JPH10503293A - 三次元表示方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 三次元静止画像または動画像をモノクロまたはカラーで表示する方法および関連する装置が提供される。７つの実施態様が記載され、それぞれが、画像に深さ感覚を与えるために異なる光路長を有する光路に沿って選択的に観察されるように配置することによって、二次元平面に形成された画像を第３の次元で光学的に分離し得る、１つまたはそれ以上の導波路配置を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 名称：三次元表示方法および装置 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、三次元画像を表示する表示装置および方法に関する。 ２．従来技術の背景 三次元物体のデジタル表現は、現在では、決まった手順でコンピュータに記憶 されコンピュータ内で操作される。このような表現は、例えば、空間における位 置がレーダーによってモニタされる航空機、もしくはＸ線または磁気共鳴方法を 用いて身体が画像化される患者などの物理的な物体についての情報を獲得するこ とによって得られ得る。あるいは、このような表現は、コンピュータ製図または モデル化プログラム（通常は「コンピュータ支援設計」または「CAD」として知 られる）を用いて設計された完全に想像上のすなわち仮想の物体の表現であり得 る。 多くの場合、三次元物体のこのような表現を、その物体の様々な部分間の空間 的な関係が明瞭となるような方法で表示することが必要である。このような表示 は、従来の二次元表示装置によっては制約された方法でしか行うことができない 。何故なら、このような表示装置は、例えば線遠近法などの「心理学的深さキュ ー」として表示されてきたものは提供することができるが、現実の三次元物体に よって与えられる「生理学的深さキュー」を提供することはできないからである 。心理学的および生理学的深さキューについては、T.E．Clifton IIIおよびF.L ．Weferによる"Direct Volume Display Devices"、IEEE Computer Graphics and Applications、57〜65頁(1993)に記載されている。 上記の引用文献に記載されている生理学的深さキューとは、「遠近調節（眼レ ンズの焦点距離の変化）、収束（眼の内方向の回転）、両眼不均衡（左眼と右眼 との間の相違）、および移動視差（観察者の移動による画像変化）」である。真 の三次元表示装置であれば、このような生理学的深さキューのすべてを提供すべ きである。 多くの三次元表示装置は設計において立体的(stereoscopic)である。すなわち 、これらは観察者の各眼に異なる二次元画像を提供する。このような表示装置で は、遠近調節、収束、および移動視差の変化は提供されない。収束の変化および 移動視差を提供するためには、何らかの方法で表示装置に対する観察者の頭の位 置を追跡し、このような情報を用いて表示画像を変化させる必要がある。このこ とは面倒であるだけではなく、多数の観察者に対してこれを実現するのは困難で ある。 また、多くの立体表示装置では、観察者は２つの二次元表示装置が搭載されて いる特別な眼鏡またはヘッドセットを装着する必要がある。これを必要としない 表示装置は自動立体的(autostereoscopic)と呼ばれ得る。このような自動立体表 示装置を提供するいくつかの方法でも、移動視差の感覚は与えられ得る。しかし 、従来の自動立体表示装置には多くの欠点があり、商業的に成功した適用例はほ とんどない。 自動立体表示装置を製造する１つの十分に研究された方法では、光をいくつか の異なる方位角方向に向けるレンティキュラースクリーンを用いる。この方法の １つの欠点は、レンティキュラースクリーンの背後に形成される画像の横方向の 解像度は非常に高くなければならず、また画像とスクリーンとの位置合わせを非 常に良好に制御しなければならないことである。これは、動画像に対してより、 アドレス可能な表示装置に必要とされるような静止画像に対してより容易に実現 され得る。第２の欠点は、レンティキュラースクリーンを実質的に軸から外れた 方向から観察するとき起こり、スクリーンの１つの微細レンズ(lenticle)のため に意図された画像が直ぐ隣の微細レンズを通して観察されることにより生じる「 フリッピング(flipping)」という、よく知られたいらだたしい現象である。 第２のタイプの自動立体表示装置は、観察者の各眼に異なる二次元画像を導く ために視差効果を利用する。このような表示装置の例は、米国特許第4,829,365 号および第4,717,949号に記載されている。しかし、これらは、表示装置に対す る観察者の頭の位置の追跡が行われないならば、視野角は狭くなると考えられる 。 横方向に多重化された自動立体表示装置を提供する第３の方法が、英国特許出 願第8816456.1号に記載されている。この装置では、液晶表示装置を走査レーザ によって照明し得る方法が提案されている。しかし、非常に速いスイッチ速度を 有する液晶が必要であるという欠点がある。 横方向に多重化された自動立体表示装置を提供する第４の方法は、ホログラフ ィック方法を用いる。ホログラムは極めて写実的な静止画像を提供する。しかし 、経時変化する画像の作成や、画像が小さくなる、視野角が制限される、あるい はデータ変換及び速度を扱うために非常に強力なコンピュータが必要であるとい うような欠点を持たない画像の作成にホログラフィック方法を用いることは非常 に困難である。リアルタイムで動的なホログラフィック画像化方法については、 S.A．Bentonによる"Experiments in Holographic Video Imaging"，SPIE Instit ute Series，Vol．IS 8，SPIE，Bellingham，Wash.、247〜267頁(1990)に記載さ れている。ホログラフィーを使用する他の例としては、米国特許第4,669,812号 に記載されているような、ホログラフィック光学素子を用いて一連の二次元画像 を組み合わせる方法がある。 直接容積表示装置(DVDD)は、アドレスされた容積の真の三次元画像を提供し、 従って、上述の生理学的深さキューの４つすべてを供給する。DVDDの１つの例は 、ブラウン管(CRT)などの二次元スクリーンに表示される画像に相関して焦点距 離が動的に変化するミラーに基づいている。観察者は、ミラーから様々な距離で 収束されたスクリーンの画像を見て、これらの画像の表現が十分に速ければ、三 次元物体の幻想を得る。残念なことに、このようなシステムは、本来的に不透明 な物体を表示することはできず、また可動部品が必要であるという別の欠点を有 する。多焦点ミラー表示装置については、D.G．JanssonおよびR.P．Kosowskyに よる"Display of Moving Volumetric Images"，Proc．Soc．Photo-Opt．Instrum ．Eng.，507、82〜92頁(1984)に記載されている。米国特許第4,834,512号に記載 されている同様の装置は、ミラーの代わりに変形可能なレンズを用いるが、同様 の欠点を有する。 DVDDを製造する第３の方法は、走査レーザによって提供される画像を光分散デ ィスクの回転とタイミングを合わせることを必要とする。ディスクから分散され る光は観察者によって三次元画像に統合される。この場合も、中実（ソリッド） の物体はこの方法により表示することはできず、画像の更新毎に限られた数の容 積要素（ボクセル）しか提供され得ず、また可動部品が必要である。回転ディス ク表示装置については、R.D．WilliamsおよびF．Garcia，Jr.による"Volume Vis ualization Displays"，Information Display，5(4)、８〜10頁(1989)に記載さ れている。 米国特許第4,983,031号に記載された、発光ダイオード(LED)アレイを回転させ る第４の方法は、DVDDのための上述の方法に関連する。この場合も、中実の物体 の表示はこの方法を用いては困難である。 従って、上述の方法にも係わらず、中実の物体を表示することができ、可動部 品を必要としない、生理学的深さキューのすべてを提供する三次元表示装置に対 する必要性は依然として存在し、このような表示装置を提供することが本発明の 主な目的である。 本発明の他の目的は、以下の詳細な説明を図面と共に読むことにより明瞭とな り得る。 発明の要旨 三次元静止画像または動画像をモノクロまたはカラーで表示する方法および関 連する装置が提供される。すべての実施態様は共通の基礎的な動作原則に基づき 、各実施態様は、少なくとも２つの対向する平行な平面を有する単一の導波路ま たは積層された導波路を用いる。 所定の位置で導波路に導入され導波路内を伝播する光の強度または偏光を、導 波路内でもしくは導波路の上記の平行な平面の一方または両方で電気信号に応答 して選択的に変える方法が提供される。 導波路から現出する光は、上記の２つの平行な平面と同じではなく平行でもな い視野面を通る所定の立体角にわたって観察される。 これらの装置において、二次元画像セグメントは、これらの画像セグメントが 導波路の長さに沿って伝播して立体視野角にわたって現出するように、導波路の 平面に実質的に平行な面の所定の部分にわたって形成される。二次元画像セグメ ントは、導波路に平行な面からこれら二次元画像セグメントの選択された画像点 の見掛け上の相対位置が互いに対して変更される面にマップされ、これにより三 次元視覚効果を創り出す、画像点の集合よりなる複合画像を形成する。 静止画像または動画像を提供するためには、様々なアドレス可能な液晶表示装 置が用いられる。 図面の簡単な説明 以下に、本発明の特徴であると見なされる新規の特徴を詳細に示す。本発明の 動作の構成および方法は、本発明の他の目的および利点と共に、例示した実施態 様の下記の説明を以下の添付の図面と共に読むことにより最良に理解され得る。 図１は、本発明の平面導波路の概略立面図である。 図２は、本発明の１つの実施態様で用いられる積層平面導波路の概略立面図で ある。 図３は、光を平面導波路から分離する方法を示す、本発明の別の実施態様の概 略立面図である。 図４は、本発明の平面導波路構成において画像を提供する方法を示す概略立面 図である。 図５は、画像を生成し得る、本発明の別の実施態様を示す概略立面図である。 図６は、画像を生成し得る、本発明のさらに別の実施態様を示す概略立面図で ある。 図７は、本発明のさらに別の実施態様を示す概略立面図である。 図８は、本発明のさらに別の実施態様を示す概略立面図である。 図９は、本発明のさらに別の実施態様を示す概略立面図である。 図10は、本発明の別の実施態様および関連する方法を示す、概略部分立面部分 斜視図である。 本発明の詳細な説明 本発明は、導波路を様々な配置で用いて、対象となる本物または仮想の物体の いくつかの空間的な関係についての視覚的なキューを含む画像を表示する装置お よび関連する方法に関する。画像は、様々な実施態様の画像入力部の複雑度に依 存して静止または動的であり得、また同様にモノクロまたはカラーであり得る。 添付の図面の図１は、本発明の様々な実施態様で用いられるタイプの平面導波 路11の動作原理を示す。導波路11内を伝播している図示するような光線は、導波 路の外側の媒体の屈折率（または誘電率）が導波路を形成する材料の屈折率より 小さいとき、全内部反射によってトラップされたままであり、導波路の平表面の 法線に対する光の入射角は臨界角θ_c＝sin^-1(n₁/n₂)より大きい。ここで、n₁お よびn₂はそれぞれ導波路の外側の媒体および導波路自体の媒体の屈折率である。 図１に示すような導波路11のエッジを見る観察者は、参照番号13、14および15 で示される点（x,y,z座標系に関して導波路の長さに沿って配分された点）で生 じる、導波路内を伝播する光の強度の変化を見ることができる。しかし、導波路 内の内部反射のために、これらの強度変化は、図１に質的に示すように、仮想画 像点23、24および25で生じているように感知され得る。仮想画像点は、最初のx, y,z座標系の光学変換であるx,y,z'座標系に存在する。同様に、点17、18および1 9で生じた導波路11内を伝播する光の強度の変化は、仮想画像点27、28および29 で生じているように感知され得る。固定視野角では、参照番号16で示される点で 生じた導波路11内を伝播する光の強度の変化は見ることはできない。従って、導 波路が全内部反射面に垂直なエッジを通して観察されるとき、平面導波路内の全 内部反射は、全内部反射が行われる面に平行な面の二次元画像を、一連の後退「 ステップレベル」に変換する。また、点14の画像24などの近くの物体の画像は、 点18の画像28などの遠い物体の画像を見えなくする。当然ながら、これらが集合 的に作用することによって、ｚ軸の最初の方位とその新しい方位との間に導入さ れる剪断角γに沿ったz'軸においてｚ次元が見掛け上短縮される。 上述の原理を心に留めて、次に図２を参照する。図２は、一般に参照番号30で 示される積層状に配置された複数の平面導波路を示す。積層30は、図示のために ４つの導波路31、32、33および34からなるが、必要に応じてもっと多くの導波路 を用いてもよい。各導波路は、全内部反射が行われる面に平行ではないエッジを 通して観察される。全内部反射が行われる（その結果、導波路内を伝播する光の 強度が変化する）面に平行な面の二次元画像は、三次元画像の一部として感知さ れる。 導波路積層30は３つの次元において透明である必要はない。光は全内部反射に よって表示装置を通じて「折りたたまれる」ため、一つの次元が光を吸収しても よい。この次元は、全内部反射面に平行な面に対応し、表示装置をアドレスする ために必要であり得る電極などの不透明な要素の組み込みに利用できる。 図２に示すようなシステムでは、ｘが水平次元、ｙが垂直次元、ｚが深さ次元 を表すとき(x,y,z)としてデカルト座標で示される点が、平面導波路の積層30よ りなる表示装置に表され、平面導波路のそれぞれは、ｘ軸が視野エッジに平行で ｚ軸が視野エッジに垂直であるとき(x,z)としてデカルト座標で示される二次元 画像とアドレス可能である。 三次元画像のz'座標は、各二次元画像のｙ座標に関連し、 三次元画像のｙ座標は、それぞれが積層のうちの異なる導波路に対応する個別 の画素面に分割される。 各平面導波路のデカルト(x,z)座標は、三次元画像のデカルト(x,z')座標に直 接マップしない。これは、平面導波路が全内部反射が行われる面に正確に平行な 方向から観察される場合、全内部反射光は観察され得ないためである。導波路は 、上記に定義した全内部反射のための臨界角と90°との間の、好ましくはこれら ２つの値のほぼ中間の、全内部反射面の法線に対するある角度で観察されなけれ ばならない。このような角度で観察される立方形表示装置によってアドレスされ る三次元空間は平行六面体であり、従って、z'軸がｘ軸には垂直であるがｙ軸に は垂直でないとき、図示するように、(x,z)は実際には(x,z')にマップする。 以後、導波路内の全内部反射が行われる面の一方または両方に平行なまたはこ れと同一の、二次元画像(x,z)が与えられる面を(x,z’)面と呼ぶ。 導波路を１つしか必要としない進歩的な表示装置のいくつかの局面を簡略化す ることは可能であるが、これを行うには計算がさらに複雑となる。上述のように 、表示装置が平面導波路の積層を含むとき、表示された三次元画像のｙ座標は、 それぞれが積層のうちの異なる導波路に対応する個別の画素面に分割される。し かし、いくつかの適用では、表示装置を平面導波路の積層により構成するのは不 利であり得る。これについては、後に図６および図８を参照してより詳細に述べ る。例えば、積層の中間部の導波路にアドレスするのは極めて非実用的であるこ とは 明白であるため、導波路積層の(x,z')面に画像を形成するために導波路を光によ ってアドレスする後述の方法（すなわち、図６および図８に示す方法）を用いる のは困難であり得る。これらの場合には、単一の平面導波路から三次元画像を得 ることを可能にする方法が好適である。 このような方法および装置を図３に示す。図３を参照して、導波路35のセクシ ョン36の(x,z')二次元画像は、以下に詳述する方法のうちのいずれかによって得 られ得る。しかし、エッジを通して観察する代わりに、図３の導波路35は別のセ クション37を有し、ここから光は、電気的にアドレス可能な「ライトバルブ」39 によって、プリズム38にそしてその後観察者に結合され得る。「ライトバルブ」 について以下にさらに詳細に述べる。「ライトバルブ」のメカニズムは、例えば 、以下に述べる「ライトバルブ」を提供する２つのメカニズムのうちのいずれか であり得る。「ライトバルブ」により、光は選択された面内で導波路から退出し 得、選択され得る面のそれぞれは三次元画像のｙ座標のそれぞれ異なる値に対応 する。 図３に示す方法で表示装置を簡略化することにより以下の２つの点が犠牲にさ れる。すなわち、不透明な物体は表示され得ないこと、および表示装置を非常に 高速にアドレスする手段が必要となることである。これは、三次元画像のｙ座標 のただ１つの値に対応する１つの「水平スライス」しか一度に観察され得ないと いう、図３に示す設計の特徴のためである。三次元画像を表示するためには、画 像が脳によって統合され連続した三次元画像が形成されるように、十分に高速に ｙ「スライス」間の切り替えを行う必要がある。具体的に言えば、一連の画像ス ライスとは、(x_yn,y_n,z'_yn)が三次元画像のｎ番目の水平スライスであるとき(x_{y 1} ,y₁,z'_y1)，(x_y2,y₂,z'_y2)，(x_y3,y₃,z'_y3)，...であり得、また二次元画像(x_{y n} ,z'_yn)である。これにより、(x_yn,z'_yn)二次元画像のアドレス速度に１つの要 件が課せられる。フリッカーが観察されないようにするためには、画像全体を人 間の視覚系にとってのフリッカーフュージョンレート(flicker fusion rate)で 更新すべきである。 本発明の導波路積層または単一の導波路の実施態様は、例えば図３に概略を示 すような適切な既知のコンピュータの出力である電気信号に応答して、平面導波 路の(x,z')面に画像を形成する方法を必要とする。 (x,z')面に印加される電気信号に応答して、平面導波路を伝播する光の強度を 変調するいくつかの適応可能な方法および装置がある。光は、 a)点(x,z')で導波路に入り、点(x,z')で導波路から退出し得るか、 b)導波路の点(x,z')で吸収または生成され得るか、または c)導波路の点(x,z')で偏光を変更し得る。 平面導波路から光を退出させる方法は、G．LabrunieおよびS．ValetteによるA pplied Optics，1974，13，1802に記載されている。同様の原理を用いた二次元 表示装置については、米国特許第4,822,145号に記載されている。図４に示すよ うに、平面導波路41に隣接して液晶セル40が配備される。これは、透明電極層42 、任意の液晶配向層43、液晶層44、第２の任意の液晶配向層45、および必ずしも 透明でなくてもよい第２電極層46よりなる。電極42および46は可変電圧源Ｖに接 続される。液晶の誘電率ならびに導波路（および層42および43）の誘電率は、全 内部反射のための（反射面の法線に対する）臨界角θ_cを定義する。液晶材料の 誘電率は、電極42および46を通して印加される電界によって変動され得、これに より、全内部反射のための臨界角を変化させる。液晶材料に電界が印加されない とき導波路41内にトラップされる光は、電界が印加されることにより、全内部反 射のための（反射面の法線に対する）臨界角が大きくなる場合は、この電界の印 可により導波路から退出し得る。光はまた、このタイプのメカニズムを用いて導 波路に選択的に結合され得る。 平面導波路から光を退出させる第２の方法は、図５に示すように、電気信号に 応答して、所望の点(x,z')で材料を物理的に導波路に光学的に接触させることで ある。導波路の外側の媒体49より大きな屈折率を有する要素48および50が、この 媒体よりなる隙間によって導波路から分離されるとき、全内部反射は導波路47内 で妨害されずに行われる。典型的には、媒体49は空気であり得る。図５では、要 素48は導波路から離れているように示されている。例えば圧電材料を用いること によって実現され得るように、電気信号に応答して要素が導波路47に物理的に接 触すると、光はこの接触点で導波路から分離される。要素50は導波路47とこのよ うな接触状態にあるように示されている。 電気信号に応答して光を導波路から選択的に退出させる上述の２つの方法を、 本明細書では「ライトバルブ」と呼ぶ。 光を平面導波路から退出させる第３の方法および関連する装置を図６に示す。 導波路51には、実質的に非分散であるが、電界の印加により光分散型に変換され る液晶材料よりなる層53が組み込まれている。層53は、屈折率がより低い媒体に 囲まれているため、明らかにこの構造のコアとして動作する。透明電極52および 54は、可変電圧を層53を通して印加する手段を提供する。電極52および54に電圧 が印加されると、光は全方向に分散する。光の一部は全内部反射のための臨界角 より小さい角度で分散し、このため導波路51から退出する。 光を導波路に入れる方法および関連する装置を図７に示す。導波路の平面の１ つの表面積の一部に小さなプリズム状要素71が配備される。例えばレーザからの 平行光は、全内部反射面に平行ではないプリズム状要素71の１つの面に当たって 、導波路に入る。当然ながら、光はこれら小さなプリズム状要素によって導波路 から分離されるが、導波路の表面積におけるプリズム状要素が占める割合を最小 限にすれば、損失は最小限に抑えられ得る。 導波路内の光を吸収することによって(x,z')面に二次元画像を形成する方法お よび関連する装置を図８に示す。ある酸化状態では実質的に透明であるが、別の 酸化状態では高い吸収性を有する材料が知られている。１つの状態と別の状態と の間の転移は可逆であり得、これは材料に電流を通すことによって実現され、こ れにより電気分解が行われ得る。このような材料は多くの場合エレクトロクロミ ック(electrochromic)と呼ばれ、一例としては、よく知られているビオロゲン塩 がある。図８に示すように、導波路81は、エレクトロクロミック材料よりなる層 84を間に挟んだ透明電極82および83を組み込んでいる。電極82および83間に電流 を通すと、エレクトロクロミック材料は透明酸化状態から吸収酸化状態に変換さ れる。 導波路内で光を発生させることによって(x,z')面に二次元画像を形成する方法 および関連する装置を図９に示す。導波路85には蛍光材料が組み込まれ、ある波 長の光を照射すると第２のもっと長い波長の光を発する。照射は例えばレーザに よって行われ得る。照射は、光ファイバ面板を装備したCRTからの出力によって も提供され得る。いずれの場合も、入射光86は方向性を有し得る。しかし、等方 性蛍光材料が導波路85に組み込まれる場合は、蛍光発光もまた等方性を有し得る 。この結果、光は、全内部反射面の法線に対して臨界角より小さい角度で導波路 に入り得るが、蛍光発光の一部は、全内部反射面の法線に対して臨界角より大き い角度で発せられ得る。このような蛍光発光は導波路内にトラップされ、観察者 には、励起ビームが導波路に入った地点で生成されたような印象を与え得る。 図10は、平面導波路内を伝播する光の偏光を変え、この偏光の変化を利用して 可視画像を形成する方法および関連する装置を示す。導波路91内には液晶材料層 94が組み込まれ、透明電極92および93の間に挟まれている。液晶材料は、偏光素 子95によって水平に偏光された光が導波路を通るときこの偏光が変化しないよう に配向される。これを実現する１つの方法は、ネマティック液晶材料の長軸を伝 播する光の電気ベクトルと整合させることである。導波路91を通った後、水平に 偏光された光は、垂直方向に配置されている第２の偏光素子96によって阻止され る。電極92および93によって液晶材料に電界が印加されると、液晶を構成する分 子の配向が変化し、これにより伝播する光の電気ベクトルは液晶分子の長軸に平 行でなくなる。この結果、伝播する光の位相が変化し、光は、第２の垂直方向に 配向された偏光素子によって阻止されない電気ベクトル成分を有する。従って、 導波路91を見る観察者は、電界が印加された点に対応する明るい画像を暗い背景 に対して見る。 上述の平面導波路表示装置の一般的な原則はモノクロ表示装置に適するが、三 色表示装置を作成するようにされた原則を適用することは可能である。一般に、 この表示装置は、「バックライト」条件を変えることによって適用され得る。単 色光源によって照射される代わりに、例えば、積層内の異なる導波路は異なる色 の光源によって照射され得る。もしくは、表示装置全体を、所望の画像の特定の 色分離に対応する異なる三次元画像と一致するように時間合わせされた赤、緑、 および青のそれぞれの光源で交互に照射され得る。このような照射の変更は、観 察者がちらつき効果を感知しないほどに十分に高速で行われなければならない。 本発明を好適な装置および方法に関連して述べたが、様々な変更および改変が 、クレームに示されるような本発明の範囲から離れることなくなされ得ることは 当業者には明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．三次元画像を表示する装置であって、 互いに離れて対向する実質的に平行な一対の平面を有する少なくとも１つの薄 い平面導波路(35)であって、該導波路の長さに沿って伝播する放射光を選択的に 分離させ、これにより所定の立体視野角にわたって該放射光が該導波路から現出 するのを観察し得る、選択的に分離させる手段を含む平面導波路と、 該導波路の該平面に実質的に平行な面の所定の部分にわたって二次元画像セグ メント(36)を形成し、これにより該画像セグメントが該導波路の該長さに沿って 伝播して該所定の立体視野角にわたって現出する、二次元画像セグメントを形成 する手段と、 該所定の立体視野角内で観察可能な複合画像を形成するために該二次元画像セ グメントの内容を選択的に変更する手段であって、該複合画像は、該導波路に平 行な面から該画像セグメントの選択された画像点の見掛け上の相対位置が互いに 対して変更される傾斜面にマップされこれにより三次元視覚効果が創り出される 、画像点の集合よりなる、選択的に変更する手段と、 を備えた装置。 ２．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、前記導波路の前記平面の１ つにわたって分配される、請求項１に記載の装置。 ３．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、アドレス可能な液晶アレイ (40)を含む、請求項２に記載の装置。 ４．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、前記導波路のコア(53)を含 む、請求項１に記載の装置。 ５．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、前記導波路の外側に位置す る一対の線形偏光素子(95、96)と組み合わされた、該導波路の前記平面に平行な 面に位置するアドレス可能な液晶複屈折アレイ(52、53、54)を含む、請求項１に 記載の装置。 ６．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、アドレス可能な蛍光アレイ (85)を含む、請求項１に記載の装置。 ７．前記二次元画像を形成する手段は、電界の印加に応答して光を選択的に分 散させ、また前記導波路のコアとして働くように構成されたアドレス可能な液晶 アレイ(52、53、54)を含む、請求項１に記載の装置。 ８．三次元画像を表示する装置であって、 互いから光学的に分離されるように積層関係で配置された複数の薄い平面導波 路(35)であって、該導波路のそれぞれは、互いに離れて対向する実質的に平行な 一対の平面と、該対向する平面間を延びまた該平面に対して所定の角度の薄い退 出ファセットであって、所定の立体視野角にわたって該導波路の長さを伝播する 光が該退出ファセットから現出するのが観察され得る退出ファセットとを有する 複数の平面導波路(35)と、 該導波路の該平面に実質的に平行な面の所定の部分にわたって二次元画像セグ メント(36)を形成し、これにより該画像セグメントが該導波路の該長さに沿って 伝播して該所定の立体視野角にわたって現出する、二次元画像セグメントを形成 する手段と、 該所定の立体視野角内で観察可能な複合画像を形成するために該二次元画像セ グメントの内容を選択的に変更する手段であって、該複合画像は、該導波路に平 行な面から該画像セグメントの選択された画像点の見掛け上の相対位置が互いに 対して変更される傾斜面にマップされこれにより三次元視覚効果が創り出される 、画像点の集合よりなる、選択的に変更する手段と、 を備えた装置。 ９．前記二次元画像セグメント(36)を形成する手段は、前記導波路(35)のそれ ぞれの前記平面の１つにわたって分配される、請求項８に記載の装置。 10．前記二次元画像セグメント(36)を形成する手段は、アドレス可能な液晶ア レイを含む、請求項９に記載の装置。 11．前記二次元画像セグメント(36)を形成する手段は、前記導波路の外側に位 置する一対の線形偏光素子(95、96)と組み合わされた、該導波路のそれぞれの前 記平面上に位置するアドレス可能な液晶複屈折アレイ(92、93、94)を含む、請求 項８に記載の装置。 12．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、前記導波路のそれぞれの平 面上に位置するアドレス可能な蛍光(85)アレイを含む、請求項８に記載の装置。 13．前記二次元画像を形成する手段は、電界の印加に応答して光を選択的に分 散させ、また前記導波路のそれぞれのコアとして働くように構成されたアドレス 可能な液晶アレイ(52、53、54)を含む、請求項８に記載の装置。 14．三次元画像を表示する装置であって、 互いに離れて対向する実質的に平行な一対の平面を有する薄い平面導波路(35) であって、光を該導波路の長さに沿って伝播させるように配置された平面導波路 と、 該導波路を伝播する光を、該光が所定の立体視野角にわたって観察され得るよ うに分離させる手段と、 該導波路の該面の一部の所定の領域に実質的に平行でありまた該領域と同一の 広がりを持つ面に二次元画像セグメント(36)を形成する手段と、 該立体視野角内に複合画像を形成するために該画像セグメントの内容を該所定 の領域にわたって人間の視覚系にとってのフリッカーフュージョンレート(flick er fusion rate)で選択的に変更する手段であって、該複合画像は、該導波路に 平行な面から該画像セグメントの選択された画像点の見掛け上の相対位置が互い に対して変更される傾斜面にマップされこれにより三次元視覚効果が創り出され る、画像点の集合よりなる、選択的に変更する手段と、 を備えた装置。 15．前記分離させる手段は、前記三次元視覚効果を観察するための１つの面を 有するプリズム(38)を含む、請求項14に記載の装置。 16．前記二次元画像セグメント(36)を形成する手段(36)は、前記導波路の前記 平面の１つにわたって分配される、請求項14に記載の装置。 17．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、アドレス可能な液晶アレイ (40)を含む、請求項16に記載の装置。 18．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、前記導波路の外側に位置す る一対の線形偏光素子(95、96)と組み合わされた、該導波路の前記平面に平行な 面上に位置するアドレス可能な液晶複屈折アレイ(92、93、94)を含む、請求項14 に記載の装置。 19．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、アドレス可能な蛍光アレイ (85)を含む、請求項14に記載の装置。 20．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、電界の印加に応答して光を 選択的に分散させ、また前記導波路のコアとして働くように構成されたアドレス 可能な液晶アレイ(52、53、54)を含む、請求項14に記載の装置。 21．三次元画像を表示する方法であって、 互いに離れて対向する実質的に平行な一対の平面を有する少なくとも１つの薄 い平面導波路(35)に放射光を結合させる工程であって、該導波路は、該導波路の 長さに沿って伝播する放射光を選択的に分離させ、これにより所定の立体視野角 にわたって該放射光が該導波路から現出するのが観察され得る手段を含む、結合 させる工程と、 該導波路の該平面に実質的に平行な面の所定の部分にわたって二次元画像セグ メントを形成し、これにより該画像セグメントが該導波路の該長さに沿って伝播 して該所定の立体視野角にわたって現出する、二次元画像セグメントを形成する 工程と、 該所定の該立体視野角内に観察可能な複合画像を形成するために該二次元画像 セグメントの内容を選択的に変更する工程であって、該複合画像は、該導波路に 平行な面から該画像セグメントの選択された画像点の見掛け上の相対位置が互い に対して変更される傾斜面にマップされこれにより三次元視覚効果が創り出され る、画像点の集合よりなる、選択的に変更する工程と、 を包含する方法。 22．前記二次元画像セグメントを形成する工程は、前記導波路の前記平面の１ つにわたって該セグメントを分配する、請求項21に記載の方法。 23．前記二次元画像セグメントを形成する工程は、液晶アレイ(40)を選択的に アドレスすることを包含する、請求項21に記載の方法。 24．前記二次元画像セグメントを形成する手段は、前記導波路の外側に位置す る一対の線形偏光素子(95、96)と組み合わせて、該導波路の前記平面に平行な面 上に位置するアドレス可能な液晶複屈折アレイ(92、93、94)を含む、請求項21に 記載の方法。 25．前記二次元画像セグメントを形成する工程は、蛍光アレイ(85)を選択的に アドレスすることを包含する、請求項21に記載の方法。 26．前記二次元画像セグメントを形成する工程は、電界の印加に応答して光を 選択的に分散させ、また前記導波路のコアとして働くように構成された液晶アレ イ(52、53、54)をアドレスすることを包含する、請求項21に記載の方法。