(57)【要約】  光路長アジャスターは、２つの光学要素間の物理的な光路長の電子−光学制御を可能とし、定義された影像空間に仮想画像を生成する３次元ディスプレイ装置の光路長調節での使用に適している。このアジャスターは、入射光路と出射光路との間の光路長を変化させ、入射光路上の入射光に対する偏光状態を選択する第１の偏光スイッチと、異なる長さの少なくとも２つの可能な光路を有する第１及び第２のビームスプリッターと、を有している。入射光は、入射光の選択された偏光状態に従って、少なくとも２つの可能な光路のうち選択された１つの光路に沿って進み、選択された光路に沿って進んだ出射光路上の出射光を供給する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光路と出射光路との間の光路長を変化させる光路長アジャスターであって、
前記入射光路上の入射光に対して偏光状態を選択する第１の偏光スイッチと、
異なる長さの少なくとも２つの可能な光路を有する第１及び第２のビームスプリッターと、を有し、
前記入射光が、該入射光の前記選択された偏光状態に従って、前記少なくとも２つの可能な光路のうち選択された１つに沿って、進み、
前記出射光路上を、前記選択された光路に沿って進む出射光を供給することを特徴とする光路長アジャスター。
【請求項２】
請求項１記載の光路長アジャスターを含む機器であって、
前記可能な光路のうち第１の光路は、前記第１のビームスプリッターの第１の出射面と、前記第２のビームスプリッターの第１の入射面と、の間を真っ直ぐ延び、
前記可能な光路のうち第２の光路は、前記第１のビームスプリッターの第２の出射面と、前記第２のビームスプリッターの第２の入射面と、の間を付加された光学要素を介して、延びることを特徴とする機器。
【請求項３】
請求項２記載の機器をであって、
前記付加された光学要素は、複数のミラーを含むことを特徴とする機器。
【請求項４】
請求項２又は３記載の機器であって、
前記第２の光路は、前記入射光路に対して横方向へ延びる少なくとも２つの光路部分を含むことを特徴とする機器。
【請求項５】
請求項４記載の機器であって、
前記第２の光路は、前記入射光路に直交する少なくとも２つの光路部分を含むことを特徴とする機器。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の機器であって、
前記可能な光路のうち少なくとも１つは、１つの合焦要素を含むことを特徴とする機器。
【請求項７】
請求項６記載の機器であって、
前記可能な光路の全てが、１つの合焦要素を含むことを特徴とする機器。
【請求項８】
請求項６又は７記載の機器であって、
前記合焦要素はレンズ要素を含み、該レンズ要素は夫々、関連する前記ビームスプリッターの光学的特性に合わせて、画像寸法が前記各光路に沿って伝達されるように規制されていることを特徴とする機器。
【請求項９】
いずれかの前記請求項の少なくとも１つの光路長アジャスターと直列形式に組合されたいずれかの前記請求項の機器であって、
第１の前記光路長アジャスターの前記出射光路は、連続する前記光路長アジャスターの入射光路を形成することを特徴とする機器。
【請求項１０】
請求項９記載の機器であって、
各前記光路長アジャスターの前記第２の光路は、各前記光路長アジャスターの光路長の適切な選択により、複数の可能な全光路長が選択可能となるように、異なる光路長を含むことを特徴とする機器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちいずれか１項記載の機器であって、
前記可能な光路のうち少なくともいくつかは、１つの偏光スイッチを更に含み、
各該偏光スイッチは、さらに、後の可能な光路または前記出射光路を選択するために作動することを特徴とする機器。
【請求項１２】
請求項１１記載の機器であって、
前記第１のビームスプリッターは、前記第１の偏光スイッチの光出射部に連結する第１の光入射部を有し、前記第１のビームスプリッターの前記光入射部での光の偏光状態に従って、前記第１のビームスプリッターの前記光入射部及び第２の光出射部において各々、光の進路を変え、
前記第２のビームスプリッターは、前記第１のビームスプリッターの前記第１及び第２の光出射部に、各前記第１及び第２の光路を介して、夫々光学的に連結される第１及び第２の光入射部を有し、前記第２のビームスプリッターは、前記第１及び第２の光入射部における光の偏光状態に従って、前記第１及び第２の光入射部から前記第２のビームスプリッターの第１及び第２の光出射部へ、光の進路を変え、
前記第２のビームスプリッターの前記第１の光出射部は、前記出射光路を定義し、前記第２のビームスプリッターの前記第２の光出射部は、前記第１のビームスプリッターの第２の光入射部に、第３の光路を介して、光学的に連結され、
前記第１、第２及び第３の光路は、夫々、第２、第３及び第４の偏光スイッチのうちの１つを含み、
前記第１、第２、第３及び第４の偏光スイッチは、前記入射光路と前記出射光路との間の前記第１、第２及び第３の光路のうち１又はそれ以上の累積的な組合せを選択するようにされていることを特徴とする機器。
【請求項１３】
３次元の空間影像を生成するディスプレイ装置であって、
２次元画像を生成する２次元画像のディスプレイパネルと、
前記２次元画像を、影像空間の仮想画像に投影するための第１の合焦要素と、
前記影像空間の前記仮想画像の位置を変更するように、前記ディスプレイパネルと前記投影する第１の合焦要素との間の有効光路長を変更する手段と、
前記有効光路長を変更するための前記手段は、請求項１乃至１２のうちいずれか１項記載の前記光路長アジャスターを有することを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１４】
光路長アジャスターの入射光路と出射光路との間の光路長を変更する方法であって、
第１の偏光スイッチを用いて、入射光路上の入射光に対して偏光状態を選択するステップと、
入射光が、第１のビームスプリッター内に透過し、前記入射光の前記選択された偏光状態に従って、異なる長さの少なくとも２つの可能な光路のうち選択された１つに沿って、進むステップと、前記少なくとも２つの可能な光路は、前記第１及び第２のビームスプリッターの間に延びており、
前記第２のビームスプリッターから、前記出射光路上に出射光を供給するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、
前記第２の光路が選択されたとき、前記可能な光路のうち前記第２の光路上の前記多数の付加された光学要素を、前記光が横断するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記複数の付加され、横断された光学要素は、複数のミラーを含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６記載の方法であって、
前記第２の光路上の前記光が、前記入射光路に対して横方向へ延びる少なくとも２つの光路部分で横方向に進むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、
前記第２の光路上の前記光が、前記入射光路に対して垂直となる少なくとも２つの光路部分で横方向に進むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１４乃至１８のうちいずれか１項記載の方法であって、
前記可能な光路のうち少なくとも１つの光路上の光が合焦要素と透過するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、
前記可能な光路のうち全ての光路上の光が合焦要素を透過するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０記載の方法であって、
前記関連するビームスプリッターの光学特性に合わせて、画像寸法が各前記光路に沿って、伝達されるように規制して、前記合焦要素を適合させるステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１４乃至２１記載の方法であって、
下流側の光路長アジャスターの前記出射光路から前記入射光路まで光を通過させ、前記光路長を調節するステップを繰り返すステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、
各前記光路長アジャスターの異なる光路長を選択するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１４乃至２３のうちいずれか１項記載の方法であって、
選択された光路上に付加された偏光スイッチにより、後の光路を選択するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、
前記第１、第２、及び第３の光路上の偏光スイッチを用いた前記第１及び第２のビームスプリッター間の第１、第２、及び第３の光路のうち１つ又はそれ以上の累積的な組合せを選択するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
３次元の空間影像を生成するための方法であって、
２次元画像のディスプレイパネル上に２次元画像を生成するステップと、
前記２次元画像を影像空間内の仮想画像に対して、第１の合焦要素により投影するステップと、
請求項１４乃至２５のうちいずれか１項記載の方法に従って、前記影像空間の前記仮想画像の位置を変化させるように、前記ディスプレイパネルと前記投影する合焦要素との間の光路長を変更するステップと、を含む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、２つの光学要素間の光路長を調節するための方法及び機器に関するものである。特に、専用的ではないが、本発明は定義された影像空間内に仮想画像を生成する３次元ディスプレイ装置における光路長の調節に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像は、いくつかの方法により生成される。例えば、３次元映像のディスプレイでは、観察者の各目により特有の形で観察できる２つの映像を、同時に又は多重時間で表示することができる。その映像は、観察者に装着される眼鏡又はゴーグルにより選択される。前者の場合に、眼鏡にはポラロイドレンズが装備されることがある。後者の場合に、眼鏡には電気制御のシャッターが装備されることがある。これらの種類のディスプレイは、比較的に、構成が簡単であり、低いデータレートを有している。しかしながら、特別に見るため眼鏡の使用は不便であり、運動視差の不足が観察者に、不快感を感じさせる。
【０００３】
より現実的な３次元の印象は、自動の立体鏡ディスプレイを用いて、生成され得る。これらの種類のディスプレイにおいて、全ての画素は、異なった目視方向において、異なった輝度で光を放つ。目視方向の数は、各観察者の目に異なる映像が映るように、十分に大きくするべきである。これらの種類のディスプレイは、現実的な運動視差を表示する。仮に観察者の頭部が動くと、景色はそれに応じて変化する。
【０００４】
これらの種類のディスプレイの大部分は、実際に実現するのが技術的に困難である。いくつかの提案を文献の中で発見することができる。例えば、米国５、９６９８５０で見ることができる。これらのディスプレイの利点は、多くの観察者が、特別に見るための眼鏡が無くとも、例えば、単一の３次元テレビのディスプレイを見ることができ、各観察者は視差及び遠近感を含む現実の３次元の映像を見ることができる。
【０００５】
別の種類の３次元ディスプレイは、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｓ．ｂｅｒｋｌｅｙ．ｅｄｕ／ｊｆｃ／ＭＵＲＩ／ＬＣ−ｄｉｓｐｌａｙで説明されているような、空間ディスプレイ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）である。空間ディスプレイにおいて、画像ディスプレイの空間内の点は、発光する。この方法で、３次元物体の画像を生成することができる。この技術の不利な点は、閉塞である。例えば、他の物体により隠された光の点を閉鎖することができない。したがって、表示される全ての物体は、透明となる。原則として、この問題は、ビデオ処理によって、及び、観察者の頭部又は目の位置の可能な追跡によって、克服され得る。
【０００６】
空間ディスプレイの認知された一実施例が、図１に示されている。このディプレイは、１つの透明の水晶１０から構成されている。この水晶１０内を、２つのレーザ１１、１２（又はそれ以上）が走査している。レーザ光線１３、１４が交差する位置１５において、光１６が、アップコンバージョンにより生成される。このアップコンバージョンでは、より高エネルギーにおける光子の放出が、低いエネルギーの（例えば、合成レーザ光線からの）多くの光子の吸収により、発生する。この種のディスプレイは高価であり、複雑である。特別の水晶１０及び２つの走査レーザ１１、１２が、要求される。さらに、アップコンバージョンは、あまり効率的な工程ではない。
【０００７】
空間ディスプレイ２０の他の実施例は、図２に示されている。この配置には、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）又は液晶ゲル（ＬＣ−ｇｅｌ）のような、透明性と、拡散性とに切り替える材料が用いられる。３次元格子空間２１において、セル２１は、こられ２つの状態間で切り替えを行うことができる。一般的に、空間２１は、１つの方向から照射される。この照射において、光源２３は格子空間の下に位置している。仮にセル２２が拡散性の状態に切り替えられたとき、光２４は全方向へ拡散される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の１つの目的は、従来技術の装置に関係する問題のいくつか又は全てを克服する空間（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）の３次元画像ディプレイ装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、空間の３次元画像ディスプレイ装置の２つの光学要素間における光路長を適切に調節する機器を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、入射光路と出射光路との間の光路長を変化させる光路長アジャスターを提供することである。
【００１１】
これら目的のいくつか又は全ては、ここで説明するように本発明の実施例により達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一局面によれば、本発明は、入射光路と出射光路との間の光路長を変化させる光路長アジャスターであって、
前記入射光路上の入射光に対して偏光状態を選択する第１の偏光スイッチと、
異なる長さの少なくとも２つの可能な光路を有する第１及び第２のビームスプリッターと、を有し、
前記入射光が、該入射光の前記選択された偏光状態に従って、前記少なくとも２つの可能な光路のうち選択された１つに沿って、進み、
前記出射光路上を、前記選択された光路に沿って進む、出射光を供給することを特徴とする光路長アジャスターを提供する。
【００１３】
他の局面によれば、本発明は、３次元の空間影像を生成するディスプレイ装置であって、
２次元画像を生成する２次元画像のディスプレイパネルと、
前記２次元画像を、影像空間の仮想画像に投影するための第１の合焦要素と、
前記影像空間の前記仮想画像の位置を変更するように、前記ディスプレイパネルと前記投影する第１の合焦要素との間の有効光路長を変更する手段と、
前記有効光路長を変更する前記手段は、上記定義したような前記光路長アジャスターを有することを特徴とするディスプレイ装置を提供する。
【００１４】
他の局面によれば、本発明は光路長アジャスターの入射光路と出射光路との間の光路長を変更する方法であって、
第１の偏光スイッチを用いて、入射光路上の入射光に対して偏光状態を選択するステップと、
入射光が、第１のビームスプリッター内に透過し、前記入射光の前記選択された偏光状態に従って、異なる長さの少なくとも２つの可能な光路のうち選択された１つに沿って、進みステップと、前記少なくとも２つの可能な光路は、前記第１及び第２のビームスプリッターの間に延びており、
前記第２のビームスプリッターから、前記出射光路上に出射光を供給するステップと、を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００１５】
他の局面によれば、本発明は３次元の空間影像を生成するための方法であって、
２次元画像のディスプレイパネル上に２次元画像を生成するステップと、
前記２次元画像を影像空間内の仮想画像に対して、第１の合焦要素により投影するステップと、
上記定義したような方法に従って、前記影像空間の前記仮想画像の位置を変化させるように、前記ディスプレイパネルと前記投影する合焦要素との間の光路長を変更するステップと、を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００１６】
本発明の実施例は、例及び添付する図面を参照して説明されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図３ａ及び３ｂは、３次元画像ディスプレイ装置に用いられるいくつかの基本原理を示している。図３ａにおいて、小さいディスプレイパネル３１の比較的に大きな仮想画像３０は、フレネルミラー３２により供給される。図３ｂにおいて、小さいディスプレイパネル３６の比較的に大きな仮想画像３５は、フレネルレンズ３７により供給される。仮想画像３０又は３５は、そのレンズの前の空気中に現れる。観察者は、画像３０又は３５に焦点を合わせることができ、その画像が空気中に‘浮かんでいる’ものとして、観察する。
【００１８】
図４ａ及び４ｂは、図３ａ及び３ｂの配置に対する一変形を示している。図４ａに示すように、ディスプレイパネル４１とフレネルミラー４２との間の有効光路長は、適切な有効光路長アジャスター４３を備えることで変更される。類似して、図４ｂに示されるように、ディスプレイパネル４６とフレネルレンズ４７との間の有効光路長は、適切な有効光路アジャスター４８を備えることで、変更される。
【００１９】
同一の出願人により過去に出願された別の特許出願の主題である、“空間ディスプレイ”の一つの配置において、有効光路アジャスター４３、４８は、可変の強さのレンズである。同一の出願の別の配置において、有効光路アジャスターは、１つ又はそれより多くの光学要素による物理的な移動により、２つ又はそれより多くの光路間で切替を行う機械式駆動の装置である。
【００２０】
しかしながら、本発明は多くの移動部を避けることで、２つ又はそれより多くの光路間において、電子−光学に切り替えるようになっている。
【００２１】
一般的な意味で、ミラー４２又はレンズ４７は、通常、いかなる光学合焦要素にも置換され、又は実行されることに留意すべきである。この光学合焦要素は、ディスプレイパネル４１、４６の２次元画像を、影像空間（ｉｍａｇｉｎｇ  ｖｏｌｕｍｅ）４４又は４９の中に位置する仮想画像４０又は４５に対して投影する。ミラー４２又はレンズ４７は、単一又は混合の光学合焦要素であるのが好ましい。この光学合焦要素は、平面のディスプレイパネルが影像空間の単一の平面内に映されるような、単一の焦点距離を有している。
【００２２】
図５は、図４の原理に従って、ディスプレイ装置５０の基本の構成要素を示している。２次元のディスプレイ装置５０又は‘光エンジン’５１は、画像面５５に対して、照明源を供給している。この光は入射光路５２に沿って、光路長アジャスター５３まで進み、光路長アジャスター５３から出射光路５４を介して、合焦要素５７（例えば、ミラー４２又はレンズ４７）まで進む。この合焦要素５７は、２次元画像を面５５に投射する。
【００２３】
光路長アジャスター５３の作動は、矢印５８に示されるように、画像面５５の深さ位置を効果的に移動させる。光路長は、３次元画像ディスプレイのフレーム周期で、周期的に調節されるのが好ましい。一般的に、フレーム周期は、５０又は６０Ｈｚである。図４に戻り、参照すると、１つの３次元画像のフレーム期間（例えば、１／５０秒）中で、ディスプレイパネル４１又は４６の仮想画像は、影像空間４４又は４９を満たす。同一のフレーム期間内で、ディスプレイパネルは、投影された画像を変更するように駆動されることがある。この結果、影像空間４４又は４９内の異なる深さが、異なる仮想画像を受ける。
【００２４】
好ましい局面では、光路長アジャスター５３は、２次元のフレームレートで影像空間４４又は４９を通して、実質的に面である２次元のディスプレイパネルの実質的に面である仮想画像を周期的にスイープするのが効果的であることを理解すべきである。
【００２５】
３次元のフレーム期間内では、２次元画像のディスプレイパネルは、３次元のフレームレートよりも実質的に高い２次元のフレームレートで、２次元画像を連続して表示する。
【００２６】
したがって、影像空間４０、４５の異なる面４０ａ、４０ｂ、又は、４５ａ、４５ｂにおいて、異なる画像は、いかなる物体の３次元画像が構成され得るように、取得される。
【００２７】
２次元ディスプレイパネルは、２次元画像を作成するためのいかなる適切なディスプレイ装置であってもよい。例えば、このパネルは、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）に基づいた、投射ディスプレイ又はポリ−ＬＥＤディスプレイであり得る。
【００２８】
ディスプレイパネルは、１フレーム期間内で、例えば１／５０秒、複数の２次元画像の生成が可能となるように十分早いのが好ましい。例えば、商業的に利用可能なＤＭＤｓは、１秒当たり１０、０００フレームの速度に、到達することができる。仮に、２４の２次元フレームは、カラー及びグレースケールの効果を生成するために使用され、５０Ｈｚの３次元画像のリフレッシュレートが要求された場合、影像空間４４、４９において、８つの異なる画像面４０ａ、４０ｂ、４５ａ、４５ｂを作成することができる。
【００２９】
図６を参照すると、光路長アジャスター５３ａの第１の配置が示されている。光路長アジャスターは、偏光ビームスプリッター及び偏光スイッチに基づいている。
【００３０】
光路長アジャスターは、第１の偏光ビームスプリッター６１及び第２の偏光ビームスプリッター６２を有している。偏光スイッチ６０は、入射光路５２の第１のビームスプリッターの前に配置されている。‘偏光スイッチ’という表現は、ここで、特定の偏光状態、例えば、オン及びオフ、又は、光路の中及び外に切替可能な偏光回転体、いかなる適切な装置をも包含するように使用されている。
【００３１】
偏光スイッチは、より高い切替速度を許容する、捻れたネマチック状態の９０度構造又は強誘電体効果のセルをもつ単一セルの液晶パネルであってもよい。偏光スイッチは、一般的に、加えられた電界に従って、２つの可能な偏光状態のうち１つにおいて、偏光された光出力を供給する。他の代替えでは、偏光スイッチには、回転体を用いて、２つの他の偏光部が供給される。
【００３２】
第１のビームスプリッター６１は、第１の入射面６１ａと、第１及び第２の出射面６１ｂ、６１ｃと、を夫々有している。第２のビームスプリッター６２は、第１及び第２の入射面６２ａ、６２ｂ及び出射面６２ｃを有している。第１の光路６３は、第１のビームスプリッター６１の第１の出射面６１ｂと、第２のビームスプリッターの第１の入射面６２ａと、の間に直行して延びている。第２の光路６４（第１の光路６３よりも長い）は第１のビームスプリッター６１の第２の出射面６１ｃと、第２のビームスプリッター６２の第２の入射面６２ｂと、の間に延びている。第２のビームスプリッター６２の出射面６２ｃは、出射光路５４につながっている。
【００３３】
偏光スイッチ６０によって、２つの異なる光路６３、６４の間で、次のように選択可能となる。入射光路５２上の偏光の入射光線、例えば、偏光状態Ｐ、から始めることを想定する。２つの異なる光路６３、６４は、次のようにして選択され得る。第１に、偏光スイッチ６０は、スイッチがオフ状態にされると、Ｐ−偏光は第１のスプリッター６１に入射し、ここでは反射されず、光路６３へ直進して透過する。同一の状態が、第２のスプリッター６２に対して、生じる。したがって、この偏光状態において、光はアジャスター５３ａを直線に沿って、透過して進む。
【００３４】
偏光スイッチ６０のスイッチがオン状態にされると、Ｐ−偏光の入射光線は、Ｓ−偏光に変換される。この偏光は、第１のスプリッター６１に入射し、光路６４上を右方向へ反射される。第２のスプリッター６２において、この光は再度反射され、出射光路５４に沿って、アジャスター５３ａを出る。２つの可能な光路は、図７に示されている。
【００３５】
図６及び７の構成において、第２の光路６４は、２つのミラー６６ａ、６６ｂにより分離された、３つの光路部分６４ａ、６４ｂ、６４ｃを有している。他の配置において、これよりも多くの又は少ない光路部分となることがあり得る。
【００３６】
このアジャスター５３ａにより、空間ディスプレイ装置５０の２つの画像面５５を作成することができる。
【００３７】
いくつかの面は、図８に示すような直列の配置では、１つ以上のアジャスター５３ａ、５３ｂにより、作成されることがある。この直列の各部分に対する光路長は、光路長の組合せが作成できるように、異なっているのが好ましい。例えば、この直列の第１のアジャスター５３ａは光路長６３及び６４を有しており、第２のアジャスターは光路長８３及び８４を有している。６３＋８３、６３＋８４、６４＋８３及び６４＋８４となる光路長を形成することが可能となる。
【００３８】
各ビームスプリッター６１、６２は、第２の光路６４が入射光路に対して横方向に進むような多くの部分を有するように構成されているのが好ましい。このことは、ビームスプリッターが長方形でない場合にも起こり得る。示された好ましい実施例において、これらビームスプリッター６１、６２は、長方形であり、２つの部分６４ａ、６４ｃは実質的に入射光路５２に対して垂直となっている。
【００３９】
さらに、付加された光学構成要素は、光線がスプリッター６１、６２の動作寸法内に合うということを確認するために、有益となることがある。図９を参照すると、光路長アジャスター５３ｃは、各光路６３、６４上の各スプリッター６１、６２間に、レンズ９０、９１のような更なる光学要素を含んでいる。レンズ９０、９１の強度は、必ずしも同一である必要はなく、優先する要素に従って画像の大きさを調節してもよい。他の合焦要素が用いられることに留意するべきである。例えば、光路６４のいくつかの合焦力は、合焦ミラー９６ａ、９６ｂにより実行され得る。
【００４０】
異なる光路６３、６４は、偏光スイッチ６０、８０、及び／又はスプリッター６１、６２、８１、８２の吸収率により、輝度の差を発生させる。この吸収は、光エンジンディスプレイの強度により補償され得る。例えば、そこへ供給されるビデオ信号が電気的に修正される。
【００４１】
さらに高度な光路長アジャスター１００が、図１０に示されている。４つの偏光スイッチ１０１、１０２、１０３、１０４、及び２つの偏光ビームスプリッター１０５、１０６により、異なる光路の数を７に増加させることができる。このことは、大きな偏光ビームスプリッターが比較的に高価であることから、特に有利な構成となる。
【００４２】
図６の構成に類似して、入射光路５２は、第１のビームスプリッター１０５の第１の入射面１０５ａに向いている。出射光路５４は、第２のビームスプリッター１０６の第１の出射面１０６ｃに、つながっている。
【００４３】
第１のビームスプリッター１０５は、第１及び第２の入射面１０５ａ、１０５ｄと、第１及び第２の出射面１０５ｂ、１０５ｃと、を有している。第２のビームスプリッター１０６は、第１及び第２の入射面１０６ａ、１０６ｂと、第１及び第２の出射面１０６ｃ、１０６ｄと、を有している。ミラー群１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄは、示されるようにビームスプリッターの入射面に当てるために、種々の光路部分を折り曲げている。第１の光路１１０は、出射面１０５ｂと入射面１０６ａとの間に存在している。第２の光路１１１は、出射面１０５ｃと入射面１０６ｂとの間に存在している。第３の光路１１２は、出射面１０６ｄと入射面１０５ｄとの間に存在している。各入射面１０５ａ、１０６ｂ、１０５ｄ、及び１０６ａは、偏光スイッチ１０１、１０２、１０３、１０４の各々の１つと関連付けられている。
【００４４】
原則として、４つの偏光スイッチを配置することができるような、１６の異なる状態が存在する。これらの状態のうちいくつかは、実際に、光線がアジャスターに入射するための同一光路となる。８つの異なる光路があり、これら８つの光路のうち７つは、異なる全光路長を有していることが示されている。全ての可能な状態は、以下の表に示されている。その光路は、光線が透過する偏光スイッチ（‘１’＝スイッチ１０１、‘２’＝スイッチ１０２、‘３’＝スイッチ１０３、及び、‘４’＝スイッチ１０４）の数により、示されている。スイッチの状態（‘０’又は‘１’）は、偏光状態が不変（＝‘０’）であるか、又は、変化／９０度だけ回転（＝‘１’）であるかを示している。
【００４５】
【表１】
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第１の列は、全ての偏光スイッチにおいて、偏光状態が不変にセットされていること、及び、光線が偏光スイッチ１及び４（１０１、１０４）を透過し、その後、出射光路５４まで到達することを示している。このように、光路１１０が横断する。これら可能な状態の多くは、同一の光路となる。
【００４６】
８つの異なる累積的な光路は、図１１に示されている。３つ全ての光路１１０、１１１、及び１１２が横断しているような状態で、累積的な光路４及び６は同一の光路長を有している。仮に、光路１１１及び１１２の長さが異なるように構成されたとき（示されているように）、全ての他の累積的な光路は異なる長さを有する。全体で、７つの異なる光路長がこの構成で可能となる。
【００４７】
図８と関連して言及したように、直列の配置において、いくつかのアジャスター１００を用いることも可能となる。さらに、図９に関連して言及したように、特別なレンズは、光線を各ビームスプリッターの動作領域内に維持することも要求される。
【００４８】
図１２を参照すると、この中で説明される光路長アジャスターを用いた全体の空間影像ディスプレイ装置の概念的な外観が、制御装置と共に、示されている。光路長アジャスター１２０（例えば、早くに説明されたように、アジャスター５３、５３ａ、５３ｂ、１００）は、２次元ディスプレイパネルと合焦要素４７との間に挿入され、光路長制御回路７３により制御される。光路長制御回路７３は駆動信号を各偏光スイッチ、例えば、６０、１０１、１０２、１０３、１０４に供給する。ディスプレイドライバー７２は、２次元のフレーム画像データを画像生成部７１から受信する。２次元画像の連続表示は、同調回路７４により、光路長制御部の作動と同調する。
【００４９】
この中で説明されたような光路長アジャスターに対する主要及び重要な用途は、空間の３次元画像ディスプレイ装置の出願において記載されているが、それらアジャスターは、２つの光学要素間の光路長における電子−光学の切替を容易にすることが必要又は望まれているような、他の光学機器及び装置で使用されてもよいことを留意すべきである。その光路長が、各偏光スイッチに対する電気制御信号により、変化され得ることから、そのような配置は移動部分の必要性を回避する。他の実施例は、意図的に、付随する請求項の範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】２つの走査レーザ及びアップコンバージョン水晶に基づいた空間ディスプレイを透視した一概念図である。
【図２】高分子分散型液晶又は液晶ゲルの切替可能なセルに基づいた空間ディスプレイを透視した一概念図である。
【図３】本発明が有効に配置され得る空間の３次元画像ディスプレイ装置の原理を説明するときに有効となる一概念図である。
【図４】本発明に従ったディスプレイパネル及び光路長アジャスターを有する空間の３次元画像ディスプレイ装置を示す一概念図である。
【図５】ディスプレイパネルと合焦要素との間にある光路長アジャスターを用いた空間の３次元画像ディスプレイ装置の一概念図である。
【図６】２つの異なる光路長を提供する光路長アジャスターの一概念図である。
【図７】図６のアジャスターにおける２つの異なる光路を示す一概念図である。
【図８】図６に示すように一連の組合せのアジャスターを配置した直列の光路長アジャスターの一概念図である。
【図９】画像の大きさを修正するための付加されたレンズをさらに含む図６のアジャスターの一概念図である。
【図１０】８つの異なる光路に７つの異なる光路長を与える折り曲がった多数路の光路長アジャスターの一概念図である。
【図１１】図１０のアジャスターにおける８つの異なる光路を示す一概念図である。
【図１２】図５のディスプレイ装置に対する制御装置の概略の機能ブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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