(57)【要約】  １つまたは複数のホログラフィック光学素子と、特別構成の照明システムと、ＬＣＤなどの透過型ディスプレイとを利用する自動立体ディスプレイが開示される。複数の観察者のそれぞれに対する異なる立体画像または２Ｄ画像の表示が、画像品質を感知されるほどに劣化させることなく可能となる。これは、空間多重化技術と時間多重化技術を組み合わせることにより実現される。
2012515943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の観察者に対して異なる画像を表示できる自動立体ディスプレイ装置であって、前記ディスプレイ装置は、
ピクセルアレイ内のピクセルの第１の組が協同して第１の画像を表示し、前記ピクセルアレイ内のピクセルの別の第２の組が協同して第２の画像を表示する、ピクセルアレイと、
複数の光源から成り、そのそれぞれが使用中の前記ピクセルアレイを個別に照射するように適合された光源アレイと、
ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）であって、空間的に多重化されて前記ピクセルアレイと協同し、前記光源アレイ内の第１の光源から前記ピクセルの第１の組の上に照射された光を、前記ＨＯＥで回折して第１の位置へ差し向けて第１の観察者の左眼に対する第１の実像を形成し、ピクセルの別の第２の組に照射された前記第１の光源からの光を回折して第２の位置に差し向け、前記第１の観察者の右眼に対する第２の実像を形成し、前記第１と第２の実像が一緒になって第１の観察ゾーンを形成する、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、
を備え、
前記ＨＯＥは、前記光源アレイ内の異なる光源からの光を回折して、対応する空間的に変位した観察ゾーンを形成し、
制御装置を更に備え、該制御装置は、前記第１と第２のピクセルの組に、第１と第２の画像の選択されたペアを連続的に表示させ、前記光源アレイ内の前記光源を連続的に選択された画像ペアに同期して連続的に作動させて、任意の時点において前記光源アレイ内の１つの光源のみからの光がＨＯＥ上に入射され、それによって複数の観察者に複数の観察ゾーンを空間的に変位した位置に連続的に提供するように適合されている、
自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１の画像はステレオペアの左の画像であり、前記第２の画像はステレオペアの右の画像である、請求項１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１と第２の実像は相互に隣接している、請求項１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１と第２の画像は同一画像である、請求項１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項５】
複数の観察者に異なる画像を表示できる自動立体ディスプレイ装置であって、前記ディスプレイ装置は、
ピクセルアレイであって、
前記ピクセルアレイ中の第１のピクセルの組が協同して第１の画像を表示し、
前記ピクセルアレイ中の第２の、異なるピクセルの組が協同して第２の画像を表示し、
前記ピクセルアレイ中の第３の、異なるピクセルの組が協同して第３の画像を表示し、
前記ピクセルアレイ中の第４の、異なるピクセルの組が協同して第４の画像を表示する、ピクセルアレイと、
各光源アレイが複数の光源から成り、光源のそれぞれが前記ピクセルアレイを個別に照射するように適合されている、複数の光源アレイと、
ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）であって、空間的に多重化されて前記ピクセルアレイと協同し、前記第１のピクセルの組に入射する第１の光源アレイ中の第１の光源からの光が、前記ＨＯＥによって第１の位置へ向けて回折されて、第１の観察者の左眼に対する第１の実像を形成し、第２の異なるピクセルの組に入射する光が、第２の位置に向けて回折されて、前記第１の観察者の右眼に対する第２の実像を形成し、前記第１と前記第２の実像が一緒になって第１の観察ゾーンを形成する、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、
を備え、
前記第３のピクセルの組に入射する第２の光源アレイの中の第１の光源からの光が、前記ＨＯＥで第３の位置へ向けて回折されて第２の観察者の左眼に対する第３の実像を形成し、第４の異なるピクセルの組に入射する光が、第４の位置に向けて回折されて、前記第２の観察者の右眼に対する第４の実像を形成し、前記第３と前記第４の実像が一緒になって第２の観察ゾーンを形成し、
前記ＨＯＥまたはフィルタ要素が、前記第１の光源アレイからの光が前記第２の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、また同様に前記第２の光源アレイからの光が前記第１の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、
かつ、さらに前記ＨＯＥは、各光源アレイ内の異なる光源からの光を回折して、対応する空間的に変位した位置にそれぞれの観察ゾーンを形成する、
自動立体ディスプレイ装置。
【請求項６】
制御装置を更に備え、前記制御装置は、
前記第１と前記第２のピクセルの組に、第１と第２の画像の選択されたペアを連続的に表示させ、前記第１の光源アレイ内の前記光源を、前記第１と第２の画像の連続的に選択されたペアに同期して連続的に作動させて、任意の時刻において前記第１の光源アレイ内のただ１つの光源からの光のみが前記ＨＯＥに入射するようにさせ、
かつ、更に前記第３と前記第４のピクセルの組に、第３と第４の画像の連続的に選択されたペアを表示させ、前記第２の光源アレイ内の前記光源を、前記第３と第４の画像の連続的に選択されたペアに同期して連続的に作動させて、任意の時刻において前記第２の光源アレイ内のただ１つの光源からの光のみが前記ＨＯＥに入射するようにさせる、請求項５に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記空間的に多重化されたＨＯＥは、前記ピクセルアレイの前記第１と前記第２のピクセルの組に対応する、空間的に多重化された構成における前記ＨＯＥの第１の領域の組が、ある領域の角度から入射された光によって照射された場合にのみ光を回折して前記第１の観察ゾーンを形成し、
かつ、前記ピクセルアレイ内の前記第３と前記第４の組のピクセルに対応する、前記ＨＯＥの第２の領域の組が、実質的に異なる角度領域から入射された光によって照射された場合にのみ光を回折して前記第２の観察ゾーンを形成するように適合されている、請求項５に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項８】
複数の観察者に異なる画像を表示できる自動立体ディスプレイ装置であって、前記ディスプレイ装置は、
それぞれが複数の光源のペアから成る、第１と第２の光源アレイと、
第１の観察者の左眼用の第１の画像と第１の観察者の右眼用の第２の画像とを交互に表示するように適合された、前記第１の光源アレイに対応する第１のピクセルの組と、第２の観察者の左眼用の第３の画像と第２の観察者の右眼用の第４の画像とを交互に表示するように適合された第２のピクセルの組と、を有するピクセルアレイであって、前記光源のそれぞれが前記ピクセルアレイを個別に照射するように適合されている、ピクセルアレイと、
ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）であって、前記ピクセルアレイと協同するように空間的に多重化されて、対応する第１のピクセルの組に入射する前記第１の光源アレイ内の光源ペアの１つの光源からの光が、前記ＨＯＥにより第１の位置の方向へ回折されて第１の観察者の左眼用の第１の実像を形成し、前記第１のピクセルの組に入射する前記ペアのもう一方の光源からの光が、前記ＨＯＥにより第２の位置の方向へ回折されて第１の観察者の右眼用の第２の実像を形成し、前記第１と第２の実像が一緒になって第１の観察ゾーンを形成し、かつ、対応する第２のピクセルの組に入射する前記第２の光源アレイ内の光源ペアの１つの光源からの光が、前記ＨＯＥにより第３の位置の方向へ回折されて第２の観察者の左眼用の第３の実像を形成し、前記ピクセルの組に入射する前記ペアのもう一方の光源からの光が、前記ＨＯＥにより第４の位置の方向へ回折されて第２の観察者の右眼用の第４の実像を形成し、前記第３と第４の実像が一緒になって第２の観察ゾーンを形成し、かつ、前記ＨＯＥは、各光源アレイ内の光源の異なるペアからの光を回折して、対応する空間的に変位した位置にそれぞれの観察ゾーンを形成する、ＨＯＥと、
前記ピクセルアレイ内のピクセルの各組に、光源の各ペア内の対応する光源の作動に同期して、左眼用と右眼用の画像を連続的に表示させるように適合された制御装置と、
を備え、
かつ、前記ＨＯＥまたはフィルタ要素が、前記第１の光源アレイからの光が前記第２の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、また同様に前記第２の光源からの光が前記第１の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぐように適合された、
自動立体ディスプレイ装置。
【請求項９】
複数の観察者に異なる画像を表示できるディスプレイ装置であって、前記ディスプレイ装置は、
それぞれが複数の光源から成る、第１と第２の光源アレイと、
第１の画像を表示するのに適合した第１の光源アレイに対応する第１のピクセルの組と、第２の画像を表示するのに適合した第２の光源に対応する第２のピクセルの組とを有するピクセルアレイであって、前記光源のそれぞれが前記ピクセルアレイを個別に照射するように適合されている、ピクセルアレイと、
前記ピクセルアレイと協同するように空間的に多重化されたＨＯＥであって、対応する第１のピクセルの組に入射する第１の光源アレイ内の１つの光源からの光が、ＨＯＥにより第１の位置の方向へ回折されて第１の観察者用の第１の実像を形成し、前記第１の実像が第１の観察ゾーンを形成し、
前記対応する第２のピクセルの組に入射する前記第２の光源アレイ内の１つの光源からの光が、前記ＨＯＥにより第２の位置の方向へ回折されて第２の観察者に対する第２の実像を形成し、前記第２の実像が第２の観察ゾーンを形成するＨＯＥと、
を備え、
前記ＨＯＥは、各光源アレイ内の異なる光源からの光を回折して、対応する空間的に変位した位置にそれぞれの観察ゾーンを形成し、及び、
前記ＨＯＥまたはフィルタ要素は、前記第１の光源アレイからの光が前記第２の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、また同様に前記第２の光源アレイからの光が前記第１の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぐ、ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記ピクセルアレイにおける前記第１のピクセルの組は、前記第１の画像と交互に第３の画像を表示し、前記ピクセルアレイにおける前記第２のピクセルの組は、前記第２の画像と交互に第４の画像を表示し、
前記第１と第２のピクセルの組に連続する画像を表示させ、各光源アレイ内の光源を前記連続する画像と同期して連続的に作動させて、任意の時刻において、各光源アレイ内の１つの光源からの光のみを前記ＨＯＥに入射させるように適合された制御装置を更に含む、請求項９に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記空間的に多重化されたＨＯＥは、前記ピクセルアレイの前記第１のピクセルの組に対応する、空間的に多重化された構成における前記ＨＯＥの第１の領域の組が、ある領域の角度から入射された光によって照射された場合にのみ光を回折して前記第１の観察ゾーンを形成し、
かつ、前記ピクセルアレイの前記第２のピクセルの組に対応する、前記ＨＯＥの第２の領域の組が、実質的に異なる角度領域から入射された光によって照射された場合にのみ光を前記第２の観察ゾーンの方向へ回折するように適合されている、請求項８〜１０に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記異なる光源アレイは、実質的に異なる範囲の角度に合致する位置に配置されている、請求項７または請求項１１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記第１の光源アレイからの光は一方向に偏光され、前記第２の光源アレイからの光は逆の第２の方向に偏光され、
前記フィルタ要素は、空間的に多重化された偏光フィルタから成り、前記ＨＯＥおよびピクセルアレイと協同して、前記第１の光源アレイ内の光源からの入射光が前記フィルタ要素によって選択的に遮蔽されて前記ＨＯＥにより前記第１の観察ゾーンのみに向けて回折され、前記第２の光源アレイ内の光源からの入射光が前記フィルタ要素によって選択的に遮蔽され、それにより前記ＨＯＥにより前記第２の観察ゾーンのみに向けて回折されるようにする、請求項５〜１２に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１４】
各光源は、発光体のサブアレイを備える、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記光源アレイ中の前記光源を、空間的に変位した複数の観察ゾーンが同時に形成されるように制御するように適合された制御装置を更に備える、請求項５〜１４のいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記第１の画像は、第１のステレオスコープペアの左の画像であり、前記第２の画像は、前記第１のステレオスコープペアの右の画像であり、さらに、前記第３の画像は、第２のステレオスコープペアの左の画像であり、前記第４の画像は、前記第２のステレオスコープペアの右の画像である、請求項５〜８のいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記第１と第２の画像は同一画像であり、前記第３と第４の画像は同一画像である、請求項５〜８のいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記第１と第２の実像は相互に隣接し、前記第３と第４の画像は相互に隣接している、請求項５〜８のいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記第１の観察ゾーンが前記第２の観察ゾーンから空間的に分離されるように、各光源アレイ中の光源を制御する制御装置をさらに備える、請求項５〜８のいずれか１項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２０】
マルチビュー自動立体ディスプレイ装置であって、
第１のピクセルの組は、第１の画像と第３の画像を順次表示するように適合されており、第２のピクセルの組は、第２の画像と第４の画像を順次表示するように適合されている、複数のピクセルの組を提供する、ピクセルアレイと、
それぞれの光源が前記ピクセルアレイを個別に照射するように適合された、第１及び第２の光源と、
空間的に多重化されたＨＯＥであって、前記ピクセルアレイと協同して、第１のピクセルの組に入射する前記第１の光源からの光がＨＯＥにより第１の位置の方向へ回折されて観察者用の第１の実像を形成し、第２の、異なるピクセルの組に入射する前記第１の光源からの光が前記第１の位置からは空間的に変位した第２の位置へ向けて回折されて前記観察者用の第２の実像を形成し、さらには、前記ＨＯＥの空間多重化は、前記第１のピクセルの組に入射する前記第２の光源からの光が、ＨＯＥにより第３の位置の方向へ回折されて前記観察者用の第３の実像を形成し、第２の、異なるピクセルの組に入射する前記第２の光源からの光が前記第３の位置からは空間的に変位した第４の位置へ向けられて前記観察者用の第４の実像を形成し、前記第１と第２の実像が前記第３と第４の実像から空間的に変位するように適合されている、ＨＯＥと、
前記第１のピクセルの組に、前記第１と第２の光源の順次の作動に同期して、前記第１と第３の画像を順次表示させ、前記第２のピクセルの組に、前記第１と第２の光源の順次の作動に同期して、前記第２と第４の画像を順次表示させるように適合された、制御装置と、
を備える、マルチビュー自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記第１と第３の実像は互いに隣接し、前記第２と第４の実像に隣接ないしは重なりあって形成され、前記第２と第４の実像は互いに隣接している、請求項２０に記載のマルチビュー自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記第１と第３の実像は、前記第２と第４の実像で挟み込まれている、請求項２０に記載のマルチビュー自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２３】
各画像は被写体の異なる透視図である、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のマルチビュー自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２４】
隣接する実像がステレオペアを形成する、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のマルチビュー自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２５】
追加の光源と、前記第１から第４の画像からは空間的に変位した更なる実像を提供するように適合された、追加の対応するピクセルの組を更に備える、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載のマルチビュー自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２６】
観察ゾーンを形成する実像は均一かつ散乱性である、請求項１〜２５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
複数の観察者に異なる画像を表示できる立体ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイシステムは、
使用時に第１のピクセルの組が観察者の左の眼用の第１の画像を表示し、第２のピクセルの組が観察者の右の眼用の第２の画像を表示するように、空間的に多重化されたピクセルアレイを含む、ディスプレイ装置と、
前記第１のピクセルの組からの光が、一方向に偏光され、前記第２のピクセルの組からの光が、逆の第２の方向に偏光されるような、偏光装置と、
観察者の眼から光を選択的に遮蔽するように適合されたシャッタと、観察者の左眼が前記左眼用の画像にのみ露出され、かつ右眼は前記右眼用の画像にのみ露出されるような補完的偏光器とを備える、観察装置と、
前記第１と第２のピクセルの組に、第１と第２の画像の連続するペアを表示させ、前記観察者には画像の選択されたペアのみが露出されるように前記連続する画像ペアと同期して前記シャッタを制御するように適合された、制御装置と、
を備える、立体ディスプレイシステム。
【請求項２８】
複数の観察者に異なる画像を表示できる立体ディスプレイシステムであって、前記ディスプレイシステムは、
使用時に第１のピクセルの組が第１の観察者の左の眼用の第１の画像と前記第１の観察者の右の眼用の第２の画像を交互に表示するように協同し、第２のピクセルの組が第２の観察者の左の眼用の第３の画像と前記第２の観察者の右の眼用の第４の画像を交互に表示するように協同するように、空間的に多重化されたピクセルアレイを含む、ディスプレイ装置と、
前記第１のピクセルの組からの光を一方向に偏光し、前記第２のピクセルの組からの光を、逆の第２の方向に偏光するように適合された、装置と、
前記第１の方向に偏光された光に対して実質的に透明で、前記第２の方向に偏光された光に対して実質的に不透明で、前記第１の観察者は前記第１のピクセルの組からの光のみが見えるように適合された、前記第１の観察者に使用される、第１の観察装置と、
前記第２の方向に偏光された光に対して実質的に透明で、前記第１の方向に偏光された光に対して実質的に不透明で、前記第２の観察者は前記第２のピクセルの組からの光のみが見えるように適合された、前記第２の観察者に使用される、第２の観察装置と、
を備え、
前記第１と第２の観察装置は、観察者のそれぞれの眼を個別に、光から選択的に遮蔽するように適合されたシャッタをそれぞれに含み、及び、
前記第１のピクセルの組が第１と第２の画像を交互に表示し、前記第２の組が第３と第４の画像を交互に表示するように制御し、前記第１又は第２の観察者の左眼のみが、対応する前記第１又は第３の画像に対して露出され、前記第１又は第２の観察者の右眼のみが、対応する前記第２又は第４の画像に対して露出されるように各観察装置のシャッタを制御するように適合された制御装置、
を備える、立体ディスプレイシステム。
【請求項２９】
前記制御装置は、前記ピクセルの組により表示された画像を、前記観察者が実質的にフリッカなしで画像を見られるだけの高速リフレッシュ速度でリフレッシュするように適合された、請求項１〜２８のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３０】
前記ピクセルアレイ内のそれぞれのピクセルの組に対する前記ピクセルのリフレッシュ速度は、少なくとも約６０Ｈｚである、請求項２９に記載のディスプレイ装置。
【請求項３１】
前記ＨＯＥは、前記光源アレイに関して前記ピクセルアレイの上流にある、請求項１〜２６、または請求項２９〜３０のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３２】
前記ＨＯＥは、前記光源アレイに関して前記ピクセルアレイの下流にある、請求項１〜２６、または請求項２９〜３０のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３３】
前記ピクセルアレイはＬＣＤアレイである、請求項１〜３２のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３４】
前記光源はＬＥＤである、請求項１〜３３のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３５】
前記ディスプレイ装置は、前記ディスプレイの観察者のすべて又は一部に対して異なる画像を提供する、請求項１〜３４のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３６】
前記ディスプレイ装置は、前記ディスプレイの各観察者に立体画像を提供する、請求項１〜８又は請求項１１〜３５のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３７】
前記ディスプレイ装置は、前記ディスプレイの観察者のすべて又は一部に対して異なる立体画像を提供する、請求項１〜８又は請求項１１〜３６のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３８】
前記ディスプレイ装置は、１人または複数の観察者の位置を検知する観察者検知手段を備える、請求項１〜３７のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項３９】
前記ディスプレイ装置は、前記観察者すべてまたは一部に対してパースペクティブの異なる画像を配信するように構成された、請求項１〜３８のいずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【請求項４０】
前記パースペクティブは、前記ディスプレイ装置に対する前記観察者の位置により決定される、請求項３９に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ディスプレイの分野に関し、それに限定されないが特に、特別な眼鏡類なしで３Ｄ立体画像が楽しめる自動立体ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動立体ディスプレイには沢山の異なった技術がある。最も基本的なことには、観察者が３Ｄ効果を感知するために“スイートスポット”に位置しなければならない。観察者がこの地点を離れると、３Ｄ効果が失われるか、著しく損ねられてしまう。
【０００３】
技術によっては、多くの人が同時に立体３Ｄ画像を見ることができるが、この場合にも、各観察者は適正な観察位置を見つける必要がある。
【０００４】
これらの方法では、観察者が１つの位置に固定されるために、実際には視差感覚（像を見廻す能力）を持つことができない。
【０００５】
これに代わる一方法では、１組の透視図が提供される。つまり単に１対のステレオペアではなく、同一物体に対して例えば９つのビュー（観察視野）が提供される（これは通常“マルチビュー”（複数の観察視野）ディスプレイと呼ばれるもであり、“マルチプルビューア”（複数の観察者）ディスプレイと混同しないように留意されたい）。これは、多数の観察位置が互いに隣同士に配列されて構成される。このディスプレイはまたしばしば、メインアレイの両側に同じアレイを繰り返す、“サイドローブ”を生成する。これが、複数の観察者がスイートスポットを探すことなしに、１要素の水平（ｘ軸）視差を有する３Ｄ画像を感知できる方法である。ここで、垂直方向（ｙ軸）の視差はなく、ビューの数が大きくてその間隔が小さくない限り奥行方向（ｚ軸）の視差も十分ではないことに留意されたい。
【０００６】
この手法は、画像の忠実度や品質や分解能よりも、そのインパクトを優先する場合には効果的に作用することが示されてきた。主たる課題は、３Ｄ分解能と２Ｄ分解能との間のトレードオフが避けられないことである。３Ｄ分解能を向上させるためには、密接に配置されたビューを沢山用意して、ステレオの量子化誤差を低減する必要がある。それぞれのビューは同時に分離されて表示（ディスプレイ）されるので、ディスプレイの基本（２Ｄ）分解能がビューの数で分割され、その結果画質が著しく犠牲にされてしまう。
【０００７】
従って、この技術においては異なるビューの数が重要な因子であり、現状のマルチビュー自動立体ディスプレイでは約９個のビューを利用している。人的因子の研究及びハードコピー複合ホログラフィ立体画の経験から、滑らかで高品質な、説得力を持った奥行のある画像を表示するためには、３Ｄ透視図は０．４°あるいはそれ未満で分離されているべきことがわかっている。つまり、分離されたビューの数は、既存の標準の少なくとも１０倍に増やす必要があり、従って、基本レベルの画像忠実度であってもその実現には、基本分解能を約１００の成分ビューに分配しなければならないことになる。これは非現実的であるばかりでなく、非効率的である。仮に例えば４人の観察者がいるとすると、そのディスプレイを見ている眼は８個だけであり、各観察者に３Ｄピクチャを提供するには８つの画像だけしか必要ないのである。従って、高品質で、疲労の少ない３Ｄピクチャを表示するには、マルチビュー手法は困難な課題を有し、また利用可能な分解能を非効率的に使用することになる。
【０００８】
結果的にこのようなディスプレイには常に性能の限界があり、広告とか人目を引く効果に対しては好適だとしても、専門的な作業やコンピュータゲームや３Ｄ映画観賞などの高度な利用法に対しては実際的な役に立たない。
【０００９】
別な手法としては、ディスプレイに観察者を追跡させる方法がある。そのようなシステムにおいては、ディスプレイに、観察者の位置を検知し、左のビューを観察者の左眼に、右のビューを観察者の右眼に向けるように自己調節する装置が備えられている。これにより、ディスプレイは、ステレオウィンドウを動かして、観察者が３Ｄビューを失わないようにし、ディスプレイの前に居る観察者の位置に合うように透視図を更新することができる。重要なことは、２Ｄ分解能は３Ｄ分解能とは独立していて、２Ｄ分解能を大きく損なうことなしに高品質の完全な視差を持つ３Ｄを可能とすることである。これは、３方向（ｘ、ｙ、ｚ）全てに視差を提供し、一人の観察者に対して、非常に強力な３Ｄ画像を提供する。その例は、欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載されている。
【００１０】
しかし、欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載の方法の基本的制約事項は、複数の移動する観察者を生成し得るが、同時に一人しか、自然な視差を楽しむことができないことである。これは、各観察者は同一のステレオ画像を見るので、ある一人の観察者の位置に合わせて透視図が更新されると、その人の動きに合った透視図の変化を全ての観察者が感知することになり、煩わしい効果となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書
【特許文献２】米国特許第５６００４５４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、
複数の観察者に異なる画像を表示できる自動立体ディスプレイ装置が提供され、このディスプレイ装置は、
ピクセルアレイ内のピクセルの第１の組が協同して第１の画像を表示し、ピクセルアレイ内のピクセルの別の第２の組が協同して第２の画像を表示する、ピクセルアレイと、
複数の光源から成り、そのそれぞれは使用中のピクセルアレイを個別に照射するように適合された光源アレイと、
ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）であって、空間的に多重化されてピクセルアレイと協同し、第１のピクセルの組に入射する第１の光源アレイ中の第１の光源からの光が、ＨＯＥによって第１の位置へ向けて回折されて、第１の観察者の左眼に対する第１の実像を形成し、第２の異なるピクセルの組に入射する光が、第２の位置に向けて回折されて、第１の観察者の右眼に対する第２の実像を形成し、第１と第２の実像が一緒になって第１の観察ゾーンを形成する、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、を備え、
このＨＯＥは、光源アレイ内の異なる光源からの光を回折して、対応する空間的に変位した観察ゾーンを形成し、
さらには制御装置を備え、その制御装置は、第１と第２のピクセルの組に、第１と第２の画像の選択されたペアを連続的に表示させ、光源アレイ内の光源を連続的に選択された画像ペアに同期して連続的に作動させて、任意の時点において光源アレイ内の１つの光源のみからの光がＨＯＥ上に入射され、それによって複数の観察者に複数の観察ゾーンを空間的に変位した位置に連続的に提供するように適合された制御装置と、を備える。
【００１３】
このような構成とすることで、複数の観察者が同一のスクリーンを見て、特別の眼鏡類を必要としないでそれぞれの画像を楽しむことができ、観察者の満足度と、フレキシビリティを向上させることができる。一例示的実施形態において、連続的に選択される画像のペアは、異なる画像のペアであって、複数の観察者が異なる画像を見ることができるか、あるいは、同一の画像ペアであって、複数の観察者が同一の画像を見ることができる。“空間的に変位した”ということは、観察ゾーンは互いに、正確に同一の位置には形成されないことを意味している。多くの場合、観察者同士の間隔を取れるように、観察ゾーンは相互に離れていることが好ましい。ただし、観察ゾーンは、以下で述べるように、互いに重なり合うこともできる。
【００１４】
この態様の特別の利点は、観察者を１人導入する毎に失われる空間分解能の大きさが、従来技術のマルチビューシステムに比べてはるかに小さいことである。
【００１５】
この実施形態の好適な実装において、第１と第２の画像は、ステレオスコープペアのそれぞれ左の画像及び右の画像であり、従って、観察者が３Ｄ立体  画像を見ることを可能とする。しかし、第１と第２の画像は同一の画像が選択されてもよくて、この場合には、複数の観察者は複数の２Ｄ画像を見ることができる。この第１と第２の画像は好ましくは、観察ゾーンを形成する場合に相互に隣接するように配置される。
【００１６】
好ましくはディスプレイ装置が、１人または複数の観察者の位置を検出するための検出手段を備えている。その結果、関連する光源を作動させることにより、観察者の位置に関連して観察ゾーンを形成することが可能となる。このことは、ステレオスコープ３Ｄ画像を見るために観察者が１つの位置にだけ制限されるのではないことを意味している。観察ゾーンは空間位置において重なり合うことが可能である。これは、異なる時刻において重なった観察ゾーンが順次形成されるときにのみ起こり得るのであるが、この結果、移動する観察者に対して、滑らかに、観察ゾーンの跳びや切れ目なしに画像が表示できるようになる。
【００１７】
さらに、各観察者は自分個人用の画像を見ることが可能であるので、ピクセルが適宜リフレッシュされて観察者の位置に関する正しい透視画像が示されれば、各観察者は、完全なｘ、ｙ、ｚ方向性のある自然な視差を感知することが可能となる。
【００１８】
本発明の第２の態様において、複数の観察者に異なる画像を表示できる自動立体ディスプレイ装置が提供され、このディスプレイ装置は、
ピクセルアレイであって、
ピクセルアレイ中の第１のピクセルの組が協同して第１の画像を表示し、
ピクセルアレイ中の第２の異なる組のピクセルが協同して第２の画像を表示し、
ピクセルアレイ中の第３の異なる組のピクセルが協同して第３の画像を表示し、
ピクセルアレイ中の第４の異なる組のピクセルが協同して第４の画像を表示する、ピクセルアレイと、
各光源アレイが複数の光源から成り、光源のそれぞれがピクセルアレイを個別に照射するように適合されている、複数の光源アレイと、
ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）であって、空間的に多重化されてピクセルアレイと協同し、第１のピクセルの組に入射する第１の光源アレイの中の第１の光源からの光が、ＨＯＥによって第１の位置へ向けて回折されて、第１の観察者の左眼に対する第１の実像を形成し、第２の異なるピクセルの組に入射する光が、第２の位置に向けて回折されて、第１の観察者の右眼に対する第２の実像を形成し、この第１と第２の実像が一緒になって第１の観察ゾーンを形成する、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）と、を備え、
第３のピクセルの組に入射する第２の光源アレイ中の第１の光源からの光が、ＨＯＥで第３の位置へ向けて回折されて第２の観察者の左眼に対する第３の実像を形成し、第４の異なるピクセルの組に入射する光が、第４の位置に向けて回折されて、第２の観察者の右眼に対する第４の実像を形成し、この第３と第４の実像が一緒になって第２の観察ゾーンを形成し、
ＨＯＥまたはフィルタ要素は、第１の光源アレイからの光が第２の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、また同様に第２の光源アレイからの光が第１の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、
かつ、さらにＨＯＥは、各光源アレイ内の異なる光源からの光を回折して、対応する空間的に変位した位置にそれぞれの観察ゾーンを形成する。
【００１９】
好ましくはディスプレイ装置が、第１と第２の観察者の位置を検出するための観察者検出手段を備えている。その結果、第１と第２の観察者の位置に関連して第１と第２の観察ゾーンが形成されることが可能となる。一例示的実施形態では、第１の観察者と第２の観察者とは別々の観察者であり、また別の実施形態では、第１の観察者と第２の観察者とは同一観察者である。
【００２０】
光源アレイ内の各光源は、空間的に変位した観察ゾーンを提供する。こうして、空間的に変位した観察ゾーンを提供するために光源を作動させることが、移動する観察者を追跡することに利用可能であり、従って従来技術システムの“スイートスポット”での観察を凌駕する改良を与える。
【００２１】
従って、この態様は第１の態様と同様に、ピクセルが適宜リフレッシュされて観察者の位置に関する正しい透視画像を示せれば、完全なｘ、ｙ、ｚ方向性を有する自然な視差のある各個人用の画像を、特別の眼鏡を必要とせずに、１人または複数の移動する観察者に提供することが可能となる。空間分解能も、従来技術のマルチビューシステムよりはるかに改良されている。
【００２２】
本発明の第３の態様において、複数の観察者に異なる画像を表示できる自動立体ディスプレイ装置が提供される。このディスプレイ装置は、
それぞれが複数の光源のペアから成る、第１と第２の光源アレイと、
第１の観察者の左眼用の第１の画像と第１の観察者の右眼用の第２の画像とを交互に表示するように適合された、第１の光源アレイに対応する第１のピクセルの組と、第２の観察者の左眼用の第３の画像と第２の観察者の右眼用の第４の画像とを交互に表示するように適合された、第２のピクセルの組と、を有するピクセルアレイであって、
光源のそれぞれがピクセルアレイを個別に照射するように適合されている、ピクセルアレイと、
ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）であって、ピクセルアレイと協同するように空間的に多重化されて、対応する第１のピクセルの組に入射する第１の光源アレイ内の第１の光源ペアの１つの光源からの光が、ＨＯＥで第１の位置の方向へ回折されて第１の観察者の左眼用の第１の実像を形成し、第１のピクセルの組に入射するペアのもう一方の光源からの光が、ＨＯＥで第２の位置の方向へ回折されて第１の観察者の右眼用の第２の実像を形成し、この第１と第２の実像が一緒になって第１の観察ゾーンを形成し、
かつ、対応する第２のピクセルの組に入射する第２の光源アレイ内の光源ペアの１つの光源からの光が、ＨＯＥで第３の位置の方向へ回折されて第２の観察者の左眼用の第３の実像を形成し、ピクセルの組に入射するペアのもう一方の光源からの光が、ＨＯＥで第４の位置の方向へ回折されて第２の観察者の右眼用の第４の実像を形成し、この第３と第４の実像が一緒になって第２の観察ゾーンを形成し、
かつ、ＨＯＥは、各光源アレイ内の光源の異なるペアからの光を回折して、対応する空間的に変位した位置にそれぞれの観察ゾーンを形成する、ＨＯＥと、
ピクセルアレイ内のピクセルの各組に、光源の各ペア内の対応する光源の作動に同期して、左眼用と右眼用の画像を連続的に表示させるように適合された制御装置と、を備える。
そして、ＨＯＥまたはフィルタ要素は、第１の光源アレイからの光が第２の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、また同様に第２の光源アレイからの光が第１の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぐように適合されている。
【００２３】
第１と第２の光源アレイからの光を、このように空間フィルタリングすることにより、この装置は、第１の光源アレイからの光のみで第１の観察ゾーンを形成し、同様に、第２の光源アレイからの光のみで第２の観察ゾーンを形成する。こうして、多重観察ゾーンは相互に独立して制御可能となる。この空間フィルタリングは、ＨＯＥそのもので行なってもよいし、追加のフィルタリング要素を用いて行ってもよい。
【００２４】
ここで一例示的実施形態において、第１の観察者と第２の観察者とは別々の観察者であり、また別の実施形態では、第１の観察者と第２の観察者は（ある場所から別の場所に動いている）同一観察者である。
【００２５】
好ましくは本実施形態のディスプレイ装置が、１人または複数の観察者の位置を検出するための観察者検出手段を備えている。その結果、関連する光源を作動させることにより、観察者の位置に関連して観察ゾーンが形成される。ここでも最初の２つの実施形態と同様に、ピクセルが適宜リフレッシュされて観察者の位置に関する正しい透視画像が示されれば、この実施形態では、複数の移動している観察者に完全なｘ、ｙ、ｚ方向性を有する自然な視差のある各個人用の画像を、特別の眼鏡を必要とせずに、有利に提供することが可能となる。空間分解能も、従来技術のマルチビューシステムよりはるかに改良されている。
【００２６】
有利には、各ペアの光源内の個別の光源は、発光体のサブアレイを備えていてもよい。これにより、安価な光源を利用することが可能となる。
【００２７】
好ましくは、上記の第２と第３の実施形態の両方に関して、第１と第２の画像はステレオスコープのペアの左と右の画像であり、観察ゾーンを形成する際に、相互に隣接する。同様に、第３と第４の画像は、別の第２のステレオスコープペアを構成する。しかしながら、第１の画像は第３の画像と同一であってもよく、第２と第４の画像も同様であって、別の観察者は同一の立体画像を見ることになる。さらには、第１と第２の画像が同一であってもよく、第１の観察者は２Ｄ画像を見ることになる。これは第３と第４の画像に関しても同様である。有利には、これらの可能性は、任意の組み合わせに実装可能であり、複数の観察者に、自分用に誂えた観察経験を与えることが可能となる。
【００２８】
好ましくは、異なる光源アレイからの光がＨＯＥとピクセルアレイに入射して、同時に、空間的に変位した観察ゾーンを形成する。実際にはこれは、ＨＯＥ  とピクセルアレイを同時に両方の光源アレイからの光で照射するか、又は各アレイからの非常に高速な交番パルスで照射するかのいずれかで実現される。これにより、複数の観察者が、自分用の画像を同時に観察することが可能となる。それは、他の光源アレイからの入射光は、ＨＯＥの構成と光源アレイの位置との組合せにより、フィルタで除外されるからである。すなわち、ＨＯＥとピクセルアレイと組合わせて偏光フィルタを利用することで、他の光源からの、逆方向に偏光した光は選択的に遮蔽される。
【００２９】
この装置は通常、異なる光源アレイからの光が互いに空間的に離れた観察ゾーンを形成して、観察者の数を増やすことができるか、または一人の観察者により多くの観察ゾーンを与えることができるように構成されるものと考えられる。しかし、異なる光源アレイ中の光源からの光が、同一の空間位置に観察ゾーンを形成することも可能である。これは、一例としては、較正目的で行なわれる場合がある。
【００３０】
本発明の第４の態様において、複数の観察者に異なる画像を表示できる自動立体ディスプレイ装置が提供される。このディスプレイ装置は、
それぞれが複数の光源から成る、第１と第２の光源アレイと、
第１の画像を表示するのに適合した第１の光源アレイに対応する第１のピクセルの組と、第２の画像を表示するのに適合した第２のピクセルの組とを有するピクセルアレイであって、
光源のそれぞれがピクセルアレイを個別に照射するように適合された、ピクセルアレイと、
ピクセルアレイと協同するように空間的に多重化されたＨＯＥであって、対応する第１のピクセルの組に入射する第１の光源アレイ内の１つの光源からの光が、ＨＯＥにより第１の位置の方向へ回折されて第１の観察者用の第１の実像を形成し、第１の実像が第１の観察ゾーンを形成し、
対応する第２のピクセルの組の上に入射する第２の光源アレイ内の１つの光源からの光が、ＨＯＥにより第２の位置の方向へ回折されて第２の観察者に対する第２の実像を形成し、第２の実像が第２の観察ゾーンを形成するＨＯＥとを備える。
そして、ＨＯＥは、各光源アレイ内の異なる光源からの光を回折して、対応する空間的に変位した位置にそれぞれの観察ゾーンを形成し、
そして、ＨＯＥまたはフィルタ要素は、第１の光源アレイからの光が第２の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぎ、また同様に第２の光源アレイからの光が第１の観察ゾーンに向けて回折されることを防ぐ。
【００３１】
一例示的実施形態では、第１の観察者と第２の観察者とは別々の観察者であり、また別の実施形態では、第１の観察者と第２の観察者とは同一観察者である。
【００３２】
上記の第４の実施形態の好適な実装において、観察者の検知手段が提供され、１人または複数の観察者の位置を検知して、観察者の位置に関して観察ゾーンの形成が可能となる。これにより、観察者が動き回っても自分用の画像をスクリーン上に見ることができるという利点が与えられる。
【００３３】
好ましくは、ピクセルアレイにおける第１のピクセルの組は、第１の画像と交互に第３の画像を表示し、ピクセルアレイにおける第２のピクセルの組は、第２の画像と交互に第４の画像を表示する。そしてこの実施形態は、第１と第２のピクセルの組に連続する画像を表示させ、各光源アレイ内の光源を連続する画像と同期して連続的に作動させて、任意の時刻において、各光源アレイ内の１つの光源からの光のみをＨＯＥ上に入射させるように適合された制御装置を更に含む。このことは、有利には、空間分解能の低下なしにより多くの観察者が自分個人の画像をスクリーン上に見ることを可能とする。
【００３４】
本発明の第５の態様において、マルチビュー自動立体ディスプレイ装置は、
第１のピクセルの組が、第１の画像と第３の画像を順次表示するように適合され、第２のピクセルの組が、第２の画像と第４の画像を順次表示するように適合された、複数の組のピクセルを提供するピクセルアレイと、
それぞれの光源がピクセルアレイを個別に照射するように適合された、第１及び第２の光源と、
空間的に多重化されたＨＯＥであって、ピクセルアレイと協同して、第１のピクセルの組の上に入射する第１の光源からの光がＨＯＥで第１の位置の方向へ回折されて観察者用の第１の実像を形成し、第２の、異なるピクセルの組に入射する第１の光源からの光が第１の位置からは空間的に変位した第２の位置へ向けて回折されて観察者用の第２の実像を形成し、さらには、ＨＯＥの空間多重化は、第１のピクセルの組に入射する第２の光源からの光が、ＨＯＥにより第３の位置の方向へ回折されて観察者用の第３の実像を形成し、第２の、異なるピクセルの組に入射する第２の光源からの光が第３の位置からは空間的に変位した第４の位置へ向けられて観察者用の第４の実像を形成、第１と第２の実像が第３と第４の実像から空間的に変位するように、適合されているＨＯＥと、
第１のピクセルの組に、第１と第２の光源の順次の作動に同期して、第１と第３の画像を順次表示させ、第２のピクセルの組に、第１と第２の光源の順次の作動に同期して、第２と第４の画像を順次表示させるように適合された制御装置と、を備える。
【００３５】
この実施形態は、時間多重化を利用することで、マルチビューディスプレイの空間分解能を２倍にできる利点がある。好ましくは、各画像は被写体の異なる透視図であり、隣接する実像がステレオペアを形成し、観察者に３Ｄ立体画像を提供する。
【００３６】
好適な実施形態において、第１と第３の実像は互いに隣接し、第２と第４の実像に隣接ないしは重なりあって形成される。ここで、第２と第４の実像は互いに隣接している。
【００３７】
あるいは、第１と第３の実像は、第２と第４の実像で挟み込まれており、隣接する画像のペアは互いに隣接している。
【００３８】
これまでに述べた全ての実施形態において、観察ゾーンを形成する複数の実像は均一かつ散乱性である。さらに、ＨＯＥは、光源アレイから見てピクセルアレイの上流にあっても、下流にあってもよい。
【００３９】
第６の実施形態において、複数の観察者に異なる画像を表示できる立体ディスプレイシステムが提供され、このディスプレイシステムは、
使用時に第１のピクセルの組が観察者の左の眼用の第１の画像を表示し、第２のピクセルの組が観察者の右の眼用の第２の画像を表示するように、空間的に多重化されたピクセルアレイを含むディスプレイ装置と、
第１のピクセルの組からの光が、一方向に偏光され、第２のピクセルの組からの光が、第２の逆方向に偏光されるような、偏光装置と、
観察者の眼からの光を選択的に遮蔽するように適合されたシャッタと、観察者の左眼が左眼用の画像にのみ露出され、かつ右眼は右眼用の画像にのみ露出されるような補完的偏光器とを備える観察装置と、
第１と第２のピクセルの組に第１と第２の画像の連続するペアを表示させ、観察者には画像の選択されたペアのみが露出されるように連続する画像ペアと同期してシャッタを制御するように適合された、制御装置と、を備える。
【００４０】
好適な実施形態において、第１の画像はステレオスコープペアの左の画像であり、右の画像は同一のステレオスコープペアの右の画像である。ただし、それらは同一の画像であってもよい。
【００４１】
好ましくは、本実施形態のディスプレイ装置は、１人または複数の観察者の位置を検知する観察者検知手段を備えている。このことは、有利には、複数の観察者が自分個人の３Ｄ立体画像を見ることを可能とし、その結果、ピクセルが適宜リフレッシュされて観察者の位置に関する正しい透視画像が示されれば、他の観察者向けの画像が変形することなしに、各観察者は、完全なｘ、ｙ、ｚ方向性を有する自然な視差を感知することが可能となる。
【００４２】
第７の実施形態において、複数の観察者に異なる画像を表示できる立体ディスプレイシステムが提供され、このディスプレイシステムは、
使用時に第１のピクセルの組が第１の観察者の左の眼用の第１の画像と第１の観察者の右の眼用の第２の画像を交互に表示するように協同し、第２のピクセルの組が第２の観察者の左の眼用の第３の画像と第２の観察者の右の眼用の第４の画像を交互に表示するように協同するように、空間的に多重化されたピクセルアレイを含むディスプレイ装置と、
第１のピクセルの組からの光を一方向に偏光し、第２のピクセルの組からの光を、逆の第２の方向に偏光するように適合された装置と、
第１の方向に偏光された光に対して実質的に透明で、第２の方向に偏光された光に対して実質的に不透明で、第１の観察者は第１のピクセルの組からの光のみが見えるように適合された、第１の観察者に使用される第１の観察装置と、
第２の方向に偏光された光に対して実質的に透明で、第１の方向に偏光された光に対して実質的に不透明で、第２の観察者は第２のピクセルの組からの光のみが見えるようになった、第２の観察者に使用される第２の観察装置であって、
第１と第２の観察装置は、各観察者の眼を個別に、光から選択的に遮蔽するように適合されたシャッタをそれぞれに含んでいる、観察装置と、
第１のピクセルの組が第１と第２の画像を交互に表示し、第２の組が第３と第４の画像を交互に表示するように制御し、第１又は第２の観察者の左眼のみが、対応する前記第１又は第３の画像に対して露出され、第１又は第２の観察者の右眼のみが、対応する第２又は第４の画像に対して露出されるように各観察装置のシャッタを制御するように適合された制御装置と、を備える。
【００４３】
好適な実施形態において、第１の画像はステレオスコープペアの左の画像であり、右の画像は同一のステレオスコープペアの右の画像である。ただし、それらは同一の画像であってもよい。同様に、第１と第３の画像は同一画像であってよく、また同様に第２と第４の画像も同様であって、この場合２人の観察者には同一画像が見える。あるいはそれらは異なっていて、２人の観察者には違う画像が見えることになる。
【００４４】
第１と第２の観察者は別の観察者であってもよいし、または、同一の観察者であってもよい。
【００４５】
好ましくは、このディスプレイ装置は、１人または複数の観察者の位置を検知する観察者検知手段を備えている。このことは、有利には、複数の観察者が自分個人の３Ｄ立体画像を見ることを可能とし、その結果、ピクセルが適宜リフレッシュされて観察者の位置に関する正しい透視画像が示されれば、他の観察者向けの画像が変形することなしに、各観察者は、完全なｘ、ｙ、ｚ方向性を有する視差を感知することが可能となる。
【００４６】
上記の実施形態において、ピクセルの組により表示される画像は、移動する画像を表示するために適宜リフレッシュできることが理解される。
【００４７】
上記のすべての実施形態において、好ましくは制御装置が、ピクセルの組で表示される画像を高速でリフレッシュできるようになっており、１人または複数の観察者は実質的にフリッカなし（ちらつきなし）で画像を見ることができる。好ましくは、ピクセルアレイ内の各ピクセルの組のリフレッシュ速度は、少なくとも約６０Ｈｚである。
【００４８】
上述の全ての実施形態において、ピクセルアレイは例えばＬＣＤアレイである。ただし、好適な任意のアレイで構成されていてもよい。さらに、光源は、例えばＬＥＤである。ただし任意の好適な光源であってよい。
【００４９】
さらには、上記の任意の実施形態は、観察者のすべてまたは一部に対して異なる透視画像を配信するために利用することができる。
【００５０】
一般に、本発明の狙いの一部として以下のようなものがある。
１．達成可能な最高品質で、完全な視差（ｘ、ｙ、ｚ方向）を有する３Ｄ画像を表示すること。
２．以下のような画像を複数の観察者に提供すること。
・視認し得る量子化誤差がないこと。
・３Ｄ解像度の低さを隠すための、不均衡補正した亜立体画像を表示する必要がないこと。
・パースペクティブ（奥行き感）の歪がないこと（これは、各観察者が異なる立体画像を見られることを必要とする。）
上述の装置は、適切な画像を表示するように実装された場合に、上記の目的の一部またはすべてを実現するのに利用することができる。一般的に、説明された装置は以下のように作用する。
・ステレオビューを分離するために、方法の階層に従って画像の多重化を行う。・少なくとも１つの多重化されたホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）と適切な照明システムを組み込んだ照明システムを装備した、ＬＣＤまたは類似のディスプレイスクリーンを用いて、多重化画像を表示する。
・適正な多重化ステレオペアを各観察者の方向に向けるために照明システムを制御する。
【００５１】
本発明によるディスプレイ装置の実施例を、添付の図面を参照して以下に説明するとともに、既知のディスプレイ装置との対比を行う。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載の空間多重化されたＨＯＥを用いた、自動立体ディスプレイ（ＡＳＤ）を示す図である。
【図１ｂ】欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載の空間多重化されたＨＯＥを用いた、自動立体ディスプレイ（ＡＳＤ）を示す図である。
【図１ｃ】欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載の空間多重化されたＨＯＥを用いた、自動立体ディスプレイ（ＡＳＤ）を示す図である。
【図１ｄ】欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載の空間多重化されたＨＯＥを用いた、自動立体ディスプレイ（ＡＳＤ）を示す図である。
【図２ａ】米国特許第５６００４５４号明細書に記載の、時間多重化ＡＳＤを示す図である。
【図２ｂ】米国特許第５６００４５４号明細書に記載の、時間多重化ＡＳＤを示す図である。
【図３ａ】角度と空間の混合多重化を示す図である。
【図３ｂ】角度と空間の混合多重化を示す図である。
【図４ａ】空間と時間の混合多重化を示す図である。
【図４ｂ】空間と時間の混合多重化を示す図である。
【図５ａ】空間、角度、時間の混合多重化を示す図である。
【図５ｂ】空間、角度、時間の混合多重化を示す図である。
【図６ａ】空間、時間、偏向状態の混合多重化を示す図である。
【図６ｂ】空間、時間、偏向状態の混合多重化を示す図である。
【図７ａ】複数観察者用の時間ステレオ多重化と空間多重化の混合多重化の図である。
【図７ｂ】複数観察者用の時間ステレオ多重化と空間多重化の混合多重化の図である。
【図７ｃ】複数観察者用の時間ステレオ多重化と空間多重化の混合多重化の図である。
【図７ｄ】複数観察者用の時間ステレオ多重化と空間多重化の混合多重化の図である。
【図７ｅ】複数観察者用の時間ステレオ多重化と空間多重化の混合多重化の図である。
【図７ｆ】複数観察者用の時間ステレオ多重化と空間多重化の混合多重化の図である。
【図７ｇ】複数観察者用の時間ステレオ多重化と空間多重化の混合多重化の図である。
【図８ａ】マルチビュー用の空間と時間の混合多重化Ｉを示す図である。
【図８ｂ】マルチビュー用の空間と時間の混合多重化Ｉを示す図である。
【図９】マルチビュー用の空間と時間の混合多重化ＩＩを示す図である。
【図１０ａ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｂ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｃ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｄ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｅ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｆ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｇ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｈ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｉ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｊ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｋ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｌ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１０ｍ】ＨＯＥ起源Ｉ：複数観察者用の空間多重化ステレオと時間多重化を示す図である。
【図１１ａ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｂ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｃ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｄ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｅ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｆ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｇ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｈ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１１ｉ】ＨＯＥ起源ＩＩ：複数観察者用の時間多重化ステレオと空間多重化を示す図である。
【図１２ａ】２Ｄディスプレイ用の空間と時間の混合多重化を示す図である。
【図１２ｂ】２Ｄディスプレイ用の空間と時間の混合多重化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１：空間多重化（欧州特許出願公開第０７６４２８１号）
図１は、欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載のＡＳＤを示す。光源１が照射用の光２を放出し、それが空間多重化されたホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）３を照射する。照射光２は、ＨＯＥ３全体を均等に照射できる幅の広いビームであることが理解される。そのようなビームは幾つかの異なる方法で構成することができる。例えば、いくつかの異なる方法で焦点合わせされた導波路に含まれていてもよい。そして、赤、緑、青の分離されたビームから成っていてもよい。この図及び次の図は単純化されて示されており、照射光２をある入射角度での１本の光線として示している。入射角は、使われる光学構成に依存することが理解される。例えば、導波路照明法の場合には非常に大きな角度となる。
【００５４】
ＨＯＥ３は光をＬＣＤ４へ向けて回折する（図１はＬＣＤ４がＨＯＥ３の下流にある１変形例を示しているが、上流にあってもよい）。ここでは、画像保持手段はＬＣＤであるとしているが、可能な場合には他の透過型ディスプレイで置き換えてもよい。ＬＣＤ４上に表示（ディスプレイ）された画像は、ＨＯＥ３の空間多重化に整合する、空間多重化されたステレオ画像である。
【００５５】
回折光５が、隣接した２つの平面実像６Ｌと６Ｒを形成する。隣接する１対の拡散実像６Ｌと６Ｒを一緒にすることで、ステレオ観察ゾーン１０が形成される。これらの実像は必ずしも互いに隣接している必要はなく、空間的に分離していてもよい。一人の観察者が、図に示した位置に眼７ｌと７ｒを置いてディスプレイを観察すると、ＨＯＥ３とＬＣＤ４との協同で生成される３Ｄ立体画像が見える。
【００５６】
従って、ＨＯＥ３は空間フィルタ要素として見なされ、空間多重化ステレオ画像の左成分画像の見え方を実像６Ｌで制御し、右の空間多重化ステレオ画像の見え方を実像６Ｒで制御できるようにする。
【００５７】
図１ｂは、欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載の、ＨＯＥ３の好適な多重化構造の詳細拡大図である。２組の領域８があって、ＨＯＥ領域の組８Ｌは、光を実像６Ｌに向けて回折し、ＨＯＥ領域の組８Ｒは、光を実像６Ｒに向けて回折する。実際には、ＨＯＥの領域の組８Ｌと８Ｒとは僅かに重なり合っている。
【００５８】
図１ｃは、欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に記載の、対応するＬＣＤ４の好適な多重化構造の詳細拡大図である。ステレオのペアは、左画像が１行置きのピクセル９Ｌにより表示され、右画像が１行置きのピクセル９Ｒにより表示されるようになっている。
【００５９】
ＨＯＥ３とＬＣＤ４は協同して自動立体画像を生成するように配置されている。
【００６０】
欧州特許出願公開第０７６４２８１号の好適な実施形態に関して、図１ｄには光源アレイ１６の場合が示されている。ここで、光源アレイ１６中には光源１ａ、１ｂ、１ｃが特定されている。各光源１ａ、１ｂ、１ｃは、対応するステレオ観察ゾーン１０ａ、１０ｂ、１０ｃを生成する。３つの光源１ａ、１ｂ、１ｃが同時にオンであれば、３人の観察者（眼７で表示）はすべてその時に、ＬＣＤにより表示される同一の立体画像を感知する。
【００６１】
図１ｄには別の観察モードも示されている。光源アレイ１６を構成する光源１はスイッチ制御されて、任意のある時刻に１つのステレオ観察ゾーン１０しか形成されないようすることができる。ステレオ観察ゾーンの位置は、アレイ１６の中のどの光源１がスイッチオンされたかによって変わる。このことで、ステレオ観察ゾーン１０は、一人の観察者の動きに合わせて動かすことができ、観察者は立体画像を見失うことなくディスプレイの前を動くことができる。
【００６２】
ＬＣＤ４により表示される立体ピクチャが、ディスプレイからの観察者の位置に対応するように計算された透視図で更新されれば、観察者は完全な（ｘ、ｙ、ｚ）視差像を見ることができる。
【００６３】
これは強力な効果ではあるが、１つのステレオペアしか表示できないという制約がある。従って、複数の観察者（この複数の観察者は移動可能で個別に追跡できる）が、不十分な視差の同一画像を見るか、あるいは、一人の観察者だけが視差像を見るかのいずれかである。
【００６４】
図２：時間多重化（米国特許第５６００４５４号）
図２ａは、米国特許第５６００４５４号明細書に記載のディスプレイの動作を示すものである。２つの光源１Ｌと１Ｒが高速切替で交互にＨＯＥ３を照射する。ＨＯＥ３は光を回折し、光源１Ｌで照射されると実像６Ｌが形成され、光源１Ｒで照射されると実像６Ｒが形成される。実像６の位置Ｌと位置Ｒのペアの場所がステレオ観察ゾーン１０として識別される。交互に替わる光源１Ｌと１Ｒに同期して、ＬＣＤ４が左画像と右画像を表示する。こうして、光源１Ｌがオン（１Ｒはオフ）の場合、ＬＣＤがステレオペアの左画像を表示し、ＨＯＥが平面実像６Ｌを再構築し、観察者の左眼７Ｌが左画像をみる（右眼には何も見えない）。続いてこの後に、ＬＣＤが右画像を表示し、光源１Ｒがオンされ（１Ｌはオフされる）、ＨＯＥ３が平面実像６Ｒを再構築し、観察者の右眼７Ｒが右画像を見る。画像の切替が十分に速ければ、観察者は時間多重化された立体画像を見ることができる。
【００６５】
左画像と右画像が見えるかどうかは、成分画像のディスプレイと照射の方向との同期化によって決定され、従って、時間多重化されたステレオ画像は、同期化された照射によって時間的にフィルタリングされる。
【００６６】
図２ｂは同じ原理を複数の観察位置に対して適用した図である。理想的な世界、つまりＬＣＤを意のままに高速にリフレッシュできる場合には、ディスプレイは以下のように機能する。光源１ａＲ、１ａＬ、１ｂＲ、１ｂＬ、１ｃＲ、１ｃＬが高速で順次点灯する。光源１に同期して、６つの画像がＬＣＤによって連続的に表示される。ステレオ観察ゾーン１０ａ、１０ｂ、１０ｃが生成され、３つの両眼７ａ、７ｂ、７ｃがそれぞれ固有の立体画像を見る。このようなディスプレイは、複数の人に対して完全な視差像を独立して提供することが可能である。
【００６７】
快適に観察できるためには、眼を約６０Ｈｚ未満でリフレッシュする画像に曝してはいけない。従って、ＬＣＤは少なくとも６ｘ６０Ｈｚ＝３６０Ｈｚで完全にリフレッシュする必要がある。また、時間多重化立体ディスプレイに関して６０Ｈｚが十分早いかどうかについても議論の余地がある。明らかに、時間多重化のみで複数の異なるステレオビューを提供することは困難である。
【００６８】
図２ｂでは第３のモードも示されており、３人の移動する観察者全員が同じステレオ画像を見ることができる。ここでは、光源１ａＲ、１ｂＲ、１ｃＲが、一緒に点滅する光源１ａＬ、１ｂＬ、１ｃＬと交互に、すべて同時にオンとなる。ＬＣＤは左画像を１つだけと右画像を１つだけ交互にリフレッシュする。
【００６９】
分解能に関する総論
本願の発明者らは、ディスプレイスクリーンを観察している全ての眼に対して別々の画像を配信する必要があることを認識している。眼はペアで構成されているので、課題は各観察者に対して画像のペアを振り向けることにある。
【００７０】
ＬＣＤ等の任意のディスプレイスクリーンは、ピクセル数で決められる有限の空間分解能がある。また、時間分解能にも最大リフレッシュ速度で限定される限界がある。
【００７１】
説明のために幾つかの妥当な数値を考えてみると、リフレッシュ速度の限界値は人間の視覚システムによって決められ、約６０Ｈｚより低いリフレッシュ速度では、不快なフリッカのあるピクチャとなってしまう。時間多重化における目的は、異なる画像を高速で連続表示することであり、本発明の場合、それぞれの画像が、異なる単眼／異なる両眼へ振り向けられる。受け入れられる最低のリフレッシュ速度が６０Ｈｚであるとすると（この数値に関しては議論の余地があり、７５〜１００Ｈｚが良いことは認めるが、原則は適用できる）、１２０Ｈｚでリフレッシュされるディスプレイは２つの画像（１つのステレオペア）を表示することが可能となり、３つの画像を表示するためには、３ｘ６０＝１８０Ｈｚ以上のリフレッシュ速度が必要となる。
【００７２】
従って、ディスプレイのリフレッシュ速度が、個別のピクセルを使って表示できる画像の数を制限する。米国特許第５６００４５４号による自動立体ディスプレイでは、現状技術のＬＣＤを使う場合には１組のステレオペアが限界であり、２組のステレオペアを表示するには少なくとも２４０Ｈｚのリフレッシュ速度が必要となる。（ここで、画像は完全に切り替えられることが必要であることに留意されたい。新しい画像が表示されたときに前の画像が薄く残るゴースト現象は、ステレオスコープ応用には容認できない。そしてこれが課題をより困難にしている。）
【００７３】
欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書に示されているように、空間分解能もステレオ画像を生成するために分割され得る。空間多重化の最も簡単な場合において、ディスプレイ上の奇数番のピクセル列を用いて左半分のステレオ画像を表示し、偶数番のラインで右半分の画像を表示することができる。このような場合、空間分解能は、単純に２つのステレオの半画像で分割される。
【００７４】
３Ｄ立体ディスプレイにおける観察者位置の重要性
３Ｄディスプレイの相対的な新規性は、書き込み時の実装が単純化されることであるとされてきたが、複数の個別の観察者のそれぞれが同一スクリーンを観察して異なるステレオ画像を見ることができるという好ましさについては十分に評価されてきていない。通常の２Ｄのディスプレイ分野ではこのような必要性はない。それは３Ｄ画像では本質が全く違っており、観察者の位置がより重要であるからである。異なる位置にいる観察者には、画像に対する観察者の位置に対応したパースペクティブ（遠近感）で表された画像が見えるべきである。そうでなければ、例えばスクリーンの左側から観察する者が、像を右側から見たパースペクティブで描かれた３Ｄ画像を見なければならないとすると、その場合には左側の観察者には歪んだ像が見えるだろう。同様に、観察者が３Ｄ画像を表示しているスクリーンに対して移動すれば、人間の視覚システムはこの画像を見廻す、視差が見えることを期待する。もし、視差が見えなければ、３Ｄ画像は歪んで見える。
【００７５】
従って、３Ｄディスプレイを利用する観察者には、その位置に関するパースペクティブで表されたピクチャが見えるべきであり、同じスクリーンを見ている第２の観察者には、その人の位置に従って描写された画像が見えるべきである。任意の観察者に、その観察者自身に固有の画像が見えるべきであり、理想的には、そのような観察者の位置に依存するステレオ画像の数は、観察者の数に等しくなるべきである。
【００７６】
混合多重化
立体画像の時間多重と空間多重とは、従来は二者択一的な手法として考えられてきた。最近のディスプレイは空間的にも時間的にも分解能が高く、入念に設計されたシステムでは、分解能を効率的に利用して複数の観察者に対してそれぞれに立体画像を提供することができる。
【００７７】
例えば、ＬＣＤのリフレッシュ速度が１８０Ｈｚであるとすると、空間分解能を右画像と左画像に均等に分割する空間多重化方式によって３人の観察者に３Ｄ画像を提供することが可能である。同様に、空間多重化により個別に操作可能な２つのステレオペアが提供され、リフレッシュ速度が２４０Ｈｚであるとすると、２ｘ２４０／６０＝８で、８人の個別の観察者がそれぞれ自分用の個別の３Ｄ画像を同時に見ることが可能となる。
【００７８】
本開示は、ＨＯＥをベースとした自動ステレオスコープ方法を用いてこれを実現する方法を特定するものである。
【００７９】
眼鏡をベースとする変形例
時空混合多重化の原理は、眼鏡をベースとする立体ディスプレイ、並びに、限定的ではあるが、自動立体ディスプレイへ適用可能である。
【００８０】
ＬＣＤスクリーンに適用された、眼鏡ベースのステレオには現在は２つのアプローチがある。
【００８１】
１つのケースでは、画像は空間多重化され、各ピクセル列がディスプレイの前面に配置された偏光フィルムに整列される。１つ置きのピクセル列がステレオスコープペアの左画像と右画像を表示するのに用いられ、偏光フィルムの１つ置きのストリップが、偶数列を一方向に、奇数列をその反対方向に偏光するように配置される。一形式では、１つ置きの列が、従って左画像及び右画像が、それぞれ＋４５度と−４５度に直線偏光され、別の形式では、右円偏光と左円偏光に偏光される。左画像と右画像とが反対方向に偏光されさえすれば、他の偏光も利用可能であることが理解される。観察者は、特定の偏向フィルタ眼鏡を装備する。これは、左眼で左画像を見て（右画像は偏向フィルタで遮蔽される）、右眼で右画像を見て左画像は見えないような構造となっている。
【００８２】
こうして立体画像が観察者に提供される。これは周知の技術であり、偏光が空間フィルタリングの効果を果たす。
【００８３】
眼鏡を利用する第２の方法は、時間多重化を利用する。この場合は、左画像と右画像が高速で連続してスクリーン上に表示され、スクリーンに表示される画像の変化に同期して、レンズが高速で透明と不透明を繰り返すように作られた特殊な眼鏡を観察者は着用する。従って、左画像が表示されている時、左眼用のレンズは透明であり、右のレンズは不透明である。次に右画像が表示されると、右レンズが透明になって、左が不透明となる。従って、それぞれの眼には、正しい画像が入り、観察者は３Ｄ立体画像を見ることができる。この場合、眼鏡は、ステレオペアの２つの成分画像を時間的にフィルタリングする機能を果たす。
【００８４】
本発明の一実施形態において、第１のステレオ画像は、上記の偏向フィルタを装備された空間多重化スクリーン上に表示される。次いで、第２の異なるステレオ画像が表示され、これら２つのステレオ画像が高速で連続的に切り替わる。観察者の一人は眼鏡を装備し、この眼鏡は、左画像と右画像とを適切にフィルタリングするための偏向フィルタレンズを有し、それに加えて、他の観察者の画像が表示されている時は両方のレンズを不透明とし、その観察者自身の画像が表示されている時は透明となる、シャッタも備えている。他の観察者も同様な眼鏡を装備し、これは、第１の観察者の眼鏡が不透明の時に透明となり、逆もまた同じである。
【００８５】
本発明の別の実施形態において、二人の観察者用の画像が、１つの偏光状態を一人の観察者用とし、第２の偏光状態を第２の観察者用として分離され、それを時間多重化して二人の観察者用のステレオとすることができる。この場合、スクリーンは、一人の観察者に対して１組のピクセル列（従って１つの偏光状態）を割り当て、観察者は眼鏡を着用して自分用の偏光状態を選択する。左画像と右画像は時間多重化されていて、同一の眼鏡で交互に透明／不透明のレンズとなるようなっており、左画像と右画像が選択される。もう一人の観察者は、もう１つの偏光状態が選択されること以外は同じ構成の眼鏡を着用する。      
【００８６】
このように、２つの偏光状態しか分離できないので、偏光を用いて観察者を識別する場合は、別々に表示できるステレオ画像の最大数は２でしかない。時間多重は実際にはディスプレイの速度で制限を受ける。
【００８７】
偏光を用いて左画像と右画像を識別する場合（ステレオペアを識別するのとは対照的に）、ある人数の観察者が自分のステレオ画像を見られるために必要なリフレッシュ速度は、約６０Ｈｚを観察者の人数倍すれば求めることができる。
【００８８】
空間多重化されたステレオペアの数は、ペアを識別できる能力によって制約されることに留意されたい。前述の眼鏡を着用するステレオシステムの場合、偏向フィルタは、ステレオスコープシステムの左画像と右画像に対応する、２つの状態の識別しかできないので、任意の瞬間においてただ１つのステレオペアしか空間多重化できない。
【００８９】
観察者の数をさらに増やすためには、空間分解能を分配する必要がある。空間分解能を４分割して、２つの別々のステレオペアを生成するものとすると、Ｎ個の観察者ハーフに対して必要なリフレッシュ速度、つまりリフレッシュ速度の最小値は、Ｎｘ６０／２Ｈｚとなる。従って、１８０Ｈｚのディスプレイであれば、別々のステレオ画像を提供できるのは６人である。しかし、空間フィルタリングが偏光のみで行われる場合には、これは不可能である。
【００９０】
上記の説明では、３Ｄ立体画像を観察者に提供するために、第１と第２の異なる画像がスクリーンに表示される。実際には、観察者が２Ｄの最終画像を見る場合のように、第１と第２の画像が同じであることもあり得ることが理解される。
【００９１】
図３：空間多重化とブラッグ条件フィルタリングによる複数観察者
複数の観察者に対する空間多重化には、重要な難点がある。二人の観察者のそれぞれに別々のステレオペアを提供する、２つのステレオペアの場合を考えてみる。それが同時に表示されている場合（時間多重化されている場合とは対照的に）、二人の観察者が両方の画像を見るのではなく、各観察者が適正な画像を見られるようにするためには、ディスプレイはどのように構成されるべきであろうか？  発明者は、以下に説明するように、ＨＯＥをベースとした自動ステレオスコープ法を利用した解決方法を提供する。
【００９２】
ＨＯＥは回折構造であり、従って角度による選択性を有する。ＨＯＥが体積ホログラムの特徴を有している場合、その回折効率は照射光の入射角と波長によりブラッグ条件がどれだけ満足されるかにかかっている。最適でない角度で照射されて、光がＨＯＥで回折されたとしても、その回折された光は観察者に感知されないような方向へ向けられるように配置することが可能である。
【００９３】
図３ａはディスプレイ装置の一実施形態を示しており、ＨＯＥ３が２つの光源１ａと１ｐとで照射されている。図３ｂはＨＯＥ３の面の詳細拡大図であり（わかりやすくするために図には模様を付してあるが、実際の構造を示すものではない）、ＨＯＥ３が空間多重化されている様子を示している。ＨＯＥは４つの領域の組８ａＬ、８ａＲ、８ｐＬ、８ｐＲから成っている。領域の組８ａＬ、８ａＲはある方向から照射された場合に、光を回折し、領域の組８ｐＬ、８ｐＲは実質的に異なる方向から照射された場合に、光を回折するように作られている。
【００９４】
図３ａに戻ると、光源１ａから出た照射光２ａは領域の組８ａＬ、８ａＲで回折されて、ステレオ観察ゾーン１０ａを再構築する。同様に、光源１ｐから出た照射光２ｐは領域の組８ｐＬ、８ｐＲで回折されて、ステレオ観察ゾーン１０ｐを再構築する。
【００９５】
ＬＣＤ４は、ＨＯＥの領域の組８に整合した空間多重化画像を表示する。完全な視差を実現するためには、眼７ａＬと７ａＲには、そのパースペクティブがディスプレイからの眼の位置に合っていて、位置の変化に合わせて変化するステレオピクチャが見えなければならない。それと同じことが眼７ｐＬと７ｐＲにも起きなければならない。
【００９６】
横方向の変位角１２ａと１２ｐは、光源１の（見掛け上または物理的な）位置を変えることにより、リアルタイムで独立に変更することが可能である。これを実現する効果的な一方法は、光源アレイ１６ａ、１６ｐ内の個別の光源１の間での切替えを行うことである。これにより、ステレオ観察ゾーン１０ａと１０ｐを独立して動かすことが可能となる。
【００９７】
垂直方向の照射角度１３ａと１３ｐの違いの効果は、ステレオ観察ゾーン１０ａと１０ｐの位置を独立して制御可能とすることである。
【００９８】
ＨＯＥ３の面に垂直な垂直参照面１１は、図において照射光２ａと２ｐの入射角の方向を理解する助けとするために示されている。
【００９９】
照明の入念な設計と、ＨＯＥ３の更なる空間多重化とが、ＨＯＥ３の角度依存性を更に活用することにより、更なる独立操作可能なステレオ観察ゾーン１０ａの提供を可能ならしめる。
【０１００】
１つの光源アレイ中の異なる光源により、空間的に変位した観察ゾーンが提供される。これは、使用の大半において、異なるアレイからの異なる光源に関しても同じことが言えると予想される。しかし、異なるアレイからの異なる光源が、同じ空間位置に観察ゾーンを提供することもあり得る。これは、例えば較正目的のものであったりする。
【０１０１】
好ましくは、眼７ａＬにはステレオペアの左画像が見え、眼７ａＲにはステレオペアの右画像が見える。そして他の眼のペアに関しても同様である。ただし実際には、観察者が２Ｄの最終画像を見る場合のように、異なる眼に同じ画像が見えることもあり得ることが理解される。個々の要求を満たすために、ある観察者には３Ｄ立体画像が提供され、別の観察者には２Ｄ画像が提供されることもあり得る。
【０１０２】
図４：空間−時間多重化；ステレオに対して空間多重化、複数観察者に対して時間多重化、ブラッグフィルタリングなし
図４ａは、空間多重化を併用する時間多重化の利用方法を示す。この実施形態において、時間多重化はステレオ画像を提供するのではなく、空間多重化が独立して操作可能なステレオ観察ゾーンを提供することを可能ならしめるために利用される。ＨＯＥ３がステレオペアの空間フィルタリング作用をするのに対し、時間フィルタリングを用いて空間多重化されたステレオ画像の振り分けを行い、一人の観察者が空間多重化された第１の画像を見て、第２の観察者が空間多重化された第２の画像を見るようにさせる。
【０１０３】
図４ａには、光源アレイ１６が示されている。アレイ１６内に光源１ａと１ｂとが参照面１１の相対向する側に配置されている。それぞれの横方向への変位は、角度１２ａ，１２ｂで示されている。図４ｂには、１つの光源１で照射された場合に、ＨＯＥ３の空間多重化によって１つのステレオ観察位置１０が生成されることが示されている。ＨＯＥの領域の組８ａと８ｂの両方とも、大雑把には同じ垂直照射角１３で光を回折する。
【０１０４】
光源１ａがオンの場合、ステレオ観察ゾーン１０ａが生成され、光源１ｂがオンの場合、ステレオ観察ゾーン１０ｂが生成される。ＬＣＤ４（この図には記載されていないが、前の例と同様にＨＯＥの前または後に組み込まれている）は高速のリフレッシュ速度を有し、両眼７ａ用の空間多重化ステレオビューと両眼７ｂ用の空間多重化ステレオビューとの間を交互に切り替える。光源１ａと１ｂは、ＬＣＤ４に表示される空間多重化ステレオ画像の変化に同期して、交互に照射される。
【０１０５】
光源１ａと１ｂの位置は、光源アレイ１６内の別々の光源を使用することによって簡単にリアルタイムで変更可能である。これにより、眼７ａと７ｂは追跡されて、各観察者に対して適切な透視図が表示される。
【０１０６】
図には２つの独立した観察ゾーン１０ａと１０ｂが示されているが、これらのゾーンの数はＬＣＤのリフレッシュ速度によって制限される。ここでの最小のリフレッシュ速度として、現行のコンピュータモニタ用の最小速度（６０Ｈｚ）を取るのは妥当であり、この場合には、独立した２つの観察位置を取るには１２０Ｈｚのリフレッシュ速度が必要であり、３つの場合には１８０Ｈｚを必要とする。
【０１０７】
前の実施形態の場合と同様に、ここでも、観察者の両眼に同一の画像を提供することにより、観察者が２Ｄ画像を見ることもできる。
【０１０８】
図５：空間−時間多重化；ステレオに対してブラッグフィルタリング付きの空間多重化、複数観察者に対して時間多重化
図５ａは、２つの光源アレイ１６ａｂと１６ｐｑを有する一実施形態を示す。光源アレイ１６ａｂ内に２つの個別の光源１ａと１ｂがある。さらに、光源アレイ１６ｐｑ内に２つの個別の光源１ｐと１ｑがある。
【０１０９】
図５ｂは、ＨＯＥ３の空間多重化を示す拡大詳細図である。光源１ａと１ｂから放射された光２は、ＨＯＥの領域の組８ａｂＬと８ａｂＲで回折される。光源１ａがオンであれば、回折光はステレオ観察ゾーン１０ａを形成する。同様に光源１ｂからの光は回折されてステレオ観察ゾーン１０ｂを形成する。ステレオ観察ゾーン１０ａと１０ｂとの間の変位は、２つの光源１ａと１ｂとの分離角、すなわち横方向変位角１２ａプラス横方向変位角１２ｂの関数である。
【０１１０】
光源１ａと１ｂは、２つのＨＯＥの領域の組８ａｂＬと８ａｂＲに対応する、ＬＣＤ４（図示せず）のピクセル列で表示される画像の変化に同期して切り替わる。
【０１１１】
これにより、１つのステレオペアは観察者に対してステレオ観察ゾーン１０ａに表示され、別の１つが観察者に対してステレオ観察ゾーン１０ｂに表示される。
【０１１２】
同様な手順が光源１ｑと１ｐ、ＨＯＥの領域の組８ｐｑＲと８ｐｑＬ、及びＬＣＤ４（図示せず）上の対応するピクセル列９に対して適用され、ステレオ観察ゾーン１０ｐと１０ｑに対する同様な結果が得られる。
【０１１３】
アレイ１６ａｂと１６ｐｑ中のどの光源を使うかを切り換えることにより、４人の移動観察者がステレオ画像を保持することができる。ただしリフレッシュ速度は１２０Ｈｚであることを前提とし、これが１８０Ｈｚであれば観察者６人に、２４０Ｈｚであれば８人に対して可能となる。このそれぞれは、パースペクティブの更新が可能であって、適切で完全なパララックスを各観察者に提供することができる。
【０１１４】
この混合多重化構成により、以下のことが示される。
・ＨＯＥ３の空間多重化により、２つのステレオ観察ゾーン１０ａｂ．．．と１０ｐｑ．．．が生成される。
・角度（ブラッグ条件）多重化により、２つのステレオ観察ゾーン１０が独立して制御可能となる。
・時間多重化により、独立して操作可能なステレオ観察ゾーン１０の数を２倍にし、リフレッシュ速度が約１２０Ｈｚより高速なＬＣＤでは４つ、１８０Ｈｚより高速なＬＣＤでは６つとすることができる。
【０１１５】
この場合、垂直分解能は４分割され、水平分解能は元のままである。そして時間分解能は半分になる。ステレオ量子化効果はＬＣＤ分解能の水平ピクセルピッチで決まる。従って、この場合は最適状態にあり量子化効果は検知されない。４人以上の個別の移動観察者に対して、完全かつ適正なｘ、ｙ、ｚパララックスが与えられる。２つの異なる垂直照射角１３ａｂと１３ｐｑよりも多い照射角を利用して更なる空間多重化と組合わせた角度多重化を利用することにより、もっと多くの独立した観察位置を提供することも可能である。
【０１１６】
ここで、ブラッグ条件多重化は、ＨＯＥ領域の組８とそれに関連するＬＣＤ４上のピクセルライン９により表される空間多重化領域を、独立して制御することを可能とする。その結果、照射角依存の多重化チャネル数の増加は、各チャネルに得られる空間分解能の付随的な減少をもたらす。時間多重化は空間分解能へは何も影響せず、フリッカやその他の時間に関連した副作用が眼障りにならないでＬＣＤが順次表示出来る別の画像の量だけ、空間多重化により与えられるビューの数を増やす効果がある。
【０１１７】
時間多重化の場合は、照射のタイミングが非常に重要となる可能性がある。１つの画像を多数回照射することが、見掛け上のフリッカ周波数を上げてフリッカ低減の助けになる可能性がある。これは、映写機において、フリッカ周波数をフリッカ融合閾値（典型的にはフレーム周波数の３倍まで）以上に上げることによりフリッカを低減させるやり方と同じである。点灯するタイミングを入念に制御することも、クロストークを低減し、コントラスト比を上昇させるための助けになる。
【０１１８】
上記の説明では、ステレオペアの左画像と右画像を与えることで３Ｄ立体画像を観察者に提供することが好ましい。実際には、観察者が２Ｄの最終画像を見る場合のように、第１と第２の画像が同じであることもあり得ることが理解される。
【０１１９】
図６：空間−時間多重化；ステレオに対して偏光フィルタリングで空間多重化、複数観察者に対して時間多重化
ブラッグ条件多重化は、光源にフィルタをかけ、適切な光源からの光を選択するために、角度による選択性を利用する。角度および／または時間多重化の代わり、あるいはそれに加えて、その他のフィルタリング方法を利用してもよい。
【０１２０】
図６は、時間多重化に組合わせて偏光フィルタリングを用いた実施形態を示す。
【０１２１】
図６ａは、２つの光源アレイ１６ａｂと１６ｐｑを示す。光源アレイ１６ａｂの光源１から放射された光は、偏光フィルタ３１ａｂによって一方向へ偏光される（＋４５度の直線偏光が好都合である）。その一方で、光源アレイ１６ｐｑの光源１から放射された光は、逆方向へ偏光される（例えば、−４５度）。他の偏光構成も利用可能であることが理解される。直線偏光フィルタのアレイ１４がＨＯＥ３の直後に配置される。
【０１２２】
図６ｂは、照明側からの拡大詳細を示す切欠図である。ここで、ＬＣＤ４とＨＯＥ３と偏光フィルタアレイ１４とが位置合わせされて組み立てられている。
【０１２３】
偏光フィルタアレイ１４は空間的に多重化されていて、１つの偏光状態ＡＢ（例えば＋４５度）に偏光された光を通す１組と、それに直交方向の状態ＰＱ（例えば−４５度）に偏光された光を通すもう１組とに区分けされた２組の領域から成る。
【０１２４】
こうして、アレイ１６ａｂ中の光源１ａからの光は、偏光フィルタアレイの領域の組１４ｐｑで遮蔽され、偏光フィルタアレイの領域の組１４ａｂは通過する。結果としてＨＯＥ３はステレオ観察ゾーン１０ａを生成する。同様に、アレイ１６ｐｑ中の光源１ｐからの光は、偏光フィルタアレイの領域の組１４ａｂで遮蔽され、偏光フィルタアレイの領域の組１４ｐｑは通過する。結果としてＨＯＥ３はステレオ観察ゾーン１０ｐを生成する。
【０１２５】
ここで偏光多重化を利用することで、２つの別々の、分離して制御可能なステレオビューが生成される。
【０１２６】
次に、これを時間多重化と組合わせて、ビュー１０ａと１０ｐを１０ｂと１０ｑに替える。
【０１２７】
アレイ１６中の光源を適切に選択することで、複数の観察者が追跡されて、その観察者固有のステレオ画像が提供される。
【０１２８】
ＬＣＤは偏光に依存するため、ピクセルライン９ａｂと９ｐｑ上に表示された画像は、光に非標準的な偏光があることを考慮に入れて調整する必要がある。あるいは、フィルタを掛けた後で偏光を替えてもよい。
【０１２９】
偏光は２つのチャネルの光をフィルタリングするのに用いることが可能であり、角度による方法はもっと多くのチャネルを提供することが可能である。この２つの方法は、互いに連携して利用することができる。
【０１３０】
図７：空間−時間多重化；ステレオに対して時間多重化、複数観察者に対して空間多重化
空間多重化と時間多重化の役割を入れ替えることも可能である。時間多重化を立体画像の提供に利用し、空間多重化を、観察者の区別に利用することができる。
【０１３１】
図７ａは、２人の移動観察者がそれぞれに異なる立体画像を見ることのできる一実施形態である。図７ｂはＨＯＥ３の詳細構造を示している。
【０１３２】
図７ｂでは、ＨＯＥ３は２組の領域１７ａｂと１７ｐｑで構成されている。ホログラム領域の組１７ａｂは、角度１３ａｂに近い角度でＨＯＥ上に入射された光だけを回折するように設計、製造されている。同様に、ホログラム領域の組１７ｐｑは、角度１３ｐｑに近い角度でＨＯＥ上に入射された光だけを回折するように設計、製造されている。
【０１３３】
領域１７の全ての組は光を回折して、観察ゾーン６を構成する実像を形成することができる。観察ゾーン６の位置は、全てのホログラム領域１７に対して同一であってもよいし、違っていてもよい。
【０１３４】
領域１７の組は、光を回折してＬＣＤ中のピクセルの異なる組を通すように設計されている。従って、ＨＯＥ領域１７ａｂは、光を回折してＬＣＤ内のピクセルの奇数番の列のみを通し、ＨＯＥ領域１７ｐｑは光を回折してＬＣＤ内のピクセルの偶数番の列のみを通してもよい。その結果、奇数番の列に表示された画像は、アレイ１６ａｂ中の１つまたは複数の光源がオンの場合にのみ見え、同様に、偶数番上に表示された画像は、アレイ１６ｐｑ中の１つまたは複数の光源がオンの場合にのみ見える。さらに、同一の画像は、対応する実像６の位置で決められる領域でしか見ることができない。
【０１３５】
こうして、図７ａの光源アレイ１６ａｂの光源１ａがオンであれば、組１７ａｂから成るホログラム領域は光を回折して実像６ａを形成し、ＬＣＤ４の奇数番のピクセル列に表示されたピクチャが眼７ａに見えるようになる。光源１ａがオフになり、光源１ａ’がオンになれば、眼７ａにはＬＣＤ４の奇数番ライン上のピクチャは見えなくなり、替わって眼７ａ’に見えるようになる。もしも、（ａ）ＬＣＤ４の奇数番ライン上に表示された２つの画像がステレオペアであり、（ｂ）それらが高速で順次切り替わり、（ｃ）光源１ａと１ａ’もまたこのピクチャのディスプレイに正確に同期してオン、オフが切り替われば、眼７ａにはステレオペアの右画像が見え、眼７ａ’には左画像が見えて、観察者には自動ステレオスコープ３Ｄ画像が感知される。この自動立体画像は、ＬＣＤ４上の奇数番列のピクセルにより、左／右のペアが順次切り替わって表示される。しかし、２Ｄ画像を観察者に提供するために、ＬＣＤ４の奇数番ライン上に表示される２つの画像が、同一画像であってもよいことが理解される。
【０１３６】
観察ゾーン１０ａの位置は、実像６ａと６ａ’の位置で決まる。そして実像６ａと６ａ’の位置は、光源アレイ１６ａｂの中の光源１ａと１ａ’の位置で決まる。同様に、ステレオ観察ゾーン１０ｂは光源１ｂと１ｂ’で形成される。こうして、光源１を適切に選択して観察ゾーン１０の位置を動かし、移動する観察者を追跡することができる。
【０１３７】
アレイ１６ｐｑの光源は、移動する観察ゾーン１０ｐ、１０ｑ、等の生成にも利用可能であり、ここで重要な違いは、ステレオ画像はＬＣＤ上の偶数番の列上に表示されたピクチャで構成される、ということは理解されるであろう。結果として２人の観察者はそれぞれが異なるステレオ画像を見ることになる。
【０１３８】
また、ＨＯＥ領域１７に別の組を追加することも可能であり、十分に違う角度１３でＨＯＥを照射する、いくつかの対応する光源の組が与えられて、その設計角度付近以外のいかなる角度１３の光でＨＯＥを照射しても領域１７の組は回折しないようにできることは、理解されるであろう。そのような組１７の数は、（ａ）ＬＣＤの空間分解能の許容損失（これは物理的な基本分解能を、そのような組の数で割ったものに等しい）と、（ｂ）使用されるホログラフィ材料の光学特性（特にブラッグ角の選択性）と、（ｃ）工業設計上の問題である、ディスプレイの最大許容厚さ、で制限される。
【０１３９】
ブラッグ条件選択性の代わり（またはそれへの追加）として、偏光が代替または追加のフィルタリング方法として利用可能であることは理解されるであろう。
【０１４０】
図７ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、光源アレイ１６の模式的な詳細を示しており、ＨＯＥ３が図１１に示すような幅の狭いディフューザを利用して作られている場合、このタイプのディスプレイに利用することができる。単一の点光源をよりもむしろ、直線アレイに沿う光源サブアレイが利用可能である。
【０１４１】
図７ｃは、図７ｄ、ｅ、ｆ、ｇへの鍵となっている。特定の位置にいる観察者に対して使用予定の光源３２がオンで示され、特定の位置にいる観察者に対して使用予定の光源３３がオフで示され、光源３４は特定の位置にいる観察者に対して使用予定がなく、オフで示されている。
【０１４２】
図７ｄは光源１６のアレイを示し、７つの光源グループ３２が、例えば左画像がＬＣＤ４上に表示されているときにオン状態となっていて、協同して拡散実像６を再生する。その他の光源はすべてオフである。
【０１４３】
図７ｅは光源１６の同じアレイであり、ここでは異なる光源３２がオンとなっていることに注意されたい。これはステレオペアの第２の画像が表示されているタイミングに一致しており、放出された光が拡散実像６’を再生する。
【０１４４】
図７ｆ、７ｇは、同じ２つの状態を示しているが、使用されている光源が異なっている。その結果、拡散実像ペア６と６’の位置は違う場所となる。
【０１４５】
このように、ステレオ観察ゾーン１０の左部分と右部分の間の結合部がどこにあるかを決定するのは、光源グループ３２と３３の間の結合部であり、これを制御して眼７と眼７’の間に配置することが可能である。
【０１４６】
図８：マルチビュー自動立体ディスプレイのタイプ１
空間―時間混合多重化は、マルチビューディスプレイにも適用することができる。欧州特許出願公開第０７６４２８１号はマルチビューの実装を提供する。欧州特許出願公開第０７６４２８１号明細書は優れた（レンチキュラー法及びパララックスバリア法に対して幾つかの利点を有する）方法を記述するが、同じように、２Ｄ分解能と３Ｄ分解能との間のトレードオフの問題を不可避的に抱えている。しかし、混合多重化は、この状況を幾つかの面で改良する。
【０１４７】
図８ａは、右等角透視図である。ただし縮尺は正確ではない。これは欧州特許出願公開第０７６４２８１号の方法による、マルチビューＡＳＤを示している。１つの光源１が空間多重化されたＨＯＥ３を照射し、ＬＣＤと協同して３つの合成立体観察ゾーン１５ｍ、１５ｎ、１５ｏを生成する。図示した例では、合成立体観察ゾーン１５のそれぞれは、異なる９つの透視図から成っている（この場合は、空間多重は３ｘ３のピクセルマトリックスであるが、４ｘ４または５ｘ５でそれぞれ１６または２５のビューを与える他の構成が好ましい）。合成立体観察ゾーン１５のそれぞれは、同一の透視図の組を与える。そのような合成立体観察ゾーン１５の数は、ＨＯＥの構造、および／または使用される照明の構成によって決定される。図８ａには、３つのそのような合成立体観察ゾーン１５ｍ、１５ｎ、１５ｏが示されている。
【０１４８】
図８ｂは本発明の一実施形態を示しており、時間多重化の利用により、２つの光源１ａと１ｂを交互に使ってビューの数を９から１８へ増やしている。光源１ａがオンの場合、９つのビューの第１の組が適切な空間多重化を有するＬＣＤ４によって表示される。これらは、合成立体観察ゾーン１５ａｍ、１５ａｎ、１５ａｏを通して見ることができる。同様に、光源１ｂがオンのとき、（好ましくは第１の９つのビューで構成される一連の透視図を拡張した）９つのビューの第２の組がＬＣＤ４により表示され、これらは合成立体観察ゾーン１５ｂｍ、１５ｂｎ、１５ｂｏを通して見ることができる。観察ゾーン内の２つの隣接するビューがステレオペアを与える。従って、観察ゾーン１５の幅は、空間分解能を落とすことなく２倍になる。
【０１４９】
こうして、時間多重化を、３Ｄ分解能（所与の角度の範囲内でのパースペクティブの数として表現される）を少なくとも２倍にするために利用することができ、これは空間多重化の所与の密度に対して利用可能である。
【０１５０】
更なる観察ゾーンを生成するために追加の光源を利用することが可能である。
【０１５１】
図９：マルチビュー自動立体ディスプレイのタイプ２
図９は、関連する方法を示し、時間多重化されたビューが互いにインターレース（１本おきに配置）されている。光源１ａがオンのとき、ＨＯＥ３とＬＣＤは協同して、平面実像６ａの組を介して眼に見える透視図の組を生成する。光源１ｂがオンのときは、ＨＯＥは平面実像６ｂの組を生成する。前の場合と同様に、ＬＣＤ４上に表示されたピクチャは、光源１ａと１ｂの交互の作動に同期して変化し、表示される成分ビューの数を２倍にすることになる。
【０１５２】
図１２：２Ｄ操作
上記の実施形態において、２Ｄ画像を表示するために自動立体ディスプレイを利用できることを述べてきた。以下に、２Ｄディスプレイに最適な構成を述べる。
【０１５３】
自動立体ディスプレイ用に特定された同一の光学原理は、２Ｄのディスプレイにも適用可能である。この場合には、数人の観察者が１つのスクリーン上に表示された異なる画像を見ることができる。図１２は、図７に示した３Ｄ可能版に基づいた２Ｄ変形例を示す。
【０１５４】
これらの実施例の構成（図７と図１２）はいずれも時間分解能と空間分解能の両方が半減されたものに基づいていることに留意されたい。
【０１５５】
図７の場合において、自動ステレオスコープ操作には、ディスプレイが１つの眼に１つの画像を呈示することが必要である。従って、２人の移動する観察者に対して、ディスプレイは、ディスプレイを観察する４つの眼のそれぞれに異なる画像を呈示する必要がある。これに対し、２Ｄ操作は１組の眼に対して１画像しか必要でなく、従って図１２の構成では、利用可能な空間分解能及び時間分解能を同じように活用することで、４人の独立した移動観察者に対して、別々の２Ｄ画像を提供する。
【０１５６】
図１２では、ＨＯＥ領域１７ａｂは光源アレイ１６ａｂからの光を回折するが、光源アレイ１６ｐｑの光源からの光は回折しない。同様に、ＨＯＥ領域１７ｐｑは光源アレイ１６ｐｑからの光を回折するが、光源アレイ１６ａｂからの光は回折しない。光源アレイ１６ａｂ内の光源１ａがＨＯＥ３とＬＣＤ４とを照射すると、ＨＯＥ領域１７ａｂは拡散画像６ａを再現して観察ゾーン１０ａを形成する。ＨＯＥ領域１７ｐｑはこの方向からの光には応答せず、関連するピクセルは、光源アレイ１６ａｂの光では照射されない。同様に、アレイ１６ｐｑ内の光源１ｐは、観察ゾーン１０ｐを形成する。こうして、第１の観察者の眼７ａは、ＨＯＥ領域１７ａｂに関係するピクセルにより表示される画像だけを見、第２の観察者の眼７ｐは、ＨＯＥ領域１７ｐｑに関係するピクセルにより表示される画像だけを見る。
【０１５７】
既に述べたように、観察ゾーン１０の位置は、光源アレイ１６内の関連する光源の位置に依存する。アレイ１６ａｂ内の２つの光源が、フリッカが出ないように素早く切り替わり、関連するピクセルにより表示される画像が同期して入れ替われば、２人の観察者（眼７ａと７ｂ）が、ＨＯＥ領域１７ａｂに関するピクセルにより順次表示される別々の２Ｄ画像を楽しむことができる。
【０１５８】
同様なことが、更に、２人の観察者（眼７ｐと７ｑ）、アレイ１６ｐｑ内の光源、ＨＯＥ領域１７ｐｑとそれに係わるピクセルに対して当てはまる。従って、ディスプレイは４人の観察者のそれぞれに、４つの別々の２Ｄ画像を提供する。
【０１５９】
アレイ１６ａｂと１６ｐｑ内の任意の光源を選択することが可能で、結果的に、光源を選択して、設計の想定範囲内の任意の場所に居る観察者に対して画像を提供することが可能である。従って、４人の観察者はすべて、“自分自身の”２Ｄ画像を見失うことなしに動きまわることができる。
【０１６０】
空間及び時間の分解能が許す限り、別々の画像を見ることができる、独立で動き得る観察者の数を、この原理を適用して増やすことが可能である。以前の実施形態で説明した、ブラッグ角および／または偏光フィルタリング法を（二者択一又は連結して）適用して、独立観察者の最大数を容易に増加させることができる。
【０１６１】
ＨＯＥ作製方法：例えば図５のディスプレイ用の場合
ＨＯＥ３の作製に利用できる方法はいくつかある。作製方法については、本明細書で開示した従来技術に説明されている。そして、ホログラフィ技術分野の当業者に周知の関連技術がある。従って以下の議論は本質的に要約である。
【０１６２】
本明細書において“ホログラフィプレート”という場合、好適な感光層を塗布された（ガラスに対する）フィルムのことも含まれる。“プレート”という用語を“フィルム”と互換的に使用することは、本業界においては慣習的に広く行われている。
【０１６３】
ＨＯＥの製造プロセスでは、典型的には先ず、最初のステップとしてＨＯＥマスタ（Ｈ１）が作製される。次のステップは、マスタのコピーの作製であり、このコピーは第２世代であってＨ２ＨＯＥと呼ばれる。これを用いてディスプレイに組み込まれるＨＯＥ３が作られ、これは第３世代であるので、Ｈ３ＨＯＥと称される。
【０１６４】
図１０は、図５に示したような構成のディスプレイで使用される、空間多重化のＨ１マスタＨＯＥの製造に使用される構成を示す。
【０１６５】
図１０ａは、ＬＣＤのピクセル構成を表す、単純なグリッドである。これは拡大詳細図であり、商用のＬＣＤにおいてピクセルピッチｄは、コンピュータ用モニタの場合大体約２５０μｍであり、大型のフラットパネルテレビではそれより大きい。ＬＣＤのピクセル数（ＲＧＢトリプレットを１ピクセルと数える）は、２百万のオーダである。図１０ａは代表的なグリッド配列で幾つかのピクセル２９を示し、ピクセルの一列９をハイライトしてある。
【０１６６】
図１０ｂは、図５ｂに示したのと同様な、空間多重化方式の図である。グループ３０は、４つのピクセル列９ａｂ  Ｒ、９ｐｑ  Ｒ、９ａｂ  Ｌ、９ｐｑ  Ｌから成る。ここで、この表示は説明のためものであり、図５で用いた表示を再現している（これとは違う配列であってもよい）。グループ３０はディスプレイの領域全体に繰り返される。
【０１６７】
Ｈ１ＨＯＥは、マスク１９を用いて作ることができる。マスク１９の詳細を図１０ｃに示す。これは透明なアレイの領域２０が不透明な領域２７で分離されている。透明領域のピッチは、ｄｘｎである。ここで、ｄはＬＣＤのピクセルのピッチであり、ｎは空間多重化された列の数である（ここの場合は４であり、ピクセル列９ａｂＲ、９ｐｑＲ、９ａｂＬ、９ｐｑＬに対応している）。透明領域の厚さｔは、ｔ≦ｄである。
【０１６８】
マスク１９、ＨＯＥ３、ＬＣＤ４、Ｈ１ＨＯＥ２１は、すべて同じサイズである。（実際には、マスク１９とＨＯＥ３とＨＯＥ２１は、ＬＣＤより若干大きい可能性がある。）マスクの全領域は、透明ライン２０と不透明ライン２７で覆われている。マスクの透明領域２０は従って、ＬＣＤの４列おきのピクセル列に整列している。
【０１６９】
図１０ｈは、右等角透視図である。ただし縮尺は正確ではない。これはホログラフィプレート２１であって、感光層２８（図示せず）を有するホログラフィプレート２１の前面に、マスク１９が密着して配置されている。１本の参照光１８ｐｑが上からマスク１９とホログラフィプレート２０へ当てられ、第２の参照光１８ａｂが同様に、ただし下から当てられている。
【０１７０】
すりガラス拡散器やホログラフィックディフューザや任意の類似機能を有するディフューザ２４が、２ヶ所に示されている。ここではディフューザ２４Ｌとディフューザ２４Ｒとして表されている（実際には、ディフューザ２４は単一の物体であって、マスクして最初に片側を使い、次に反対側を使う、ということが多い）。
【０１７１】
完成したＨＯＥ３が動作している表示中に再生された場合、ディフューザ２４の実像は、ディスプレイを表している図の中の実像６であり、従って、その大きさ、向き、位置が完成したディスプレイの機能に影響を与えることは理解されるであろう。（これは、参照光１８と照射光２の角度、収束、発散が影響するのと同様である。）ディフューザ２４Ｌは、ステレオ観察ゾーン１０の左半分を決定する実像６に概ね対応し、ディフューザ２４Ｒは、ステレオ観察ゾーン１０の右半分を決定する実像６に概ね対応する。
【０１７２】
ディフューザ２４Ｌは光２５Ｌを散乱してマスク１９とホログラフィプレート２１に当て、ディフューザ２４Ｒは同様に光２５Ｒを散乱する。
【０１７３】
簡略化のために、ステレオ観察ゾーン１０の中心位置は、参照光１８ａｂを利用したホログラフィック記録と参照光１８ｐｑを利用したホログラフィック記録とで同じであるとする。これは、使いやすくて妥当な設計手法であって、両方の空間多重化されたステレオ観察ゾーン１０が左と右へ対称的に動くようになる。
【０１７４】
図１０ｉは図１０ｈで示した配置の側面図である。ただし縮尺は正確ではない。
【０１７５】
次に、この特定の構成用の、マスタＨＯＥＨ１２１の記録に必要な４回の露光について、拡大垂直断面を示す図１０ｊ、ｋ、ｌ、ｍと、マスタＨＯＥ２１の拡大表面図である１０ｄ、ｅ、ｆ、ｇとを参照して、説明する。これらの図における網掛けは単にわかりやすくするために使用されていることに留意されたい。
【０１７６】
１．露光１を図１０ｊに示す。マスクが第１の位置にあり、ディフューザ２４Ｌが照射されて光２５Ｌを散乱し、それが参照光１８ｐｑと干渉する。この干渉パターンが、マスク１９の透明領域２０に対応する場所の感光層２８内に記録される。これが露光領域２６ｐｑＬ（これは参照光１８ｐｑとディフューザ２４Ｌとによって露光されたことを表している）であり、第１の露光により作製されたということを示すために、２６ｉとも表す。図１０ｄは、露光された領域２６ｉを、ＬＣＤの設計されたピクセル構造に対する相対位置で示したものである。
【０１７７】
２．露光２を図１０ｋに示す。マスクをピクセルピッチのｄだけずらして第２の位置とし、ディフューザ２４Ｌが照射されて光２５Ｌを散乱し、それが参照光１８ａｂと干渉する。この干渉パターンが、マスク１９の透明領域２０に対応する場所の感光層２８内に記録される。これが露光領域２６ａｂＬであり、２６ｉｉとも表す。前に露光された領域２６ｉ（２６ｐｑＬ）の位置も示されている。同じものが図１０ｅにも表示されている。
【０１７８】
３．次にディフューザを調節し、ディフューザ２４Ｌが光を散乱しないようにし、ディフューザ２４Ｒが散乱するようにする。マスクを再びｄだけずらして第３の位置にする。ディフューザ２４Ｒが照射されて光２５Ｒを散乱し、これが参照光１８ｐｑと干渉する。この干渉パターンが、マスク１９の透明領域２０に対応する場所の感光層２８内に記録される。これが露光領域２６ｐｑＲであり、２６ｉｉｉとも表す。前に露光された領域２６ｉと２６ｉｉの位置も示されている。同じものが図１０ｆにも表示されている。
【０１７９】
４．マスクを再びｄだけずらして第４の位置にする。ディフューザ２４Ｒが照射されて光２５Ｒを散乱し、これが参照光１８ａｂと干渉する。この干渉パターンが、マスク１９の透明領域２０に対応する場所の感光層２８内に記録される。これが露光領域２６ａｂＲであり、２６ｉｖとも表す。前に露光された領域２６ｉ、２６ｉｉ，２６ｉｉｉの位置も示されている。同じものが図１０ｇにも表示されている。
【０１８０】
ＨＯＥ作製方法：例えば図７のディスプレイ用の場合
図１１に、ＨＯＥＨ１マスタ２１用の記録手順を示す。これは図７に示したようなディスプレイに使用されるものである（これは、ステレオを形成するために時間多重化を用い、独立して移動する２人の観察者に別々の立体画像を提供するために空間多重化を用いている）。
【０１８１】
図１１ａは図１０ａに示したように、ピクセル９の列を表している。図７のディスプレイは２組のピクセル列のみを利用する。これらは９ａｂと９ｐｑで表される。
【０１８２】
マスク１９の詳細を図１１ｃに示す。ここでこのマスクのピッチは、ＬＣＤのピクセルピッチをｄとすると、２ｄである。透明領域２０の厚さｔは、ｔ≦ｄである。
【０１８３】
Ｈ１の記録ジオメトリが図１１ｆに示されている。留意すべきは、１つのディフューザ２４だけが使われていて、これは図１０のディフューザ２４よりも幅が狭いことである。幅が狭いことが必要なわけではなく、この場合には、図７の光源が直線状であり、ディフューザ２４の実像６を水平方向に広げる効果があるからである。図７ａにおいて、６ｘと６ｘ’の間の接合部の水平位置は、図７の光源アレイ１６中の光源の選択によって制御される。
【０１８４】
参照光１８ｑと１８ａｂは、図１０と本質的に同じである。この場合には露光は２回だけである。
１．図１１ｈではマスク１９が第１の位置にある。参照光１８ｐｑが散乱光２５と干渉し、位置２６ｐｑにある感光層２８によって記録され、２６ｉとして示されている。この記録パターンは図１１ｄに示されている。
２．次にマスクがピクセルピッチｄだけずらされて、図１１ｉに示す第２の位置まで来る。そして参照光１８ａｂを利用して同様な記録が行われ、記録結果が図１１ｅに示されている。
上記の２つのＨ１記録プロセスは、特定のディスプレイの詳細な仕様により変化してもよい。また、この他のホログラフィプロセスでも同等の光学性能を出すことができる。本発明によるディスプレイの一実装形態では、照射光が透明な光ガイド中に閉じ込められた、“エッジライト”式のホログラフィジオメトリを利用する。そのようなジオメトリでは、ディスプレイを薄い形状にすることが可能で魅力的である。エッジライトホログラムを作製する方法は既知であり、ここでは説明しない。
【０１８５】
Ｈ２とＨ３の複製
最終のＨＯＥ３を作製する一プロセスを簡単に説明する。先ず密着転写法で中間Ｈ２ＨＯＥを作製する。これは、完成したＨ１を未露光プレートにコンタクトさせて（感光層と感光層とを合わせる）、Ｈ１を記録するのに用いる参照光と共役なレーザビームを用いて一括露光を行なう。ＨＯＥは透過型のホログラムであるので、光は先ず実像を再生するＨ１を通過する。像を形成する光は、０次のレーザ光と干渉し、その干渉パターンがＨ２によって記録される。
【０１８６】
完成したＨ２は次に、ディスプレイに使用されるＨ３ＨＯＥ３の製造に使用される。Ｈ２が、Ｈ３ホログラフィプレートの未露光感光層にほぼ接触した状態で配置される。ここで均一なギャップが残され、これは、完成したディスプレイにおけるＨＯＥ３の感光層とＬＣＤの液晶セルとの間の光学距離にほぼ等しい、光学厚さである。このギャップは典型的には１ｍｍであり、屈折率整合流体、および／またはＨ２に接着された薄いガラスのカバーシートで充填される。このサンドウィッチ状態のものを次に、Ｈ２を作製するのに用いる参照光と共役なレーザビームを用いて露光する。従ってこの光は、Ｈ１を記録するのに用いる参照光の光に類似又は同一のものである。
【０１８７】
使用時にはＨ３は、作製時の光に共役な光で再生され、その結果、本発明で開示したさまざまな観察ゾーンを構成する実像を形成する。また、ＬＣＤ内のＨ２感光層の画像も再生され、これによって特定のピクセル列を通過するように意図された光が確実にその列だけを通過するようにされる。
【０１８８】
光学的な複製プロセスを上に説明したが、レリーフ構造のモールディングによる複製などの他の代替プロセスもある。また、同一又は等価な光学性能を作るために計算及びＨＯＥの機械書き込みによりＨ１を作製する方法もある。
【０１８９】
光源
これまで説明の都合で、光源は個別の物体として表わしてきた。重要なことは、光源の実効位置は制御できることであり、従って、複数の別々の光源を数の少ない光源で置き換えることが可能であり、光源の実効的な位置は、光学的、または光電子工学的、または機械的な手段により変えることができる。
【０１９０】
発光ダイオードは光源として優れた選択である。スペクトルバンド幅が狭く、サイズが小さく、スイッチングが容易であるので、理想的な光源である。
【０１９１】
観察者検知手段と視差
これまでに説明した本発明の実施形態のほとんどはその操作を、光を幾人かの別々の観察者に振り向けることが可能なディスプレイに依存している。ステレオスコープ操作において各観察者は２つの画像を見なければならない。左の画像は左眼でのみ見えなければいけないし、右の画像は右眼でだけである。
【０１９２】
ホログラフィの実装において、ステレオ観察ゾーン１０の位置は、ＨＯＥを照射するのに使われる光源１の位置に依存する。
【０１９３】
ディスプレイは、固定した観察位置の組を作るように設計可能であり、この場合は観察者が自分で正確な観察位置を見つける必要がある。このことは問題となる場合もあるし、そうでない場合もある。ディスプレイが自分で観察者に合わせて、観察者が動けばそれを追跡することを要求される場合には、各観察者の位置（観察者が動けば変化する）に応じて各観察者用の適切な光源を確実に使用できるように光源１が制御できることが必要である。これが実行されるためには、ディスプレイ（又は関連する設備）は各観察者の位置を検知する手段を持つことが必要である。そうして次にこの情報を使って、光源の適切な位置を選択し、その観察者に正確なピクチャが見えるようにする。
【０１９４】
各観察者の位置は、各人に配信されるピクチャのパースペクティブの制御にも利用される。これを使って各観察者に完全なパララックスを表示し、各観察者がその位置において正確なパースペクティブを確実に見ることができるようにし、自分の動きにあった（かつ他の観察者の動きには無関係な）ｘ、ｙ、ｚ方向のパララックスを楽しめるようにする。
【０１９５】
煩わしい観察者追跡手段は避けることが重要である。従って、本発明には恐らくビデオカメラをベースとした追跡が最適であろう。好適なビュー内における眼のｘ、ｙ、ｚ位置を検知し計測する、ソフトウェアをベースとした方法がいくつかある。
【０１９６】
空間―時間多重化が利用される、眼鏡をベースとするステレオの場合には、ディスプレイが観察者の位置を調整する必要はないが、パララックスは、上記と同様な方法で、各観察者に対して更新することができる。この場合には、（観察者の眼ではなく）眼鏡を追跡する手段としてより幅広い選択が可能である。
【０１９７】
観察者が多すぎたり、パララック情報がなかったりする場合の逆転モード
本明細書で説明した全ての実施形態は、観察者の数がある最大人数に制限される。そのため、最大人数を超える観察者がディスプレイを見ようとすることがしばしばあり得る。この問題に対する１つの解決方法は、例えば４人用のフルパララックスディスプレイであるとして、その中の１つまたは複数の個別観察者用のフルパララックスチャネルを、複数観察者用の固定パララックスモードに転換することである。単純な空間及び時間多重化手法では、全ての位置に対して同一の画像が呈示されるのであれば、必要なだけの観察位置を提供できることを思い起こしていただきたい。従って、固定パララックス３Ｄを複数の観察者に表示するように、初期設定を容易に実装可能である。他のチャネルはパララックスで動作するようにしたままであってもよいし、全てのデフォルトを同様に固定パララックスモードとしてもよい。
【０１９８】
ステレオスコープコンテンツが、観察者の観察位置に従ってパースペクティブを継続的に更新させる形式ではなく、所定かつ不変の観察位置を有する（例えば古い３Ｄ映画のように）場合には、これもデフォルトモードになるであろう。
【０１９９】
同一シーン上への異なるビューとは対照的な、異なるシーン上ヘのビュー
本明細書のほとんどは、すべての観察者には各個人向けのフルパララックス３Ｄビューが呈示され、これらのビューは同一シーンであることを仮定した。ただし、本発明はこの利用法に限定されるものではない。代替の利用法の１つは、各観察者に全く異なるピクチャを表示するというものである。２人の観察者がコンピュータゲームで対戦するのがその一例である。２人の人が互いに対抗してプレイする場合、例えば、反対方向、すなわち仮想世界の中で恐らくは互いに相手の方向を見ているような、自分専用のビューを各人が与えられることが可能である。さらには、この２つのビューは立体像である必要はない。従って、本発明は３Ｄディスプレイのアプリケーションに限られる訳ではない。
【０２００】
ブラッグ角によるものや偏光によるものなどのさまざまなフィルタリング法は、別々の空間多重化画像を差別化するために利用可能であることを示した。その他の、例えば狭バンドカラーフィルタ等の別のフィルタリング方法も利用可能である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図７ｆ】
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【図７ｇ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１０ｆ】
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【図１０ｇ】
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【図１０ｈ】
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【図１０ｉ】
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【図１０ｊ】
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【図１０ｋ】
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【図１０ｌ】
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【図１０ｍ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１１ｆ】
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【図１１ｇ】
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【図１１ｈ】
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【図１１ｉ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【国際調査報告】
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