JP3199345B2 - 三次元イメージ用自動立体表示装置 - Google Patents

三次元イメージ用自動立体表示装置

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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、三次元イメージ用の表
示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元（３Ｄ）イメージを生成する公知
の表示装置は、複数の二次元（２Ｄ）イメージを観察者
に表示することによって、３Ｄの不透明な物体の幻影を
生み出す。これら複数の２Ｄイメージはそれぞれ、特定
の方向から捉えた物体のビュー（view）であり、３Ｄイ
メージの再生時には、構成要素となっている各２Ｄイメ
ージはそれぞれの方向に再生される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したような公知の
３Ｄディスプレイでは、観察者が移動することができる
自由度は、複数のビューが結像される角度の全範囲によ
り制限を受ける。少数の２Ｄビューしか結像することが
できない公知のディスプレイでは、視角の範囲が極めて
限定された３Ｄイメージしか提供できない。従って、観
察者が３Ｄイメージを見ることができる状態を維持する
ためには、観察者の位置は限られた範囲内に制限され
る。同様に、３Ｄイメージを見ることのできる観察者の
数も、２Ｄビューの数が限られているために、やはり制
約を受けることになる。
【０００４】S. PastoorおよびK.Schenkeらによる"Subj
ective Assesments of the Resolution of Viewing Dir
ections in a Multi Viewpoint 3D TV System" (217
頁、Proc. SID、Vol. 30/3、1989年)では、３Ｄディス
プレイで必要とされるビューの数の要件が述べられてい
る。典型的なシーンの場合は、眼と眼の間の距離内に６
０以上のビューが必要とされると推定されている。広い
視野の場合は、数百のビューを表示しなければならない
ことがある。ビューを同時に示すタイプのディスプレイ
の場合、現時点ではこれを達成することは不可能であ
る。
【０００５】Akiyama, K.およびTetsutani, N.による"T
hree dimensional visual communi-cation" (1991 ITE
Annual convention、607頁)に記載されたディスプレイ
は、レンチキュラースクリーンの後ろの液晶装置（ＬＣ
Ｄ）上にインターレースされたイメージを与えることに
より生成される二つのビューによるディスプレイを有す
る。観察者の位置はモニターされ、オルソスコピック観
察ゾーン、つまり観察者がイメージを正常に見ることが
できる領域からシュードスコピック観察ゾーン、つまり
凹凸の反転したイメージを観察者が見ることになる領域
へと観察者が移動するにつれて、イメージがインターレ
ースされる順序が逆にされ、これにより観察者に正常な
イメージが見える状態が維持される。このようなシステ
ムでは、観察者の頭の位置を正確に追従し、イメージが
インターレースされる順序を逆にする時間を決定する必
要がある。さらに、このようなディスプレイには、一人
の観察者に対してしか用いられないという制約もある。
また、ＬＣＤのブラックマスクはレンチキュラースクリ
ーンのせいで観察者に見えるようになってしまう。
【０００６】欧州特許公開公報第0 404 289号"Televisi
on set or the like for creatinga three dimensional
perception of images and apparatus for creation o
f same"は、レンチキュラースクリーンが、高解像度の
表示装置に対して、観察者の移動に応じて移動される３
Ｄディスプレイを記載している。このような装置におい
ても、レンチキュラースクリーンの動きを非常に精密に
制御する必要があり、また、単独の観察者に対してしか
用いられないという制約も受ける。
【０００７】英国特許公開公報第2 206 763号は、時間
多重化タイプの３Ｄディスプレイを開示している。この
ディスプレイでは、それぞれ異なる方向から捉えられた
ビューを表す複数の２ＤビューがＬＣＤに与えられる。
陰極線管（ＣＲＴ）等の空間的に変調された光源が、Ｌ
ＣＤに隣接して配置されたレンズの焦平面に設けられて
おり、ＣＲＴスクリーンのそれぞれ異なる領域は、ＬＣ
Ｄによって表示される互いに異なる２Ｄイメージと同期
して明るくなり、それにより、観察者はビューをそれぞ
れが捉えられた方向から見ることができる。しかし、こ
のディスプレイでは、観察者は、ビューをそれぞれが捉
えられた方向からしか見ることができないために、観察
者の位置は制限される。
【０００８】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、一人以上の観察者が３Ｄイメ
ージを見ることのできる状態を維持したままで、一人以
上の観察者の移動を追従することができる、３Ｄイメー
ジ表示用の自動立体表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の三次元イメージ
を表示する自動立体表示装置は、移動可能な少なくとも
一つの照明光源と、第一の観察領域において該少なくと
も一つの照明光源を結像する少なくとも一つの結像シス
テムと、該少なくとも一つの照明光源からの光を左およ
び右の二次元イメージに合わせて変調する少なくとも一
つの空間光変調器と、第一の観察者の位置を追従する観
察者トラッキングシステムと、該第一の観察領域が該第
一の観察者の位置を追従するように、該少なくとも一つ
の照明光源および該少なくとも一つの結像システムの相
対的位置を、該照明光源の移動によって制御する制御シ
ステムとを備えており、そのことにより上記目的を達成
する。
【００１０】また、本発明の三次元イメージを表示する
自動立体表示装置は、連続的で個々に制御可能である複
数の光源のアレイを備えており、各光源が光導波路に結
合された、少なくとも一つの照明光源と、第一の観察領
域において該少なくとも一つの照明光源を結像する少な
くとも一つの結像システムと、該少なくとも一つの照明
光源からの光を左および右の二次元イメージに合わせて
変調する少なくとも一つの空間光変調器と、第一の観察
者の位置を追従する観察者トラッキングシステムと、該
第一の観察領域が該第一の観察者の位置を追従するよう
に、該少なくとも一つの照明光源における個々の光源お
よび該少なくとも一つの結像システムの相対的位置を制
御する制御システムとを備えており、そのことにより上
記目的を達成する。
【００１１】さらに、本発明の三次元イメージを表示す
る自動立体表示装置は、連続的で個々に制御可能である
シャッターのアレイの背後にバックライトが設けられ
た、少なくとも一つの照明光源と、第一の観察領域にお
いて該少なくとも一つの照明光源を結像する少なくとも
一つの結像システムと、該少なくとも一つの照明光源か
らの光を左および右の二次元イメージに合わせて変調す
る少なくとも一つの空間光変調器と、第一の観察者の位
置を追従する観察者トラッキングシステムと、該第一の
観察領域が該第一の観察者の位置を追従するように、該
少なくとも一つの照明光源における個々のシャッターお
よび該少なくとも一つの結像システムの相対的位置を制
御する制御システムとを備えており、そのことにより上
記目的を達成する。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】前記少なくとも一つの空間光変調器は第一
および第二の空間光変調器を有しており、前記自動立体
表示装置は、該第一および第二の空間光変調器からの光
を結合するビームコンバイナをさらに備えていてもよ
い。
【００２０】前記少なくとも一つの照明光源は、単一の
照明光源と、該単一の照明光源からの光を前記第一およ
び第二の空間光変調器へと導くビームスプリッタとを有
していてもよい。
【００２１】前記少なくとも一つの照明光源は、第一お
よび第二の照明光源と、該第一および第二の照明光源の
それぞれからの光を前記第一および第二の空間光変調器
へと導く手段とを有していてもよい。
【００２２】さらに、本発明の三次元イメージを表示す
る自動立体表示装置は、連続的で個々に制御可能である
複数の光源のアレイをそれぞれ備えた、第一および第二
の照明光源と、第一および第二の照明光源からの光を分
割するビームスプリッタと、該ビームスプリッタによっ
て分割された光を、それぞれ左および右の二次元イメー
ジに合わせて変調する第一および第二の空間光変調器
と、該第一および第二の空間光変調器からの光を、前記
第一の観察領域にて重ね合わされたイメージを形成する
ように結合する結合システムと、第一の観察者の位置を
追従する観察者トラッキングシステムと、該第一の観察
領域が該第一の観察者の位置を追従するように、該少な
くとも一つの照明光源における個々の光源および該少な
くとも一つの結像システムの相対的位置を制御する制御
システムとを備えており、そのことにより上記目的を達
成する。
【００２３】前記少なくとも一つの結像システムは、第
二の観察領域において前記少なくとも一つの照明光源を
結像するように配置されており、前記観察者トラッキン
グシステムは、第二の観察者の位置を追従するように配
置されており、前記制御システムは、前記少なくとも一
つの照明光源および該少なくとも一つの結像システムの
相対的位置を制御するように配置されており、それによ
り該第二の観察領域は該第二の観察者の位置を追従す
る。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【作用】本発明の自動立体表示装置では、照明光源から
発せられた光は、空間光変調器によって左眼用イメージ
及び右眼用イメージに応じて変調され、結像システムに
よって、観察領域、つまり観察者がこの装置によって表
示されるイメージを見ることができる領域で結像され
る。その結果、観察者は３Ｄイメージを見ることができ
る。観察者が観察領域内で移動すると、その位置は観察
者トラッキングシステムによって追従され、それに基づ
き、制御システムは照明光源と結像システムとの相対的
な位置を制御する。これにより観察者は、観察領域内に
おいて３Ｄイメージが見える状態を維持したまま移動す
ることができる。
【００２７】また、観察者が複数いる場合においても同
様に、各観察者がそれぞれの観察領域内で移動すると、
観察者トラッキングシステムは各観察者の移動に追従す
る。これに基づいて制御システムが、各観察者に対応す
る照明光源と結像システムとの相対位置を制御すること
により、各観察者は、それぞれの観察領域内を３Ｄイメ
ージを見ながら移動することができる。
【００２８】このように、本発明の自動立体表示装置
は、一人以上の観察者に対して３Ｄイメージを見せるこ
とができ、また、各観察者に３Ｄイメージが見える状態
を維持したままでの観察者の移動の自由度を実質的に増
加させることができる。
【００２９】
【実施例】本発明を添付の図面を参照しながら実施例に
基づきさらに説明する。
【００３０】図１は、ビームコンバイナを備えている直
視型３Ｄディスプレイの平面図である。第一および第二
のイメージデータは、第一および第二の空間光変調器１
ａおよび１ｂに与えられ、第一および第二の２Ｄイメー
ジを生成する。第一および第二の空間光変調器１ａおよ
び１ｂのそれぞれは、可動式の照明光源として作用する
各可動式イルミネータ２ａおよび２ｂにより照明され
る。イルミネータ２ａ、２ｂから発せられた光は、レン
ズ３ａおよび３ｂのそれぞれによって空間光変調器１
ａ、１ｂへと導かれる。この光は、空間光変調器１ａお
よび１ｂによって強度変調され、二つの２Ｄイメージを
形成する。３Ｄイメージを生み出すために、これらの２
Ｄイメージはすべて、同一の物体、あるいは複数の同じ
物体の像であるが、すべて異なる方向からのビューであ
る。その後、これらのイメージはビームコンバイナ４に
よって結合され、３Ｄイメージを作り出す。
【００３１】観察者が、図１における位置１にいる場
合、照明光源２ａおよび２ｂは「Ａ」で示す位置から光
を発するように配置される。しかし、観察者が位置２に
移動すると、観察者に３Ｄイメージが見える状態を維持
するために、光は位置「Ｂ」から発せられる。従って、
ＳＬＭ１ａおよび１ｂにそれぞれ隣接するレンズ３ａお
よび３ｂに対する照明光源２ａおよび２ｂの相対的な位
置は、観察者の移動に対応して制御される。観察者の移
動に対応して３Ｄイメージが見える状態を維持できるよ
うにディスプレイを制御してもよいが、ビューの同じ視
点は維持される。あるいは、ＳＬＭに与えられるイメー
ジデータを観察者の移動に対応して修正し、適切な新し
いビューを提示させてもよい。例えば、物体の周囲の移
動をまねることもできる。
【００３２】上記ディスプレイは、図２に示すような複
数の観察者に対しても適切に用いることができる。イル
ミネータ２ａおよび２ｂは、二つ以上の光源を同時に用
いることができるように配置された複数の光源を備えて
いる。これにより、二人の観察者が同一の３Ｄビューを
同時にしかも同じ視点から見ることができる。
【００３３】ある実施例では、各空間光変調器は、対角
線の大きさが２５０ｍｍの液晶装置（ＬＣＤ）であり得
る。イルミネータは各ＬＣＤから５００ｍｍ離されてお
り、ＬＣＤから観察者の位置までの光路の長さは仮に１
ｍとされる。その場合、イルミネータは、（観察者にお
けるウィンドウの大きさが仮に幅６５ｍｍとなるよう
に）幅３２．５ｍｍの照明エレメントから成る。これら
のエレメントは、左右に移動するか、またはオン／オフ
が切り替えられることにより、観察者の横方向の移動に
対応して、観察者の移動の半分の速度で、段階的にその
動きをまねる。
【００３４】上記光学系、即ち、レンズ３、ＳＬＭ１お
よびビームコンバイナ４は、イルミネータ２ａおよび２
ｂから得られる光を有効に利用して、明るいイメージを
生み出すことができる。
【００３５】別の配置によれば、図３に示すように、単
一のイルミネータ５を二つの空間光変調器が共有するこ
とができる。このイルミネータは、少なくともＹ’方向
に沿って移動させられるか、またはその動きをまねるこ
とができるように配置されており、観察者のディスプレ
イに対する横方向の動き、即ちＹ方向の動きを追従す
る。イルミネータからの光は、ビームスプリッタ７によ
りミラー８ａおよび８ｂに向かうように導かれる。ミラ
ー８ａおよび８ｂは、光源５からの光を、ＳＬＭ１ａお
よび１ｂと組み合わされているレンズ３ａおよび３ｂに
向かって反射する。レンズ３ａおよび３ｂとしては、例
えばフレネルレンズ等が用いられる。このイルミネータ
は、Ｚ方向への観察者の垂直の動きを追従するように、
Ｚ’方向に移動可能である。また、このイルミネータを
Ｘ’方向へ移動させられるように配置して、観察者がデ
ィスプレイに向かってきたり、離れて行ったりするＸ方
向における動きを追従し、それによりレンズ３ａおよび
３ｂにより焦点の合わされた光の像平面を、観察者の位
置を確実に追従できるように制御することもできる。単
一のイルミネータ５を共有すれば、複雑なイルミネータ
位置制御システムを単純化することができる。
【００３６】図４は投写型表示装置を示している。この
タイプの装置は、英国特許出願第9323402.9号（特願平
第6-277568号）に記載されている。上述したように、二
つのビューに対応するイメージデータは二つのＳＬＭ１
ａおよび１ｂに与えられる。これらのＳＬＭは、各イル
ミネータからの光を空間的に変調して二つの２Ｄイメー
ジを形成し、それら二つのイメージはその後ビームコン
バイナ４により結合される。しかしながら、これらのイ
ルミネータは、観察者によって直視されるのではなく、
投映レンズ１０のアパーチャの中に結像される。最後の
イメージスクリーンがレンズの場合には、出力開口数の
総計によって出力ビューの方向の最大の角度の広がりが
規定される。
【００３７】しかしながら、この図に示すように、角度
増幅エレメントとして作用する第一および第二のレンチ
キュラースクリーン１２および１４を組み合わせて出力
エレメントとして用いれば、出力ローブは、ディスプレ
イの全ビューイングコーンを広げる第二のレンチキュラ
ースクリーン１４から生ぜられることになる。第一のレ
ンチキュラースクリーン１２は、ディフューザ１６にお
いて像が形成されるように配置される。このディフュー
ザ１６は、第二のレンチキュラースクリーン１４の物体
平面に置かれる。今までに記した他のすべての実施例と
同様に、イルミネータの位置を、少なくとも一人の観察
者の動きを追従するように制御することができる。ある
実施例によるディスプレイシステムにおいては、５０ｍ
ｍのＬＣＤスクリーンは、８０ｍｍ、ｆナンバー１．９
の投映レンズによって、３：１の角度増幅スクリーンに
おいて２５０ｍｍのイメージサイズで結像される。この
スクリーンから観察者までの距離は１０００ｍｍとな
り、横方向におよそ２００ｍｍ移動する自由が与えられ
る。
【００３８】垂直方向の動きは、いくつかの方法で調節
することができる。観察者のいる平面でのイルミネータ
のイメージを垂直方向に延ばし、それによって観察者が
イメージを見ることができる領域の高さの範囲を広くす
ることができる。上記少なくとも一つのイルミネータに
垂直方向に延ばされた照明光源の働きをさせることもで
きるし、また、出力スクリーンの平面に垂直ディフュー
ザエレメントを設けることもできる。あるいは、上記少
なくとも一つの照明光源の位置を、観察者または観察者
たちの移動に応じて垂直方向に移動させることもでき
る。
【００３９】観察者が頭を傾けている場合も、（円筒形
の）レンチキュールからなるアレイを用いないディスプ
レイにおいては、上記照明光源またはそれぞれの照明光
源を傾けることによって調節することができる。しか
し、３Ｄ自動立体効果を維持するためには、イメージを
修正しなければならない。同様に、各イルミネータを、
長さ方向の観察者の移動に応じて、長さ方向に移動させ
れば、各イルミネータの照明領域の大きさを変動させ、
それによって、観察者の眼に対する角度の変化を補償す
ることができる。
【００４０】図５に示すように、時間多重化を用いてい
る表示装置には可動式のイルミネータを備え付けること
もできる。このイルミネータ２０は、ＳＬＭ２２に提示
されるイメージデータに対応して制御され、観察者の左
眼および右眼に順次イメージを示す。しかし、照明光源
の通常の位置は、観察者の頭の移動にも対応して制御さ
れる。従って、観察者が図５の位置１にいるときには、
位置Ａ'および位置Ａ"から交互に光が入射してくるよう
にイルミネータは位置Ａに配置されるが、観察者が位置
２にいるときには、位置Ｂ'および位置Ｂ"から光が入射
してくるようにイルミネータは位置Ｂに移動される。
【００４１】図６は、時間多重化ＳＬＭ２４が２Ｄイメ
ージを形成するようにレンチキュラースクリーン２６お
よび２８の間に設けられている配置を示している。ＳＬ
Ｍおよびレンチキュラースクリーンのこの配置は、1993
年5月10日に提出された「光学装置」と題する欧州特許
出願第93303590.9号（特願平第5-113379号）に開示され
ている。イルミネータ２０の位置は、ＳＬＭに与えられ
るイメージデータに応じて制御される。
【００４２】レンチキュラースクリーンの一方または両
方の代わりにアパーチャのアレイを用いることができ
る。上記装置は、レンズまたはアパーチャの第一の二次
元アレイを備えている。このアレイは、Ｎ個のグループ
からなるレンズまたはアパーチャを有しており、各グル
ープはＺ個のレンズまたはアパーチャを備えている。こ
こでＺは１よりも大きな整数である。この第一のアレイ
のレンズまたはアパーチャは、第一の方向にピッチｐで
配置されている。また、この装置は、第一のアレイに面
する、レンズまたはアパーチャの第二の二次元アレイを
備えている。第二のアレイは、第一の方向にピッチＰで
配置されたＮ個のレンズまたはアパーチャを有してい
る。ここで、Ｐ＞ｐであり、また、この第二のアレイの
各レンズまたは各アパーチャは、第一のアレイのレンズ
またはアパーチャの各グループと連関されている。空間
光変調器は複数の変調セルを備えており、これらの変調
セルのそれぞれは、第一のアレイのレンズまたはアパー
チャの一つ一つに実質的に対応し、かつ整合している。
【００４３】イルミネータのトラッキング、つまりイル
ミネータによる観察者の追従は、さまざまな方法で達成
することができる。照明光源の位置は、例えば光源を左
右へ移動させたり、可動式のミラーを用いたりすれば、
物理的に移動させることができる。あるいは、明るく拡
大された光源を変調するのに用いられるＣＲＴまたはＳ
ＬＭを光源に用いることにより、光源から光が発せられ
る位置は、光源の位置を物理的に移動させなくても制御
することができる。以下に、より詳細に記載するさらに
別の実施例においては、別個に制御可能で一つまたは一
つよりも多くの可動性光源をまねることができる連続し
た光源のアレイを照明光源は備えることができる。さま
ざまなタイプのトラッキングシステムを用いて、ディス
プレイによる一人以上の観察者の追従を制御することが
できる。例えば、各観察者は、ジョイスティックなどの
入力装置を用いてその位置を伝えることができる。別の
実施例においては、各観察者の位置を、超音波トラッキ
ングシステムにより感知することも可能であるし、ま
た、各観察者が磁石を身につけ、その位置を磁気トラッ
キングシステムに示してもよい。さらに別の実施例にお
いては、一つ以上のカメラにより観察領域、すなわち観
察者が存在し得る領域を走査することによって各観察者
の位置を決定することも可能であり、例えば、各観察者
の眼を認識するシステムにイメージデータが与えられ
る。さらに別の実施例においては、各観察者は、赤外エ
ネルギーなどの電磁エネルギーを反射する反射材料を身
につける。走査赤外源および赤外検出器、あるいは広角
度の赤外源および走査赤外検出器は、好ましくは観察者
の両眼の間にかけられた各反射材料の位置を決定する。
さらに別の実施例においては、各観察者が、「上」
「左」「こちら」などの声による命令を発してディスプ
レイを指揮すること、即ち音声制御トラッキングシステ
ムが観察者の声が発せられる位置を特定することも可能
である。
【００４４】図７は、観察者の移動に対応する照明光源
の形状および位置の例を示すものである。光源の陰影を
施した領域は、光が発せられる領域を表している。これ
らの図は時間多重化ディスプレイに対応するものであ
り、図中、薄い陰影の部分はイメージを左眼に示すため
の光が発せられる領域を表しており、一方、濃い陰影の
部分はイメージを右眼に示すための光が発せられる領域
を表している。
【００４５】図７（ａ）は、ディスプレイの真正面に位
置する観察者に対する光源の位置を示している。図７
（ｂ）および図７（ｃ）は、観察者がそれぞれ左および
下に移動する場合の光源の位置を示している。図７
（ｄ）は、観察者が頭を水平軸に対して左に傾けている
場合の光源の向きを示しており、一方、図７（ｅ）は観
察者が長さ方向に移動した場合の光源の形状を示してい
る。図７（ｆ）は、二人の観察者が存在する場合の光源
を表している。観察者がディスプレイを見ながら頭を垂
直軸を中心に回転させる場合、眼と眼の間の有効距離は
結果として変化する。これは、照明エレメントの横方向
の大きさを小さくすることによって補償できる。
【００４６】拡大された光源を変調するのに用いられる
ＳＬＭ、あるいは光源のアレイをイルミネータが備えて
いる場合には、照明光源の大きさおよび向きを容易に変
化させることができる。
【００４７】図８はディスプレイシステムを示してい
る。イメージデータは、ある物体５６の、複数のカメラ
５８によって捕捉されるかコンピュータ３０によって生
成された多数のビューを表しているが、これらのデータ
はイメージ制御器３１を介してシステム制御器３２に伝
えられる。システム制御器３２は、観察者追従検出器３
４により決定される観察者の位置に応答する。システム
制御器３２は、イルミネータ位置制御器３６に指示を発
してイルミネータを制御する。システム制御器３２はま
た、自動立体３Ｄディスプレイ３８の空間光変調器によ
り、どのビューが再生されるかを決定する。
【００４８】図９は、投写型表示装置のさらに別の実施
例を示している。二つのビューに相当するイメージデー
タが空間光変調器４０ａおよび４０ｂに与えられる。各
空間光変調器は対応する可動式のイルミネータ４２ａお
よび４２ｂにより照明される。イルミネータ４２ａから
の光は、レンズ４４ａを介して空間光変調器４０ａへと
導かれる。同様に、イルミネータ４２ｂからの光は、レ
ンズ４４ｂを介して空間光変調器４０ｂへと導かれる。
空間光変調器４０ａおよび４０ｂに形成されたイメージ
は、角度増幅エレメント４６（例えば、図４に関して前
述したように、第一および第二のレンチキュラースクリ
ーン１２および１４、ならびにディフューザを備えてい
るタイプ）の上に結像される。これらのイメージは、そ
れぞれレンズ４８ａおよび４８ｂを介して結像される。
これらのレンズのアパーチャはビームコンバイナ５０に
おいて重ね合わせられている。このようなイメージの重
ね合わせにより、二つのイメージ同士のキーストン歪み
は実質的に阻止される。このような配置によって、大き
な背面作動距離を有する投映レンズを用いる必要なく、
二つの空間光変調器をビームコンバイナを用いた構成に
おいて結像することができる。
【００４９】図１０は、図１〜図９に示したイルミネー
タのいずれにも用いることができる光源のアレイを示し
ている。光源アレイ１０１は、複数の光導波路１０２を
備えており、その一つを図１１により詳細に示してい
る。各光導波路１０２は光学的に透過性の物質からなる
立方形のブロックを備えている。この物質は、ガラスま
たはパースペックス（ＲＴＭ）などの透明プラスチック
を含むことができる。各ブロック１０２には、ドリルに
よりまたは成形により円筒形のキャビティ１０３が形成
されている。このキャビティ１０３には、冷陰極蛍光管
などの細長い光源１０４が入っている。他に用いらるこ
とができる光源としては、発光ダイオード、レーザーダ
イオードなどのレーザー、白熱光源、発光ポリマー、発
光源およびプラズマ源が含まれる。
【００５０】各ブロック１０２は、例えばサンドブラス
チングによりこのブロックの表面を粗くすることによっ
て形成された光学拡散面として示されている発光面１０
５を有するが、薄い光学拡散層により覆われた平滑な表
面を有していてもよい。ブロック１０２の残りの表面１
０６は、例えば反射材料の薄膜により覆われており、光
学的に反射性を有している。この膜の厚さは、好ましく
は１００ミクロン未満であり、このため、図１０に示す
ように、ブロック１０２は、表面１０５と表面１０５と
の間の間隔を最小限とした状態で互いに隣接するブロッ
ク対を何対も有している線状のアレイとして配列され得
る。従って、光源１０１は連続的な発光面からなる線状
のアレイを有する。
【００５１】図１０の矢印１０７は、二つのブロック１
０２の蛍光管１０４によって発せられた光のさまざまな
光路を示している。反射面１０６は各ブロック１０２内
の光を閉じこめ、各ブロック１０２は導波路として作用
する。光は、表面１０５のみから発せられる。従って、
反射面１０６は各ブロックの光出力を最大化し、各ブロ
ック１０２から隣接するブロックへと光が通り抜けるの
を妨げ、「光学的クロストーク」を防止する。
【００５２】各ブロック１０２の光出力の変動は、最小
限にとどめるのが望ましい。冷陰極蛍光管は輝度・効率
共に高く、切り替え速度も早いが、ウォームアップ時間
が長いためにその輝度に変動を示す。ウォームアップ時
間は数分にまで至ることもある。その結果、スイッチを
オンにしたばかりの冷陰極蛍光管と、スイッチをオフに
したばかりの冷陰極蛍光管との間に輝度の差が生じるこ
とになる。このため、適切な温度制御器（図示せず）を
備えたヒータパッド１０８が蛍光管１０４に隣接して配
置され、すべての冷陰極蛍光管１０４の温度を通常の動
作温度（典型的には５５°Ｃ）に維持する。従って、か
なりの時間、スイッチを切っていた冷陰極蛍光管も、ス
イッチをオンとした直後に実質的にその全強度の光を発
することになる。
【００５３】図１２および図１３は、光源アレイ１０１
の変形例を示しており、ここでは、立方体のブロック１
０２の代わりに楔型のブロック１１２が用いられる。表
面１１５は、ブロック１０２の拡散面１０５に相当し、
ブロック１１２の光が発せられる面となる。残りの表面
は、ブロック１０２の場合と同様に反射材料で覆われ
る。従って、楔型のブロック１１２の表面１１５が円筒
の表面または球の表面を形成する、あるいはそのおよそ
の部分を形成する湾曲した一次元光源を提供することが
できる。表面１１５の幅を管１０４の幅よりも狭くし
て、光源の空間解像度を増すことができる。このような
湾曲した光源は、例えば３Ｄ表示システムに用いられる
フレネルレンズの軸外れに関連した像面湾曲収差を克服
するのに役立ち、それによってこのようなディスプレイ
の視野を広げることができる。
【００５４】ブロックの隣接する表面１０５または１１
５の間に残存する隙間が観察者の眼に実質的に見えない
ようにすることが重要である。これは、隣接するブロッ
ク同士を隔てている薄い反射膜のみを挟んで圧着されて
いる表面１０５または１１５の縁が鋭くなるようにブロ
ックを慎重に切削することにより少なくとも部分的に達
成できる。しかしながら、これらの隙間がさらに見えに
くくするためには、図１４に示すように、隣接するブロ
ック同士の間での光の交差拡散の程度を少なくするよう
に、薄いディフューザ１２０をさらにブロック１０５の
表面を横切って配置してもよい。さらに、３ＭのＢＥＦ
膜のような輝度強化膜をディフューザ１２０の表面上に
用いて、法線方向における光源の輝度を強めることがで
きる。
【００５５】図１５は、二次元のつながったアレイとし
て配列された複数のブロック１０２を備えた二次元光源
アレイ１０１を示している。個々のブロックの光源は別
個に制御可能であり、それにより、どのようなパターン
の照明も実現することができる。例えば、連関する制御
回路を、図７に図示されている形状および位置をまねる
ように配置してもよい。
【００５６】図１６は、ブロック１０２の変形例を示し
ており、このブロックでは、図１１に示した円筒型のキ
ャビティ１０３の代わりに、ブロック１０２の背面から
正面に向かって内側に延びているスロット１０３’が設
けられており、その内側に蛍光管１０４が置かれてい
る。スロット１０３’を規定する面は光学的に透過性を
有しており、このために蛍光管１０４から発した光はブ
ロック１０２により形成された導波路内に結合される。
【００５７】図１７は、複数のブロック１０２から形成
された光源を示しており、これらのブロック１０２は、
各ブロック背面が湾曲しているという点で図１１に示し
たタイプとは異なる。このような配列は、導波路エレメ
ントの出力輝度の均一性を改善するのに用いうる。
【００５８】図１８に示す光源アレイは、図１７に示す
光源アレイと類似した形状を有しているが、本質的に固
体の透明プラスチックブロック（ＲＴＭ）１０２の代わ
りに、キャビティ１１６を内包する「空気充填導波路」
が用いられている点で図１７に示す光源アレイとは異な
る。これらのキャビティは、ディフューザ１２０側の縁
がナイフ状である不透明のバリア１１７と、不透明のエ
ンドバリア（図示せず）とにより規定される。これらの
バリアは反射面を有しており、各キャビティ１１６の背
面は、円筒状または放物線状に湾曲した反射材料１１８
により規定される。
【００５９】図１０〜図１４に示した透明プラスチック
ブロック１０２および１１２も同様に、空気充填導波路
を代わりに用いることができる。
【００６０】図１９は、図３のディスプレイにおいて、
照明光源５に代えて、図１２および図１３の光源１０１
を用いた例を示すものである。光源１０１は、光をビー
ムスプリッタ１２２へと与え、ビームスプリッタ１２２
はその光の実質的に半分をミラー１２３へと透過し、残
りの実質的に半分の光をミラー１２４へと反射する。ミ
ラー１２３および１２４は、それぞれ、フレネルレンズ
１２５および１２６を通して、ＳＬＭ１２７および１２
８に光を反射する。ＳＬＭ１２７および１２８により変
調された光線は、ＳＬＭ１２７上に形成されたイメージ
が観察者の右眼に見え、ＳＬＭ１２８上に形成されたイ
メージが観察者の左眼に見えるように、ビームコンバイ
ナ１２９により結合される。フレネルレンズ１２５およ
び１２６は、光源１０１のイメージを観察者の右眼およ
び左眼の位置にそれぞれ形成する。
【００６１】光源アレイ１０１の各蛍光管はイルミネー
タ制御器１３０により制御され、一方、イルミネータ制
御器１３０は観察者トラッキングシステム１３１により
制御される。観察者トラッキングシステム１３１は観察
者の位置を追従できるように配置されており、イルミネ
ータ制御器１３０を制御してこれらの蛍光管のスイッチ
をオンにさせる。その結果、対応するブロック１１２の
表面１１５のイメージが観察者の眼のそれぞれの位置に
形成される。例えば、位置１３２にいる観察者に対して
は蛍光管１０４ａが明るくされ、対応するブロックから
発する光の典型的な光路は実線で示されている。観察者
が位置１３３に移動すると、観察者トラッキングシステ
ム１３１はこの位置の変化を検出し、イルミネータ制御
器１３０を制御して管１０４ａを消灯させ、管１０４ｂ
を点灯させる。典型的な光路は図１９の一点鎖線で示さ
れている。
【００６２】あるいは、二人の観察者が、例えば位置１
３２および１３３において、同時に自動立体イメージを
見ることができるようにするためには、両方の組の管１
０４ａおよび管１０４ｂを同時に明るくしてもよい。さ
らに、観察者トラッキングシステム１３１を両方の観察
者の位置を追従し、かつイルミネータ制御器１３０を制
御してこれらの管１０４を明るくさせるように配置して
もよい。これにより、このディスプレイによって可能な
移動範囲内で、自動立体イメージが両方の観察者により
観察できるようにすることができる。
【００６３】図２０は、図５に示したタイプの時間多重
化ディスプレイにおいて光源アレイ１０１を用いる例を
示すものである。位置１３２にいる観察者に対しては、
管１０４ｃから発した光は、フレネルレンズ１３５によ
って、高速液晶装置（ＬＣＤ）パネル１３６であるＳＬ
Ｍを通り、観察者の左眼に結像され（実線で示す）、一
方、管１０４ｄから発した光は、右眼に結像される（一
点鎖線で示している）。観察者が位置１３３にいるとき
には、管１０４ｅおよび１０４ｆが明るくされる。位置
１３２にいる観察者に対しては、管１０４ｃが最初に明
るくされ、他の管のスイッチはオフにされる。左眼用の
イメージはＬＣＤパネル１３６に示され、観察者の左眼
によって見られる。その後、管１０４ｃは消灯され、管
１０４ｄが明るくされる。このとき、イメージデータ
は、位置１３２にいる観察者の右眼によって見られる右
眼用のイメージを示すように変更されている。このよう
な一連の動作は、フリッカが見えなくなるような高い反
復率で反復され、これにより観察者は自動立体３Ｄイメ
ージを見ることができる。
【００６４】観察者が、例えば位置１３２から位置１３
３へと移動するにつれて、明るくなっている管１０４
は、１０４ｃおよび１０４ｄから、１０４ｅおよび１０
４ｆへと継続的に変化する。これにより、観察可能な位
置の範囲内で、観察者は同一の自動立体３Ｄイメージを
見ることができる。
【００６５】あるいは、図１９の場合は、二対の管１０
４ｃおよび１０４ｄ、ならびに１０４ｅおよび１０４ｆ
を同時に明るくし、二人の観察者が同一の自動立体３Ｄ
イメージを異なる位置で見ることができるようにしても
よい。例えば、観察者達が位置１３２および１３３にい
る場合、管１０４ｃおよび１０４ｅのスイッチを同期さ
せて入れ、かつ、管１０４ｄおよび１０４ｆのスイッチ
を同期させて入れる。両方の観察者を別個に追従するこ
とができ、また、適切な管１０４をＬＣＤパネル１３６
に示されるイメージデータと同期して明るくすることが
できる。
【００６６】図２１は、図１９に示したものと類似した
タイプではあるが、二つの光源アレイ１０１ａおよび１
０１ｂが設けられている点で異なる自動立体３Ｄディス
プレイを示している。これらの光源アレイ１０１ａおよ
び１０１ｂから発せられた光はビームスプリッタ１２２
により分割される。ここで光源アレイ１０１ａから発せ
られた光の光路を実線で示し、光源アレイ１０１ｂから
発せられた光の光路を破線で示している。光源アレイ１
０１ａおよび１０１ｂは、１３８で示されているイメー
ジが、光源のブロック１０２または１１２の半分のピッ
チで互いに重なり合うような位置に配置される。従っ
て、このような配置を取ることにより、ディスプレイに
対する光の強度はより強くなり、光源の各照明エレメン
トの有効解像度は倍増する。さらに、一方の光源アレイ
の隣接する表面１０２または１１２の間のどのような隙
間も、他方の光源アレイの表面１０２または１１２の一
つからの光によって埋め合わせることができ、それによ
ってこのような隙間を見えにくくすることができる。
【００６７】光源の管１０４は、個別に制御可能であ
り、また、所望のどのようなタイプの光源でも表すこと
ができるようにスイッチのオン／オフを切り替えてもよ
い。単独の観察者を追従する場合は、いつも、隣接する
複数のブロックの管１０４が同時に明るくされる。観察
者が、例えば図１９の矢印１３９で示す方向、即ち左方
に移動すると、それにつれて光源も矢印１３９’の方向
に事実上移動する必要が生ずる。これは、明るくなって
いる一群の管のうちの一方の端にある管のスイッチをオ
フにし、他方の端に隣接する管のスイッチをオンにする
ことにより達成できる。従って、観察者が動いたときで
も、自動立体３Ｄイメージを継続的に見ることができ
る。ゆえに、光源アレイ１０１は事実上可動式の光源の
動きをまねるが、可動部は必要ではない。前述したよう
に、二人以上の観察者が同時に３Ｄイメージを見るため
には、二つ以上のグループの管１０４を同時に明るくす
るか、または、観察者を個別に追従する、明るくなって
いる管のグループと共に制御することができる。
【００６８】図１０に示したようなタイプの光源アレイ
の典型例においては、蛍光管１０４は直径４ｍｍであ
り、ブロック１０２は幅８ｍｍである。従って、２４個
のブロックからなるアレイにより、全体の幅が１９２ｍ
ｍの光源が得られる。図１９に示したタイプのビームコ
ンバイナディスプレイに用いた場合には、観察者から６
４ｍｍ隔てた幅６４ｍｍの光源の二つのイメージを生成
する必要がある。倍率が２：１となるように配置された
フレネルレンズ１２５および１２６に対しては、光源に
おける照明の幅が３２ｍｍとなるように、４つの管を明
るくすることができる。観察者の最大移動範囲は従って
３８４ｍｍとなるので、観察者が自由に移動して支障な
く観察できるようにするためには、観察者のおよそ１６
ｍｍの一回の移動に対して管のスイッチを段階的に切り
替えねばならない。
【００６９】図２２は、図１９に示したものと類似する
タイプの自動立体３Ｄディスプレイを示している。しか
しながら、ここではミラー１２３および１２４、ならび
にレンズ１２５および１２６の代わりにミラー１４０お
よび１４１が用いられる。ミラー１４０および１４１は
それぞれ、球面ミラーまたは非球面ミラーを備えてお
り、これらのミラーによって光源アレイ１０１から発せ
られた光は偏向され、対応するＳＬＭ１２７または１２
８を通って、観察者の位置１４２において光源アレイ１
０１のイメージを形成する。それに加えて、ミラー１４
０および１４１の反射面には回折パターンを設けること
ができ、それによって、反射と回折との間で共有される
焦点力を有するハイブリッド反射／回折要素を生成する
ことができる。このことによって、有効アパーチャを拡
大できると同時に、光学的性能の改善も可能になる。そ
れに加えて、ディスプレイの背面作動距離を縮小して、
ディスプレイをより小型のものにできる。
【００７０】図２３は、図２２に示したものと類似する
が、光源アレイ１０１およびビームスプリッタ１２２の
代わりに二つの光源アレイ１０１ａおよび１０１ｂが用
いられている点で異なる自動立体３Ｄディスプレイを示
している。
【００７１】図２４（ａ）および図２４（ｂ）は、図５
に示したものと類似する別の時間多重化ディスプレイを
示している。このディスプレイは、例えば収束フレネル
レンズなどのレンズ２６１と連関されている液晶装置２
６０の形をしたＳＬＭを備えている。照明光源２６２は
バックライトの形をした長く伸びた光源（図示せず）を
備えており、このライトの正面に低解像度の液晶空間光
変調器であるシャッターアレイ２６３が配置される。シ
ャッターアレイ２６３は、観察者の位置を追従する手段
（図示せず）によって制御される。あるいは照明光源２
６２は、例えば図１０〜図１８に示したタイプの、つな
がった、別個に制御することのできる光源のアレイを備
えていてもよい。
【００７２】使用時には、シャッターアレイ２６３は、
エレメント２６４および２６５が透明で、アレイ２６３
のその他のエレメントは不透明になるように制御され
る。従って、バックライトを伴う透明エレメント２６４
および２６５は、レンズ２６１によって観察者の左眼２
６７が位置する領域２６６に結像される一つの光源を備
えている。エレメント２６４および２６５からの光は、
液晶装置２６０により変調され、３Ｄイメージの左側の
イメージを観察者の左眼２６７に提示する。
【００７３】その後、エレメント２６４および２６５は
不透明になるように制御され、エレメント２６８および
２６９が透明にされ、別の光源として作用する。エレメ
ント２６８および２６９からの光は、レンズ２６１によ
り観察者の右眼２７１が位置する領域２７０に結像され
る。この光は右眼２７１により観察されることになる３
Ｄイメージの第二のイメージに応じて液晶装置２６０に
より変調される。この一サイクルの動作は、観察者がフ
リッカを知覚できないようにかなりの高速で反復され、
この結果、ディスプレイは時間多重化により自動立体３
Ｄイメージを示す。
【００７４】図２４（ｂ）は、観察者が矢印２７２の方
向に移動した時のディスプレイの動作を示している。観
察者をスムーズに追従し、観察者が確実に自動立体３Ｄ
イメージを見続けることができるようにするために、シ
ャッターアレイエレメント２７３および２６４は左眼２
６７で結像され、シャッターエレメント２６５および２
６８は右眼２７１で結像される。従って、シャッターエ
レメント２７３および２６４からの光は左眼用イメージ
を伴って装置２６０により変調され、シャッターエレメ
ント２６５および２６８からの光は右眼用イメージを伴
って装置２６０により変調される。シャッターアレイ２
６３およびバックライトは、従って矢印２７４の方向へ
の照明光源の移動をまねし、それによって観察者の移動
を追従する。
【００７５】図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示すデ
ィスプレイは、図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示し
たものと類似するが、より低い解像度のシャッターアレ
イ２６３を用いている。この場合、観察者の両眼２６７
および２７１が図に示すような位置にある図２５（ａ）
において、シャッターエレメント２７５のみがレンズ２
６１により左眼２６７で結像され、シャッターエレメン
ト２７６および２７７は右眼２７１により結像される。
図２５（ｂ）に示すように、観察者が矢印２７２の方向
に移動すると、シャッターエレメント２７６および２７
７は左眼２６７で結像される光を発するように制御さ
れ、それに対してエレメント２７６のみが右眼２７１で
結像される光を発するように制御される。
【００７６】図２６（ａ）および図２６（ｂ）は、図２
４（ａ）および図２４（ｂ）に示したタイプのディスプ
レイを示しているが、すべてのシャッターエレメントが
連続して閃光を発するような異なる動作をするシャッタ
ーアレイ２６３を伴う。特に、図２６（ａ）に示すよう
な位置にある観察者に対しては、シャッターエレメント
２７３および２８０は、シャッターエレメント２６８お
よび２６９と同期して動作させられ、シャッターエレメ
ント２８１および２８２はシャッターエレメント２６４
および２６５と同期して動作させられる。このような配
置は、ある状態に長時間切り替えておいた場合にある種
の液晶装置で見られ得る蓄積効果を低減する助けとな
る。そのような効果は、ディスプレイの軸から遠く離れ
て配置されたシャッターエレメントには起こりやすいも
のである。図１０〜図１８に示したような光源自体が切
り替えられるディスプレイにおいては、すべての光源を
連続的に切り替えて動作させることは、寿命による光源
の輝度の劣化を低減する助けとなる。一人よりも多くの
観察者が存在する場合には、各観察者についてシャッタ
ーアレイ２６３のそれぞれ異なる部分を制御してもよ
い。
【００７７】図２６（ｂ）は、観察者が矢印２７２の方
向に移動した場合の動作を示している。この場合、シャ
ッターエレメント２８０、２６５、２６８および２８２
が同期するように制御され、残りのシャッターエレメン
ト２７３、２６４、２６９および２８１が同期するよう
に動作させられる。
【００７８】図２７（ａ）および図２７（ｂ）は、図２
５（ａ）および図２５（ｂ）に示したようなタイプの低
解像度シャッターアレイ２６３を用いる場合の、図２６
（ａ）および図２６（ｂ）に示したような動作モードを
示している。特に、図２７（ａ）および図２７（ｂ）
は、レンズのアレイを用い、かつ図２４（ａ）〜図２６
（ｂ）に示したものよりも高い解像度のシャッターエレ
メントを用いている小型の時間多重化ディスプレイを示
しており、各レンズに対して一群のイルミネータを伴
う。図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示したディスプ
レイの場合と同様に、有効照明エレメントは、左眼２６
７および右眼２６１に対して異なる大きさのものであ
る。
【００７９】図２８（ａ）および図２８（ｂ）は、図１
に示したものと類似するタイプの自動立体３Ｄディスプ
レイを示しているが、図２７（ａ）および図２７（ｂ）
に示したタイプの、拡大光源（図示せず）ならびにシャ
ッター２６３ａおよび２６３ｂを備えている照明光源を
備えている。あるいは、光源は図１０〜図１８に示した
タイプのものでもよい。光は右側のイメージ用にシャッ
ター２６３ａを通過し、光は左側のイメージ用にシャッ
ター２６３ｂを通過する。光は連続的にシャッター２６
３ａおよび２６３ｂを通じて与えられ、その結果、それ
らからの光路は、液晶空間光変調器２６０ａおよび２６
０ｂに与えられる右側および左側のイメージによりそれ
ぞれ変調される。二つの収束レンズアレイ２６１ａおよ
び２６１ｂが設けられており、それぞれ右眼２７１およ
び左眼２６７において有効な光源を結像する。左側およ
び右側のイメージは、ビームコンバイナ２８５により結
合される。
【００８０】図２８（ｂ）は、矢印２７２の方向への観
察者の移動に応じ、ディスプレイが観察者の移動を追従
できるようにするための、シャッター２６３ａおよび２
６３ｂの動作の変化を示している。
【００８１】図２９（ａ）および図２９（ｂ）は、図３
に示したタイプの自動立体３Ｄディスプレイを示してい
るが、このディスプレイは、二つの光源の代わりに図２
４（ａ）および図２４（ｂ）に示したタイプの単一の光
源２６２が用いられ、それに併せてビームスプリッタ２
８６、ならびに反射部材２８７および２８８を有する、
光を分割するための構成が用いられている点で図２８
（ａ）および図２８（ｂ）に示したディスプレイと異な
る。光源２６２からの光は、それぞれ左眼２６７および
右眼２７１の位置で結像される二つの光源をまねるよう
に分割される。図２９（ｂ）は、矢印２７２の方向へ観
察者が移動した結果の動作をここでも示すものである。
【００８２】図２８（ａ）および図２８（ｂ）に示した
タイプのディスプレイにおいては、光源およびシャッタ
ー２６３ａからの光はビームコンバイナ２８５により透
過されるが、光源およびシャッター２６３ｂからの光は
ビームコンバイナ２８５により反射される。このため、
色差に混乱が生じうる。なぜなら、ビームコンバイナ２
８５の反射特性および透過特性は、色に対してさまざま
に変化するからである。しかしながら、図２９（ａ）お
よび図２９（ｂ）に示したタイプのディスプレイはこの
現象を示さない。特に、ビームスプリッタ２８６とビー
ムコンバイナ２８５を実質的に同一のものとすることに
より、ビームスプリッタ２８６を通り、ミラー２８７を
介してビームコンバイナ２８５により反射される光路が
一度の透過と二度の反射を受けるのに対して、ビームス
プリッタ２８６により反射される光は、ミラー２８８に
より反射されビームコンバイナ２８５により透過される
ので、やはり二度の反射と一度の透過を受けることにな
る。従って、二つの光路に沿って通っていく光は、同じ
カラーマッピングを受けるので、色差は低減もしくは排
除される。
【００８３】図２４（ａ）〜図２９（ｂ）に示した実施
例による照明光源は、前述のようにシャッターと連関さ
れた長く伸びた光源、あるいは別個の光源からなるつな
がったアレイを備えていてもよい。いずれの場合も、こ
れらの実施例では、空間解像度が比較的低いシャッター
あるいは光源アレイを、観察者の追従が可能な配置にお
いて用いることが可能である。例えば、図１０〜図１８
に示したタイプの、蛍光管のサイズによって解像度が制
限される光源は、それにもかかわらず、観察者追従ディ
スプレイに用いることができる。
【００８４】図３０は、図１に示したものと類似したタ
イプの、ＳＬＭ１ａおよび１ｂ、ならびにビームコンバ
イナ４を備えた自動立体３Ｄディスプレイを示してい
る。しかしながら、ここではイルミネータ２ａおよび２
ｂ、ならびにレンズ３ａおよび３ｂの代わりに小型の光
源３００ａおよび３００ｂが用いられている。これらの
光源はそれぞれ、レンチキュラースクリーンなどのレン
ズアレイ３０１を備えており、それの背後にはシャッタ
ー３０２を形成するスリットのアレイおよび長く伸びた
照明光源３０３が配置されている（図３１）。レンチキ
ュラースクリーン３０１の代わりにパララックスバリア
を用いることもできる。空間光変調器１ａまたは１ｂの
照明方向を制御することができるように、レンチキュラ
ースクリーンの各レンチキュールはそれぞれのスリット
と整合しており、それにより、左側および右側のイメー
ジは、ディスプレイを見ることのできる領域内にいる観
察者３０５の左眼および右眼によって、それぞれ観察さ
れ得る。
【００８５】シャッター３０２は、機械的アクチュエー
タ３０４に連結されている。観察者３０５の位置を追従
するトラッキングシステムは、観察者３０５が３Ｄイメ
ージを見ることができるように、シャッター３０２をレ
ンズアレイ３０１に対して位置づけるような制御信号
を、アクチュエータ３０４に与える。照明光源３０３お
よびシャッター３０２はこのようにして可動式の照明光
源を形成し、また、レンズアレイ３０１は、照明光源を
観察者３０５において結像する結像システムを形成す
る。
【００８６】図３２は、観察者を追従する別の配置を示
しており、ここでは、機械的に動かされるシャッター３
０２およびアクチュエータ３０４の代わりに、プログラ
マブルシャッター３０６が用いられている。このプログ
ラマブルシャッター３０６は、例えば、観察者３０５の
移動に応じて移動し得る透明なスリットを示すように制
御されるＬＣＤＳＬＭを有しており、その結果３Ｄイメ
ージが観察者を追従できる。
【００８７】図３０〜図３２に示したタイプの小型光源
を、図に示した他のさまざまな実施例におけるレンズま
たはミラーおよび光源の代わりに用いることができ、そ
れによって一人よりも多くの観察者を追従できる比較的
小型のディスプレイを提供できる。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動立体
表示装置では、観察者が移動すると、照明光源のイメー
ジが観察者に追従するように、照明光源とこれを結像す
る結像システムとが制御される。これにより、観察者は
３Ｄイメージを見たまま移動することができる。また、
観察者が複数いる場合にも同様に、照明光源のイメージ
が各観察者に追従するような制御が行われる。このよう
に、本発明によると、一人以上の観察者に対して３Ｄイ
メージを表示することができ、しかも３Ｄイメージを見
ている状態での観察者の移動の自由度が大きい自動立体
表示装置を実現することができる。また、上記照明光源
として、個別に制御することができる光源がつながって
いるアレイを用いれば、観察者の移動と共に照明光源を
実際に移動させなくてもよい。さらに、照明光源として
単一の光源を用いて、この光源からの光をビームスプリ
ッタにより分割し、左眼用および右眼用の空間光変調器
に入射させる構成にすれば、イルミネータ位置制御シス
テムを簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を構成するビームコンバ
イナを用いた表示装置の模式図である。
【図２】二人の観察者に対して用いられる場合の上記第
１の実施例を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施例を構成するビームコンバ
イナおよび単一の照明光源を用いた表示装置の模式図で
ある。
【図４】本発明の第３の実施例を構成する投写型表示装
置の模式図である。
【図５】本発明の第４の実施例を構成する表示装置の模
式図である。
【図６】本発明の第５の実施例を構成する表示装置の模
式図である。
【図７】少なくとも一人の観察者のそれぞれ異なる移動
に対応して照明光源が発する照明パターンを模式的に表
す図である。
【図８】本発明の第６の実施例を構成する表示装置の模
式図である。
【図９】本発明の第７の実施例を構成する表示装置の模
式図である。
【図１０】光源を示す図である。
【図１１】図１０の光源の一部詳細図である。
【図１２】別の光源を示す図である。
【図１３】図１２の光源の一部詳細図である。
【図１４】光学ディフューザを伴う図１０の光源の一部
詳細図である。
【図１５】別の光源を示す図である。
【図１６】例えば図１５に示しているタイプの光源の一
部詳細図である。
【図１７】また別の光源を示す図である。
【図１８】さらに別の光源を示す図である。
【図１９】本発明の第８の実施例を構成し、図１２に示
すような光源を備えている表示装置の模式図である。
【図２０】本発明の第９の実施例を構成し、図１２に示
すような光源を備えている表示装置の模式図である。
【図２１】本発明の第１０の実施例を構成し、図１０に
示すような二つの光源を備えている表示装置の模式図で
ある。
【図２２】本発明の第１１の実施例を構成し、図１０に
示すような光源を備えている表示装置の模式図である。
【図２３】本発明の第１２の実施例を構成し、図１０に
示すような二つの光源を備えている表示装置の模式図で
ある。
【図２４】本発明の第１３の実施例を構成する表示装置
の模式図である。
【図２５】本発明の第１４の実施例を構成する表示装置
の模式図である。
【図２６】本発明の第１５の実施例を構成する表示装置
の模式図である。
【図２７】本発明の第１６の実施例を構成する表示装置
の模式図である。
【図２８】本発明の第１７の実施例を構成する表示装置
の模式図である。
【図２９】本発明の第１８の実施例を構成する表示装置
の模式図である。
【図３０】本発明の第１９の実施例を構成する表示装置
の模式図である。
【図３１】図３０のディスプレイの一部詳細図である。
【図３２】図３０のディスプレイの変形を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ ＳＬＭ ２ａ、２ｂ 可動式イルミネータ ３ａ、３ｂ レンズ ４ ビームコンバイナ ３０ コンピュータ ３２ システム制御器 ３４ 観察者トラッキング検出器 ３６ イルミネータ位置制御器 ３８ 自動立体ディスプレイ
フロントページの続き (72)発明者 ベイジル 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−ベイル，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７−140418（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−175242（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/22 H04N 13/00 - 17/06

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動可能な少なくとも一つの照明光源
    と、 第一の観察領域において該少なくとも一つの照明光源を
    結像する少なくとも一つの結像システムと、 該少なくとも一つの照明光源からの光を左および右の二
    次元イメージに合わせて変調する少なくとも一つの空間
    光変調器と、 第一の観察者の位置を追従する観察者トラッキングシス
    テムと、 該第一の観察領域が該第一の観察者の位置を追従するよ
    うに、該少なくとも一つの照明光源および該少なくとも
    一つの結像システムの相対的位置を、該照明光源の移動
    によって制御する制御システムと、 を備えている、三次元イメージを表示する自動立体表示
    装置。
  2. 【請求項２】 連続的で個々に制御可能である複数の光
    源のアレイを備えており、各光源が光導波路に結合され
    た、少なくとも一つの照明光源と、 第一の観察領域において該少なくとも一つの照明光源を
    結像する少なくとも一つの結像システムと、 該少なくとも一つの照明光源からの光を左および右の二
    次元イメージに合わせて変調する少なくとも一つの空間
    光変調器と、 第一の観察者の位置を追従する観察者トラッキングシス
    テムと、 該第一の観察領域が該第一の観察者の位置を追従するよ
    うに、該少なくとも一つの照明光源における個々の光源
    および該少なくとも一つの結像システムの相対的位置を
    制御する制御システムと、 を備えている、三次元イメージを表示する自動立体表示
    装置。
  3. 【請求項３】 連続的で個々に制御可能であるシャッタ
    ーのアレイの背後にバックライトが設けられた、少なく
    とも一つの照明光源と、 第一の観察領域において該少なくとも一つの照明光源を
    結像する少なくとも一つの結像システムと、 該少なくとも一つの照明光源からの光を左および右の二
    次元イメージに合わせて変調する少なくとも一つの空間
    光変調器と、 第一の観察者の位置を追従する観察者トラッキングシス
    テムと、 該第一の観察領域が該第一の観察者の位置を追従するよ
    うに、該少なくとも一つの照明光源における個々のシャ
    ッターおよび該少なくとも一つの結像システムの相対的
    位置を制御する制御システムと、 を備えている、三次元イメージを表示する自動立体表示
    装置。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも一つの空間光変調器は第
    一および第二の空間光変調器を有しており、前記装置
    は、該第一および第二の空間光変調器からの光を結合す
    るビームコンバイナをさらに備えている、請求項１〜３
    のいずれか一つに記載の自動立体表示装置。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも一つの照明光源は、単一
    の照明光源と、該単一の照明光源からの光を前記第一お
    よび第二の空間光変調器へと導くビームスプリッタとを
    有している、請求項４に記載の自動立体表示装置。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも一つの照明光源は、第一
    および第二の照明光源と、該第一および第二の照明光源
    のそれぞれからの光を前記第一および第二の空間光変調
    器へと導く手段とを有している、請求項４に記載の自動
    立体表示装置。
  7. 【請求項７】 連続的で個々に制御可能である複数の光
    源のアレイをそれぞれ備えた、第一および第二の照明光
    源と、第一および第二の照明光源からの光を分割するビ
    ームスプリッタと、該ビームスプリッタによって分割された光を、それぞれ
    左および右の二次元イメージに合わせて変調する第一お
    よび第二の 空間光変調器と、該第一および第二の空間光変調器からの光を、前記第一
    の観察領域にて重ね合わされたイメージを形成するよう
    に結合する結合システムと、 第一の観察者の位置を追従する観察者トラッキングシス
    テムと、 該第一の観察領域が該第一の観察者の位置を追従するよ
    うに、該少なくとも一つの照明光源における個々の光源
    および該少なくとも一つの結像システムの相対的位置を
    制御する制御システムとを備えている、三次元イメージ
    を表示する自動立体表示装置。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも一つの結像システムは、
    第二の観察領域において前記少なくとも一つの照明光源
    を結像するように配置されており、前記観察者トラッキ
    ングシステムは、第二の観察者の位置を追従するように
    配置されており、前記制御システムは、前記少なくとも
    一つの照明光源および該少なくとも一つの結像システム
    の相対的位置を制御するように配置されており、それに
    より該第二の観察領域は該第二の観察者の位置を追従す
    る、請求項１〜４および７のいずれかに記載の自動立体
    表示装置。
JP29831694A 1993-12-01 1994-12-01 三次元イメージ用自動立体表示装置 Expired - Fee Related JP3199345B2 (ja)

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