(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を重ねて表示するための多重奥行き表示装置であって、
互いに独立した少なくとも第１の画像および第２の画像を表示するように構成された複数の画素を含み、当該第１の画像を形成する光を第１の範囲の方向に出射し、当該第２の画像を形成する光を第２の範囲の方向に出射する表示パネルと、
上記表示パネルから出射された上記第１の画像および上記第２の画像を形成する光の方向を変更する方向変更層とを備え、
上記方向変更層は、上記第１および第２の画像を形成する光が上記方向変更層に入射した後、上記方向変更層から１次元の焦点に向かって出射するように構成され、
上記第１の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第１の行路に沿って進み、上記第２の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第２の行路に沿って進み、
上記第１の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第１の角度だけ方向の変化した光となるように、当該第１の画像を形成する光の入射角度に応じて、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第２の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第２の角度だけ方向の変化した光となるように、当該第２の画像を形成する光の入射角度に応じて、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第１の角度と上記第２の角度とが異なり、
これらによって、ユーザが見たときに、上記第１の行路と第２の行路との行路差により多重化された複数の画像が生成され、当該複数の画像のうちの少なくとも一方が虚像であり、当該複数の画像が異なる奥行きで重なって見えることにより、上記第１の画像と第２の画像との間に、知覚上の奥行き差が生成されるようになっている多重奥行き表示装置。
【請求項２】
上記方向変更層が、プリズム素子の繰り返しパターンを含むプリズムフィルムを備えている請求項１に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３】
上記プリズム素子の繰り返しパターンは、複数の繰り返し単位から形成され、各繰り返し単位は、多重奥行き表示装置によって表示される奥行きの数と等しい数のプリズム素子を含む請求項２に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項４】
上記プリズムフィルムは、基板と一体的に形成されており、該基板は、基板内の全内部反射が、第１の画像を形成する光と第２の画像を形成する光との間の行路差を増大させるように構成されている請求項２に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項５】
上記方向変更層が、複数のミラー素子を含むミラー層を備えている請求項１に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項６】
上記ミラー素子間の間隔は、上記表示パネルの隣接画素間の間隔より狭い請求項５に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項７】
上記方向変更層が、全内部反射がその内部で起こりうる複数の透明素子を含む全内部反射層を備える請求項１に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項８】
少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を重ねて表示するための多重奥行き表示装置であって、
互いに独立した少なくとも第１の画像および第２の画像を表示するように構成された複数の画素を含み、当該第１の画像を形成する光を第１の範囲の方向に出射し、当該第２の画像を形成する光を第２の範囲の方向に出射する表示パネルと、
上記表示パネルから出射された上記第１の画像および上記第２の画像を形成する光の方向を変更する方向変更層とを備え、
上記表示パネルは、上記第１の画像を形成する光に第１の偏光を持たせ、上記第２の画像を形成する光に第１の偏光と異なる第２の偏光を持たせる偏光手段を備え、
上記方向変更層は、上記第１および第２の画像を形成する光が上記方向変更層に入射した後、上記方向変更層から１次元の焦点に向かって出射するように構成され、
上記第１の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第１の行路に沿って進み、上記第２の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第２の行路に沿って進み、
上記第１の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第１の角度だけ方向の変化した光となるように、上記第１の偏光に応じて、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第２の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第２の角度だけ方向の変化した光となるように、上記第２の偏光に応じて、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第１の角度と上記第２の角度とが異なり、
これらによって、ユーザが見たときに、上記第１の行路と第２の行路との行路差により多重化された複数の画像が生成され、当該複数の画像のうちの少なくとも一方が虚像であり、当該複数の画像が異なる奥行きで重なって見えることにより、上記第１の画像と第２の画像との間に、知覚上の奥行き差が生成されるようになっている多重奥行き表示装置。
【請求項９】
第１の偏光と第２の偏光とが互いに直交している請求項８に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１０】
上記方向変更層が、偏光に依存した屈折力を持つ素子を備えている請求項８または９に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１１】
上記表示パネルの上記偏光手段の上方に配置された複屈折材料の層を上記方向変更層として備える請求項８〜１０の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１２】
上記偏光手段が、パターン化移相子を含む請求項８〜１１の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１３】
上記偏光手段が、表示パネルの各画素の偏光を第１の偏光と第２の偏光との間で切り替えることを可能とするように構成された切り替え可能な移相子を含む請求項８〜１１の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１４】
上記切り替え可能な移相子が、液晶セルである請求項１３に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１５】
上記方向変更層は、複数のミラー素子を含むミラー層を備え、
さらに、上記方向変更層は、偏光子および追加の反射面を備え、これらミラー素子および追加の反射面は、第１および第２の画像を形成する光が、上記偏光子に到達する前に、上記ミラー素子および上記追加の反射面の両方によって奇数回または偶数回、反射されるように構成されている請求項８〜１０の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１６】
上記ミラー層が、透明基材内に形成されている請求項１５に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１７】
少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を重ねて表示するための多重奥行き表示装置であって、
互いに独立した少なくとも第１の画像および第２の画像を表示するように構成された複数の画素を含み、当該第１の画像を形成する光を第１の範囲の方向に出射し、当該第２の画像を形成する光を第２の範囲の方向に出射する表示パネルと、
上記表示パネルから出射された上記第１の画像および上記第２の画像を形成する光の方向を変更する方向変更層とを備え、
上記表示パネルは、上記第１および第２の画像を時間的に交互に表示するように構成されており、
上記方向変更層は、上記第１の画像を形成する光の方向を第１の角度だけ修正する第１の状態と、第２の画像を形成する光の方向を第２の角度だけ修正する第２の状態との間で、交互に切り替わるように構成されており、上記第１および第２の画像を形成する光が上記方向変更層に入射した後、上記方向変更層から１次元の焦点に向かって出射するように構成され、
上記第１の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第１の行路に沿って進み、上記第２の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第２の行路に沿って進み、
上記第１の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第１の角度だけ方向の変化した光となるように、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第２の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第２の角度だけ方向の変化した光となるように、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第１の角度と上記第２の角度とが異なり、
これらによって、ユーザが見たときに、上記第１の行路と第２の行路との行路差により多重化された複数の画像が生成され、当該複数の画像のうちの少なくとも一方が虚像であり、当該複数の画像が異なる奥行きで重なって見えることにより、上記第１の画像と第２の画像との間に、知覚上の奥行き差が生成されるようになっている多重奥行き表示装置。
【請求項１８】
上記方向変更層が、切り替え可能な液晶プリズム層である請求項１７に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項１９】
上記表示パネルは、上記第１の画像を形成する光に第１の偏光を持たせ、上記第２の画像を形成する光に第１の偏光と異なる第２の偏光を持たせる偏光手段を備え、
上記偏光手段が、表示パネルの各画素の偏光を第１の偏光と第２の偏光との間で切り替えることを可能とするように構成された切り替え可能な移相子を含み、
上記切り替え可能な移相子が、上記表示パネルによって第１の画像を第１の偏光で表示させ、上記表示パネルによって第２の画像を第２の偏光で表示させるように構成されている請求項１７に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２０】
少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を重ねて表示するための多重奥行き表示装置であって、
互いに独立した少なくとも第１の画像および第２の画像を表示するように構成された複数の画素を含み、当該第１の画像を形成する光を第１の範囲の方向に出射し、当該第２の画像を形成する光を第２の範囲の方向に出射する表示パネルと、
上記表示パネルから出射された上記第１の画像および上記第２の画像を形成する光の方向を変更する方向変更層とを備え、
上記表示パネルは、上記第１の画像を形成する光に第１の波長を持たせ、上記第２の画像を形成する光に第１の波長と異なる第２の波長を持たせる波長制御手段を備え、
上記方向変更層は、上記第１および第２の画像を形成する光が上記方向変更層に入射した後、上記方向変更層から１次元の焦点に向かって出射するように構成され、
上記第１の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第１の行路に沿って進み、上記第２の画像を形成する光は、上記表示パネルからユーザまで第２の行路に沿って進み、
上記第１の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第１の角度だけ方向の変化した光となるように、上記第１の波長に応じて、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第２の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第２の角度だけ方向の変化した光となるように、上記第２の波長に応じて、上記方向変更層によって光の方向が変更され、
上記第１の角度と上記第２の角度とが異なり、
これらによって、ユーザが見たときに、上記第１の行路と第２の行路との行路差により多重化された複数の画像が生成され、当該複数の画像のうちの少なくとも一方が虚像であり、当該複数の画像が異なる奥行きで重なって見えることにより、上記第１の画像と第２の画像との間に、知覚上の奥行き差が生成されるようになっている多重奥行き表示装置。
【請求項２１】
上記第１および第２の行路における、上記方向変更層の外部に位置する部分は、互いに長さが異なり、それによって、第１の画像と第２の画像との間の知覚上の奥行き差を生成させる第１の行路と第２の行路との間の行路差が発生する請求項１〜２０の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２２】
上記行路差が少なくとも部分的に、上記表示パネルと上記方向変更層との間に発生する請求項１〜２１の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２３】
上記行路差が少なくとも部分的に、上記方向変更層における上記表示パネルと反対側に発生する請求項１〜２２の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２４】
第１の画像を形成する光の方向を上記方向変更層が修正しないように、第１の角度が０となっている請求項１〜２３の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２５】
上記方向変更層を通過した後は、第１の画像を形成する光が、第２の画像を形成する光とほぼ平行である請求項１〜２４の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２６】
第１の画像を形成する光の方向を第３の角度だけ修正し、第２の画像を形成する光の方向を第４の角度だけ修正するように構成された第２の方向変更層をさらに備え、第３の角度と第４の角度とが異なる請求項１〜２５の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２７】
第３の角度および第４の角度のいずれか一方が０である請求項２６に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２８】
上記方向変更層および第２の方向変更層の両方を通過した後は、第１の画像を形成する光が、第２の画像を形成する光とほぼ平行である請求項２６または２７に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項２９】
上記表示パネルの各画素が、第１の画像の基本構成単位および第２の画像の基本構成単位を表示する請求項１〜２８の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３０】
第１の画像の各画素が第２の画像の少なくとも１つの画素に隣接するように、第１の画像を表示する画素と第２の画像を表示する画素とが織り交ぜられている請求項１〜２８の何れか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３１】
少なくとも第１および第２の多重奥行き画像を表示するように構成されており、上記表示パネルは、第１の多重奥行き画像を形成する第１および第２の画像を生成し、かつ第２の多重奥行き画像を形成する第３および第４の画像を生成する請求項１〜３０のいずれか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３２】
少なくとも第１および第２の多重奥行き画像を表示するように構成されており、上記表示パネルは、第１の多重奥行き画像を形成する第１および第２の画像を生成し、かつ第２の多重奥行き画像を形成する第３および第４の画像を生成し、
上記プリズムフィルムは、第１および第２の画像の１つと、第３および第４の画像の１つとの両方を生成するのに用いられる表面を有する少なくとも１つのプリズム素子を含んでいる請求項２に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３３】
上記表示パネルのほぼ全ての画素が、第１の画像に使用され、かつ第２の画像に使用される請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３４】
上記表示パネルは、第１の画像を第１の範囲の方向に表示し、第２の画像を第１の範囲の方向に表示するように構成されたマルチビューディスプレイパネルである請求項１〜３３のいずれか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３５】
第１および第２の画像が、単一の表示パネルのみによって生成される請求項１〜３４のいずれか１項に記載の多重奥行き表示装置。
【請求項３６】
請求項１〜３５のいずれか１項に記載の多重奥行き表示装置を用いて少なくとも１つの多重奥行き画像を生成する多重奥行き表示方法であって、
ａ）上記表示パネルを用いて、第１の範囲の方向に第１の画像を表示し、第２の範囲の方向に第２の画像を表示するステップと、
ｂ）第１の画像を形成する光の方向を第１の角度だけ修正し、第２の画像を形成する光の方向を第２の角度だけ修正するステップとを含む多重奥行き表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重奥行き表示装置および多重奥行き表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一部の車は、より一般的な機械的なダイヤルではなくインストルメントクラスタを表示するためのディスプレイをダッシュボード内に含んでいる。そのようなディスプレイが幅広く受け入れられることを制限している１つの要因は、そのようなディスプレイが計器（インストルメント）を表示できるリアリティにある。現行の発明は、この問題に対処しようとして、画像源として単一のディスプレイだけを用いて複数の画像を異なる奥行きに生成できるディスプレイを開示している。そのようなディスプレイは、インストルメントパネルを１つの奥行きに表示し、針およびウォーニングインジケータをインストルメントパネルの上方に浮かぶように表示することができるかもしれない。これは、計器の視認性およびリアリティの両方を向上させ、より広いユーザへの受け入れをもたらすであろう。
【０００３】
複数の画像を異なる奥行きに生成できるディスプレイは、多くのさらなる用途を有するであろう。例えば、そのディスプレイをカーナビゲーション・ディスプレイに使用して、興味のある中継地点やアイテムを背景の地図の上方に浮かばせることができる可能性がある。また、そのディスプレイをパーソナルコンピュータ・ディスプレイとして使用して、現行のオペレーティングシステムおよびアプリケーションに機能を追加できる可能性がある。また、そのディスプレイをゲームシステムに組み入れて、限られた奥行きの平面的３Ｄを提供できる可能性がある。また、そのディスプレイを画像診断システムに組み入れて、オペレータが様々なデータセットを重ね合わせられるようにすることができる可能性がある。実際、現行の裸眼立体ディスプレイの用途の多くは、本発明に適しているであろう。
【０００４】
先行技術は、単一のパネルから立体ディスプレイおよび裸眼立体ディスプレイを作成る方法を我々に教示している。しかしながら、これらのデバイスは、真の奥行きではなく立体画像対を生成する。裸眼立体ディスプレイは、頭の自由度が制限されるという欠点と、矛盾する奥行き知覚（輻輳−調節）に起因する眼精疲労を招くという欠点とを有している。
【０００５】
特許文献１には、図１に示すように、背景画像６および前景画像８の２つの画像を各時間フレーム毎に含む映写フィルム４を用いた映写機２が記載されている。２つの画像が異なる長さの光路を通して投射され、これによって２つの奥行き平面を持つ動画が生成される。これは、複数の奥行きをもたらす効果を奏するが、光路差（光学距離差）を生成するために、大きく高価なフィルム装置と、嵩高い一連のミラー群（ミラー１０、部分透過ミラー１２、およびミラー１４）とを必要とする。
【０００６】
様々なタイプのボリュームディスプレイおよびマルチパネル／マルチスクリーン・ディスプレイも、開示されている。ディープ・ビデオ・イメージング（Deep Video Imaging；奥行きのある映像の結像）と呼ばれる特許文献２〜６に開示された技術は、図２に示すように、２つの奥行き平面を持つ単一のデバイスを作製するために、バックライト（光源）２０の前に重ねられた２つの空間光変調器（ＳＬＭ）（第１の空間光変調器１６および第２の空間光変調器１８）からディスプレイを構成する。これは、現行の発明に対する類似の効果を達成するが、次の欠点を持っている。両方のパネル１６，１８上にあるブラックマスクの同一の規則的パターンに起因して、モアレ縞が発生する。複数のパネル１６，１８の使用は、非常に低い光透過率を招き、それゆえ、非常に明るいバックライト２０が必要となる。上記システムは、減法のシステムであり、それゆえ、前面の画素が見えるためには背面の画素が点灯していることが必要である。これは、暗い背景の上に明るい対象物を表示することができないことを意味している。両方の層を光が透過しなければならないので、視差効果が複数の境界で生じるであろう。上記ディスプレイは、複数のＳＬＭを使用しており、このことは、標準的なディスプレイと比較してシステムを高コストにする。奥行き平面の数を増加させるためには、ＳＬＭの数を増加しなければならない（奥行き平面とＳＬＭとの間に１対１の相関関係がある）。上記システムは、複数の表示パネルの同期制御を必要とする。
【０００７】
特許文献７には、同様の複数パネル型表示デバイスが記載されている。しかしながら、この表示デバイスは、その対象が賭博ゲームデバイスに特定されている。
【０００８】
特許文献８および特許文献９には、多層ディスプレイが記載されている。しかしながら、この多層ディスプレイは、その対象が時計および携帯型ゲームなどのような特定の用途に特定された固定電極パターンを備えている。特許文献１０は、車の特定の機能を表示できるパターン化ディスプレイで覆われたマトリックス駆動可能ディスプレイからなる、自動車のインストルメントクラスタのためのディスプレイに言及している。しかしながら、このディスプレイは、上述したのと同様の、複数パネルディスプレイに係る欠点を有している。それに加えて、このディスプレイは、電極パターンによって指示される、限られた画像しか表示できない。
【０００９】
特許文献１１〜１５は、多層の散乱型無偏光子ディスプレイに基づくボリュームディスプレイを開示している。これらは、吸収型表示パネルと比較して表示画像の輝度を向上させるように設計されている。しかしながら、これらは、多くの欠点を有している。暗状態（光のない状態）が、散乱のない状態によって生じる。この場合、光が周囲へ透過する。これは、自動車のディスプレイには適さず、特に夜間運転には適さない。それに加えて、複数のディスプレイがシステムを高コストにする。さらに、これらのタイプのディスプレイは、スイッチング時間が遅く、自動車環境の広い温度範囲には適していない。
【００１０】
特許文献１６、特許文献１７（散乱）、および特許文献１８（反射）は、図３に示す時間順次投射型ボリュームディスプレイを開示している。上記ボリュームディスプレイは、映写機２２を用いて動作し、単一の表示フレームの間に各平面の画像を順次表示する。そして、反射型または散乱型のパネル（映写スクリーン）２４は、画像と同期して作動される。上記ボリュームディスプレイは、多くの欠点を有している。時間順次の投射は、ビデオレートより速い動作を行うデバイスを必要とする。そのような動作は、現在の技術では広い温度範囲で実現困難である。さらに、シャッタとの同期が必要であり、また、投射光学系のためにシステムが嵩高い。
【００１１】
２００３年東京モーターショー（２００３年１０月２５日〜１１月５日開催）に展示された（また、非特許文献１に記載された）ダイムラー・クライスラーＦ５００マインドカー(Mind Car)実験車は、ハーフミラー、標準的なクラスタ、および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルがその上に重ねられたインストルメントクラスタを実演した。しかしながら、これは、２つのディスプレイが互いに或る角度になければならないために余分な容積を必要とし、また、複数のディスプレイがシステムを高コストにする。
【００１２】
特許文献１９には、図４に示すように、複数の表示装置２６および２８（前景画像源２６および背景画像源２８）、並びに部分反射ミラー（部分反射光学素子）３０を用いて、２つの画像平面を異なる奥行きで生成するデバイスが記載されている。この実施形態は、２つの表示装置を使用するために、嵩高く、高コストである。別の実施形態において、上記デバイスは、図５に示すように、同一の表示装置３２の大きな複数の領域から導き出される２つの画像を生成する。図５は、前景素子群３４および背景素子群３６に分割された表示装置３２を示す。前景素子群３４からの光は、部分反射ミラー４２を通過して直接、追加素子（拡張素子）３８に達し、背景素子群３６からの光は、追加素子３８に達する前に、まずミラー４０で反射され、次いで部分反射ミラー４２によって反射される。したがって、観視者には、背景素子群３６から形成された背景画像が、前景素子群３４から形成される前景画像よりも遠くにあるように見える。前景素子群３４および背景素子群３６が大きいので、追加素子３８は、画像の各断片を表示領域全体いっぱいになるように拡大することが必要である。また、追加素子３８は、レンズのＦ値に起因する頭の自由度の低下を招く。また、追加素子３８は、ディスプレイの領域に対する正確な位置合わせを必要とする。２つのミラー素子４０，４２が画像の各断片毎に必要であり、これらのミラー素子４０，４２は何れも、嵩高く、高価である。レンズ（追加素子３８）中のどんな収差も、たとえ軸上で完全に収差が補正されたとしても観視者がディスプレイに対して移動するので、画像の歪みを引き起こすであろう。
【００１３】
特許文献１９には、さらに、第３の構成として図６に示すデバイスが記載されている。このデバイスは、２つのミラー、２つのレンズ、または２つの映写スクリーン４６，４８（第１の映写スクリーン４６および第２の映写スクリーン４８）の取り付けられたロッド（回転部材）４４が、映写機５０によって表示された画像と同期して回転される時間順次方式である。２つの異なる奥行きの画像が観視者に見えるように、ロッド４４に取り付けられた部材（２つのミラー、２つのレンズ、または２つの映写スクリーン４６，４８）は、映写機５０（ディスプレイ）から異なる距離にある。上記デバイスは、嵩高い映写機５０および回転ロッド４４を必要とする。また、ロッド４４の回転を、投射される画像と同期させなければならない。
【特許文献１】米国特許４，７３６，２１４号（１９８８年４月５日公開）
【特許文献２】国際公開第９９／４２８８９号（１９９９年８月２６日公開）
【特許文献３】国際公開第０３／０４０８２０Ａ１号（２００３年５月１５日公開）
【特許文献４】国際公開第２００４／００１４８８Ａ１号（２００３年１２月３１日公開）
【特許文献５】国際公開第２００４／００２１４３Ａ１号（２００３年１２月３１日公開）
【特許文献６】国際公開第２００４／００８２２６Ａ１号（２００４年１月２２日公開）
【特許文献７】米国特許出願公開第２００４／００２９６３６号（２００４年２月１２日公開）
【特許文献８】欧州特許出願公開第１０５９６２６Ａ１号（２０００年６月２２日国際公開）
【特許文献９】欧州特許出願公開第０４５４４２３Ａ１号（１９９１年１０月３０日公開）
【特許文献１０】欧州特許出願公開第１２６５０９７Ａ２号（２００２年１２月１１日公開）
【特許文献１１】欧州特許出願公開第１０９３００８Ａ１号（２００１年４月１８日公開）
【特許文献１２】特開平２−６２１１９号公報（平成２年（１９９０）１０月２４日公開）
【特許文献１３】国際公開第９１／１２５５４号（１９９１年８月２２日公開）
【特許文献１４】特開昭６２−２３５９２９号公報（昭和６２年（１９８７）１０月１６日公開）
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００２／０１０５５１６号（２００２年８月８日公開）
【特許文献１６】米国特許４，３３３，７１５号（１９８２年６月８日公開）
【特許文献１７】米国特許出願公開２００２／０１６３４８２号（２００２年１１月７日公開）
【特許文献１８】米国特許４，６７０，７４４号（１９８７年６月２日公開）
【特許文献１９】国際公開第９８／１０５８４Ａ２号（１９９８年３月１２日公開）
【特許文献２０】英国特許出願公開第２，４０５，５４２号（２００５年３月２日公開）
【特許文献２１】米国特許第６，５６０，０２６号（ガードナー(Gardiner)、２００２年１月１６日出願、２００２年５月１６日出願公開）
【非特許文献１】ダイムラー・クライスラー(DaimlerChrysler)社、"New F 500 Mind research vehicle from Mercedes showcases the automotive technology of the future"、［online］、［平成１８年９月１１日検索］、インターネット＜ URL ： http://www.daimlerchrysler.com/dccom/0 -5-7154-1-150005-1-0-0-149730-0-0-8-7145-0-0-0-0-0-0-0.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、単一のディスプレイを用いて、少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を表示するための改善された多重奥行き表示装置および多重奥行き表示方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、請求項に記載の、多重奥行き表示装置、および、少なくとも１つの多重奥行き画像を生成する方法を提供するものである。
【００１６】
本発明に係る少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を表示するための多重奥行き表示装置は、少なくとも第１の画像および第２の画像を表示するように構成された複数の画素を含む表示パネルと、方向変更層とを備え、該方向変更層は、上記第１および第２の画像を形成する光が上記方向変更層に入射した後、上記方向変更層から出射するように構成され、第１の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第１の角度だけ方向の変化した光となるように、上記方向変更層によって光の方向が変更され、第２の画像を形成する光については、上記方向変更層から出射する光が上記方向変更層に入射した光に対して第２の角度だけ方向の変化した光となるように、上記方向変更層によって光の方向が変更され、第１の角度と第２の角度とが異なり、これらによって、ユーザが見たときに、第１の画像と第２の画像との間に知覚上の奥行き差が生成されるようになっている。
【００１７】
本発明に係る少なくとも１つの多重奥行き画像を生成する方法は、本発明の表示装置を使用する方法であって、ａ）上記表示パネルを用いて、第１の範囲の方向に第１の画像を表示し、第２の範囲の方向に第２の画像を表示するステップと、ｂ）第１の画像を形成する光の方向を第１の角度だけ修正し、第２の画像を形成する光の方向を第２の角度だけ修正するステップとを含んでいる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、単一のディスプレイを用いて、少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を表示するための改善された多重奥行き表示装置および多重奥行き表示方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について、一例として図面を参照しながら以下に説明する。
【００２０】
図７は、単一のディスプレイ５２によって角度、偏光、時間、および波長の何れか１つで多重化された複数の画像を生成し、続いて、それら複数の画像が異なる奥行きで重なって見えるように、画素方向符号化用光学素子５４および方向分離用光学素子５６によって、多重化された複数の画像に、異なる、ユーザまでの光路（光学距離）をとらせることができる、包括的な概念を示す。多重化方法に応じて光路（光学距離）を変化させられる方法には、例えば、複屈折材料を使用する方法や、回折素子、屈折素子またはミラー素子による方法など、多くの方法がある。
【００２１】
多重化された画像は、その後、所要の出力の複数平面に対応するディスプレイ上に表示される。図８は、自動車用途のための１対の画像（第１の画像）５８および画像（第２の画像）６０の例、および空間多重化ディスプレイに表示できる、対応する（空間）インタレース画像６２を示す。
【００２２】
第１の実施形態を図９に示す。本実施形態は、マルチビュー・ディスプレイ６４、すなわち、角度で多重化された、互いに独立した複数の画像を生成できるディスプレイで構成される。マルチビュー・ディスプレイ６４は、例えば、軸外からディスプレイ６６を見たときに一部の画素が遮蔽されるように、画素上に配置された視差バリア（吸収バリア）６８をディスプレイ（表示パネル）６６に設けた構成とすることができる。この視差バリア６８は、公知の多くの形態の１つをとることができ、例えば、１サブ画素おき、または１画素おきに遮蔽するものとすることができる。好適な視差バリア６８は、例えば特許文献２０に記載されている。なお、マルチビュー・ディスプレイを作製する方法として、他の方法、例えば、視差バリア６８の代わりにレンズアレイを用いる方法、指向性バックライトを用いる方法、ディスプレイの固有の性質を利用する方法などを用いることができる。これらの方法は当業者に知られており、これらの方法そのものについては本明細書では取り上げない。さらに、マルチビュー・ディスプレイにおいて、画像またはビュー（view；観視者に画像を見せる物（光））の数は、当業者に知られているように、２つだけに限定されるものではない。
【００２３】
ディスプレイ６６の表面から離れた位置に、プリズム素子の繰り返し単位７２の複数個からなるプリズムフィルム（方向変更層）７０が、離れて置かれる。各繰り返し単位７２内におけるプリズム素子（プリズム面７４，７６）の数は、異なる奥行き平面の数と等しい。各繰り返し単位７２は、第１表面角度（第１プリズム角度）のプリズム面７４および第２表面角度（第２プリズム角度）のプリズム面７６を有している。プリズム面７４の第１表面角度およびプリズム面７６の第２表面角度は、対応する奥行き平面の画像からの光が観視者の方へ向かって屈折するように、また、観視者が正しい可視領域(viewing region)にいるときに、全てのビューに由来する複数の画像を異なる奥行きで重ねて同時に見ることができるように、設定されている。なお、後述するように１つのプリズム面を用いて２つ以上の画像を屈折させることができるので、各繰り返し単位７２内におけるプリズム面７４，７６の数は、必ずしもディスプレイ６６によって生成されるビューの数と等しくなくてもよい。
【００２４】
図９は、ディスプレイ６６が２つのビューを生成し、一方のビューがディスプレイ６６に垂直で、他方のビューがディスプレイ６６に対して約３０度の角度をなしている状態を示す。この図は、例示のためのものにすぎず、本願を何ら限定するものはない。
【００２５】
当業者であれば理解できるように、表示パネル６６は、２つより多くのビューを生成できる。さらに、ディスプレイ６６とプリズムフィルム７０との間の距離は、どのような距離であっても使用できる。距離の増大は、観視者によって知覚される、平面と平面との間の奥行き差を増大させる。プリズムフィルム７０は、ディスプレイ６６よりも高い頭の自由度を与えることが可能であるが、必ずしもそのような自由度を与える必要はない。ディスプレイ６６は、必ずしもプリズムフィルム７０と平行でなくともよい。プリズムフィルム７０の繰り返し単位７２のピッチは、観視者に見えないほど小さくすべきである。プリズムフィルム７０は、１つのプリズム素子（プリズム面７４，７６）内において平坦または平面(flat/plane)であるものとして、図９に図示している。しかしながら、プリズムフィルム７０は、必ずしもそのような形状である必要はなく、両方のプリズム素子（プリズム面７４，７６）内においてプリズム角を有していてもよい。さらに、図９は、１つの行路（行路１）がディスプレイ６６およびプリズムフィルム７０の両方に垂直であるように示しているが、必ずしもそうである必要はない。異なる奥行きを生成するために必要なのは、複数の行路（図９の中の行路１および２）の長さが互いに異なることのみである。さらに、図９は、観視者が軸上に位置している例、すなわち、行路１および行路２がプリズムフィルム７０に対して９０°でプリズムフィルム７０から出射する例を示している。しかしながら、通常の視点位置が、ディスプレイ６６およびプリズム７０に対してどんな角度となるようにも、上記ディスプレイを構成できるであろう。ディスプレイ６６の画素群は、２つ以上のビューが規則的に交互となる必要はなく、２つ以上のビューをどのようなパターンで織り交ぜて(interlace)もよい。
【００２６】
図９において、行路１（第１のビューに対応する）は、その入射角に対して角度７１でプリズムフィルム７０から出射する。また、行路２（第２のビューに対応する）は、その入射角に対して角度７３でプリズムフィルム７０から出射する。角度７１は１８０度である一方、角度７３は１８０度より大きい。プリズムフィルム７０は、行路１および行路２の角度をそれぞれ第１の角度および第２の角度だけ変化させる「方向変更層」として機能する。図９において、第１の角度は０（つまり、行路１は方向が変更されない）であり、第２の角度は約３０度である。しかしながら、他の実施形態において、方向変更層によって行路１および２の両方の方向を変化させてもよい。
【００２７】
他の実施形態を図１０ａに示す。本実施形態は、前記の実施形態の構成要素に対応する構成要素を備えているが、プリズムフィルム７０（プリズムアレイ）に代えて、複数のミラー素子からなるミラー層７８を方向変更層として用いたマルチビュー・ディスプレイからなる。前記の実施形態の構成要素に対応する構成要素には前記の実施形態と同一の参照番号を付与している。上記ミラー素子は、前記のプリズム素子と同様の作用を持つように、すなわち、複数のビューの各々に由来する光をユーザの方へ向かって反射するように、構成されている。図１０ａでは、第２のビューが、ディスプレイ６６に垂直に、ミラー素子とミラー素子との間をユーザの方へ通過することができるので、単一のミラー角しか示していない。しかしながら、もっと多くのビューが必要であれば、複数の角度で傾斜させたミラー素子を有する構成としてもよい。ただし、上記ミラー素子の繰り返し回数(frequency)を、ディスプレイ６６における画素の繰り返し回数より多くすべきである。さもなければ、上記各ミラー素子において見えるディスプレイ（ディスプレイ上の画像）の部分が、反転されたように見えるであろう。また、上記ミラー素子によって反射された光が、上記方向変更層（ミラー層７８）の上方に位置する一次元の焦点へ導かれる。すなわち、一般のシリンドリカルレンズまたはミラーによって光が焦点に集められるのとほぼ同様にして、光が、上記ミラー層７８に平行な平面内ではなく上記ミラー層７８の面に垂直な平面内の焦点に集められる。したがって、ユーザが両眼を上記ミラー層７８の平面に垂直にして見れば、上記第２の画像が上記ディスプレイ６６の上方に見えるが、ユーザが両眼を上記ミラー層７８の面に平行にして見れば、上記第２の画像が上記ディスプレイ６６の下に見えるであろう。
【００２８】
上記ミラー素子は、鉛直方向（ディスプレイ６６に垂直な方向）に対していかなる角度をなしていてもよく、その角度が大きいほど、より光行差の大きい画像が見えるであろう。上記ミラー素子が鉛直（ディスプレイ６６に垂直）である場合、特別な状況が生じる。この場合、もはや画像には光行差が付与されず、画像は、元のオブジェクト（ディスプレイ６６上の画像）と同じ位置（水平方向での位置）ではあるが、元のオブジェクトとは上記方向変更層（ミラー層７８）を挟んで反対側に形成される。したがって、この場合、上記方向変更層（ミラー層７８）と上記ディスプレイ６６との間隔の２倍の奥行き差が得られる。当業者であれば理解できるように、この状況では、上記ミラー素子が、ユーザと平行であり、それゆえ反射面を出現させないので、第２の画像は軸上では見えない。
【００２９】
図１０ａのミラー層７８は、ポリマー（透明基材）内に反射性金属または誘電体膜の素子を複数埋め込むことにより形成できる。まず、プラスチックフィルムをエンボス加工または成形することによりプリズムフィルム基板を製造する。反射性金属（例えば、アルミニウム、銀、またはクロム）または多層誘電体膜を、真空室内に置いたソースからの蒸着によって、プリズム素子の片側の面のみが覆われるように堆積させる。その後、得られた構造を、上記プリズムフィルム基板と屈折率が整合している硬化可能なポリマー樹脂で被覆し、光学的平面度を保証するために平らなポリマーシートを頂面上に配置する。樹脂を硬化させる。上記構造の透明な部分は全て、互いの境界が目に見えないように光学的に整合している（同じ屈折率を有している）。結果として、ポリマー内に埋め込まれたミラーアレイが得られる。このミラーアレイは、図１０ａのミラー層７８として使用することができる。
【００３０】
図１０ｂに示すように、上記複数のミラー素子からなるミラー層７８を、全内部反射（ＴＩＲ）が起こりうる透明媒質（透明素子）８０からなる層（全内部反射層）で置き換えてもよい。透明媒質８０は、上記ミラー素子と同じ、ユーザの方へ向かって光を反射する効果を持つ。
【００３１】
奥行き差を発生させる光路差（光学距離差）は、屈曲／偏位が１回だけの場合よりも複雑になりうる。図２１は、プリズムフィルムを基板と一体的に形成してなる基板／プリズムフィルム８１内での導光により、どれぐらい大きな光路長（光学距離）の差を実現できるのかを示す。行路１に沿って基板／プリズムフィルム８１に入射した光は、基板／プリズムフィルム８１の上面で屈折して、ユーザの方へ向かって進む。行路２に沿って進む光は、基板／プリズムフィルム８１の上面からユーザの方へ向かって反射されるときに、基板／プリズムフィルム８１の上面で全内部反射され、基板／プリズムフィルム８１から出射する前に基板８１の下方へ導光される。この方法は、単純な屈折法と比べて遥かに大きい奥行き差を２つの平面の間に発生させる。この実施形態において、基板８１の上面上の実存するプリズム８３は、行路差がその内部で発生する基板８１の本体から分離された方向変更層とみなすことができる。図２１に示すプリズムフィルム／基板８３は、図１０ａに示すミラー層７８に代えて用いることができる。
【００３２】
図２１に示すタイプのプリズムフィルムを製造する方法は、周知である。そのようなフィルムは、３Ｍ（登録商標）社（ミネソタ州セントポール市；「ＶＩＫＵＩＴＩ（登録商標）」の商品名でそのようなフィルムを製品として販売している）、フレネル・オプティクス(Fresnel Optics)社（ニューヨーク州ロチェスター市）を含む世界中の多くの会社が製造している。特許文献２１は、そのようなフィルムの製造方法に関する詳細の幾らかを提示している。
【００３３】
光路（光学距離）の偏差は、奥行きの変化を生じさせるのに加えて、望ましくない画像内での平行移動（水平オフセット）を生じさせうる。これは、図８に示すように表示される画像を変化させることによって補正できる。しかしながら、これは、各画像の上端および下端（あるいは左端および右端）に、１つの奥行き平面しか含まない領域を発生させる。
【００３４】
画像を補正する代わりに、光路（光学距離）を補正してもよい。図１１は、この光路（光学距離）の補正を実現する方法を示す。２つの方向転換素子（方向変更層）８２，８４を使用し、両者の組み合わせによる効果として複数の光路をほぼ一致した状態に戻すようにする。これにより、画像間の奥行き差を維持しながらオフセットを除去できる。方向転換素子８２，８４は、他の実施形態の方向変更層、例えば図９のプリズムフィルム７０および図１０のミラー層７８のいずれかとすることができる。
【００３５】
上記の行路の変化は、さらに、プリズムフィルム７０で生じる屈折が最終の画像に色分解をもたらす、という他の望ましくない作用をもたらす。これは、多くの方法によって補正できる。白色光源が３つの単色光源または狭帯域光源からなる場合、表示される画像は、個々の色の相殺により補正できる。しかしながら、広帯域光源を用いる場合、レンズ設計分野の当業者に知られているように、光行差は、プリズム層（プリズムフィルム７０）に色消しダブレット（二枚玉）を形成することで補正できる。
【００３６】
上記の異なる複数の画像は、偏光を用いて、識別および多重化することができる。図１２は、この方法の例を示す。交互の画素が互いに直交する偏光を持つように、１画素毎に偏光が回転されている。この符号化は、多くの方法によって達成できるが、画素と偏光符号化素子との距離によって生じる視差効果を回避するように注意しなければならない。この視差を回避するための１つの方法は、偏光を符号化するために、セル内偏光子（偏光手段）およびセル内パターン化移相子（偏光手段）８８を備えた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）（偏光出力ディスプレイ）８６を用い、２つの偏光を分離するのに、偏光ビームスプリッタ（方向変更層）９０を用いることである。それに代えて、平行光を発するバックライトを用いることができ、これによって、偏光子およびパターン化移相子をセル構造の外部に配置できる。さらに他の変形例として、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイなどのような発光型無偏光ディスプレイを、画素表面上のパターン化偏光層と共に使用してもよい。
【００３７】
偏光符号化された複数の画像を分離するために、偏光に依存する屈折力を持つ素子９０を使用してもよい。この例は、図１３に示すように、単一角のプリズムフィルム９２、例えばフレネルプリズムとして一般に知られているものに対して、プリズムフィルム９２のプリズム面を満たす複屈折材料９４を備えたものである。上記複屈折材料９４は、その屈折率の１つがプリズムフィルム９２（フレネルプリズム）を構成する材料の屈折率と整合するように選択される。このようにして、１つの偏光（適合した偏光）９６は、プリズム面で屈折率差に遭遇せず、したがって、プリズム面への入射角と同じ角度でプリズム面から出射する（屈折しない）。一方、他の偏光（適合しない偏光）９８は、プリズム面で、屈折率差に遭遇し、屈折する。
【００３８】
偏光符号化された複数の画像を分離する他の方法は、図１４に示すように、偏光符号化ディスプレイ８６およびパターン化移相子８８の上に配置された、体積の大きい複屈折材料１００を使用する方法である。上記光学軸は、上記光が複屈折を受け、一方の画像の行路が偏位され、他方の画像の行路がディスプレイに垂直なままとなるように構成されている。
【００３９】
偏光符号化された複数の画像を分離する他の方法は、図１４ａに示すように、反射時に起こる光の偏光面の回転を利用する方法である。図１４ａは、複数のミラー１０３を含むミラー層の平面に対して約４５度をなす入力偏光を持つ、画素からの入射光１０１を示す。上記の光（入射光１０１）は、ミラー１０３で反射されるときに、その偏光面が約９０度回転される。したがって、偶数回の反射を経る行路（行路１）は入射光と同じ偏光を維持する一方、奇数回の反射を経る行路（行路２）は、入射光の偏光面を約９０度回転した偏光面を持つであろう。基板の上面上に直線偏光子を配置することによって、一方の偏光を遮断し、上面および下面のいずれか一方に上記画素を出現させることができる。固定偏光子を使用し、１画素毎に出力偏光を約９０度回転させれば、各画素対が異なる奥行き平面に現われ、空間インタレース表示を使用できるであろう。この実施形態において、複数のミラー１０３を含むミラー層は、透明基材から分離された方向変更層とみなすことができる。
【００４０】
偏光符号化は、さらに、各画素の奥行きを能動的に変化させることができるシステムにまで拡張できる。パターン化移相子を用いる代わりに液晶セルを使用すれば、各画素の出力偏光を設定できる。さらに、２つの偏光を分離するのに（あるいは他のいかなる方法にも）、偏光ビームスプリッタを用いることができる。そのようなシステムは、複数の奥行き平面上に等しい画素数を有しているので、解像度の損失がないという利点を有している。注意すべきは、各画素の奥行きを個々に変更することができるので、水平オフセットはソフトウェアでは補正できず、それに代えて図１１に示すのと等価なハードウェア補正を適用しなければならないことである。さらに、ディスプレイと偏光符号化素子との距離に起因して生じる視差の問題を考慮しなければならない。当業者であれば理解できるように、この設計は、２個の偏光回転セルを使用するが、吸収素子の数の２倍の偏光回転セルを含んでいない。それゆえ、この設計は、先行技術の２つのパネルを用いた手法の多くと同じ欠点に悩まされることがない。
【００４１】
画像を時間的に符号化すること、すなわち、画像を時間順次で表示し、行路を偏位させるのと同期して他の素子を切り替えることが可能である。この例を図１５に示す。この実施形態において、第１および第２の画像は、ディスプレイ１０２によって時間順次で交互に表示され。切り替え可能な液晶（ＬＣ）プリズム層（方向変更層、表示パネルの各画素の偏光を第１の偏光と第２の偏光との間で切り替えることを可能とするように構成された切り替え可能な移相子、液晶セル）１０４は、その表示と同期して、電圧の印加／無印加が切り替えられる。切り替え可能な液晶プリズム層１０４は、電圧が印加されていないときには、光路（光学距離）に影響を与えないが、電圧が印加されたときには、行路を偏位させ、その結果として画像を異なる奥行きに出現させる。図１６に示すように、変形例は、その代りに、偏光子（偏光手段）を含むディスプレイ１０２によって順次表示される複数の画像のための光の偏光を回転させるものである。ディスプレイ１０２は、例えば、切り替え可能な移相子１０６を使用し、ＬＣ層に適合した固定プリズム構造を有するものである。
【００４２】
さらに他の実施形態は、波長多重化を用いるものである。すなわち、複数の画素を識別できるように、複数の画像に、僅かに異なる波長を用いる。図１７は、このような実施形態の例であって、バックライト１１０および空間光変調器（ＳＬＭ）１１２を有するＬＣディスプレイにおいて、複数の狭帯域のカラーフィルタ１０８を使用した例を示す。カラーフィルタ１０８は、交互の画素（異なる複数の画像に対応する）が、互いに僅かに異なる、赤色透過帯域、緑色透過帯域、および青色透過帯域を持つように、設計されている。このようにして、交互の画素をそれらの波長によって識別できる。これは、波長に応じて光路（光学距離）を変化させる回折素子またはホログラフィック素子（方向変更層）１１４の使用により実現される。
【００４３】
図１８は、前の実施形態に類似しているが、異なる波長の画素が、ＵＶ光源１１８によって照射される狭帯域蛍光体１１６と導光体１２０とによって生成される、さらに他の波長多重化の実施形態を示す。
【００４４】
さらに、図１９に示すように、複数の多重化方法を組み合わせることも可能である。図１９は、時間多重化法と波長多重化法との組み合わせを示す。僅かに波長の異なる２つの狭帯域光源１２２，１２４（狭帯域光源群（セット１）１２２および狭帯域光源群（セット２）１２４）が交互に点灯され、画像全体がディスプレイ上に表示される。この場合も先と同様に、画像の奥行きを分離および変化させるために、回折素子１１４が使用される。
【００４５】
図２０は、図９の実施形態をどのように改変すれば、２つの別個の二重奥行き画像を２人のユーザそれぞれに対して表示できるディスプレイを製造できるかを示す。図２０の実施形態は、４つの異なる角度で４つの異なる画像を表示できるディスプレイ１２６および視差バリア１２８を用いている。プリズムフィルム（方向変更層）１３０は、ディスプレイ１２６上に位置し、プリズム素子の繰り返し単位１３２を多数含んでいる。各繰り返し単位１３２は、２つの上面のみを有しており、これら上面の各々は２つの機能を持つ。これら２つの上面のうち、一方の上面は、一方の観視者のための上画像（上画像１）および他方の観視者のための下画像（下画像２）を生成し、他の上面は、一方の観視者のための下画像（下画像１）および他方の観視者のための上画像（上画像２）を生成する。そのようなデバイスは、例えばテーブルゲーム用として使用できるであろう。
【００４６】
当業者であれば理解できるように、上述した複数の異なる実施形態の特徴は、任意の組み合わせで組み合わせることが可能である。例えば、２つ以上の方向修正層（方向変更層）を用いる場合、これら方向修正層は同じ種類でなくともよい。例えば、第１の方向修正層がミラー層である一方、第２の方向修正層がプリズムフィルムであってもよい。それに代えて、第１の方向修正層が偏光ビームスプリッタである一方、第２の方向修正層がミラー層などであってもよい。いかなる組み合わせも可能である。もちろん、２つより多くの方向修正層があってもよく、ディスプレイがいかなる数の画像を同時に表示してもよく、ディスプレイによって表示される画像の各々がいかなる数の奥行き平面を有していてもよい。さらに、この説明では、奥行き平面について説明したが、当業者であれば理解できるように、異なる奥行きの画像は、いかなる形状もとることができ、平面である必要はない。異なる奥行きの画像は、他のあらゆる形状の画像とすることができるので、曲がった画像とすることもできる。
【００４７】
プリズムフィルムを使用する場合、各繰り返し部内でのプリズム面の数は、必ずしも奥行き面の数と等しくなくてもよい。例えば、図２０は、１つのプリズム面を用いて２つの画像を形成する実施形態を示す。偏光出力ディスプレイは、発光ディスプレイ（例えば、ＯＬＥＤ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）など）と偏光子との組み合わせでもよく、アクティブマトリクス方式液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）などのような偏光ディスプレイであってもよい。
【００４８】
上述の実施形態は、多くの利点をもたらす。上記実施形態は、単一のディスプレイを使用しており、これにより、複数のディスプレイを用いる手法よりも低コストとなっている。上記実施形態は、立体画像対に依存せず、それゆえ立体画像対に付随する眼精疲労を回避できる。さらに、このシステムは、裸眼立体ディスプレイと異なり、可視窓(viewing window)を生成しないので、視点の自由度が高い（見ることのできる領域が広い）。さらに、先行技術の多層方法が減法のシステムであり、それゆえに暗い背景の前に光オブジェクトを出現させることができないのに対し、上記実施形態は、加法のシステムであり、それゆえに暗い背景の前に光オブジェクトを出現させることができる。このことは、さらに、減法のシステムと比較してモアレ効果の低減をもたらす。さらなる利点は、画像の中の使用されない光が、周囲へ透過されることなく表示パネルに吸収されることである。
【００４９】
上述した実施形態は、可動部に依存せず、表示パネルと追加の光学素子との間での位置合わせが不要である。表示装置として空間光変調器（ＳＬＭ）を用いれば、光は単一のＳＬＭと光学素子とを通過するだけである。したがって、結果として得られる画像は、複数のＳＬＭを用いた手法の場合よりも明るい。さらに、上述したように、１つのディスプレイが２つより多くの奥行き面を生成できる。
【００５０】
当業者であれば理解できるように、上述した実施形態が図５に示す先行技術と異なる点の１つは、図５においては、２つの画像間の行路差が全てミラー層４０内で発生するのに対し、上述した実施形態においては、２つの画像間の行路差が、プリズムフィルム７０、ミラー層７８、回転素子８２および８４、偏光ビームスプリッタ９０などのような種々の異なる方向変更層の外部で発生する点である。さらに注目すべきは、図５がほぼパネル全体を示しており、図５中の前景素子群３４および背景要素群３６が大きいことである。ここで述べた各実施形態では、少なくとも一方向の寸法が１ｍｍ未満である複数の素子を備える方向変更層を用いることが好ましい。
【００５１】
以上のように、少なくとも２つの異なる知覚上の奥行きで画像を表示するための多重奥行き表示装置は、少なくとも第１の画像および第２の画像を表示するように構成された複数の画素を含む表示パネル（６６）と、方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）とを備え、該方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）は、上記第１および第２の画像を形成する光が上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）に入射した後、上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）から出射するように構成され、第１の画像を形成する光については、上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）から出射する光が上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）に入射した光に対して第１の角度だけ方向の変化した光となるように、上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）によって光の方向が変更され、第２の画像を形成する光については、上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）から出射する光が上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）に入射した光に対して第２の角度だけ方向の変化した光となるように、上記方向変更層（７０、７８、８２、８４、９０、１０３、１０４、１１４、１３０、８３）によって光の方向が変更され、第１の角度と第２の角度とが異なり、これらによって、ユーザが見たときに、第１の画像と第２の画像との間に知覚上の奥行き差が生成されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】特許文献１に記載された先行技術の構成を示す。
【図２】特許文献２に記載された先行技術の構成を示す。
【図３】特許文献１７に記載された先行技術の構成を示す。
【図４】特許文献１９に記載された先行技術の構成を示す。
【図５】特許文献１９に記載された先行技術の構成を示す。
【図６】特許文献１９に記載された先行技術の構成を示す。
【図７】本発明の実施形態の基本概念を示す。
【図８】自動車用途においてディスプレイ上に表示される典型的な画像の構成を示す。
【図９】プリズムフィルムを用いた実施形態を示す。
【図１０ａ】ミラー層を用いた実施形態を示す。
【図１０ｂ】全内部反射（ＴＩＲ）層を用いた実施形態を示す。
【図１１】水平オフセットを除去するための構成を示す。
【図１２】パターン化移相子および偏光ビームスプリッタを用いた実施形態を示す。
【図１３】偏光ビームスプリッタとして複屈折材料を用いた実施形態を示す。
【図１４】複屈折材料およびパターン化移相子を用いた実施形態を示す。
【図１４ａ】ミラー層を用いて異なる偏光の画像を分離する方法を示す。
【図１５】切り替え可能な液晶プリズム層を用いた実施形態を示す。
【図１６】切り替え可能な移相子を用いた実施形態を示す。
【図１７】色フィルタを用いて、波長に基づいて２つの画像を識別することを可能にした実施形態を示す。
【図１８】狭帯域蛍光体を用いた実施形態を示す。
【図１９】狭帯域ＬＥＤを用いた実施形態を示す。
【図２０】二重奥行き画像を生成する実施形態を示す。
【図２１】基板内での導光により、どれぐらい大きな光路長（光学距離）の差を実現できるのかを示す。
【符号の説明】
【００５３】
６６  ディスプレイ（表示パネル）
７０  プリズムフィルム（方向変更層）
７８  ミラー層（方向変更層）
８２  方向転換素子（方向変更層）
８３  プリズム（方向変更層）
８４  方向転換素子（方向変更層）
９０  偏光ビームスプリッタ（方向変更層）
１０３  ミラー（方向変更層）
１０４  切り替え可能な液晶プリズム層（方向変更層）
１１４  回折素子（方向変更層）
１３０  プリズムフィルム（方向変更層）
【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９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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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１４ａ】
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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８】
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