(57)【要約】  【課題】  【解決手段】本当の３Ｄディスプレイを生成するシステム及び方法であって、観察者の目はそれぞれ異なるシーン見るだけでなく、観察者が頭を動かし、又はディスプレイスクリーンに対する或る角度位置から別の角度位置までの位置を変化させると、シーンが変化するシステム及び方法である。一実施例では、システムは、一組の２Ｄ画像プロジェクタとディスプレイスクリーンとを具えている。２Ｄ画像プロジェクタは、個別の２Ｄ画像をほぼ焦点が合うようにディスプレイスクリーンに投影するように構成されている。このディスプレイスクリーンは、２Ｄ画像それぞれの各ピクセルを小さな角度スライスに拡散（又は反射）する。これにより、ディスプレイスクリーンを観察する観察者が、それぞれの目により２Ｄ画像の異なる映像を見ることができる。さらに、それぞれの目により見られる画像は、観察者がディスプレイスクリーンに対して頭を移動させると変化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の２Ｄ画像プロジェクタと、
前記２Ｄ画像プロジェクタに光学的に結合されたディスプレイスクリーンとを具えるシステムであって、
前記２Ｄ画像プロジェクタが、個別の２Ｄ画像をほぼ焦点が合うように前記ディスプレイスクリーンに投影するように構成されており、
前記２Ｄ画像それぞれの各ピクセルが、前記ディスプレイスクリーンから小さな角度スライスに投影され、前記ディスプレイスクリーンを観察する観察者が、それぞれの目で異なる画像を見ることができ、前記観察者が前記ディスプレイスクリーンに対して頭を移動させると、それぞれの目が見る画像が変化することを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ディスプレイスクリーンが、拡散ディスプレイスクリーンを具えていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ディスプレイスクリーンが、反射ディスプレイスクリーンを具えていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ディスプレイスクリーンが、前記２Ｄ画像それぞれの各ピクセルを実質的に非対称的な角度スライスに投影することを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、前記ディスプレイスクリーンが、約６０度の垂直角と約１度の水平角を有する角度スライスに各ピクセルを投影することを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ディスプレイスクリーンが、前記２Ｄ画像それぞれの各ピクセルを実質的に対称的な角度スライスに投影するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、各２Ｄ画像プロジェクタがマイクロディスプレイを具えていることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、各マイクロディスプレイが、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エルコス（ＬＣＯＳ）マイクロディスプレイ、及び強誘電性液晶マイクロディスプレイで構成される群から選択される装置を具えていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、各マイクロディスプレイが３以上のサブディスプレイを具えており、各サブディスプレイが異なる色の光によって照射されることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項７に記載のシステムにおいて、各マイクロディスプレイが、移動可能なミラーにより１以上の投影レンズに光学的に結合されることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、前記ミラーが、前記マイクロディスプレイをスキャンして、前記２Ｄ画像のうちの対応する一の画像をピクセル毎にラスター走査形式で前記ディスプレイスクリーン上に形成するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項７に記載のシステムにおいて、少なくとも１のマイクロディスプレイの光学軸が、前記マイクロディスプレイに光学的に結合され、かつ前記マイクロディスプレイからの対応する２Ｄ画像を前記ディスプレイスクリーンに投影するように構成された１以上の投影レンズの光学軸からのオフセットであることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項７に記載のシステムにおいて、各マイクロディスプレイが、ホログラフィックのレンズのない投影画像を前記ディスプレイスクリーンに投影するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項７に記載のシステムがさらに、前記マイクロディスプレイに光学的に結合され、かつ前記マイクロディスプレイにより形成された画像を前記ディスプレイスクリーンに投影するように構成された２以上の投影レンズを具えていることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、前記投影レンズが、１以上の水平な列を形成することを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項７に記載のシステムがさらに、前記マイクロディスプレイに結合され、かつ前記マイクロディスプレイを照射するように構成された１以上の照射源を具えていることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記照射源が、実質的に空間的及び時間的なコヒーレントであることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記照射源が、光ファイバにより前記マイクロディスプレイに結合されることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記照射源が、複数の異なる色に連続的に変化することを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記照射源が、ＵＨＰランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、高輝度ランプ、ＬＥＤ、及びレーザで構成される群から選択されることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
複数の個別の２Ｄ画像を生成するステップと、
前記個別の２Ｄ画像をほぼ焦点が合うようにディスプレイスクリーンに投影するステップと、を具える方法において、
前記２Ｄ画像それぞれの各ピクセルがさらに、前記ディスプレイスクリーンから小さな角度スライスに投影され、前記ディスプレイスクリーンを観察する観察者が、それぞれの目で異なる画像を見ることができ、前記観察者が前記ディスプレイスクリーンに対して頭を移動させると、それぞれの目で見られる画像が変化することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に３次元（３Ｄ）ディスプレイの分野に関する。具体的には、本発明は、眼鏡を使用することなく、または観察者の位置をトラックすることなく、各観察者の目が僅かに異なるシーンを見（立体視）、それぞれの目によって視聴されるシーンは、目が位置を変化するとともに変化する（視差）、複数の観察者に適した本当の３Ｄディスプレイのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過去１００年間、多くの努力が３次元ディスプレイ（３Ｄ）の開発に投入されている。現在のところ、これらの努力が真に満たされていない。球体１内部の回転盤上の照明のＤＭＤ（デジタルミラー装置、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）映写、交互にクリアにされ、又は３Ｄボリューム３を映すために拡散する複数のＬＣＤ分散パネルからなる別の容積測定ディスプレイ（ＬｉｇｈｔＳｐａｃｅ／Ｖｉｚｔａ３Ｄ）、ユーザがゴーグルを付ける必要のある立体的なシステム（「Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｅｙｅｓ」等）、二面立体システム（視差バリアを有する実際のデュアル２Ｄシスプレイ、例えば、Ｓｈａｒｐ  Ａｃｔｉｕｓ  ＲＤ３Ｄ）、及びレンズ状の立体的な配列３（異なる方向に配置された多くの小さなレンズ、例えば、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  ｎｉｎｅ−ａｎｇｌｅディスプレイ、ＳＩＤ、２００５年春）を含む３Ｄディスプレイ技術が存在する。これらのシステムの多くは、ユーザの目において本当の３Ｄパースを生成することにあまり成功せず、または読者が自身の職場でこれを目にすることがない事実が証明するように使用するのが不便である。シャープのノート型パソコンのみが、２つの視野（左目及び右目、それぞれの目に対して単一の角度）を提供し、ＬｉｇｈｔＳｐａｃｅは、非常によい画像を生成するが、ボリュームが制限されており（総てがモニターの内部に配置される）、プロジェクションディスプレイとしてユーザにとって非常に扱いにくい。
【０００３】
これらの技術を超えて、イギリス及び日本の双方で本当のホログラフィーディスプレイを製造する努力がされている。ホログラフィーは、１９４０年代後半にＧａｂｏｒ４により発明され、レーザ及び軸外ホログラフィーの発明とともに繁栄し始めた。イギリスの作業は最も進んでおり１１、７ｃｍ以下の大きさで視角（ＦＯＶ）が８度のディスプレイを実際に製造した。これは印象的であるが、物理法則によりモノクロでこの７ｃｍの範囲を生成するのに１億ピクセル（Ｍピクセル）を必要とし、人間の目が、実際の視距離から解析できるよりも多くのデータを表示する。６０度のＦＯＶを有する実際の５０ｃｍ（２０インチ）のカラーのホログラフィーのディスプレイは、５００ナノメートル（ｎｍ）ピクセル（物理的でない場合、少なくとも光学縮小（demagnification）の後）を必要とし、Ｔｅｒａｐｉｘｅｌ（１０兆ピクセル）ディスプレイ以上を必要とする。これらの数は、近い将来は完全に実現不可能であり、地平視差のみ（horizontal parallax only）（ＨＰＯ、又は水平面のみで３次元）にすることは、３Ｇピクセル（３００万ピクセル）に低減する必要がある。単位フレームあたりの３Ｇピクセルさえ、未だに非常に実現不可能な数であり、このディスプレイでは、通常の作動距離で人間の目が必要とする１０倍のデータを必要とする。典型的な高解像度ディスプレイは２５０ミクロンピクセルを有しており−５００ｎｍピクセルを有するホログラフィーのディスプレイはこれよりも密度が高い５００の要素である−人間の目が必要としあるいは通常の視距離で使用するよりも明らかに多くのデータがホロフラフィーディスプレイに含まれる。本当のホログラフィーディスプレイでは、この信じられない多くのデータ密度は無駄である。
【０００４】
図１は、現在の容積測定３Ｄディスプレイを示している。この技術は驚くべきであるが、ガラスボールに覆われた回転対象は、シーンに含まれる機会がないため、インタラクティブ技術、没入（immersive）技術、又は遠隔共同研究にとって不十分な候補である。これはまた、透明なディスプレイにおける総ての対象についのさらに難しい問題である。
【０００５】
別の容積測定３Ｄディスプレイの形態は、Ｂａｌｏｇｈ１２，１３，１４，１５により提案され、Ｈｏｌｏｇｒａｆｉｋａにより開発された。このシステムは、ビュースクリーン上に画像を生成しないが、間隔の開いたピクセル位置で光線を放射する（現実−スクリーンと観察者との間を交差する光線、あるいは仮想−観察者が見るスクリーンの背後を明らかに交差する光線のいずれか）。この種の装置の解像度は、スクリーンから離れる光線の分散により非常に制限され、必要な解像度（ピクセルの大きさ及び全体のピクセルの数）は、大きなビューボリュームでは非常に高くなる。
【０００６】
Ｅｉｃｈｅｎｌａｕｂ１６は、高速の光バルブと光線操作装置を用いて複合のオートステレオスコーピック（autostereoscopic）（眼鏡を必要としない３Ｄ）の視覚領域（通常、８が言及される）を生成する方法を教示する。このシステムは、本当の３Ｄディスプレイに必要な連続して変化する視覚領域を具えておらず、非常に複雑で多量の光を有する。これは、複数の水平線（小さな垂直角度により分離される）に光を配置する方法を教示しておらず、連続して変化するオートスコーピックビューが実現されない。これはまた、単一の光バルブから総ての画像を生成するという不利点を有しており（したがって、非常に複雑な光システムを必要とする）、連続して変化する視覚領域に必要な帯域を実現できない。
【０００７】
ナカムラ等１７は、投影光、小さな開口、大きなフレネルレンズを具えたマイクロＬＣＤディスプレイの配列を提案している。この開口は画像の方向を分離し、大きなフレネルレンズは画像を垂直のディフューザスクリーンに集める。このシステムは、１）光の活用性が乏しく（多くの光が開口により無駄になる）、２）非常に高価な光及び多くの光を必要とするが、画像の質が非常に乏しい、３）マイクロＬＣＤディスプレイの２Ｄ配列を提供するのに非常に高価な電子機器を必要とするなどの多くの問題を有する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、観察者の目がそれぞれ異なるシーンを見るだけでなく、観察者が頭を動かし、又はディスプレイスクリーンに対して、ある角度位置から別の角度位置に観察者の位置を変化するときに、シーンが連続して変化する本当の３Ｄディスプレイを製造する方法の明確な必要性がある。複数の「角度スライス」（特定の角度有利点（angular vantage point）からカメラにより視聴されるシーン）が視聴スクリーンに投影される。必要に応じて（すなわち、視聴角度が投影角度よりも大きい場合）、視聴スクリーンは、シーンを投影する投影レンズにより照射される角度を特定の垂直及び水平角スライスに拡散し、ここでは拡散は非対称である。ディスプレイスクリーンを観察する観察者は、特定の角度スライスのためのピクセルを照射する投影レンズを介して観察者の目から投影される光線が３Ｄシーン内で写る３Ｄのシーンの一部を見る。高解像度の場合、各角度スライスについての各ピクセルからの発射角（departing angle）は１度以下である。特に、地平視差のみ（ＨＰＯ−水平次元のみ（horizontal dimension only）の３Ｄ画像を提供する）３Ｄディスプレイの場合、Ｎ個の完全な画像は、ディスプレイに対して水平なＮ個の角度位置からディスプレイに投影される。ディスプレイ上の各ピクセルは、特定の画像からの光を大きな垂直の角度に投影するが（すなわち、これは垂直方向の非常に大きな角度で視聴できる）、光は角度スライスに水平に拡散し、特定のピクセルを介した各投影からの光は、Ｎにより分割されたディスプレイの水平角の視角（ＦＯＶ）と等しい水平角スライスに拡散する。したがって、αが水平角ＦＯＶである場合、Ｎ番目の投影レンズにより照射されたディスプレイ上の特定のピクセルからの光は、Ｎ番目の画像の投影がピクセルに当たる角度を中心とする水平角α／Ｎに拡散する。拡散性のあるビュースクリーンに投影される画像の数は、ディスプレイの解像度を上げるために（角度スライスがより小さな視野角に投影される）、あるいはディスプレイのＦＯＶを増加させるために（同一の増加する視野角を有する追加の角度スライスが追加され、ディスプレイのＦＯＶ全体を増加させる）増やすことができる。同様に、完全なパララックスビューイングの場合、水平次元のＮ個のプロジェクタと垂直次元のＭ個のプロジェクタを有するプロジェクタの配列が使用され、各ディスプレイの角度スライスは、必要とされる投影の拡散角に対応するＮ個に分割された水平のＦＯＶと、Ｍ個に分割された垂直のＦＯＶである。完全な視差の場合、プロジェクタの角度の拡散自体であり、ディスプレイが提供されないか、あるいは単純な黒色のディスプレイが提供される。あるいは、ディスプレイスクリーンは、必要に応じて水平及び垂直の拡散を提供する。
【０００９】
本発明を構成する利点及び特徴の明確な概念や、本発明により提供される模範的なシステムの構成要素及び操作の明確な概念は、例を参照することにより容易に明らかとなるであろう、したがって、本明細書に添付され、本明細書の一部を構成する図面に示された実施例を制限するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明および本発明の様々な特徴と利点の詳細は、添付図面に示され、以下の説明に詳細に説明された非限定的な実施例を参照することにより、より完全に説明される。周知の構成要素と処理技術の説明は、本発明の詳細を不必要に不明瞭にしないために省略されている。
【００１１】
システムの概略
本発明は、本当の３Ｄディスプレイを提供する。すなわち、観察者が頭を新しい視角に移動させる場合、観察者は事前に見られなかったものを見、観察者が実際に頭を右に移動させると、事前に見られなかった左側のコーナー周囲のものを見る。通常の２Ｄディスプレイの場合、これは当てはまらず、観察者が頭を動かすとシーンが同じであり、新しい物が見えないことに留意すべきである。これはまた、２重の立体視及び自動立体視ディスプレイに当てはまり、異なる視界がそれぞれの目に提供され、観察者が頭を移動させると新しい物が見えず、シーンの実際の部分及び／又は立体視効果が消える。
【００１２】
具体的には、新しい角度スライスディスプレイが、複数のシーンの視界（異なる角度からの各視界）によりディスプレイを照射することにより３Ｄディスプレイを提供する。各投影は、特定の角度からの視界によりディスプレイスクリーンを完全に照射する。この好適な実施例の場合、ビュー／ディスプレイスクリーンは、広範な垂直方向の角度（すなわち、６０度以上）、非常に小さい水平方向の角度（すなわち、１度程度−これより小さい角度も可能である）で投影されたシーンの光を拡散させる。したがって、観察者は、各角度プロジェクションから投影される垂直の「角度スライス」を見、それぞれの目は、投影された各シーンの異なる垂直の角度スライスを見る。これは図２に示されている。ある位置にいる観察者のためにディスプレイスクリーンを完全に照射すべく、十分なシーンが、ディスプレイに投影されなければならず、これにより、観察者の目からスクリーンまでの総ての垂直な角度スライスプロジェクションのために投影されたシーンが存在する（各垂直のスライスは、例えば約１度以下である）。したがって、３０度の水平な視界の場合、観察者が、ディスプレイスクリーンが３０度の水平な視界（プロジェクションごとに約１度の水平方向に拡散した角度スライス）を有する位置から完全なシーンを見る場合、少なくとも３０のシーンが、ディスプレイスクリーンに投影されるべきである。投影された各ビューがスクリーンを完全に照射することは繰り返す価値はないが、この照射からの個別のピクセルそれぞれのみが約１度の視界を超えて投影する。さらに、このシステムの場合、総てのプロジェクションが部分的に覆う同じシーンを投影するために、様々なプロジェクションは総て調整されるべきであり、また、プロジェクションは、立体視を正確に提供すべく強さ及び視角のために調整されるべきである。立体視を実現すべく（それぞれの目が特定の対象物の僅かに異なる角度からの光景を見る）、この光景は、各目の特定の垂直のスライスを介して、異なる投影レンズから来る。角度スライスディスプレイを用いて立体視を実現することが、図４に示されている。
【００１３】
高解像度のコンピュータモニタとして使用される大きさを有する好適な商用の３Ｄプロジェクションディスプレイの特性が、エンジニアリングプロトタイプとともに以下の表１に要約されている。総ての２Ｄ特性は、利用可能な高品質の２Ｄモニタの仕様から帰納的に取得される。視界は多くのモニタの視界ほど大きくないが、一部のモニタは、これらの仕様を超えた角度で見られる。必要とされる角度分解能は、ホロフラフィックのステレオグラムから帰納的に取得される。
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【００１４】
ディスプレイを製造するのにいずれの種類の技術が用いられるかを論じることなく、これは、高解像度の３Ｄディスプレイに必要なピクセルの数を導く。１度以下の分解能と垂直方向の３０度×水平方向の６０度のＦＯＶを用いることにより、完全な視差のフルカラー（物理的なピクセル毎の３色のピクセル）ディスプレイは、フレーム毎に約１０Ｇピクセル、又は同様のホログラフィックディスプレイよりも少ない１００の要素を必要とする。
【００１５】
地平視差のみ（ＨＰＯ）３Ｄディスプレイは、色毎に３つのピクセルでフルカラーの約３６０Ｍピクセルを同じように必要とし、または各ピクセルがフルカラーの１２０Ｍピクセルを必要とする（例えば、時間で連続的な色）。これは、本当のホログラフィックのＨＯＰフルカラーディスプレイに必要な３Ｇピクセルからの桁数の削減であり、通常の作動距離で人間の目が必要とする解像度により近づく。総ての自明な要求ではないが、これらの数は利用可能な技術の範疇であり、以下に説明するように、例えば、スキャニングミラーを具える１２のＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＤＭＤ空間光モジュレータを利用して、潜在的に実現可能である。移動しない部材のディスプレイの場合、６０のＤＭＤは、フルカラーの（２４ビットで連続的にストロボの色）６０度のＦＯＶを有するＨＰＯ装置を提供する。これは現在のところ多くのチップに思われるが、これらのチップは非常に時妙が長く（基本的に壊れない）、比較的に電力消費が少なく、技術の進歩とともに価格が下がり、フレーム毎の移動しない部材のフルカラーの１２０Ｍピクセルのディスプレイを非常に魅力的な３Ｄディスプレイに変化させる。任意の高解像度のマイクロディスプレイ又はマイクロディスプレイプロジェクタを用いることができ、このシステムはＤＭＤ装置の使用に限定されないことに留意すべきである。例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＬＣＯＳ（シリコン上の液晶）、または強誘電性マイクロディスプレイを利用することができ、同様に、画像の投影に適した高解像度のマイクロディスプレイに加えてピクセルスキャニングレーザ照射装置を利用できる。
【００１６】
エンジニアリングプロトタイプディスプレイは、商用のプロトタイプとは非常に異なる。エンジニアリングプロトタイプ角度スライスディスプレイを初めて製造することにより、技術を安価で利用できる。このディスプレイは、最小で３つのチャネル、最大で１０のチャネル（角度スライス）の費用のために設計及び製造された名目上はモノクロのシステムである。商用のプロトタイプの場合、少なくとも２０チャネルを有するフルカラーシステム（初めの商用のプロトタイプ）と、６０チャネルシステムは完全に妥当である。角度スライス技術は、本当のホログラフィーが必要とする非常に無駄なデータ密度を要することなく、フルカラーの３Ｄディスプレイに拡大し、さらに大きなディスプレイサイズに拡大する。これは、通常のユーザ距離で人間の目が認識できないデータのディスプレイを必要とすることなくホログラフィーの技術を利用する。この技術は、多くの聴衆のためのフロントプロジェクションディスプレイとして利用可能であるという付加的な利点を有する。これ以上に、チャネル毎に単一のマイクロディスプレイ／ＤＭＤの移動しない部材のシステムが構築される場合、ディスプレイの密度は潜在的にチャネルの数とともに直線的に比例する。チャネル毎の入力ルーメンは、ＤＭＤチャネル毎にたった１５から３０ワットの電力を必要とするとともに、ＤＭＤ毎に３５０ルーメン（片面照射）から７００ルーメン（両面照射）の高電力のＬＥＤ範囲を用いる。多くの角度スライスが商用の必要性に取り組む場合、システムへの入力に潜在的に利用可能なルーメンは、１４，０００ルーメンを超え、６０チャネルのシステム用に４２，０００ルーメン以上に達することができ（明らかに、これは輝度が必要でない低いレベルに低下できる）、より多くの聴衆向けのフロントプロジェクションディスプレイに好適である。
【００１７】
約３０年前、固定ディスプレイのホログラファーは、本当のホログラムが人間の理解に有用な情報よりもさらに多くの情報を有していることが分かり始め、固定画像白色光（白色点光源により照射される）ディスプレイ用のホログラフのステレオグラム１８，１９，２０を開発し始めた。ホログラフのステレオグラムは、異なる位置のＮ個の従来の２次元視界で構成され、Ｎは、ＨＰＯホログラフのステレオグラム（ＦＯＶ１００度の桁（order））、又は完全な視差の２Ｄビュー以上のの１００の桁（order）でもよい。開発は断続的に行われ、１９９０年代には、ＨＰＯホログラフのステレオグラムが完成した２１，２２，２３し、１９９０年代後半には、完全な視差のホログラフのステレオグラム２４，２５が完成した。この技術は、商業化の観点で改良され、大きくてすばらしいフルカラーで完全な視差の画像を作ることができる（画像は時間内に変化できず−これはプリントのように固定される）。例えば、テキサス州のオースチン空港の手荷物探索区域を出発する場合、通りの中心出口の上にＺｅｂｒａ  Ｉｍａｇｉｎｇ（www.zebraimaging.com）の非常に大きな（１メール×２メートルのオーダー）フルカラーで完全な視差のホログラムが存在する。図６は、Ｎ個の２次元画像を取得し、これを特定の種類のホログラフィックのステレオグラムの垂直なスリット上のコヒーレント光とともに記録する処理を示している。
【００１８】
一のシーンでは、本発明は、例えば、ホログラフにより製造されたＬＳＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＰｐｔｉｃ社の光成形拡散器、又は同様の拡散スクリーン）を用いて、Ｎ個の電子的に生成された２次元塩蔵をＨＰＯのディスプレイ面を介して投影することにより、ホログラフのステレオグラフの技術を逆にする。エンジニアリングプロトタイプは、３から１０の角度スライスを有しており、一方、商用のプロトタイプは、２０（初めのプロトタイプ）から６０（進歩したプロトタイプ）又はより多くの角度スライスを有している。各２Ｄ画像は、１度の角度スライスのために、カメラの位置が約１度（あるいは角度スライスディスプレイ画像空間内の１度と同じ）離れた状態で特定の位置のカメラにより見られるように、完全な視角の角度スライス（角度スライス毎に約１度）である。角度スライスは、２Ｄビューの特定のピクセルに当たる光を意味する。単一のプロジェクタからの２Ｄ画像全体が６０度以上で投影される一方、特定の２Ｄビューにより照射される特定のピクセルから放射される光は、水平方向に約１度のＦＯＶで放射する（垂直方向に約３０から６０度）。したがって、特定のディスプレイは、６０度のＦＯＶを網羅する少なくとも６０の２Ｄ画像により照射する必要があり、２Ｄ画像ピクセルそれぞれの投影が、１度のみを網羅するディスプレイスクリーンピクセルに当たる。個別の２次元画像は、（描画される）３次元データから生成され、ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔのデジタルミラー装置（ＤＭＤ）、好適な実施例のための２Ｄ画像毎の通常の１のＤＭＤ（又は他の２Ｄマイクロディスプレイ装置）によりリプレイされる。この技術は、完全な視差に拡大できるが、簡略化と初期費用のために、ＨＰＯシステムが現在好適な実施例である。
【００１９】
例示的な実施例
スキャニング角度スライス３Ｄディスプレイ
図７は、画像面に戻る単一要素の投影の概略を示している。レーザ光又は平行の単一色のインコヒーレント光（例えば、平行の狭域のＬＥＤ照射）が、約２４度の角度でＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（ＴＩ）のデジタルミラー装置（ＤＭＤ）に当たる。シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ）マイクロディスプレイは、移動しない部材の設計の別の可能性である（必要とされる低いフレームレート）。概略的に示したスキャニングミラー設計の場合、ＴＩ装置の高いフレームレートは非常に魅力的であり、適切なリフレッシュレートのための装置をほとんど必要としない。「オン」位置のＤＭＤが、ＳＬＭに垂直な１２度の角度を有するので、総てのオンのピクセルが、２４度の入射のためのＳＬＩＭに垂直な入射光を反射する。従来の無色のリレーレンズは、ＤＭＤ画像の焦点を合わせ、スキャニングミラーは、プロジェクションレンズ（おそらく、ディスプレイに取り付け及び合致させるのを容易にするために四角形に形成される）で構成される各角度スライスビュープロジェクタに光線を分配する。
【００２０】
量産されたディスプレイ用の通常のターゲットは、６０の２次元画像の配列を有することである（６０度のＦＯＶ、２Ｄビュー毎に１度）。プロジェクションレンズ配列は両側からスキャンされ、３つのＤＭＤ（各色に対して１つ、２色性のミラーと組み合わされる）が、１秒につき３０から５０のフレームで１０から１５のプロジェクションレンズを更新する。ディスプレイ画像面のＬＳＤは、各２Ｄ画像を６０度の垂直角に分散し、水平角は、それぞれのビューが、水平面のＬＳＤにより水平方向に表示する１度に分散された状態で、複数のビューにより提供される。
【００２１】
ＤＭＤが更新可能なレートは装置の各世代により改良され、２０年以上ＴＩにより製造されている。図８は、従前の世代の装置の更新レート対ピクセルビット深さを示している（高速の新しい世代の開発ＤＭＤ、最大で１６，３００ＦＰＳのＤｉｓｃｏｖｅｒｙ３０００は、現在、２００５年秋に利用可能なプレビュー仕様を有する）。
【００２２】
スキャニング角度スライス３Ｄディスプレイ光設計
図９は、エンジニアリングプロトタイプ装置の潜在的な光設計を示している。この設計は、Ｚｅｍａｘで開発され、５つの角度スライスチャネルを有している。ディスプレイスクリーン１１０の視点からプロトタイプ装置のために計画されたストロボＬＥＤライティング（ＬＥＤライティングは図示せず）を効果的に利用し、投影光学に適した大きさを有するために、投影レンズ１４０は、約４度の視界を必要とする。計画されたＬＥＤ照射（図示せず、ＬｕｍｉｌｅｄのＬｕｘｅｏｎ高電力ＬＥＤ）は、ｆ／２．９以下のコーン内に２０ｍｍ以下の直径を有し、ＬＥＤ照射を効率的に使用するために投影レンズの大きさを設定する。設計の仕様が、ディスプレイスクリーン１１０から見られるように１度の視角毎に投影レンズ１４０を有することであるため、視界は、投影レンズを２つの水平な列に配置することにより投影レンズ１４の間の２度に減少する。５つのチャネル設計は、５つのチャネル及びＤＭＤの第２のセット（チャネル及びＤＭＤの第２のセットは図示せず）により２重化され、１度オフセットされる。投影レンズ１４０の視角は、ディスプレイスクリーン１１０に対して所望の１度の視角を実現する。この４つの水平面の構成の投影レンズ１４０の垂直の範囲は約８度であり、重要な方式でなく、垂直の視界全体を非対称にする。ディスプレイスクリーンＨＯＥ１１０（ＰＯＣのＬＳＤ）は垂直方向に６０度光を分散するため、＋／−４度の非対称は、ディスプレイの性能に影響を及ぼさない。
【００２３】
図９を参照すると、設計が、ＤＭＤ装置１３０から開始している（照射設計は、簡略化のために省略されている）。リレーレンズ１５０は、ＤＭＤ画像をスキャニングミラー１００に運び、ＤＭＤ画像が更新され、１の投影レンズから次にレンズにスキャンされるときに、中間の画像面が、各投影レンズ１４０の前のスキャニングミラーの後ろに形成される。スキャニングミラー１００のステップ時間は１ミリ秒以下であり、ＤＭＤ１３０からの画像毎の全体の時間は４ミリ秒以下である（１秒につき５０フレームの割合で更新される５つの角度スライス、フレームにつき４ｍｓのＤＭＤ１３０から全体で２５０ＦＰＳ）。ＬＥＤ照射（図示せず）は、１００ナノ秒以下の立ち上がり時間でストロボされ、照射は、不鮮明や画像のエイリアシングを阻止すべく、１ｍｓ以下のミラー１００のステップ時間、無効にされる。投影レンズ１４０を通過した後、各２Ｄ角度スライスの画像が、ミラー７０からＨＯＥディスプレイスクリーン１１０に反射する。投影レンズ１４０がスキャニングミラーの周囲に発散弧を形成し、ディスプレイスクリーン１１０を網羅しないため、ミラー７０は、投影レンズ１４０の後に必要とされる。各投影レンズ１４０が付随するミラー７０により、２Ｄ画像が各角度からディスプレイスクリーン１１０への収束できる。
【００２４】
図１０は、商用のプロトタイプに適した光設計を示している。１０のチャネル１８０ように実施されたスキャニングミラー２００の設計が示されている（実際には９のチャネルのみが示されており、１０番目のチャネルは省略されている）。１度のオフセットで実施されるこれらの１０のチャネルシステムのうちの４つは、４０のチャネルの商用システムに繋がる（＋／−２０度の視角のために、１度分離した４０の角度スライス）。この実施例は、それぞれが１度の視界を有する２０のチャンルに繋がる１０のチャネルシステムの上下のミラー画像（図示せず）を必要とし、角度スライスチャネル毎の１度の視界を有する全体で４０のチャネルに繋がる左右のミラー画像（図示せず）を必要とする。
【００２５】
説明する商用のスキャニングミラーのプロトタイプは、４０の角度スライスチャネルの全体で１２のＤＭＤのために、１０の角度スライスのセットにつきＸキューブを介して組み合わされた３つのＤＭＤ装置を必要とする。リフレッシュレートは、ＤＭＤ毎の３００から５００のフレームレート全体の場合、角度スライス毎に１秒で３０から５０フレームである。各フレームのための全体の時間は２から３ｍｓであり、ミラーの移動委時間は１、ｓより短い。したがって、照射時間（時間通りのＬＥＤストロボ）は、フレーム毎に１から２ｍｓである。このような商用の設計は、「ハイカラー」高解像度の３Ｄディスプレイ用の少なくとも１５ビットの色（おそらく、リフレッシュフレームレートに応じて、ミラースキャンタイプが１ｍｓよりもどれくらい少ないかにより、最大で２１ビットの色）を可能にする。
【００２６】
移動しない部材の本当の３Ｄ角度スライスディスプレイ
代替的な移動しない部材の好適な実施例の商用の設計は、同じような投影レンズのレイアウトを利用するが、スキャニングミラー及びリレーレンズを完全に省略する。この設計では、単一のマイクロディスプレイは、角度スライスチャネルそれぞれのために利用される（チャネル／プロジェクションレンズ毎に１の２Ｄ画像を生成するマイクロディスプレイ）。図１１は、光チャネル毎にＤＭＤ２３０を有する３つのチャネルシステム９０のための例示的な光学的なレイアウトを示している。４０のチャネルの商用のシステムの場合、４０のＤＭＤが必要とされ、６０の角度スライスシステムの場合、６０のＤＭＤが必要とされる。これは一見すると浪費のように思えるが、実際は、電子機器が２倍の速度で１８ヶ月の密度で持続するとともに（この動作で数年持続する）、価格は下落し続ける。数年の間、６０のＤＭＤの本当の３Ｄディスプレイの大量生産は浪費であると全く思われないであろう。チャネル角度スライスディスプレイ毎のこのような単一のＤＭＤのための色の実現は、連続的な色による（Ｘキューブを介して組み合わされる３つのＤＭＤによる同時に存在する色）。連続的な色の場合、各色は、単一の色の完全な画像のためにストロボされ、６０Ｈｚのリフレッシュレートの場合、ＤＭＤは１８０ＦＰＳで動作する（１色につき３色の時間６０ＦＰＳ）。このリフレッシュレートでは、ＤＭＤは、本当の色の（２４ビット又は１６００万色）高解像度の本当の３Ｄディスプレイのために、１色につき完全な８ビットの変調が容易にできる。各ＬＥＤカラーのストロボは、ディスプレイにより同期され、リセットの間、光は輝かず、ＬＥＤの１００ナノ秒の上がり下り時間の場合、非常にハイコントラストであり、基本的に画像ぶれがない。ＤＭＤ又はＬＥＤ照射のいずれも、本発明又は設計に固有ではない。好適なマイクロディスプレイ（ＬＣＯＳ、ＬＣＤ、強誘電性、レーザスキャニング等）及び好適な照射源（ＵＨＰランプ、キセノンランプ、レーザ源等）は、本当の３Ｄ角度スライスディスプレイシステムを製造するのに用いてもよい。
【００２７】
角度スライスの本当の３Ｄディスプレイの照射システム設計
多くの他の光源が作動するが、ストロボされた高電力のＬＥＤ照射が、角度スライスの本当の３Ｄディスプレイのための好適な代替的な光源として選択される。現在選択されている高電力のＬＥＤは、ＬｕｍｉｌｅｄのＬｕｘｅｏｎシリーズであり、特に、赤色ＬＥＤ用のＬｕｘｅｏｎＩＩＩ装置、緑及び青色ＬＥＤ用のＬｕｘｅｏｎＶ装置であるが、これらは、他のＬＥＤ光源又は他の光源により容易に置換できる。
【００２８】
通常、照射は、マイクロミラーが「オン」の状態に垂直な表面に対して傾斜しているため、ＤＭＤ装置の軸外で導入される。提案されたＤｉｓｃｏｖｅｒｙ１１００ＤＭＤの場合、「オン状態」の角度は１２度であり、照射が、垂直から２４度で導入され、「オン」のピクセルから反射した光が、ＤＭＤ表面に垂直に離れる。画像を逆にすることにより（「オフ」ピクセルを「オン」に変化させることにより、また反対も同様である）、ＤＭＤは、代替的なフレームの両面から照射される。ストロボのＬＥＤを用いることにより、これは、ＤＭＤの実際の放射電力を２倍にする。総ての他のフレームは反対側から照射され、ＬＥＤが、５０％のデューティサイクルを有する２倍の電力でストロボされる。ＴＩとの話し合いは、「オフ」側からの照射の概念を確認した。縁部周囲の光の帯域を取り除くために、いくつかの注意が必要である（画像は、中間的な画像位置で切り取られるべきである）。「オフ」ピクセルからの光は、４８度で反射し（これらは、「オン」ピクセルに対して２４度の角度であるため）、両側照射の両側でビームダンプに入る。
【００２９】
律動的な（ストラボ）ＬＥＤ源は、ＣＷ源よりも高い電流で動作でき、角度スライスディスプレイスクリーン用の多重化されたディスプレイと互換性がある。ＬｕｘｅｏｎＬＥＤの光の立ち上がり時間は１００ナノ秒よりも短い。例えば、発明者は、Ｌｕｍｉｌｅｄの高電力のＬＥＤの試験を監督し、２０マイクロ秒の２０アンペアで７００ｍＡの電流ＣＷで評価され、より高い周波数が可能ではあるが、現在のところ、最大で６０Ｈｚのパルス反復周波数で可能である。ディスプレイに必要とされるパルス長は、原理及びフレームレートを動作する特定のマイクロディスプレイ装置の機能である。ＴＩのＤＭＤ装置の場合、予想されるパルス長は、１から４ミリ秒のオーダー（order）であり、部材が移動しないディスプレイ設計を有する両側の照射のための２５％から最大で５０％のディーティサイクルを有する。パルス状の電流は調整され、ＬＥＤからの正味の電力は、ＣＷ電力レーティングと等しいか、それよりも小さい。現在の情報は、温度が過度に動作したＬＥＤ源の失敗の原因であることを示している。通常、ＬＥＤ駆動電流からの熱による熱膨張は、導線に接着パッドを引き起こさせ破壊する。基板の温度をＣＷ定格温度よりも低いレベルに維持することは、ストラボＬＥＤ解決法に危機的であり、能動冷却は通常が含まれ（例えば、熱電力冷却）、ストロボパルスの間であってもＬＥＤを定格温度以下に維持する。Ｌｕｍｉｌｅｄは、ＣＷ駆動電流を最大で１，４００ｍＡ、従前の７００ｍＡの倍にする赤色のＬｕｘｅｏｎ  Ｋ２  ＬＥＤエミッタを製造している。Ｌｕｍｉｌｅｄの高電力ＬＥＤの他にも、Ｏｓｒａｍは、高電力のＬＥＤの競争力のあるラインを製造している（Ｇｏｌｄｅｎ  Ｄｒａｇｏｎ）。Ｏｓｒａｍラインは、Ｌｕｍｉｌｅｄの後の約１の世代であるが、別の高電力の代替品を提供しない。表２及び表３は、ＲＧＢのＬＥＤから利用可能な通常の光束を示している。赤のＬｕｘｅｏｎＩＩＩの場合、約１４０ルーメンが通常利用可能であり、緑のＬｕｘｅｏｎＶの場合、約１６０ルーメンが利用可能であり、青のＬｕｘｅｏｎＶの場合、約４８ルーメンが利用可能であり、ＲＧＢの組み合わせの場合、３５０ルーメンまでの総てが利用可能である（Ｘキューブを用いて２色で組み合わせた）。
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【００３０】
ライトパイプとリレーレンズの組み合わせを用いた予備的な照射の設計は、約７０％のＴＩのＤＭＤの照射効率を提供する（これは勿論、光のバランスを介して進歩するため減少するが、これは、ＴＩのＤＭＤの光ｆ／＃が既に、システムのバランスのｆ／＃に合致した状態である）。この照射設計は、１のＴＩのＤＭＤの光エンジンにつき６のＬｕｘｅｏｎＬＥＤを使用し、各光エンジンは、７００ルーメン以下により照射される（およそ７０％の効率で、これは１の光エンジンにつき５００ルーメンに落ちる）。２つの光エンジン／ＤＭＤを有するエンジニアリングプロトタイプの場合、完全に利用可能な光は約１４００ルーメンである。ディスプレイスクリーンを介して（公表されたルーメンとは反対に）５００以上の実際の利用可能なルーメンを有することが可能であり、見るのに適した照射が生じる。ストロボ照射を有する両面の照射設計（定格のＬｕｘｅｏｎ平均電力を維持する）は、魅力的な照射設計を作り、約６０ワットの電力を必要とし、２つのＤＭＤの両側の照射のために、予想される５００ルーメン以上のディスプレイからの光を生じる（１４００ルーメンは実際に照射源で利用可能である）。
【００３１】
エンジニアリングプロトタイプディスプレイの場合、照射は「モノクロ」であり、すなわち、ＲＧＢのＬＥＤ照射は、Ｘキューブにより２色で組み合わされ、総ての色がＤＭＤ装置に同時に当たり、モジュレーションは、ＲＧＢのＬＥＤの直和により生成される色のグレースケールのモジュレーションである。
【００３２】
商用のプロトタイプ設計の場合、ストロボの高電力のＬＥＤ照射は、照射のために計画された好適な代替例である。角度スライスディスプレイの２つの好適な代替的な変更例は、商用のプロトタイプのために製造中である。現在の設計は、２つの検流計スキャンミラーにより１０の角度スライスを動作させる３つのＤＭＤ（各色に一つ）を有するスキャニングミラーディスプレイである。４０の角度スライスの場合（４０度の水平の視差、２Ｄ角度スライスにつき１度）、１０のチャネルシステムのうちの４つがディスプレイに組み込まれる。１０のチャネル装置に対するストロボＬＥＤ照射の７００の場合（前述したエンジニアリングプロトタイプのために説明する）、４０のチャネルシステムの完全に利用可能なルーメンは、約２８００ルーメンであり、本当に明るいディスプレイを作る。ＬＥＤの各色は個別のＤＭＤのみを照射し、ＤＭＤからの画像が２色のＸキューブにより組み合わされる。１の角度チャネルに対して３０から５０のリフレッシュレートの場合、各ＤＭＤ用の全体のフレームレートは、３００から５００ＦＰＳである。１フレームに対するミラースキャン時間が１ｍｓの場合、時間に基づくＬＥＤのストロボは、１フレームにつき１から２ｍｓである。片側（ＤＭＤの両側の照射）から他の総てのフレームを照射することにより、ディーティサイクルは２５％から３５％の間であり、同一基準により高いＬＥＤのパルスに対するストロボ電流を有する。
【００３３】
代替的で好適な設計（及び最適な設計）は、１の角度スライスチャネルにつき１のマイクロディスプレイ／ＤＭＤ（１の投影レンズにつき１のＤＭＤ）を有する移動しない部材のシステムである。この角度スライスディスプレイでは、照射は高電力のストロボのＬＥＤのままであるが、色は、３つのＤＭＤから２色で色の画像を組み合わせるのではなく、ＤＭＤの連続的な照射による。これは、１のマイクロディスプレイ／ＤＭＤが投影される総ての角度スライスのために使用される場合、低減されたフレームレートにより実現可能である。このようなシステムを用いると、各色の６０ＦＰＳのリフレッシュレートは、前述したスキャニングミラーシステムに必要な３００から５００ＦＰＳとは対照的に、１８０ＦＰＳのＤＭＤフレームレート全体を必要とする。個別の赤、緑、青の画像は連続的に投影される。このような場合、３つのＬＥＤ（赤、緑、青）が、２色のＸキューブ結合器を介して各ＤＭＤを照射する。赤の画像がＤＭＤにロードされ、赤のＬＥＤがストロボし、青の画像がロードされ、青のＬＥＤがストロボ等する。ＬＥＤのディーティサイクルは約３３％であり、ＬＥＤは、各画像がリセットする間ストロボしない。これは、角度スライスチャネル毎に利用可能な約３５０ルーメンを作る（高電力のＬｕｘｅｏｎＬＥＤを用いて）。４０のチャネルの場合、４０のＤＭＤシステムが、片側のストロボのＬＥＤ照射により利用可能な１４，０００ルーメンを潜在的に生成する。移動しない部材のシステム用の多数のチャネルが増加すると、利用可能な光の電力が直線的に増加する。両側のＬＥＤ照射を有する６０のチャネルシステムは、潜在的に利用可能な４２，０００ルーメンを有する。この場合、低電力のＬＥＤカラーのストロボは、（電力が減少するとともにＬＥＤの大きさが減少するため）潜在的に小さな光により利用できる。代替的に、これは、大きな部屋又は講堂を満たす十分な光を生成し、角度スライス３Ｄディスプレイは、非常に多くの聴衆に対して中間の大きさの投影ディスプレイとして利用できる。
【００３４】
角度スライスの本当の３Ｄディスプレイスクリーン
Ｌｕｍｉｎｉｔ／ＰＯＣからの「光成形拡散器」の素材は、角度スライスリアプロジェクションシステム用のディスプレイスクリーンＨＯＥ（ホログラフィック光要素）のための名目上の選択肢として特定される。これは、ホログラフによりエッチングされた高効率の拡散素材であり、９２％の光の利用効率で設計した角度の拡散する。０．５度から最大で８０度の拡散角度を有する市販の拡散器が利用可能である。この素材は、何年も利用可能であり、一般に機械視覚又は構造的な応用のために、照射を成形するために利用される（直接的で非対称的なライティング）。拡散器のための予備の製造業者は、例えば、Ｗａｓａｔｃｈ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、民間のＨＯＥの製造業者のＨＯＥを含む。競合するホログラムの拡散素材を有する別の会社は、Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社であり、そのＴＭＤ（調整されたマイクロディフューザ）素材は、ＰＯＣ素材と同じような仕様を有する。好適な非対称的な拡散特性を有する素材は、ディスプレイスクリーンのために利用することができ、必ずしもＨＯＥを有する必要はないが、これは現在のところ拡散スクリーンのための装置の選択肢である。
【００３５】
従来の光設計作業は、Ｌｕｍｉｎｉｔ／Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＰＯＣ）の光成形拡散器（ＬＳＤ）を使用するが、同じように他の非対称的な拡散素材を用いてもよい。ＬＳＤ素材は、水平方向に２度（ＦＷＨＭ）×垂直方向に６０度（ＦＷＨＭ）の拡散領域で提供される。この素材は、現在計画されている１度の角度スライスの視界領域を構築するのに適している（スクリーンに対してプロジェクタの分離角度、等しいディスプレイ／拡散スクリーンからの観察者とプロジェクタの距離）。図１２は、１次元の０．５度の拡散角と他の次元の４０度の拡散角を有するように設計された、これらのホログラフにより符号化された拡散器のうちの一例のマイクロ構造を示している。Ｌｕｍｉｎｉｔ／ＰＯＣの技術仕様書による完全な拡散角は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）として加算され、ＰＯＣの１度の水平なＬＳＤを通過した後のＴＩのＤＭＤからの０．５度のＦＷＨＭピクセル用の全体の拡散角は、約１．１度ＦＷＨＭである。
【００３６】
光を成形する拡散素材の特徴：
・ＬＳＤ表面レリーフホログラムは、ホログラフにより記録されたマスターから複製される。
・完全にランダムで周期的でない構造は、ランダムなマイクロ小型レンズとして考えられる。
・ＬＳＤは波長に依存せず、白、モノクロ、コヒーレント、インコヒーレント光で動作する。
・ＬＳＤは光を発散し、負レンズを模倣する。
・ＬＳＤは平行は光で最もよく動作するが、平行でない光でも同じように動作する。
・ランダムな構造は、モアレや色の回折を除去する。
・入射光は規定された領域内で制御される。光は、光の制御及び利用性により、これらの境界から逃げず、したがって、光子の利用を最大化する。
【００３７】
完全な照射では、ＴＩのＤＭＤから出る光は、＋／−１２度のコアを有する（約ｆ／２．４）。システム及びプロジェクションレンズによる拡大の後（２０インチのディスプレイスクリーンを満たすための約３６倍の要素）、各ピクセルから出る光は、＋／−０．３３度のコアを自然に形成し、水平面で所望されるものから離れておらず、水平面で所望されるものよりも少なく、各ピクセルが、６０度以下の角度でそれぞれ照射する。ＬＳＤ（又は代替的なＴＭＤ／他）素材は、一の面の非常に制限された光の分散と、他の面の非常に大きな光の分散を提供することによりこの問題を解決し、各ピクセルは、水平面で約１度で見ることができ、垂直面の６０度のオーダー（order）でも見ることができる。
【００３８】
ＨＰＯの角度の関係
注意深く区別されるべき関連する角度の関係が存在する。プロジェクタがディスプレイ／拡散スクリーンの中心に対して作る角度が存在し、スクリーン上の垂直のストリップが、観察者に対して互いに作る角度が存在し（ＨＰＯ実施例用）、プロジェクタが、観察者の位置に対して互いに作る角度が存在する。最後に、特定のディスプレイスクリーンに関連する固定の水平の拡散角が存在する（再び、ＨＰＯ用）。
【００３９】
スクリーンに対する観察者とプロジェクタの距離が等しい場合、観察者に対するプロジェクタ間の角度は、スクリーンの水平方向の拡散角（ＦＷＨＭ）の４分の１であり、理論上、垂直のストライプを正しく混合し、スクリーンの中心に対するプロジェクタ間の角度は、スクリーンの水平方向の拡散角（ＦＷＨＭ）の半分である。一旦正しく構築されると、これらの角度の関係は、総ての利用可能な観察者の位置でストライプをよく混合された状態で維持する（観察者が視界の重要な部分を見る位置）。
【００４０】
フロントプロジェクションディスプレイ
基本的に現在の設計作業は、コンピュータモニター又は同様の機能として何人かが使用するためのリアプロジェクションディスプレイを目的としている。しかしながら、その特性により、角度スライスディスプレイは、リアプロジェクションに限定されない。フロントプロジェクションディスプレイとして使用する必要があるものすべて、透過性ではなく反射する拡散スクリーンである。これは、少なくとも２つの異なる形式により実現できる。選択的に拡散する反射スクリーンを作る初めの方法は、反射層をＬＳＤ又はＴＭＤ拡散器の後ろに置くことである（例えば、拡散器の後ろの金属フィルム又はブロードバンド誘電性反射層）。第２の方法は、非対称的な拡散スクリーンを金属又は反射層から直接製造することである。スクリーンの両方のタイプは、例えばＬｕｍｉｎｉｔ／ＰＯＣから商業的に直接入手できる。
【００４１】
ホログラフレンズのない（仮想的なレンズ）投影レンズ
提案されたデジタルマイクロディスプレイは、効果的に回折格子（暗い線と明るい線の配列）を表示する能力を有し、ホログラムが複雑な回折格子であるため、各２Ｄ画像をホログラムのようなマイクロディスプレイに表示するためにマイクロディスプレイを使用することは考えられ、拡散ディスプレイスクリーンに対する画像の投影は、物理的な投影レンズを必要としない。非常に制限された視角（すなわち、１度から最大で数度）でホログラフにより２Ｄ画像または３Ｄ画像を投影することは、十分な角度範囲の本当の３Ｄ画像を投影することよりも容易である（これは非常に困難であり、十分な角度と空間的な範囲すなわち、１０ｃｍ以上の空間的な範囲を有する約５度を超えた角度範囲を有するホログラムをリプレイする本質的に電子デジタルホログラフの現在の状態を超えている）。これは、入射光線とホログラフにより投影された画像との間の僅かな角度のみが２Ｄ画像を投影するのに必要であるためであり、不当に小さいピクセルは必要とされず、ホログラムは、従来のマイクロディスプレイのピクセルサイズにより投影できる（約５ミクロンから約２５ミクロンのピクセルサイズのオーダー）。この物理的な可能性を実現すべく、古典的なホログラフの修正がなされる。
・ホログラムは、干渉／回折（ホログラム）の周辺部が、マイクロディスプレイのピクセル空間が可能なほど物理的に近くないように設計しなければならない（少なくとも２のピクセルは周辺部を跨ぐ必要がある）。これを実行すべく、仮想的な投影レンズに必要な波面に非常に合致する参照波を利用すべきである−参照波（実際のディスプレイのために照射源からの照射される波面）は、「仮想的な投影レンズディスプレイ」と非常に異なり、２Ｄホログラムのヘテロダイン方式の搬送周波数フリンジを提供するように、設計されるべきである。一般に、投影された波面が球形である場合、これは、参照光線が球形であり、所望の２Ｄ投影波面に非常に合致することを意味する。他の物体の光線の波面形状の場合、参照光線は同じように合致する。デジタルホログラフディスプレイの場合、実際の参照光線は、ホログラムを形成するのに必要ではなく−参照光線は、ＤＭＤ上でホログラムをデジタルに形成する仕方を決定するために使用される機械的な構造であることに留意すべきである。
・マイクロディスプレイ上に表示するホログラム（対象）は算出すべきである（参照波及び物体波により形成されない）。算出されたホログラムは、所定の２Ｄ画像（又は２Ｄ画像の映像ストリーム）がデザイン画像面に焦点を合わせて照射され、照射源からデザイン画像面に特定の形態の波により照射されると仮定することにより生成される。次に、マイクロディスプレイの面に戻る波面の変化を算出することにより、デザイン画像面で開始することにより、マイクロディスプレイにおける物体の波面が算出できる。同様に、参照光線の波面がマイクロディスプレイの面で算出され、前述の１の条件に合致するように設計される。
・マイクロディスプレイ面における物体の光線とマイクロディスプレイ面における参照光線の場合、マイクロディスプレイにより表示されるホログラム（回折格子）は、物体の光線と参照光線の波から算出された電界を加算し、複雑な結合センス（conjugate sense）で平方を取ることにより算出され、実際の回折格子を算出する。表示される回折／干渉格子の算出で２つのクロスターム（ホログラムターム）のみを維持して、この算出された回折格子（参照電界の平方と物体の電界の平方）の自己相関のタームは省略することができることに留意すべきである。
・ホログラムを算出するのに用いられる仮想的な参照光線に非常に合致する参照光線（又は「結合した参照光線」）を用いてマイクロディスプレイホログラムを照射することは、ホログラムのリプレイで現われ、所望の物体の波が、デザイン画像面にほぼ焦点を合わせて投影される。
・所望のホログラムに回折する光は、リプレイ参照光線がマイクロディスプレイに当たる角度を調整することにより強化され、ホログラムの回折格子は、実質的に「ブリーズ回折格子」である（反射鏡の参照光線の反射角が拡散角に合致するようシステムを構成する）。さらに、リプレイの光線が収束波である場合、及び／又はデザイン画像面に焦点が合う所望の物体の光線が実質的に収束波として開始するようにシステムが構成されている場合、空間的なフィルターが、リプレイ光線が近づいて、システムからゼロ次リプレイ光線を取り除き、物体の光線の複雑な結合（球形の発散波）を実質的に取り除く点を形成する面で利用できる。代替的に、物体の発散波の利用と、ホログラムリプレイからの物体の収束波の空間的なフィルタリング（最も焦点の合った）を可能にしてもよい。物体の光線に非常に合致する参照光線による高効率のブリーズ回折格子の設計の場合、空間的なフィルタリングは全く必要とされない。
【００４２】
時間的に連続した方式で赤、緑、及び青の画像（又は実質的に白を形成可能な他の一連の色）用のレンズのないリプレイを実行することにより、又は３つのサブマイクロディスプレイを用いて、これらを２色で結合することにより、各マイクロディスプレイのフルカラーの２Ｄ画像は、デザイン画像面で形成され、観察者のそれぞれの目が、観察者が位置を変えると変化する様々な画像を見、これにより、観察者のために、投影レンズの利点を持たない本当の３Ｄ画像を形成する。
【００４３】
完全なレンズのない媒体に加え（投影レンズが全くない）、前述の技術は、簡素で安価のレンズから収差を除去するのに用いられる。波面が安価なレンズを介して続き、リプレイされ安価なレンズを通過するときに、安価なレンズの総ての収差がリプレイのために計算され、画像が、完全に成形されデザイン画像面に焦点が合った状態で到達する。
【００４４】
機械的なレイアウト及び光学機械の設計
光学機械の設計者の仕事は、総ての構成部材を梱包し、必要に応じて、合理的な空間にフィットさせ、優れた温度管理をし、確実に移動させることである。特に、熱の管理と安定性は重要であり、検流計のミラースキャナのための配置及び取り付け設計は、角度スライスディスプレイのスキャニングミラーバージョンの問題である。移動しない部材の実施例の場合、機械的な熱の安定性及び熱の除去は、主要な問題になる。様々な製造者によるスキャニングミラーの実施例の調査が行われ、９の異なる製造者のスキャナが調べられた。以下の表４は、特定の製造者の例示的な仕様を示している。この特定のスキャナの場合、ステップの反応時間は６５０ミリ秒であり、反復は２マイクロラジアンであり、熱ドリフトは、１度につき約９マイクロラジアンである。これらは総て、角度スライスディスプレイのスキャニングミラーバージョンの好適な性能仕様である。特に、スキャニングミラーからディスプレイビュースクリーンまでの７５ｃｍの経路長（かなり長い）の場合、３０度の温度逸脱は、約２７０マイクロラジアン、又はゼロ位置の１ピクセルの移動以下のゼロ点移動を生じることに留意すべきである。また、反復仕様は、約２マイクロラジアンであり、または１％のピクセルよりも少なく、予想されるジターは、人間の目が認識できるものよりも小さいことに留意すべきである（約２ミクロン−通常の腕の長さでは、良い目は１０ミクロン以下を認識できる）。通常のケーブルテレビ（ＨＤ又はデジタルでない）の電子的なジターは通常、１ピクセルのオーダー（order）である（対照的に、通常のコンピュータのモニタのジターは１のピクセルよりも小さい）。
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【００４５】
図１３は、１０のチャネルを具えるエンジニアリングプロトタイプ角度スライスディスプレイの半分の例示的な光学機械のレイアウトを示している。総ての構成部材は、実際のスケールサイズで示されており、参考までにディスプレイスクリーン３１０は、１９インチの対角線を有する。この図は、３ＤエンジニアリングＣＡＤプログラムで描かれた。
【００４６】
図１４は、２０のチャネルを具える商用のプロトタイプの例示的なエンジニアリングレイアウトを示しており、チャネル毎に１のＤＭＤ４３０を具えている。非常に高い確率で、この例示的なシステムレイアウトに示すリレーレンズ４５０の多く又は総てが、非常にコンパクトな商用のプロトタイプを製造するために取り除かれる。角度スライスシステムの１のＤＭＤは、多くのディスプレイチップ／ＤＭＤ４３０を必要とするが、移動する部材がなく、非常に簡素化された光であるという非常に大きな利点を有する。Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔは、１９２０×１０８０ピクセル解像度のＤＭＤ装置を提供している。これらのうちの２０を商用のプロトタイプで使用することにより、フレーム毎に１２Ｍピクセルの３Ｄディスプレイを生み出し（時間的に連続した３色の場合、４０Ｍピクセルモノクロ）、鮮明な３Ｄの解像度を保証する。片側の高電力ＬＥＤ照射１６０の場合、６０００ルーメンは、ＬＥＤ源１６０で利用可能であり、ディスプレイ４１０から少なくとも３０００ルーメンを生ずる。
【００４７】
角度スライスの空間分解能（spatial resolution）及び焦点深度
拡散スクリーンにおける角度スライスディスプレイの空間分解能は、プロジェクタが画像の生成に利用される完全な解像度と同じであり、すなわち、プロジェクタが１９２０×１０８０の解像度を有している場合、ディスプレイスクリーンや、スクリーンの近くのディスプレイの解像度は、１９２０×１０８０の空間分解能を有する。
【００４８】
物体がＺ次元（スクリーンに垂直）でスクリーンから離れるように移動すると、物体の解像度は、画像内のエイリアシングアーティファクト（低周波のふりをする高空間周波数）を阻止すべく、角度スライス解像度よりも高くてはいけない。これは、基本的に物体の解像度が、ディスプレイスクリーンに対して焦点深度を有することを意味する。例えば、１度の角度スライスの解像度により（スクリーンの中心に対するプロジェクタ）、スクリーンから２ｃｍの物体は、３５０ミクロン［＝ｓｉｎ（１−度）×０．０２ｍ］よりも大きい空間分解能を有することができない。
【００４９】
３Ｄデータセット又は既知のＺ距離を有する他の３Ｄデータの必要とされる焦点深度を提供するアルゴリズムが文献で周知である。同様に、複数のカメラの場合、好適な焦点深度を有するカメラは、ディスプレイに合致できる。
【００５０】
アルゴリズム及びソフトウェア
３Ｄ画像操作の場合、「同種」の座標が利用される。この座標システム（第４の座標、ｒｈｏ（ρ）を３Ｄデータセットに追加する）の選択は、総ての３Ｄデータ変換を線形化し、線形代数が、総ての座標及び画像変換のために利用できる（非線形的な三角関数の使用を避け、分析を加速／単純化する）。各２Ｄ角度スライスの演算は並列処理され、必要に応じて個別のＣＰＤが各スライスを演算する。図１５は、演算フローを概略的に示している。
【００５１】
観察者の視点及びプロジェクタの視点からのレンダリングアルゴリズムが、図１９の説明で概説される。
【００５２】
１度離れた６０の異なる視点の例示的なＤｉｒｅｃｔＸレンダリングプログラムが提供されている。
【００５３】
ソフトウェアシミュレーション
１度の解像度を有する角度スライスディスプレイからの画像の質をさらに示すために、ソフトウェアデモンストレーションが開発された。図１６は、ソフトウェアＤｅｍｏから取得された２つのスクリーンショットを示しており、スクリーンからの視点が、観察する物体（キューブ）に対して１度変化する。仮想的な物体（キューブ）の中心が、図示されたショット用のスクリーンの中心から１１．２０単位で配置され、キューブは、各外側部分で４単位である。スクリーン自体の高さは１単位であり、単位は常に、ディスプレイのために使用されるスクリーンの大きさに関連する（フルスクリーンの高さは、これらのスクリーン取得ショットで取得されない）。物体のＸ位置は、２つのスクリーン取得の間で０．２０単位により変化し、スクリーンから１１．２０単位の距離を指定する１度のサインに対応する。近い物体は動きが少なく、Ｄｅｍｏは、物体が近くにあるいは遠くに移動するのを可能にする。動作中では、Ｄｅｍｏは１度の解像度が非常に魅力的なビュー間の移動を可能にすることを示している。
【００５４】
視野の限界の近視野
目がディスプレイに近づくと、目の焦点を合わせる能力以外に何もない場合、ディスプレイの有用性が制限される。２Ｄディスプレイでは、これは、通常の絶対的な限界−例えば、テキストは通常、目が焦点を失う限界まで読むことができる。一方、ディスプレイに近づくと、いくつかの位置において追加的な詳細が現われなくなり、ピクセルエッジなどの必要でない追加的なアーティファクトが現われる。２Ｄディスプレイへの接近の有用な距離（追加的な詳細が認識されない距離、又はピクセルのアーティファクトが容易に認識され始める距離）は通常、２５０ミクロンのピクセルを有するディスプレイの場合、２０から３０インチ（５００から７５０ｍｍ）である。この距離でさえ、通常のとても正確な人間の目はさらなる詳細を認識するが、一般に２Ｄディスプレイは、この距離でその目的に適う。
【００５５】
角度スライス３Ｄディスプレイの場合、同様にこの制限を有する。さらに、目がディスプレイに近づくと、ディスプレイの利用可能な視野は制限される。角度スライスの狭い（１度）の提案された水平角広さの場合、ピクセルが見られるときに、目からピクセルを照射する垂直のレンズの投影まで水平面に線を引くことは本質的に可能であろう。我々が、少なくともディスプレイの半分が最も近づいた観察者によって見られると主張する場合、最も近い有用な距離は、スクリーンを照射するのに利用される１度の角度スライスの数と、中心のピクセル及び縁部のピクセルからレンズのまでの角度により制限される。レンズの構造は、本質的にマイクロディスプレイ（ＤＭＤ装置）からスクリーン、及びｆ／＃のレンズまでの拡大により決まる。０．５５インチのＳＶＧＡのＴＩ装置の場合、可能な照射は、約ｆ／２．４であり、２０インチの対角線のスクリーンを満たす拡大は約３６である。前述した設計の場合、レンズとスクリーンの距離は約７５０ｍｍ（３０インチ以下）であり、設計したようにｆ／＃を維持する必要がある。これは、レンズ距離が角度のタンジェントを指定し、又は約＋／−４３３ｍｍ（７５０×ｔａｎ（３０）、又は＋／−３０度における中心ピクセルの照射のために＋／−１７インチ以下）であるレンズの水平範囲を構築する。
【００５６】
４：３の縦横比のスクリーンの場合、前述した２０インチのディスプレイの総てのピクセルを見るための中心位置から最小の視距離は、約２４インチである。中心位置からの最小の有用な視距離は、ピクセルアーティファクトにより決定する。スクリーンの半分を見るためのビューコーン（viewing cone）は、スクリーンの中心ピクセルから測定された＋／−３０度である。
【００５７】
視界領域（view zone）の状態が、図１７に概略的に示されている。フルスクリーンとハーフスクリーンの間の２つのコーンにおける規定された中心ピクセルＦＯＶコーン内の総ての観察者は、ディスプレイの半分以上を見ることができる（「ハーフスクリーン」線の一つの線上の目は、ディスプレイのまさしく半分を見る）。最も外側の投影レンズと両側の最も外側のピクセルとの間の角により規定されるコーンの内側の観察者は、ディスプレイスクリーンの１００％を見ることができる。
【００５８】
最大の有用な３Ｄ視距離
２Ｄディスプレイ用の最大の有用な３Ｄ視距離は、例えば、通常の大きさのテキストが読み取り不可能な距離、又は顔の形状が認識できない距離である（明らかに、これは幾分主観的であり、物体又はシーンが表示されるものに関連する）。３Ｄディスプレイの場合、これらの状態が確かに維持されるが、妥当な頭の動作により新しいピクセル（他の物体により「隠されている」ため、以前は見られなかったピクセル）が現われない距離が存在する。代替的に、３Ｄ表示の最大の有用な距離は、単一のピクセルからの１度の角度スライスが双方の目を満たす距離として規定してもよい。妥当な頭の動きが瞳孔間距離（通常、５５から７５ｍｍ）よりも幾分大きいため、新しいピクセルを見るための妥当な頭の距離として６インチ（１５０ｍｍ）を採用する。この場合、１度の角度スライスでは、椅子に座ったときの視界の最大の有用な３Ｄ視距離は、約８．６メートル、又は約２８フィートである。角度スライスディスプレイではピクセルが「連続」しているため（各ピクセルは、約１度の半値全幅を有する−これらは２元的に変化しない）、この距離では、双方の目は、総てのピクセルのために同じシーンを見ない。実質的に連続した方式では、シーンは、２８フィートの距離であっても頭が動くと変化する。非常に大きな距離では、徐々に３Ｄ効果（それぞれの目における僅かに異なる視界）が減る。
【００５９】
例示的な実施例の利点
本発明の一実施例である角度スライスの本当の３Ｄディスプレイシステムは、費用効率が高く、少なくとも以下の理由により有利である。これは、実際の物体を見ているように、隠れた線が総て取り除かれる画像の本当の３次元表示を提供する。代替的に、ソフトウェアは、必要に応じて物体を透明にしてもよい（隠れた線が見える）。観察者が頭を動かすと、窓を介した景色のようにシーンは連続的に変化する。それぞれの目が異なるシーンの光景を見、立体視を提供し、本当の３次元効果が実現される。しかしながら、観察者を世界と分離する窓とは異なり、物体は、同じ立体視と３Ｄ効果を有するビュースクリーンの前に表示される。このディスプレイは、３Ｄの器量データを本当の３Ｄディスプレイで見ることを可能にし、身体組織の幾何学的な関係を即座に理解でき、身体内に外傷又は他の問題があるかを即座に見て理解できる（例えば、レビューＣＴデータ、ＭＲＩデータ、ＰＥＴスキャンデータ、又は他の３Ｄ画像診断法のデータ）。このディスプレイは、本当の３Ｄでエンジニアリンググラフィックを見ることができ、装置の作業や、クリアランス又はメンテナンスアクセスが適切でないかを評価でき、または、エンジニアリングデザインが、より便利にし、管理可能にし、又は製造／維持費用を低減するために修正する必要があるかを評価できる。このディスプレイは、トレーニング運動又はシミュレーションに現実味を付加でき、これらを実物のようにできる。このディスプレイは、投影ディスプレイであって容積測定（volumetric）ディスプレイではなく、したがって、より多くの聴衆やある程度の双方向性に適している。このディスプレイは、ゲーム、映画、他のディスプレイエンターテイメントをより現実的にすることができ、したがって、ユーザにとってより楽しく面白い。
【００６０】
本発明が提供する利点及び利益は、特定の実施例に関連して説明されている。これらの利点及び利益や、これらをより明確にさせ又は明確にする要素又は制限は、請求項の一部又は全部の重大で、必要で、又は本質的な特徴であると解釈すべきではない。ここで使用しているように、「具える」、「具えている」、又は他の類似語は、非排他的にこれらの語に付随する要素又は制限を含むと解釈すべきである。したがって、システム、方法、又は一組の要素を具える他の実施例は、これらの要素のみに限定されず、明示されていない他の要素又は請求される実施例に固有の要素を具えてもよい。
【００６１】
本発明は特定の実施例を参照して説明されているが、この実施例は説明目的であり、本発明の範囲をこれらの実施例に限定するものではないと理解すべきである。前述した実施例に多くの変更、修正、追加及び改良が可能である。これらの変更、修正、追加、及び改良は、以下の請求項に詳細に示した本発明の範囲内にあることを意図している。
【００６２】
１．G. E. Favalora, R. K. Dorval, D. M. Hall, M. G. Giovinco, J. Napoli, "Volumetric three- dimensional display system with rasterization hardware," in Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems VIII, Andrew J. Woods, Mark T. Bolas, John O. Merritt, Stephen A. Benton, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 4297, p. 227-235 (2001).
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１２．Balogh, T., "Method and Apparatus for Displaying Three-Dimensional Images", 米国特許第６，２０１，５６５、２００１年３月１３日
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１４．Balogh, T., "Method and Apparatus for the Presentation of Three-Dimensional Images", 米国特許出願第２００３００５８２０９、２００３年３月２７日
１５．Balogh, T., "Method and Apparatus for Displaying 3D Images",
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１６．Eichenlaub, J., "Apparatus and Method for Generating and Projecting Autostereoscopic Images", 米国特許第６，５３３，４２０、２００３年５月１８日
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２８．Ramo, S., Whinnery, J. R., and Van Duzer, T., Fields and Waves in Communication Electronics, Second Edition, New York: John Wiley & Sons, 1984, Chapter 5.
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３５．Thomas, C. E., and Hanson, G. R., "Acquisition and Replay Systems for Direct-to- Digital Holography and Holovision", 米国特許第６，５２５，８２１、２００３年２月２５日。他の特許が求められた。
３６．Hanson, G. R., and Bingham, P. R.,"Faster Processing of Multiple Spatially- Heterodyned Direct to Digital Hologram", 米国特許出願２００４０２１２８０７、２００４年１０月２８日。
３７．Hanson, G. R., Bingham, P. R., 等、"Two-Wavelength Spatial-Heterodyne Holography", 米国特許出願２００４０２１３４６２。
３８．Hanson, G. R., Bingham, P. R., 等、"Recording Multiple Spatially-Heterodyned Direct to Digital Holograms In One Digital Image", 米国特許出願２００４０２１３４６４、２００４年１０月２８日。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、容積測定ディスプレイを回転させる従来技術の現実システム（Actuality System）を概略的に示している。照射されたＤＭＤ装置は、素速く回転するスクリーン上に３Ｄ画像を表す。これを行う技術は非常に印象的であるが、隠れた線を除去することができず（総てのピクセルが透明−透けて見える）、より大きなサイズに拡大することが困難であり、同様に双方向性も非常に難しい。
【図２】図２は、ＨＰＯシステム用の単一の投影レンズによりディスプレイスクリーン上に投影される範囲を見るときに、それぞれの目によって観察される垂直スライスを示している。これは平面図であり、それぞれの目が特定の投影レンズからの小さな垂直スライスのみを見ていることを表し、また、それぞれの目がその投影レンズからの異なるストライプを見ていることを表している。特定の目により観察される垂直ストライプの水平角の範囲は、ディスプレイスクリーンの水平角の拡散と、単一の投影レンズから特定のピクセルを通過する光線の水平角の範囲との組み合わせにより規定される。
【図３】図３は、ＨＰＯシステム用の単一のピクセルの視点からの角度スライスを概略的に示している。上から見ると、ＨＯＥ（ホログラフィック光要素）拡散スクリーン上のピクセルは、Ｎ個の電子プロジェクタにより照射される（各プロジェクタは、スクリーン上の位置に単一のピクセルを映す）。各プロジェクタからの光は、僅かに異なる水平角で拡散スクリーンに当たる。拡散スクリーンは、光を垂直方向に広角に拡散するが（すなわち、６０度又は垂直に）、水平方向の角度は非常に狭い（すなわち、水平方向に〜０．５度から〜１度）。したがって、単一のプロジェクタからのピクセルの画像は、総ての有効な垂直位置で見ることができるが、水平角のスライスは非常に狭い。ＨＯＥディスプレイスクリーンの水平の拡散／散乱角は、プロジェクタ間の角度に合致するように選択される。したがって、観察者が位置を変更すると、一のプロジェクタからの光が、隣のプロジェクタからの光と混ざる。これにより、水平面上の本当の３Ｄディスプレイを可能にし−それぞれの目が（異なる角度を見るため）シーン（立体視）の異なる光景を見、観察者が位置を変えると、それぞれの目が見る光景が変化する（視差）。
【図４】図４は、角度スライスディスプレイを用いてどのように立体視が実現されるかを示している。ディスプレイスクリーン及び投影レンズの平面図は、特定の垂直スライスの場合、それぞれの目が異なるレンズからの投影を見ることを示しており、各投影レンズを介して対応する僅かに異なる角度から光景を投影することにより実現される。
【図５】図５は、単一のプロジェクタが、非常に広範な垂直角と非常に狭い水平角に拡散するＨＯＥ拡散ディスプレイを完全に照射するときに、観察者が見る物を示している。概略的に示すように、プロジェクタからスクリーンへの入射角とスクリーンから観察者の目への角度が、ＨＯＥディスプレイスクリーンの水平の拡散角よりも小さい場合に、観察者の目からプロジェクタへの線に対して或る角度でスクリーンに当たる光のみが観察者の目に到達する。広範な垂直の拡散角を有する狭い水平の拡散角の場合、観察者からスクリーンまでの距離がプロジェクタまでの距離と同じである、すなわち通常の有効な視距離と仮定すると、観察者は、ＨＯＥの水平の拡散角と半分と等しい角度幅でスクリーン上の垂直のストライプを見る。
【図６】図６は、従来技術のホログラフィックステレオグラムを示している。Ｎ個の画像を取得する処理（ａ）が概略的に示されている。簡単なステレオグラムを作るために、これらの画像は、ホログラム（ｂ）上の垂直なストリップとしてコヒーレント光に記録される。より洗練された方法は、直接的にあるいは２つのステップの方法（Ｋｉｎｇ、Ｋｌｕｇ及びＨａｌｌｅを参照）により、一度に総ての画像を記録し、（分離した空間的なストリップではなく）角度の多重化を利用できる。
【図７】図７は、角度スライスの正確な３Ｄ画像のプロジェクションシステムの一実施例の概略を示している。ＤＭＤは、画像面の配列の全体でスキャンされる２Ｄ画像を生成する。各２Ｄ画像は、それぞれの投影レンズを通って、別の角度からＨＯＥ／ＬＳＤディスプレイスクリーンを照射する。ホログラフ的に製造されたディスプレイスクリーンは、各角度スライスを拡散し、総ての２Ｄピクセルが、水平方向の１度の範囲と、垂直方向の６０度の範囲を照射する。これにより、必要に応じて所望の解像度と完全な視差（フルパララックス）を実現可能なモジュール方式の３Ｄシスプレイが製造される（しかしながら、異なるＨＯＥと多くのレンズを用いる）。
【図８】図８は、従来のＴＩ  ＤＭＤ装置のピクセルビット深さ（pixel bit depth）に対する１秒毎のフレームの図である。新しいＤｉｓｃｏｖｅｒｙ３０００（２００５年秋／２００６年冬）は、１秒に１６，３００のバイナリフレームが可能である。
【図９】図９は、５つのチャネルスキャニングミラーの角度スライスディスプレイの光学設計及びレイアウトの例を示している。この配置は２重化され（２つのＤＭＤ装置）、それぞれ１度により分離される最大で１０の角度スライスチャネルを有する複数のチャネルエンジニアリングプロトタイプのために利用される。レイアウトは、ＤＭＤ装置１３０から始まり（抑制された照射の視野）、リレーレンズ１５０、スキャニングミラー１００が続く。５つの投影レンズ１４０は、２重のスキャニングミラー１００の側にあり、角度スライスをホログラフィックディフューザ（ＬＳＤ）ディスプレイスクリーン１１０に送る固定位置の回転ミラー７０を具えている。
【図１０】図１０は、ＤＭＤ一つにつき最大で１０の光学（角度スライス）チャネル１８０を有する潜在的な商業のプロトタイプ角度スライス３Ｄディスプレイシステムの光学設計のレイアウトを示している（ＤＭＤは図示されておらず、９個のチャネルが図示されており、１０番目のチャネルは省略されている）。
【図１１】図１１は、１の角度スライスチャネル毎に１のＤＭＤ２３０を具える潜在的で商業的なシステムの３つのチャネル９０を示す移動しない部材の設計のための光学設計を概略的に示している。実際の商業的なシステムは、２０以上の分離した角度スライスチャネルを具えていることがある。
【図１２】図１２は、Ｌｕｍｉｎｉｔ／Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐの４０度のＬＳＤ素材による０．２度のスキャニング電子マイクロスコープフォトグラフ（１５００ｘ）を示している。この素材は、約９２％の伝達率を有する。画像コーテシー（courtesy）ＰＯＣウェブサイト。
【図１３】図１３は、スキャニングミラー３００を具えたサンプルの１０チャンネルエンジニアリングプロトタイプ角度スライスディスプレイの半分の大きさの機械的なレイアウトを示している。ディスプレイスクリーン３１０は、斜めの名詞１９’’である。この３ＤのＣＡＤレイアウト内に描くために総ての要素が示されている。１度ずつ移動する１２０で示された垂直のミラー画像（図示せず）は、これを１０チャネルシステムにする。
【図１４】図１４は、角度スライス毎に１のＤＭＤ４３０を具える２０チャネルの移動しない部材を有する商業的なプロトタイプの角度スライスディスプレイを示すサンプルの機械的なレイアウトを示している。これは、ＤＭＤ４３０から投影レンズ４４０までのリレーレンズのレイアウト４５０を単純化することなく行われた。高い確率で、リレーレンズ４５０の総て又は大部分が取り外し可能である。この３ＤのＣＡＤレイアウト内に描くために総ての要素が示されている。
【図１５】図１５は、２Ｄ画像の生成のフローチャートである。３Ｄ空間の同一（４次元）の座標は、総てのデータセットの操作を線形にするために利用される。必要に応じてフォーマットされた３Ｄのデータセットの場合、ＯｐｅｎＧＬ又はＤｉｒｅｃｔＸは、２Ｄの角度スライスそれぞれを描画するのに利用される。他のレンダリングソフトウェアを用いてもよい。
【図１６】図１６は、視点が１度異なるレンダリングを示すために用いられるソフトウェアデモンストレーションプログラムからの１度離れたキューブの画像を示している。キューブの中心は、スクリーンの中心から１１．２０ユニットであり、Ｘ内の０．１９５５のユニット動作に応じて、スクリーンショットの間を１度移動する。
【図１７】図１７は、角度スライスディスプレイの視界領域（ビューゾーン）スキームを示している。ハーフスクリーンとフルスクリーンの線の間の観察者は、ディスプレイの半分以上を見ることができる。２つのフルスクリーンの線の間の領域の観察者は、ディスプレイ全体を見ることができる。観察者の目から引かれた線がピクセルを通って水平の拡散角内のレンズの垂直な投影に当たる場合、観察者はそのピクセルを見ることができる。
【図１８】図１８は、特定の角度スライス設定のために、異なる位置から観察者が見たものの概念を示している。基本的な概念は、観察者の目からプロジェクタレンズまでの拡散角内の線が拡散ディスプレイスクリーンを通過するときに、観察者がプロジェクタからの角度スライス／垂直のストライプを見ることである。ＨＰＯの場合、観察者が移動すると、特定のプロジェクタから見られる垂直のストライプが変化する。ストライプの幅は、スクリーンからの観察者の距離が増減すると増減する。観察者がディスプレイからの距離を変化させると垂直のストライプを広くし狭くすることは、周囲の視界（look-around viewing）と完全に一致しており、またこれの一部であり（水平視差）−特定の水平角は、観察者がさらに移動すると大きなスクリーン領域を占有し−長さ時間角度はスクリーンの幅と等しい。総ての角度スライスが、特定の視点のために互いに整列され、登録されると、観察者が移動するときに、整列され、登録されたままである。
【図１９】図１９は、角度スライス３Ｄディスプレイ用にＴＤＴが開発した画像描画の２つのアルゴリズムである。図示するように、１のアルゴリズムは、Ｎ個の異なる位置それぞれから１の垂直のストライプを描画することにより、特定のプロジェクタから投影される画像を生成する。Ｎ個の視点からの垂直のストライプは、単一のプロジェクタの画像に組み合わされる。これは、プロジェクタ毎に行われる。代替的なアルゴリズムは、３Ｄデータセットによるレイトレーシングにより、プロジェクタの位置からスクリーンを介して観察者の位置にプロジェクタの画像を描画する（データ対象は、スクリーンの前又は後ろにすることができる）。このアルゴリズムは、反対の隠された線の除去を必要とし、すなわち、プロジェクタに最も近い対象の特性を有するピクセルではなく（観察者の位置からレイトレーシングするときに）、ピクセルは、プロジェクタから最も離れた対象物の特性を有する。透明な対象物の場合、ピクセルは、アルゴリズムのために組み合わされた対象物から混合される。プロジェクターの視点アルゴリズムは、グラフィックカードハードウェアが反対の隠れた線の除去を行うようにプログラム可能である場合に実装が単純である。
【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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【国際調査報告】
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