【手続補正書】
【提出日】平成20年9月10日(2008.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号に応じた２次元表示画像を生成する２次元画像生成手段と、
前記２次元画像生成手段から射出された表示画像光の波面を、任意の観測点を基準として、この観測点から仮想物点までの光路長と等しい光路長となる位置に焦点を結ぶような曲率を有する波面に変換する波面変換手段と、
前記波面変換手段により波面変換された表示画像光を偏向する偏向手段と
を備えたことを特徴とする３次元表示装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源からの発散光を平行光束に変換して前記２次元画像生成手段へ射出する光束平行化手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項３】
前記２次元画像生成手段を構成する各画素から発散する各表示画像光を画素単位で平行光束に変換して前記波面変換手段へ射出する光束平行化手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項４】
前記平行化手段は、各画素に対応して配置された正レンズからなる
ことを特徴とする請求項３に記載の３次元表示装置。
【請求項５】
前記平行化手段は、光軸と平行をなすように立設されると共に前記表示画像光を吸収する材料が少なくとも表層部に設けられた隔壁からなる
ことを特徴とする請求項３に記載の３次元表示装置。
【請求項６】
前記偏向手段は、
前記波面変換手段からの表示画像光を、水平方向に偏向する水平方向偏向部と、これと直交する垂直方向に偏向する垂直方向偏向部とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項７】
前記波面変換手段が、可変焦点ミラーである
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項８】
前記可変焦点ミラーは、
剛性層と、
前記剛性層と対向して配置された弾性層と、
前記弾性層の外側の表面に設けられた反射層と、
前記剛性層の一表面および前記弾性層の一表面に設けられた電極層対と
を備え、
前記弾性層は、その層面に沿った方向に不均一な弾性定数分布を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の３次元表示装置。
【請求項９】
前記波面変換手段が、可変焦点レンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項１０】
前記可変焦点レンズは、
透明材料からなる剛性層と、
前記剛性層と対向して配置された、透明材料からなる弾性層と、
前記剛性層と前記弾性層との間に充填された、透明材料からなる充填層と、
前記剛性層の一表面および前記弾性層の一表面に設けられた透明電極層対と
を備え、
前記弾性層は、その層面に沿った方向に不均一な弾性定数分布を有する
ことを特徴とする請求項９に記載の３次元表示装置。
【請求項１１】
前記可変焦点レンズは、
透明材料からなる剛性層と、
前記剛性層と対向して配置された、透明材料からなる弾性層と、
前記剛性層と前記弾性層との間に充填された透明材料からなる充填層と、
前記剛性層の一表面および前記弾性層の一表面に設けられて層面に沿った方向に不均一な電界強度分布を形成する透明電極層対と
を備えたことを特徴とする請求項９に記載の３次元表示装置。
【請求項１２】
前記偏向手段が、
透明材料からなる固定層と、
前記固定層と対向して配置された、透明材料からなる可動層と、
前記固定層と前記可動層との間に充填された透明材料からなる充填層と、
前記固定層の一表面および前記可動層の一表面に設けられて層面に沿った方向に不均一な電界強度分布を形成する透明電極層対と
を備えた光偏向素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項１３】
前記２次元画像生成手段と、前記偏向手段とが同期している
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項１４】
前記波面変換手段と、前記偏向手段とが同期している
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元表示装置。
【請求項１５】
前記偏向手段が、水平方向偏向手段と垂直方向偏向手段とを含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の３次元表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
しかしながら、ホログラフィ技術では３次元空間情報を２次元空間における干渉縞として記録しており、その空間周波数は同じ物体を撮影した写真などの２次元空間の場合と比較すると極めて膨大な量になる。これは、３次元空間の情報を２次元空間に変換する際に、その情報が２次元空間上における密度に変換されていると考えることができる。そのために、ＣＧＨ（Computer Generated Hologram）による干渉縞を表示するデバイスに求め
られる空間分解能は極めて高く、また膨大な情報量が必要であることから、実時間ホログラムにより立体映像を実現することは、現状において技術的に困難である。その上、記録の際に使用する光はレーザ光のような位相の揃ったものでなければならず、自然光での記録（撮影）が不可能であるという問題もある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の３次元表示装置は、映像信号に応じた２次元表示画像を生成する２次元画像生成手段と、この２次元画像生成手段から射出された表示画像光の波面を、任意の観測点を基準として、この観測点から仮想物点までの光路長と等しい光路長となる位置に焦点を結ぶような曲率を有する波面に変換する波面変換手段と、この波面変換手段により波面変換された表示画像光を偏向する偏向手段とを備えるようにしたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の３次元表示装置では、２次元画像生成手段によって映像信号に応じた２次元表示画像が生成され、波面変換手段によって、２次元画像生成手段から射出された表示画像光の波面が、基準となる任意の観測点から仮想物点までの光路長と等しい光路長となる位置に焦点を結ぶような曲率を有する波面に変換される。このため、表示画像光が、両眼視差および輻輳角に関する情報だけでなく、適切な焦点距離情報を含むものとなる。さらに、偏向手段によって波面変換された表示画像光が偏向され、右眼および左眼の各々に対して所望の表示画像光が向かうこととなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の３次元表示装置によれば、２次元画像生成手段によって映像信号に応じた２次元表示画像を生成すると共に、波面変換手段によって、２次元画像生成手段から射出された表示画像光の波面を基準となる任意の観測点から仮想物点までの光路長と等しい光路長となる位置に焦点を結ぶような曲率を有する波面に変換するようにしたので、観察者が、両眼視差および輻輳角に関する情報に加えて適切な焦点距離情報を獲得することができる。このため、両眼視差および輻輳角に関する情報と、適切な焦点距離情報との整合性を図ることができ、生理的な違和感を生ずることなく所望の立体映像を認識することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
充填層３５は、例えばシリコーンなどの透明で極めて柔軟な流動性材料によって構成されている。充填層３５は、透明基板３２と透明変形部材３３とにより挟まれた領域のうち、平行光束φが通過する領域を含む一部領域にのみ充填されている。それ以外の領域は、外部空間に繋がる連通孔３９を有するバッファ領域として確保されている。ただし、充填層３５は透明電極層３６，３７を完全に覆うように設けられている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
透明基板４２は、例えば石英などの高い剛性を示す透明材料により構成されている。この透明基板４２の中央領域には、可動層４３と充填層４５との短冊状をなす積層体が配置されており、それを取り囲む周辺領域には、充填層４５と同程度の厚さを有する支柱４４Ａと、可動層４３と同程度の厚さを有する支持枠４４Ｂとの積層体としての支持体４４が設けられている。可動層４３は、石英などの高い剛性を示す平行平板であり、長手方向の両端部とそれぞれ接続された一対のヒンジ４３Ｔを介して支持枠４４Ｂに繋がった状態となっている。可動層４３は、図９に示すように、例えば厚さ２０μｍの石英基板をエッチングによって周囲の支持枠４４Ｂおよびヒンジ４３Ｔと一体成型された構造となっている。図９は、可動層４３、ヒンジ４３Ｔおよび支持枠４４Ｂの構造を表す平面図である。可動層４３において、長さ４３Ｌは例えば１ｍｍであり、幅４３Ｗは例えば０．１ｍｍである。一対のヒンジ４３Ｔは、各々の一端が可動層４３の端部と接続されると共に他端が支持枠４４Ｂと接続されており、互いに同一直線状に位置するように形成されている。ヒンジ４３Ｔは可動層４３の長手方向に沿って細長い形状をなしており、例えば０．２ｍｍの長さ４３ＴＬと、例えば０．０１ｍｍの幅４３ＴＷとを有している。このため、何らかの外力を加えることにより、可動層４３はヒンジ４３Ｔの延在方向に沿った回転軸を中心として回転可能となっている。ここで、充填層４５は例えばシリコーンなどの透明で極めて柔軟な流動性材料によって構成されているので、可動層４３が回転するにあたり、その動作の妨げにはならない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
可動層４３の回転動作は、透明電極層パターン４６と、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂとの間に電圧を印加することによって発生する静電気力を利用しておこなう。透明電極層パターン４６は、透明基板４２の表面４２Ｓにおける、少なくとも可動層４３に対応する領域を覆うように設けられており、図示しない接続線によって接地されている。一方、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂは、透明電極層パターン４６と対向するように可動層４３の表面４３Ｓに形成されると共に、ヒンジ４３Ｔに沿って延在し、外部制御電源４８Ａ，４８Ｂ（後出）とそれぞれ接続されている。したがって、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂは、個別に透明電極層パターン４６と対をなし、電圧印加によって各々の間に静電気力を発生するようになっている。さらに、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂは、可動層４３の長手方向（Ｙ軸方向）に延びる端縁において互いに対向し、かつ互いに同一形状をなすように、可動層４３における長手方向の中間位置から両端部へ向かって次第に幅が広がるように形成されている。これら透明電極層パターン４６および透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂは、例えばカーボンやＩＴＯなどの導電材料を、一般的な真空成膜装置である真空蒸着装置、スパッタリング装置、イオンプレーティング装置またはＣＶＤ装置などを利用して表面４２Ｓ，４３Ｓに直接堆積したものである。なお、図８（Ａ）では、理解を容易にするため、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂが形成された部分に模様を付けて表すと共に、その輪郭を実線で示している。また、本実施の形態では、透明電極４２の表面４２Ｓ上に共通の透明電極層パターン４６を設けるようにしたが、各可動層４３の表面４３Ｓ上に個別に透明電極層パターン４６を設けるようにしてもよい。その場合には、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂを表面４２Ｓ上に設けるようにすればよい。また本実施の形態では、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂの双方に共通の透明電極層パターン４６を設けるようにしたが、透明電極層パターン４６を複数に分割して配置し、透明電極層パターン４７Ａ，４７Ｂの各々と個別に対応するようにしてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
垂直方向偏向部５は、水平方向偏向部４における光偏向素子４１と同様の構成を有する光偏向素子５１を複数備えたものである。光偏向素子４１，５１は、図１２に示したように、各々の可動層４３，５３が互いに直交するように重ね合わせて配置されている。このような構成により、従来の反射型の光偏向素子では実現が困難であった水平方向および垂直方向双方における偏向操作を簡便に行うことができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
また、コリメート部２で２次元表示部１から放射された表示画像光を平行光束に変換することにより、次のような作用が得られる。両眼視差を確保するためには、左右それぞれの眼に対応した２種類の画像を送る必要がある。すなわち、左右の眼に対応するそれぞれの表示画像光は、互いに反対側の眼に入射してはならない。仮に、コリメート部２が存在せず、２次元表示部１を光源とした球面波が放射されているとすると、たとえ水平方向偏向部４や垂直方向偏向部５によって偏向させたとしても互いに反対側の眼にも不要な表示画像光が入射してしまう。その場合、両眼視差が発生せず、２重の画像として認識される。そこで、本実施の形態のようにコリメート部２において２次元表示部１からの表示画像光を平行光束に変換するようにすれば、表示画像光は扇方状に広がることなく、よって、他方の眼に入射することなく目的とする一方の眼だけに到達させることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
このように、本実施の形態の３次元表示装置１０Ａによれば、２次元表示部１によって映像信号に応じた２次元画像光を生成すると共に、レンズアレイ３によって、２次元表示部１から射出された表示画像光の波面ｒ０を任意の観測点（左眼IIＬ）から仮想物点Ｃまでの光路長Ｌ１と等しい光路長となる焦点ＣＣを結ぶような、点ＣＬ１を通過した直後の曲率を有する波面ｒ１に変換するようにしたので、表示画像光が、両眼視差、輻輳角および運動視差に関する情報だけでなく、適切な焦点距離情報を含むものとなる。このため、観察者が、両眼視差、輻輳角および運動視差に関する情報と、適切な焦点距離情報との整合性を図ることができ、生理的な違和感を生ずることなく所望の立体映像を認識することができる。特に、水平方向偏向部４による水平面内での偏向操作に加え、垂直方向偏向部５による垂直面内での偏向操作をも行うようにしたので、観測者の両眼を結ぶ仮想線が水平方向から外れている場合（観測者が寝転んだ姿勢をとった場合）であっても、左右の眼に対して所定の画像が到達することとなるので立体視が可能となる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
このような構成の可変焦点ミラー６１では、入射光を反射しつつ、集光または発散を行う。あるいは、このようなレンズ作用を発揮させずに平行光束のまま反射のみを行うことも可能である。具体的には、外部制御電源６８により電極層６６と電極層６７との間に所定の大きさの電圧を印加すると、それらの間に静電気力が発生して互いに引き付け合うこととなる。電極層６６は基板６２の表面６２Ｓと固着しており、一方の電極層６７は反射型変形部材６３の表面６３Ｓと固着しているので、結果として、基板６２と反射型変形部材６３とが互いに引き付け合うこととなる。このとき、基板６２は比較的高い剛性を示す材料からなるので、ほとんど変形しない。これに対し反射型変形部材６３は高い弾性を示す材料からなるので、比較的大きな変形を生ずる。反射型変形部材６３は、その厚さ分布によって規定される弾性定数分布に応じて変形するので、変形後に所望の形状をなすように予め設計し加工しておくことにより所望のレンズ作用を得ることができる。この際、電極層６６と電極層６７との間の印加電圧の大きさに応じて静電気力が変化することを利用して、連続的に（あるいは段階的に）異なる反射型変形部材６３の形状（すなわち、反射面６３ＭＳの形状）を選択形成することができる。図１９では、反射面６３ＭＳが凹面をなし、集光作用を発揮している状態が可変焦点ミラー６１Ａであり、反射面６３ＭＳが凸面をなし、発散作用を発揮している状態が可変焦点ミラー６１Ｂであり、反射面６３ＭＳが平面をなし、レンズ作用を発揮することなく反射のみを行っている状態が可変焦点ミラー６１Ｃである。なお、反射型変形部材６３の厚さ分布については、例えば有限要素法によるシミュレーション結果に基づいて最適化することができる。これにより、所望の球面形状または非球面形状を保ちつつ焦点距離を変化することのできる可変焦点ミラー６１を実現することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
２次元表示部８１から出力される２次元画像光は単色である。そこで、カラーの２次元画像光を得る場合には、図２５に示したような構成（変形例７）とする必要がある。図２５は、赤色の２次元画像光を形成する２次元表示部８１Ｒと、緑色の２次元画像光を形成する２次元表示部８１Ｇと、青色の２次元画像光を形成する２次元表示部８１Ｂと、ダイクロイックミラープリズム７８とを組み合わせた構成例である。これにより、各々からの２次元画像光をダイクロイックミラープリズム７８で混合することで自然なカラーの２次元画像光が得られる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007086145.tif 000001