JPH11168757A

JPH11168757A - ビデオ表示装置および方法

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Publication number: JPH11168757A
Application number: JP10129295A
Authority: JP
Inventors: P Macgrow Steven; ピー．マックグルースティーブン; David Devries P; デブリースピー．デイヴィッド; F Wink Roger; エフ．ウインクロジャー; H Foster David; エイチ．フォスターデイヴィッド
Original assignee: New Light Ind Ltd
Current assignee: New Light Ind Ltd
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 1999-06-22
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JP4181660B2; CN1206218A; US6181367B1; US5973727A; CN1184503C

Abstract

(57)【要約】【課題】ビデオ画像の表示装置および方法。【解決手段】ビデオ画像表示デバイスは間に液晶層を
有する第１、第２ガラス・プレートを含む。第１プレー
トの縁の１つに近いラインに沿って広がるレーザ・ダイ
オードは各ビデオ・ライン中のビデオ信号の大きさに対
応する強さで選択的に点灯する。光は全内面反射で第１
プレートを通じて伝わるが、液晶の屈折率を選択的に調
整した領域に到達するまで液晶層には入らない。屈折率
は垂直方向に間隔をおいて配置された複数の水平方向の
ストリップ電極の各々を選択的に通電して調整できる。
電極を順次通電して全内面反射を防ぎ、光が液晶層を通
して第２プレート内にビデオ・ライン位置に対応する位
置で伝わるようにする。１以上のホログラフィー光学要
素が第２プレートに入り込む光を既定の方向に回折して
単一電極ペア活性化およびレーザ・ダイオード活性化の
各組合せに対する特有のバーチャル画像点位置を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はビデオ画像の表示装
置に関し、より具体的には、コンパクトで軽量な、か
つ、バーチャル・リアリティ表示眼鏡およびビデオ・モ
ニタを含む種々のアプリケーションに適合可能なビデオ
表示装置に関する。

【０００２】

【本発明の背景】ビデオ表示装置は種々のアプリケーシ
ョンに広く一般に使用されている。カソード・レイ・チ
ューブ（“ＣＲＴ”）ディスプレイは、テレビジョン表
示に、より最近ではコンピュータのモニタとして、長く
使用されてきた。よりコンパクトなビデオ画像表示、例
えば液晶ディスプレイ（“ＬＣＤ”）がＣＲＴディスプ
レイの代用品として発達してきた。

【０００３】より最近では、コンパクトで軽量なヘッド
・マウント・ディスプレイ（頭に取り付けるディスプレ
イ）が「バーチャル・リアリティ」システムのための表
示装置として紹介されている。それぞれの目に別々の表
示装置を供給し、各装置を通して見ることのできる画像
を適切に変化させることにより、高解像度の立体ビデオ
画像を表示することができる。

【０００４】別のタイプのビデオ画像表示装置は「ヘッ
ド・アップ・ディスプレイ」（“ＨＵＤ”）である。Ｈ
ＵＤは、ジェット・ファイタのパイロットが航空機を取
り巻く空間、ならびに航空機の状態および動作の双方に
関する大量の情報を精神的に処理することを可能にす
る。このことが、「ヘッド・マウント・ディスプレイ」
および「バイザ・ディスプレイ」と同様に、ＨＵＤの、
航空機のキャノピへの組み込みの発達につながった。

【０００５】上述のすべてのＨＵＤでは、ソース・ディ
スプレイ（例えば液晶テレビジョン・スクリーン）から
放射された光を必要とし、光は空中をある程度の距離だ
け進行して反射面、屈折面または回折面に到達し、そこ
で向きを変えられ、ソース・ディスプレイのバーチャル
画像を形成する。ホログラフィー光学要素は、一般にそ
のようなディスプレイにおいて回折面として役立ち、一
般に色の選択性が高い。しかしながら、ビデオ画像、特
に３次元画像は、空中を通じてソース・ディスプレイか
らの光を伝達させる必要なく、３次元画像を直接生成し
て表示することが好ましい。空中を通じて光をかなりの
距離だけ伝達する必要性をなくす手法を見つけることが
できれば、表示装置を極めてコンパクトにし、普通のめ
がねに似たものとすることができる。コンパクトで軽量
な、突出していないという性質を有する表示装置は、多
数の新たなアプリケーションを切り開くであろう。例え
ば、ポケット・サイズのコンピュータのモニタとしての
使用、優れたバーチャル・リアリティの表示装置として
の使用、音から得られる視覚的手がかりを表示する、耳
の聞こえない人のための補欠物としての使用を可能にす
る。

【０００６】

【本発明の概要】本発明に係る表示装置は、各ビデオ・
フレームに複数のビデオ・ラインを有するビデオ信号に
対応するバーチャル画像を表示するのに適合する。光ジ
ェネレータは、第１プレートの表面に沿った複数の位置
の各々において第１透明プレート内に光ビームを選択的
に注ぐ。光ビームは、光ビームが全内面反射(total int
ernal reflection) を伴って第１プレートを通じて伝わ
る方法で、第１プレート内に注がれる。屈折率モジュレ
ータは第１プレートに隣接して配置される。屈折率モジ
ュレータは、光が第１プレートを通じて伝わる方向にお
互いに空間をおいて配置された領域の各々に複数の調整
要素を有する。各調整要素は、各制御信号に応答して第
１屈折率状態または第２屈折率状態に選択的に制御可能
である。第１屈折率状態では、調整要素は、調整要素の
領域内の第１プレートにおいて光が内面反射され続ける
ような、第１プレートの屈折率とは十分異なる屈折率を
有する。第２屈折率状態では、調整要素は、光ビームの
大部分が調整要素の領域において第１プレートから出て
行くような、第１プレートの屈折率に十分類似する屈折
率を有する。屈折率モジュレータに隣接して配置された
光学要素は、調整要素の領域において第１プレートを出
て行く光の第１方向における発散角を制御する。光ジェ
ネレータを、第１プレートの表面に沿って空間をおいて
配置した順次点灯する複数の光源、または第１プレート
の表面に沿って走査される光ビームとすることができ
る。多色光ジェネレータを用いることにより、または光
が屈折率モジュレータを出て行くときに通過する色選択
調整要素を配置することにより、カラー画像を生成する
ことができる。屈折率モジュレータは液晶の層であるこ
とが好ましく、液晶層の屈折率を制御する調整要素は、
液晶層の両側上の電極である。表示装置は、複数のビデ
オ・ラインの各々の中のビデオ画像の強さに対応するビ
デオ信号を受け取るビデオ制御回路により駆動される。
ビデオ制御回路は、各ラインに対するビデオ信号の大き
さに従って各光ビームの強さを制御する。ビデオ制御回
路は制御信号も生成し、ビデオ信号の対応するラインに
応答して各調整要素を高屈折率状態に順次切り替える。
フレームをかけた人のそれぞれの目の前に各画像ディス
プレイ装置を配置するように適合されたフレーム内に１
組の表示装置を取り付け、立体画像を表示することがで
きる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に本発明の好ましい実施形態
が１つの表示スクリーン１０として示されている。以下
で説明するように、立体表示のため、スクリーンをそれ
ぞれの目の前に配置できることを理解されたい。表示ス
クリーン１０は、その一部が図１に示されており、フリ
ント・ガラスまたは鉛含有量の高いガラスのような高屈
折率の透明な素材からなるベース・プレート１２を含
む。本発明の好ましい実施形態においては、ベース・プ
レート１２は１．６８の屈折率および２ｍｍの厚さを有
するが、異なる屈折率または寸法のベース・プレートを
用いることもできる。図１に示すベース・プレート１２
は平坦であるが、以下で説明するように、ベース・プレ
ートは平坦である必要はない。

【０００８】ベース・プレート１２は前面１６と後面１
８を有し、前面１６は、画像を適合させ、表示する位置
の方を向いた面である。ベース・プレート１２の１つの
縁に沿って、細長い光ジェネレータ２０が取り付けられ
ている。光は、光ジェネレータ２０の長さ方向に間隔を
おいて配置された複数の領域の各々から選択的に発せら
れる。ここで、各領域は点光源に近い。光ジェネレータ
２０は、適切な間隔、例えば５０ミクロンの間隔で配置
された直線配列のレーザ・ダイオード２２により構成す
ることが好ましい。しかしながら、レーザ・ダイオード
２２を別の間隔で配置してもよく、また、光ジェネレー
タ２０を別の方法、例えば発光ダイオード（“ＬＥ
Ｄ”）の配列により実現してもよい。ＬＥＤはレーザ・
ダイオード２２よりも幅の広い発光ピークを有し、レー
ザ・ダイオード２２ほど空間的コヒーレンスが高くな
い。その結果、ＬＥＤを光ジェネレータ２０として用い
た表示スクリーン１０を用いて表示される画像は、レー
ザ・ダイオード２２を光ジェネレータ２０として用いた
場合に比べて、シャープさに欠けることがある。

【０００９】空間的関係の定義を明確にするため、図１
にデカルト座標システム２４を示す。図１において、ベ
ース・プレート１２の前面１６はｘ軸とｙ軸により定義
される平面に平行であり、その厚さはｚ軸に沿って広が
っている。光ジェネレータはｘ軸に沿って広がってい
る。

【００１０】光ジェネレータ２０とベース・プレート１
２の下部の縁との間には、回折要素２６が配置されてい
る。回折要素２６は、一般的な手段によりホログラフィ
カルに形成できる。回折要素２６を組み立てるのは、光
ジェネレータ２０から発せられる光が、十分な角度で回
折され、前面１６および後面１８において形成される空
気／ガラス境界面による全内面反射を伴ってベース・プ
レート１２を通じて伝わるようにするためである。本発
明の好ましい実施形態において、光はｚ軸に対して７２
度の角度で回折される。該角度は、ガラスと空気との間
の境界面についての全内面反射の臨界角よりも大きい。
しかしながら、全内面反射を生ずるのに十分である限
り、別の回折角を用いてもよい。また、プリズム（図示
せず）またはレンズ（図示せず）を含む別のデバイスを
回折要素の代わりに用いることもできる。さらに、光ジ
ェネレータ２０および回折要素２６をベース・プレート
１２の縁とは別の位置に配置することもできる。回折要
素２６が光をベース・プレート１２内に所望の角度で注
ぐことができ、かつ、屈折率モジュレータが得られる内
面反射ビーム角(internally reflected beam angles)に
適合する限り、例えば光ジェネレータ２０および回折要
素２６を、カバー・プレート１２の前面１６または後面
１８上の１つの縁に隣接して配置することができる。

【００１１】屈折率モジュレータ３０、例えば一般的な
全内面反射（“ＴＩＲ”）モジュレータはプレートの前
面１６をカバーする。本発明の好ましい実施形態におい
て、インデックス・モジュレータ３０は、ベース・プレ
ート１２と後面４２および前面４４を有するカバー・プ
レート４０との間に配置された液晶３４の層である。単
一の導電性電極５０をベース・プレート１２の前面１６
上に形成する一方、透明で水平方向に細長い複数のスト
リップ電極５２をカバー・プレート４０の後面４２上に
形成する。ストリップ電極５２はそれぞれｘ軸に沿って
広がり、ｙ軸に沿ってお互いに間隔をおいて配置されて
いる。電極５０、５２の配置を逆にして、ストリップ電
極５２をベース・プレート１２の前面１６上に形成し、
単一の導電性電極５０をカバー・プレート４０の後面４
２上に形成することもできる。電極５０、５２は、薄
い、すなわち１ミクロン以下のオーダーの、インジウム
酸化スズ(indium tin oxide)（“ＩＴＯ”）の層により
形成することができる。ＩＴＯは導電性を有し、透明で
ある。本発明の好ましい実施形態において、ストリップ
電極５０は、それぞれ幅が約４５ミクロンで厚さが約１
００ナノメータであり、お互いに約５ミクロンの間隔で
分離されている。液晶３４は強誘電性液晶であることが
好ましい。なぜなら、以下で説明するタイプの調整に速
やかに反応するからである。しかしながら、少数の例を
挙げれば、ネマチック液晶、電子光学メディア(electro
-optic media) 、マルチプル量子井戸メディア(multipl
e quantum well media) 、電子トラッピング素材(elect
ron trapping materials) 、光屈折率材料を含む別の素
材を用いることもできる。一般に、高い状態と低い状態
との間でスイッチできる屈折率を有するいかなる媒体
も、液晶３４の代わりに屈折率モジュレータ３０として
用いることができる。

【００１２】高分子材料からなるオリエンテーション層
５８は、適切な手段、例えばスピン・コーティング、デ
ィッピング、メニスカス・コーティングまたは蒸発によ
り、電極５０上に適用される。好ましい実施形態におい
て、オリエンテーション層５８は５００ナノメータの厚
さを有するものとすることができるが、より薄いまたは
より厚い層を用いることもできる。そして、オリエンテ
ーション層５８の分子は、適切な手段、例えばフェルト
でカバーされたローラ(felt-covered roller)図示せ
ず）でみがくことにより、あらかじめ決められた方向に
方向づけられる。分子はｙ軸からの適切な方向、例えば
ｘ−ｙ平面においてｙ軸から２２度の方向に方向づけら
れる。液晶３４をオリエンテーション層５８に接触させ
ると、液晶３４はオリエンテーション層５８の分子の方
向に並ぶ。液晶３４は、オリエンテーション層５８の分
子により並べられると、異方性の屈折率を有する。

【００１３】表示スクリーン１０の好ましい実施形態で
は、オリエンテーション層５８として２２度で方向づけ
られた分子を有する高分子材料の層を用いるが、別の方
向づけの角度を用いることもできることを理解された
い。いかなる場合にも、みがく角度は、ベース・プレー
ト１２内を伝わる光の偏光について測定される屈折率の
差異を最大化するために用いられる特定の液晶について
最適化されるべきである。別の手法を用いて液晶３４を
方向づけしてもよい。例えば、ストリップ電極５２また
は高屈折率コーティング６８の表面を適切な角度でみが
くことができる。ポリマー・コーティング（図示せず）
の分子を、所望の方向づけの角度で偏光させられた紫外
光に露光することにより方向づけすることもできる。代
わりに、ストリップ電極５２の表面を有機分子の単一層
でコートし、その後有機分子を偏光させられた紫外光を
用いて有機分子とクロスリンクさせることもできる。

【００１４】ある極性の電圧をストリップ電極５２の１
つと単一電極５０との間にかけると、通電されたストリ
ップ電極５２に隣接する液晶３４の分子は、電界の極性
に依存して、２つの異なる並びのうちの１つをとる。分
子がある極性の電界に応答して第１の並びをとると、液
晶３４は、一定の方向に進行する特定の偏光状態の光に
対して比較的高い屈折率を有する。分子が逆の極性の電
界に応答して第２の並びをとると、液晶３４は、同じ一
定の方向に進行する光に対して比較的低い屈折率を有す
る。液晶３４の屈折率が比較的低い場合には、ベース・
プレート１２を通じて伝わる光は、ベース・プレート１
２の前面１６と液晶３４との間の境界面により反射され
る。しかしながら、液晶３４の屈折率が十分高い場合に
は、ベース・プレート１２内を伝わる光は、もはやプレ
ート／液晶境界面により反射されない。その代わり、光
はベース・プレート１２から出て行き、通電されたスト
リップ電極５２を通じて液晶３４に入り込む。本発明の
好ましい実施形態において、液晶３４の屈折率は１．５
５と１．６４との間で切り替えられるが、該屈折率は屈
折率モジュレータ３０を反射状態から透過状態に切り替
えるのに十分である。電極５０と各ストリップ電極５２
との間の電界は、電極５０を接地し、各ストリップ電極
５２に正または負の電圧をかけて生成することが好まし
い。しかしながら、ストリップ電極５２の１つを選択的
に接地し、単一電極５０を駆動してもよいし、また、単
一電極５０とストリップ電極５２の１つとの双方を適切
な電圧で同時に駆動してもよい。

【００１５】カバー・プレート４０は高屈折率を有する
ことが好ましく、高屈折率のガラスにより製造すること
が好ましい。カバー・プレート４０の屈折率は液晶３４
の屈折率に比べて十分高くして、液晶３４からの光が液
晶／カバー・プレート境界面により反射されるより、む
しろカバー・プレート４０を通じて伝わるようにすべき
である。光がカバー・プレート４０の後面４２により反
射されることを防ぐのをさらに助けるために、またはカ
バー・プレート４０を比較的低い屈折率を有する普通の
ソーダ・ライム・ガラスから製造することができるよう
に、ホログラフィー光学要素６０をカバー・プレート４
０の後面４２上のストリップ電極５２の下に形成するこ
とができる。ホログラフィー光学要素６０は、一般的な
手段によりカバー・プレート４０の後面４２をエッチン
グすることにより形成することが好ましい。上述したよ
うに、光はベース・プレート１２から液晶３４にある角
度、例えば７２度で入る。ホログラフィー光学要素６０
は、光をｚ軸に近い方向に、すなわちｚ軸に対して小さ
い角度で回折して、光がカバー・プレート４０の前面４
４により反射されないようにする。ホログラフィー光学
要素６０の回折角は、以下で詳細に説明する表示スクリ
ーン１０上に見ることのできるバーチャル画像の位置も
制御する。別のホログラフィー光学要素６４を、以下で
説明する理由のため、カバー・プレート４０の前面４４
上に形成することができる。ホログラフィー光学要素６
０、６４は、当該分野に熟練した者によく知られている
適切な方法により形成することができる。

【００１６】高屈折率コーティング６８を、ホログラフ
ィー光学要素６０とストリップ電極５２との間のカバー
・プレート４０の後面４２上に形成することも好まし
い。コーティング６４は光を液晶３４からカバー・プレ
ート４０に結合するのを助ける。

【００１７】表示スクリーン１０の好ましい実施形態に
おける屈折率モジュレータ３０は長方形のストリップ電
極５２を用いて、配置された領域の液晶３４の屈折率を
制御するが、ドット、曲がったデザイン、英数字キャラ
クタを含む長方形以外のパターンを用いることができ、
また、別の構成を用いることもできる。

【００１８】動作中において、各レーザ・ダイオード２
２は光ジェネレータ２０に沿って順次通電され、本質的
にはベース・プレート１２の縁に沿って走査する点光源
により、ベース・プレート１２を照らす。しかしなが
ら、レーザ・ダイオード２２を別の順序、例えばインタ
ーリービング・パターン(interleaving pattern)で点灯
させてもよいことを理解されたい。また、一度に２つ以
上のレーザ・ダイオード２２を点灯させることもでき
る。実際のところ、各レーザ・ダイオードは、画像の水
平方向の各ピクセル列の１つのピクセルに対応するの
で、すべてのレーザ・ダイオードを同時に点灯させても
よい。以下で詳しく説明するように、レーザ・ダイオー
ド２２による光の強さは、表示スクリーン１０を用いて
表示される画像のピクセルの強さに対応するように調整
される。

【００１９】図２に示すように、１以上のレーザ・ダイ
オード２２から光が発せられている場合には、光はベー
ス・プレート１２を通じてあらかじめ決められた角度、
例えば７２度で伝わる。光は全内面反射を受けるので、
光がベース・プレート１２を通じてｙ軸方向に伝わる際
に、光はベース・プレートの面１６、１８により前後に
反射される。

【００２０】図３に示すように、光がベース・プレート
１２を通じてｙ軸方向に伝わる際に、光はベース・プレ
ート１２の幅に沿ってｘ軸方向に広がる。光が光ジェネ
レータ２０から十分な距離だけ伝わった後、ベース・プ
レートの幅全体が、どのレーザ・ダイオード２２が光を
生成したかにかかわらず照らされる。しかしながら、表
示スクリーンに表示される光源の水平方向の位置、すな
わち通電されているレーザ・ダイオード２２は、どのレ
ーザ・ダイオード２２が点灯しているかに依存して変化
する。基本的には、以下でさらに詳しく説明するよう
に、画像中の点灯しているピクセルの水平方向の位置
は、点灯しているレーザ・ダイオード２２の水平方向の
位置に対応する。好ましい実施形態において、光ビーム
は発散するので、画像ピクセルの水平方向の位置は、レ
ーザ・ダイオードの位置および通電されている電極の垂
直方向の位置の双方に依存する。

【００２１】図２に戻ると、光は、通電されているスト
リップ電極５２に到達するまで、ベース・プレート１２
を通じて伝わる。通電されているストリップ電極５２
は、液晶３４の屈折率を増大する極性を有する電界を液
晶３４内に生成する。（明確化のため、図２には通電さ
れているストリップ電極のみを示す）。その結果、およ
びホログラフィー光学要素６０の存在のため、光は液晶
３４および通電されているストリップ電極５２を通じて
カバー・プレート４０内に伝わる。カバー・プレート４
０内に伝わる光は、カバー・プレート４０の前面４４を
通り抜けるが、以下でさらに詳しく説明するように、前
面４４のところでホログラフィー光学要素６４により回
折される。

【００２２】すべてのレーザ・ダイオード２２が同時に
点灯したとすると、光の水平方向のストリップは、通電
されているストリップ電極５２に対応する位置において
カバー・プレート４０を通して見ることができるであろ
う。しかしながら、１つのレーザ・ダイオード２２のみ
を点灯したとすると、通電されているストリップ電極５
２を通して表示される点灯しているレーザ・ダイオード
２２によるバーチャル画像は、レーザ・ダイオード２２
の水平方向の位置に対応する水平方向の位置を有する光
の一点である。各レーザ・ダイオード２２を順次点灯さ
せることにより、通電されているストリップ電極５２を
通して表示される光のスポットは、ｘ軸に沿ってカバー
・プレート４０の前面４４を横切って水平方向に走査さ
れる。カソード・レイ・チューブのラスター走査と類似
した方法で、レーザ・ダイオード２２により発せられる
光の強さを調整し、水平方向に走査される光のスポット
の強さを制御して、画像のピクセルのラインを形成する
ことができる。各ストリップ電極５２を順次通電するこ
とにより連続したラインを走査することができるが、ス
トリップ電極５２を別の方法、例えばインターリービン
グ・パターンにより通電することもできる。しかしなが
ら、１つ以上のレーザ・ダイオードが点灯しているとき
はいつでも、通常一度に通電されるストリップ電極５２
は１つのみである。

【００２３】点灯しているレーザ・ダイオード２２によ
る外見上の光源、すなわちレーザ・ダイオード２２によ
るバーチャル画像７０は、図４に示す位置である。表示
スクリーン１０の後ろのバーチャル画像７０の距離は、
光がレーザ・ダイオード２２から進行した距離の合計、
すなわち光のベース・プレート１２の前面１６および後
面１８による前後へのはね返り、およびカバー・プレー
ト４０から発せられる光の発散角に対応する。点灯して
いるレーザ・ダイオード２２によるバーチャル画像７０
の水平方向の位置は、点灯しているレーザ・ダイオード
２２の水平方向の位置に対応する。しかしながら、ベー
ス・プレート１２を通じて伝わる際に、点灯しているレ
ーザ・ダイオード２２からの光は発散する、すなわち幅
がより広くなるので、カバー・プレート４０から発せら
れる光は水平方向に発散し、バーチャル画像７０は水平
方向のある範囲の位置から見ることができる。見る者の
目７６が左右に動いた、例えば位置７６から位置７６′
に動いたとしても、ディスプレイに対するバーチャル画
像７０の水平方向の位置は変わらない。通常使用してい
る間がそうであるように、表示装置に対する目７６また
は７６′の位置が不動である限り、目に対するバーチャ
ル画像７０の水平方向の位置は不動である。したがっ
て、目７６または７６′が不動である場合、特定の水平
線におけるバーチャル画像点７０の水平方向の位置は、
点灯しているレーザ・ダイオード２２の水平方向の位置
によってのみ変化する。

【００２４】点灯しているレーザ・ダイオード２２によ
るバーチャル画像７０の垂直方向の位置は、光がカバー
・プレート４０から発せられる角度に対応する。しかし
ながら、ホログラフィー光学要素６０、６４がないとき
には、カバー・プレート４０から発せられる光は十分に
発散せず、バーチャル画像７０は基本的には垂直方向の
１つの位置からしか見ることができない。目７６が図４
に示すような位置にある場合、バーチャル画像７０は見
ることが可能であり、７０の位置に現れる。しかしなが
ら、目が７６′の位置にある場合、バーチャル画像７０
は見えない。さらに、別のストリップ電極５２′が通電
された場合、目が７６の位置にあっても、バーチャル画
像７０は見えない。目７６が、バーチャル画像７０およ
び通電されているストリップ電極５２′を貫いて広がる
平面中にある場合にのみ、バーチャル画像７０を見るこ
とができる。

【００２５】表示スクリーン１０を用いて画像を見るた
めには、選択的に通電されるレーザ・ダイオード２２に
よるバーチャル画像は見ることができるものでなければ
ならない。なぜなら、すべてのストリップ電極は選択的
に通電されるからである。目を正しい垂直方向の位置に
配置してバーチャル画像７０を見るために、各ストリッ
プ電極５２を通電するので、見る者は頭を動かすことが
できない。この理由のため、ホログラフィー光学要素６
４、および任意のホログラフィー光学要素６０は、図５
に示すように、カバー・プレート４０から発せられる光
を垂直発散角８０の全範囲に回折するように設計され
る。目の位置が発散角８０内にある限り、バーチャル画
像７０を見ることができる。見る者の目が上下に動く
と、バーチャル画像７０の垂直方向の位置は変化する。
したがって、目７６が７６′と７６′′との間で動いた
場合、バーチャル画像７０はそれぞれ７０′と７０′′
との間で動く。しかしながら、通常使用している間がそ
うであるように、表示装置に対する目７６の位置が不動
である限り、バーチャル画像７０の垂直方向の位置は不
動である。したがって、目７６が不動である場合、バー
チャル画像７０の垂直方向の位置は、通電されるストリ
ップ電極５２の垂直方向の位置によってのみ変化する。

【００２６】好ましい実施形態において、ホログラフィ
ー光学要素６４は、ストリップ電極５２の領域内のカバ
ー・プレート４０を通して発せられる光が、表示スクリ
ーン１０の１０フィート後ろの地点から発散するように
見えるように構成される。しかしながら、別の発散角お
よびバーチャル画像距離を用いてもよい。したがって、
レーザ・ダイオード２２は異なる強さで順次点灯する一
方、１つのストリップ電極５２は図６に示すように通電
される。バーチャル画像ライン９０は、表示スクリーン
１０の１０フィート後ろに生成される。図６にさらに示
すように、各ストリップ電極５２を順次通電して、レー
ザ・ダイオード２２を順次点灯させると、バーチャル画
像スクリーン９４は表示スクリーン１０の１０フィート
後ろに生成される。レーザ・ダイオード２２から発せら
れる光の強さが適切に調整される限り、ビデオ信号に対
応する画像はバーチャル画像スクリーン９４上に生成さ
れる。

【００２７】実際には、しかしながら、装置の場の深さ
がとても大きいため、片目を通して見えるバーチャル画
像は、数フィートから無限大までの不確定な距離に現れ
る。実際に現れる深さは、両目に提供される異なる画像
から得られる立体的手がかりにほとんどすべて依存す
る。

【００２８】光ジェネレータ２０で用いるレーザ・ダイ
オード２２を単一色としてモノクローム画像を生成して
もよい。しかしながら、異なる色、例えば赤色、緑色お
よび青色を有するレーザ・ダイオード２２を用いてカラ
ー画像を生成してもよい。カラー画像は別の手段、例え
ば白色光、または少なくとも赤色、青色および緑色光を
含む光を発する光ジェネレータ２０を用いて生成ことも
できる。図７を参照すると、各ストリップ電極５２は３
つのサブ電極９８ａ、ｂ、ｃに分けることができる。サ
ブ電極９８ａ、ｂ、ｃはそれぞれカバー・プレートが赤
色、青色または緑色光を発するようにする。（明確化の
ため、図７には１つのストリップ電極のみを示す）。各
サブ電極９８ａ、ｂ、ｃの領域内のカバー・プレート４
０により発せられる色を、ホログラフィー光学要素６４
の特性により制御してもよいし、また、各サブ電極９８
ａ、ｂ、ｃ上に異なるカラー・フィルターを配置するこ
とにより制御してもよい。光ジェネレータ２０を各サブ
電極について別々に調整して、バーチャル画像９４の各
ピクセルの赤色、青色および緑色の相対的なコンセント
レーション(concentrations)を変化させる。

【００２９】図８を参照すると、表示システム１００に
は、表示スクリーン１０、および表示スクリーン１０に
適切な手段により、例えばケーブル１０６を通して結合
された電子システム１０４が含まれる。電子システム１
０４にはビデオ信号ジェネレータ１１０が含まれる。ビ
デオ信号ジェネレータ１１０は、例えばテレビ受信機、
ビデオ・レコーダ、コンピュータまたはそれに類するも
のとすることができる。ビデオ・ジェネレータ１１０は
ライン１１２上にビデオ信号、例えば一般的なＮＴＳＣ
ビデオ信号を供給する。ライン１１２上のビデオ信号
は、レーザ・ダイオード２２およびストリップ電極５２
に結合された処理ユニット１１６に適用される。処理ユ
ニット１１６の設計は当該分野に熟練した者の能力の範
囲内で十分可能であり、したがって簡潔のため詳細な説
明は省略する。例えば、ＮＴＳＣビデオ信号を、クロッ
ク１２２により駆動される一般的なサンプル・アンド・
ホールド（“Ｓ／Ｈ”）回路１２０により順次サンプリ
ングし、各サンプルを用いて各レーザ・ダイオード２２
ａ−ｍの強さを調整することができる。ライン・カウン
タ１２４もビデオ信号を受け取る。ライン・カウンタ１
２４は各ビデオ・フレームの始まりにおいてリセットさ
れ、ＮＴＳＣビデオ信号中の水平帰線パルスにより増加
させられる。ライン・カウンタ１２４のカウントに対応
するデジタル信号が、複数の出力を有し、各出力がスト
リップ電極５２ａ−ｎに結合されたデコーダ１２６に適
用される。デコーダ１２６は、デジタル信号のカウント
値に対応するデコーダ１２６の出力の１つにストリップ
電極信号を生成する。ライン・カウンタ１２４からのデ
ジタル信号値が各水平帰線パルスにより順次増加させら
れると、ストリップ電極５２は順次通電される。各スト
リップ電極５２が通電されている期間中、各レーザ・ダ
イオード２２は、Ｓ／Ｈ回路１２０からの該レーザ・ダ
イオード２２の各サンプル値に対応する強さで通電さ
れ、対応するラスター・ラインを生成する。カラー画像
を表示する場合、別々の赤色、青色および緑色調整信号
をビデオ信号から一般的な手段により取得して、それぞ
れ赤色、青色および緑色レーザ・ダイオード２２を駆動
するのに用いることができる。

【００３０】レーザ・ダイオード２２およびストリップ
電極５２をアドレスするレートは、表示スクリーン１０
内に存在するレーザ・ダイオード２２およびストリップ
電極５２の数、ならびにスクリーンのちらつきを許容し
得るレベルに維持するのに必要な画像リフレッシュ・レ
ートに当然依存する。レーザ・ダイオード２２およびス
トリップ電極５２をアドレスするレートは、バーチャル
画像が１秒当たり２４回以上リフレッシュされるよう
に、十分速くすべきである。３色のレーザ・ダイオード
２２により形成される８００×６００解像度のフル・カ
ラー画像については、８００のストリップ電極５２を１
／３０秒ごとに、つまり１／（２４，０００）、すなわ
ち１／（３０＊８００）のレートで通電することが必要
である。これは各ストリップ電極５２について約４２マ
イクロ秒のレートである。このスピードは、十分に強誘
電性液晶のスイッチング・スピードの範囲内である。こ
れらの４２マイクロ秒の各々の間、１８００のレーザ・
ダイオード、すなわち６００＊３色を調整する必要があ
る。これはレーザ・ダイオード２２当たり約２３ナノ秒
のレートを必要とするが、各ピクセルを形成するのに用
いられる３つのレーザ・ダイオードのすべてを同時に通
電する場合には、レーザ・ダイオード２２当たり約７０
ナノ秒を必要とするにすぎない。レーザ・ダイオード２
２により発せられる光の強さを適切な手段、例えばレー
ザ・ダイオード２２にかける駆動電圧の大きさまたはデ
ューティ・サイクルを制御することにより制御すること
ができる。

【００３１】各ストリップ電極５２を通電する間であっ
て、次のストリップ電極５２を通電する前に、電子シス
テム１０４は光ジェネレータ２０内の各レーザ・ダイオ
ード２２を駆動することが望ましいが、電子システム１
０４に対する別の動作モードも可能である。例えば、上
述したように、レーザ・ダイオード２２の点灯およびス
トリップ電極５２の通電をインターリーブする、すなわ
ちすべての偶数ダイオード２２および／または電極５２
を順次選択し、その後すべての奇数ダイオード２２およ
び／または電極５２を順次選択することができる。光ジ
ェネレータ２０内の１つのレーザ・ダイオード２２を駆
動する間であって、次のレーザ・ダイオード２２を駆動
する前に、電子システム１０４は各ストリップ電極５２
を通電することができるが、この手法ではＮＴＳＣビデ
オ信号から、レーザ・ダイオード２２に適用される信号
を取り出すことが困難になる。

【００３２】図８に示すように、電子システム１０４を
表示スクリーン１０にケーブル１０６を通して結合する
こともできるが、図９に示すように、電子システム１０
４を、カバー・プレート４０に直接接合された集積回路
チップ１２０として実現することが望ましい。この構成
により、大きくて重いコネクタおよびマルチコンダクタ
・ケーブル(multiconductor cables) ならびにそれらに
付随する信頼性の問題が排除される。ビデオ信号は、集
積回路チップ１３０に適切な手段、例えば同軸ケーブル
１３２、光ファイバ、ラジオ(radio) またはインフラ・
レッド(infra-red) 結合デバイスにより結合される。

【００３３】図１０に示すように、１組の表示スクリー
ン１０は、バーチャル・リアリティ表示システム１４０
で使用するのによく適合する。表示スクリーン１４０に
は、１組の表示スクリーン１０ａ、ｂを有するバーチャ
ル・リアリティ表示システム１４２が含まれる。１組の
表示スクリーン１０ａ、ｂは適切なフレーム１４４内に
取り付けられ、上述の結合デバイスを含む適切な手段１
４６により電子システム１０４に結合されている。当該
分野でよく知られているように、異なるビデオ信号を表
示スクリーン１０ａおよび１０ｂに適用して、見る者
が、一体となって３次元または立体画像を生成する異な
る画像を見るようにする。バーチャル・リアリティ表示
装置１４２は一般的なセンサ１４８をも含むことが好ま
しい。センサ１４８は表示装置１４０の位置および方向
を示す信号を生成する。この信号を、電子システム１０
４に適切な手段１５０により、好ましくはビデオ信号を
表示スクリーン１０に結合する方法と類似した方法で結
合する。電子システム１０４に結合されたコンピュータ
１５６（または電子システム１０４の一部）は、ビデオ
信号を調整して、立体画像がバーチャル・リアリティ表
示システム１４２の位置および方向に対応するようにす
る。立体ビデオ信号を生成できるコンピュータおよびソ
フトウェアは一般的であり、それらを表示システム１４
０に用いることができる。

【００３４】図１〜図１０に示す表示スクリーン１０で
は、平坦なベース・プレート１２およびカバー・プレー
ト４０を用いている。しかしながら、図１１に示すよう
に、表示スクリーン１６０は、平坦ではなく曲がったベ
ース・プレート１６２およびカバー・プレート１６４を
用いることができる。重要なことは、光ジェネレータ１
６６からの光を参照波(reference beam)として用いて、
カバー・プレート１６４上にホログラフィー光学要素１
６８を形成する場合、ベース・プレート１６２内のディ
ストーション(distortions) またはノンユニフォーミテ
ィ(nonuniformities) は自動的に補正されることであ
る。したがって、曲がった表示スクリーン１６０は、ベ
ース・プレート１６２が歪曲していたとしても、実質的
なディストーションなしに画像を表示することができ
る。

【００３５】ホログラフィー光学要素１６８を形成する
方法は、図１１にも示されている。光ジェネレータ１６
２からの光は参照波１７０としてふるまい、光ジェネレ
ータ１６２からの光とコヒーレントな光を発する光源か
らの物体波(object beam) １７２と干渉する。カバー・
プレート１６４上のフォトグラフィック・レコーディン
グ・メディア１７４は、参照波１７０と物体波１７２と
の干渉を記録し、記録された干渉をホログラフィー光学
要素１６８として用いる。ホログラフィー光学要素１６
８として用いられる記録された干渉パターンには、カバ
ー・プレート１６４の湾曲により引き起こされるディス
トーションを含む、カバー・プレート１６４内のディス
トーションが含まれる。光ジェネレータ１６２からの光
により、ホログラフィー光学要素１６８を順次点灯させ
ると、光ジェネレータ１６２のバーチャル画像は最小限
のディストーションで復元される。

【００３６】屈折率モジュレータは、液晶分子の電界に
よる並びの効果以外の現象を用いることができる。実際
のところ、屈折率に影響を与えるいかなる現象、例えば
電気泳動、フォトリフラクティブ効果、温度制御屈折率
(temperature-controlled refractive index) 、ケミカ
ル・チェンジ、圧縮も用いることができる。好ましい実
施形態においては液晶を用いているが、これは液晶モジ
ュレータが商業的開発において高いレベルに達している
からである。しかしながら、偏光とは無関係の効果を用
いれば、表示角度の幅がより広いディスプレイを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく表示スクリーンの一部の好まし
い実施形態の等角図である。

【図２】図１の線２−２に沿って切断した図１の表示ス
クリーンの断面図である。

【図３】図１の表示スクリーンの正面図である。

【図４】光ジェネレータにより生成された点光源のバー
チャル画像の位置、および見る者の目が水平方向に動い
たときのバーチャル画像の動く様子の双方を示す、図１
の表示スクリーンの等角図である。

【図５】表示スクリーンから発せられる光の垂直方向の
発散、および見る者の目が垂直方向に動いたときのバー
チャル画像の動く様子を示す、図４の線５−５に沿って
切断した図４の表示スクリーンの断面図である。

【図６】表示スクリーンにより生成されるバーチャル画
像のラインおよび全バーチャル画像の位置を示す、図１
の表示スクリーンの等角図である。

【図７】表示スクリーンがカラー画像を生成することを
可能にする別の手法を示す、図１の表示スクリーンの等
角図である。

【図８】図１の表示スクリーン、および信号を表示スク
リーンに供給する電子システムを含む表示システムのブ
ロック図である。

【図９】表示スクリーンに取り付けられた集積回路とし
て実現された図８の電子システムを示す、図１の表示ス
クリーンの等角図である。

【図１０】１組の図１の表示スクリーンを用いたバーチ
ャル・リアリティ表示システムを示す等角図およびブロ
ック図である。

【図１１】表示スクリーンが曲がっている、本発明に基
づく表示スクリーンの別の実施形態の等角図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ、１０ｂ表示スクリーン１２ベース・プレート１６前面１８後面２０光ジェネレータ２２、２２ａ、２２ｍレーザ・ダイオード２４デカルト座標２６回折要素３０屈折率モジュレータ３４液晶４０カバー・プレート４２後面４４前面５０導電性電極５２、５２′、５２ａ、５２ｎストリップ電極５８オリエンテーション層６０ホログラフィー光学要素６４ホログラフィー光学要素６８高屈折率コーティング７０、７０′、７０″ バーチャル画像７６、７６′、７６″ 目８０発散角９０バーチャル画像ライン９４バーチャル画像スクリーン９８ａ、ｂ、ｃサブ電極１００表示システム１０４電子システム１０６ケーブル１１０ビデオ信号ジェネレータ１１２ライン１１６処理ユニット１２０サンプル・アンド・ホールド回路１２２クロック１２４ライン・カウンタ１２６デコーダ１３０集積回路チップ１３２同軸ケーブル１４０バーチャル・リアリティ表示システム１４２バーチャル・リアリティ表示装置１４４フレーム１４８センサ１５６コンピュータ１６０表示スクリーン１６２ベース・プレート１６４カバー・プレート１６６光ジェネレータ１６８ホログラフィー光学要素１７０参照波１７２物体波１７４フォトグラフィック・レコーディング・メディ
ア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０９Ｇ 3/20 ６６０Ｇ０９Ｇ 3/20 ６６０Ｘ６８０６８０ＡＨ０４Ｎ 5/66 １０２Ｈ０４Ｎ 5/66 １０２Ａ 9/30 9/30 (71)出願人 598061726 9713 ＷｅｓｔＳｕｎｓｅｔＨｉｇｈｗａｙＳｐｏｋａｎｅ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ 99224 ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ (72)発明者ピー．デイヴィッドデブリースアメリカ合衆国 99205 ワシントン州スポケインウエストジャクソン 823 (72)発明者ロジャーエフ．ウインクアメリカ合衆国 99209 ワシントン州スポケインピー．オー．ボックス 90340 (72)発明者デイヴィッドエイチ．フォスターアメリカ合衆国 99258 ワシントン州スポケインイースト 502 ブーンゴンザガユニバーシティジーユーエムエスシーナンバー 630

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像ディスプレイ装置において、透明な素材からなり、第１屈折率を有する第１プレート
と、前記第１プレートの表面に沿った複数の位置の各々から
前記第１プレート内に光ビームを選択的に注ぐ光ジェネ
レータであって、前記光が前記第１プレート内の全内面
反射を伴って前記第１プレートに沿って伝わる方法で前
記光ビームを前記第１プレート内に注ぐ光ジェネレータ
と、前記第１プレートに隣接して配置された屈折率モジュレ
ータであって、前記屈折率モジュレータは第１方向にお
互いに空間をおいて配置された領域の各々において複数
の調整要素を有し、前記調整要素の各々は各制御信号に
応答して第１屈折率状態または第２屈折率状態のいずれ
かに選択的に制御可能であり、前記第１屈折率状態で
は、前記調整要素は、前記調整要素の領域内の前記第１
プレートにおいて前記光ビームが内面反射され続けるよ
うな前記第１プレートの屈折率よりも十分低い屈折率を
有し、前記第２屈折率状態では、前記調整要素は、前記
調整要素の領域において前記光ビームが前記第１プレー
トから出て行くような前記第１プレートの屈折率よりも
十分高い屈折率を有する屈折率モジュレータと、前記屈折率モジュレータに隣接して配置された光学要素
であって、前記光学要素は前記調整要素の領域において
出て行く光の偏向角を制御する光学要素とを備えること
を特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項２】請求項１に記載の画像ディスプレイ装置
において、前記調整要素はお互いに隣接して配置された
複数のストリップを備え、前記調整要素の各々は長さ方
向の軸が前記第１方向にほぼ垂直であることを特徴とす
る画像ディスプレイ装置。
【請求項３】請求項２に記載の画像ディスプレイ装置
において、前記画像ディスプレイ装置はさらに、複数の
ビデオ・ラインの各々のビデオ画像の強さ調整に対応す
る大きさを有するビデオ信号を受け取るビデオ制御回路
を備え、前記ビデオ制御回路は、各ラインに対する前記
ビデオ信号の強さに応じて前記光ビームの各々の強さを
制御し、前記ビデオ制御回路はさらに、制御信号を生成
し、各調整要素を前記ビデオ信号の対応するラインに応
答して高屈折率状態に順次切り替えることを特徴とする
画像ディスプレイ装置。
【請求項４】請求項１に記載の画像ディスプレイ装置
において、前記光ジェネレータは前記第１プレートの表
面に沿って空間をおいて配置された複数の光源を備え、
前記光源の各々は光発生信号に応答して各光ビームを生
成することを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項５】請求項４に記載の画像ディスプレイ装置
は、さらに、前記光源に結合された制御回路を備え、前
記制御回路は前記光源の各々に前記光発生信号を適用す
ることにより、前記光ビームが前記第１プレートの表面
に沿ってスキャンするようにすることを特徴とする画像
ディスプレイ装置。
【請求項６】請求項１に記載の画像ディスプレイ装置
において、前記光ジェネレータは光ビームを生成する光
源、および前記光ビームを受け取るビーム操作装置を備
え、前記ビーム操作装置は光制御信号に応答して前記ビ
ームの伝達方向を制御して、前記光ビームが前記第１プ
レートの表面に沿ってスキャンするようにすることを特
徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項７】請求項１に記載の画像ディスプレイ装置
において、前記光ジェネレータは光エミッタの直線配列
を備えることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項８】請求項７に記載の画像ディスプレイ装置
において、前記光エミッタは、第１カラーの光を発する
光エミッタの第１組、第２カラーの光を発する光エミッ
タの第２組、および第３カラーの光を発する光エミッタ
の第３組を備え、前記各組の光エミッタは、お互いの中
に配置されて、３つの異なるカラーの光を、前記配列に
沿ってお互いに空間をおいて配置された複数の領域の各
々から発することができるようにすることを特徴とする
画像ディスプレイ装置。
【請求項９】請求項１に記載の画像ディスプレイ装置
において、前記光ジェネレータは少なくとも３つのカラ
ーを含む光を生成する光源を備え、前記調整要素の各々
は各色選択要素に隣接して配置された少なくとも３つの
サブ調整要素からなって、各調整要素に対する前記サブ
調整要素の各々の領域において前記屈折率モジュレータ
から発せられる光が異なる色選択要素を通り抜けるよう
にすることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項１０】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置において、前記光ジェネレータはレーザ・ダイオード
の直線配列を備えることを特徴とする画像ディスプレイ
装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の画像ディスプレイ
装置において、前記レーザ・ダイオードは複数のタイプ
のレーザ・ダイオードを備え、各タイプは各カラーを発
し、異なるタイプのレーザ・ダイオードはお互いの中に
配置されて、複数の異なるカラーの光を、前記配列に沿
ってお互いに空間をおいて配置された複数の領域の各々
から発することができるようにすることを特徴とする画
像ディスプレイ装置。
【請求項１２】請求項４に記載の画像ディスプレイ装
置において、前記光学要素は、前記調整要素の各々の領
域を出て行く光が前記第１プレートの後ろの位置にバー
チャル画像の光源を形成するように構成された回折光学
要素を備えることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項１３】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置において、前記光学要素はホログラフィー光学要素を
備えることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項１４】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置において、前記光学要素は、前記調整要素の各々の領
域を通り抜ける光を回折するホログラフィー光学要素を
備えることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項１５】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置は、さらに、前記屈折率モジュレータに隣接して配置
された第２光学的透明プレートを備え、前記屈折率モジ
ュレータは前記第１および第２プレートの間に配置され
ていることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項１６】請求項１５に記載の画像ディスプレイ
装置において、前記光学要素は前記第２プレートに取り
付けられていることを特徴とする画像ディスプレイ装
置。
【請求項１７】請求項１５に記載の画像ディスプレイ
装置は、さらに、前記屈折率モジュレータと前記第２プ
レートとの間に配置されて、光を前記屈折率モジュレー
タを通して前記第２プレートに結合するのを容易にする
中間屈折率素材の層を備えることを特徴とする画像ディ
スプレイ装置。
【請求項１８】請求項１５に記載の画像ディスプレイ
装置において、前記光学要素は、前記屈折率モジュレー
タを、前記第１方向において前記第２プレートの方に広
がる成分を有する角度で通り抜ける光を回折して、前記
第２プレートへの通常入射に関する角度を増大すること
により、高屈折率を有する調整要素から前記第２プレー
トに光を結合するのを助けるために組み立てられること
を特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項１９】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置において、前記屈折率モジュレータは、電極の第１組
および第２組の間に配置された液晶の層であって、両面
上に前記電極の第１組および第２組を有する液晶の層を
備え、前記第１組および第２組それぞれの電極のうちの
少なくとも１つは、選択的に通電されて前記液晶の屈折
率を変化させることを特徴とする画像ディスプレイ装
置。
【請求項２０】請求項１９に記載の画像ディスプレイ
装置は、さらに、前記屈折率モジュレータに隣接して配
置された第２光学的透明プレートを備え、前記液晶の層
は前記第１および第２プレートの間に配置され、前記電
極の第１組は前記第１プレート上に位置づけられ、前記
電極の第２組は前記第２プレート上に位置づけられてい
ることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項２１】請求項１９に記載の画像ディスプレイ
装置において、前記電極の第２組は、前記液晶の層に面
した前記第２プレートの表面上に配置された導電性の実
質的に透明な素材からなる複数のストリップを備え、前
記導電性ストリップは前記第１方向に空間をおいて配置
されており、それぞれ前記第１方向に垂直な長さ方向の
軸を有することを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項２２】請求項１９に記載の画像ディスプレイ
装置において、前記電極の第１組は、前記液晶の層に面
した前記第１プレートの表面上に配置された導電性の実
質的に透明な素材からなる１つの層を備えることを特徴
とする画像ディスプレイ装置。
【請求項２３】請求項１９に記載の画像ディスプレイ
装置は、さらに、前記電極の組の少なくとも１つの上に
オリエンテーション層を備え、前記オリエンテーション
層の分子はあらかじめ決められた方向に方向づけされて
おり、前記液晶が前記オリエンテーション層に接触し、
前記オリエンテーション層の前記分子に関連して並ぶよ
うにすることを特徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項２４】請求項２３に記載の画像ディスプレイ
装置において、前記電極の第１組は、前記液晶の層に面
した前記第１プレートの表面上に配置された導電性の実
質的に透明な素材からなる１つの層を備え、前記オリエ
ンテーション層は、前記導電性の実質的に透明な素材か
らなる層の上に横たわることを特徴とする画像ディスプ
レイ装置。
【請求項２５】請求項２３に記載の画像ディスプレイ
装置において、前記オリエンテーション層は高分子材料
の層を備え、前記高分子材料の層の分子は前記あらかじ
め決められた方向に並んでいることを特徴とする画像デ
ィスプレイ装置。
【請求項２６】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置において、前記第１プレートは平坦であることを特徴
とする画像ディスプレイ装置。
【請求項２７】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置において、前記第１プレートは曲がっていることを特
徴とする画像ディスプレイ装置。
【請求項２８】請求項１に記載の画像ディスプレイ装
置において、１組の前記画像ディスプレイ装置は、フレ
ームをかけた人のそれぞれの目の前に前記画像ディスプ
レイ装置の各々を配置するように適合された前記フレー
ム内に取り付けられていることを特徴とする画像ディス
プレイ装置。
【請求項２９】画像ディスプレイ・システムにおい
て、透明な素材からなり、第１屈折率を有する第１プレート
と、前記第１プレートの表面に沿った複数の位置の各々から
前記第１プレート内に光ビームを選択的に注ぐ光ジェネ
レータであって、前記光が前記第１プレート内の全内面
反射を伴って前記第１プレートに沿って伝わる方法で前
記光ビームを前記第１プレート内に注ぐ光ジェネレータ
と、前記第１プレートに隣接して配置された屈折率モジュレ
ータであって、前記屈折率モジュレータは第１方向にお
互いに空間をおいて配置された領域の各々において複数
の調整要素を有し、前記調整要素の各々は各制御信号に
応答して第１屈折率状態または第２屈折率状態のいずれ
かに選択的に制御可能であり、前記第１屈折率状態で
は、前記調整要素は、前記調整要素の領域内の前記第１
プレートにおいて前記光ビームが内面反射され続けるよ
うな前記第１プレートの屈折率よりも十分低い屈折率を
有し、前記第２屈折率状態では、前記調整要素は、前記
調整要素の領域において前記光ビームが前記第１プレー
トから出て行くことを可能にするくらい十分高い屈折率
を有する屈折率モジュレータと、前記屈折率モジュレータに隣接して配置された光学要素
であって、前記光学要素は前記調整要素の領域において
出て行く光の前記第１方向における発散角を制御する光
学要素とを備える画像ディスプレイ装置と、前記光ジェネレータに結合された光制御回路であって、
各位置において前記光ジェネレータにより生成される光
の強さを、各ビデオ・ライン中の対応する点におけるビ
デオ信号の大きさに対応させる光制御回路と、前記屈折率モジュレータに結合された屈折率モジュレー
タ制御回路であって、制御信号を前記屈折率モジュレー
タに適用し、選択的に、前記調整要素の各々を、前記ビ
デオ信号の各ビデオ画像フレームの対応するビデオ・ラ
インに応答して前記第２屈折率状態にする屈折率モジュ
レータ制御回路とを備え、各ビデオ画像フレームの複数
のビデオ・ラインを有するビデオ信号に対応する信号を
前記光ジェネレータおよび前記屈折率モジュレータに供
給する電子システムとを備えることを特徴とする画像デ
ィスプレイ・システム。
【請求項３０】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記調整要素はお互いに隣接して
配置された複数のストリップを備え、前記調整要素の各
々は長さ方向の軸が前記第１方向にほぼ垂直であること
を特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項３１】請求項３０に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記画像ディスプレイ装置はさら
に、複数のビデオ・ラインの各々のビデオ画像の強さに
対応するビデオ信号を受け取るビデオ制御回路を備え、
前記ビデオ制御回路は、各ラインの対応する位置におけ
る前記ビデオ信号の強さに応じて前記光ビームの各々の
強さを制御し、前記ビデオ制御回路はさらに、制御信号
を生成し、各調整要素を前記ビデオ信号の対応するライ
ンに応答して高屈折率状態に順次切り替えることを特徴
とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項３２】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光ジェネレータは前記第１プ
レートの表面に沿って空間をおいて配置された複数の光
源を備え、前記光源の各々は光発生信号に応答して各光
ビームを生成することを特徴とする画像ディスプレイ・
システム。
【請求項３３】請求項３２に記載の画像ディスプレイ
・システムは、さらに、前記光源に結合された制御回路
を備え、前記制御回路は前記光源の各々に光発生信号を
適用することにより、前記光ビームが前記第１プレート
の表面に沿ってスキャンするようにすることを特徴とす
る画像ディスプレイ・システム。
【請求項３４】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光ジェネレータは光ビームを
生成する光源、および前記光ビームを受け取るビーム操
作装置を備え、前記ビーム操作装置は光制御信号に応答
して前記ビームの伝達方向を制御して、前記光ビームが
前記第１プレートの表面に沿ってスキャンするようにす
ることを特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項３５】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光ジェネレータは光エミッタ
の直線配列を備えることを特徴とする画像ディスプレイ
・システム。
【請求項３６】請求項３５に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光エミッタは、第１カラーの
光を発する光エミッタの第１組、第２カラーの光を発す
る光エミッタの第２組、および第３カラーの光を発する
光エミッタの第３組を備え、前記各組のレーザ・ダイオ
ードは、お互いの中に配置されて、３つの異なるカラー
の光を、前記配列に沿ってお互いに空間をおいて配置さ
れた複数の領域の各々から発することができるようにす
ることを特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項３７】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光ジェネレータは複数のカラ
ーを含む光を生成する光源を備え、前記調整要素の各々
は各色選択層に隣接して配置された複数のサブ調整要素
の各々からなって、各調整要素に対する前記サブ調整要
素の各々の領域において前記屈折率モジュレータから発
せられる光が異なる色選択層を通り抜けるようにするこ
とを特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項３８】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光ジェネレータはレーザ・ダ
イオードの直線配列を備えることを特徴とする画像ディ
スプレイ・システム。
【請求項３９】請求項３８に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記レーザ・ダイオードは、第１
カラーの光を発するレーザ・ダイオードの第１組、第２
カラーの光を発するレーザ・ダイオードの第２組、およ
び第３カラーの光を発するレーザ・ダイオードの第３組
を備え、前記各組のレーザ・ダイオードは、お互いの中
に配置されて、３つの異なるカラーの光を、前記配列に
沿ってお互いに空間をおいて配置された複数の領域の各
々から発することができるようにすることを特徴とする
画像ディスプレイ・システム。
【請求項４０】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光学要素は、前記調整要素の
各々の領域を出て行く光が前記第１プレートの後ろの位
置にバーチャル画像の光点を形成するように構成された
回折光学要素を備えることを特徴とする画像ディスプレ
イ・システム。
【請求項４１】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光学要素はホログラフィー光
学要素を備えることを特徴とする画像ディスプレイ・シ
ステム。
【請求項４２】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムは、さらに、前記屈折率モジュレータに隣接
して配置された第２光学的透明プレートを備え、前記屈
折率モジュレータは前記第１および第２プレートの間に
配置されていることを特徴とする画像ディスプレイ・シ
ステム。
【請求項４３】請求項４２に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光学要素は前記第２プレート
に付着されていることを特徴とする画像ディスプレイ・
システム。
【請求項４４】請求項４２に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光学要素は前記第２プレート
の表面上に取り付けられており、前記表面は前記屈折率
モジュレータに面することを特徴とする画像ディスプレ
イ・システム。
【請求項４５】請求項４４に記載の画像ディスプレイ
・システムは、さらに、前記屈折率モジュレータに面し
ていない前記第２プレートの表面に付着された第２光学
要素を備えて、前記第１および第２光学要素が前記第２
プレートの両面上に取り付けられるようにし、前記第２
光学要素は、光が前記第２プレート上の各点を通り抜
け、前記光の源のバーチャル画像から遠ざかる方向に回
折されるようにすることを特徴とする画像ディスプレイ
・システム。
【請求項４６】請求項４４に記載の画像ディスプレイ
・システムは、さらに、前記屈折率モジュレータと前記
第２プレートとの間に配置されて、光を前記屈折率モジ
ュレータから前記第２プレートに結合するのを容易にす
る中間屈折率素材の層を備えることを特徴とする画像デ
ィスプレイ・システム。
【請求項４７】請求項４４に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記光学要素は、前記屈折率モジ
ュレータを、前記第１方向において前記第２プレートの
方に広がる成分を有する角度で通り抜ける光を回折し
て、前記光が前記第２プレートへ入射する角度を増大す
ることにより、高屈折率を有する調整要素から前記第２
プレートに光を結合するのを助けるために組み立てられ
ることを特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項４８】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記屈折率モジュレータは、電極
の第１組および第２組の間に配置された液晶の層であっ
て、両面上に前記電極の第１組および第２組を有する液
晶の層を備え、前記第１組および第２組それぞれの電極
のうちの少なくとも１つは、選択的に通電されて前記液
晶の屈折率を変化させることを特徴とする画像ディスプ
レイ・システム。
【請求項４９】請求項４８に記載の画像ディスプレイ
・システムは、さらに、前記屈折率モジュレータに隣接
して配置された第２光学的透明プレートを備え、前記液
晶の層は前記第１および第２プレートの間に配置され、
前記電極の第１組は前記第１プレート上に位置づけら
れ、前記電極の第２組は前記第２プレート上に位置づけ
られていることを特徴とする画像ディスプレイ・システ
ム。
【請求項５０】請求項４８に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記電極の第２組は、前記液晶の
層に面した前記第２プレートの表面上に配置された導電
性の実質的に透明な素材からなる複数のストリップを備
え、前記導電性ストリップは前記第１方向に空間をおい
て配置されており、それぞれ前記第１方向に垂直な長さ
方向の軸を有することを特徴とする画像ディスプレイ・
システム。
【請求項５１】請求項４８に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記電極の第１組は、前記液晶の
層に面した前記第１プレートの表面上に配置された導電
性の実質的に透明な素材からなる１つの層を備えること
を特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項５２】請求項４８に記載の画像ディスプレイ
・システムは、さらに、前記電極の組の少なくとも１つ
をコートするオリエンテーション層を備え、前記オリエ
ンテーション層の分子はあらかじめ決められた方向に方
向づけされており、前記液晶が前記オリエンテーション
層に接触し、前記オリエンテーション層の前記分子に従
って並ぶようにすることを特徴とする画像ディスプレイ
・システム。
【請求項５３】請求項５２に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記電極の第１組は、前記液晶の
層に面した前記第１プレートの表面上に配置された導電
性の実質的に透明な素材からなる１つの層を備え、前記
オリエンテーション層は、前記導電性の実質的に透明な
素材からなる１つの層の上に横たわることを特徴とする
画像ディスプレイ・システム。
【請求項５４】請求項５２に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記オリエンテーション層は高分
子材料の層を備え、前記高分子材料の層の分子は前記あ
らかじめ決められた方向に並んでいることを特徴とする
画像ディスプレイ・システム。
【請求項５５】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記第１プレートは平坦であるこ
とを特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項５６】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記第１プレートは曲がっている
ことを特徴とする画像ディスプレイ・システム。
【請求項５７】請求項２９に記載の画像ディスプレイ
・システムにおいて、前記画像ディスプレイ装置は、第
２画像ディスプレイ装置とともにフレーム内に取り付け
られ、前記フレームは、前記フレームをかけた人のそれ
ぞれの目の前に前記画像ディスプレイ装置の各々を配置
するように適合されており、前記電子システムはさら
に、前記第２画像ディスプレイ装置のための光制御回路
および屈折率モジュレータ制御回路を備え、前記画像デ
ィスプレイ装置の各々のための光制御回路および屈折率
モジュレータ制御回路はそれぞれ第１および第２ビデオ
信号を受け取り、前記電子システムはさらに、前記第１
および第２ビデオ信号を生成するプロセッサを備えて、
前記画像ディスプレイ装置を通して立体画像を見ること
ができるようにすることを特徴とする画像ディスプレイ
・システム。
【請求項５８】各ビデオ画像フレームの複数のビデオ
・ラインを有するビデオ信号に対応する画像を表示する
方法において、第１パスに沿ってスキャンする点光源から光を生成する
ステップであって、各スキャン中の前記光の強さは各ビ
デオ・ライン中の前記ビデオ信号の大きさに対応するス
テップと、前記第１パスにほぼ垂直な方向に広がる第２パス内に前
記光を結合するステップと、前記第２パスからの光を、前記ビデオ信号の各ビデオ画
像の前記ビデオ・ラインの位置に対応する前記第１パス
からの距離において結合するステップであって、前記光
を前記第２パスから、光を表示するのに適した最終パス
に結合するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項５９】請求項５８に記載の方法において、第
１パスに沿ってスキャンする点光源から光を生成する前
記ステップは、前記第１パスに沿って広がった複数の光発生装置を供給
するステップと、前記光発生装置を選択的に点灯させるステップとを備え
ることを特徴とする方法。
【請求項６０】請求項５８に記載の方法において、第
１パスに沿ってスキャンする点光源から光を生成する前
記ステップは、光のビームを生成するステップと、前記光のビームを操作して、前記第１パスに沿って走査
させるステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項６１】請求項５８に記載の方法において、第
１パスに沿ってスキャンする点光源から光を生成する前
記ステップは、前記第１パスに沿って走査する複数のカラーを有する光
を生成するステップであって、各スキャン中の各カラー
の前記光の前記強さは各ビデオ・ライン中の前記ビデオ
信号の前記大きさに対応し、生成される前記光の前記カ
ラーは各ビデオ・ライン中の前記ビデオ信号のカラー情
報に対応するステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項６２】請求項５８に記載の方法において、前
記第２パスからの光を結合する前記ステップは、光を前
記第２パスから少なくとも３つのカラー選択メディアの
うちの１つを通して結合するステップであって、結合に
おいて前記光を通す前記カラー選択メディアは各ビデオ
・フレーム中の前記ビデオ信号のカラー情報に対応する
ステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項６３】請求項５８に記載の方法において、前
記第２パスからの光を結合する前記ステップは、さら
に、前記光を回折して、前記光が前記第２パスの方向の
まわりにあらかじめ決められた発散角を有するようにす
るステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項６４】請求項５８に記載の方法において、前
記第２パスからの光を結合する前記ステップは、光透過媒体を通して前記光を第２方向に結合するステッ
プであって、前記光透過媒体は、通常は前記光を前記光
透過媒体内で全内面反射させる周囲の屈折率に関連のあ
る屈折率を有するステップと、前記第２パスに沿った位置における前記周囲の屈折率を
選択的に変化させて、前記光が前記光透過媒体内でもは
や全内面反射しないようにするステップとを備えること
を特徴とする方法。
【請求項６５】請求項５８に記載の方法において、前
記第２パスからの光を結合する前記ステップは備えるこ
とを特徴とする方法。
【請求項６６】請求項５８に記載の方法において、前
記第１および第２バスはそれぞれ直線であることを特徴
とする方法。
【請求項６７】請求項５８に記載の方法において、前
記第１パスは曲線であることを特徴とする方法。