JPH08511134A - ３次元画像発生方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ３次元テレビジョンセットか、３次元ビデオ信号入力および／または無線信号入力を有する密閉された装置（１２）と、密閉された装置（１２）中に配置されるレーザー光源（２２）、変調器（２４）および偏向器（３０）と、密閉された装置（１２）の前面に設置される光放射面（４０）と、からなり、前記偏向器（３０）が前記レーザー光源（２２）によって放射されたレーザー光線を前記光放射面（４０）の画素（４２）に向けて偏向するものであり、３次元ビデオ信号の方向情報に対応する同期信号の制御下に前記画素（４２）から放射されるレーザー光線を所定の３次元視界を定義する各方向（₁、ｉ₂・・・ｉ_n）に向ける他の偏向を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】 ３次元画像発生方法および装置 発明の背景 技術分野 本発明は３次元画像発生方法および装置に係わり、特に３次元テレビジョン受 信装置に関する。本発明は工業的な計画および設計のような他の目的に対しても 有用である。 先行技術のまとめ 画像信号は電気的に、あるいは他の手段によって記録され、テレビジョン装置 によって表示される。テレビジョン受信装置は入力されるテレビジョン（ビデオ ）信号を付随する音声とともに原風景あるいは像に変換する。周知の２次元テレ ビジョン受信装置は、真空管の一端にある平面状のあるいは湾曲した蛍光スクリ ーン上を走査するために側端から側端へ上端から下端に電子銃によって発生され るビームが偏向され、電子ビームの輝度を変更することによって平面画像を発生 する平面状のあるいは湾曲した蛍光スクリーンを有する画像真空管を具備する。 蛍光スクリーンは画点（picture point）あるいは画素（picture element）とし て知られる走査線上に配置される有限のセグメントのラスタを実現する。電子ビ ームが制御された水平および垂直方向に移動させられて、蛍光スクリーンの画素 は電子ビームによって点から点に相互に走査される。３次元風景の表示管に関す る議論は今日まで適切に解決されていない。テレビジョン技術に関する現在の状 況によれば、３次元画像の再生は、ステレオあるいはオートステレオ画像のレベ ルで研究し尽くされてい る。このような装置において、３次元効果は、生理的な悪影響を与える人間の知 覚の錯覚（即ち空間的な眼鏡を使用）に基づいている。レンチキュラレンズを適 用した実験的な装置がある。原理的にこれらの装置は限定された視界と貧弱な分 解能を有する。 ３次元の光学的画像の発生に関し広く使用されている方法はホログラフィ、即 ち波形乱れの振幅および位相分布を記録しその後に再生する技術である。光学的 画像の発生において、この技術は空間的なホログラフ平面上に対象図形から反射 されたコヒーレント光と同じ光源から直接入射した光あるいは鏡によって反射さ れた光との干渉パターンを記録することによって達成される。ホログラムとして 公知の空間的ホログラフ平面が現像され、背後からコヒーレントなレーザ光で照 射されたときに、それは空間に３次元画像を発生する。しかしながらホログラフ ィはビデオ信号から３次元画像を生成する実用的な技術ではない。 発明の目的 本発明の目的は、３次元ビデオ信号を受信し、それらから３次元画像を生成す ることを可能とする方法を提供する。 本発明のさらなる目的は、上記方法を実現する装置、すなわち３次元ビデオ信 号から３次元画像を生成する装置であって合理的な形状と価格の装置を発展させ ることを目的とする。本発明の本質的な目的は、上記の方法および装置によって ３次元テレビジョン装置を達成することである。 発明の要約 すべての種類の２次元平面画像、すなわち絵画、写真あるいは一般的なテレビ ジョンスクリーンの画像の本質的な特徴は、画像のい ずれかの点から放射され反射された光の輝度が広い視界の中で放射され反射され た光の方向とは独立であること、すなわち所定の画点がすべての方向から同じに 見えることである。一方、３次元の空間的画像は視界のそれぞれの方向において 異なる光ビームを放射し反射する画点によって特徴付けられ、これは異なる方向 から見る所定の画点の輝度（および色彩）は見る方向に依存することを意味する 。 ３次元画像は、光ビームが光放射面の画点から多くの方向に放射され、いずれ かの画点から放射される光ビームの輝度および色彩は見る方向の関数である光放 射面に関する手段によって達成されることが発見されている。この見る方向はま た視界の３次元場を定義する。このような３次元画像の質は、画点の密度および 視界を定義する方向の数、さらに視界の幅に依存する。 上記の認識から、本発明にかかる方法は、 空間的にコヒーレントな光線、望ましくはレーザー光線の輝度を３次元ビデオ 信号（３次元画像情報を含むビデオ信号）によって変調する段階と； 前記変調されたレーザー光線を、光放射面を定義する画素中に制御された反射 によって偏向する段階と； 視界の種々の方向に画素から放射されるレーザー光線の輝度が３次元ビデオ信 号の対応する方向の方向情報に対応する、光放射面の各画素から放射される前記 変調されたレーザー光線を所定の視界を定義する多数の方向に反射する段階と； から構成される。 本発明によれば、輝度と色彩情報を含む３次元ビデオ信号で変調されたレーザ 光線は、３次元ビデオ信号の同期要素によって制御されることが好ましい定義さ れた順序で画点（画素）に偏向される。いずれかの画素から放射されいずれかの 方向に向かう光線は、画素 および方向に関連する３次元ビデオ信号の輝度および色彩情報に対応する輝度と 色彩とを有する。 放射されたレーザー光線の座標は、水平、垂直および視界方向の偏向の結果と して定義される。 画点および方向に関連する変調されたレーザー光線の上記反射の達成には基本 的に２つの方法がある。 １つの方法は、画素に入射するレーザー光線の入射成分かそれらの属する方向 に関係する到達角度に偏向されあるいは平行に配置されるように画素に到達する 前にその方向にレーザー光線を偏向する。それ以後の反射は、なんらかの制御さ れた段階なしに、好ましくは受動的な光学的手段によって達成されるべきである 。 偏向の他の方法によれば、レーザー光線は見る方向によって偏向されることな く画素に入射し、偏向され、受動的に放射され、画素中に設置された光学的な要 素を視界を定義する種々の方向に制御される。 変調されたレーザーは、視界の方向に従って制御される機械的な、あるいは音 響−光学的な手段によって画素に向かって偏向されることが可能であり、機械的 な、あるいは音響−光学的な偏向は３次元ビデオ信号の同期要素中に含まれる水 平方向および垂直方向の偏向情報によって制御されることが望ましい。 変調されたレーザー光線は、テレビジョンの標準に従って水平および垂直（フ レーム）偏向の使用によってその構成が標準のテレビジョン画点構成と一致する ように配置される画素に向けて偏向されることが望ましい。 本発明を実現する有利で実際的な方法において、レーザービームは垂直視差情 報内容を有していない３次元ビデオ信号によって変調されるが、このレーザービ ームは視界に沿って水平に走査される画 素から放射され、有限の垂直方向の分散を有する。 人間の目は通常同一の水平面に存在するため、垂直視差の省略は３次元的視界 の質においていかなる本質的な損失を意味しない。 画素に入射される変調されたレーザー光線は、ホログラフ的な光学要素を介し て、あるいは周期的な球状の対称光学要素を介して視界の方向に偏向されあるい は方向を定められることが可能である。 本発明によれば、変調されたレーザー光線は、３次元ビデオ信号によってレー ザー光線を直接変調することによって達成される。 変調されたレーザー光線は、レーザー光線が通過する音響−光学的な結晶を３ 次元ビデオ信号によって変調することによっても達成され得る。 十分に広い空間的な視界は３０から１５０度の視界を実現することによって達 成されるが、多数の方向の数は約１゜の放射される光線の水平の分散を仮定する ３０から１５０度の視界を定義する。我々の実験によれば、満足すべき質の３次 元画像は３０から４０度の水平視界で１から３度の視界偏向ステップにおいても 達成される。上記にように３次元視界の垂直視差は省略することができる。この 場合、どの水平方向のレーザー光線も適当な垂直方向の分散を有するべきであり 、これは即ち１次元分散素子と結合されるホログラフ的なあるいは垂直円筒状の 対称光学素子を適用することによって達成することが可能である。 本発明によればカラー３次元画像は、複数の色相のレーザービームあるいはレ ーザー光線、好ましくは異なる基本波長（赤、緑および青）の３色のレーザー光 線を変調し、それらを画素に向けて偏向し方向を定め、異なる基本波長の３つの レーザー光線を含む変調されたレーザービームを各画素から視界の各方向に偏向 することによって生成されることが可能である。 本発明による３次元の動く画像は有限の数、望ましくは１秒間に少なくとも２ ０枚の画像の繰り返しによって達成される。 ３次元ビデオ信号の帯域幅はもし必要であればデータあるいは情報圧縮処理を 適用することによって減少することができる。このような処理はそれ自体公知で あり、これ以上議論はしない。 レーザー光線が変調される３次元ビデオ信号は、２次元空間的風景あるいは図 形が視界を定義する各方向から適当なテレビジョンあるいはビデオカメラ、好ま しくは対応する数のＣＣＤチップを内蔵する多素子ＣＣＤカメラによって同時に 撮影され、異なる視野の画像を記録した２次元信号が３次元ビデオ信号を構成す るために組み合わされるようにすることによって達成される。異なる画点および 種々の視角に対応する信号要素は定められた時間順序で並べられる。３次元ビデ オ信号を記録する他の方法は周知である。 ３次元画像を生成する問題は、個々の要素的光源が所定の視界を定義する方向 の中で３次元ビデオ信号の視角情報に従って制御されるように、ＣＤＳあるいは モノリシック表面放射型レーザーダイオードアレイ、あるいは望ましくは光放射 面を連続とするために配列された基本レーザー光源のようなコヒーレントな要素 的光源を空間的に制御することによって解決される。 この場合要素的光源のそれぞれが視角の１つに対応し、それが属する１つの方 向に関して制御されることが望ましい。要素的光源から放射される光線は、光放 射面の画素に組み込まれた光学的手段を使用して要素的光源が属する視角に偏向 される。 その視角に送られるレーザービームが要素的レーザー源によって放射されるコ ヒーレント光の干渉によって達成されるように、要素的レーザー源をホログラフ 的パターンに従って相互に結合して同時に制御することも可能である。 本発明の実現に使用される偏向器に対する鋭敏な分解能の要求を低減するため に独立に制御可能なコヒーレント光線からなる光線を適用したもう１つの方法が 示唆される。 この示唆された方法は： コヒーレントな光束、望ましくはレーザー光線を３次元ビデオ信号で変調する 段階であって、この変調された光線は視界を定義する視角に関する光線を含んで おり、各光線がそれぞれに視角に従っている光線の束が同時に変調に変調される 段階と； 光放射面を定義するために配置された画素に変調されたコヒーレントな光束を 向ける段階と； 成分（光線）に関連する方向に画素から変調されたコヒーレントな光束の各成 分を放射する段階と、から構成される。 本発明はまた３次元画像を生成する装置にも関する。本発明にかかる装置は： 望ましくはレーザー光源である空間的にコヒーレントな光源と； 光源から発射されたレーザー光線を変調する変調器であって、３次元ビデオ信 号によって制御される変調器と； ３次元ビデオ信号の同期信号によって制御される変調されたレーザー光線を偏 向するための偏向器と； 有限な相互的配置の画素からなる光放射面と； 画素から所定の視界を定義する各方向に向けて入射するレーザー光線を偏向し 、または伝達するために光放射面の画素中に設置される光学要素とを具備する装 置であって、 偏向器は、視界に関連してレーザー光線を画素に向けて偏向するために制御さ れる。 光放射面を構成する画素が標準的なテレビジョンスクリーンの画点構造と同一 に配置されることが望ましく、偏向器は３次元ビデオ 信号の線同期信号およびフレーム同期信号でそれぞれ制御される水平および垂直 偏向ユニットからなることが望ましい。垂直偏向ユニットおよび水平偏向ユニッ トは電圧制御型発振器によって制御される音響−光学的結晶で構成することが可 能である。 偏向器は、視界の方向に関連して制御される音響−光学的素子を含んでいても よい。光学素子は予め定められた水平偏向特性と有限の垂直分散とを有する受動 素子、望ましくは円筒状の光学素子、垂直焦点線と垂直焦点線を含む垂直平面に 分散する光とを有するホログラフ光学素子等とすることも可能である。後者に場 合、画素中の光学的素子が受動的なものであるときには、偏向器は画素の到達す るレーザー光線が種々の視角に従って偏向されるものを具備する。偏向器の偏向 の範囲は画素中に配置された光学素子の数と幅とに対応すべきである。 本発明にかかる望ましい装置においては、偏向器はそれぞれが画素に対応する ガラス繊維の束で構成され、ガラス繊維の束はそれぞれ視角を定義する方向の数 に等しい数ののガラス繊維を有し、ガラス繊維の束の入力側は画素に関連して変 調されたレーザー光線を偏向するユニットに接続され、ガラス繊維の束の他端側 は画素の１つに接続され、ガラス繊維の束の端部はガラス繊維の束の１本に関連 する方向にレーザー光線の方向を定めるために配置される。ガラス繊維の束の各 ガラス繊維は、ガラス繊維が属する視角に対応する変調されたレーザー光線の要 素を伝送する。 本発明の他の望ましい実施例において、レーザー光源と変調器は３次元ビデオ 信号によって制御されるレーザーダイオードからなるレーザーユニットによって 実現される。より現実的な構造は、レーザー光源、変調器および偏向器を集積光 学素子として集積することによって達成される。 本発明の望ましい実施例において、レーザー光源は信号生成ユニットを介して ３次元ビデオ信号によって制御される音響−光学的変調結晶に向けられる。 本発明にかかる装置は色付の空間的画像の再生に適当であり、この場合にはそ れは多色レーザー光源あるいは異なる基本波長の３つのレーザー光源から構成さ れる。各画素に１つの光学素子があり電子的に補償された偏向が適用されるか、 視界を定義する種々の視角に対応する波長の入射レーザー光線を偏向あるいは伝 送するために各画素に配置された３つの光学素子がある。 本発明の他の望ましい実施例は： ３次元ビデオ信号を受信するための制御手段と； 画素によって構成された発光表面と； 視界を定義する方向に関連した輝度のコヒーレント光を放射するための空間的 にコヒーレントな基本光源、即ち画素中に配置されたＣＳＤあるいは基本レーザ ー（即ち）ＭＳＥＬＤＡと；から構成される。 上記の装置の望ましい実施例において、各基本レーザーは視界を定義する方向 の少なくとも１つに関連している。この特徴は、光放射面の画素中に配置され、 それぞれが基本レーザーの１つから放射されたレーザー光線をその基本レーザー が関連する方向に偏向する光学素子が存在するように実現することもできる。 他の望ましい実施例において、隣接する基本レーザーの距離は基本レーザーか ら放射されたレーザー光線が１組の基本レーザーのホログラフ的制御によって相 互に干渉するように光の波長のオーダである。 本発明にかかる装置は、３次元テレビジョン受信機あるいはビデオもしくはコ ンピュータモニタであって３次元ビデオ入力および／ または無線周波入力を有し、レーザー光源、変調器および偏向器が底部に配置さ れ、光放射面が全面に配置され、偏向器が光放射面の背後に配置された焦点合わ せ用走査鏡光学系を介して光放射面の光学素子に接続される１つの閉じた装置と して実現される。 図面の簡単な説明 本発明は添付図を参照しつつ以下に説明されるが、 図１は発明を実現するための方法を示すブロック線図； 図１Ａは３次元ビデオ信号のルミネッセンス信号要素によって変調されたレー ザー光線の輝度ダイヤグラム； 図１Ｂは図１に示す装置の変調されたレーザー光線の３次元ビデオ信号の電圧 ダイヤグラム； 図２は本発明の望ましい実施例のダイヤグラム； 図３は本発明にかかる装置で採用される偏向器と光放射面の実施例のブロック 図； 図４は偏向器と光放射面の他の望ましい実施例の機能を示すブロック図； 図５Ａおよび５Ｂは垂直視差を具備するときしないときの光放射面の機能を示 すダイヤグラム； 図６は垂直視差を具備しない本発明の望ましい実施例の機能および垂直面で有 限の分散を有する光放射面の画素から放射されるレーザー光線を示すダイヤグラ ム； 図７は本発明の他の望ましい実施例のブロック図； 図８は図７の装置の斜視図および機能図； 図９Ａおよび９Ｂは本発明にかかる装置におけるレーザー光線の望ましい変調 方法を示すダイヤグラム； 図１０Ａおよび１０Ｂは本発明にかかるレーザー光線の偏向を実 現する望ましい方法の部分的ブロック図； 図１１は本発明にかかる装置の偏向装置において使用される周期的円筒状の光 学素子の図； 図１２は本発明の実施例の光放射面の画素中に配置されるホログラフ的光学素 子の図； 図１３は本発明を実現する望ましい方法の機能を示すダイヤグラム； 図１４は光放射面の画素中に配置される光学素子の機能も示す光放射面の上面 図； 図１５は本発明によって達成される３次元視界も示す光放射面の上面図； 図１６はより広い３次元視界を提供するアーチ状の光放射面の上面図； 図１７は３次元カラー画像を提供する本発明の望ましい実施例のブロック図； 図１７Ａは図１７の装置の光放射面の画素の拡大された正面図； 図１８Ａおよび１８Ｂは本発明にかかる３次元テレビジョン受信機の側面断面 図および正面断面図； 図１９ａは３次元ビデオ信号を記録する装置の図； 図１９ｂは３次元ビデオ信号を記録する装置の機能を示す図； 図１９ｃは記録された３次元ビデオ信号を表示するための表示装置の図； 図２０ａおよび２０ｂは２次元および３次元ビデオ信号の輝度のダイヤグラム ； 図２１は本発明の他の実施例の光放射面の実施例の部分斜視図； 図２２は図２１の光放射面の画素の上面図である。 図面の詳細な説明 図１を参照すると、本発明を実現するための装置は、レーザーおよび変調ユニ ット２０、セパレータユニット２１、偏向器３０および予め定められた構造に配 置された画素４２を有する光放射面４０から構成される。入力信号は３次元ビデ オ信号であり、３次元ビデオ信号はセパレータユニット２１において輝度および カラー信号要素と同期信号要素とに分離される。同期信号は偏向器３０の制御入 力に印加されるが、輝度およびカラー信号要素は３次元画像情報に従ってレーザ ー光線を変調するレーザーおよび変調ユニット２０を制御する。レーザーおよび 変調ユニット２０の出力から変調されたレーザー光線は、光放射面４０の画素４ ２中に順次他の画素の後の各画素４２中に制御された偏向によって入力レーザー 光線の方向を定める偏向手段３４に印加される。 偏向器は所定の視界の種々の方向ｉ₁、ｉ₂・・・ｉ_nに向けて画素４２に到達 するレーザー光線の時間的に制御される偏向を提供する偏向手段を具備する。本 発明の本質的な特徴は、２次元スクリーンと比較して、光放射面の画素４２は対 応する輝度と色彩とともに各方向にレーザー光線を放射し、各画点から放射され る光の輝度および色彩が方向を有することである。 種々の輝度および方向のレーザービーム放射を達成するために、種々の方向に 対応して変調されたレーザー光線を有し、これらの偏向に従って制御される偏向 を有することが必要である。図１Ａおよび１Ｂに示されるように、３次元ビデオ 信号の輝度信号要素、すなわち変調されたレーザー信号はそれぞれの画点、すな わち画素４２に対応した時間断面を有し、いずれかの画素に対応する断面は方向 ｉ₁、ｉ₂・・・ｉ_nのいずれかに関連する副断面を有している。 比較のために図２０ａおよび２０ｂはそれぞれ２次元および３次 元ビデオ信号を示している。図から理解できるように、２次元ビデオ信号は画像 の要素に対応する断面幅内においては本質的に一定であるのに対し、３次元ビデ オ信号は１つの断面幅内において異なった振幅の副断面からなり、各副断面は予 め定められた見る方向に対応する。 図２の実施例において、偏向器３０はガラス繊維の束３７からなる偏向手段か ら構成される。各画素はガラス繊維の束３７の１本に対応するが、それぞれのガ ラス繊維グループは方向ｉ₁、ｉ₂・・・ｉ_nの数ｎと等しい本数のガラス繊維で 構成される。偏向手段３４に印加される変調されたレーザービームは、画素４２ の１つに対応する変調されたレーザー光線の各断面が画素４２に対応するガラス 繊維の束３７の入力端に到達するようにガラス繊維の束３７の入力端に向けられ る。ガラス繊維の終端はガラス繊維から放射される、即ち画素から放射されるレ ーザー光線は方向ｉ₁、ｉ₂・・・ｉ_nの１つに向けられる。もし必要であれば、 予め定められた方向ｉ₁、ｉ₂・・・ｉ_nに正確に一致させるために、補償された 光学的偏向器を画素４２中に使用することも可能である。 図３に示された偏向装置の機能は，基本的に上記実施例と相違している。この 偏向装置においては、変調されたレーザービームは、方向ｉ₁、ｉ₂・・・ｉ_nに 従って偏向されることなく偏向手段３４によって偏向された画素にだけ到達する 。第２の偏向が、望ましくは方向ｉ₁、ｉ₂・・・ｉ_nに対応する無線周波発振器 ３１によって制御される音響−光学的素子である能動的光学素子によって画素４ ２内で実行される。無線周波発振器の入力は適当な鋸波信号によって駆動される 。 図４は本発明にかかる種々の方向への偏向を達成するための他の可能な方法を 示している。受動的光学偏向素子が画素内に配置され ている。変調されたレーザービームは時間的に平行に配置された画素４２を照射 するが、異なった方向に対応するレーザー信号の副断面は予め定められたシフト 位置にある画素４２中の受動的光学素子に到達し、レーザー信号の各副断面は１ つの方向に向けて受動的光学素子によって偏向される。 図５Ａは、垂直視差を有する３次元ビデオ信号から３次元画像を生成する場合 に、３次元視界を定義する種々の方向にどのようにレーザービームを時間順序で 放射されるかを示している。そのような３次元放射に対して、球対称のあるいは ホログラフ的光学素子を使用することが可能である。しかしながら実際には図５ Ｂに示されているように、垂直視差情報は３次元画像に対して大きな制限するこ となく除去されるかもしれない。視界高さ、すなわち観者の目の垂直方向の高さ はそれほど問題とはならないため、垂直視差情報を有しない３次元ビデオ信号に よって変調されたレーザービームは、図６に示されている方向を含んで垂直平面 に分散されて水平的視界のさまざまの方向に放射されるべきである。このような 目的のために円柱状の光学素子あるいはホログラフ的素子が適当な偏向手段であ る。 図７のブロック図は本質的に図１の装置と相違しているが、図７の光放射面４ ０は偏向器３０の一部ではなく分離された機能的素子である。レーザーおよび変 調ユニット２０は、図８に示されるようにレーザー光源２２と変調器２４とから 構成される。変調器２４は３次元ビデオ信号の輝度および色彩成分ＩＮによって 制御される。変調されたレーザービームは光放射面４０の画素４２に向けて偏向 され、あるいは予め定められた時間順序で３次元ビデオ信号の同期信号要素ＳＹ によって制御される偏向器手段３０によって視界の種々の方向に向かって偏向さ れ同時に配置される。 図９Ａは、半導体レーザーダイオードの集積ユニット２７とフォーミング光学 系２８に接続されるチップ２９とから構成されるレーザーおよび変調ユニット２ ０の望ましい実施例が示される。出力信号は変調されたコヒーレントレーザービ ームであり、その輝度Ｉはまた図９Ａに示されている。 図９Ｂは変調されたレーザービームを生成する他の望ましい方法を示している が、連続レーザー光源２２は無線周波発振器２６を介して３次元ビデオ信号によ って制御される音響−光学的結晶として実現される変調器２４にレーザービーム を伝送する。 図１０Ａおよび１０Ｂは前述した時間順序に従って光放射面４０の画素４２に 向かって変調されたレーザービームＬ_mの同期偏向を提供する偏向器３０の一部 の望ましい実施例を示している。この例において、画素４２の幾何学的および順 序的配列は標準の２次元テレビジョンスクリーンの画像要素に対応しているので 、偏向ユニット３４は公知のテレビジョンの偏向器と同様に水平（線）偏向ユニ ット３３と垂直（フレーム）偏向ユニット３２とから構成される。図１０Ａにお いて、偏向ユニット３２および３３は精密に制御される図面に示されていないモ ータによって駆動されるポリゴンミラー構成である。 図１０Ｂにおいて、水平および垂直変調器は、鋸波発振器によって駆動される 電圧制御型発振器３８および３９によって制御される音響−光学素子を具備して いる。 図１１および１２を参照すると、光放射面４０の画素４２中に配置される光学 素子４４が示されている。図１１において光学素子４４は周期的な円筒状の対称 の光学系として実現されるが、図１２の光学素子は伝達性レリーフホログラムの ようなホログラム光学素子である。ホログラム光学要素は望ましくは着色ガラス あるいはプラ スチックで作られる平面キャリア板上に配列される。適当な光学素子を選択した 場合には、光放射面４０全体は単一のプレス方法によって製作可能である。 図１３に示されるように、変調され焦点合わせされたレーザービームは画素４ ２中に設置されたホログラム光学要素４４のｎ個の異なる点に時間的にシフトさ れて到達するように画素４２を照射する。レーザービームが画素４２から放射さ れる方向は、レーザービームが光学要素４４の入射面のどこを照射するかに依存 する。入射点は光学要素の内表面にそって動くため、放射されたレーザービーム がｉ₁・・・ｉ_nによって定義される視界αにそって走査するようにレーザービー ムの放射方向は方向ｉ₁とｉ_nとの間で変化する。 連続的な３次元画像を実現するために、画素から予め定められた方向に放射さ れるレーザービームは予め定められた発散角度δを有しなければならない。例え ば簡単な場合は、視界αは９０°であり、この視界中に９０の異なった方向ｉ₁ 、ｉ₂・・・ｉ₉₀があり、放射されたレーザービームの発散角度δは約１゜であ るべきである。 図１４は他の種類の光放射面４０の機能を示す。画素中に入射するレーザービ ームの各相対的位置が視界方向ｉ₁・・・ｉ_nの１つに対応するように、偏向器は 画素に入射するレーザービームの並列配置を具備している。時間ｔ_Kにおいて画 素中の光学要素４４の所定の点を照射するレーザービームは、入射点に対応する 方向の光学要素４４によって偏向される。入射点は画素中の光学要素４４の表面 に沿って動くので、放射されたレーザービームは視界α全体を走査する。ここで 光学要素は収斂性の光学素子であり、図４の同装置は発散性の光学要素である。 図１５および１６は全３次元視覚画像の場Ｖの構造を示す。場Ｖ は図１６の場合には比較的広く、正確な凹面状の光放射面４１が適用される。同 様の特徴は変化する特性を有する画素を有する平面スクリーンの使用によってよ り実際的に見せかけられることが可能である。 図１８Ａおよび１８Ｂを参照すると、３次元テレビジョンセットの例は本発明 にかかる装置の望ましい実施例として実現される。テレビジョン受信機１２は、 スクリーン状の光放射面４０を実現する表面を有する密閉箱から構成される。密 閉箱の中には光放射面４０の画素に変調されたレーザービームを反射するために 焦点合わせの走査鏡光学系１４がある。密閉装置の底部分には多色レーザーおよ び変調ユニット２０と偏向器の偏向ユニットが配置されている。この装置は３次 元ビデオあるいは３次元ビデオ入力を有するコンピュータモニタあるいは３次元 テレビジョン信号入力を有するテレビジョン受信機として使用され得る。 図１７と１７Ａは、本発明に従って実現された３次元カラーモニタの原理を示 す。カラー装置は、それぞれが異なる波長（赤、緑および青）である少なくとも ３つのレーザー光源２２Ｒ、２２Ｇおよび２２Ｂを有する。画素４２の中に、予 め定められた色の光線を対応する方向に形成し発光するために各異なった色のレ ーザービームのための他の３つの変調光学要素４４Ｒ、４４Ｇおよび４４Ｂがあ る。 望ましい実施例において、光学要素４４Ｒ、４４Ｇおよび４４Ｂの幅は約０． ５ミリメートルである。光学要素４４Ｒ、４４Ｇおよび４４Ｂはホログラフ光学 素子によって実現されることが望ましい。 図１９ａおよび１９ｂは、図２０Ｂに示すように垂直視差のない３次元ビデオ 信号を生成するための画像記録装置を示す。この装置 は、ステレオグラムが記録されるときと同様の方法で表示装置の視界方向に従っ て相互に水平面で固定された位置に配置される複数の２次元記録カメラＣ₁、Ｃ₂ ・・・Ｃ_nから構成されている。カメラの数は視界方向の数と等しい。空間的な 像あるいは風景の画像はカメラＣ₁、Ｃ₂・・・Ｃ_nによって異なった視角から同 時に撮影され２次元カメラで撮影された２次元ビデオ信号は３次元ビデオ信号フ ォーマットを達成するために予め定められた方法で順に並べられる。それぞれ図 １９ｂおよび１９ｃに示されている、参照番号１で識別される仮想スクリーンを 記録している間の３次元表示装置の光放射面の位置に対応する相対的位置を考え る。図１９ｃは光放射面４０の同一面から観者の左目Ｌによって受光される光信 号は、観者の右目Ｒによって受光される光信号とは相違していることを示してい る。 図２１および図２２は本発明を実現するための他の方法の原理および機能を示 している。画素４２を構成する光放射面４０’において、各画素４２’に配置さ れる基本レーザーであることが望ましい複数の空間的にコヒーレントな基本光源 がある。基本レーザー５０は視界の各方向に光信号を放射するために制御される 。望ましい実施例において、画素４２’の基本レーザー５０は予め定められた視 角に属し、その方向に関連する輝度および色彩のレーザービームを放射するため に３次元ビデオ信号によって制御される。 他の可能性のある実施例において、基本レーザー５０は、隣接する基本レーザ ー５０との距離が光波長の大きさのオーダ以下となるように相互に配置される。 この場合において、基本レーザー５０は３次元ビデオ信号に従って各方向の輝度 および色彩の光線を提供するために基本光源から放射された光線が相互に干渉す るようにホログラフ的方法で同時に制御される。このようなホログラフ的制御プ ログラムはそれ自身公知である。 図２２は基本レーザー５０によって放射された光線の方向は画素４２’中に配 置された光学要素４４’によって所定の視角に一致するように偏向することが可 能であることを示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，Ｊ Ｐ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．望ましくはレーザー光線である空間的にコヒーレントな光線を３次元ビデ オ信号（ビデオ信号は３次元次元画像情報を含んでいる。）の明度を変調する段 階と、 光放射面を定義する画素中に制御された偏向によって変調されたレーザー光線 を偏向する段階と、からなる３次元画像生成方法であって、 前記変調されたレーザー光線が、所定の視界を定義する複数の方向に向けて光 放射面の各画素から放射されるように偏向され、 前記複数の方向に向けての偏向は、視界の方向にいづれかの画素から放射され るレーザー光線の明度の瞬間値かその方向に関連する３次元ビデオ信号の情報内 容に対応するように実行されることを特徴とする３次元画像生成方法。 ２．変調されたレーザー光線は、レーザー光線の入射時間成分が受動的光学素 子を介してそれらに関連する方向に偏向されるであろう個別の位置にある画素を 向けるためにその方向に偏向される請求項１に記載の３次元画像生成方法。 ３．変調されたレーザー光線が、前記入射時間成分の入射角がそれらに関連す る方向に対応するように画素を向けるために偏向される請求項１に記載の３次元 画像生成方法。 ４．画素に向かう変調されたレーザー光線は、画素中に配置された能動的制御 される光学素子を介して視界の種々の方向に向けて偏向される請求項１に記載の ３次元画像生成方法。 ５．変調されたレーザー光線は、テレビジョン標準に従う水平および垂直（フ レーム）偏向を使用することによって、標準のテレビジョン画点構造を形成する ように配列された画素に向けられる請求 項１から４のいずれか１項に記載の３次元画像生成方法。 ６．レーザー光線は垂直視差情報を有しない３次元ビデオ信号によって変調さ れ、 画素から放射されるレーザー光線は視界に沿って水平に走査し、 レーザー光線は所定の垂直分散を有する請求項１から５のいずれか１項に記載 の３次元画像生成方法。 ７．画素に入射する変調されたレーザー光線は、ホログラフ的光学素子あるい は球形の対称光学素子を介して所定の方向に偏向され向けられる請求項２または ５のいずれかに記載の３次元画像生成方法。 ８．画素に入射する変調されたレーザー光線は、ホログラフ的光学素子あるい は円柱状の対称光学素子を介して所定の方向に偏向され向けられる請求項５また は６のいずれかに記載の３次元画像生成方法。 ９．変調されたレーザー光線は、３次元ビデオ信号によって直接レーザー光源 を変調することにより達成される請求項１から８のいずれか１項に記載の３次元 画像生成方法。 １０．変調されたレーザー光線は、３次元ビデオ信号によって制御される音響 −光学的結晶によってＣＷレーザー光線を変調することによって達成される請求 項１から８のいずれか１項に記載の３次元画像生成方法。 １１．変調されたレーザー光線は、制御された機械的あるいは音響−光学的偏 向手段によって画素に向けられる請求項１から１０のいずれか１項に記載の３次 元画像生成方法。 １２．変調されたレーザー光線は、変調されたレーザー光線の入射角あるいは 画素に到達する変調されたレーザー光線の照射点は視界の方向に従って変化する ように、視界の方向に従って制御される 機械的あるいは音響−光学的偏向手段を使用することによって画素中に向けられ る請求項２または３のいずれかに記載の３次元画像生成方法。 １３．前記機械的あるいは音響−光学的偏向は、３次元ビデオ信号の同期成分 中に含まれる水平および垂直偏向情報によって制御される請求項１１に記載の３ 次元画像生成方法。 １４．前記視界は３０から１５０゜であり、 前記視界を定義する方向の数は３０から１５０である請求項１から１３のいず れか１項に記載の３次元画像生成方法。 １５．カラー３次元画像が異なる基本波長の３本のレーザー光線を変調し、そ れらを変調し画素に向け、異なる基本波長の３本の変調されたレーザー光線を含 むレーザー光線を画素から視界の方向に向けることによって生成されるものであ る請求項１から１４のいずれか１項に記載の３次元画像生成方法。 １６．３次元動像が所定数の、望ましくは毎秒すくなくとも２０枚の画像によ って達成される請求項１から１５のいずれか１項に記載の３次元画像生成方法。 １７．３次元ビデオ信号の帯域幅は、何らかのデータあるいは情報圧縮処理を 使用することによって減少される請求項１から１６のいずれか１項に記載の３次 元画像生成方法。 １８．３次元ビデオ信号は、記録されるべき空間的風景あるいは像の２次元画 像が視界を定義する方向のそれぞれから同時に撮影され、異なる画像を記録する ２次元画像は３次元ビデオ信号フォーマットの方向に従って順次配列されるよう に生成される請求項１に記載の３次元画像生成方法。 １９．光放射面を構成する望ましくは基本レーザー光源である、空間的にコヒ ーレントな基本光源が、所定の視界を定義する複数の 方向に光線を放射するために複数の方向のいづれかに放射される光線の明度がそ の方向に関連する３次元ビデオ信号の情報に対応するように３次元ビデオ信号に よって制御される３次元画像生成方法。 ２０．前記基本光源のそれぞれが方向の１つに関係付けられ、それが属する方 向に従って制御され、 前記基本光源によって放射される光線が前記光放射面の画素中に配置された光 学手段を使用することによって関連する方向に向けられる請求項１９に記載の３ 次元画像生成方法。 ２１．基本レーザー光源は、その方向に送られるレーザー光線が２あるいはそ れ以上の基本レーザー光源によって放射されるコヒーレントな光波の干渉によっ て達成されるようにホログラフ的方法によって同時に制御される請求項１９に記 載の３次元画像生成方法。 ２２．望ましくはレーザー光束であるコヒーレントな光束が３次元ビデオ信号 によって変調され、変調されたコヒーレントな光束が光放射面を定義するために 配置された画素に向けられる３次元画像生成方法であって、 変調された光束が、それぞれが視界を定義する視角に関連する光線を含み、 それぞれが関連する方向に従う光線が同時に変調され、 変調された光束の各成分（光線）が、その成分が関連する方向に画素から放射 される３次元画像生成方法。 ２３．望ましくはレーザー光源である空間的にコヒーレントな光源と、 前記光源から放射されるレーザー光線を変調するための変調器であって３次元 ビデオ信号によって制御される変調器と、 変調されたレーザー光線を偏向するために３次元ビデオ信号の同期信号によっ て制御される偏向器と、 所定の相互配置の画素によって構成される光放射面と、を具備する３次元画像 生成装置であって、 入射レーザー光線を前記画素から所定の視界（α）を定義する種々の方向（ｉ₁ ・・・ｉ_n）に偏向および／または伝達するために光放射面（４０）の前記画素 （４２）中に配置される光学素子（４４）を有し、 前記偏向器（３０）が視界（α）の方向に関連して前記画素（４２）中に向け てレーザー光線を偏向するために制御されるものである３次元画像生成装置。 ２４．前記偏向器（３０）が、光放射面（４０）の画素（４２）中に設置され る前記光学要素（４４）を含み、 前記光学要素（４４）が視界（α）の方向（ｉ₁・・・ｉ_n）に従って制御され る音響−光学的素子である請求項２３に記載の３次元画像生成装置。 ２５．前記光学要素（４４）が、一定の水平偏向特性と垂直平面において所定 の垂直分散の受動的素子である請求項２３に記載の３次元画像生成装置。 ２６．受動的光学要素（４４）が、垂直な円筒状光学要素である請求項２５に 記載の３次元画像生成装置。 ２７．受動的光学要素（４４）が、ホログラフ的光学要素である請求項２５に 記載の３次元画像生成装置。 ２８．前記ホログラフ的光学要素（４４）が垂直焦点線を有し、光が前記垂直 焦点線を含む垂直面中に分散する請求項２５または２７のいづれかに記載の３次 元画像生成装置。 ２９．前記偏向器（３０）の偏向範囲が、前記画素（４２）中に配置される前 記光学素子（４４）の数および幅に対応する請求項２５から２８のいづれか１項 に記載の３次元画像生成装置。 ３０．前記偏向装置（３０）が、それぞれが前記視界（α）を定義する種々の 方向（ｉ₁・・・ｉ_n）の数（ｎ）に等しい本数のガラス繊維を有し、入力端が画 素（４２）に対応する前記変調されたレーザー光線を偏向する偏向ユニット（３ ４）の出力に接続され、他端が画素（４２）の対応する１つに接続され、前記グ ループ（３７）のガラス繊維の端部がレーザー光線を対応する各方向（ｉ₁・・ ・ｉ_n）に向ける各画素（４２）に対応するガラス繊維グループ（３７）から構 成される請求項２３に記載の３次元画像生成装置。 ３１．光放射面（４０）を構成する前記画素（４２）が標準的テレビジョンス クリーンの画点構成と一致するように配列され、 前記偏向器（３０）が、３次元ビデオ信号の線同期信号およびフレーム同期信 号によって制御される水平および垂直ユニット（３２、３３）が構成される請求 項２３から３０のいづれか１項に記載の３次元画像生成装置。 ３２．前記垂直偏向ユニット（３２）および前記水平偏向ユニット（３３）が 電圧制御型発振器（３８、３９）によって制御される音響−光学結晶から構成さ れる請求項３１に記載の３次元画像生成装置。 ３３．前記レーザー光源（２２）、変調器（２４）および偏向器（３０）が集 積された光学ユニットで実現される請求項２３から３２のいづれか１項に記載の ３次元画像生成装置。 ３４．前記レーザー光源（２２）が、信号生成ユニット（２６）を介して前記 ３次元ビデオ信号によって制御される音響−光学変調結晶（２４）に向けられる 請求項２３から３２のいづれか１項に記載の３次元画像生成装置。 ３５．異なる基本波長の１またはそれ以上の多色レーザー光源（２２Ｒ、２２ Ｇ、２２Ｂ）、後者の場合はさらに前記視界（α）を 定義する方向に対応する波長の入射レーザー光線を偏向し伝達するために画素（ ４２）中に配置される複数の光学素子（４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂ）から構成され る請求項２３から３３のいづれか１項に記載の３次元画像生成装置。 ３６．３次元ビデオ信号入力および／または無線信号入力を具備する密閉され た装置（１２）で構成される３次元テレビジョンセットであって、 密閉された装置（１２）中に設置されるレーザー光源（２２）、変調器（２４ ）および偏向器（３０）を具備し、 密閉された装置（１２）の前面に光放射面（４０）を具備し、 前記偏向器（３０）が、光放射面（４０）の画素中に前記レーザー光源（２２ ）によって生成されるレーザー光線を偏向し、３次元ビデオ信号の方向情報に対 応する同期信号の制御下に前記画素（４２）から放射されるレーザー光線を所定 の視界を定義する種々の方向に向ける他の偏向する３次元テレビジョンセット。 ３７．３次元ビデオ信号を受信するための制御手段を具備する３次元画像生成 装置であって、 画素（４２’）を構成する光放射面（４０’）と、 前記基本レーザー（５０）の１つによって放射されたレーザー光線を所定の視 界（α）を定義する方向（ｉ₁・・・ｉ_n）に高度に向けられた光あるいはレーザ ー光線を放射するための制御された自然放光ダイオード（ＣＤＳ）あるいは望ま しくは画素中に配置された基本レーザー（５０）のような空間的にコヒーレント な基本光源と、を具備することを特徴とする３次元画像生成装置。 ３８．前記基本レーザー（５０）のそれぞれが、前記視界（α）を定義する方 向（ｉ₁・・・ｉ_n）の少なくとも１つに関連し、 それぞれが前記基本レーザー（５０）の１つによって放射される レーザー光線を前記基本レーザー（５０）に関連する方向（ｉ₁・・・ｉ_n）に向 ける光放射面（４０’）の画素（４２’）中に配置される光学素子（４４’）を 具備する請求項３７に記載の３次元画像生成装置。 ３９．隣接する基本レーザー（５０）間の距離が、前記基本レーザー（５０） によって放射されるレーザー光線が前記基本レーザー（５０）の全体のホログラ ム的制御に従って相互に干渉するように光の波長の大きさのオーダである請求項 ３８に記載の３次元画像生成装置。