を有することを特徴とする、オートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
2. 前記屈折面（１０）は、線形変換不変量プリズム構造と、多次元ピラミッドプリズム構造、楕円、多項、円錐セグメント、双曲線、又はこれらの基本構造の組み合わせによる線形変換不変量レンズ構造と、楕円、多項、円錐部、双曲線、又はこれらの基本構造の複数又は単一の組み合わせによる多次元半球レンズ構造と、非周期散乱表面構造とのいずれかが、非散乱構造との組み合わせで面的に又は複数領域に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
3. 少なくとも１枚の光学フィルム（１１，１２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
4. 前記光学フィルム（１１，１２）は、拡散フィルム、マイクロレンズフィルム、プリズムフィルム、レンズ状フィルム、又は反射偏光フィルムであることを特徴とする、請求項３に記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
5. 前記ホログラフィック光学要素（６）は体積ホログラムであることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
6. 前記ホログラフィック光学要素（６）は、コリメートした又は発散した角度分布を生じるように構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
7. 前記ホログラフィック光学要素（６）は、透過型及び／又は反射型ホログラム、及び／又は、透過型及び／又は反射型エッジリットホログラムであることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
8. 前記ホログラフィック光学要素（６）は、隣接する態様で互いに接続された複数の個別のホログラムから構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
9. 前記ホログラフィック光学要素（６）又は前記互いに接続された個々のホログラムは、好ましくは多重化により、特に好ましくは角度分割多重化及び／又は波長分割多重化により得られる体積ホログラムであることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
10. 前記光導波路（５）は平行六面体であることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
11. 前記光源（３，４）は、好ましくは冷ガス放電ランプであるガス放電ランプ、好ましくは赤色、緑色、青色、黄色、及び／又は白色の発光ダイオードである発光ダイオード、及び／又はレーザダイオードであることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
12. 前記光源（３，４）は前記平行六面体の２つの対向する側面に配置されていることを特徴とする、請求項１０又は請求項１１のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
13. 前記ホログラフィック光学要素（６）と、前記光導波路（５）と、前記ディスプレイパネル（７）とは、前記ホログラフィック光学要素（６）、前記光導波路（５）、及び前記ディスプレイパネル（７）の順、又は前記光導波路（５）、前記ホログラフィック光学要素（６）、及び前記ディスプレイパネル（７）の順で配置されていることを特徴とする、請求項１０から請求項１２のいずれかに記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。
14. 前記ホログラフィック光学要素（６）、前記光導波路（５）、及び前記ディスプレイパネル（７）は、互いに面的に接続されていることを特徴とする、請求項１３に記載のオートステレオスコピック３次元ディスプレイ。

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