(57)【要約】本発明は、いくつかの透視画像からの画像情報を表示することができる複数の半透明な画像素子と、波長フィルタ・アレイ（３）と、少なくとも２つのモードで動作し、トリガすることができる照明デバイスとを含む画像再生デバイス（１）を備える二次元または三次元表示用の装置に関する。光は、半透明フィルタ素子の少なくとも一部を通過し、次に第１の動作モードで画像再生デバイス（１）の画像素子の関連する部分を通過して、波長フィルタ・アレイ（３）の後ろに配置されている第１の照明源（２）から観察者（７）に届き、その結果、観察者はシーンまたは対象物を三次元画像としてみることができる。光は第２の照明源（４）により放射され、第２の動作モードの場合、波長フィルタ・アレイ（３）のフィルタ素子を通過しないで、画像再生デバイス（１）の画像素子を通過して観察者（７）に届く。そのため、観察者（７）は、シーンまたは対象物の少なくとも一部を二次元画像でみる。本発明の装置は、また第２の動作モードで均一な照明を提供する手段も備える。
2006511844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーンまたは対象物の画像を表示するための装置であって、
行および／または列のラスタに配置されて、前記シーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報のビットを表示することが可能な、多数の光透過画像レンダリング素子からなる画像表示装置（１）を備え、
前記画像表示装置（１）の後ろに（観察者７の視線の方向に）配置されて、行および／または列に配置されている多数のフィルタ素子からなり、その中の一部が指定の波長範囲内の光に対して透明であり、一方、残りの部分が半透明である平面波長フィルタ・アレイ（３）を備え、
少なくとも２つの動作モードを供給する制御可能な照明手段を備え、
第１の動作モードの場合、前記波長フィルタ・アレイ（３）の後ろに配置されている第１の光源（２）からの光が、前記光透過フィルタ素子の少なくとも一部を通り、その後で前記画像表示装置の前記画像レンダリング素子の相関する部分を通過して前記観察者（７）のところに届き、その結果、観察者（７）が、前記シーンまたは対象物を三次元で見ることができ、
第２の動作モードの場合、波長フィルタ・アレイ（３）と画像表示装置（１）との間に配置されていて、前記波長フィルタ・アレイ（３）にほぼ平行な少なくとも１つの放射面を有する第２の光源（４）からの光が、前記１つの放射面または複数の放射面から出て、前記画像表示装置（１）の前記画像レンダリング素子を通過するが、前記波長フィルタ・アレイ（３）のフィルタ素子を通過しないで観察者（７）に届き、その結果、前記観察者（７）が、前記シーンまたは対象物の少なくとも一部を二次元で見ることができ、
前記第２の動作モードで均一な照明を行うための手段を備える装置。
【請求項２】
前記第２の光源（４）が、光導波路スラブ（光ガイド）（１９）として構成されている平面光源であり、
前記光ガイド（１９）が、２つの相互に対向する広い面（１２）と周辺の狭い面とを有し、前記画像表示装置（１）の方向または反対方向を向いている前記広い面（１２）が前記放射面に対応し、または両方の広い面（１２）が前記放射面に対応し、
前記光ガイド（１９）が１つまたはいくつかの横方向に配置されている光源（５）からの光を受光し、
前記光が、前記広い面（１２）から全反射により部分的に前後に反射し、前記放射面に対応する前記広い面（１２）または前記放射面に対応する前記広い面（１２）のところで部分的に分離した、１つまたはいくつかの前記狭い面を通して前記光ガイド（１９）内に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の動作モードの場合、前記第２の光源（４）に加えて前記第１の光源（２）がオンに切り替えられ、前記画像表示装置から反対方向を向いている前記広い面（１２）だけが放射面として機能し、均一な照明を提供するために、前記放射面のこれらのエリアだけが、前記面に垂直な方向に沿って前記波長フィルタ・アレイ（３）上の投影が半透明フィルタ素子が占める前記エリアとほぼ一致する場合に、光を放射するために機能する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記波長フィルタ・アレイ（３）が、前記放射面に対応する前記広い面（１２）上に設置される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記放射面に対応する前記広い面（１２）が、放射のための前記エリア内において、全反射と干渉する構造でコーティングされていて、好適には、前記構造が粒子のコーティングからなる、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記放射面を横切る前記粒子の前記干渉能力が、前記コーティング内の粒子の密度により変化する２つの制限値間で不均質である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
１つの各コーティングされたエリア内の前記粒子の前記干渉能力がほぼ一定である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
２つの平行な対向する狭い面が、内側に光を結合するためのものであり、前記狭い面に平行に整合しているストライプ状のセグメント内に配置されている前記コーティングしたエリアの前記干渉能力が、距離ｘ１、ｘ２が共通の最大値に向かって増大するにつれて進行的に増大する、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記粒子の前記干渉能力が、前記各部分的エリア内において、また前記放射面のすべての点においてほぼ均質である、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
２つの相互に対向する垂直な狭い面が、光を内部に結合するためのものであり、それぞれが１つまたはいくつかの行および／または列からなり、共に前記波長フィルタ・アレイ（３）を完全にカバーしている前記波長フィルタ・アレイ（３）の選択した重なっていないエリアにおいて、指定の波長範囲内の光を透過するフィルタ素子がカバーする前記表面積と半透明フィルタ素子がカバーしている表面積の間の比率が、前記面に垂直な方向に沿った投影が、それぞれ前記波長フィルタ・アレイのこのように選択した選択エリアの中の１つに対応する場合に、前記平面光源の前記放射面のこれらの部分的エリア内の達成できる最大輝度により決まる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
本質的に光を吸収する層が、全反射と干渉する前記コーティングの頂部上に位置する、請求項５〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記照明手段が、前記波長フィルタ・アレイ（３）の前記面上で輝度勾配を形成するように、前記第１の光源（２）を制御するためのデバイスを備える、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記照明手段が、前記波長フィルタ・アレイ（３）の方を向いている側面上に平らな密封ガラスを備え、それに平行で、前記密封ガラスの内部に塗布された蛍光体コーティングを含む放電ランプである第１の光源（２）を備える、請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記蛍光体コーティングが、前記面に垂直な方向に沿った前記波長フィルタ・アレイ（３）上への投影が、指定の波長範囲内の光を透過するフィルタ素子がカバーしているエリアとほぼ一致するエリア上にだけ塗布される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記波長フィルタ・アレイ（３）が前記密封ガラスの外側に設けられる、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２の動作モードの場合、前記第１の光源（２）の光の一部が分離し、光学素子により前記第２の光源（４）内に再結合され、前記光のこの部分が、指定の波長範囲内の光を透過するフィルタ素子がカバーしている前記波長フィルタ・アレイの表面積と半透明フィルタ素子がカバーしている前記表面積の間の比率により決まる、請求項１〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
光ガイドおよび／または反射素子が、分離および内部への導入のためのものである、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
好適には、プリズム効果の微細構造を有するフィルタ・プレートまたは薄いフォイルであることが好ましい光学的に有効な材料が、前記第１および第２の光源（２，４）の間に配置されていて、その結果、前記第２の光源（４）の臨界角より大きな入射角を有する前記第１の光源（２）の光が、前記第２の光源（４）内に入るのがほとんど防止される、請求項１〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の光源（４）が、前記画像表示装置の方向に光を放射し、同時に前記波長フィルタ・アレイ（３）内で半透明フィルタ素子として構成されている多数の個々に制御することができる個々の光源からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記光源が、発光するほぼ平らなポリマー層である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
シーンまたは対象物の画像を表示するための装置であって、
前記シーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報のビットを表示することができる多数の半透明画像レンダリング素子からなる画像表示装置（１）を備え、
前記画像表示装置（１）の後ろに（観察者の視線の方向に）配置されていて、行および／または列に配置されていて、指定の波長範囲内の光を放射するための多数の個々に制御することができる光源を含むアレイを備え、
第１の動作モードの場合、光がこれらの光源から放射され、その光だけが、前記各光源にそれぞれ割り当てられる前記画像表示装置（１）の画像レンダリング素子のそれらを通して観察者に届き、その結果、三次元画像が表示され、
第２の動作モードの場合、光が、その光が特別の割当てなしで、前記画像表示装置（１）の画像レンダリング素子を通して観察者に届く前記光源の少なくとももう１つの部分によりさらに放射され、その結果、表示される前記画像の少なくとも一部が二次元で表示される装置。
【請求項２２】
前記光源がほぼ平らな発光ポリマー層である、請求項２１の装置。
【請求項２３】
液晶ディスプレイが光源として設置される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記第２の動作モードの場合の均一な照明手段が、オンおよびオフに切り替えられる、前記広い面（１２）のうちの少なくとも一方上に設置されている光分離構造（１３）である、請求項２に記載の装置。
【請求項２５】
オンおよびオフに切り替えることができる前記光分離構造（１３）が切替え可能な散乱層である、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記切替え可能な散乱層が、第１の動作モードの場合透明状態に切り替えられ、前記第２の動作モードの場合散乱状態に切り替えられる、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記第２の動作モードの場合、前記切替え可能な散乱層の表面の一部（２０）だけが散乱状態に切り替えられる、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記部分的エリア（２０）がストライプ状である、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記ストライプ状の部分的エリア（２０）の幅が異なる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
散乱状態に切り替えられる一つおきの隣接するストライプ状の部分的エリア（２０）が、永久に透明なストライプ状の部分的エリア（２１）により分離されていて、その結果、
単位面積毎の前記光源（１９）から分離する光の量が、前記光ガイド（１９）上の場所により異なる、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
第２の動作モードにおける切替え可能な散乱層が、面毎に散乱量が変化するように切り替えられ、その結果、前記光源（１９）からの光の分離量が、前記光源（１９）上の場所により異なる、請求項２４〜３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
異なる制御信号のペアが、散乱の量が異なるように、前記切替え可能な散乱層上の異なる場所に適用される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記観察者に面している前記波長フィルタ・アレイ（３）の側面上の前記半透明フィルタ素子が拡散により散乱を行う、請求項２４〜３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記光ガイド（１９）の前記広い面（１２）が、無地のおよび／または模様のある表面を有する、請求項２４〜３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記切替え可能な散乱層が、適当な電圧をかけた場合に光に対して透明になり、電圧の供給を止めた場合に光を散乱する、例えば、コレステリック・ネマチック遷移を有するような液晶層である、請求項２４〜３４のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
前記第２の動作モードの場合の前記均一な照明手段が、前記光ガイド（１９）と前記画像表示装置（１）との間に配置されている切替え可能な散乱ディスク（２２）であり、この散乱ディスクが、前記第１の動作モードの場合に透明状態に切り替えられ、少なくともその表面の一部上で第２の動作モードの場合に光を散乱し、その結果、第２の動作モードで前記切替え可能な散乱ディスク（２２）を通過する光の明るさのコントラストが低減する、請求項２に記載の装置。
【請求項３７】
前記第２の動作モードの場合に、前記第２の光源（４）に加えて前記第１の光源（２）がオンに切り替えられる、請求項２４〜３６のいずれかに記載の装置。
【請求項３８】
シーンまたは対象物の画像を表示するための装置であって、
行および／または列のラスタに配置されていて、前記シーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報のビットを表示することができる多数の光透過画像レンダリング素子からなる画像表示装置（１）を備え、
前記画像表示装置（１）の後ろに配置されている（観察者７の方向に見た場合）少なくとも２つの平面波長フィルタ・アレイ（２３，２４）を備え、それぞれが、行および／または列に配置されている多数のフィルタ素子からなり、その中の一部が指定の波長範囲内の光に対して透明であり、一方、残りの部分が光に対して半透明であり、前記波長フィルタ・アレイの一方（２３または２４）が他方（それぞれ２４または２３）に対してシフトすることができ、両方のアレイが好適には相互に近接し、
波長フィルタ・アレイ（２３，２４）の後ろに（視線の方向に）配置されている好適には平面光源（２）を備え、
前記波長フィルタ・アレイ（２３，２４）から十分距離をおいて、前記画像表示装置（１）と前記波長フィルタ・アレイ（２３，２４）の間に配置され、前記第１の動作モードの場合、透明状態に切り替えられ、前記表面の少なくとも一部上において前記第２の動作モードの場合、散乱状態に切り替えられる切替え可能な散乱ディスク（２２）を備え、
第１の動作モードの場合、前記波長フィルタ・アレイ（２３，２４）が、前記波長フィルタ・アレイ（２３，２４）の後ろに配置されている前記光源（２）が放射する光が、両方の波長フィルタ・アレイ（２３，２４）の光透過フィルタ素子の少なくとも一部を通過し、その後で前記画像表示装置（１）の画像レンダリング素子の相関する部分を通過して
前記観察者のところに届くように相互に関連する位置を占めていて、その結果、観察者（７）が、前記シーンまたは対象物を三次元で見ることができ、
第２の動作モードの場合、前記切替え可能な散乱ディスク（２２）のそのエリアの少なくとも一部が散乱状態に切り替えられ、前記波長フィルタ・アレイ（２３，２４）が、第１の動作モードと比較した場合、もっと多くの光が両方の波長フィルタ・アレイ（２３，２４）の光透過フィルタ素子を通過し、その後で前記第２の動作モードで散乱状態に切り替えられる前記散乱ディスク（２２）を通過し、また前記画像表示装置（１）の前記画像レンダリング素子を通過して前記観察者（７）に届くように相互に関連する位置を有していて、その結果、前記観察者（７）が前記シーンまたは対象物を二次元で見ることができる装置。
【請求項３９】
３つ以上のある数Ｗの波長フィルタ・アレイが設置されていて、その中の少なくとも１つのＷ−１のある数をシフトすることができる、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
各シフト可能な波長フィルタ・アレイ（２３，２４）のシフトが、前記画像表示装置の画像レンダリング素子のラスタの前記行方向に行われる、請求項３８または３９のいずれかに記載の装置。
【請求項４１】
各シフト可能な波長フィルタ・アレイ（２３，２４）のシフトの距離が、前記各波長フィルタ・アレイ（２３，２４）上に設けられている光を透過するフィルタ素子の水平方向の周期が供給されている場合には、前記周期より短い、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
各シフト可能な波長フィルタ・アレイ（２３，２４）が、例えば、シフトを行う圧電位置決め装置のような電気機械的制御素子を備える、請求項３８〜４１のいずれかに記載の装置。
【請求項４３】
前記第２の動作モードで均一な照明を行うための前記手段が、前記波長フィルタ・アレイ（３）と前記光ガイド（１９）との間に配置されている光学的散乱フォイル（４４）である、請求項２に記載の装置。
【請求項４４】
前記第１の動作モードへの切替えが、好適には、巻き上げ巻き戻し機構（４５）であることが好ましい、前記波長フィルタ・アレイ（３）と前記光ガイド（１９）との間の前記フォイル（４４）を取り外すことにより行われる、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記フォイルが、前記第２の動作モードで光学的に散乱状態になり、前記第１の動作モードで光に対して透明になる電気泳動構成要素（４３）であり、前記第２と第１のモード間の切替えを、前記電気泳動特性を変化させることにより行う、請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記波長フィルタ・アレイ（３）が、制御デバイスを備える電気泳動構成要素であり、前記半透明フィルタ素子が、前記第１の動作モードの場合に光を吸収し、前記第２の動作モードの場合に（観察者７の方向から見た場合）光を反射するように切り替えられる、請求項２４〜３７または４３〜４５のいずれかに記載の装置。
【請求項４７】
シーンまたは対象物の画像を表示するための装置であって、
行および／または列のラスタに配置されていて、前記シーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報のビットを表示することができる多数の光透過画像レンダリング素子からなる画像表示装置（１）を備え、
前記画像表示装置（１）の後ろに（観察者７の視線の方向に）配置されていて、行および／または列に配置されている多数のフィルタ素子からなり、その中の一部が指定の波長
範囲内の光に対して透明である平らな制御可能な波長フィルタ・アレイ（３）を備え、
前記波長フィルタ・アレイ（３）の後ろに（視線の方向に）配置されている好適には平面光源（２）を備え、
第１の動作モードの場合、前記フィルタ素子の前記残りの部分が光に対して半透明になるように制御され、前記光源が放射した光が、前記光透過フィルタ素子の少なくとも一部を通過し、その後で前記画像表示装置（１）の前記画像レンダリング素子の相関する部分を通過して前記観察者（７）のところに届き、その結果、観察者（７）が前記シーンまたは対象物を三次元で見ることができ、
前記波長フィルタ・アレイ（３）が電気泳動構成要素（４０）であり、第２の動作モードの場合、前記フィルタ素子の残りの部分が光に対して透明になるように制御され、その結果、前記観察者（７）が前記シーンまたは対象物を二次元で見ることができる装置。
【請求項４８】
少なくとも部分的に三次元表示を行う前記第１の動作モードの場合、前記観察者のどちらかの目が前記シーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの情報の表示ビットの特定の選択を主にしかし他のものも一緒に見て、その結果、前記観察者が立体感を経験する、請求項１〜４７のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元または三次元表示のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの自動立体表示方法は、観察者の左右の目でそれぞれ視認可能ないくつかの透視画像を種々に選択するための適当な手段を使用して、いくつかの透視画像により１つの対象物またはシーンのいくつかの画像を同時に光学的にレンダリングするという原理に基づく。そうすることにより、視差の効果が生じ、それにより観察者は、異なる深さを識別して立体感を得ることができる。
【０００３】
自動立体表示の分野での研究中に、裸眼で１人または何人かの観察者に立体感を与える多くの方法および装置が開発されてきた。これらの装置を使用すれば、多くの場合、プレーン・テキストまたは二次元のグラフをレンダリングすることができるが、そのレンダリングは限定されたものである。例えば、特許文献１および特許文献２にこのような装置が記載されている。しかし、１つの同じデバイス上でできるだけ損傷を与えないで、裸眼で見ることができる３Ｄ表示と解像度の高い２Ｄ表示との間で、上記装置を切り替えることができればユーザにとって非常に有利である。
【０００４】
ある対象物の透視画像を自動立体視により光学的にレンダリングするために使用するデバイスの中には、電子制御カラーＬＣディスプレイがある。従来の方法で制御した場合、このディスプレイはまた二次元画像をレンダリングすることができる。多くの用途の中で、ユーザにとって非常に興味があるのは、自動立体視空間表示（非常に強力な立体感のために、以後「三次元表示」と呼ぶ）から同じシーンまたは対象物の二次元表示へ切り替えることができるという用途である。このことは、そのより高い画像解像度のために、二次元モードでより高い品質でレンダリングされるコピーの読みやすさに特に関連している。
【０００５】
２Ｄから３Ｄへの切り替え、およびその逆の切り替えに関しては、多くの装置がすでに知られている。
例えば、本出願人の特許文献３は、少なくとも１つの波長フィルタ・アレイが三次元で知覚される表示のために設けられている空間的に表示するための方法を開示している。この発明の特定の実施形態の場合には、ＬＣディスプレイは、２Ｄ表示と３Ｄ表示との間で切り替えを行う可変透過率を有する波長フィルタ・アレイとしての働きをする。しかし、光は、その下側において、２つのＬＣディスプレイ、すなわち、多数の偏光フィルタ、カラー・フィルタ、液晶層およびキャリア基板のような他の素子を通過しなければならない。そのため、２Ｄ表示の場合でも３Ｄ表示の場合でも明るさが低減する。
【０００６】
特許文献４は、いくつかの光学的特性のストライプを含み、その間に異なる光学的特性のストライプおよび偏光装置を含む基板を有する三次元表示を開示している。このディスプレイは、とりわけ、２Ｄ／３Ｄ間の切り替えを偏光の回転または偏向装置の追加／取り外しにより行う。
【０００７】
特許文献５は、２つのＬＣディスプレイが前後に配置されていて、一方がオン／オフ切替えを行うことができるバリヤとしての働きをする２Ｄ／３Ｄ表示を開示している。
特許文献６は、いくつかの光源、レンズ状で機能的には本質的な拡散ディスクを提供するもう１つの２Ｄ／３Ｄ間で切り替えることができるディスプレイを開示している。これらの構成要素により、２Ｄまたは３Ｄ表示を生成するためのいくつかの照明モードを確実に実現することができる。
【０００８】
特許文献７は、３Ｄと２Ｄとの間でゾーン毎に切り替えることができるポータブル・コンピュータ・システム用の薄い照明構成要素を含む自動立体表示を開示している。このディスプレイの欠点は、これが１人用の２チャネルの３Ｄ表示であり、観察者は一定の見る場所に位置しなければならないことである。さらに、３Ｄモードの際の画像の輝度が、同等の２チャネルの３Ｄ表示の画像輝度より低いという欠点がある（このことは、正確に１つの左の画像および正確に１つの右の画像を表示する３Ｄ表示であることを意味する）。さらに、３Ｄ表示の前の正しい深さの位置以外の見る位置では、非常に目障りな干渉波形の模様が見える。２Ｄモードの場合には、３Ｄモードに使用できる光が、照明を均質化することにより３Ｄ画像の分離を除去するために拡散される。その結果、切り替え可能な拡散ディスクを備える装置の２Ｄモードの画像輝度は、３Ｄモードの画像輝度より低くなる。何故なら、拡散状態におけるこのような拡散ディスクの透過率は１より小さいからである。ところで、このデバイスを製造するにはかなりの費用がかかる。
【０００９】
さらに、特許文献８は、レンズ状のものの上にヒンジで取り付けた小形レンズの相補装置によりレンズ状のものの影響を除去する方法を開示している。この方法は、実際には、第３の次元を切り離す。主として、このアプローチは、レンズ状のシステムの場合にだけ動作し、小形レンズの正確な相補装置を製造する必要がある。
【００１０】
本出願人による特許文献９は、選択可能な２Ｄまたは３Ｄ表示用の装置を開示している。この発明は、全体的または部分的２Ｄ表示のための２つの光源を提供する。３Ｄ光源は、オフに切り替えられるか、またはその光が遮断される。欠点は、２Ｄ照明の輝度が十分均質にならないことである。さらに、２Ｄ照明用に市販の光導波路を使用すると、通常肉眼で見ることができる構造が観察者に視認され、気になるパターンができてしまう。肉眼で見ることができる構造を見えなくするのは大変手間のかかる作業でありコストもかかる。
【特許文献１】米国特許第５，４５７，５７４号
【特許文献２】米国特許第５，６０６，４５５号
【特許文献３】国際公開公報  ＷＯ０１／５６２６５号
【特許文献４】国際公開公報  ＷＯ０２／３５２７７号
【特許文献５】米国特許第６，１５７，４２４号
【特許文献６】米国特許第６，３３７，７２１号
【特許文献７】米国特許第５，８９７，１８４号
【特許文献８】米国特許第５，５００，７６５号
【特許文献９】ドイツ国特許第  １００  ５３  ８６８  Ｃ２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来技術を進展させて、本発明の目的は、少なくとも１人、好適には数人の観察者が裸眼で空間画像を見る３Ｄモードと２Ｄモードとの間の最初に説明した装置の切り替えを簡単にし、特に３Ｄモードでの画像品質を改善することである。さらに、２Ｄモードの画像の品質は、本質的に従来の２Ｄモニタの画像品質より劣るものであってはならない。すなわち、観察者が明るく、最大解像度で画像を見ることができるものでなければならない。そうしたい場合には、３Ｄモードより２Ｄモードでより高い画像輝度を達成できるものでなければならない。特に２Ｄモードの場合には、照明はできるだけ均質なものでなければならない。すなわち、ゼロに近いコントラストを有するものでなければならない。この装置は、２Ｄ／３Ｄ切替えを行うために使用する構成要素に対して十分なスペースを提供するような大きさのものでなければならないし、また市販の構成要素により最大限実施できるものでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、この問題は、請求項１の一般的な部分および特徴を示す部分に記載する装置により解決される。
それ故、２Ｄ照明のための第２の動作モードの場合には、第２の光源がオンにされる。さらに、第２の動作モードの場合には、均一な照明を提供するための、すなわち、最善の均質性を提供するための手段が設置されている。
【００１３】
例えば、第２の光源としては、蛍光材料からできている透明なプレートを使用することができる。このプレートは、例えば、蛍光を発するために励起する垂直方向を向いている薄いロッド状の蛍光灯により横から照射される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態の場合には、第２の光源は、平らな形をしていて、光スラブ導波路として構成されている。この導波路は、相互に対向して配置されている２つの広い面および周囲を囲む狭い面を有し、画像表示装置の方を向いているか、および／または反対方向を向いている広い面は、１つの放射面または複数の放射面に対応し、また光は１つまたは数個の横方向に配置されている光源により導波路内に導入される。光は、１つまたは数個の狭い面を通して導波路内に結合され、広い面からの全反射により導波路内部で前後に部分的に反射し、光の一部は、それぞれ、１つまたは複数の放射面に対応する１つまたは複数の広い面を通して部分的に分離される。
【００１５】
第２の動作モードで明るく均質な照明を可能にする本発明の好ましい実施形態の場合には、第２の動作モードの場合、第２の光源に加えて第１の光源もオンに切り替えられ、画像表示装置から反対方向を向いている広い面だけが放射面として働き、放射面内のこのようなエリアが、波長フィルタ・アレイの面に垂直な方向に沿った投影が半透明フィルタ素子でカバーされているエリアと本質的に一致する場合に、均一な照明としての働きをする。このことは、第２の光源が、半透明フィルタ素子でカバーされている場所に対応する場所で本質的に光を放射することを意味する。
【００１６】
好適には、２つの光源は、その明るさを周囲の明るさに適合させることができるように、光を暗くする手段を備えることが好ましい。
波長フィルタ・アレイは、例えば、放射面に対応する広い面上に置かれる。この場合、「アレイ」という用語は、フィルタ素子の任意の規則的配置、すなわち、格子状の配置ばかりでなく、ストライプ状の配置も意味する。この配置においては、第１の動作モードで依然として三次元画像を見ることができる限りは、ストライプを垂直方向に配置することもできるし、垂直方向から大きくそれている方向に配置することもできる。同様に、また可視光線に対して透明および半透明のフィルタ素子の他にアレイはまた、グレイ・レベルのフィルタ素子および偏光フィルタを含むこともできる。
【００１７】
さらに、放射面に対応する広い面は、放射のためのエリア内での全反射と干渉する構造でコーティングすることができる。この構造は、例えば、粒子からできているものでもよい。好適には、粒子の干渉能力は、放射面の延長部を横切る非均質な２つの制限レベルの間に位置することが好ましい。上記制限レベルは、コーティング内の粒子密度に依存する。粒子の干渉能力は、さらに、コーティングされた各エリア内で本質的に一定であってもよい。
【００１８】
もう１つの有利な実施形態の場合には、２つの相互に対向する平行な狭い面は光を結合するためのもので、コーティングされたエリアの干渉能力は、共通の最大値まで、狭い面と平行に整合しているストリップ状のセグメント内の距離ｘ１、ｘ２が増大するにつれて進行的に増大する。
【００１９】
もう１つの実施形態の場合には、対照的に、粒子の干渉能力は、各エリア内においても、放射面の延長部を横切る方向においても本質的に均質である。光の結合は、好適には、２つの相互に対向する垂直な狭い面を通して行うことが好ましい。相互に重ならないで、その全体において、波長フィルタ・アレイを完全にカバーしているそれぞれ１つまたはいくつかの行および／または列を含む波長フィルタ・アレイの選択したエリアにおいては、指定の波長範囲内の光に対して透明なフィルタ素子によりカバーされている表面積と半透明フィルタ素子によりカバーされている表面積の間の比率は、エリアに垂直な方向に沿った投影が、それぞれ波長フィルタ・アレイのこのように選択したエリアに対応する場合には、平面光源の放射面のこれらエリアのセグメント内で達成することができる最大輝度により決まる。
【００２０】
これに関連して、フィルタ構造は、いわゆる、光導波路において優勢な状況に適合する（行毎および／または列毎に）。一定の干渉能力を有する分離のために使用する粒子を使用した場合には、第２の光源により、通常、縁部のところ、すなわち光の結合のために使用する狭い面に近い部分で比較的大きな輝度を達成することができ、一方、輝度は中心に近づくにつれて低減する。輝度のこの低減を補償するために、指定の光に対して透明のフィルタ素子でカバーされている表面積と半透明フィルタ素子でカバーされている表面積の間の比率は、第２の光源の中心よりも縁部、すなわち狭い結合面の近くの部分において小さくなっている。このようにして、粒子による光の分離は、縁部のところよりも光ガイドの中心で大きくなり、この違いはこの装置の機能にとって非常に重要なものである。全体として、この手段は、結合面の近くでもっと多くの光を放射するために、光ガイドの特性をちょうど補償するだけである。そのため、第２の光源は、本質的に均質である。
【００２１】
指定の波長範囲の光に対して半透明なフィルタ素子と透明なフィルタ素子との間の上記比率は、縁部、すなわち狭い結合面に近い部分のところで、例えば、７：１である。第２の（平らな）光源の中心（すなわち、２つの狭い光結合面の間）で達成することができる輝度が、縁部のところの輝度より若干低い場合には、例えば、指定の波長範囲に対して半透明なフィルタ素子と透明なフィルタ素子の間の比率を約１０：１に選択することができる。そのため、粒子エリアがより広いため、または半透明フィルタ素子を含むエリア上に配置された粒子の数がもっと多いために、ここでより多くの光が分離される。これら全体で、このようにして、第２の光源によりほぼ均質な輝度分布が達成される。もちろん、上記の７：１または１０：１の表面積の比率は、意図する唯一のものではなく、例えば、８：１、９：１または整数でない数の１つにさえすることができる。
【００２２】
このように波長フィルタ・アレイに作用する影響のために、知覚する３Ｄ効果も影響を受けることに留意されたい。特にその原因は、片方の目で見る画面の選択、およびいくつかの画面からの画像情報の相対的共通分が、上記比率により直接影響を受けるためである。
【００２３】
さらに、そこで全反射と干渉を起こすコーティングは、本質的に光を吸収する頂部コーティングを含むことができる。
もう１つの利点としては、上記の本発明による装置は、また、照明用の手段が、波長フィルタ・アレイの面に対して輝度勾配を生成する第１の光源のための制御システムを備えることを特徴とする。これにより、第２の光源の明るさの不均質を補償することができ、そのため第２の動作モードの場合の２Ｄ画像の知覚輝度の均質の不適切を補償することができる。また、第１の光源の輝度勾配を、３Ｄモード、すなわち第１の動作モードの輝度を均質にするために使用することができる。
【００２４】
さらに第１の光源をオンに切り替える代わりに、画像表示装置の背後に弱い拡散ディスクを挿入した場合には、均質な照明を行うために第２の光源だけを使用することができる
。
【００２５】
一例を挙げて説明すると、照明手段は、波長フィルタ・アレイの方を向いていて、それに平行な平らな出口窓を有する放電ランプの形をしている第１の光源を含むことができる。第１の光源が放電ランプであるかないかにより、切替えおよび適当な制御システムにより上記輝度勾配を形成することもできる。出口窓の内部は発光材料でコーティングされている。
【００２６】
好適には、面に垂直な方向に沿った波長フィルタ・アレイ上の投影が、指定の波長範囲に対して透明なフィルタ素子によりカバーされているエリアと本質的に一致する場合には、これらのエリアだけに発光コーティングが行われる。そうすることにより、確実に、発光コーティングが放射した光が本質的に光の半透明フィルタ素子により全然吸収または妨害されないで、画像表示装置の背面を照明することができる。
【００２７】
この装置においては、波長フィルタ・アレイを出口窓の外部に設置すると有利である。
さらに、第２の動作モードの場合、第１の光源の光の一部は、光学素子により、第２の光源から分離し、第２の光源に結合したりすることができる。上記光の一部は、指定の波長範囲に対して透明なフィルタ素子でカバーされている表面積と波長フィルタ・アレイ内の半透明フィルタ素子によりカバーされている表面積の間の比率により決まる。より詳細に説明すると、これに関連する分離および結合のための適当な手段は、光学的光ガイドおよび／または反射素子である。
【００２８】
さらに、ある種の光学的に有効な材料、好適には、フィルタ・プレートまたはプリズム効果を有する微細構造を有する薄いフォイルを第１および第２の光源の間に配置することができる。上記フィルタ・プレートまたはフォイルは、第２の光源の臨界角よりも大きい入射角を有する第１の光源の光が、第２の光源に入るのをほぼ防止する。さらに、数ミリメートルの厚さのフィルタ・アレイを備えるフィルタ・プレートを、光線をぼかすために使用することができる。フィルタ層の厚さは、ほぼ透明なフィルタ素子の厚さ程度で、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍとすることができる。
【００２９】
本発明による装置のさらにもう１つの実施形態の場合には、第２の光源は、画像表示装置の方向に光を放射する多数の個々に制御することができる光源を備えていて、同時に波長フィルタ・アレイ内に半透明フィルタ素子として構成されている。これに関連する光源は、例えば、光を放射するほぼ平らなポリマー層であってもよい。
【００３０】
上記問題は、またその上にシーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報のビットを表示することができる多数の半透明画像レンダリング素子、および行および／または列に配置されている多数の光源を含み、個々に制御することができ、指定の波長範囲内で光を放射することができる画像表示装置の後ろに（見る方向に）配置されているアレイからなる画像表示装置により、シーンまたは対象物の画像を表示するための装置を使用して、本発明により解決される。この装置は、これらの光源だけ光を放射し、その光が、各光源に割り当てられる画像表示装置の画像レンダリング素子の一部を通して観察者に届き、そのため三次元画像表示が行われ、光源の少なくとももう１つの部分が光をさらに放射し、その光が特定の割当てなしで、画像表示装置の画像レンダリング素子を通して観察者に届き、そのため少なくともその一部が二次元である画像表示が行われる第１の動作モードを有する。
【００３１】
この装置の光源としては、ほぼ平らな発光ポリマー層を使用することができる。別の方法としては、照明用の液晶ディスプレイを使用することもできる。
上記問題は、また、第２の動作モードで均一に照明するための手段として、オン／オフ
に切り替えることができる光分離構造が広い面の少なくとも１つ上に設置されている請求項２の一般的な部分に記載の装置を使用することにより、本発明により解決される。
【００３２】
好適には、オン／オフに切り替えることができる上記光分離構造は、波長フィルタ・アレイから少し離れた、好適には、波長フィルタ・アレイと接触して位置する切替え可能な散乱層であることが好ましい。
【００３３】
切替え可能な散乱層は、第１の動作モードの場合には透明状態に切り替えられ、第２の動作モードの場合には、散乱状態に切り替えられる。好適には、切替え可能な散乱層は、第２の動作モードの場合には、層エリア全体が散乱状態に切り替えられることが好ましい。このことは、二次元で感知された画像が、画像表示装置の全表示エリア上に表示される場合に対応する。
【００３４】
本発明のさらにもう１つの実施形態の場合には、切替え可能な散乱層の部分的エリアだけが、第２の動作モードの場合に散乱状態に切り替えられる。好適には、これらの部分的エリアを、異なる幅を有することができる狭いストライプとして構成することが好ましい。任意の２つの最も近接しているストライプは、切替え可能な散乱層上の永久に透明なストライプ状の部分的エリアにより分離することができる。そのため、（十分に広い）単位面積毎に光ガイドから分離する光の量は、光ガイドの位置により変化する。永久に透明なストライプ状の部分的エリアは、特に、透明な状態に永久に切り替えられる切替え可能な散乱層の領域であってもよいし、または切替え可能な散乱材料を含まない光ガイドの空白領域であってもよい。
【００３５】
それ故、分離する光の局所的な量は、切替え可能な散乱層のストライプ状の部分エリアの幅および特別な頻度の局所的な変動により決まる（輝度を均質化するための「光の分離量の幾何学的適合」）。このようにして、例えば、横方向に配置されている内側へ結合するための光源に近い光の分離量が、そこからある距離のところより少ない場合には、全体的に、第２の光源により画像表示装置の照明の均質性を改善することができる。
【００３６】
さらに、第２の動作モードの場合、切替え可能な散乱層を異なる場所で散乱力量が異なるように切り替えることができ、そのため光ガイドの異なる場所から分離する光の量も同様に変化する。切替え可能な散乱層上で場所により散乱力が異なるようにするために、異なる制御信号のペアがこの層に適用される。
【００３７】
この最後に説明した能力、「光の分離量の電気的適合」は、特定の均質な２Ｄ照明を達成するために、さらに、上記幾何学的適合と組合わせることができる。
さらに、観察者の方を向いている側面の波長フィルタ・アレイの半透明フィルタ素子が、例えば、艶消しの白いペンキのコーティングにより光を拡散により散乱すると有利である。そうすることにより、フィルタ・アレイの方を向いている側面上で分離したすべての光が拡散により後に散乱し、その結果、第２の動作モードの場合に、さらに明るくなり照明がより効率的になる。別の方法としては、半透明フィルタ素子は反射層を備えることができる。
【００３８】
さらに、第２の光源の光ガイドの広い面は、好適には、平面および／または構造的な部分を有することが好ましい。構造的な部分は、光の分離の局所的量にさらに影響を与えることができる。
【００３９】
切替え可能な散乱層としては、例えば、液晶層、特に適当な電位を供給すると透明になり、この電位の供給を止めると光を散乱するコレステリック・ネマチック遷移を有するものを使用することができる。好適には、切替え可能な散乱層は、Ｓｎｉａｒｉｃｅｒｃｈ
ｅ社（イタリア）の「ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）フィルム」タイプの切替え可能な散乱ディスクであることが好ましい。
【００４０】
また、均質性をさらに改善し、明るさを増大するために、第２の動作モードの際に第２の光源に加えて、第１の光源をオンに切り替えることもできる。（第２の光源の光に対応する）半透明フィルタ素子のエリア上の明るさが（第１の光源の光に対応する）透明フィルタ素子のエリア上の明るさと等しい場合には、第２の動作モード用の均質な２Ｄ照明（肉眼で見た場合）が得られる。
【００４１】
最後に説明した実施形態は多くの利点を有する。特に、第２の光源用の光ガイドを容易に製造することができる。何故なら、光ガイドの表面を微小構造化するための射出型用の高価なマスタを必要としないからである。切替え可能な散乱層で液晶を使用する場合には、２Ｄモード（第２の動作モード）の場合裸眼でははっきり見ることができない微視的光分離構造を最初からできる。第２の動作モードの場合に、照明を幾何学的におよび／または電気的に均質化するための上記バージョンにより、第２の光源を異なるタイプおよびサイズの表示のために最適化することができる。本発明の実質的な１つの利点は、第１の動作モードの場合、光ガイドが視覚的な乱れまたは目で見ることができる光の分離パターンを生じないこと、および画像がぼけないことである。従来技術と比較すると、光ガイドをフィルタ・アレイに接触させて配置する必要がなく、これは製造上種々の点で有利である。
【００４２】
上記問題は、また請求項２の一般的な部分に記載してある装置を使用することにより本発明により解決される。この装置においては、第２の動作モードの場合に、照明を均一にするための手段として、切替え可能な散乱ディスクが光ガイドと画像表示装置との間に配置されていて、この画像表示装置は、第１の動作モードの場合には透明な状態に切り替えられ、第２の動作モードの場合には、その表面積の少なくとも一部が散乱状態に切り替えられる。そのため、第２の動作モードの場合には、切替え可能な散乱ディスクを通過する光の明るさのコントラストが低減する。コントラストが低減すると、第２の動作モードの場合には、すなわち二次元表示用のモードの場合照明が均質になる。
【００４３】
本発明の最後に説明した実施形態の場合も、第２の動作モードの場合、第２の光源に加えて第１の光源をオンに切り替えることができる。しかし、最初に説明した実施形態とは異なり、（透明フィルタ素子および装置のもう１つの構成要素を通して観察者の方向に光を放射する）第１の光源の輝度は、（その光が特に半透明フィルタ素子上を観察者の方向に放射される）第２の光源の輝度より高い。その結果、第２の動作モードの場合、さらに高い輝度が得られる。
【００４４】
最後に説明した本発明の実施形態は、第２の動作モードの場合、画像の輝度が特に高いというもう１つの利点を有する。何故なら、この実施形態は光を光ガイド内にフィードバックするからである。第２の動作モードの場合に、第２および第１の光源をオンに切り替えると、発生するすべての明るさのコントラストは、散乱状態に切り替えられる散乱ディスクにより補償される。この実施形態の場合には、特に、第２の動作モードの場合、散乱ディスクがその構造を見えなくするので、光ガイドが肉眼で見える構造を使用する必要がないので有利である。要するに、第２の動作モード用の照明光は非常に均質でまた輝度も高い。
【００４５】
さらに、上記問題は、また請求項３８に記載の装置を使用して本発明により解決される。
相互に置き換えることができる２つの波長フィルタ・アレイを使用しているので、この実施形態の場合も、例えば、フィルタ・アレイが相互に異なる位置に位置している場合に
は、第１および／または第２の動作モードの場合の画像輝度を変えることができる。第１の動作モードで変化させることにより、結果としての「要約」フィルタ・アレイを、表示する画面の変化した数にマッチさせることができる。
【００４６】
好適には、ぼけるのを防止するために、その間に光学距離がないように配置されている同じタイプの２つのフィルタ・アレイを使用することが好ましい。フィルタ・アレイは、また、半透明フィルタ素子を全然使用しないで構成することもできる。
【００４７】
（全）数がＷの３つ以上の波長フィルタ・アレイを使用することもできる。この場合、少なくともＷ−１個の波長フィルタ・アレイを置き換えることができる。
好適には、シフト可能な各波長フィルタ・アレイは、画像表示装置の画像レンダリング素子のラスタの行に沿ってシフトすることができることが好ましい。特に好ましいのは、シフト可能な各波長フィルタ・アレイの変位行程が、もし存在する場合、各波長フィルタ・アレイ上に設置されている透明フィルタ素子の水平周期よりも短いことである。
【００４８】
通常、シフト可能な各波長フィルタ・アレイの変位は、例えば、圧電位置決め装置のような電気機械的制御素子により行われる。
上記問題は、また、請求項２の一般的な部分に記載の装置を使用して本発明により解決される。この装置においては、第２の動作モードの場合の照明を均一にするための手段として、光学的散乱フォイルが、波長フィルタ・アレイと光ガイドとの間に設置されている。好適には、この光ガイドは白色光を散乱により反射するか、白色光を再度放射するように設計することが好ましい。
【００４９】
その最も簡単な形の場合、上記フォイルは構造を有さないで、入射光を拡散的に散乱する均質な光学的特性を有する。それ故、このフォイルは非常に薄いばかりでなく、高度の柔軟性を有し、安いコストで製造することができる。それ故、本発明の好ましい実施形態の場合には、その目的は、波長フィルタ・アレイと光ガイドとの間からフォイルを取り外すことにより、第１の動作モードに切り替えることである。この切替えは手動でも行うことができるが、好適には巻き上げおよび巻き戻し機構により行うことが好ましい。
【００５０】
それ故、第２の動作モードの場合に達成することができる明るさは、従来の２Ｄモニタの明るさとちょうど同じであり、そのため、第１の光源による追加の照明を使用しないでエネルギーを節減することができる。第２の動作モードの場合の照明は均質であり、モアレ・フリンジは発生しない。
【００５１】
しかし、さらに第１の光源をオンに切り替えることもできる。例えば、フォイルがゼロではない透過率を有している場合には、画像輝度をこの方法で増大することができる。
本発明のもう１つの実施形態の場合には、フォイルは電気泳動構成要素として設計される。このフォイルは、第１の動作モードの場合には光に対して透明であり、第２の動作モードの場合には光学的拡散により散乱を行う。第１と第２のモードの間の切替えは、電気泳動特性を変えることにより行われる。この実施形態の本質的な利点は、フォイルを機械的に取り外したり、または挿入したりする必要がないことである。
【００５２】
波長フィルタ・アレイは、また、電気泳動構成要素としても設計することができる。この場合、波長フィルタ・アレイは、半透明フィルタ素子を制御するための制御システムを備える。これらのフィルタ素子は、第１の動作モードの場合には光を吸収するように、第２の動作モードの場合には光を拡散的に反射するか、または後方に散乱するように切り替えられる。
【００５３】
最後に、上記問題は、光に対して透明で、行および／または列のラスタに配置されてい
て、その上にシーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報のビットを表示することができる多数の画像レンダリング素子を内蔵する画像表示装置からなり、さらに、画像表示装置の背後に（視線の方向に）配置されていて、その中のいくつかが指定の波長範囲の光に対して透明である行および／または列に配置されている多数のフィルタ素子を内蔵する平らな制御可能な波長フィルタ・アレイからなり、さらに波長フィルタ・アレイの背後に（視線の方向に）配置されていて、好適には平面光源であることが好ましい光源からなるシーンまたは対象物の画像を表示するための装置により解決される。この場合、第１の動作モードの場合には、フィルタ素子の残りの部分は、光に対して半透明になるように制御され、光源からの光は透明フィルタ素子の少なくとも一部を通り、その後で画像表示装置の画像レンダリング素子の割り当てられた部分を通って観察者のところに届く。そのため、観察者は、シーンまたは対象物を三次元で見ることができ、波長フィルタ・アレイは電気泳動構成要素として設計されていて、第２の動作モードの場合には、フィルタ素子の残りの部分は、光に対して透明になるように制御され、そのため観察者はシーンまたは対象物を二次元で見ることができる。
【００５４】
この装置の場合には、第２の動作モードの際の追加の第２の光源を使用しないですみ、そのため、光ガイドのような構成要素およびその照明手段を必要としない。また、これにより第１の動作モードの場合の表示の品質が改善される。
【００５５】
上記発明の実施形態の第１の動作モードの場合に、すなわち少なくとも部分的に三次元表示を行うモードの場合に、観察者のどちらかの目がより広い部分を独占的にではなく、シーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報の表示ビットのある選択を見て、そのため観察者が立体感を有する場合はさらに有利になる。例えば、本出願人のＤＥ  ２０１２１３１８  Ｕ号およびＷＯ  ０１／５６２６５号が、これらの条件の下で立体感を生成する方法を記載している。
【００５６】
上記実施形態は、三次元画像が画像表示装置の一部上だけに表示されるように設計することができる。一方、異なる二次元画像は、残りの部分上に表示されるか、その逆も行われる。すなわち、画像表示装置のいくつかの部分的エリアは、異なる動作モードで制御される。
【００５７】
もちろん、各第２の動作モードは、いくつかの画面からなる画像ではなく、二次元画像だけを表示しなければならない。このような表示は、画像表示装置を適当に制御することにより容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
その大部分が正しく縮尺されていない添付の図面を参照しながら、本発明について以下により詳細に説明する。
図１は、本発明による装置の第１の実施形態の一般的な原理である。この実施形態は、多数の画像レンダリング素子からなる画像表示装置１を有する。この画像表示装置の後ろには、観察者７の視線の方向にフィルタ素子を含む波長フィルタ・アレイ３が位置していて、その一部は光に対して透明なものと半透明なものとがある。第１の動作モードの場合には、波長フィルタ・アレイ３の後ろに配置されている第１の光源２からの光は、波長フィルタ・アレイ３の透明フィルタ素子の少なくとも一部を通過し、その後で画像表示装置１の画像レンダリング素子の相互に関係する部分を通過して観察者７に達する。そのため、観察者７はシーンまたは対象物を三次元で見ることになる。第２の動作モードの場合には、波長フィルタ・アレイ３と画像表示装置１との間に配置されていて、波長フィルタ・アレイ３にほぼ平行な放射面を有する第２の光源４からの追加の光は、上記放射面から出て、画像表示装置１の画像レンダリング素子を通過するが、波長フィルタ・アレイ３のフィルタ素子は通過しないで観察者７に達する。そのため、観察者７は、シーンまたは対象
物の少なくとも一部を二次元で見ることができる。この装置においては、上記面に垂直な方向に沿った波長フィルタ・アレイ３上への投影が、半透明フィルタ素子でカバーされているエリアとほぼ一致する場合に、第２の光源４の放射面のこれらのエリアだけが光を放射することになる。
【００５９】
波長フィルタ・アレイ３は、例えば、数十ミクロンの厚さを有することができ、最高数ミリメートルの厚さを有することができる。はっきり示すために、図１の波長フィルタ・アレイは実際よりは厚くなっている。
【００６０】
それ故、２Ｄ画像形成のために、追加の（第２の）光源４がオンに切り替えられ、この光源は、半透明フィルタ素子によりカバーされている波長フィルタ・アレイ３上のこれらのエリアに対応するエリアから本質的に光を放射する。
【００６１】
都合のよいことに、この装置の第２の光源４は、光導波路スラブ（光ガイド）の形をしている平面光源であり、この光ガイドは、相互に対向している２つの広い面とその周辺部を囲む狭い面を有する。この場合、画像表示装置１とは反対の方向を向いている広い面は放射面に対応し、横方向に配置されていて、おそらくリフレクタを備える１つまたはいくつかの光源は、光を光ガイド内に導入する。この光は１つまたはいくつかの狭い周辺面を通して光ガイド内に結合され、その一部は全反射によりスラブの広い面間で前後に反射し、一部は放射面に対応する広い面のところで分離する。
【００６２】
この場合、波長フィルタ・アレイ３は、放射面に対応する光ガイドの広い面上に設置されている。
さらに、放射のための放射面に対応する広い面のこれらのエリアは、全反射と干渉する粒子コーティングを含む。粒子の干渉能力は、各エリアおよび放射面の延長部を通してほぼ均質である。すでに説明したように、粒子は、好適には、フィルタ・アレイの半透明のエリアおよび上記の広い面上に塗布することが好ましい。
【００６３】
放射面は、干渉粒子と直接接触している光ガイドの広い面と見なされる。何故なら、この場合、光ガイド内での光の伝搬方向との干渉は、最終的な光の分離のために起こるからである（光ガイドの広い面上で）。
【００６４】
光ガイドの２つの平行で相互に対向する狭い面は、図１の２つの光源５により示すように、光を内側に結合するためのものである。
波長フィルタ・アレイ３は、例えば、ＤＥ  ２０１  ２１  ３１８．４  Ｕ号に記載されている構造の中の１つを有することができる。さらに、好適には、本明細書に記載する各フィルタ・アレイのための画像の組合わせを使用することが好ましい。
【００６５】
図２、図３および図４を参照しながら、以下に本発明の特に有利な実施形態について説明する。それぞれが１つまたはいくつかの行を含み、全体的に波長フィルタ・アレイ３を完全にカバーしている波長フィルタ・アレイ３の選択した重なっていないエリアにおいては、半透明フィルタ素子によりカバーされている表面積に対する指定の波長範囲の光に対して透明なフィルタ素子によりカバーされている表面積の比率は、表面に対して垂直な方向に沿った投影が、波長フィルタ・アレイのこのように選択された部分的エリアに対応する場合に、放射面のこれらの部分的エリア内で最大限度達成することができる輝度の関数として指定される。分かり易くするために、ここで、すでに説明したように、光の分離に関連する干渉粒子は、半透明フィルタ素子上に直接塗布されることに留意されたい。それ故、図２に黒で示す部分的エリアは、照明した場合、人間の目には必ずしも黒く見えないで、好適には、白であることが好ましい干渉粒子の色を有する。
【００６６】
例えば、図２に示すように、指定の波長範囲（この場合は、可視範囲である）内で透明な１つのフィルタ素子に対する７つの半透明なフィルタ素子の比率は、正確な縮尺ではなく大きく拡大して示してあるフィルタ・アレイ３の最初の５つの行で実施される。内側に光を結合するために使用する光ガイドの狭い辺が水平であり、（図面の面内で）フィルタ・エリアの上下に位置していると仮定した場合、大部分の光は、最初、光ガイドの上縁部および下縁部のところで分離され、この場所で、例えば、フィルタ・エリア、すなわち光ガイドの中心と比較した場合、光ガイドから分離した光の比較的高い輝度を達成することができる。
【００６７】
縁部から中心に向かう輝度のこの低減を補償するために、半透明フィルタ素子でカバーされている表面積に対する指定の波長範囲の光に対して透明なフィルタ素子によりカバーされている表面積の比率は、図２に示すように、例えば、第２の光源４の中心より、狭い光結合面に近い縁部上で小さくなるように選択される。このようにして、縁部と比較した場合、干渉粒子でカバーされているエリアの方が広いために、光ガイドの中心でより多くの光が分離される。これは本発明の装置の機能にとって非常に重要なものである。この事実こそが、全体的に、内側の結合面の近くで特に大量の光を放射するように、光ガイドの特性を補償する。その結果、第２の光源は、均質な光源としての働きをする。
【００６８】
図２の例の場合には、半透明フィルタ素子と指定の波長範囲に対して透明なフィルタ素子の間の比率は、光ガイドの中心、すなわちフィルタ・アレイ３の中心において１０：１であり、そのため、粒子が占めるエリアが広いため、または粒子の数が多いため、より多くの光がここで分離される（粒子は半透明フィルタ素子でカバーされている部分的エリア上に塗布されている）。その結果、第２の光源による輝度の全体的な分布はほぼ均質である。もちろん、部分的エリア間の７：１または１０：１の比率の他に、例えば、８：１、または９：１のような他の比率も使用することができる。
【００６９】
図３は、いくつかの画面からの画像情報を表示するための画像の組合わせの一例である。この例は、波長フィルタ・アレイの構造により、画像情報のビットの配置を変更しなければならないと考慮に入れている。各正方形は、画像表示装置１の１つのピクセルを示し、列Ｒ、Ｇ、Ｂは、ＬＣＤとして構成されている画像表示装置１の赤、緑および青のサブピクセルを示す。正方形内の数字は各位置内の画像情報が発生する画面を示す。図面の縮尺は正確なものでなく、大きく拡大されている。
【００７０】
図３の上の行では８枚の画面を使用しているが、その下の行では９枚の画面を使用している。太字で示す２つの行は、ある方法で、８枚の画面から９枚の画面に確実に遷移させる遷移行である。
【００７１】
図４は、図２および図３のための状況を考慮に入れた、見る位置からの片方の目の視野の一例である。この例は、波長フィルタ・アレイ３、すなわち図２の行８のセグメントだけを示す。
【００７２】
それ故、上記波長フィルタ・アレイ３の設計により、観察者の立体感も影響をうけることを容易に理解することができる。このように影響を受けるのは、特に、片方の目で見ることができる画面の選択、特にいくつかの画面からの画像情報の相対的共通分が、波長フィルタ・アレイ３上の部分的エリアの上記比率により直接影響を受けるからである。
【００７３】
さらに、半透明フィルタ素子の半透明度を増大するために、もう１つのほぼ光を吸収する層が全反射と干渉を起こす層の頂部に塗布されている。
指定の波長範囲内の光に対して透明なフィルタ素子を含む部分的エリアに対する半透明フィルタ素子を含む部分的エリアの比率の変化を利用するある実施形態のもう１つの例を
説明するために、図５〜図８を参照する。
【００７４】
図５は、正しい縮尺ではなく大きく拡大した半透明な素子と透明な素子の間の比率が、すなわち、光ガイドから光を分離するために使用する干渉粒子の一部が上下の縁部から中心の方向に増大するもう１つの波長フィルタ・アレイ構造を示す。この波長フィルタ・アレイは、光ガイドの中心における分離率が増大しているために、スラブからほぼ均質の光放射を達成することができる上記の有利な効果を有する。図２の場合には、議論は、黒いフィルタ素子が、原則として、好適には白であることが好ましい、光ガイドの方を向いている側面の干渉粒子の色を有することに適用される。しかし、上記フィルタ素子が、この場合は光ガイドである第２の光源から光を受けない場合には、これらフィルタ素子は、実際には黒に見えるかまたは図５に示すように光を全然放射しない。このことは、第１の動作モードの場合、すなわち３Ｄモードの場合に重要なことである。
【００７５】
図６は、３Ｄモード（第１の動作モード）で立体感を生成する図５のフィルタ・アレイ用に適している画像の組合わせの一例である。この場合も、列Ｒ、Ｇ、Ｂは、赤、緑および青のカラー・サブピクセルの列を表す。それ故、図７に一例を示す片方の目の視野を見ることができる。各位置の観察者の目は、主として画面２を見るが、また画面１および３の小さな部分も見る。観察者の他方の目が、例えば、画面５のような混合画面（図示せず）および図４および図６の小さな部分を見る場合には、観察者は空間画像を見る。このことは、半透明フィルタ素子とフィルタ・アレイ３の構造に影響を与える光に対して透明なフィルタ素子間の比率（および、それ故、干渉粒子を含むエリアとこのような粒子を含んでいないエリアの間の比率）が、知覚した画像に対して直接的な分離できない影響を有することを再度明確にしている。
【００７６】
例えば、第２の動作モード、すなわち２Ｄモードに切り替えるために、第１の光源２に加えて第２の光源４をオンに切り替える。この図に示す例の場合には、ランプ５がオンに切り替えられ、その光が光ガイド内に結合される。上記のような影響を受ける光ガイドから光が分離するために、光ガイドが放射する光はほぼ均質になる。干渉粒子を含んでいない第２の平面光源４（すなわち、光ガイド）の広い面の部分的エリアは、指定の波長範囲の光に対して透明なフィルタ素子でカバーされている部分的エリアに対応する。この場合、例えば、これらは、図５に白で示す完全な可視スペクトルに対して透明なフィルタ素子である。第２の動作モードの場合には、これらのフィルタ素子は、第１の光源２からの光を依然として透過する。そのため、第１の光源２からの光、および第２の光源４からの光は、この第２の動作モードにおいて、相互にほぼ均質に追加しあう。事実上達成できたものは、第１および第２の光源２、４により画像表示装置１に対して供給された累積的照明の非常に低いコントラストである。上記コントラストはほぼゼロである。このことを図８に示す。この図においては、２つの光源２、４が供給する光の境界は見ているエリア上に描かれる。これが光の放射を示す白のエリアである。
【００７７】
それ故、図８は、画像表示装置１を均質に照明するための第１および第２の光源２、４の相互作用の略図である。すなわち、波長フィルタ・アレイ３と相互に作用する第１の光源２は、画像表示装置１の３Ｄ照明に対応し、第２の光源４は、実際には、３Ｄモード照明に加えて、２Ｄモード用にオンに切り替えられた場合に、２Ｄ追加照明の機能、すなわち第１の光源２の機能を有する。
【００７８】
もちろん、画像表示装置１が表示する画像の内容は、第２の動作モードの場合には二次元にしなければならない。次いで、この２Ｄ画像内容は目には通常どおり二次元画像として見える。
都合のよいことに、照明手段は、波長フィルタ・アレイ３の面に対して、輝度勾配を形成する第１の光源２のための制御デバイスを備える。そのため、補償する第２の光源４の明
るさは依然として不均質であり、そのため、第２の動作モードで２Ｄ画像の知覚輝度の均質性に関する不適切はならされる。また、第１の光源２の上記輝度勾配は、３Ｄモード、すなわち、第１の動作モードの場合に輝度を均質化するために使用することができる。
【００７９】
この例の場合には、照明手段は、第１の光源２として、波長フィルタ・アレイ３の方を向いていて、これと平行な平らな密封ガラスを含む放電ランプを備える。第１の光源２が放電ランプを備えているかいないかにより、適当な制御デバイスにより、上記輝度勾配をオンに切り替えることができる。密封ガラス内部には蛍光体コーティング（ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｃｏａｔｉｎｇ）が行われている。
【００８０】
都合のよいことに、蛍光体コーティングは、波長フィルタ・アレイ３の面に垂直な方向に沿った投影が、指定の波長範囲内の光に対して透明なフィルタ素子によりカバーされているエリアとほぼ一致するようなエリア内だけに塗布されている。これにより、蛍光体が放射するすべての光は、半透明フィルタ素子によりほとんどが吸収されるのではなく、確実に、画像表示装置１の背面を照明する。この目的のためには、波長フィルタ・アレイ３を密封ガラスの外側に設置すると有利である。
【００８１】
図９〜図１１および図１２〜図１４は実施形態の他の例を示す。この場合、図５〜図７に対する説明を同様に適用することができる。そのため、ここでの説明は省略する。しかし、フィルタ・アレイのこれら実施形態の特殊性として、指定の波長範囲内の光に対して透明なフィルタ素子の幅または（大きさが同じ場合）数は行毎に異なることに留意されたい。このことは、波長フィルタ・アレイ３の構造が変化したために、３Ｄ効果および光の分離量の両方が影響を受け、そのため干渉粒子の配置も影響を受ける。このタイプの実施形態を使用すれば、特に、フィルタ・アレイ３と画像表示装置１との間の距離を長くすることができ、それにより光ガイドを厚くすることができる。
【００８２】
フィルタ・アレイ３と照明手段１との間の距離を長くするための一般的な方法について以下に概略説明する。８つの画面からの画像（８チャネル・ディスプレイ）の場合には、Ｄ＝ｍ（ＢＥ／８Ａ）という条件が、波長フィルタ・アレイ３と画像表示装置１との間の距離Ｄに適用される。この場合、Ｂは波長フィルタ・アレイ１の周期であり、Ｅは観察者の距離であり、Ａは観察者７の両目の間の平均的距離であり、ｍは自然数である。周期Ｂは、一連の光透過および半透明フィルタ素子が自分自身を反復する距離、またはある行の２つの光を透過するフィルタ素子のエリアの中心間の距離に対応する。２つの隣接するフィルタ素子のエリアの中心間の距離であるサブピクセルの周期Ｃが分かっている場合には、ｍ＝１の場合の周期Ｂの値は、式Ｂ＝８ＡＣ／（Ａ−Ｃ）により計算することができる。Ｄを計算するために、所望の観察スペースの上限より遥かに大きい初期値をＥに与えなければならない。そのため、十分大きな距離Ｄを必ず与えなければならない。この方法でＤの値を計算し、ＣおよびＡが既知の場合には、式Ｅｍ＝Ｄ（Ａ−ｍＣ）／（ｍＣ）および式Ｂｍ＝８ＡＣ／（Ａ−ｍＣ）内のｍに対する値を置換することにより観察者の距離Ｅｍおよび関連する周期Ｂｍを計算し、フィルタ・アレイ３内のある行に沿ってそれらを一定にするような方法で、これらの観察者の距離および周期を実施することができる。自然数ｍは、１より大きくなければならないし、この例の場合、８の偶数倍であってはならない。これらの各周期Ｂｍは、元の距離Ｂより画像表示装置１にかなり近い観察者の距離Ｅｍに対応する。周期Ｂｍは、すべての行に対して同じでなくてもよい。それどころか、フィルタ・アレイ３は種々の周期を有することができ、観察者７はいくつかの面からの観察間で選択することができる。第２の光源４を十分収容することができる、Ｄ＝１２．３ｍｍの波長フィルタ・アレイ３と画像表示装置１との間の距離の場合、および両眼の間の距離が６５ｍｍである場合、また、３８．８ｍｍおよび８７．８ｍｍの間の深さの範囲内のサブピクセルの周期が０．１ｍｍである場合、観察者７が鮮明な三次元画像を見ることができる観察面の数は１１になる。比較した場合、ｍ＝１の場合に計算した元の距離Ｅは８
ｍである。
【００８３】
上記実施形態の例のもう１つの場合には、好適にはフィルタ・プレートであることが好ましい光学的に活性な材料が、第１の光源２と第２の光源４との間に配置され、これにより、第２の光源４の臨界角より大きい入射角を有する第１の光源２の光は、ほとんど第２の光源４内に入らない。図１５はこの関係の略図である。フィルタ・プレートは、事実上、数ミリメートル（例えば、１ｍｍ）の厚さを有する波長フィルタ・アレイ３に対応する。このようにして、上記のように光線がぼける。第２の光源４の臨界角より大きい入射角を有する第１の光源２の光は、第２の光源４、すなわち光ガイド内にほとんど入らない。フィルタ・プレートまたはそれを形成している波長フィルタ・アレイ３の厚さは、フィルタ・アレイ３上の発光フィルタ素子の大きさにほぼ等しい程度の大きさである。
【００８４】
図１５に示すように、上記のボケは、第２の光源４の臨界角より大きい入射角を有する第１の光源２の光ビームが後者内に入るのを防止する。第２の光源４を形成している光ガイドの場合、例えば、臨界角は４１度である場合、ｇ’＞４１度の角度を有する図１５に破線で示す光線１１は、ボケて、上記ボケのために光ガイド内に入らない。一方、実線で示す光線９、１０は光ガイド内に入る。より詳細に説明すると、例えば、光線１０は、光ガイドに入るか、または臨界角（この例の場合には４１度）と等しいかまたはそれより小さいある角度ｇで、画像表示装置１の方を向いているその広い面に入射する。第１の光源２からの光線が臨界角以上の光ガイド内に入るのを防止すると、主として妨害反射が防止され、そのため第２の動作モード（２Ｄ）の場合のコントラストがさらに改善されるという利点が得られる。実際には、これはコントラストは自動的に低減する。
【００８５】
図１６および図１７は、フィルタ・アレイの他の実行可能な実施形態の（正確な縮尺でない）略図である。この実施形態においては、再度光ガイド（その半透明フィルタ素子が干渉粒子を含む）からの光の分離の影響が、フィルタ・アレイ構造による所与の光の伝搬方向の影響と関連している。この関連はこの機能にとって非常に重要なものである。図１６および図１７の例の場合には、指定の波長範囲内の光に対して透明なフィルタ素子の幅またはその数（フィルタ素子が常にほぼ等しい大きさの場合）は行毎に異なる。上下の縁部上においては、結果としての透明なフィルタ・エリアはもっと狭く、一方その幅は、フィルタ素子が同じ最大の大きさになる中央の方向に向かって広くなっている。これにより、本発明の装置の動作モードの点で、第１の光源２の適当な輝度勾配を供給する必要がなくなる。何故なら、透明なフィルタ・エリアの変化が、画像表示装置１の方を向いている波長フィルタ・アレイ３の表面上のその測定可能な輝度に関して、本質的に第１の光源２から発し、波長フィルタ・アレイ３を通過する光線を確実に均一にするからである。
【００８６】
図１６および図１７のフィルタ・アレイ３を使用した場合には、画像表示装置１の画像の組合わせ構造が、行毎にまたは行のグループ毎に異なる画面の周期を実施すると有利である。例えば、第１の行の８つの水平方向に隣接する画像レンダリング素子は、この順序で画面１〜８からの画像情報をレンダリングし、この場合、１〜８の周期は絶えず反復される（スクリーンの縁部まで）。次の行または行（例えば、５）の次のグループは、画面１〜８の各４つの周期間で、画面１〜９等からの画像情報の個々の周期をレンダリングする。
【００８７】
これらの図に示す波長フィルタ・アレイおよび画像の組合わせの他に、完全な行または列が、１つの画面だけから画像情報を受信する画像の組合わせを使用することもできる。この場合、各行または列は光透過フィルタ素子を備える。このようにして、第１の動作モードの場合の明るさを高くすることができる。
【００８８】
波長フィルタ・アレイ３上のフィルタ素子を使用した場合、そこにレンダリングした画
像情報に対する光の伝搬方向を、観察者に対して立体感を与えるような方法でどんな場合でも定義することは非常に重要なことである。
【００８９】
今説明したこの実施形態は、２Ｄモードの場合、画像表示装置１のほとんど均質な照明を達成することができ、そのコントラストがほぼゼロになるという特別な利点を有する。さらに、この実施形態を使用すれば、本発明は、３Ｄモードで裸眼の数人の観察者に立体感を同時に与えることができる。
【００９０】
図１８ａは、画像表示装置１、第１の光源２、波長フィルタ・アレイ３、第２の光源４および光分離構造１３を備える、本発明による装置の第２の実施形態の原理である。第２の光源４は、相互に対向する２つの広い面１２を有する光導波路スラブ（光ガイド）として設計されている。光は、いくつかの横方向に配置された光源５により光ガイドに送られる。本発明によれば、光分離構造１３は、広い面８の一方または両方に取り付けることができる。この図の例の場合には、この構造は観察者の反対方向を向いている広い面に取り付けられている。
【００９１】
図１８ａは、さらに、光源５が放射する光の利用を改善するためのリフレクタ６も示す。光分離構造１３は、オン／オフに切り替えることができ、好適には、切替え可能な散乱層であることが好ましい。図１８ｂに示すように、例えば、この層は、光導波路スラブ（光ガイド）として設計されている第２の光源４の頂部上に塗布された一連の層からなる。第１の層は、ＩＴＯ層１７であり、その上には液晶層１６、もう１つのＩＴＯ層１５、および例えばＰＥＴフォイルまたはある種の光学プラスチックからなるフォイルのような頂部層１４が位置する。別の方法としては、図１８ｃに示すように、光学プラスチックでできていて、光ガイドの屈折率よりも大きい屈折率を有するもう１つの基板層１８を挿入することもできる。ＰＥＴとは異なり、光学プラスチックは、容量散乱または吸収を行わず、光学的複屈折を行わない。上記の場合、構成要素１４〜１８のサンドイッチは、例えば、光ガイド上に積層することができる完全に切替え可能な散乱ディスクに対応する。切替え可能な散乱層または光分離構造１３としては、Ｓｎｉａｒｉｃｅｒｃｈｅ社（イタリア）製の「ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）フィルム」タイプの薄い切替え可能な散乱フィルム（好適には、厚さ約０．５ｍｍ）を使用することができる。この設計アプローチにより、本発明による装置を、市販の構成要素により容易に実施することができる。
【００９２】
さらに、波長フィルタ・アレイ３の半透明フィルタ素子を、例えば、ペンキの艶消しの白いコーティングを含む拡散により散乱する観察者の方を向いている側面上に設置すると有利である。次に、フィルタ・アレイ３の方を向いている側面上で分離された光は拡散により後方に散乱する。
【００９３】
図１９は、本発明による装置の第２の実施形態の第１の動作モードの原理を示す。切替え可能な散乱層として設計されている光分離構造１３は、第１の動作モードの場合には透明になるように切り替えられる。それ故、第１の光源２からの光は、フィルタ・アレイ３の光透過フィルタ素子の少なくとも一部を通り、その後で画像表示装置１の画像レンダリング素子の相関する部分を通って観察者のところに届く。そのため、観察者は、シーンまたは対象物を三次元で見ることになる。本出願人のＷＯ  ０１／５６２６５号（すでに引用した）に、観察者の立体感を生成するための方法が記載されているので、ここでは詳細に説明しない。
【００９４】
図２０は、第２の動作モードの原理を示す。この図においては、切替え可能な散乱層として設計されている光分離構造１３は、そのエリアの少なくとも一部は散乱状態に切り替えられるが、好適には、その全エリアが散乱状態になることが好ましい。後者は二次元で見た画像を画像表示装置１の全画像形成面上に表示することができる場合に対応する。切
替え可能な散乱層は、このモードで光分離構造１３として機能するので、二次元表示の場合、画像表示装置１の照明を非常に均質なものにすることができる。図２の装置とは異なり、切替え可能な散乱層として設計されている光分離構造１３は、光ガイド１９が実施する第２の光源４の画像表示装置１および観察者の方を向いている広い面１２、または光ガイド１９の両方の広い面１２上に配置することもできる。前者の場合、光ガイド１９内への光のフィードバックにより、第２の動作モードの場合の輝度分布の均質性は非常にすぐれていて、画像の輝度ももっと高い。
【００９５】
第２の動作モードの場合には、好適には、可能な最低のコントラスト（好適には、Ｋ＝０であることが好ましい）で、画像表示装置１を照明するために、第２の光源４に加えて、第１の光源２もオンに切り替えることが好ましい。原則として、第１の光源２の光および第２の光源４の光は相互に補足し、その結果、照明の輝度は非常に均質なものになる。図２０ａはこの様子を示す。
【００９６】
図２１は、切替え可能な光分離構造１３の特定の実施形態の原理を示す。この原理により、十分に大きい単位面積当たりの光ガイド１９による第２の光源４からの光の分離の量は、光ガイド１９上のいろいろな位置により異なる。この場合、「１３ｂ」は、切替え可能な散乱層による光分離構造１３の略図である。暗いエリアはもっと明るいエリアよりも光の分離が大きい。
【００９７】
この実施形態の第２の動作モードの場合には、切替え可能な散乱層のストライプ状の部分的エリア２０は、永久に透明なストライプ状の部分的エリア２１により分離されている切替え可能な散乱層上の一つおきの隣接するストライプ状の部分的エリア２０により散乱状態に切り替えられる。そのため、単位面積当たりの光ガイド１９からの光の分離の量は、光ガイド１９上の場所により異なる。すなわち、光の分離の局所量は、切替え可能な散乱層のストライプ状の部分的エリア２０の幅および局所頻度の局所変動により決まる（輝度を均質にするための「光の分離量の幾何学的適合」）。これにより、この場合も、例えば、内側に光を結合するために使用する横方向に配置した光源５の近くの光の分離の量が、そこからのある距離のところの光の分離量より小さい場合には、第２の光源のために全体の照明をもっと均質なものにすることができる。
【００９８】
図２２は、切替え可能な光分離構造１３のもう１つの特定の実施形態の原理である。この光分離構造は、また、確実に、単位面積当たりの光ガイド１９からの光の分離の量が、光ガイド上の異なる位置で変化するようにする。この場合、「１３ｃ」は、暗いエリアがもっと明るいエリアよりも光の分離量が多い切替え可能な散乱層の略図である。この実施形態の第２の動作モードの場合には、切替え可能な散乱層は、異なる位置で散乱量が異なるように切り替えられる。そのため、光ガイド１９からの光の分離量も光ガイド１９上の位置により異なる。切替え可能な散乱層の異なる位置で散乱の量を異なるようにするために、異なる制御電圧の複数のペアが、好適には、電気的に相互に絶縁していることが好ましい散乱層のストライプ状の部分的エリア２０にかけられる。異なる電極ペアを通して異なる制御電圧がかけられる。電気的制御デバイス（図示せず）が、異なる電圧を同時に供給するために設置されている。部分的エリア２０の異なる影の部分または肌理は異なる散乱状態を表す。
【００９９】
特に均質な２Ｄ照明を行うために、最後に説明した「光の分離量の電気的適合」も、すでに説明した幾何学的適合と組合わせることができる。
図２３は、本発明による装置の第３の実施形態の原理である。この場合も、第２の光源４は、２つの広い面１２を有する光導波路スラブ（光ガイド）１９として構成される。光ガイド１９と画像表示装置１との間には、第１の動作モードの場合には透明になるように切り替えられ、第２の動作モードの場合には、そのエリアの少なくとも一部が散乱状態に
切り替えられる切替え可能な散乱ディスク２２が配置されている。そのため、第２の動作モードで切替え可能な散乱ディスク２２を通過する光の明るさのコントラストが低減する。
【０１００】
最後に説明したコントラストの低減により、第２の動作モードの場合、すなわち二次元表示のためのモードの場合の照明が均質化される。ここで使用する光ガイド１９としては、好適には、特殊な光分離構造を備えるものであることが好ましい、従来のタイプのものを使用することができる。修正したものの場合、上記光分離構造は、広い面１２に垂直な方向に沿った投影が、半透明フィルタ素子に対応する場合に光ガイド１９のこれらの部分的エリア上にだけ形成される。
【０１０１】
この装置の場合も、もっと多くの光を使用することができるように、第２の動作モードの場合、第２の光源４に加えて第１の光源２をオンにすることができる。散乱状態に切り替えられた散乱ディスク２２により、第１の光源２のこの追加の光は、画像表示装置１の照明のために使用する光の均質性に影響しない。
【０１０２】
さらに、図２４および図２５は、本発明による装置の第４の実施形態の原理を示す。この場合、図２４のモードは第１の動作モードであり、図２５のモードは第２の動作モードである。
【０１０３】
これも（観察者７の視線の方向に）画像表示装置１の後ろに配置されている２つの平面波長フィルタ・アレイ２３、２４を備えているという点で異なるシーンまたは対象物の画像を表示するための装置である。２つの各波長フィルタ・アレイは、行および／または列に配置されている多数のフィルタ素子からなる。これらのフィルタ素子の一部は、指定の波長範囲内の光に対して透明である。一方、残りの部分は、光に対して半透明である。２つの波長フィルタ・アレイ２３、２４の一方は、他方に対してシフトすることができ、これら波長フィルタ・アレイは、好適には、相互に近接していることが好ましい。波長フィルタ・アレイ２３、２４および画像表示装置１の間には、第１の動作モードの場合には、透明に切り替えられ、第２の動作モードの場合には、そのエリアの少なくとも一部が散乱状態に切り替えられる切替え可能な散乱ディスク２２が配置されている。
【０１０４】
図２４の第１の動作モードの場合には、波長フィルタ・アレイ２３、２４は、波長フィルタ・アレイ２３、２４の後ろに配置されている光源２からの光が、両方の波長フィルタ・アレイ２３、２４の発光フィルタ素子の少なくとも一部を通過し、その後で、画像表示装置１の画像レンダリング素子の相互に関係する部分を通過し、観察者に届くような相互に関連する位置を占める。そのため、観察者は、シーンまたは対象物の三次元画像を見ることになる。
【０１０５】
図２５の第２の動作モードの場合には、切替え可能な散乱ディスク２２、またはそのエリアの少なくとも一部は、散乱状態に切り替えられ、波長フィルタ・アレイ２３、２４は、第１の動作モードとは対照的に、もっと多くの光が両方の波長フィルタ・アレイ２３、２４の光透過フィルタ素子を通過し、その後で、第２の動作モードの場合散乱状態に切り替えられる散乱ディスク２２を通して、また画像表示装置１の画像レンダリング素子を通して、観察者に届くように相互に関連する位置を有する。そのため、観察者はシーンまたは対象物の二次元画像を見ることになる。
【０１０６】
通常、切替え可能な散乱ディスク２２と波長フィルタ・アレイ２３、２４との間の距離は数ミリメートルあれば十分である。「十分」という用語は、これらの構造がもはや視覚的に識別できないほど、その（通常）目で見ることができる構造を拡散できるように、波長フィルタ・アレイ２３、２４から十分遠くに位置することを意味する。
【０１０７】
通常、（全）数Ｗの３つ以上の波長フィルタ・アレイ２３、２４を設置することができる。この中の少なくともＷ−１の波長フィルタ・アレイはシフトすることができる。
好適には、シフト可能な各波長フィルタ・アレイ２３、２４のシフトは、画像表示装置１の画像レンダリング素子のラスタの行に沿って行うことが好ましい。
【０１０８】
特に好ましいのは、シフト可能な各波長フィルタ・アレイ２３、２４の変位の距離が、もしそのような周期が供給される場合は、各波長フィルタ・アレイ２３、２４上に位置する光透過フィルタ素子の水平方向の周期よりも短いことである。図２４および図２５の場合には、このような状況を実現することができる。すなわち、下のフィルタ・アレイ２４の目的とする変位は、上記周期の約３／８である。
【０１０９】
シフト可能な各波長フィルタ・アレイの変位は、例えば、図示していない圧電位置決め装置のような機械的制御回路素子により行われる。
一例を挙げて説明すると、図２６は、本発明による装置の今説明してい実施形態で使用するための２つの波長フィルタ・アレイ２３、２４の構造の（正確な縮尺でない）詳細を示す。寸法は下記の通りである。例えば、いずれのフィルタ・アレイ２３、２４の全幅は約３１０ｍｍであり、全長は約２３５ｍｍである。フィルタ・アレイ２３、２４の各行の高さは、約０．３００８６ｍｍである。行当たりの透明または半透明なセグメントの幅は、約０．４０１１４ｍｍである。ある行の透明または半透明なセグメントと、隣接する行の透明または半透明なセグメントの間のズレは０．０６６８５７ｍｍである。このようなフィルタ・アレイは、例えば、ＬＧ構造の１５．１インチのＬＣＤと一緒に使用するのに非常によく適している。
【０１１０】
図２７は、第１の動作モードの場合に使用するための相互にシフトしている、図２６の２つの等しいフィルタ・アレイ２３、２４の効果の要約を示す。フィルタ・アレイ２３、２４間の水平方向のシフトの距離は、約０．３００８６ｍｍである。すでに説明したように、切替え可能な散乱ディスクは、このモードの場合透明状態に切り替えられる。画像表示装置１上の画像表示のために、例えば、ＤＥ  ２０１２１３１８  Ｕ号の図５３が示す適当な画像組合わせ構造を選択することができる。
【０１１１】
第２の動作モードの場合には、２つのフィルタ・アレイ２３、２４を、例えば、相互にシフトしない状態で設置することができる。すなわち、要するに、これらアレイを、図２６とほぼ同じようにすることができる。散乱ディスク２２は、この場合、散乱状態に切り替えられる。そのため、画像表示装置１の照明は均質になる。
【０１１２】
上記の大部分の場合、波長フィルタ・アレイ３のフィルタ素子は、観察者の視線の方向に沿った深さ方向内に、無視することができない空間的広がりを有する。半透明フィルタ素子が、白い光を拡散により散乱させ、できるだけ小さな吸収係数を有する材料で完全にコーティングされている場合には（「完全に」という用語は、観察者の方を向いている側面上および観察者の視線の方向を向いている側面上の両方を意味する）、第１の動作モードの場合には、直接自動的にコントラストが低減する。光線が都合の悪い角度で拡散により散乱側面上に入射すると、光線は材料のこのコーティング内に入りそこを明るくする。それ故、この材料のコーティングはできるだけ薄くすることが望ましく、および／または反射性の半透明な縁部を有することが望ましい。
【０１１３】
図２８の波長フィルタ・アレイを使用すれば、コントラストの低減を避けることができる。光透過フィルタ素子２６および半透明フィルタ素子２７を備える波長フィルタ・アレイ２５が基板３０上に、大きく拡大して、他の構成要素とは異なる縮尺で表示されている。半透明フィルタ素子２７の観察者の方を向いている側面上は、拡散により散乱する材料
でコーティングされている。この場合、側面は反射性の材料でコーティングされていて、そのため、光線２８はフィルタ素子２７に入ることができない。それ故、反射した光は、第１および第２の動作モードの両方の場合、画像の輝度を高くする。光ビーム２９は基板３０内で全反射する。波長フィルタ・アレイ２５の基板は、好適には、低い容量吸収の光学的材料からできていることが好ましい。
【０１１４】
図２９は、コントラストを低減するためのもう１つの方法を示す。この図は、中空でない１つの片からできている波長フィルタ・アレイ３１を示す。第１の光源２からの斜めの入射光線２８は側面から全反射され、次いで、同様に波長フィルタ・アレイ３１の頂部から出る。この場合、空気との界面のところでは、その入射角は臨界角より小さい。この例の場合には、３Ｍ製の輝度強化フィルムのような輝度強化層３２の使用により、コントラストはさらに低減する。この輝度強化層により、第１の光源の輝度は、観察者の方を向いているある角度範囲内において、異なる長さの矢印により図２９に示す横方向において明るさがはっきりと大きくなるように影響を受ける。
【０１１５】
図３０は、コントラストを低減するためのさらにもう１つの方法である。この図は、その半透明フィルタ素子３４が、２つの動作モードに対応する２つの動作状態を有する切替え可能な電気泳動波長フィルタ・アレイ３３を示す。第１の動作モード（三次元表示用）の場合には、観察者の方向から見たフィルタ素子は、光を吸収するように見える。第２の動作モードの場合には、これらのフィルタ素子は、例えば、同様に観察者の方向から見た第２の光源４からの光を反射する。これら２つの動作モードは、直接電界内の電気泳動の原理、すなわちコロイド粒子、すなわち帯電した粒子の移動が、フィルタ素子３４の設計のために使用される場合に実施することができる。この原理は昔から知られているが、今までは紙に印刷する場合だけに使用されてきた。図３０の場合は、左の３つのフィルタ素子３４のモードは第１の動作モードである。一方、右の３つのフィルタ素子３４のモードは第２の動作モードである。フィルタ素子３４は、光学的に透明な液体が含んでいる異なる極性の２つのタイプの粒子を含む。これら２つのタイプの粒子は、例えば、正の電荷を有する黒い粒子３５と、負の電荷を有する白い粒子３６であってもよい。粒子は、黒い粒子が全体的に十分な光学密度（吸光度）を有し、白い粒子が全体的に高い拡散反射率（散乱度）を有するように選択しなければならない。さらに、これらの粒子は、その電荷を永久に保持しなければならないが、図でははっきり表示するために同じタイプのものとして示してあるが、すべて同じタイプのものでなくてもよい。図３０ではフィルタ素子３４は正方形をしているが、これらフィルタ素子は、任意の他の多角形の形をしていてもよいし、半球形または球形をしていてもよい。
【０１１６】
観察者から見て裏側のフィルタ素子３４の側面上の透明な電極に負の電圧をかけ、観察者に面している側面上のこのような電極に正の電圧をかけると、半透明フィルタ素子３４は、必要に応じて第１の動作モード用に切り替えられる。電圧の極性を反対にすると、フィルタ素子は、必要に応じて第２の動作モード用に切り替えられる。粒子３５、３６は、その充電状態により各電極の方向へ移動する。第１および第２のモード間の切替えは、非常に短時間、すなわち現在のＬＣＤスクリーン上の表示リフレッシュ時間より短い時間で行うことができる。この時間は約１６ｍｓである。
【０１１７】
３つの光線３７、３８、３９は、光学的状態を記号で表している。光線３８は、両方の動作モードで妨害を受けずに光透過フィルタ素子を通過する。光線３７は、第１の動作モード（３Ｄ）で吸収される。直接的コントラストの低減は起こらない。第２の動作モードの場合には、光線３７は拡散散乱層を通過し、多重散乱により２Ｄモードでの画像輝度を増幅させる多くの光線に分割される。この状態は光線３９の場合には異なる。光線３９は、第２の動作モードで吸収されるが、一方、第１の動作モードの場合には、拡散散乱層は、光線３９を数本の光線に分割し、次に、これらの分割された光線は、異なる方向にフィ
ルタ素子３４から出て３Ｄ画像の輝度を高くする働きをする。
【０１１８】
図３１は、第２の光源４を使用しないですむ可能性を示す。この実施形態の場合には、波長フィルタ・アレイ４０は、完全にオフに切り替えることができるようになっている。この場合、それは透明なフィル基板上に適用される。波長フィルタ・アレイ４０も、電気泳動原理により動作する。その内部には、黒い粒子３５を含む透明な液体層が存在する。この図の例の場合には、粒子は負に帯電しているが、その電荷は正であってもよい。第１の動作モードの場合には（図に示すように）、粒子３５は、観察者に面している側面上に示す正の電極４２付近で停止している。正の電極は他方の側面上に位置していてもよい。負の電極は図示していない。左右のところで、フィルタ・アレイ４０は、他の構成要素から若干突き出ている。突き出ているエリア内には、いわゆる収集エリアが位置している。何故なら、フィルタ・アレイが完全に透明になる第２の動作モード（２Ｄ）の場合には、黒い粒子がここに集まるからである。
【０１１９】
波長フィルタ・アレイを第１の動作モードから第２の動作モードに切り替えるために、中心に最も近い場所に位置するこれら電極４２を最初にオフに切り替えることができる。同時に、中心を囲む電極４２内の電圧は、現在オフになってる電極４２の「オン」電圧にほぼ対応する電圧だけ高くなる。すなわち、現在オフになっている電極４２に元来固定されているのとほぼ同じ電荷の量だけ高くなる。次に、黒い粒子３５は、その電圧が上昇した電極４２の方に移動する。このプロセスは、すべての粒子が収集エリアに最も近い電極４２に集まるまで継続し適当に行われる。同時に黒い粒子３５を現在引き寄せている電極４２のところの電圧をゼロに低減しながら、収集エリアにかかっている正の電圧をゼロにできるのはこの時点だけである。そのため、すべての粒子３５が収集エリアへ移動し、ここで静電気により引き寄せられる。第２の動作モードから第１の動作モードへの切替えは、同じような方法で行われる。ある状況の下では、電極の極性を迅速に反転することができるように、交流電界を使用する必要がある場合がある。
【０１２０】
この実施形態は、波長フィルタ・アレイの前に（観察者の視点から見た場合）第２の光源４（または光ガイド）を必要としないので、コントラストは低減しないし、両方の動作モードにおける画質は高い。
【０１２１】
帯電粒子を電気泳動により移動する代わりに、このような波長フィルタ・アレイは、懸濁粒子デバイスを作るもう１つの効果を利用することができる。この方法は、電界内で誘起された双極モーメントを有する光を吸収するコロイド粒子を使用する。電界をオフに切り替えると、これら粒子の双極モーメントの向きはランダムになり、このような粒子が凝集して半透明になる。交流電界をかけると、双極モーメントが整合し、凝集した粒子が透明になる。このようにして、上記収集エリアを使用しなくてすむ。
【０１２２】
電気泳動の原理は、２Ｄ表示の場合、３Ｄ照明をオンに切り替えた場合に起こるコントラストの増大を低減するためにも適用することができる。図３２は、この機能を使用する実施形態の一例である。波長フィルタ・アレイ３と第２の光源４との間には、電気泳動構成要素として設計された光学的散乱フォイル４３が位置する。このフォイルは、好適には、白光を拡散により反射するか、再放射することが好ましく、その散乱効果は、第２の動作モードの場合には、できればフォイルの全エリア上の白い粒子３６の累積の分配によるものである。そのため、白い粒子は、拡散反射により、第２の光源４からの光を散乱し、拡散透過により、第１の光源２からの光を散乱する。第１の動作モードに切り替える手順は、図３１の場合とほぼ同じである。
【０１２３】
簡単にした実施形態の場合には、フォイルの設置および除去（それぞれ第２または第１の動作モードへ切り替えるための）は、機械的に、すなわち手動またはモータにより行う
ことができる。図３３はこのような例を示す。この装置の左右には、手動またはモータで作動することができる巻き上げおよび巻き戻し機構４５が設置されている。この機構はプログラムにより制御することができる。この場合、光学散乱フォイル４４は、例えば、３Ｄモードの場合には、巻いてロール状にしてスクリーンの頂部または一方の側面に置くことができ、２Ｄモードの場合、横方向の案内レールに沿って、波長フィルタ・アレイ３と第２の光源４との間の、狭い光が漏れないで、ゴミが入らないスリット内に移動するために巻き戻すことができる。
【０１２４】
さらに、第１の動作モードの場合に（エリアの少なくとも一部上に三次元表示するための）、シーンまたは対象物のいくつかの透視画像からの画像情報の表示ビットの特定の選択を、観察者のそれぞれの目が主に、しかし他のものも見られる状態で見れば、本発明による装置の上記実施形態の場合有利である。そのため、観察者は立体感を経験する。（上記の）ＤＥ  ２０１２１３１８  Ｕ号および本出願人のＷＯ  ０１／５６２６５号およびＷＯ  ０３／０２４１２２号に、上記状況の下での立体感の生成のいくつかの例が記載されている。
【０１２５】
もちろん、第２の動作モードで表示された画像は、画像表示装置を適当に制御することにより容易に行うことができるいくつかの画面からなる画像ではなく単なる二次元画像になる。
【０１２６】
本明細書に記載する理論を同じように修正する場合に、現在のフィルタ・アレイを、場合によってはバリヤ・スクリーン、レンズ状の構成要素、またはホログラフィック光学素子を含む他の光学部品で置き換えることができる。
【０１２７】
当業者であれば、本明細書に明示していない他の変形の場合に、本明細書に開示されている特徴および機能を組合わせることができることをはっきりと指摘しておきたい。そのように修正したものも本発明の特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明による装置の第１の実施形態の一般的な原理を示す模式図。
【図２】本発明による装置の第１の実施形態で使用する波長フィルタ・アレイの一例を示す平面図。
【図３】画像表示装置上のいくつかの（この場合は９つの）画面からの画像情報を表示するための画像組合わせ規則を示す表。
【図４】図２および図３に大きく示す状態に基づく片方の目の視野の一例を示す表。
【図５】本発明による装置の第１の実施形態で使用するための波長フィルタ・アレイのもう１つの例を示す平面図。
【図６】画像表示装置上のいくつかの（この場合は８つの）画面からの画像情報を表示するためのもう１つの画像組合わせ規則を示す表。
【図７】図５および図６に大きく示す状態に基づく片方の目の視野の一例を示す表。
【図８】画像表示装置を均質に照明するための第１および第２の光源の共同作業の概略を示す模式図。
【図９】本発明による装置の第１の実施形態で使用するための波長フィルタ・アレイのもう１つの例を示す模式図。
【図１０】画像表示装置上のいくつかの（この場合は１１個の）画面からの画像情報を表示するためのもう１つの画像組合わせ規則を示す表。
【図１１】図９および図１０に大きく示す状態に基づく片方の目の視野の一例を示す模式図。
【図１２】本発明による装置の第１の実施形態で使用するための波長フィルタ・アレイのもう１つの例を示す模式図。
【図１３】画像表示装置上のいくつかの（この場合は９つの）画面からの画像情報を表示するためのもう１つの画像組合わせ規則を示す表。
【図１４】図１２および図１３に大きく示す状態に基づく片方の目の視野の一例を示す模式図。
【図１５】第２の光源の臨界角より大きい入射角を有する第１の光源の光が、第２の光源内に入るのがほぼ禁止される本発明による装置の第１の実施形態の特定の形態を示す模式図。
【図１６】本発明による装置の第１の実施形態で使用するための波長フィルタ・アレイのもう１つの例を示す模式図。
【図１７】本発明による装置の第１の実施形態で使用するための波長フィルタ・アレイのさらにもう１つの例を示す模式図。
【図１８ａ】本発明による装置の第２の実施形態の原理を示す模式図。
【図１８ｂ】オンおよびオフに切り替えることができる光分離構造の可能な設計の原理を示す模式図。
【図１８ｃ】オンおよびオフに切り替えることができる光分離構造のもう１つの可能な設計の原理を示す模式図。
【図１９】本発明による装置の第２の実施形態の第１の動作モードの原理を示す模式図。
【図２０】本発明による装置の第２の実施形態の第２の動作モードの原理を示す模式図。
【図２０ａ】本発明による装置の第２の実施形態の第２の動作モードのもう１つの原理を示す模式図。
【図２１】オンおよびオフに切り替えることができる光分離構造の特定の実施形態の原理を示す画像であり、この実施形態を使用すれば、単位面積当たりの光ガイドから分離する光の量を光ガイド上の種々の位置に対して確実に異なるようにすることができる。
【図２２】オンおよびオフに切り替えることができる光分離構造のもう１つの特定の実施形態の原理を示す画像であり、この実施形態を使用すれば、単位面積当たりの光ガイドから分離する光の量を光ガイド上の種々の位置に対して確実に異なるようにすることができる。
【図２３】本発明による装置の第３の実施形態の原理を示す模式図。
【図２４】第１の動作モードでの本発明による装置の第４の実施形態の原理を示す模式図。
【図２５】第２の動作モードでの本発明による装置の第４の実施形態の原理を示す模式図。
【図２６】本発明による装置の第３の実施形態で使用するためのフィルタ・アレイの一例を示す模式図。
【図２７】本発明による装置の第３の実施形態の第１の動作モードで使用するための２つのフィルタ・アレイの相互位置を示す模式図。
【図２８】波長フィルタ・アレイの特定の実施形態を示す模式図。
【図２９】波長フィルタ・アレイのもう１つの特定の実施形態を示す模式図。
【図３０】電気泳動波長フィルタ・アレイを示す模式図。
【図３１】オフに切り替えることができる電気泳動波長フィルタ・アレイを示す模式図。
【図３２】電気泳動による光学的散乱フォイルを示す模式図。
【図３３】機械的に巻いたり巻き戻したりすることができる光学的散乱フォイルを示す模式図。
【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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【国際調査報告】
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