JP2002525686A - 容積的３次元表示装置 - Google Patents

容積的３次元表示装置

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JP2002525686A JP2000571428A JP2000571428A JP2002525686A JP 2002525686 A JP2002525686 A JP 2002525686A JP 2000571428 A JP2000571428 A JP 2000571428A JP 2000571428 A JP2000571428 A JP 2000571428A JP 2002525686 A JP2002525686 A JP 2002525686A
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Abstract

(57)【要約】 レンチキュラースクリーン（４０）と、該レンチキュラースクリーンを動作可能に支持する支持アセンブリと、動作において前記レンチキュラースクリーン（４０）を所定容積の空間にわたって繰り返し掃引させるための駆動機構（４５）とを備えた表示システム。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願情報） 本願は１９９８年９月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／１０１，６
１７号の恩典に権利主張するものである。
【０００２】 （発明の背景） 本発明は一般的には電子表示装置の技術に関し、より詳細には容積的３次元表
示装置に関する。 回転する２次元的表面への照射によって３次元的画像を形成することが可能で
あることが知られている。時間的に変化する投射面への照射を制御することによ
って一連の点または輝線（ベクトル）が表示される。この投射面が３Ｄの空間を
掃引すると３Ｄ空間の多くの点が照射される。人間の視覚の残像効果のため、あ
る一点が１／２０秒よりも短い反復間隔にて短時間繰り返し照射されるとその点
はちらつきを生ずることなく照射されているように見える。したがって，所定容
積の空間を掃引する高速の周期的運動を行う表示画面を照射することにより、真
の容積充実（容積的）３Ｄ表示の実現が可能である。
【０００３】 このようなシステムの１つにケッチペル（Ｋｅｔｃｈｐｅｌ）（米国特許第３
，１４０，４１５号）によって述べられるものがある。このシステムでは固定さ
れた電子銃によって照射される燐光回転スクリーンを使用する。しかしながら、
この方法は照射源によって照射すなわちアクセス不能な「死角」領域によって特
徴付けられるものであり、例えばスクリーン平面と入射する照射光線との間の角
度が小さい場合には、高精細の画像を得ることは困難である。こうした領域では
画像形成容積の画素（ボクセル）の空間的精度が低下するという問題がある。
【０００４】 シュワルツ（Ｓｃｈｗａｒｚ）とブランデル（Ｂｌｕｎｄｅｌｌ）は、同様の
燐光スクリーンシステムを用い、それぞれが異なる角度部分においてスクリーン
を照射する２個の電子銃にてこのスクリーンを照射することによってこの問題の
解決を図っている（IEEE Proc.-optoelectron. , Vol.141, No. 5, October 199
4, pp. 336-344 ）。この方法は死領域をなくすうえで有効であるが、照射、計
算、及び照準のためのシステム及び回路を２組用いる必要がある。
【０００５】 これに対し、バチコ（Ｂａｔｃｈｋｏ）（米国特許第５，１４８，３１０号）
は、高速運動を行う走査システム上に照射する単一の照射源を使用している。こ
のシステムでは回転スクリーンに対してほぼ垂直な方向から常に照射が行われる
ように走査システムが配置されている。この方法ではその内の少なくとも１つが
オフアクシスミラーである、スピン運動を行う複数のミラーが使用され、走査死
領域の低減が図られている。更にこのシステムは、ケッチペル及びシュワルツと
ブランデルのシステムや多くの他のシステムと同様、複雑な画像を得ようとする
場合にちらつきを生ずることが知られている、複雑な計算を行う技術を用いたベ
クトルに基く走査システムである。
【０００６】 ツァオ（Ｔｓａｏ）等（米国特許第５，７５４，１４７号）は、バチコの方法
と同様、オフアクシスミラーを回転表示部に取り付ける容積的表示装置を開示し
ている。ここで述べられる表示装置は、光学データ発生器、光学インタフェース
ユニット、及び表示手段を備えた回転ユニットの３つのサブユニットから構成さ
れている。光学データユニットは画像投射器を備え、これによって生成された画
像は中心軸を一致させて回転する複数のミラーの複合体上に投射される。これら
のミラーは回転表示スクリーンと異なる所定の速度にて回転し、約１０Ｈｚにて
表示スクリーンとともにオフアクシスで回転する別のミラーに光を中継する。光
学インタフェースユニットは５〜１０個の小型のミラーを備える。
【０００７】 ガルシア（Ｇａｒｃｉａ．Ｊｒ）等（米国特許第５，０４２，９０９号）は、
ベクトル走査レーザ光によって照射される回転スクリーンを採用している。スク
リーンが回転する際にコンピュータ制御されるスキャナシステムがレーザ光をス
クリーン上に偏向する。この方法はベクトルに基づく表示装置と同じ特徴を幾つ
か有する。例えば、与えられた画像において使用される照射可能な容積の比率は
小さい。
【０００８】 ファバロラ（Ｆａｖａｌｏｒａ）（発明の名称が「多平面自動立体視画像形成
システム」”Ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒ Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｉ
ｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”である米国特許第５，９３６，７６７号。その全
容をここに援用するものである。）は、ベクトル走査システムと比較して行われ
る計算が簡単であり、上記のシステムの内のあるものと比較して可動部品の数が
少ないラスター画像形成システムを開示している。
【０００９】 ３Ｄ表示装置が経済的に高い実現性を有するためには、装置がコヒーレントな
光（レーザ照射）の使用を必要としないことが望ましい。レーザ光は回転する画
像形成面上にコヒーレントな光を集束させることが容易であるために上記に述べ
た３Ｄ表示装置の多くにおいて使用されているものと考えられる。これに対して
ツァオ等によるシステムではインコヒーレントな光の使用が可能であるが、その
代償としてシステムは機械的に複雑であり、得られる画像の明るさは低い。コス
ト効率の高いインコヒーレントな照射を用いた方法の１つがモートン（Ｍｏｒｔ
ｏｎ）による「３次元表示システム」（”Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ”）（米国特許第４，９２２，３３６号）に開
示されている。モートンは更に、照射光が常にスクリーン上の適当な位置に集束
されるように螺旋状の投射スクリーンと同軸回転するアナモルフィックレンズの
使用について開示しているが、モートンは、画像形成装置として「投射型ＣＲＴ
表示装置」を使用してもいる。一般的な投射型ＣＲＴは低速である（例 ６０Ｈ
ｚ程度のリフレッシュ）。
【００１０】 上記に述べた容積的３Ｄ表示装置は、特に収束性（近さの関数として見る者の
眼が内側に回転する）及び遠方調節性（奥行きの関数として見る者のレンズがよ
り遠方に焦点を合わせる）など、奥行きについてのほとんどすべての特性を与え
るものであるが、上記に述べられたものを含むすべての公知の多平面型の３Ｄ装
置では、オクルージョン（前景の物体が背景の物体を遮る傾向）を示す画像を得
ることは不可能であった。これは、照射される領域が本来的に透明であることに
よる。得られる画像は幽霊の如く透明なものであり、見る者は前方に置かれた物
体によるオクルージョンの効果を楽しむことができない。
【００１１】 （発明の概要） 一人のみの観測者に対しては、レンダリングソフトウェアに観測者の位置を与
えることにより、表示された画像においてオクルージョンが生ずる。表示される
画像スライスを計算するレンダリングソフトウェアが隠れた面を除く性能を有す
る場合、このソフトウェアは視野を観測者の位置に対して適当なものとすること
が可能である。この位置情報はマニュアル入力されるか従来のヘッドトラッキン
グやアイトラッキングシステムによって得られる。しかし、第１の観測者の位置
とは異なる別の位置にいる更なる観測者に対しては、オクルージョンが不正確で
あるために画像は混乱して見える。「隠れた面」を軽くレンダリングするための
方策をとることが可能であるが、その効果は依然不完全なものである。
【００１２】 一般的には、複数のユーザが３Ｄ画像を同時に利用できることが望ましい。ま
た、動作が遅く、高価な能動的ヘッドトラッキング装置を用いることなく、「観
測者のトラッキング」がそれとなく行われることが望ましい。同時に３Ｄ画像は
収束性及び遠方調節性の特性を継続して与えなければならない。
【００１３】 概して、本発明はその一態様においては、レンチキュラースクリーンと、該レ
ンチキュラースクリーンを動作可能に支持する支持アセンブリと、動作において
レンチキュラースクリーンを所定容積の空間にわたって繰り返し掃引させるため
の駆動機構とを備えた表示システムである。
【００１４】 好ましい実施形態には以下の特徴の１以上が含まれる。レンチキュラースクリ
ーンは螺旋形状であり、円筒形状のレンズ要素か球形のレンズ要素かあるいはそ
れらを組合せたもののアレイを有する。このアレイはＭ×Ｎのアレイである。支
持アセンブリはスクリーンの回転軸を与える。スクリーンは対称軸を有し、スク
リーンは回転軸と対称軸とが同一線上となるように支持アセンブリに取り付けら
れる。駆動機構は動作の間に回転軸を中心としてスクリーンを連続的に回転させ
る。レンチキュラースクリーンは半透明である。スクリーンは、レンチキュラー
要素のアレイと、背面及び前面を有する材料シートとを有し、レンチキュラー要
素のアレイは前面上にのみ配される。材料シートの背面は滑らかである。
【００１５】 概して本発明は別の一態様においては半透明かつ螺旋形状のレンチキュラース
クリーンである。 概して本発明は更なる別の一態様においては画像生成器内部に組として編成さ
れたＳＬＭを有する容積的表示装置である。編成されたＳＬＭは順次動作し、そ
れぞれが異なる投射画像のスライスを処理する。
【００１６】 本発明を具体化したシステムは従来のシステムと比較した場合に次の利点の１
以上を有する。本発明のシステムにより、１人の観測者及び複数の観測者に対し
て、変化する透明度を用いて画像のオクルージョンを示すことが可能な３Ｄ表示
装置が与えられる。本発明のシステムにより、一定の透明度の問題のない現実感
のある画像が与えられる。本発明のシステムは経済的であり、表示部に対して高
速で回転する煩雑な反射走査手段を必要としない。本発明のシステムは、照射光
を最後の走査要素に到達させるうえで多数の固定式光線偏向光学要素を有さない
。本発明のシステムによれば、３Ｄ表示装置に用いられる機械的可動要素の数は
最小限で済む。本発明のシステムでは、更なる計算負荷及び支援ハードウェアを
必要とする２組の照射源を使用しない。本発明のシステムは、コストが高く危険
性を有するコヒーレントな照射を必要としない。本発明のシステムでは、死領域
として知られる著明な暗領域をともなうスクリーン構成を使用しない。本発明の
システムは、特殊かつ高価な計算システムを必要としない。本発明のシステムで
は大きなコストをともなわずに多色画像を得ることが可能である。更に本発明の
システムは、スクリーンを散乱面などの「投射スクリーン」モードかまたは内部
の画像源からの光を再偏向するミラーのような「非投射スクリーン」モードのい
ずれかで使用することが可能な構成の柔軟性を有する。
【００１７】 他の利点及び特徴は好適の実施形態の以下の説明及び特許請求の範囲から明ら
かとなろう。 （発明の詳細な説明） 図１は容積的表示装置の説明的一実施形態を示したものである。ビューポート
５の内部の平面状かつ方形をなすレンチキュラースクリーン４０は周期的運動を
行い、その際所定容積の空間を繰り返し掃引する。制御ユニット１０はスクリー
ン４０の方向を監視し、画像生成器１５に画像をビューポート内及びスクリーン
４０上に投射するように命令する。スクリーンの周期的運動の振動数は、（１ま
たは複数の）見る者が容積充実３Ｄ画像を知覚するうえで充分に大きい。
【００１８】 ビューポート５、制御ユニット１０及び画像生成器１５の役割は様々な要素及
び構造によって行うことが可能である。通常、コスト及び用途を考慮することに
よってこれらのユニットの解像度、タイプ、精度、及び製造のモードが指定され
る。図に示された実施形態では、スクリーン４０はその対称軸が回転軸に一致し
、モータ４５によってスクリーン４０が回転軸を中心として毎秒約２０回転の高
速回転を行うように配設される。制御ユニット１０はスクリーンの角度位置及び
振動数を検知して画像データを画像生成器１５に送信する。
【００１９】 画像生成器１５の内部では、照射ユニット２０が空間的光変調器（ＳＬＭ）２
５を照射し、ＳＬＭ２５は反射光を投射光学要素３０に向けて上方に偏向する。
ＳＬＭ２５は光制御要素の２次元のアレイとして構成され、各光制御要素は適用
される信号に応じて照射ユニット２０からの入射光を反射するか、あるいはこの
光を透過させる。換言すれば、ＳＬＭ２５は制御ユニットによって供給されるデ
ータに対応した画像を投射光学要素３０に向けて反射する。ここに述べられる実
施形態では照射源は平行化されていないインコヒーレントなものであるので、投
射光学要素は、スクリーン上に鮮明な焦点を結ばせる要素、ならびにスクリーン
と固定的位置関係を保ち、画像をスクリーン上に投射するように構成、配置され
た複数のミラー３５を更に有する。
【００２０】 ここで述べる実施形態において使用されている投射システムは従来技術におい
て使用されているものと同様のものである。更なる詳細については従来技術を参
照されたい。例として、”Ｎｅｗ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｇｉｖｅｓ Ｒｅａｌｉｓ
ｔｉｃ ３−Ｄ Ｅｆｆｅｃｔ，”Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｗｅｅｋ，Ｏｃｔｏｂｅ
ｒ ３１，１９６０，ｐｐ．６６−６７を参照されたい。
【００２１】 適当なデータ、照明条件、制御電子要素が与えられることにより、見る者はほ
ぼすべての角度からビューポート５内に容積充実画像を見ることが可能である。
スクリーンがレンチキュラースクリーンであるので、異なる視角に対して適当な
オクルージョンを示す画像を生成することが可能である。
【００２２】 回転するドーブプリズムまたはＫ−ミラーなどの画像再偏向光学要素を使用し
て回転するスクリーンと同じ速度で画像を回転させることにより、スクリーン上
に静止画像を形成することが可能である。また、画像生成器に与えられる画像デ
ータを制御ユニットによって計算により回転させることも可能である。いずれの
方法によっても各画像フレーム（その多くが毎回の更新毎に描画される。例、２
５６）を適正な方向にて投射することが可能であり、像視スクリーン４０に対し
てスケーリングすることが可能である。後者の方法が用いられる場合、計算によ
る変換を、特に予め計算された検索表を使用することにより迅速に行うことが可
能である。これを実現するためのレンダリング及び表示方法は当該技術分野にお
いては知られたものであるのでこれらの方法についてここで述べることはしない
。こうした細部を述べた容易に利用可能な公の情報源を参照されたい。
【００２３】 レンチキュラースクリーン４０は少なくともその表面の一方においてレンチキ
ュラーレンズ４４のアレイを有する。レンチキュラースクリーン４０は、画像生
成器が異なる視角に対して異なる画像を投射することを可能とするものである。
レンチキュラーレンズ４４のアレイにより、見る者は異なる視点において異なる
画像を見ることが可能である。適宜見当が合わされた画像がスクリーン上に投射
されるとビューポートによって容積充実画像が与えられる。容積充実画像は通常
どおりに適正な遠近感及び視差を与え、更に物体が互いを遮るように変化する透
明度を有するものである。ここで、投射されたフレームのそれぞれに対して複数
の視点からの画像データを計算することが必要である。レンチキュラーレンズ及
びレンズアレイは当該技術分野においてはよく知られたものであるが、その動作
について大まかに述べる。
【００２４】 レンチキュラーレンズアレイの広く知られた実施形態の１つとしてレンチキュ
ラーレンズシートがある。レンチキュラーレンズシートは、複数の、隣り合いか
つ平行な、部分的に円筒状をなす長尺のレンズを有するシート、及び、該シート
上の交互配置された複数（例、２個）の像からなる。一般にこの複数のレンズに
より下側のシート上に複数の交互配置された像が表示されるが、シートの上方の
任意の点から見ることができるのはそれらの像の内の１つだけである。
【００２５】 これを説明する原理が図２に示されている。図２は複数のレンズ要素５４（１
〜３）を備えたレンチキュラーレンズシート５２を概略側面図にて示したもので
ある。下側のシート上の像はピクセル５６〜５８によって示されている。この例
では、それぞれ添え字「ａ」，「ｂ」及び「ｃ」にて示される３個の像ピクセル
が各レンズ要素５４の下側に示されている。例えばレンズ要素５４（１）の下側
には５６ａ，５６ｂ及び５６ｃの３個のピクセルがある。
【００２６】 観測者がシートを位置「Ａ」から見る場合、レンズ要素５４（１）の集束能の
ために観測者はピクセル５６ａからの光しか見ることができない。すなわち、レ
ンズ要素５４（１）が集める光の内、レンズ要素５４（１）が位置「Ａ」の観測
者に送るのはピクセル要素５６ａから集められた光だけである。レンズ要素５４
（１）がレンズの下側の他の位置から集める光の残りは他の方向に送られるため
に位置「Ａ」の観測者には見えない。同様に位置「Ｂ」の観測者にはピクセル５
６ｂからの光のみが見え、レンズ要素５４（１）の下側の他の位置からの光は見
えない。
【００２７】 ここで、全ピクセルＮａが第１の像を形成し、全ピクセルＮｂが第２の像を形
成し、全ピクセルＮｃが第３の像を形成するものと仮定すると（Ｎはレンズアレ
イの特定のレンズの位置を示す）、位置「Ａ」の観測者には第１の像は見えるが
第２及び第３の像は見えない。また、位置「Ｂ」の観測者には第２の像は見える
が第１及び第３の像は見えない。
【００２８】 図３Ａ〜Ｄは今述べた原理に基いた回転レンチキュラー表示システムの動作を
示したものである。図には、一方の表面においてレンズ７３のアレイを備えたレ
ンチキュラー表示スクリーン７１を概略的に示してある。この例では各レンズは
、「１」、「２」、「３」及び「４」と示された４つの視角領域によって特徴付
けられるものと想定する。通常、各視角領域は連続的な角度を照射する。すなわ
ち、その領域（例 領域１）内の任意の点に位置する観測者には、上記に述べた
ようにその領域に付随する適当なピクセルが見えるはずである。更に観測者はい
ずれかの視角領域内にいる間、他の領域に付随するピクセルは見えない。この例
ではスクリーン７１は反時計回りに回転しており、位置７５の観測者がスクリー
ンを見る際に領域１〜４がこの順序で通過する。
【００２９】 図３Ａは、領域１の光が観測者に見える表示スクリーンの回転位置の１つを示
したものである。領域１は、他の領域と同様、その領域内で見えるスクリーン上
の位置に投射される画像情報が観測者に見えるような所定の回転範囲を表してい
ることは明らかであろう。新たな画像スライスが１°の回転毎に表示スクリーン
上に投射され、各領域の広さが２５°であるものとすると、位置７５の観測者は
領域１が通過すると約２５個の連続した個別の画像スライスを見ることになる。
新たな画像スライスはそれぞれ、スクリーンの１°の回転に基いた量だけその前
の画像スライスから懸隔している。
【００３０】 位置７５の観測者に適正なオクルージョンが見えるためには、制御要素によっ
て領域１のピクセル上に投射される画像スライスは、観測者による視角位置７５
での観測にとって適切にレンダリングされていなくてはならない。しかしながら
、位置７７の観測者には、位置７５の観測者に領域１の像が見えているのと同時
に領域４からの像が見える点に留意されたい。このことは、位置７７の視座から
レンダリングされた別の画像の組は、他の画像が領域１に対して表示されるのと
同時に領域４に付随するピクセル上に表示されなければならないことを示すもの
である。無論のこと、レンチキュラーレンズの選択能力のためにいずれの観測者
にも他の画像は見えない。更に、異なるピクセル位置が照射されているためにこ
れら他の画像スライスは他の視座の画像スライスと同時に表示することが可能で
ある。
【００３１】 この例では４つの領域があることにより、４つの視座のすべてが同時に利用可
能でなければならないものと仮定すると、各レンズの背後の４つのピクセル位置
のそれぞれに対して異なる組として存在する画像の４つの組は同時に表示されな
ければならない。
【００３２】 また、これらの領域が位置７５の観測者を通過する際、任意の領域において表
示される視座はその領域が新たな視座からの視野に入る際に変わらなければなら
ない。したがってスクリーンが図３Ｄに示されるような方向に向けられている場
合、位置７５の観測者は領域４を見ていることになる。したがってこの回転時間
の間に領域４に付随するピクセル上に投射される画像スライスは、この時点で位
置７５の視座を反映していなくてはならず、図３Ａにおけるように位置７７の視
座を反映したものであってはならない。
【００３３】 上記の説明から明らかであるように、回転の間にスクリーン上に投射される画
像スライスの数は視角領域の数とは関連していない。妥当な解像度を有する３Ｄ
画像を得るためには、４以上の領域の観測者に対して約２００の画像スライスが
投射される必要がある。
【００３４】 この構成によれば、任意の位置の観測者がスクリーンのすべての回転位置に対
して画像を見ることが可能である。更にレンチキュラースクリーンは、互いに「
融合する」別個の視角領域によって特徴付けられる。すなわち、隣り合う領域同
士の間で知覚される照射がカットオフされることはない。
【００３５】 特筆すべき点として、大きな「死領域」が形成されることを防止するために配
慮がなされなければならない点がある。これは、１８０°にわたる範囲の視角領
域を形成するうえで充分に高品質のレンチキュラーアレイを使用し、方形以外の
断面を有するスクリーンを使用することを含む多くの方法によって実現すること
が可能である。この方法によらない場合、画像は回転軸の両側の２つのほぼ半円
筒状をなす容積において見えるのみである。
【００３６】 ここで用いる「レンチキュラーレンズアレイ」及び「レンチキュラースクリー
ン」とは、上記に述べたような下側の画像情報の方向選択を与えるレンズ要素の
アレイのすべての実施形態を含むものであることは理解されるべきである。した
がって、例えば、先に述べたようにレンズ要素を円筒形状や球形状のものとする
ことにより、アレイの平面に平行な平面内の少なくとも２つの直交する方向にお
いて画像区別機能を与えることが可能である。更に、これらの要素は従来のレン
ズ要素である必要はなく、上述したものと同様の機能を与えるホログラフィ光学
要素などの任意の光学要素を使用することが可能である。
【００３７】 レンチキュラースクリーン４０は入射光によって照射することが可能で、照射
された部分が眼に見えるような、半透明の材料もしくは少なくとも半透明の背面
を有する材料にて形成される。レンチキュラーレンズ要素のアレイはスクリーン
の前面に配される。画像光は背面の適当なピクセル位置に投射される。生じた画
像はスクリーン前方の異なる視点位置から見ることが可能である。
【００３８】 ここで述べた実施形態では平面状かつ方形のスクリーンを使用しているが、他
の形状のものを使用することも可能である。例として、スクリーンは平面状かつ
円形の形状や他の形状を有してもよい。更に、スクリーンが対称軸を有する必要
はなく、仮に対称軸を有する場合でも対称軸が回転軸でもある必要はない。更に
、スクリーンに与えられる運動は厳密な回転運動である必要はない。唯一の必要
条件は、与えられた運動によってスクリーンが所定容積の空間を繰り返し掃くこ
とである。
【００３９】 スクリーンは、他の公開文献に開示されているように、螺旋状などのより複雑
な形状を有することも可能である。例として、「「アルキメデスのねじ」の１巻
きのような、１巻きの一定半径の螺旋にて形成された」、ある種の螺旋状スクリ
ーンについて述べているモートン（Ｍｏｒｔｏｎ）（米国特許第４，９２２，３
３６号）を参照されたい。他の螺旋状スクリーンの構成も無論のこと可能である
。
【００４０】 螺旋形状が用いられている場合、より良好な集束性を実現する多要素アナモル
フィックレンズもまた望ましい。アナモルフィックレンズなどの設計及び構造は
当該技術分野においてはやはり一般的に知られたものである。螺旋状スクリーン
上への集束を助けるための同時回転する同軸アナモルフィックレンズの使用を開
示したモートンを再び参照されたい。モートンのレンズは多くの微小要素から構
成され、そのそれぞれが螺旋状スクリーンの表面上のボクセルの１つを生じさせ
る。
【００４１】 コスト効率が悪くやや複雑な多要素レンズに代わるものとしてホログラフィッ
ク光学要素（ＨＯＥ）があり、この構成はやはり当業者の技術の範囲内である。
ＨＯＥは多要素レンズの機能を行うように構成されている。ＨＯＥは一旦製造さ
れてしまえば大容積のものを高いコスト効率にて容易に複製することが可能であ
る。更にＨＯＥは編成されたＳＬＭや他の照射源からの光を偏向することによっ
て解像度を高めるなど、光線偏向以外の更なる機能を行うことが可能である。
【００４２】 また、レンチキュラースクリーンは、ある車線にいる自動車がその車線専用の
停止／発進信号を見ることができるように信号灯を覆って設けられるストライプ
状の金属製パターンのような、「方向性小割板」の集合体から構成することが可
能である。こうした小割板の同様な稠密２Ｄアレイをレンチキュラースクリーン
に組み込むことが可能である。
【００４３】 レンチキュラー表示装置に用いることが可能なスクリーン形状の多くを、ここ
に援用する米国特許出願第０９／３１８，０８６号に開示されるような非方形断
面を有するように構成することによって改良することも可能である。例えば、ス
クリーンは側面から見た場合に菱形の断面形状を有することが可能であり、投射
スクリーンの縁を観測者が見たときに形成される暗い領域をなくすうえで有効で
ある。
【００４４】 図４に示されるようにレンチキュラースクリーン９３上のレンチキュラーレン
ズ要素９１は縦形、横形、球形、またはこれらを組合せたものを使用することが
可能である。あるいはレンチキュラーレンズ要素をコリン（Ｋｏｌｌｉｎ）によ
り米国特許第４，８５３，７６９号に開示されるようなルーバー要素や、バリア
ーグリッドの任意の他の公知の手段によって実施することが可能である。また、
レンチキュラーレンズ要素においてトレイナー（Ｔｒａｙｎｅｒ，Ｄ．Ｊ．）及
びオール（Ｏｒｒ，Ｅ．）によって開示されるホログラフィック光学要素（ＨＯ
Ｅ）を使用することが可能である（”Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ａｕｔ
ｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ Ｄｉａｐｌａｙｓ ｕｓｉｎｇ Ｈｏｌｏｇｒａ
ｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ，”（Streoscopic Displays and
Virtual Reality Systems IV, Scott S.. Fisher, John O. Merritt, Mark T.
Bolas, Editors, Proceedings of. SPIE Vol. 3012, 167-174(1997) ））。
【００４５】 異なる視角領域に対する画像はピクセル単位で交互配置することが可能である
。２Ｄ表示スクリーンは、それぞれが特定の視角領域から見ることのできるピク
セルにて構成されるピクセル群の周期的な構造として構成することが可能である
。あるいは２Ｄ表示スクリーンは一連の縦方向または横方向のバンドとして構成
することも可能である。
【００４６】 各視点に対するピクセルは時間的に変化するようにして表示することも可能で
ある。すなわち指向性シャッタまたはレンチキュラースクリーンが、コリンによ
る米国特許第４，８５３，７６９号に記されるもののように時間的に変化する指
向性を有する場合、２Ｄ画像は視点別の像を通じて時間的に循環する。あるいは
、両者の組合せを用いることも可能である。すなわち、方向別サブピクセルにて
構成されるとともに時間変化する一連の照射パターンである。
【００４７】 レンチキュラーすなわち複数の視角領域によって掃かれる表示装置は、バック
ライトＬＣＤパネルや図５に示されるＬＥＤの密集アレイのような、放射型表示
装置を使用することも可能である点は理解されよう。表示装置が放射型のもので
ある場合（参照、米国特許第４，１６０，９７３号）、照射情報は回転する構造
に伝送される必要がある。これは導電性ブラシ、容量性結合、ＲＦシグナリング
やフォトトランジスタの使用によって行うことが可能である。
【００４８】 図６では、放射型かつ複数の視角領域によって掃かれる表示装置の更なる実施
形態は、その前面が小角度領域２３０，２３１及び２３２に光を偏向する放射要
素２１３の周期的構造である。放射要素は例えば放射要素が取り付けられたＬＥ
ＤまたはＬＣＤのピクセルであってもよく、また、光ファイバ要素の高密度の束
にて構成してもよい（例 米国特許第５，０８２，３５０号）。
【００４９】 更にここに述べられる掃引レンチキュラースクリーン表示装置は、レンチキュ
ラー要素によって与えられる異なる視角の数によってのみ制限される任意の数の
視点を与えるモードにて動作させることが可能である。更に、観測者の位置に関
する情報が表示システムに与えられる場合、表示システムはそれらの位置に対し
てのみ画像を与えるモードにて動作することが可能である。この方式を用いるこ
とは、輝度を向上させ、計算上の負荷を低減するうえで有用である。
【００５０】 画像生成器の他の実施形態により、解像度を高め、低コストの要素を使用する
ことが可能となる。例えば、画像生成器において複数のバッファＳＬＭを採用す
ることが可能である。一方のユニットが回転スクリーン上に画像スライスを表示
する間に他方のユニットが次の画像スライスの表示のための画像データを受け取
る。言い換えれば、表示速度を高めるために複数の低速及び／または低解像度の
照射源（例 ＳＬＭ）を編成して光学的なバッファ構成において連続的に使用す
る。すなわち、比較的遅いＳＬＭ間で切り換えを行うことにより、高解像度かつ
高速の画像生成を行うことが可能である。または、複数の小型であるが高速のＳ
ＭＬを高解像度の効果的な大型ＳＬＭに編成することが可能である。この方式の
説明的実施形態を図７Ａ及び８Ａに示した。
【００５１】 図７Ａに示される実施形態では、２個（またはこれよりも多い）ＳＬＭが編成
されている。より詳細には、そのいずれもが図には示されていない照射源によっ
て照射されるＳＬＭ７０及びＳＬＭ７５が回転表示スクリーン上に投射される最
終的な３Ｄ画像の交互の２Ｄスライスを処理する。光は光学シャッタ８０及び８
５から順次、対応する光線合成光学要素９０及び９５（例 ビームスプリッタ）
へと通過する。任意の時点で通過した光は画像光線１００内にある。
【００５２】 図７Ｂは２個の光学シャッタ８０及び８５について時間の関数として一般的な
透過率（％）を表した２つの波形を示したものである。波形＃１は光学シャッタ
８０の、波形＃２は光学シャッタ８５のものである。１以上の１または２ＤのＳ
ＬＭ（さらに言えば他の光エミッタや変調器）の部分または全体を組として編成
することにより、１個の低速の変調器またはエミッタによって通常得られるもの
よりも高い解像度を得ることが可能である。無論、当業者には周知のごとく、フ
ィルタ、カラーホイール，及び多色光源を付加することによって多色画像を得る
ことも可能である。
【００５３】 図８Ａは編成されたＳＬＭの発想によって少なくともコストの面において改善
された別の実施形態を示したものである。この実施形態では、スロットが設けら
れた回転ディスク１０５を使用して光学シャッタの機能を行っている。これによ
り、特に回転シャッタが回転スクリーンに物理的に連結されている場合にシステ
ムのコスト及び複雑さが低減される。
【００５４】 図８Ａの実施形態においては、１以上のＳＬＭ及び光源７０及び７５に制御ユ
ニットから適当な画像データがロードされる。通常、これらの画像は回転スクリ
ーン上に投射される光の連続的なスライスである。スロットが設けられた回転シ
ャッタ１０５は、光学リレー１１０（通常１以上のミラー１０１及び光線合成光
学要素１０３）を通じ、最後に置かれたミラー１１５に向けてＳＬＭからの光を
順次通過させる。ミラー１１５は画像１００を最後の投射光学要素及び回転スク
リーンに向けて送る。
【００５５】 製造を容易とし、高い動作安定性を得るため、回転シャッタを他の回転要素に
物理的に連結することが可能である。 シャッタは穿たれた孔、嵌め込まれたレンズ、スリットや他の適当な要素によ
って構成することが可能である。シャッタ動作は通常は螺旋状の集束動作を行う
ＨＯＥに組み込むことが可能である。複数のＳＬＭまたは光源は（図８Ｃに示さ
れるように）回転軸に対して同じか、反対かまたは他の位置に配することが可能
である。例として、２５６本のスロットが回転ディスクに穿たれている場合、回
転ディスクは投射スクリーン及びＨＯＥと同じ速度で回転して３Ｄの容積にわた
る２５６枚のスライスを与えることが可能である。画像スライスよりも少ない数
のスロットが回転ディスクに穿たれている場合、シャッタディスクは投射スクリ
ーンよりも大きな回転数で回転しなければならない。
【００５６】 無論のこと、スロットが形成された平板なディスク以外の異なる形状を使用す
ることも可能である。例えば、縦方向の、外周にスロットを設けた外側壁を有す
る円形のプレートを構成することがより容易な場合がある。この縦方向の壁に設
けられるスロットは、壁の外側に平行に置かれたＳＬＭからの画像をゲート制御
する。ゲート制御された画像はプレートの内部に置かれた光学アセンブリに送ら
れ、この光学アセンブリがレンチキュラースクリーンに画像を再偏向する。
【００５７】 図９は高速の１ＤのＳＬＭまたは光源（エミッタの直線状アレイなど）の使用
を示したものである。これらの光源は上記のように組として編成するか、単に連
続的に使用して走査することが可能である。あるいは、一般に、（単色の場合）
または３つ（多色の場合）の画像を使用して照射源の高速変調を行うことが可能
である。図は回転平面上に走査されるレーザ照射を変調する１個の１ＤＳＬＭを
示したものである。無論、各種の異なるスクリーンまたは走査方法（例 螺旋状
スクリーン上にミラースキャナを振動させる）を含むようにこの構成を変更する
ことが可能である。
【００５８】 ここで用いたＳＬＭとは１ＤＳＬＭ、２ＤＳＬＭ、１または２ＤＳＬＭの領域
、または各種の他の放射エミッタもしくは変調器を含み得るものである点は理解
されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一般化された容積的表示装置の主要要素を示す図。
【図２】 レンチキュラースクリーンを示す略図。
【図３Ａ】レンチキュラー表示装置の動作を示す図。
【図３Ｂ】レンチキュラー表示装置の動作を示す図。
【図３Ｃ】レンチキュラー表示装置の動作を示す図。
【図３Ｄ】レンチキュラー表示装置の動作を示す図。
【図４】レンチキュラーレンズ要素の動作の各種構成を示す図。
【図５】放射型レンチキュラー表示装置を示す略図。
【図６】放射要素の前部レンズが光偏向部分を有する放射型レンチキュラー
表示装置の一例を示す図。
【図７Ａ】ＳＬＭの編成された構成を示す図。
【図７Ｂ】図７Ａの構成において使用される光学シャッタの透過率の波形を
示す図。
【図８Ａ】どのＳＬＭが投射画像を与えるかを選択するための機械的シャッ
タシステムを示す図。
【図８Ｂ】どのＳＬＭが投射画像を与えるかを選択するための機械的シャッ
タシステムを示す図。
【図８Ｃ】どのＳＬＭが投射画像を与えるかを選択するための機械的シャッ
タシステムを示す図。
【図９】 ラスタ走査及びＳＬＭの編成された構成を使用した容積的表示装
置のシステムを示す図。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レンチキュラースクリーンと、 該レンチキュラースクリーンを動作可能に支持する支持アセンブリと、 動作において前記レンチキュラースクリーンを所定容積の空間にわたって繰り
    返し掃引させるための駆動機構とを備えた表示システム。
  2. 【請求項２】 前記レンチキュラースクリーンは螺旋形状である請求項１に
    記載の表示システム。
  3. 【請求項３】 前記レンチキュラースクリーンは平面状である請求項１に記
    載の表示システム。
  4. 【請求項４】 前記レンチキュラースクリーンは円筒形状のレンズ要素のア
    レイを含む請求項１に記載の表示システム。
  5. 【請求項５】 前記レンチキュラースクリーンはレンズ要素の２次元アレイ
    を含む請求項１に記載の表示システム。
  6. 【請求項６】 レンズ要素のアレイのレンズ要素は球形のレンズである請求
    項５に記載の表示システム。
  7. 【請求項７】 前記支持アセンブリは前記スクリーンの回転軸を与える請求
    項１に記載の表示システム。
  8. 【請求項８】 前記スクリーンは対称軸を有し、スクリーンは前記回転軸と
    前記対称軸とが同一線上となるように前記支持アセンブリに取り付けられる請求
    項７に記載の表示システム。
  9. 【請求項９】 前記駆動機構は動作の間に前記回転軸を中心として前記スク
    リーンを連続的に回転させる請求項７に記載の表示システム。
  10. 【請求項１０】前記レンチキュラースクリーンは半透明である請求項１に記
    載の表示システム。
  11. 【請求項１１】前記スクリーンは、レンチキュラー要素のアレイと、背面及
    び前面を有する材料シートとを有し、前記レンチキュラー要素のアレイは前記前
    面上にのみ配される請求項１０に記載の表示システム。
  12. 【請求項１２】前記材料シートの背面は滑らかである請求項１１に記載の表
    示システム。
  13. 【請求項１３】動作において前記空間容積を繰り返し掃引する際に前記レン
    チキュラースクリーン上に画像を投射する画像生成器を更に有する請求項１に記
    載の表示システム。
  14. 【請求項１４】前記画像生成器は画像を前記レンチキュラースクリーンに投
    射するために用いられる光を生成するための照射源を備える請求項１３に記載の
    表示システム。
  15. 【請求項１５】前記照射源によって生成される光は非コヒーレント光である
    請求項１４に記載の表示システム。
  16. 【請求項１６】半透明かつ螺旋形状のレンチキュラースクリーン。
  17. 【請求項１７】円筒形状のレンズ要素のアレイを更に有する請求項１６に記
    載のレンチキュラースクリーン。
  18. 【請求項１８】レンズ要素の２次元アレイを更に有する請求項１６に記載の
    レンチキュラースクリーン。
  19. 【請求項１９】レンズ要素の前記２次元アレイはＭ及びＮを整数としてレン
    ズ要素のＭ×Ｎのアレイである請求項１７に記載のレンチキュラースクリーン。
  20. 【請求項２０】レンズ要素のアレイのレンズ要素は球形のレンズである請求
    項１８に記載のレンチキュラースクリーン。
  21. 【請求項２１】レンチキュラー要素のアレイ、及び背面と前面とを有する材
    料シートを有し、該レンチキュラー要素のアレイは前記前面上にのみ配される請
    求項１６に記載のレンチキュラースクリーン。
  22. 【請求項２２】前記シートの材料は透明であり、材料シートの前記背面は半
    透明である請求項２１に記載のレンチキュラースクリーン。
  23. 【請求項２３】前記材料シートの前記背面は滑らかである請求項２１に記載
    のレンチキュラースクリーン。
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