JPH06118343A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH06118343A
JPH06118343A JP5113379A JP11337993A JPH06118343A JP H06118343 A JPH06118343 A JP H06118343A JP 5113379 A JP5113379 A JP 5113379A JP 11337993 A JP11337993 A JP 11337993A JP H06118343 A JPH06118343 A JP H06118343A
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lens
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 ３次元表示装置が、第１及び第２のレンチキ
ュラースクリーン（１２、１６）に挟まれた液晶素子な
どの空間光変調器（１３）を備えている。第２のスクリ
ーン（１６）の微細凸形レンズのピッチは、第１のスク
リーン（１２）の微細凸形レンズのピッチの整数倍であ
る。空間光変調器（１３）は、第１のスクリーン（１
２）の微細凸形レンズと整合された複数のセルを備えて
いる。順次光を発する光源（１〜８）の線形アレイは、
光学系（１０）によって、第１のスクリーン（１２）へ
の異なる入射角を有する複数の平行光ビームへ集光され
る。光源の各照射に対して、空間光変調器は複数の２Ｄ
インタレースされた画像（view）を運ぶ。 【効果】 カラーで不透明な動く物体のイメージを表示
できる３次元イメージのための直視型及び投影型表示装
置を提供し、何ら補助器具を必要とせずに観察者に確実
な３次元効果を提供することができる。画像の数を増や
すことによって、３次元イメージの正確さ及び外見を改
善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学装置に関する。こ
のような装置は、空間情報及び時間情報を方向情報に変
換するように用いられ、例えば、自動立体知覚的（見る
ための補助器具を必要としない）３次元表示を提供する
ことができる。このような装置は、その他にも、光学情
報処理の分野に応用することができる。
【０００２】
【従来の技術】不透明な動く物体のイメージを生成する
ことができる公知の３次元（３Ｄ）表示装置は、多くの
２次元（２Ｄ）イメージを表示することによって人間の
観察者に３Ｄイメージの知覚を生成することを頼みとし
ている。２Ｄイメージのそれぞれは、特定方向からの物
体の画像（view）であり、その方向で「再生」される。
表示される２Ｄ画像の数が増大するにつれて、これらの
３Ｄイメージの正確さ及び効果度並びに最大表示サイズ
並びに眺める位置の自由度が増大する。
【０００３】３Ｄ表示を提供するための２つの公知の技
術は、レンチキュラー法及び時間多重化法である。効果
的な実施のために、そのようなシステムは物体の２Ｄ画
像を多数表示しなくてはならない。直視レンチキュラー
法において、画像の数はシステムにおいて用いられる空
間光変調器（ＳＬＭ）の解像度によって決定される。一
方、多プロジェクタレンチキュラーシステムにおいて、
画像の数は用いられる独立したＳＬＭの数によって決定
される。時間多重化システムにおいては、ＳＬＭのフレ
ームレートが画像の数を決定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】公知の構成では、多数
の画像を表示するためには、利用可能なＳＬＭの最大フ
レームレートが時間多重化表示のためには不十分であ
り、現在利用可能なＳＬＭの最大解像度が直視レンチキ
ュター法のためには不十分である。多数のＳＬＭを用い
る多プロジェクタレンチキュラー法は、高価であり、大
きい。従って、公知の３Ｄ表示システムは、動く不透明
なカラー自動立体知覚３Ｄイメージを遠近法の範囲から
正確に生成することができず、又は正確に生成するため
には不都合である。
【０００５】英国特許出願第２２０６７６３号は、液晶
表示素子（ＬＣＤ）等のようなＳＬＭの後ろに配置され
たレンズの焦平面内に配されたブラウン管などの２Ｄ表
示装置を備えている３Ｄ表示装置を開示している。異な
る画像は、ＳＬＭ上の時間多重化方法で提供されるが、
各画像は２Ｄ表示装置から出射される光のスポットの位
置に依存する方向からのみ見ることが可能である。従っ
て、この特許明細書において開示される装置は、ＳＬＭ
のフレームレートによって制限される２Ｄ画像のレート
を提供する。
【０００６】時間多重化システムの初期の例は、R. B.
Collenderによる論文「The Stereoptiplexer; Competit
ion for the Hologram」、Information Display, Novem
ber/December 1967に開示されている。
【０００７】３Ｄ表示装置に用いられるＳＬＭは、一般
に、液晶表示素子（ＬＣＤ）によって提供される。ある
特定の応用例に於いては、３Ｄイメージの効果的な印象
を与えるためには、おそらく１メートルオーダーの大き
な画面サイズが望ましい。しかしながら、現時点では、
製作上の困難性がＬＣＤのサイズを約４００ｍｍに制限
している。
【０００８】公知の投影型表示装置は、比較的小さいＳ
ＬＭから大きなイメージを光学的に生成する。そのよう
な公知の構成は、各２Ｄ画像に対してそれぞれのプロジ
ェクタを必要とするレンチキュラースクリーン技術を用
いる。従って、正確な３Ｄイメージは、高価な大型のプ
ロジェクタを多数必要とする。
【０００９】他の公知の３Ｄ技術は、１９９１年、３Ｄ
イメージに関する第１回国際シンポジウムにおけるJ. H
amasakiによる論文「Electronic Registration for Aut
osterioscopic Lenticular 3D TV on a CRT; An Equiva
lent of a Verifocal Lens for an Electronic 3D Disp
lay」に開示されている。
【００１０】レンズアレイ及びＳＬＭを用いる公知の２
Ｄ表示装置が、欧州特許出願第０３６６４６２号、欧州
特許出願第０４２５２６６号、欧州特許出願第０４３１
８８６号、欧州特許出願第０４４０４９５号及び欧州特
許出願第０４４４８７２号に開示されている。
【００１１】本発明は、上記事情に鑑み、直視型及び投
影型表示システムに用いることができ、２Ｄイメージ又
は画像の表示のレートを増大させるために空間及び時間
多重化を組み合わせる光学装置を提供することを目的と
している。本発明は、カラーで不透明な動いている物体
のイメージを表示することができ、補助器具を装着する
必要なしに観察者に確実な３Ｄ効果を提供することがで
きる３Ｄイメージのための直視型及び投影型表示装置を
提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、Ｎ
個のレンズ群を有する第１の２次元レンズアレイであっ
て、該レンズ群のそれぞれがＺ個のレンズを有してお
り、Ｚは１よりも大きい整数であり、第１群のレンズは
ピッチｐで第１の次元に配されている第１の２次元レン
ズアレイ、及び、該第１のアレイに対向し、ピッチＰで
該第１の次元に配されているＮ個のレンズを有する第２
の２次元レンズアレイであって、Ｐ＞ｐであり、該第２
のアレイの各レンズは、該第１のアレイの各レンズ群に
対応付けられている第２の２次元レンズアレイを備えて
おり、上記目的が達成される。
【００１３】前記第１及び第２のアレイのレンズを集光
レンズとすることもできる。また、Ｐ＝Ｚｐとすること
もできる。
【００１４】前記第１及び第２のアレイのレンズが細長
く、前記第１の次元とは垂直である該第１及び第２のア
レイの第２の次元に延びていることもある。
【００１５】前記第１及び第２のアレイのレンズが、集
光レンズであり、かつ前記第１の次元には集光し、前記
第２の次元には平面であることもできる。
【００１６】前記第１及び第２のアレイのレンズのそれ
ぞれが、少なくとも１つの実質的に円筒状の凸表面を有
していることもある。
【００１７】前記第１及び第２のアレイのそれぞれが、
屈折率が前記第１の次元に徐々に変化する光学的透過材
料を含むこともできる。
【００１８】前記第１のアレイのレンズが前記第１の次
元に垂直な第２の次元にピッチｑで配されており、前記
第２のアレイのレンズが該第２の次元にピッチＱで配さ
れており、Ｑ＞ｑとすることもできる。
【００１９】Ｑ＝Ｙｑであり、Ｙは１よりも大きい整数
であることもある。
【００２０】Ｐ＝Ｚｐであり、Ｙ＝Ｚとすることもでき
る。
【００２１】Ｑ＝Ｐとすることもできる。
【００２２】ｑ＝ｐとすることもできる。
【００２３】前記第１及び第２のアレイのレンズが、集
光レンズであり、かつ前記第１及び第２の次元に集光す
ることもできる。
【００２４】前記第１及び第２のアレイのそれぞれが少
なくとも１つの実質的に球形の凸表面を有していること
もある。
【００２５】前記第１及び第２のアレイのそれぞれが、
屈折率が前記第１及び第２の次元に徐々に変化する光学
的透過材料を含むこともある。
【００２６】前記光学装置が複数の光変調セルを有する
２次元空間光変調器をさらに備えており、該光変調セル
のそれぞれが前記第１のアレイのレンズのそれぞれ１つ
に実質的に対応し、実質的に光学的に整合されることも
できる。
【００２７】前記空間光変調器が前記第１及び第２のア
レイの間に配されることもできる。
【００２８】前記第１のアレイが前記空間光変調器と前
記第２のアレイとの間に配されることもできる。
【００２９】散光器が前記変調器と前記第２のアレイと
の間に配されることもできる。
【００３０】散光器が前記第１及び第２のアレイの間に
配されることもできる。
【００３１】フィールドレンズアレイが前記変調器と前
記第２のアレイとの間に配されることもできる。
【００３２】フィールドレンズアレイが前記第１及び第
２のアレイの間に配されることもできる。
【００３３】前記第１のアレイのレンズが、前記第２の
アレイのレンズの共通対物面に一致する共通イメージ面
を有していることもある。
【００３４】前記第１のアレイのレンズが、前記第２の
アレイのレンズの共通対物面に一致する共通イメージ面
を有しており、前記散光器が、前記第１及び第２のアレ
イのレンズの前記共通イメージ面及び共通対物面にそれ
ぞれ配置されていることもある。
【００３５】前記第１のアレイのレンズが、前記第２の
アレイのレンズの共通対物面に一致する共通イメージ面
を有しており、前記フィールドレンズアレイが前記第１
及び第２のアレイのレンズの前記共通イメージ面及び共
通対物面にそれぞれ配置されていることもある。
【００３６】前記変調器を液晶素子とすることもでき
る。
【００３７】前記液晶素子を強誘電液晶素子とすること
もできる。
【００３８】前記液晶素子を薄膜トランジスタツイステ
ッドネマチック液晶素子とすることもできる。
【００３９】前記第１のアレイへの入射角が時間と共に
変化する平行光で、該第１のアレイを照射するための照
射手段をさらに備えていることもある。
【００４０】前記第１のアレイへの入射角が時間と共に
変化する平行光で、該第１のアレイを照射するための照
射手段をさらに備えており、該照射手段が、実質的に照
射可能な光源の組を少なくとも１つ備え、該少なくとも
１つの組が、該少なくとも１つの組それぞれのための各
平行化光学系の焦平面における前記第１の次元の１次元
アレイとして配列されることもできる。
【００４１】前記第１のアレイへの入射角が時間と共に
変化する平行光で、該第１のアレイを照射するための照
射手段をさらに備えており、該照射手段が、実質的に照
射可能な光源の組を少なくとも１つ備え、該少なくとも
１つの組が、該少なくとも１つの組それぞれのための各
平行化光学系の焦平面における２次元アレイとして配列
されることもできる。
【００４２】前記少なくとも１つの組のそれぞれの各光
源が、各組のそれぞれ隣接する光源と接触していること
もある。
【００４３】前記少なくとも１つの平行化光学系のそれ
ぞれが少なくとも１つの集光レンズを有していることも
できる。
【００４４】前記光学装置が、前記少なくとも１つの組
のそれぞれの光源を実質的に発光させる制御手段をさら
に備えることもできる。
【００４５】前記光学装置が複数の光変調セルを有する
２次元空間光変調器を備えており、該光変調セルのそれ
ぞれが前記第１のアレイのレンズのそれぞれ１つに実質
的に対応し、実質的に光学的に整合され、前記第２のア
レイの各レンズが前記変調器のＭ個のセルに関連付けら
れており、該変調器がＭ個のイメージを、該Ｍ個のイメ
ージの異なるイメージの素子を表す該第２のアレイの各
レンズに関連付けられている該Ｍ個のセルを用いて同時
に表すように、前記制御手段が該変調器へのイメージデ
ータの供給を制御するように配置されることもできる。
【００４６】前記制御手段が、前記少なくとも１つの組
のそれぞれの前記光源の照射を変更することに実質的に
同期して、前記変調器への新しいイメージデータの供給
を行うように配置されることもできる。
【００４７】前記光学装置が、Ｚ個の空間的にインタレ
ースされたイメージを前記第１のアレイ上に投影するた
めの少なくとも１つの投影手段を備えることもできる。
【００４８】散光器が前記第１及び第２のアレイの間に
配されることもできる。
【００４９】前記散光器が、前記第１のアレイのレンズ
の共通イメージ面及び前記第２のアレイのレンズの共通
対物面に配置されることもある。
【００５０】フィールドレンズアレイが前記第１及び第
２のアレイの間に配されることもできる。
【００５１】前記フィールドレンズアレイが前記第１の
アレイのレンズの共通イメージ面及び前記第２のアレイ
のレンズの共通対物面に配置されることもある。
【００５２】前記少なくとも１つの投影手段のそれぞれ
が、空間光変調器、該空間光変調器を照射する手段、及
び該照射された空間光変調器の像を前記第１のアレイ上
へ投影する手段を備えることもできる。
【００５３】前記少なくとも１つの空間光変調器のそれ
ぞれが、液晶素子を備えることもできる。
【００５４】前記少なくとも１つの液晶素子のそれぞれ
が、強誘電液晶素子を備えることもできる。
【００５５】前記少なくとも１つの液晶素子のそれぞれ
が、薄膜トランジスタツイステッドネマチック液晶素子
を備えることもできる。
【００５６】前記少なくとも１つの投影手段が、異なる
入射角で前記第１のアレイ上へ投影するように配置され
た複数の投影手段を備えることもできる。
【００５７】本発明の他の局面による光学装置は、Ｎ個
の開口群を有する第１のパララックススクリーンであっ
て、各開口群がＺ個の開口を有しており、Ｚは１よりも
大きい整数であり、該第１群の開口はピッチｐで第１の
次元に配されている第１のパララックススクリーン、及
び、ピッチＰで該第１の次元に配されているＮ個の開口
を有する第２のパララックススクリーンであって、Ｐ＞
ｐであり、該第２のスクリーンの各開口は、該第１のス
クリーンの各開口群に対応付けられている第２のパララ
ックススクリーンを備えており、そのことにより上記目
的が達成される。
【００５８】散光器が前記第１及び第２のスクリーンの
間に配されることもできる。
【００５９】フィールドレンズアレイが前記第１及び第
２のスクリーンの間に配されることもできる。
【００６０】本発明の他の局面による光学装置は、Ｎ個
のレンズ群を有する２次元レンズアレイであって、該レ
ンズ群のそれぞれがＺ個のレンズを有しており、Ｚは１
よりも大きい整数であり、該レンズはピッチｐで第１の
次元に配されている２次元レンズアレイ、及び、ピッチ
Ｐで該第１の次元に配されているＮ個の開口を有するパ
ララックススクリーンであって、Ｐ＞ｐであり、該スク
リーンの各開口は、該アレイの各レンズ群に対応付けら
れているパララックススクリーンを備えており、そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００６１】本発明のさらに他の局面による光学装置
は、Ｎ個の開口群を有する第１のパララックススクリー
ンであって、各開口群がＺ個の開口を有しており、Ｚは
１よりも大きい整数であり、該第１群の開口はピッチｐ
で第１の次元に配されている第１のパララックススクリ
ーン、及び、ピッチＰで該第１の次元に配されているＮ
個のレンズを有する２次元レンズアレイであって、Ｐ＞
ｐであり、該アレイの各レンズは、該スクリーンの各開
口群に対応付けられている２次元レンズアレイを備えて
おり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６２】散光器が前記スクリーンと前記アレイとの
間に配されることもできる。
【００６３】フィールドレンズアレイが前記スクリーン
と前記アレイとの間に配されることもできる。
【００６４】本発明の他の局面によれば、本発明による
光学装置を備えている３次元表示装置が提供される。
【００６５】従って、直視型及び投影型表示システムに
おいて用いられることができ、２Ｄイメージ又は画像の
表示のレートを増大させるために空間及び時間多重化を
組み合わせる光学装置を提供することができる。画像の
数を増やすことによって、３Ｄイメージの正確さ及び外
見を改善することができる。また、観察者の位置の範囲
を広げながら、より大きな３Ｄ表示を生成することがで
きる。３Ｄ効果を見るために補助器具は必要ではない。
すなわち、表示は自動立体知覚的である。さらに、カラ
ー、動き及び不透明なイメージが全て表示され得るよう
にイメージ捕捉技術が用いられている。
【００６６】
【実施例】図１に示される直視型表示装置は、Ｎ個の光
源１から８の線形アレイを備えている。本実施例ではＮ
＝８である。光源１から８は、連続するストリップを形
成するように隣接している。光源は、制御回路９に接続
されている。制御回路９は、光源が繰り返し順番に、一
度に１つの光源が光を発するようにさせる。図１は、光
源５が光を発している場合を示している。光源１から８
の線形アレイは、照射又は平行化システム１０の焦平面
内に配置される。この平行化システム１０は、図１に示
されるように、円筒状凸表面を有する平凸レンズを備え
ることができる。平行化システム１０は、光源１から８
のそれぞれの各ポイントから平行光を生成する。光源は
有限の大きさを有しているので、平行化システムの光出
力は角度の広がりを有している。
【００６７】平行化システム１０のレンズからの平行光
は、光源１から８のうちのどの光源が現在光を発してい
るかによって決定される角度で、ハイブリッドサンドイ
ッチ１１へ向かう。ハイブリッドサンドイッチは、水平
ピッチｐを有する複数の隣接する円筒状集光レンズ素子
又は微細凸形レンズによって形成されるレンチキュラー
スクリーン（ＬＳ１）１２を備えている。或いは、又は
それに加えて、微細凸形レンズは、徐々に変化する屈折
率プロフィールを有することもできる。レンチキュラー
スクリーン１２の後方には、ＳＬＭ１３が設けられてい
る。ＳＬＭ１３は、例えば、強誘電液晶タイプ又はＴＦ
Ｔツイステッドネマチック（ねじれ線虫形）液晶タイプ
の２Ｄ ＬＣＤの形態であり、制御回路９に接続されて
いる。スクリーン１２は、ＳＬＭ１３のＬＣＤ表面に直
接設けられることもできる。ＳＬＭ１３は、画素の２Ｄ
アレイを備えており、画素の光透過特性（及びカラー表
示に対するカラー透過特性）は、制御回路９によって制
御されている。カラー表示では、各スポットに対して
赤、緑及び青の素子が互いに縦形に配置されている。
【００６８】ＳＬＭの後方には、例えばランベルト型又
は高ゲイン型の散光器１４、及び他のレンチキュラース
クリーン１６が設けられている。スクリーン１６は、ス
クリーン１２を同じであるが、水平ピッチはＭｐであ
る。Ｍは１よりも大きく、たいていの応用例に於て整数
である。
【００６９】他の実施例において、散光器１４は、省略
されるか、又はスクリーン１２及び１６の微細凸形レン
ズの焦平面内に配されるフィールドレンズのアレイによ
って置き換えられることもできる。
【００７０】図２は、図１に概略を示される表示装置の
部分拡大図である。図２にさらに明確に示されるよう
に、ＳＬＭは、スクリーン１２の微細凸形レンズとほぼ
整合して配された複数の縦型ストリップ部を有してい
る。各ストリップ部は、画素の線形アレイを有してお
り、それら画素は、その光減衰特性及びカラー表示に対
するカラー透過特性に関して制御回路９によって個々に
制御され得る。散光器１４は、スクリーン１２の微細凸
形レンズの焦平面或いはその近くに、又はスクリーン１
６の微細凸形レンズの焦平面或いはその近くに配置され
る。スクリーン１６の微細凸形レンズのそれぞれは、Ｓ
ＬＭ１３のＭ個のストリップ部に対応している。図示さ
れる実施例では、Ｍ＝２である。
【００７１】図２は、光源５が光を発している場合に表
示装置によって生成される光線路を示している。説明の
ために、光源は、理想的なポイント光源として示されて
いる。光源５からの光線は、照射レンズ１０によって平
行光線に平行化され、ＳＬＭ１３を介してスクリーン１
２によって散光器１４へ集光される。ＳＬＭ１３の画素
は、イメージ捕捉期間に異なる方向から取られるイメー
ジの２つの画像を提供するように、制御回路９によって
制御される。２つの画像は、交互のストリップ部が画像
の一方にそれぞれ対応するようにインタレースされる。
【００７２】ＳＬＭの画素は、光源５のイメージの２Ｄ
アレイが２つのインタレースされた画像に対応して散光
器１４上に形成されるように、ＳＬＭを通過する光の量
（及びカラー表示のためのカラー）を制御する。スクリ
ーン１６の微細凸形レンズのそれぞれは、散光器１４上
のイメージを出力光束に変換する。出力光束のハイブリ
ッドサンドイッチ１１からの出射角は、散光器１４上の
イメージの微細凸形レンズの光軸に関する横方向の位置
に依存する。説明のために、光源１から８は、図２では
ポイント光源として示されており、ＳＬＭ上に表される
２つのインタレースされたイメージは、濃淡の異なる度
合によって示されている。従って、ポイント光源に対し
て、スクリーン１２は、散光器１４上にポイント光像を
形成する。このポイント光像は、図２における破線によ
って示されるように、スクリーン１６によって単方向出
力線束へ変換される。従って、ＳＬＭ１３上に表される
２つの画像は、イメージ捕捉期間に画像が取られた物体
の角度に対応する異なる角度から見ることが可能であ
る。格子又はバリア１５は、スクリーン１６の各微細凸
形レンズが、散光器１４上に形成される、スクリーン１
６の隣接する微細凸形レンズに付随するポイント光像を
形成することを防止する。
【００７３】光源５が所定時間の間作動した後、制御回
路９は光源５を非活性化して、ＳＬＭ１３に、図３に明
暗領域によって示されるインタレースされた画像の次の
対を表示させる。図３において示されるように、次の光
源４が活性化される。照射レンズ１０は、図２において
示される角度とは異なる所定の角度で、平行光をレンチ
キュラースクリーン１２へ向かわせる。レンチキュラー
スクリーン１２は、図２に示されるような光源５が光を
発する場合に形成されるイメージに対して横方向に転置
された散光器１４の領域上へＳＬＭ１３を介して光の像
を形成する。このように、レンチキュラースクリーン１
６は、図２において示される角度とは異なる角度を向い
た出力線束を提供する。これらの異なる角度は、イメー
ジ捕捉期間の物体の画像の方向に対応している。
【００７４】この動作のシーケンスは、３Ｄイメージの
単一「フレーム」に対応するＳＬＭ上に表される画像を
伴って、線形アレイの光源のそれぞれが順番に光を発す
るまで継続される。その後、全シーケンスは、連続３Ｄ
イメージを構成する連続フレームを表す画像の新しい組
に対して繰り返される。繰り返し又は「リフレッシュ」
のレートは、実質的にちらつきのないイメージを提供す
るためには十分大きい。図１から図３に示される実施例
に対して、各３Ｄイメージを形成する画像の数は、Ｍ×
Ｎに等しい、つまり、イメージにつき２×８＝１６個の
画像である。従って、空間及び時間多重化を組み合わせ
ることによって、３Ｄイメージにつき比較的多数の画像
が、観察者へ与えられる３Ｄイメージの正確さ及び外見
を改善するように、表示される。
【００７５】図４に示される実施例は、図１から図３に
示される実施例とは、照射構成が、例えばレンチキュラ
ー構成の形態で、対応する照射レンズ２２、２３をそれ
ぞれ有する複数の光源の線形アレイ２０、２１を備えて
いる点で異なっている。光源アレイ２０、２１は、制御
回路９によって同期して制御される。例えば、そのよう
な構成は、装置の厚さを低減させるために望ましいこと
がある。なぜなら、レンズ２２、２３がレンズ１０がよ
りも短い焦点距離を有することができるからである。或
いは、そのような構成は、同時に光を発する個々の光源
の数を増やすことによってより大きな照射を行うために
望ましいことがある。単一の格子又はバリア２４は、ア
レイの一方からの光が他方のアレイに対応するレンズ又
は微細凸形レンズによって受光されることを防止する。
【００７６】図５は、単一プロジェクタ３０及びレンチ
キュラースクリーン構成３１を備えている投影型表示装
置を示している。プロジェクタ３０は、タングステンハ
ロゲン電球等の強力光源及び３Ｄイメージの２つのイン
タレースされた画像を同時に符号化するための図１から
図４に示されるタイプのＳＬＭ３２を含む光学系を備え
ている。レンチキュラースクリーン構成３１は、レンチ
キュラースクリーン３３、散光器３４及びレンチキュラ
ースクリーン３６を備えている。これらは、図１から図
４のスクリーン１２、散光器１４、格子又はバリア１５
及びスクリーン１６と、それぞれ、ほぼ同一である。し
かしながら、レンチキュラースクリーン構成３１は、ハ
イブリッドサンドイッチ１１よりも実質的に大きいこと
がある。また、散光器３４は、省略されるか、又はフィ
ールドレンズアレイによって置き換えることもできる。
【００７７】ＳＬＭ３２は、レンチキュラースクリーン
３３上へインタレースされた画像を投影するようにプロ
ジェクタ３０の光学系を通る光の強度（及びカラー表示
に対するカラー）を制御する。スクリーン３３の交互の
微細凸形レンズは、ＳＬＭ３２によって符号化された２
つの画像のそれぞれ一方の交互の縦型ストリップ部を受
け取る。スクリーン３３の微細凸形レンズは、散光器３
４上へ画素の像を形成する。散光器３４は、スクリーン
３６の微細凸形レンズの焦平面又はその近くに配置され
る。スクリーン３６は、３Ｄイメージを提供するよう
に、ＳＬＭによって符号化された２つの画像に対応する
異なる方向に出射される出力光線束を生成する。ＳＬＭ
３２によって符号化される画像は、３Ｄイメージのシー
ケンスを表示するように繰り返しリフレッシュされる。
【００７８】図６に示される実施例は、ＳＬＭ３２をそ
れぞれ有する複数のプロジェクタ３０が設けられている
点で、図５の実施例とは異なっている。プロジェクタ３
０は、各３Ｄイメージのための画像の数を増やすよう
に、異なる角度から画像の対をレンチキュラースクリー
ン３３上へ投影する。図７は、３Ｄイメージを形成する
Ｍ×Ｎ個の画像に対応する表示の出力光線束の角度方向
をさらに詳しく示している。Ｍはスクリーン３６のピッ
チとスクリーン３３のピッチとの比であり、Ｎはプロジ
ェクタの数である。
【００７９】各ＳＬＭによって符号化される２つの画像
が、各プロジェクタによってスクリーン３３上に正しく
登録されることを保証するために、高質投影レンズが用
いられ得る。或いは、光学的誤差は、レンチキュラース
クリーン３３の製造中に補償され得る。レンチキュラー
アレイに対するマスク製造構造の場合には、これは、書
き込み段階の間に投影レンズを通してマスクの像を形成
することによって達成され得る。
【００８０】このように、カラーで不透明な動く物体の
イメージを表示することができ、３Ｄ効果を見るために
何ら補助器具を装着する必要なしに観察者に確実な３Ｄ
効果を提供することができる３Ｄイメージのための直視
型及び投影型表示装置を提供することができる。そのよ
うな表示装置は、例えば、テレビ、コンピュータ援用設
計、医療用画像形成、ビデオゲーム、及び仮想現実表示
において用いられ得る大スクリーン３Ｄ表示装置など
に、多数の応用が可能である。さらに、ハイブリッドサ
ンドイッチ１１は、光学情報処理において用いられるこ
とができる。
【００８１】上記説明された実施例では、水平パララッ
クスが、光源の水平１次元アレイ及び縦に延びる円筒状
集光微細凸形レンズを有するレンチキュラースクリーン
によって生成される３Ｄ表示装置を説明した。垂直パラ
ラックスも同様に必要とされる３Ｄ表示装置に対して
は、球状凸レンズなどの集光レンズの２Ｄアレイによっ
て置き換えられるレンチキュラースクリーンを有する光
源の２Ｄアレイが用いられ得る。レンズアレイは、いず
れかの適当なパターンに配置されたレンズレットを有す
る球状マイクロレンズアレイの形態とすることができ
る。例えば、レンズレットの垂直及び水平ピッチは類似
又は等しくすることができる。同様に、ＳＬＭは、セル
の２Ｄアレイを備えている。セルのそれぞれは、より狭
いピッチのアレイのレンズレットに対応し、整合されて
いる。
【００８２】また、レンチキュラースクリーン又はレン
ズアレイを、例えば図８及び図９に示されるようにパラ
ラックススクリーンを用いて置き換えることもできる。
図８及び図９に示される表示装置は、図１から図３に示
される表示装置と同タイプであり、同一部分には同一の
参照番号が付与されている。しかしながら、図８及び図
９の表示装置は、以下の点で図１から図３の表示装置と
は異なっている。図８及び図９の表示装置では、ハイブ
リッドサンドイッチ１１に代えて、ハイブリッドサンド
イッチ５１が用いられている。ハイブリッドサンドイッ
チ５１では、レンチキュラースクリーン１２及び１６に
代えて、パララックススクリーン５２及び５６がそれぞ
れ用いられている。パララックススクリーンのそれぞれ
は、ピッチｐを有し、水平方向に離隔されている複数の
細長い平行なスリットを備えている。スリットのそれぞ
れは、ＳＬＭ１３の細長い画素のそれぞれの１つの長軸
に対応し、整合されている。
【００８３】同様に、パララックススクリーン５６のス
リットは、Ｍｐに等しいピッチＰを有し、水平方向に離
隔されている。Ｍは１よりも大きく、たいていの応用例
に於て整数である。パララックススクリーン５６のスリ
ットのそれぞれは、ＳＬＭ１３のＭ個の画素又はストリ
ップ部の一群に対応しており、格子又はバリア１５によ
って隣接するストリップ部から光学的に絶縁されてい
る。
【００８４】図９は、図２に対応し、光源５が光を発し
ている場合の光線路を示している。レンズ１０からの実
質的に平行な光は、スリットのイメージがＳＬＭ１３の
各ストリップ部を介して散光器１４上に投影されるよう
に、パララックススクリーン５２によって制限される。
イメージの横方向の位置は、光源１から８のうちのどの
光源が現在光を発しているかに依存するので、異なる光
源に対するスリットのイメージはそれぞれに関して横方
向に転置される。
【００８５】パララックススクリーン５６のスリット
は、各イメージがイメージ捕捉期間の画像の角度に対応
する所定の角度からのみ見ることが可能であるように、
散光器１４上に形成されるスリットのイメージの見る角
度を制限する。このように、光線路は、図２に示される
ものにほぼ相当する。
【００８６】パララックススクリーンを用いるハイブリ
ッドサンドイッチ５１は、３Ｄイメージ表示が達成され
ることを可能とするが、所定の照射力に対する図８及び
図９に示される表示装置の出力は、図１から図３に示さ
れる表示装置の光出力よりも実質的に小さい。
【００８７】垂直及び水平パララックスの両方を提供す
るために、パララックススクリーン５２及び５６は、ス
リットの代わりにホールのアレイを有するパララックス
スクリーンによって置き換えられることもできる。
【００８８】レンチキュラースクリーン等の２つのレン
ズアレイ又は２つのパララックススクリーンのいずれか
を用いるハイブリッドサンドイッチが説明され図示され
たが、素子の一方がレンズアレイであり、他方がパララ
ックススクリーンである、組み合わせた実施例を提供す
ることも可能である。
【００８９】図１から図４、図８及び図９に示される実
施例において、ＳＬＭ１３は、レンチキュラースクリー
ン１２及び１６の間、又はパララックススクリーン５２
及び５６の間に配置されている。しかしながら、ＳＬＭ
１３を、図１１に示されるように光源１から８とレンチ
キュラースクリーン１２との間に配置すること、又は図
１２に示されるように光源１から８とパララックススク
リーン５２との間に配置することもできる。その他の点
では、図１１及び図１２に示される変形例は、図３及び
図９に示される実施例とそれぞれ同一である。
【００９０】図１０は、図５に示されるタイプのレンチ
キュラースクリーン構成３１の他の可能な応用例を示し
ている。同一部分には同一参照符号が付与されている。
スクリーン構成は、第１のレンチキュラースクリーン３
３、散光器３４、及び第２のレンチキュラースクリーン
３６を備えている。この応用例において、スクリーン構
成は、ビームスプリッタとして用いられている。入力ビ
ーム６０は、レンチキュラースクリーン３３に入射し、
スクリーン３３の微細凸形レンズによって散光器３４上
の複数のイメージへ集光される。スクリーン３６の微細
凸形レンズのそれぞれは、スクリーン３３の微細凸形レ
ンズによって形成されるイメージから光を受け取る。図
示される実施例において、Ｍ＝２である。このように、
レンチキュラースクリーン３６は、異なる出射角度でス
クリーンから出射される２つの出力ビーム６１を形成す
る。
【００９１】レンチキュラースクリーン３６は、入力ビ
ーム６０を効果的に空間的にサンプルし、レンチキュラ
ースクリーン３６は、サンプルから２つの実質的に同一
の出力ビームを再構成する。従って、入力ビーム６０が
横方向の情報を運ぶ場合には、そのような情報の相互作
用に関する通常の予備措置及びサンプリング周波数が観
察されるべきである。
【００９２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、直視型
及び投影型表示システムにおいて用いられることがで
き、２Ｄイメージ又は画像の表示のレートを増大させる
ために空間及び時間多重化を組み合わせる光学装置を提
供することができる。画像の数を増やすことによって、
３Ｄイメージの正確さ及び外見を改善することができ
る。また、観察者の位置の範囲を広げながら、より大き
な３Ｄ表示を生成することができる。３Ｄ効果を見るた
めに補助器具は必要ではない。すなわち、表示は自動立
体知覚的である。さらに、カラー、動き及び不透明なイ
メージが全て表示され得るようにイメージ捕捉技術が用
いられている。
【００９３】本発明は又、カラーで不透明な動く物体の
イメージを表示することができ、３Ｄ効果を見るために
何ら補助器具を装着する必要なしに観察者に確実な３Ｄ
効果を提供することができる３Ｄイメージのための直視
型及び投影型表示装置を提供することができる。そのよ
うな表示装置は、例えば、テレビ、コンピュータ援用設
計、医療用画像形成、ビデオゲーム、及び仮想現実表示
において用いられ得る大スクリーン３Ｄ表示装置など
に、多数の応用が可能である。さらに、ハイブリッドサ
ンドイッチは、光学情報処理分野において用いることが
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直視型表示装
置の平面図である。
【図２】図１の表示装置の動作を説明する部分拡大平面
図である。
【図３】図１の表示装置の動作を説明する部分拡大平面
図である。
【図４】本発明の第２の実施例を構成する直視型表示装
置の平面図である。
【図５】本発明の第３の実施例を構成する投影型表示装
置の平面図である。
【図６】本発明の第４の実施例を構成する投影型表示装
置の平面図である。
【図７】図６のプロジェクション表示装置の動作を説明
する部分拡大平面図である。
【図８】本発明の第５の実施例を構成する直視型表示装
置の平面図である。
【図９】図８の表示装置の動作を説明する部分拡大平面
図である。
【図１０】本発明の第６の実施例を構成するビームスプ
リッタを示す図である。
【図１１】本発明の修正された実施例を示す、図３と同
様の拡大図である。
【図１２】本発明の修正された実施例を示す、図９と同
様の拡大図である。
【符号の説明】
１〜８ 光源の線形アレイ ９ 制御回路 １０ 平行化システム １１ ハイブリッドサンドイッチ １２ レンチキュラースクリーン（ＬＳ１） １３ 空間光変調器（ＬＳＭ） １４ 散光器 １６ レンチキュラースクリーン（ＬＳ２）

Claims (54)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｎ個のレンズ群を有する第１の２次元レ
    ンズアレイであって、該レンズ群のそれぞれがＺ個のレ
    ンズを有しており、Ｚは１よりも大きい整数であり、第
    １群のレンズはピッチｐで第１の次元に配されている第
    １の２次元レンズアレイ、及び、該第１のアレイに対向
    し、ピッチＰで該第１の次元に配されているＮ個のレン
    ズを有する第２の２次元レンズアレイであって、Ｐ＞ｐ
    であり、該第２のアレイの各レンズは、該第１のアレイ
    の各レンズ群に対応付けられている第２の２次元レンズ
    アレイを備えている光学装置。
  2. 【請求項２】 前記第１及び第２のアレイのレンズが集
    光レンズである請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】 Ｐ＝Ｚｐである請求項１又は２に記載の
    光学装置。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２のアレイのレンズが細
    長く、前記第１の次元とは垂直である該第１及び第２の
    アレイの第２の次元に延びている請求項１から３のいず
    れかに記載の光学装置。
  5. 【請求項５】 前記第１及び第２のアレイのレンズが、
    集光レンズであり、かつ前記第１の次元には集光し、前
    記第２の次元には平面である請求項４に記載の光学装
    置。
  6. 【請求項６】 前記第１及び第２のアレイのレンズのそ
    れぞれが、少なくとも１つの実質的に円筒状の凸表面を
    有している請求項５に記載の光学装置。
  7. 【請求項７】 前記第１及び第２のアレイのそれぞれ
    が、屈折率が前記第１の次元に徐々に変化する光学的透
    過材料を含む請求項５又は６に記載の光学装置。
  8. 【請求項８】 前記第１のアレイのレンズが前記第１の
    次元に垂直な第２の次元にピッチｑで配されており、前
    記第２のアレイのレンズが該第２の次元にピッチＱで配
    されており、Ｑ＞ｑである請求項１から３のいずれかに
    記載の光学装置。
  9. 【請求項９】 Ｑ＝Ｙｑであり、Ｙは１よりも大きい整
    数である請求項８に記載の光学装置。
  10. 【請求項１０】 Ｐ＝Ｚｐであり、Ｙ＝Ｚである請求項
    ９に記載の光学装置。
  11. 【請求項１１】 Ｑ＝Ｐである請求項８から１０のいず
    れかに記載の光学装置。
  12. 【請求項１２】 ｑ＝ｐである請求項８から１１のいず
    れかに記載の光学装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１及び第２のアレイのレンズ
    が、集光レンズであり、かつ前記第１及び第２の次元に
    集光する請求項８から１２のいずれかに記載の光学装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記第１及び第２のアレイのそれぞれ
    が少なくとも１つの実質的に球形の凸表面を有している
    請求項１３に記載の光学装置。
  15. 【請求項１５】 前記第１及び第２のアレイのそれぞれ
    が、屈折率が前記第１及び第２の次元に徐々に変化する
    光学的透過材料を含む請求項１３又は１４に記載の光学
    装置。
  16. 【請求項１６】 複数の光変調セルを有する２次元空間
    光変調器をさらに備えており、該光変調セルのそれぞれ
    が前記第１のアレイのレンズのそれぞれ１つに実質的に
    対応し、実質的に光学的に整合されている請求項１から
    １５のいずれかに記載の光学装置。
  17. 【請求項１７】 前記空間光変調器が前記第１及び第２
    のアレイの間に配されている請求項１６に記載の光学装
    置。
  18. 【請求項１８】 前記第１のアレイが前記空間光変調器
    と前記第２のアレイとの間に配されている請求項１６に
    記載の光学装置。
  19. 【請求項１９】 散光器が前記変調器と前記第２のアレ
    イとの間に配されている請求項１７に記載の光学装置。
  20. 【請求項２０】 散光器が前記第１及び第２のアレイの
    間に配されている請求項１８に記載の光学装置。
  21. 【請求項２１】 フィールドレンズアレイが前記変調器
    と前記第２のアレイとの間に配されている請求項１７に
    記載の光学装置。
  22. 【請求項２２】 フィールドレンズアレイが前記第１及
    び第２のアレイの間に配されている請求項１８に記載の
    光学装置。
  23. 【請求項２３】 前記第１のアレイのレンズが、前記第
    ２のアレイのレンズの共通対物面に一致する共通イメー
    ジ面を有している請求項１から２２のいずれかに記載の
    光学装置。
  24. 【請求項２４】 前記第１のアレイのレンズが、前記第
    ２のアレイのレンズの共通対物面に一致する共通イメー
    ジ面を有しており、前記散光器が、前記第１及び第２の
    アレイのレンズの前記共通イメージ面及び共通対物面に
    それぞれ配置されている請求項１９又は２０に記載の光
    学装置。
  25. 【請求項２５】 前記第１のアレイのレンズが、前記第
    ２のアレイのレンズの共通対物面に一致する共通イメー
    ジ面を有しており、前記フィールドレンズアレイが前記
    第１及び第２のアレイのレンズの前記共通イメージ面及
    び共通対物面にそれぞれ配置されている請求項２１又は
    ２２に記載の光学装置。
  26. 【請求項２６】 前記変調器が液晶素子である請求項１
    ６から２５のいずれかに記載の光学装置。
  27. 【請求項２７】 前記液晶素子が強誘電液晶素子である
    請求項２６に記載の光学装置。
  28. 【請求項２８】 前記液晶素子が薄膜トランジスタツイ
    ステッドネマチック液晶素子である請求項２６に記載の
    光学装置。
  29. 【請求項２９】 前記第１のアレイへの入射角が時間と
    共に変化する平行光で、該第１のアレイを照射するため
    の照射手段をさらに備えている請求項１から２８のいず
    れかに記載の光学装置。
  30. 【請求項３０】 前記第１のアレイへの入射角が時間と
    共に変化する平行光で、該第１のアレイを照射するため
    の照射手段をさらに備えており、該照射手段が、実質的
    に照射可能な光源の組を少なくとも１つ備え、該少なく
    とも１つの組が、該少なくとも１つの組それぞれのため
    の各平行化光学系の焦平面における前記第１の次元の１
    次元アレイとして配列された請求項１から７のいずれか
    に記載の光学装置。
  31. 【請求項３１】 前記第１のアレイへの入射角が時間と
    共に変化する平行光で、該第１のアレイを照射するため
    の照射手段をさらに備えており、該照射手段が、実質的
    に照射可能な光源の組を少なくとも１つ備え、該少なく
    とも１つの組が、該少なくとも１つの組それぞれのため
    の各平行化光学系の焦平面における２次元アレイとして
    配列された請求項８から１５のいずれかにに記載の光学
    装置。
  32. 【請求項３２】 前記少なくとも１つの組のそれぞれの
    各光源は、各組のそれぞれ隣接する光源と接触している
    請求項３０又は３１に記載の光学装置。
  33. 【請求項３３】 前記少なくとも１つの平行化光学系の
    それぞれが少なくとも１つの集光レンズを有している請
    求項３０から３２のいずれかに記載の光学装置。
  34. 【請求項３４】 前記少なくとも１つの組のそれぞれの
    光源を実質的に発光させる制御手段をさらに備えている
    請求項３０から３３のいずれかに記載の光学装置。
  35. 【請求項３５】 複数の光変調セルを有する２次元空間
    光変調器を備えており、該光変調セルのそれぞれが前記
    第１のアレイのレンズのそれぞれ１つに実質的に対応
    し、実質的に光学的に整合され、前記第２のアレイの各
    レンズが前記変調器のＭ個のセルに関連付けられてお
    り、該変調器がＭ個のイメージを、該Ｍ個のイメージの
    異なるイメージの素子を表す該第２のアレイの各レンズ
    に関連付けられている該Ｍ個のセルを用いて同時に表す
    ように、前記制御手段が該変調器へのイメージデータの
    供給を制御するように配置されている請求項３４に記載
    の光学装置。
  36. 【請求項３６】 前記制御手段が、前記少なくとも１つ
    の組のそれぞれの前記光源の照射を変更することに実質
    的に同期して、前記変調器への新しいイメージデータの
    供給を行うように配置されている請求項３５に記載の光
    学装置。
  37. 【請求項３７】 Ｚ個の空間的にインタレースされたイ
    メージを前記第１のアレイ上に投影するための少なくと
    も１つの投影手段を備えている請求項１から１５のいず
    れかに記載の光学装置。
  38. 【請求項３８】 散光器が前記第１及び第２のアレイの
    間に配されている請求項３７に記載の光学装置。
  39. 【請求項３９】 前記散光器が、前記第１のアレイのレ
    ンズの共通イメージ面及び前記第２のアレイのレンズの
    共通対物面に配置されている請求項３８に記載の光学装
    置。
  40. 【請求項４０】 フィールドレンズアレイが前記第１及
    び第２のアレイの間に配されている請求項３７に記載の
    光学装置。
  41. 【請求項４１】 前記フィールドレンズアレイが前記第
    １のアレイのレンズの共通イメージ面及び前記第２のア
    レイのレンズの共通対物面に配置されている請求項４０
    に記載の光学装置。
  42. 【請求項４２】 前記少なくとも１つの投影手段のそれ
    ぞれが、空間光変調器、該空間光変調器を照射する手
    段、及び該照射された空間光変調器の像を前記第１のア
    レイ上へ投影する手段を備えている請求項３７から４１
    のいずれかに記載の光学装置。
  43. 【請求項４３】 前記少なくとも１つの空間光変調器の
    それぞれが、液晶素子を備えている請求項４２に記載の
    光学装置。
  44. 【請求項４４】 前記少なくとも１つの液晶素子のそれ
    ぞれが、強誘電液晶素子を備えている請求項４３に記載
    の光学装置。
  45. 【請求項４５】 前記少なくとも１つの液晶素子のそれ
    ぞれが、薄膜トランジスタツイステッドネマチック液晶
    素子を備えている請求項４３に記載の光学装置。
  46. 【請求項４６】 前記少なくとも１つの投影手段が、異
    なる入射角で前記第１のアレイ上へ投影するように配置
    された複数の投影手段を備えている請求項３７から４５
    のいずれかに記載の光学装置。
  47. 【請求項４７】 Ｎ個の開口群を有する第１のパララッ
    クススクリーンであって、各開口群がＺ個の開口を有し
    ており、Ｚは１よりも大きい整数であり、該第１群の開
    口はピッチｐで第１の次元に配されている第１のパララ
    ックススクリーン、及び、ピッチＰで該第１の次元に配
    されているＮ個の開口を有する第２のパララックススク
    リーンであって、Ｐ＞ｐであり、該第２のスクリーンの
    各開口は、該第１のスクリーンの各開口群に対応付けら
    れている第２のパララックススクリーンを備えている光
    学装置。
  48. 【請求項４８】 散光器が前記第１及び第２のスクリー
    ンの間に配されている請求項４７に記載の光学装置。
  49. 【請求項４９】 フィールドレンズアレイが前記第１及
    び第２のスクリーンの間に配されている請求項４７に記
    載の光学装置。
  50. 【請求項５０】 Ｎ個のレンズ群を有する２次元レンズ
    アレイであって、該レンズ群のそれぞれがＺ個のレンズ
    を有しており、Ｚは１よりも大きい整数であり、該レン
    ズはピッチｐで第１の次元に配されている２次元レンズ
    アレイ、及び、ピッチＰで該第１の次元に配されている
    Ｎ個の開口を有するパララックススクリーンであって、
    Ｐ＞ｐであり、該スクリーンの各開口は、該アレイの各
    レンズ群に対応付けられているパララックススクリーン
    を備えている光学装置。
  51. 【請求項５１】 Ｎ個の開口群を有する第１のパララッ
    クススクリーンであって、各開口群がＺ個の開口を有し
    ており、Ｚは１よりも大きい整数であり、該第１群の開
    口はピッチｐで第１の次元に配されている第１のパララ
    ックススクリーン、及び、ピッチＰで該第１の次元に配
    されているＮ個のレンズを有する２次元レンズアレイで
    あって、Ｐ＞ｐであり、該アレイの各レンズは、該スク
    リーンの各開口群に対応付けられている２次元レンズア
    レイを備えている光学装置。
  52. 【請求項５２】 散光器が前記スクリーンと前記アレイ
    との間に配されている請求項５０又は５１に記載の光学
    装置。
  53. 【請求項５３】 フィールドレンズアレイが前記スクリ
    ーンと前記アレイとの間に配されている請求項５０又は
    ５１に記載の光学装置。
  54. 【請求項５４】 請求項１から５３のいずれかに記載の
    光学装置を備えている３次元表示装置。
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