(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素からなり、あるフレームレート（Ｒ）で調整可能な２Ｄまたは３Ｄ画像情報を表示するための表示装置であって、
それぞれが前記フレームレート（Ｒ）の少なくとも２倍のフレームレートで調整された光を発するよう構成されている、複数の光源（Ｌ）と、
前記光源（Ｌ）のうちの１つに割り当てられているが、他の光源（Ｌ）には割り当てられていない、光源（Ｌ）毎の１つの画素調整手段（ＶＭ）と、
を有しており、
各画素調整手段（ＶＭ）は可動要素（ＢＲ，ＢＶ，ＬＩ，Ｌ）を有しており、前記可動要素は、光源（Ｌ）毎に前記画像情報の表示のために少なくとも２倍の数の画素を形成するために、隣接する画素調整手段の可動要素とは個別にかつ独立に少なくとも前記フレームレート（Ｒ）で可動であり、かつ、前記割り当てられた光源（Ｌ）が発する光を選択的に偏向するおよび／または隠すように適合化されており、
各画素調整手段（ＶＭ）は、１つの方向または２つの方向に可動な少なくとも１つの可動なミラー（ＢＲ）を有しており、
各光源（Ｌ）は、赤、青、緑の三原色の３つのレーザダイオードまたはＬＥＤの組から構成されている、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
各画素調整手段（ＶＭ）は、少なくとも２つの異なる方向において時分割方式で、割り当てられた光源（Ｌ）の光を偏向するよう構成されており、
前記表示装置は、光源（Ｌ）および方向（γ）毎に前記画像情報の１つの画素を形成するために、前記光源（Ｌ）に送られる画像情報に依存して前記画素調整手段（ＶＭ）を制御するよう構成されている制御手段をさらに有している、
請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示装置は、さらに、各画素調整手段（ＶＭ）について、異なる各方向に１つの拡張画素（ＥＢ）を有しており、当該画素調整手段（ＶＭ）は前記拡張画素（ＥＢ）へと光を偏向可能であり、前記拡張画素（ＥＢ）は偏向された光を当該拡張画素（ＥＢ）の出射領域（ＡＦ）から発する、
請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記拡張画素（ＥＢ）は、発散角（θ）で出射領域（ＡＦ）から発せられる光を発散する、
請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
光源（Ｌ）および割り当てられた画素調整手段（ＶＭ）の各対は、共通基板（ＳＵＢ）上に設けられており、当該対（Ｌ，ＶＭ）は、アレイ状に配置されて前記表示装置（Ａ）を構成する、
請求項１から４のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのミラー（ＢＲ）は、ＭＥＭＳシステムとして実現されている、
請求項１から５のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項７】
各光源（Ｌ）は、前記光源（Ｌ）の光学出力を測定する少なくとも１つのフォトダイオード（ＰＤ）を有する、
請求項１から６のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項８】
前記光源（Ｌ）は、前面ファセットおよび後面ファセットを有する少なくとも１つのレーザダイオードを有しており、前記フォトダイオード（ＰＤ）は、前記レーザダイオード（ＬＤ）のその前面ファセットにおける光学出力を、前記フォトダイオードの後面ファセットにおいて決定する、
請求項７記載の表示装置。
【請求項９】
前記フォトダイオード（ＰＤ）の活性表面の面法線は、前記レーザダイオード（ＬＤ）の光軸に関して傾きを有する位置に配置されている、
請求項８記載の表示装置。
【請求項１０】
各画素調整手段（ＶＭ）は、前記光源（Ｌ）が発する光の光路に配置された少なくとも１つのマイクロレンズ（ＬＩ，ＦＡＣ）を有する、
請求項１から９のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１１】
前記光源（Ｌ）は、赤、緑、青の三原色の３つのレーザダイオード（ＬＤ）またはＬＥＤの組を有しており、各レーザダイオードまたはＬＥＤは、波長に依存する前記マイクロレンズ（ＬＩ，ＦＡＣ）の屈折率を補償するため、前記マイクロレンズ（ＬＩ）から異なる距離を有している、
請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記マイクロレンズはＦＡＣレンズにより形成されている、
請求項１０または１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記画素調整手段（ＶＭ）は、前記表示装置の表示領域を拡大するための、少なくとも１つのビームスプリッタ（ＢＳ）および／または発散レンズを有している、
請求項１から１２のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１４】
前記表示装置（Ａ）から視距離（ｄ）におけるＮＢＺ個の視域（ＢＺ）において裸眼３Ｄ表示効果を実現するために、前記可動要素（ＢＲ，ＢＶ，ＬＩ，Ｌ）を少なくとも前記フレームレート（Ｒ）でＮＢＺ個の異なる偏向位置に位置決めするよう、前記制御手段は構成されている、
請求項２を引用する請求項３から１３のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１５】
前記表示装置（Ａ）は、凸型または凹型の曲面状に構成されている、
請求項１から１４のいずれか１項記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素からなり、フレームレートで調整可能な画像情報を表示するための表示装置であって、画像情報の画素を形成する少なくとも１つの光源（Ｌ）を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献ＷＯ２０１０／１４６０７０には折り畳み型ＬＥＤ映像スクリーンとして構成された表示装置が開示されている。この既知の表示装置は、制御手段としての電子システムによって制御される光源としての複数のＬＥＤを有し、表示される映画や静止画などの画像情報が制御手段によって制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１４６０７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ映像スクリーンの特殊なフィールドにおいて、少なくともｄＬＥＤ＝３ｍｍ（外側条件ではｄＬＥＤ＝６ｍｍ）のピクセル距離が技術的理由から技術水準となっている。技術的制約（構成サイズ、温度問題など）および高コストのため、より小さいピクセル距離は不可能である。スクリーンサイズに関連して、このことは他の技術（ＬＣＤ、プラズマ）を用いてこんにち可能なものよりも低い解像度につながる。満足できる品質レベルで特殊な付加的な眼鏡を用いない（裸眼立体表示用の）、ＨＤＴＶや３Ｄテレビジョンなどの用途に使用可能であるためには、高解像度が望ましい。
【０００５】
解像度を高めるため、ピクセル距離を短くし、ＬＥＤピクセルのサイズを小さくすることを目標とすることができる。しかし、このアプローチは、コストが大きく増大するという不都合がある。さらに、ＬＥＤピクセルが互いにより近い距離に配置されることから、温度問題が生じ、このため、ＬＥＤの低減された光パワー、すなわち、ＬＥＤ映像スクリーンのより低い輝度しか実現できない。
【０００６】
裸眼立体表示用の３Ｄテレビジョンに関して、３Ｄ表現画像の画像情報の画素を表示するために、２つの画素（ピクセル）（１つは左眼、１つは右眼）を用いることが技術水準である。この空間多重化方法は、ピクセル数のため少なくとも１／２に解像度を減らし、これは副作用である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は、上述の不都合を回避する表示装置を提供することである。本発明によれば、この課題は、少なくとも１つまたは複数の画素からなり、フレームレートで調整可能な画像情報を表示するための表示装置によって解決され、この表示装置は、画像情報の画素を形成する少なくとも１つの光源を有しており、画像情報の画素毎に、可動要素を有する画素調整手段が設けられており、可動要素は、表示装置の光源毎に、画像情報の表示のための拡張画素として少なくとも２倍の数の画素を形成するために、表示装置内に少なくともフレームレートで可動に設けられており、かつ、表示装置の観察者に対して少なくとも１つの光源が発する光を選択的に偏向するおよび／または隠すよう適応化されており、少なくとも１つの光源が発する光は光源周波数として少なくとも２倍のフレームレートで調整される。
【０００８】
技術水準における表示装置では、画素毎の光収量、すなわち表示装置全体の光収量を高めるため、反射器が光源（たとえば、画素毎に赤、緑、青のＬＥＤを有する）の背後に固定的に取り付けられている。本発明によれば、時分割方式で異なる方向に発せられた光を偏向するために、可動なまたは部分的に可動な可動要素を有する画素調整手段、すなわち、反射ミラーまたは反射器が、レンズ、シャッタおよび開口と組み合わされて、光源と共に用いられる。所定の時点で方向に発せられる画像情報は、この時点において各光源に送られた色および輝度情報と、この時点における画素調整手段の位置とに依存している。画素調整手段は、少なくとも１つの可動要素を有し、さらに、ビームを偏向するおよび／または隠すおよび／または焦点あわせする固定要素をさらに有してもよい。本発明の手段によれば、光源（ＬＥＤなど）の数を増やしまたはその互いの距離を短くすること無く、表示装置の解像度が向上可能である、という利点が得られる。
【０００９】
裸眼３Ｄ表示画像の画像情報は、可動要素によって、時分割方式で、フレームレート期間内で一度、右眼の方向、次いで左眼の方向に偏向可能である。画素情報の適切な決定により、光源の遠距離において十分に焦点あわせされた空間強度分布を形成することができ、これにより、左眼と右眼についての画像情報を空間的に分離できる。このようにして、特殊な眼鏡を用いることなく有利に３Ｄ効果が得られる。
【００１０】
本発明にかかる表示装置および光源の別の有利な実施形態は、以下に図面を用いてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】表示装置の２つ実施例を示し、ここで、解像度は画素調整手段によって４倍に増大されている。
【図２】図１ａの拡張画素の順次制御を示す。
【図３】画素の裸眼３Ｄ表示の場合の、発光ビームの方向の順次変化を示す。
【図４】画素の裸眼３Ｄ表示と解像度増大との組み合わせを示す。
【図５】画像情報の画素の裸眼３Ｄ表示のための、原色用の３つのＬＥＤを有するＬＥＤ光源の概略図を示す。
【図６】画素の画像情報の裸眼立体表示の原理を示す。
【図７】５つの視域のための多眼表示の例を示す。
【図８】３Ｄ光源を用いた図７の多眼表示を示し、該３Ｄ光源は時間間隔をおいて空間と時間に対して同期して複数の視域に画像情報を表示する。
【図９】遠距離に２次元の視域を形成する３Ｄ光源を示す。
【図１０】多眼表示により構成される、表示装置の視域の順次制御の組の例を示す。
【図１１】異なる画像情報の必要数を低減する原理を示す。
【図１２】屈折要素、反射要素および散乱要素の作用メカニズムを示す。
【図１３】画素調整手段の屈折要素の実施形態の２つの例を示す。
【図１４】色彩補正、アクロマート補正およびアポクロマート補正の機能原理を示す。
【図１５】遠距離での横方向に対する強度を示す。
【図１６】光源と、画素調整手段と、ビーム整形器とから構成される表示装置を示す、
【図１７】画素調整手段を構成する可動および固定のミラーおよびレンズを備えた固定光源のいくつかの例示的実施形態を示す。
【図１８】固定光源と、可動反射器と、固定レンズとを用いる例示的実施形態を示す。
【図１９】ビーム結合器と、可動反射器と、固定レンズとを有する別の例示的実施形態を示す。
【図２０】ビーム結合器を有しない可動反射器を有する光源の２つの例示的実施形態を示す。
【図２１】光源Ｌ自体が可動に構成された例示的実施形態を示す。
【図２２】マイクロシャッタを有する図１７にかかる構成の別の可能な拡張例を示す。
【図２３】導波管および変位装置を用いた構成を示す。
【図２４】３Ｄブレーキライトの機能原理を概略的に示す。
【図２５】複数の画素調整手段を有する適応的スマートライティングの、従来のスマートライティングとの比較を示す。
【図２６】個々の３Ｄ光源が均一な空間照明のために用いられるとともに、受信器に焦点合わせされた他の３Ｄ光源がデータ転送のために用いられるスマートライティングシステムを示す。
【図２７】時分割方式で送信機からデータを受信する３つの受信器を有する適応的スマートライティングシステムを示す。
【図２８】３つのレーザダイオードを有する３Ｄ光源の例示的実施形態を示す。
【図２９】３つのレーザダイオードおよび３つのフォトダイオードを有する集積型ＲＧＢ光源を示す。
【図３０】解像度が増大された３Ｄ光源の例示的実施形態を示す。
【図３１】図３０に記載の３Ｄ光源を４つ備えた表示装置の例示的実施形態を示す。
【図３２】視域の理想的な空間分離を示す。
【図３３】実際に実現可能な視域の空間分離を示す。
【図３４】重なって連続する視域を示す。
【図３５】ビームスプリッタを有する光学システムの概略的構成を示す。
【図３６】ビームスプリッタを用いない場合と比較した、ビームスプリッタを用いて得られる遠距離での強度分布を示す。
【図３７】３つの異なる視域という単純な用途に関する、図３６の強度分布の時間的な動きを示す。
【図３８】曲面状の裸眼立体スクリーンの形態の表示装置の例示的実施形態を示す。
【図３９】マルチコンテンツ型映像スクリーンとしての本発明にかかる表示装置の例示的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
解像度が増大された表示装置
以下の本発明の説明において、表示装置の語には、少なくとも１人の観察者または光学受信器のための画像情報の表示のための任意の装置が含まれる。これには、有利には、スクリーン、大型スクリーン、プロジェクタならびに情報掲示板、室内照明装置、光学通信システム、および、画像情報の投影および表示のための個々の画素（ピクセル）の他のアレイであって、たとえば、静止画像、モーションピクチャまたはさらに個々の画素および／または黒白領域のみからなるもの、が含まれる。以下において、本発明において重要な表示装置の要素のみが参照されているが、当業者はたとえば表示装置の電源のための要素、または、受信された映像情報のデコードのための要素について十分理解するであろう。
【００１３】
図１（ａ）は一実施例としての表示装置Ａを示し、これにおいて、画素調整手段により解像度は、表示装置Ａの光源Ｌの数の４倍に増大されている。表示装置Ａに供給される画像情報は、表示装置Ａの光源Ｌより４倍多くの画素を含み、そのため、従来技術では、画像情報は解像度または画像情報に含まれる画素の１／４だけが表示される。４つの画素の画像情報は、画素調整手段ＶＭ（たとえば可動ミラー）に接続された光源Ｌから、時分割方式で４つの異なる位置でもって出力される。すなわち、
１．時間ｔ＝ｔ０：拡張画素１→光源Ｌは第１の画素の画像情報を発し、画素調整手段ＶＭは位置１にある。
２．時間ｔ＝ｔ０＋Δｔ：拡張画素２→光源Ｌは第２の画素の画像情報を発し、画素調整手段ＶＭは位置２にある。
３．時間ｔ＝ｔ０＋２Δｔ：拡張画素３→光源Ｌは第３の画素の画像情報を発し、画素調整手段ＶＭは位置３にある。
４．時間ｔ＝ｔ０＋３Δｔ：拡張画素４→光源Ｌは第４の画素の画像情報を発し、画素調整手段ＶＭは位置４にある。
【００１４】
ここで、時間間隔はΔｔ＝１／（４Ｒ）であり、なお、Ｒはフレームレートを指し、時間間隔はシフト間隔に対応する。なお、画素調整手段ＶＭは１つの位置から次の位置に切り替えられ、それはまた連続的に行われる。したがって、光源Ｌが発する光は、時間間隔毎に１つの拡張画素の画素情報を出力するために、フレームレートＲの４倍に対応する光源周波数ｆＬで変化する。すなわち、４つの位置、すなわち、光源Ｌの周囲の拡張画素１〜４において時分割方式で光源Ｌが発する光によって、解像度を４倍に増大することができる。Ｋｒｅｓ＝４の拡張画素からなる正方形の画素の場合において、これは次のことを意味する。すなわち、時間ｔ＝ｔ０において、表示装置によって表示されるべき映像の画像情報の第１の画素が光源Ｌから発せられ、その光はその後拡張画素１へと偏向される。ｔ＝ｔ０＋Δｔにおいて、映像の第２の画素は拡張画素２等に偏向され、これはｔ＝ｔ０＋３Δｔで第４の画素が拡張画素４へと偏向されるまでである。したがって、光源周波数ｆＬは、ｆＬ=１／Δｔ＝ＫｒｅｓＲ＝４Ｒである。
【００１５】
図面中、画素調整手段ＶＭは、より詳細には示されていない制御手段を含んでおり、制御手段には、光源Ｌの光がいつ、どの拡張画素に偏向されるべきかの順序が保存されている。制御手段は、この順序に従って画素調整手段ＶＭの個々の可動要素の動きを制御するように適応化されている。ＭＥＭＳマイクロシステムによって画素調整手段ＶＭを構成した場合において、これは次のことを意味する。すなわち、制御手段は、可動要素をそれぞれ順序に従った位置に調整するように、静電界、すなわち、静電気力を生成する。
【００１６】
図１（ｂ）には、同じ原理による表示装置Ａが示されており、ここで、画素調整手段ＶＭは拡張画素１〜４を光源Ｌの周囲の他の位置に投影する。もちろん、拡張画素の数を変更することにより、解像度増大の係数は、他の値、有利には解像度Ｋｒｅｓ＝４よりも高い値をも仮定できる。
【００１７】
図２は図１（ａ）の拡張画素の順次制御を示す。各時点毎に、１つの活性な画素ＥＢ−Ａと、３つの不活性な拡張画素ＥＢ−Ｉとが存在する。光の出射領域ＡＦは活性な拡張画素の位置における任意の時間にある。解像度の増大を用いる際、表示装置Ａの高い視域角を得るため、通常高い発散θが目的とされる。
【００１８】
裸眼３Ｄ表示を用いるとき、図３に示されるように、出射領域ＡＦは時間的に変化せず、発光ビームの角度γが変化する。解像度の増大を用いることとの別の違いは、小さい発散θが目的とされることである。しかし本願においても、拡張画素は、遠距離のいわゆる視域のみに展開される。裸眼３Ｄ表示の原理について、以下により詳細に説明する。
【００１９】
図４は、解像度増大と裸眼３Ｄ表示との組み合わせを示す。出射領域ＡＦおよび発光ビーム角度γは種々の時点で変化する。この組み合わせを用いる場合、解像度増大のための表示装置の光の出射領域において拡張画素が展開され、視域において付加的な拡張画素が展開され、これにより画像情報の裸眼３Ｄ表示が可能となる。
【００２０】
裸眼３Ｄ表示を用いる表示装置
２眼表示
図５は、たとえば赤、緑、青の原色の３つのＬＥＤを有する光源Ｌと、画像情報の画素の裸眼３Ｄ表示のための画素調整手段ＶＭとの概略図である。成人女性の平均眼距離はｄｅ＝６．３ｃｍであり、成人男性のそれはｄｅ＝６．５ｃｍである。裸眼立体表示装置またはディスプレイのいわゆる視域ＢＺの径ｄＢＺは、必然的に平均眼距離ｄｅよりも小さくなければならず、以下では例としてｄＢＺ＝６ｃｍと仮定する。隣接光源Ｌの間の距離（＝ピクセルピッチ）が、たとえばｄＬＥＤ＝３ｍｍ、および、視距離ｄ＝７．５ｍの場合、画素調整手段を含む、光源Ｌの個々のＬＥＤが発する光ビームの最大許容全発散角度は、したがって、以下のようになる。
θ≒２ｔａｎ−１（ｄＢＺ／２ｄ）＝８ｍｒａｄ                  （１）
【００２１】
図６には、画像情報の裸眼立体表示の原理が示されている。３Ｄ光源３ＤＬは従来の光源Ｌと、画素調整手段ＶＭとからなり、この画素調整手段ＶＭは左眼ＬＡおよび右眼ＲＡのための画像情報を偏向させる。ここで、拡張画素５としての左眼ＬＡのための画像情報と、拡張画素６としての右眼ＲＡのための画像情報とが交互に記載されている。角度増分Δγは、各視域ＢＺの幾何的位置に依存する全ての視域ＢＺの同じ径ｄＢＺについてのものであり、すなわち、上述のパラメタに関して、おおよそ一定である。
Δγ≒θ≒２ｔａｎ−１（ｄＢＺ／２ｄ）＝８ｍｒａｄ        （２）
【００２２】
３Ｄ光源３ＤＬの画像情報を左眼ＬＡ、次いで右眼ＲＡ、そして交互に変更する光源周波数ｆＬは、ｆＬ＝１／Δｔ＝ＮＢＺＲ＝２Ｒであり、この例では、視域ＮＢＺの数は、１人の観察者の眼の数に応じて２つである。図６に示される裸眼３Ｄ表示の原理は、いわゆる２眼表示として実現され、これは、拡張画素５および６の視野内の２つの視域を実現するものである。個々の（場合により動く）観察者の２つの眼ＲＡおよびＬＡに任意の時点で画像情報を送るため、ヘッドトラッキングなどのすでに使用されている方法が用いられてもよい。この場合、観察者の頭の位置が連続的に決定され、画素調整手段ＶＭの偏向角度は対応して適応化される。
【００２３】
裸眼３Ｄ表示を用いた表示装置
多眼表示
裸眼立体画像表示の代替的構成は、３つ以上の視域ＢＺの使用である。このような表示は、多眼表示として示される。観察者が幅ｄＢＺ，ｔｏｔａｌの表示領域（viewing area）に位置する限り、観察者は立体画像を知覚する位置にある。それぞれ幅ｄＢＺの、全体でＮＢＺ個の視域ＢＺに関して、表示領域全体は以下のように定められる。
ｄＢＺ，ｔｏｔａｌ＝ＮＢＺｄＢＺ                                      （１）
【００２４】
多眼表示では、両眼への異なる画像である立体視差が生じるだけで無く、移動視差も生じる。すなわち、たとえば観察者は幅ｄＢＺの範囲内で動き、表示されたシーンについて異なる角度毎に異なるものを見る。また、多眼表示用途においても、実際に観察者が存在するこれらの空間領域のみに３Ｄ画像情報を送るために、さらにヘッドトラッキングを用いても良い。
【００２５】
図７はＮＢＺ＝５個の視域ＢＺを含むかかる多眼表示の例を示す。間隔Δｔ毎に、画素調整装置ＶＭの偏向角度は角度増分Δγずつ増分される。角度増分Δγは十分に広い視距離での各視域の幾何的位置に依存する。しかし、一次近似における制約と見なしても良い。任意の時点で、３次元シーンの別の画像が出力される（２眼表示の場合におけるただ２つの異なる画像と異なる）。多眼表示では、所与の時点に観察者が存在しない位置の視域ＢＺも存在する。視域ＢＺの数ＮＢＺが十分大きい場合、幾人かの観察者は、裸眼立体効果を同時に知覚できるが、これとは異なり、２眼表示では、ただ１人の観察者しかこの効果を知覚できない。したがって、画素調整手段ＶＭの切り替え間隔Δｔは、以下のような所定のフレームレートＲにある。
Δｔ＝１／ＲＮＢＺ                                          （２）
【００２６】
図７に記載の多眼表示において、Ｒ＝６０ｓ−１での切り替え間隔は、たとえば、Δｔ≒３．３３ｍｓである。したがって、３Ｄ光源３ＤＬの画像情報が変更される光源周波数ｆＬは、ｆＬ＝１／Δｔ＝ＮＢＺＲ＝５Ｒ＝３００Ｈｚとして仮定される。
【００２７】
わかりやすくするため、図５〜７においては１つの３Ｄ光源３ＤＬのみが示されている。図８は、全体でＮＬＥＤ個の光源３ＤＬを用いた場合の図７の多眼表示を示し、空間と時間に対して同期したＮＢＺ個の視域ＢＺにおける間隔Δｔでの画像情報を示す。図８において、２つの時点、（ａ）ｔ＝ｔ０＋２Δｔおよび（ｂ）ｔ＝ｔ０＋３Δｔのみが示されている。
【００２８】
わかりやすくするため、ここまでは１次元の視域のみを仮定してきた。図９は、遠距離に２次元視域ＢＺを形成する３Ｄ光源３ＤＬを示す。図９中、発光ビームは画素調整手段ＶＭによって水平方向および垂直方向に順次偏向される。ＮＢＺ，ｘ個のｘ方向の視域ＢＺおよびＮＢＺ，ｙ個のｙ方向の視域ＢＺにおいて、最小切り替え間隔は以下のようになる。
Δｔ＝１／ＲＮＢＺ，ｘＮＢＺ，ｙ                                    （３）
視域ＢＺはｘ方向とｙ方向とで数および大きさが異なっていても良い。
【００２９】
図１０は、多眼３Ｄ表示によって形成される、表示装置Ａの視域ＢＺの制御の順序の例を示す。このため、表示装置Ａの画素調整手段ＶＭは、画素調整手段ＶＭの可動要素を制御するための複数の制御手段（図９中図示せず）を有し、これについて以下でより詳細に説明する。制御が行または列についてそれぞれ交互に実行される場合、行についての必要な切り替え間隔Δｔｙおよび列についての必要な切り替え間隔Δｔｘは、それぞれＮＢＺ，ｘまたはＮＢＺ，ｙの係数分長い。
【００３０】
図１０（ａ）〜（ｄ）において、ＮＢＺ，ｘＮＢＺ，ｙ＝５・４＝２０個の視域ＢＺが記載されている。下記表１には、図１０の順序について必要な切り替え期間が列記されている。図１０（ｃ）および（ｄ）の蛇行した順序において、角度増分は行または列の変化においてさらに最少化されており、これは表示装置Ａの実際の構成に有利である。
【００３１】
【表１】
0005847205.tif 000002
【００３２】
図１０に記載される以外の他の制御順序も可能である。らせん状、対角状またはリサジュー曲線の形の図（たとえば共振２Ｄマイクロスキャナミラーを用いた時に表れる）が用いられても良い。
【００３３】
一定領域において必要とされる異なる画像情報の数を低減するため、列全体の視域ＢＺがフレーム期間Δｔ＝１／Ｒ内の同じ画像情報を表示しても良い。図１１は、異なる画像情報の必要数を低減する原理を示す。異なる濃淡値は、１フレーム期間、すなわち間隔Δｔ＝１／Ｒの間に、視域ＢＺに表示される異なる画像情報を示す。図１１（ａ）では表示領域の異なる視域ＢＺが存在し、一方で、図１１（ｂ）では列毎に同じ画像情報が表示される。３次元画像を知覚できるようにするには、観察者は図１１（ｂ）のうちの１つのように、（ほぼ）垂直に頭を維持する必要がある。
【００３４】
画素調整手段ＶＭの要素
画素調整手段ＶＭの要素は、屈折構造、反射構造および回折構造の３つのカテゴリーに分類できる。図１２では、これら３つのカテゴリーの作用メカニズムが示されており、図１２（ａ）、（ｄ）、（ｇ）には屈折要素ＲＥ１が、図１２（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）には反射要素ＲＥ２が、図１２（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）には回折要素ＤＥが示されている。図１２（ａ）〜（ｃ）の要素は光源Ｌが発する光ビームを焦点合わせし、図１２（ｄ）〜（ｆ）の要素は光源Ｌが発する光ビームを偏向させ、図１２（ｇ）〜（ｉ）の要素は光源Ｌが発する光ビームを分割する。
【００３５】
屈折要素ＲＥ１
屈折要素ＲＥ１はスネルの法則に従って２つの異なる媒体の間の境界における屈折により光路に影響する。屈折要素ＲＥ１の１つの可能な構成は、屈折率が横座標に依存するグレーデッドインデックス構造を使用するものである。代替的な可能な構成は、表面形状、たとえば、従来のレンズを有する構造を使用するものである。図１３には、画素調整手段ＶＭの屈折要素ＲＥ１の実施形態の２つの例、すなわち、（ａ）平凸収束レンズおよび（ｂ）平凸フレネルレンズが示されている。
【００３６】
反射要素ＲＥ２
反射要素は反射法則に従って光路に影響する。
【００３７】
回折要素ＤＥ
回折要素は、画素調整手段ＶＭの要素の構造状態における回折に基づいて光路に影響する。一般に、屈折構造の特性は、基本的に、入射光の波長に、より依存している。この理由から、従来のＬＥＤなどの比較的広帯域の光（たとえば帯域幅Ｂ≒３０ｎｍ）にこれらの要素を用いることが適切でない場合がある。ＳＬＤやＲＣＬＥＤなどのレーザまたは特殊なＬＥＤなどの狭帯域の光を用いる場合、回折要素ＤＥは、ほとんどの場合屈折要素ＲＥ１または反射要素ＲＥ２の安価な代替物を構成しまたはこれらを補足するものとして用いられる。
【００３８】
マイクロ開口またはマイクロシャッタ
画素調整要素の上述の要素により、マイクロミラーおよびマイクロレンズを構成できる。画素調整手段ＶＭの別の要素は、たとえば、制御に応じて光ビームの空間伝播を制限可能なマイクロ開口、および、制御に応じて光をブロックしまたは通過させるマイクロシャッタまたはマイクロカバーである。
【００３９】
画素調整手段ＶＭの要素の特性の向上
色収差の低減
色収差は、屈折材料の屈折率の波長依存性によって生じる光学（マイクロ）レンズの結像誤差であり、発散とも呼ばれる。異なる波長の光は異なって屈折され、したがって、レンズは異なる波長に対して異なる焦点距離を有する。色収差は異なる材料からなる複数のレンズを組み合わせることにより低減できる。たとえば、緑色ＬＥＤはＦＷＨＭ（半値全幅）帯域幅Ｂ≒λ２−λ１＝５４０ｎｍ−５１０ｎｍ＝３０ｎｍを有する。互いに最も異なる２つの波長（λ１およびλ２）が組み合わされると、これはアクロマート（achromatic）補正と呼ばれる。さらに中心波長λｃがλ１およびλ２と組み合わされると、これはアポクロマート（apochromatic）補正と呼ばれる。図１４は、（ａ）色彩（chromatic）補正、（ｂ）アクロマート補正、（ｃ）アポクロマート補正の機能原理を概略的に示す。色収差の低減は式（１）の発散の低減にもつながる。
【００４０】
上昇距離の低減
図１５中、光源Ｌからの距離ｄにおける強度Ｉが、横座標ｘに従って示されている。通常、個々の視域ＢＺの空間強度分布は重なる。３Ｄ光源３ＤＬの重要なパラメタは、いわゆる上昇距離ｄＲであり、これは、強度が最大値の１０％または９０％を仮定する２点間距離として（幾分任意に）定義される。視域ＢＺの幅ｄＢＺはここではこれらの２つの位置の距離として定義され、なお、隣接する視域ＢＺの２つの空間強度分布は同じ値をとると仮定する。
【００４１】
十分な空間的離隔のための上昇距離ｄＲは、たとえばいわゆるビーム整形器ＳＦによって低減可能である。回折ビーム整形器の場合、空間コヒーレントビームの振幅および波長の各変化によって、遠距離に種々のビームプロファイルが得られる。上昇距離ｄＲを低減するため、有利には、遠距離での空間二乗関数に対応する、いわゆるトップハットビーム形状を生成するビーム整形器を用いることができる。
【００４２】
図１６は、光源Ｌと、画素調整手段ＶＭと、ビーム整形器ＳＦとから構成された３Ｄ光源３ＤＬの構成を示す。
【００４３】
ビーム整形器ＳＦは、たとえば従来のＬＥＤの比較的広い帯域幅を有する光の場合には、画素調整手段ＶＭの回折要素ＤＥのように、限られたやり方でのみ作用する。しかし、かかるビーム整形器は、たとえば、ＳＬＤまたはＲＣＬＥＤのようなレーザまたは特殊なＬＥＤなどの代替的な狭帯域光源とともに使用できる。
【００４４】
異なる画素調整手段ＶＭの例示的実施形態
可動画素調整手段ＶＭを備えた固定光源Ｌ
図１７は、可動ミラーまたは反射器ＢＲと、固定ミラーまたは反射器ＵＲと、画素調整手段を構成するレンズＬＩとを有する固定光源Ｌのいくつかの例示的実施形態を示す。これらの例はそれぞれ２つの位置（時間ｔ＝ｔ０での位置１（Ｐｏｓ．１）、後の時間ｔ＝ｔ０＋Δｔでの位置２（Ｐｏｓ．２））を示している。しかし、これらのミラーを異なる角度および／または異なる軸（たとえば垂直方向または水平方向）で傾きを持たせることにより、３つ以上の位置も可能であり、これによりただ２つ以上の拡張画素を実現できる。
【００４５】
図１７（ａ）は、観察者に対して光源Ｌの前に配置された固定反射器ＵＲと、光源Ｌの背後に配置され、（反射器ＢＲの現在の位置に依存して）２つの異なる方向に光を偏向するおよび可動ミラーまたは反射器ＢＲ（たとえばマイクロミラー）と、を示す。画素の画像情報の送信は、全ての拡張画素（仮想画素）に関する画像情報が常に修正可能であるように、上述したように時分割方式で行われる。
【００４６】
図１７（ａ）および（ｃ）中で、発光のよりよい指向性を得るため、画素調整手段は、カセグレン式望遠鏡に類似した反射器ＢＲの実施形態で示されている。また、他の実施形態、たとえば反射望遠鏡または潜望鏡（図１７（ｄ）、図１７（ｉ）または反射器の他の形態（たとえばレトロリフレクタ））に似たものを用いても良い。図１７（ｅ）〜（ｈ）、図１７（ｊ）において、マイクロレンズＬＩを有する多数の実施形態が示されている。
【００４７】
図１８は、固定光源Ｌと、可動２Ｄ反射器ＢＲ（マイクロミラー）と、固定レンズＬＩ（マイクロレンズ）とを有する別の実施形態を示す。可動２Ｄ反射器ＢＲはたとえば互いに垂直な２つの軸において傾きを有しており、これにより、関連する光源Ｌ（赤色光源ＬＥＤ−Ｒ、緑色光源ＬＥＤ−Ｇ、青色光源ＬＥＤ−Ｂ）による発光は２つの方向に偏向可能である。端面発光光源Ｌが図１８（ａ）および（ｃ）に示されている。図１８（ｂ）および（ｄ）に示されるこれらの実施形態の面発光光源Ｌは、水平方向に発光ビームを偏向する付加的な固定反射器ＵＲ（マイクロミラー）を必要とする。図１８（ｃ）および（ｄ）に示される画素調整手段ＶＭは、さらに透明窓ＴＦを有する。
【００４８】
図１９は３Ｄ光源３ＤＬの例示的実施形態を示し、この実施形態は、３つの発光ビーム（赤、緑、青）を結合し（ビーム結合器ＳＫ）、その後、１つの可動反射器ＢＲ（２Ｄマイクロミラー）に焦点合わせする要素を有する。図１９（ａ）および（ｃ）は端面発光光源を示し、図１９（ｂ）および（ｄ）は面発光光源Ｌと、水平方向でビームを偏向するための付加的な固定反射器ＵＲ（マイクロミラー）とを示す。
【００４９】
図２０は１つの可動反射器ＢＲを有するがビーム結合器ＳＫを有しない３Ｄ光源３ＤＬの別の例示的実施形態を示す。図２０（ａ）中、３本の発光ビームは異なる角度で可動反射器ＢＲに当たる。図２０（ｂ）の例示的実施形態では、同じ角度で当たる３本の発光ビームすべてを反射する大型の可動反射器ＢＲが用いられている。
【００５０】
可動画素調整手段ＶＭを有する可動光源Ｌ
図１７に従い、図２１は、３Ｄ光源３ＤＬ自体が可動に設けられている例示的実施形態を示す。この実施形態では、３Ｄ光源３ＤＬの全ての要素、すなわち、光源Ｌおよび場合により設けられている反射器ＢＲおよびＵＲならびにレンズＬＩが互いに関して固定的に取り付けられており、しかし一方で、３Ｄ光源３ＤＬ全体はスクリーンに対して可動に設けられている。
【００５１】
光ビームを隠すためのシャッタまたはマイクロシャッタ
図２２は本発明の別の可能な拡張例を示す。これにおいて、可動（マイクロ）カバーまたはシャッタＢＶおよび／または可動（マイクロ）反射器ＢＲは、それぞれ、光源Ｌが発する光を遮断するために用いられる。図２２（ａ）は、固定光源Ｌを示し、その前には可動シャッタＢＶが設けられており、可動シャッタＢＶは時分割方式で開閉されて、異なる位置において光源Ｌからの光を出射させる。図２２（ａ）〜（ｃ）は、上述の望遠鏡の構成に基づいており、図中、望遠鏡のミラーの部分は不所望の位置における光の出射を遮断するためにも用いられる。図２２（ｄ）は、所望の方向の光を偏向し、かつ、各時点における光を遮断するために用いられるいくつかの可動反射器ＢＲの組み合わせを示す。これら例示的実施形態のすべては、もちろん、レンズなどの他の光学要素とさらに組み合わされても良い。
【００５２】
代替的光源Ｌ
上述の光源Ｌは、必ずしも１つまたは複数のＬＥＤから構成される必要はない。代替的に、他の光源、たとえば、ＲＣＬＥＤ、ＳＬＤまたはレーザが用いられてもよく、あるいは、これらが互いに組み合わされても良い。画素調整手段の部分を構成する光学導波管に光を入射させることも考えられる。
【００５３】
ＲＣＬＥＤ
共振空洞ＬＥＤ（ＲＣＬＥＤ）は、従来のＬＥＤと異なり、発光ビームの帯域幅および発散を低減させるために、光学共振器を用いる。
【００５４】
ＳＬＤ
いわゆるスーパールミネセントＬＥＤ（ＳＬＤまたはＳＬＥＤ）において、自然放出によって放出される光子は、誘導放出により増幅される（自然放射増幅ＡＳＥ）。ＳＬＤはレーザよりも実質的に小さい時間コヒーレンスを有し、そのため、３Ｄ光源３ＤＬから表示される画像中にはスペックルは拡がらない。「スペックル」は、コヒーレント光のスポット状の空間強度分布であり、光の建設的干渉および破壊的干渉により生成される。シンチレーションによって空間および時間に対して変化する周囲の屈折率は、たとえば、このような干渉現象の原因となる。発光の帯域幅は従来のＬＥＤのものよりも狭いが、レーザのものよりも広い。発光ビームの発散はレーザのものと同等である。これらの特性によって、ＳＬＤは本明細書中に記載の３Ｄ光源３ＤＬの光源として特に好ましく用いられる。
【００５５】
レーザ
時分割方式での指向性の上記のような変更は、ＬＥＤについてだけでなく（半導体）レーザについても実現可能である。レーザの単色性から、従来のＬＥＤを用いたよりも、レンズＬＩを介したコリメーション後のより低い残留（residual）発散が得られ、すなわち、視域ＢＺの一定幅でのより広い視距離が得られる。
【００５６】
光学導波管
時分割方式で画素調整手段ＶＭを用いて光学導波管の出射領域を異なる方向に偏向させてもよい。図２３には可能な構成が示されており、これにおいては、導波管クラッディングＥＬＭおよび導波管コアＷＬＫから構成される導波管から出射される光ビームＬＫの方向に作用するために、水平変位装置ＨＶＥおよび垂直変位装置ＶＶＥが用いられる。
【００５７】
制御
光源はアナログ的にまたはパルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御可能である。Ｎビットでのパルス幅変調によって、全体で２Ｎ個の異なる強度値を適応化することができる。１つ以上の３Ｄ光源３ＤＬの一体的制御は、たとえば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または結合プログラム可能論理回路（ＣＰＬＤ）を用いて実行可能である。
【００５８】
指向性の調整のための代替的技術
導波管の屈折率プロファイル
画素調整手段ＶＭの入射フィールドとして光学導波管の出射フィールドを用いるとき、マイクロレンズ、マイクロミラー、マイクロシャッタおよびマイクロ開口によってだけでなく、導波管の屈折率プロファイルの変更によっても指向性を調整できる。
【００５９】
マイクロフェーズドアレイアンテナ
精細な空間解像度での指向性の調整を実現するための別の可能な構成は、複数の光学「アンテナ」のアレイを用いるマイクロフェーズドアレイアンテナ（ＭＰＡＡ）を用いることである。指向性は、個々のアンテナにより生じる光学フィールド同士の相対位相差を変更することにより変更可能である。所定の同位相面のみが単色光で出射するため、個々の光学アンテナの光源はたとえば、（半導体）レーザから構成される。
【００６０】
３Ｄブレーキライトとしての表示装置
種々の車両タイプのブレーキライトの光バルブはＬＥＤで安定的に置換されるが、それはＬＥＤが一般により長い寿命とより高い効率を有するからである。本願書類において説明される３Ｄ光源３ＤＬは、３次元の裸眼立体警告シンボルを表示するためにも用いることができ、該警告シンボルは３Ｄブレーキライトを介して車両ＫＦＺ１の背後を走行する車両ＫＦＺ２のドライバーに警告する。このようにして、後部衝突の危険は低減可能である。たとえば、「注意」、「ゆっくり」、「ストップ」の語だけでなく、「！」のようなシンボルも画像情報としての裸眼立体警告信号として表示されてよい。
【００６１】
図２４は、３ＤブレーキライトＢＬの機械的動作を示す。可能な構成では、たとえば、裸眼立体効果のレベルを車両ＫＦＺ１のドライバーのブレーキ力に適応させても良い。３Ｄ警告シンボルは、車両ＫＦＺ１のドライバーの急なブレーキングの場合に、このようにして車両ＫＦＺ２のドライバーに３Ｄ警告信号ＷＳとして仮想的に「近付く」。車両によって供給されるデータに依存して警告または表示を３次元的に発するために、このようなディスプレイを他の大きさおよび／または車両の他の位置で設けることも考えられる。図２４に示される例示的な実施形態によれば、３Ｄ警告表示ＷＳは、（ａ）ただ１つのブレーキライトＢＬ内の３Ｄ光源を有するディスプレイにより、または、（ｂ）３Ｄ光源を有するディスプレイにより、発せられることができ、これらは車両全体に配置される。その後、種々の視域ＢＺがたとえば少なくとも１つの３Ｄ光源によって時分割方式で照明される。図２４（ｂ）において、たとえば、時間ｔ＝ｔ０および別の時間ｔ＝ｔ０＋Δｔにおける視域ＢＺが示されている。ブレーキングの強さに従って、車両ＫＦＺ１のブレーキライトの一方のみまたは両方の警告信号ＷＳが視域ＢＺにおいて車両ＫＦＺ２のドライバーに表示される。
【００６２】
図２４の例示的な実施形態によれば、３Ｄ効果は視域ＢＺに展開し、車両ＫＦＺ１に対する観察者の距離にも依存している。これは、車両ＫＦＺ２への車両ＫＦＺ１の、非常に遠距離での警告信号ＷＳの３Ｄ効果を、車両ＫＦＺ２のドライバーが見ないことを意味する。車両ＫＦＺ２のドライバーが実際に完全に必要なブレーキングをするべき、車両ＫＦＺ１に対する所定の距離内においてのみ、ドライバーＫＦＺ２の注意は３Ｄ警告信号ＷＳの３次元表示に捕らえられる。ブレーキライトＢＬは、視域ＢＺの車両ＫＦＺ１に対する距離を車両ＫＦＺ１の速度に、すなわち、速度に必要な車両ＫＦＺ１とＫＦＺ２との間の安全距離に適合化可能である。一般的に、表示装置は、天候、光、環境および運転の状態に依存してブレーキライトが発する光の指向性を変更するよう適応化可能である。
【００６３】
適応的スマートライティング
「スマートライティング」とは、ＬＥＤを用いる無線光学通信に関する技術の名称である。ＬＥＤはここでは天井の照明およびデータ送信器として同時に頻繁に用いられる。ＬＥＤの十分高速な変調によって、人間の眼は強度の時間変化を知覚できない。
【００６４】
時分割方式での光の空間偏向に関する本願書類において説明される方法によって、適応的焦点合わせが実現可能となり、これにより、スマートライティングシステムの受信器の性能（したがって実現可能なデータ速度）、および、受信セキュリティが向上される。
【００６５】
図２５は複数の画素調整手段ＶＭを用いた適応的スマートライティングと従来のスマートライティングとの比較を示す。光学通信は送信機ＳＥを構成する光源Ｌと受信器ＥＭとの間に生じ、図２５（ｂ）においては、さらに、光源Ｌが発する光を受信器ＥＭに集束させるための、画素調整手段ＶＭが設けられている。図２５（ｂ）において、受信器の性能は図２５（ａ）におけるものよりもはるかに高く、より高いデータ速度での通信が可能である。また、ハイブリッド適応的スマートライティングシステムが実現可能である。
【００６６】
図２６には、３Ｄ光源１、４、７が均一な照明を得るために用いられており、３Ｄ光源２、３、５、６、８が受信器性能を向上するために受信器ＥＭに「焦点合わせ」されていることが示されている。「画像情報」とは、これらのスマートライティングシステムにおいて、ユーザのための３Ｄシンボルまたは異なる色を発することによりデータ転送の個々の領域を特徴づけるものとして理解される。表示装置Ａの光の色または発せられる３Ｄ表示シンボルは、送信機ＳＥとの光学通信（３Ｄ光源を介しても行われる）を提供するためにユーザが受信器ＥＭ１、ＥＭ２またはＥＭ３を配置可能な領域を印づける。
【００６７】
図２７は、時分割方式でデータを送信機ＳＥから受け取る、３つの受信器ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３を有する適応的スマートライティングシステムを示す。時点（ａ）ｔ＝ｔ０、（ｂ）ｔ＝ｔ０＋Δｔ、（ｃ）ｔ＝ｔ０＋２Δｔにおいて、データが受信器ＥＭ１、ＥＭ２、ＥＭ３に画素調整手段ＶＭを用いて伝送される。ＬＥＤの代わりに、（半導体）レーザが光源Ｌ（「光学無線」）として用いられていても良く、これにより、一般により高いデータ速度で伝送されるデータが提供される。レーザビームのより低い発散によって、傍受に対して特に安全な伝送部分が実現可能である。
【００６８】
個々の３Ｄ光源の例示的実施形態
図２８は光源Ｌとして３つのレーザダイオードＬＤ（赤、緑、青）を有する３Ｄ光源３ＤＬの詳細な例示的実施形態を示す。光源ＬとしてレーザダイオードＬＤを用いることにより、コリメーションオプティクスの所与の焦点距離において、レンズＦＡＣを介したコリメーションにおける発光ビームの残留発散ができるだけ小さく得られるという利点が実現される。３つのレーザダイオードＬＤは共通のサブマウントＳＭ上に設けられている。サブマウントＳＭはレーザダイオードＬＤおよびフォトダイオードＰＤのための共通の取付ベースを形成し、場合により付加的な冷却体（ヒートシンクインタフェースＨＳＩ）に設けられていても良い。レーザダイオードＬＤおよびＦＡＣレンズＦＡＣは互いに正確な相対位置で配置される必要があるため、サブマウントＳＭおよびヒートシンクインタフェースＨＳＩは、加熱により事実上変形しない材料からなる。
【００６９】
ＦＡＣレンズＦＡＣはいわゆる「速軸コリメータ」レンズとしてシリンダ状に形成されており、レーザダイオードＬＤが発する光を１つの空間次元、いわゆる「速軸」ＦＡにおいてのみコリメートする。「速軸」に垂直な方向、いわゆる「遅軸」において、レーザビームは、コリメートされずに、可動要素を構成するマイクロミラーに当たる。「速軸」の残留発散を小さく維持するため、ＦＡＣレンズＦＡＣはたとえば非球面のレンズ形状を有する。反射を防ぐため、ＦＡＣレンズＦＡＣは反射防止コーティングをさらに有して良い。
【００７０】
ヒートシンクインタフェースＨＳＩおよびマイクロミラーＭＳを有するサブマウントＳＭは、共通の基板ＳＵＢ上に設けられている。この基板はたとえば「立体成型回路基板（molded interconnect device）」ＭＩＤとして構成されている。ＭＩＤ技術を用いて、導体路およびスルーコンタクト（ビア）を直接異なるプロセスタイプ（たとえば立体回路形成技術（laser direct structuring）または二色射出成形加工（two-component injection molding））によって設けることができ、これにより、電気コンポーネントおよび電子光学コンポーネント（ＬＤ、ＰＤ、ＭＳ）のコンタクトパッドが３Ｄ光源３ＤＬの底部のコンタクトパッドと接続される。これは底部側で制御エレクトロニクスを簡単かつ直接に接触させるために有利である。
【００７１】
図２９は、原色である赤、緑、青の３つのレーザダイオードＬＤと、３つの関連するフォトダイオードＰＤとから構成される集積型ＲＧＢ光源Ｌを示す。フォトダイオードＰＤの目的は、レーザダイオードの後面ファセットにおける光学出力を測定し、前面ファセットでの実際の光学出力を決定することである。変化する環境状態においても三原色を混合することにより十分定められた出力色を提供するために、この情報は必要である。さらに、この情報は、観察者の眼の安全を保証するためにも用いられる。この理由から、レーザダイオードＬＤの光学出力は、すべての時点において光学出力が確実に光学出力の最大許容値以下にあるように、表示装置Ａの動作の間、連続的に測定される。フォトダイオードＰＤの別の機能はレーザダイオードＬＤのエージング効果の補償である。レーザダイオードＬＤの光学出力は一般に経年的に低下する。フォトダイオードＰＤを介した出力を連続的に測定することにより、これらのエージング効果はレーザダイオードＬＤの適切な調整制御により補償可能である。
【００７２】
フォトダイオードＰＤの活性面は、光源への反射戻りを避けるため、たとえば、ｘ軸および／またはｙ軸に対する光源の配向に関して傾きをもって取り付けられている。光源ＬＥＤ−Ｒ、ＬＥＤ−Ｇ、ＬＥＤ−ＢおよびフォトダイオードＰＤは、たとえば図２９に示されるサブマウントＳＭ上にともに取り付けられている。このサブマウントＳＭ自体は、ＦＡＣレンズＦＡＣとともに、より大きいヒートシンクインタフェースＨＳＩ上に設けられていても良い。レンズは一般に異なる波長に対して異なる屈折率を有し、結果的に、異なる焦点距離を有するため、レンズは、ＦＡＣレンズＦＡＣを介したコリメーションの際の各残留発散を最少化するために、光源ＬＥＤ−Ｒ、ＬＥＤ−Ｇ、ＬＥＤ−Ｂを異なる距離ｄｒｅｄ、ｄｇｒｅｅｎ、ｄｂｌｕｅで取り付けることが有利である。速軸ＦＡ（ｙ軸方向）のＦＡＣレンズＦＡＣを介したコリメーションの際、ＳＡＣレンズＳＡＣ（「遅軸コリメータ」）を介した遅軸のコリメーションを場合により行っても良い。マイクロミラーの制御は、１Ｄまたは２Ｄマイクロスキャナミラーとして実現されてもよい。マイクロミラーの制御は、開ループ制御（マイクロミラーの実際の機械取付角の測定およびフィードバックを伴わない）または閉ループ制御（マイクロミラーの測定された実際の機械的取付角への制御の適応化を伴う）として実施可能である。
【００７３】
解像度増大の例示的実施形態
図３０は解像度が増大された３Ｄ光源３ＤＬの別の例示的実施形態を示す。光源Ｌが発する光は、可動および／または固定画素調整手段ＶＭにより、コリメート光ビームをレンズ面に垂直な方向に偏向させるレンズＬＩにガイドされる。レンズＬＩはここでは、確実に光の伝播方向でのコンパクトなサイズとするよう、たとえばフレネルレンズとして構成されている。レンズＬＩにより偏向されたビームは、その後拡散器Ｄに当たり、拡散器Ｄは、より大きな視野角を実現するよう、大きな発散角θで光を散乱させる。したがって、拡散器Ｄの出射領域には少なくとも２つの拡張画素が展開されており、これらは時分割方式で順次制御される。拡張画素の配置は行および／または列とすることができる。
【００７４】
図３１は、３Ｄ光源３ＤＬの２つの行および２つの列を含むアレイから構成されている表示装置Ａの別の例示的実施形態を示す。３Ｄ光源３ＤＬのそれぞれは、スクリーン全体の所定の空間的に限定された領域に拡張画素を表示する。
【００７５】
連続した視域
図１５、および、図１６にかかるビーム整形器を含む例示的実施形態は、隣接する視域ＢＺの強度分布がどのように重なるか、および、隣接する視域ＢＺの画像情報の空間分離がビーム整形器によってどのようにして向上可能であるかを説明している。たとえばレンチキュラーレンズまたはパララックスバリアに基づく裸眼立体表示に関する従来の技術では、視域の数ＮＢＺの増加は、不可避的に同じ係数分の有効解像度および有効輝度の低下をもたらす。解像度は任意に増やせないため、同様に、視域ＢＺの数も制限される。換言すれば、裸眼立体視窓の一定の全体幅では、視域ＢＺを所望のように不定に小さくできない。図３２に、映像スクリーンの遠距離での視域ＢＺの理想的な空間分離を見ることができる。図３３は、実際に実現可能的な空間強度分布を示し、一般には、各隣接する視域ＢＺ内の低強度Ｉを有する視域ＢＺの画像情報の重なりが存在する。
【００７６】
本発明にかかる表示装置Ａによって、解像度の損失のない裸眼立体効果を実施することがまさに初めて可能となる。さらに、個々の視域ＢＺの幅は、非常に大きい距離においてもレーザダイオードＬＤの「速軸」ＦＡのコリメーションによって非常に小さく維持できる。特に有利な例示的実施形態では、可動要素は連続的に動かされ、表示される画像情報は、時間に同期して連続的に変化する。速軸ＦＡのコリメーションと、マイクロミラーの偏向の連続的な変化とを組み合わせることにより、離散した数の視域ＢＺの実現できるだけでなく、連続した視域ＢＺを実質的に任意の数で実現できる。２つの隣接した視域ＢＺの間に表示されるコンテンツは実質的に変わらないため、光源の制御の際、連続した画像情報は好ましくは適したアルゴリズムによって補間される。すなわち、重なりはわずかな程度しか乱されない。連続した視域ＢＺを含むこの構成における表示装置の強度発散が、図３４に概略的に示されている。
【００７７】
遠距離における映像スクリーンのレーザビームの無限小に小さい拡張という限定的なケースが、ＮＢＺ→∞個の視域を用いた３次元コンテンツの正確かつ現実的な表示に対応する。観察者がｘ軸に沿って動くとき、隣接する視域ＢＺ間の嫌な推移は知覚されない。
【００７８】
視域角の拡大を含む例示的実施形態
観察者が画像壁の面法線に対して存在しうる角度を拡大するためには、いくつかのとりうる手段が存在する。簡単な解決策はマイクロミラーの最大機械偏向角を拡大することである。一般に、このようなマイクロミラーの設計に関して、走査速度、物理サイズおよび偏向角度を考慮に入れなくてはならないため、他の潜在的に重要でない変数を犠牲にして、最大機械偏向角の拡大のための所定程度の自由度が得られる。
【００７９】
垂直方向の視域角を拡大するために、さらに、光源が発する光を垂直方向にさらに偏向する２次元マイクロスキャナミラーを用いることができる。
【００８０】
垂直方向の視域角はさらに、付加的な発散レンズにより拡大されたレーザダイオードの「遅軸」の発散角度分拡大可能である。この発散レンズは光路のマイクロミラーの前または背後に設けることができ、後者の位置が好ましい。発散レンズによる水平方向の視域角の拡大も、同様に有用であり、しかしこの場合、視域の幅も拡大される。
【００８１】
垂直方向および水平方向の視域角は、屈折性光学要素により拡大可能である。１つの可能な構成は、残留発散を大きく増大させることなく１本の入射ビーム光を複数のビーム光に分割する屈折性ビームスプリッタである。元のビームの屈折角は、（赤、緑、青毎に異なる）光の波長に依存するため、これは対応して調整される制御により修正する必要がある。
【００８２】
図３５は、ビームスプリッタ（図中ビームスプリッタＢＳとして示す）を有する光学システムの概略的構成を示す。レーザダイオードＬＤが発するビーム光はＦＡＣレンズＦＡＣによりただ１つの空間方向にコリメートされ、その後、ビームスプリッタＢＳに当たる。ビームスプリッタＢＳは速軸（ここではｙ軸）においてコリメートされたビームをＮ本のビームに分割し、この際、ｙ軸における個々のビームの残留発散は最適には全くまたはわずかしか拡大しない。しかし、遅軸ＳＡ（ここではｘ軸）において、ビーム光はＦＡＣレンズＦＡＣによりコリメートされない。ｘ軸において、ビームスプリッタＢＳは実質的に発散レンズの機能を果たす。
【００８３】
図３６は、ビームスプリッタＢＳを含まないものと比較した遠距離におけるビームスプリッタＢＳでもって得られる強度分布を示す。図３６上部の１つの線は、図３６下部の遅軸ＳＡ（ここではｘ軸）の方向における複数のより長い線となる。
【００８４】
図３７は、ＮＢＺ＝３個のみの異なる視域ＢＺの簡単な場合に関する図３６の強度分布の時間的動きを示す。表示される画像情報は、走査方向ＳＲにおいて間隔Ｔ＝ＮＢＺΔｔ＝３Δｔで繰り返される必要がある。この構成は、別の数の異なる視域ＢＺについてももちろん一般化できる。ビームスプリッタＢＳおよび／または発散レンズを用いることにより、観察者が存在しうる表示装置の前の領域が実質的に拡大可能であるという利点が得られる。
【００８５】
曲面状の裸眼３ＤＬＥＤ表示装置
図３８は曲面状の裸眼立体スクリーンの形態の表示装置Ａの例示的実施形態を示す。観察者が完全に照明される領域ＶＢＺに存在する場合、そのとき観察者はスクリーン全体上の裸眼立体画像を知覚することができる。しかし、観察者がいわゆる半暗部（半影領域）ＨＳＺにいる場合、そのとき観察者は自身の位置によっては画像の一部しか知覚的できず、スクリーンの一部は黒として知覚される。観察者がいわゆる暗部（陰領域）ＳＺにいる場合、スクリーン全体が観察者には黒に見える。表示装置Ａの凸型または凹型の実施形態により、個々の場合に適した３Ｄ表示映像表示が可能となる。
【００８６】
マルチコンテンツ表示装置
本発明にかかる表示装置により、異なる観察者に対して全く異なるコンテンツを表示することも可能である。たとえば、第１の観察者はフットボールの試合を見て、第２の観察者は同時に長編映画を見ることができる。この構成において、２つのコンテンツを３次元的に表示することもできる。図３９はマルチコンテンツ映像スクリーンとしての、本発明にかかる表示装置の例示的実施形態を示す。３人の観察者Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はマルチコンテンツ表示装置Ａ上でそれぞれ異なる画像情報を見る。コンテンツ領域ＣＺ１、ＣＺ２、ＣＺ３は固定的に定められており、各領域でそれぞれ異なるコンテンツまたは映像コンテンツが知覚される。コンテンツ領域ＣＺを適応的に変化させることが特に有利である。たとえば、動き検出器は観察者の動きを追い、その際、表示装置は以下のようにコンテンツ領域ＣＺを変化させることができ、すなわち、たとえ、観察者が表示装置の前で動いても、観察者が自身のコンテンツ領域において自身のコンテンツとともに常にあるように変化させることができる。２Ｄマルチコンテンツ映像スクリーンの光ビームは、３Ｄ映像スクリーンのそれよりもはるかに大きい発散を有しうる。
【００８７】
代替的光源
上述の実施形態では、レーザ、ＬＥＤ、スーパールミネセントＬＥＤ、共振空洞ＬＥＤが光源として挙げられている。しかし、たとえば、ＲＧＢ光源をレーザダイオードで実現するために、以下の構成が可能である。
・３つのダイレクトレーザダイオード、すなわち、赤、緑、青用にそれぞれ１つのＬＤ
・少なくとも１つの色は周波数逓倍（第２高調波生成ＳＨＧ）効果により実現される。
・少なくとも１つの色はルミネセンス変換効果により実現され、これはたとえばＵＳ２０１０／０１１８９０３Ａ１に記載されている。
【００８８】
表示装置を用いた背景照明
本発明にかかる表示装置Ａは、液晶表示装置（ＬＣＤ）などのスクリーン用の背景照明としても用いることができる。このようなスクリーンの従来の背景照明は冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）により現状では行うことができる。
【００８９】
表示装置が背景照明のための可動要素と共に用いられる場合、解像度の向上と同様に、光源が発する光は、時分割方式でスクリーン上の異なる位置へと偏向され、スクリーンを照明する。したがって、光源の適切な制御によって、より高いコントラスト値を得るために、選択的に個々の領域を照明することができる。たとえば表示されるシーンが黒背景の前の物体を含む場合、たとえば、黒背景の位置での背景照明が完全にオフにされる一方で、物体が位置する画像の位置が照明される。したがって、背景照明の文脈において表示される本発明における画像情報は一般に白黒画像であるが、ただしいくつかのモノクロ階調も可能である。しかし、ＣＣＦＬの背景照明の場合、局所的背景照明はオプションではなく、このため、この種の背景照明を有するスクリーンは一般に非常に比較的悪い黒レベルを有する。
【００９０】
レーザダイオードを有する背景照明の実施形態
従来の多色ＬＣＤスクリーンは、３つのサブピクセルに通常は分割されているピクセルを用いる。これらのサブピクセルのそれぞれは、原色の１つ（赤、緑または青）に対して透明な色フィルタを備える。フィルタの帯域幅は、低い帯域幅での高い彩度および色忠実度の間の評価、ならびに、高い帯域幅でのより高い表示輝度に基づいて決定される。ＣＣＦＬ背景照明を用いると、輝度およびスペクトル特性に悪影響を与えるエージング効果が増す。
【００９１】
ＬＥＤと選択的色フィルタとの組み合わせによれば、ＣＣＦＬ背景照明と比較して大きな向上が得られる。しかし、ＬＥＤ背景照明を表す表示は、その比較的高い帯域幅の固有特性によって、ＬＥＤが発する光の最適な彩度および色忠実度を有しない。
【００９２】
しかし、レーザダイオードが発する光は、きわめて狭い帯域幅を有し、これにより理論的には解像力に関して完全な彩度および色忠実度が提供される。
【００９３】
ＬＣＤスクリーン用の光源としてレーザダイオードの別の大きな利点は、発光が偏光されることである。ＬＣＤセルは、その伝送軸が互いに垂直であり、電気制御可能な液晶が間に配置されている２つの偏光子から構成されているので、ＬＥＤまたはＣＣＦＬのような非偏光背景照明の場合には光パワーの約半分が常に失われる。線形偏光レーザ光を用いる背景照明の場合、本発明において提案されているように、ほぼ１００％（スクリーンが発する光出力と背景照明の光源が発する光出力との比）の効率が可能である。
【００９４】
マイクロアレイを有する背景照明の実施形態
背景照明ユニットおよびすなわちスクリーンの狭い構成を提供するため、たとえば、付加的な反射性要素、屈折性要素および／または発散性要素によりマイクロミラーの最大光学偏向角度を拡大することが有利である。その実施例は発散レンズまたは回折格子である。
【００９５】
一般的注記
ＭＥＭＳマイクロシステムは、当業者、たとえば、センサ技術分野の当業者に知られており、たとえば、慣性センサの実現に用いられる。このＭＥＭＳ技術の使用は、光源の光の偏向用の可動要素の実現に特に有利である。
【００９６】
本発明の表示装置は、種々の異なる製品に適用可能である。画素調整手段を介した光源が発する画素の倍化により、ならびに、発光の偏向または集束により、最も異なる新たな適用を実現可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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