切り換え可能な光学結像系及び３ｄ／２ｄ画像が切り換え可能な関連装置

专利摘要:
本発明は、多面的に高機能な柔軟性及び様々な応用への適応性を有する切り換え可能な光学結像系及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置に向けられている。本発明は、指向性の光ビームを生成し、これらの光ビームを変換し、変換した光ビームを視野に投影し、これにより視野を１つ以上の調整可能な視野ゾーンに分け、またその中に物体又はその場面についての２次元（２Ｄ）像、あるいは３次元（３Ｄ）像の透視表示を形成することに基づく。本発明は、切り換え可能な光学結像系及び同光学結像系を使用した３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置に具現化される。
公开号:JP2011514977A
申请号:JP2010514152
申请日:2007-11-07
公开日:2011-05-12
发明作者:エミン グーラニアン、；ニコライ コストロフ、；アブデルモウネイム；ファオウズィ ゼロウク、；トロクチャノヴィッチ、パベル
申请人:ゼコテック ディスプレイ システムズ プライベート リミテッド；
IPC主号:G02B27-22

专利说明:

[0001] 本発明は、オートステレオスコープシステムに関し、より具体的には、多面的に高機能な柔軟性及び様々な応用への適応性を有する切り換え可能な光学結像系及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な関連装置（３Ｄ／２Ｄディスプレイ)に関する。]
[0002] 本願は、２００６年１０月２７日出願の米国仮特許出願番号60/863,204及び２００７年６月２７日出願の米国特許出願番号11/769,672の優先権の利益を主張し、該両出願は、すべての目的で、その全体が参照によりここに組み込まれている。]
背景技術

[0003] 切り換え可能な３Ｄ／２Ｄディスプレイ及び表示装置に関連する従来知られたいくつかの光学結像系があり、それらの表示装置は、（１）例えば米国特許出願番号US2005/0285997、US2006/0087499、US2006/0114415、US2006/0176557及びUS2007/0008619に記載されているようなパララックスバリアに基づくもの、及び（２）例えば米国特許第5,500,765号及び第6,069,650号の他、米国特許出願番号US2006/0202910、US2007/0008617、US2007/0008620及びＰＣＴ国際出願WO2007/003792に記載されているようなマイクロレンズ／レンティキュラに基づくものがある。]
[0004] 従来技術で知られたディスプレイや表示装置に関しては、２Ｄ及び３Ｄ動作モード間の切り換えは、一般的に、電気光学素子又は可動の光学部品によって遂行される。いずれの場合であっても、従来技術のシステムは、前記の２モード間での切り換えが可能であるのみで、各モードで動作特性を変更することは不可能である。さらに、可動の光学部品を使用したディスプレイに関しては、光学部品の相対移動は、通常、一方向にのみ遂行され、したがって、そのようなシステムは機能的な柔軟性に制限を受ける。]
[0005] したがって、各モードで動作特性が変更可能であり、多面的に高機能な柔軟性及び様々な応用への適応性を有する、新規な光学結像系及びそれに関連する３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置及びシステム（３Ｄ／２Ｄディスプレイ）のための技術の要望が存在している。本発明は、これらの要望を満たし、関連したさらなる利点を提供する。]
先行技術

[0006] 米国特許第5,500,765号明細書
米国特許第6,069,650号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0007] 本発明の共通の目的は、多面的に高機能な柔軟性及び様々な応用への適応性を有し、これにより関連技術に関する前記問題の多くを解決できる、切り換え可能な光学結像系及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置を提供することにある。]
課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、要するに、指向性の光ビームを生成し、これらの光ビームを変換し、変換された光ビームを視野に投影し、これによって前記視野を１つ以上の調整可能な視野ゾーンに分け、またその中に物体又は場面についての２次元（２Ｄ）像、あるいは３次元（３Ｄ）像の透視表示（perspective views）を形成することに基づく。本発明は、切り換え可能な光学結像系及び同光学結像系を使用する、３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置で具現化される。]
[0009] 本発明の主たる発想は、変換された光学ビームの前記方向の変更及び発散の調整の可能性に関係し、前記光学結像系中で変位機構を有する収束マイクロレンズのマトリックスを使用し、光軸方向及び横方向に関して１つ又は複数のマトリックスの相互移動を提供することにより達成される。前記マトリックスの移動は、使用される動作モード又はその変形に応じて多くの方法及びバージョンで実行され、動作モードの切り換え又はいくつかの動作モードの組合せでの使用、各動作モードでの運転（working）パラメータの変更及び動作特性の調整等のような面でのそれらの機能的な柔軟性と同様に、前記光学結像系及び画像が切り換え可能な装置の種々の応用への適応性を提供する。]
[0010] スキャン動作モードでは、１つ又は複数の前記マトリックスの横方向の移動は往復方式で実行され、これにより、前記視野を複数の調整可能な視野ゾーンに分け、これらの視野ゾーンを前記視野内の変換された光ビームで一様にスキャンすることが可能になる。前記光軸方向への１つ又は複数の前記マトリックスの移動は、ゾーンの角度寸法を変更し、前記視野内で隣り合う視野ゾーンの連続性を提供することを可能にする。複数の前記視野ゾーンは、そこに（i）３Ｄ動作モードでの特定の３Ｄ像の対応する透視表示、又は（ii）２Ｄ動作モードでの同一２Ｄ像、のいずれかを投影することを意図されている。前記視野の多数の視野ゾーンの角度寸法、方向及び数、前記視野自体の角度寸法及び深度のような動作特性は、容易に調整することができる。視野ゾーンの数を変更することにより、また３Ｄ像の角度分解能及び深度を調整することが可能である。角度分解能を増大させることが３Ｄ及び２Ｄのスキャン動作モードでの像解像度を低下させないことは、注目されるべきである。広告のような応用では透視表示の広い視野及び高い輝度を有することが好ましいが、ある医療面への応用では３Ｄ像の高い角度分解能が好ましい。これらの応用には多数の透視表示が用いられなければならない。]
[0011] 実際、３Ｄ動作モードでの視野ゾーンの数は、前記切り換え可能な装置の構造で使用されるディスプレイ構成要素のフレームレートによってのみ、制限される。前記ディスプレイ構成要素のフレームレート（スループット）が高いほど、より多くの透視表示が、より良い品質で３Ｄ像を形成するために、使われる。他方、前記ディスプレイ構成要素のスループットが高いほど、より大きな前記視野の角度寸法及び深度は、視野ゾーン数の増大によって達成することができる。同じ視覚情報が同時に複数の人に提供される場合に、広く、深い視界はこれらの応用に重要である。]
[0012] 隣り合った視野ゾーンが３Ｄ動作モードで連続していると、透視表示のより良い状態（暗黒部あるいは重複が無い）での観察が提供され、改善された３Ｄ像を視覚的に知覚できる。さらに、前記光学結像系で球形マイクロレンズのマトリックスを用い、それらの相対移動を縦（垂直）方向に整えるなら、３Ｄ像は全方向視差を有するように知覚される。]
[0013] ２Ｄスキャン動作モードで、隣り合う視野ゾーンが連続するとき、観察者は、２Ｄモードでは重要となるいかなる透視のゆがみもなく、３Ｄ動作モードにおけると同様に１つの視野ゾーンから他の視野ゾーンに移動しても、像の明るさの変化に視覚的に気付くことなく、１つの特定の２Ｄ像をみることができる。さらに、投影された複数の２Ｄ像は、使用されたディスプレイ構成要素の解像度によって基本的に制限を受ける１つの特定の３Ｄ像の透視表示と同じ解像度を有する。]
[0014] 非スキャン動作モードでは、水平方向及び光軸方向の１つ又は複数の前記マトリックスの移動は、前記視野の単一の調整可能な視野（観察）ゾーンの方向及び角度寸法のそれぞれの選択のために、実行される。守秘目的のために、例えば、一人に関してのみこのゾーンに投影された２Ｄ像の観察を提供することは、いくつかの特別な応用に好都合である。さらに、各２Ｄ像の品質は、そのダイナミックレンジを増大させて、同時に最も高いレベルの解像度を保持することによって、高めることができる。それは、前記単一の視野ゾーンに投影されたそれぞれの２Ｄ像の明るさ（輝度）の拡張されたレンジを提供する３Ｄ又は２Ｄのスキャン動作モードと同じような（高いスループットを備える）ディスプレイ構成要素を用いて達成される。これは、いくつかの医療面への応用で、非常に重要である。]
[0015] 動作モードの切り換えは、前記光軸方向でのマトリックスの相対位置を変更すし、これにより、スキャン動作モード又は非スキャン動作モードに関連するマトリックス間の選ばれた距離を設定することによって、実行することができる。これは、手動で制御される前記光学結像系の変位機構のドライバを用いて又は前記画像切り換え可能な装置でそうであるようにコントローラを用いて、行われる。これとは別に、前記コントローラは、３Ｄ及び２Ｄの両像に同じ高い解像度を保持しつつ、該３Ｄ及び２Ｄのスキャン動作モード間での迅速な切り換えを可能とする。]
[0016] 本発明の他の、及びより具体的な目的は、例えば動作モードを組み合わせて使用するとき、本発明に係る前記装置の前記した機能的な柔軟性及び適応性によって達成することができる。例えば、１つ又は複数のマトリックスの光軸方向への相対的な追加の往復運動は、観察者がぼやけ（ゆがみ）を生じることなく特定の３Ｄ又は２Ｄの像を見るように、視野の複数の視野ゾーンに投影された透視表示又は同一２Ｄ像の品質を高めることを可能にする。この光軸方向の往復運動は、マトリックスの水平方向の往復運動に同期する。]
[0017] 他方、１つの３Ｄ像及び選択された１つの２Ｄ像を同時に、さらには同じ高解像度で観察することを可能にする３Ｄ及び２Ｄスキャン動作モードの同時の実行が可能となる。いくつかの具体的な応用では、そのような柔軟性を有することが重要であり、各視野ゾーンに対応する透視表示と選択された２Ｄ像の重ね合わせを投影することによって、達成することができる。]
[0018] 前記光学結像系及び前記画像切り換え可能な装置の機能的な柔軟性と、適応性とは、また、いくつかの方法で１つ又は複数の前記マトリックス動きの不正確に対する感受性を除去するか又は基本的に減少させ、必要であれば、像をスケーリングし、これにより大きい寸法の３Ｄ像を形成し、水平視差を有する像を観察する状況を改善するために光ビームの垂直発散を増大させ、選択された単色の動作モード又は多色の動作モードのカラー動作モードを選択するような、各面で明らかになる。]
[0019] 本発明の第１の好適な及びそれぞれの代替的な実施例によれば、切り換え可能な光学結像系は、２次元パターンを表示する表示面から出ている光ビームを変換し、また変換された光ビームを視野に投影して該視野を１以上の調整可能な視野ゾーンに分けるように構成されている。本発明の光学結像系は、収束マイクロレンズからなる第１のマトリックスであって各マイクロレンズがそれぞれの光軸に沿って前記表示面のそれぞれ１つのエリアに光学的に結合される第１のマトリックスと、前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズに光学的に結合された収束マイクロレンズからなる第２のマトリックスと、第３のマトリックスであって前記第２及び第３のマトリックスが結合してマトリックス複合体を規定するように前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸的に整列し剛的に結合された（取り付けられた）収束マイクロレンズからなる第３のマトリックスと、前記第１のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に光軸方向に動かしまた前記第１のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に横方向に動かすための変位機構とを含む。]
[0020] 本発明の第２の好適な及びそれぞれの代替的な実施例によれば、３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置は、３Ｄ及び２Ｄのそれぞれの動作モードで、物体又は場面の１つの３次元画像の複数の透視表示及び／又は２次元画像を視野内に形成するように構成されている。本発明の画像が切り換え可能な装置は、２次元パターンを生成するディスプレイ構成要素であって２次元パターンを更新するためのデータ入力端、同期入力端及び２次元のパターンを表示する表示面を有するディスプレイ構成要素と、前記表示面から出ている光ビームを変換し、変換された光ビーム１３を前記視野内に投影し、これにより前記視野を１以上の調整可能な視野ゾーンに分けるための切り換え可能な光学結像系とを含み、該切り換え可能な光学結像系は、収束マイクロレンズからなる第１のマトリックスであって各マイクロレンズがそれぞれの光軸に沿って前記表示面の各エリアに光学的に結合された第１のマトリックスと、前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズに光学的に結合された収束マイクロレンズからなる第２のマトリックスと、第３のマトリックスであって前記第２のマトリックス及び第３のマトリックスが結合してマトリックス複合体を規定するように前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸的に整列し剛的に結合された（取り付けられた）収束マイクロレンズからなる第３のマトリックスと、少なくとも第１及び第２の制御入力端を有し、前記第１のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に光軸方向に動かしまた前記第１のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に横方向に動かすための変位機構と、少なくとも第１及び第２のデータ出力端を有し、前記第１マトリックス及び前記マトリックス複合体の光軸方及び横方向の相対位置を感知するセンサ装置と、動作モードの切り換え、各動作モードでの１つ又は複数の前記マトリックスの動きの運転パラメータの制御及び前記ディスプレイ構成要素による２次元パターンの生成を１つ又は複数の前記マトリックスの動きに同期させるためのコントローラとを含み、該コントローラは、（i）少なくとも第１及び第２のデータ入力端と、（ii）同期出力端と、（iii）少なくとも第１及び第２の制御出力端とを有し、前記コントローラの前記第１及び第２のデータ入力端は前記センサ装置の前記データ出力端にそれぞれ接続され、前記同期出力端は前記ディスプレイ構成要素の前記同期入力端に接続され、前記コントローラの前記第１及び第２の制御出力端は前記変位機構の前記第１及び第２の制御入力端にそれぞれ接続されている。]
[0021] 本発明のこれら及び他の態様は、以下の詳細な説明及び添付図を参照して、より明らかになるであろう。しかしながら、ここに開示された具体的な実施例に、その基本的な精神及び範囲から逸脱することなく、様々の変更、改造及び置換を施すことができることを理解できるであろう。]
[0022] 図面は、本発明の特定の好適で典型的な実施例のようなものとして図示しまた象徴的に表現することを意図しており、それらは必ずしも正確な縮尺率で描かれてはいない。参照符号は、図に示され記載された具体的な特徴を明示するために使われている。]
図面の簡単な説明

[0023] 本発明の第１及び第２の好適な実施例による切り換え可能な光学結像系及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置の全体的な概略図である。該概略図は、特に、表示面のそれぞれの領域から出る典型的な光ビームが伝播し前記光学結像系によって変換された経路を図示する。
図１Ａの円で囲まれた部分の拡大図であり、収束マイクロレンズのマトリックス及び表示面の相対的な位置を示す。前記拡大図は、前記表示面のそれぞれの領域から出てくる典型的な光ビームが伝播し前記光学結像系によって変換される経路を図示する。
図１Ａの前記切り換え可能な光学結像系及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置の３次元の概略図である。前記３次元図は、縦方向に向けられた平凸のマイクロレンズのレンティキュラマトリックスを光軸方向及び横方向のマトリックス相対位置と共に示す。前記３次元図は、また、視野の中の隣り合う視野ゾーンを示す。
前記表示面の２つのそれぞれ個別の領域から出て、横断面で示された視野に図１Ａの前記光学結像系によって投影された典型的な光ビームの３次元図であり、光ビームの発散が比較的小さいとき、スキャン動作モードでの視野は、間隔によって相互に隔てられた複数の調整可能な視野ゾーンに分けられている。
前記表示面の２つのそれぞれの領域から出て、横断面によって図式的に表された視野に図１Ａの前記光学結像系によって投影された典型的な光ビームの３次元の図であり、光ビームの発散を調整することにより、隣り合う視野ゾーンが相互に連続するように、スキャン動作モードの視野が調整可能な複数の視野ゾーンに分けられている。
本発明の第２の好適な実施例に係る、画像が切り換え可能な装置のスキャン動作モードの一変更例における選択された時限にわたる図２に示されたマトリックス複合体の水平方向の往復運動(すなわちＸ軸に沿った運動)のタイムチャート。
本発明の第２の好適な実施例に係る、画像が切り換え可能な装置のスキャン動作モードの一変更例における選択された時限にわたる図２に示された第１マトリックスの光軸方向の往復運動(すなわちＺ軸に沿った運動)のタイムチャートであり、前記光軸方向の往復運動は図４Ａに示された前記水平方向往復運動に同期する。
本発明のスキャンモードの実施例に係る光学結像系のマイクロレンズマトリックスの一光学配置の概略図であり、第３マトリックスは第２マトリックスのマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置しており、F１＜Ｒ１＜２Ｆ１であり、また隣り合う視野ゾーンが視野内で相互に連続するように、前記第２マトリックスは、第１マトリックスから第１の選択された距離Ｒ１の間隔をおいて配置されている。
本発明のスキャンモードの実施例に係る光学結像系のマイクロレンズマトリックスの他の光学配置の概略図であり、第３マトリックスは第２マトリックスのマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置しており、（Ｆ１−Ｆ２）＜Ｒ１＜Ｆ１であり、また隣り合う視野ゾーンが視野内で相互に連続するように、第２マトリックスは、第１マトリックスから第１の選択された距離Ｒ１の間隔をおいて配置されている。
本発明のスキャンモードの実施例に係る光学結像系のマイクロレンズマトリックスのさらに他の光学配置の概略図であり、第２マトリックスは第１マトリックスのマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置しており、Ｒ２＜Ｆ２であり、また隣り合う視野ゾーンが視野内で相互に連続するように、第３マトリックスは、第２マトリックスから第２の選択された距離Ｒ２の間隔をおいて配置されている。
本発明の非スキャンモードの実施例に係る光学結像系のマイクロレンズマトリックスの一光学配置の概略図であり、０＜Ｒ１＜Ｆ１であり、また単一の調整可能な視野ゾーンが変換された光学ビームの発散の調整によって前記視野（角度寸法ψ）内で選択された角度寸法φを有するように、第２マトリックスは、第１マトリックスから第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されている。
本発明の非スキャンモードの実施例に係る光学結像系のマイクロレンズマトリックスの他の光学配置の概略図であり、Ｆ１＜Ｒ１≦２Ｆ１であり、また単一の調整可能な視野ゾーンが変換された光学ビームの発散の調整によって視野（角度寸法ψ）内で選択された角度寸法φを有するように、第２マトリックスは、第１マトリックスから第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されている。
本発明の非スキャンモードの実施例に係る光学結像系のマイクロレンズマトリックスの特定の光学配置の概略図であり、単一の調整可能な視野ゾーンが変換された光学ビームの方向を調整することによって視野（角度寸法ψ）内での選択された視野方向（角度θ）を有するように、マトリックス複合体は水平方向に（Ｘ軸に沿って）第３の選択された距離Δｘをシフトされている。
本発明の他の実施例に係る平凸のマイクロレンズマトリックスの一つの特定の光学配置及び光学結像系の表示面の概略図であり、第１マトリックスのマイクロレンズの平面は前記表示面を向くが、第２及び第３マトリックスのマイクロレンズの平面は前記表示面から離れる方向を向き、第１、第２及び第３マトリックスは第１、第２及び第３の基板をそれぞれ含む。
本発明のさらに他の実施例に係る平凸のマイクロレンズマトリックスの一つの特定の光学配置及び光学結像系の表示面の概略図であり、第１及び第３マトリックスのマイクロレンズの平面は前記表示面を向くが、第２マトリックスのマイクロレンズの平面は前記表示面から離れる方向を向き、第１マトリックスは第１の基板を含むが第２及び第３マトリックスは、共有の共通基板を含む。
本発明のさらなる実施例に係る、画像が切り換え可能な装置の単色動作モードのディスプレイ構成要素の一変形の概略図であり、前記ディスプレイ構成要素は、空間光変調−マイクロディスプレイ、光エンジン及び投影光学系を含み、前記概略図はまた平凸のマイクロレンズの第１マトリックスを図示する。
本発明のさらなる実施例に係る、画像が切り換え可能な装置の単色動作モードのディスプレイ構成要素の変形の概略図であり、前記ディスプレイ構成要素は、空間光変調−マイクロディスプレイ、光エンジン、投影光学系及び垂直方向に発散させる光学部品を含み、該垂直方向に発散させる光学部品は水平方向に方向付けられる円筒形平凸のマイクロレンズのレンティキュラ−マトリックスである。前記概略図は、また垂直方向に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズの第１、第２及び第３のレンティキュラマトリックスを図示する。
図１０Ａに示されたディスプレイ構成要素の前記変形例の上面図である。
本発明のさらなる実施例に係る、画像が切り換え可能な装置の多色動作モードのディスプレイ構成要素の概略図であり、該ディスプレイ構成要素は、第１、第２及び第３の空間光変調−マイクロディスプレイと、第１、第２及び第３の選択的なそれぞれの色の光りを放射すべく構成された第１、第２及び第３の光エンジンと、前記第１、第２及び第３の選択的な色を空間で重ね合わせるように構成された重ね合わせ光学系と、投影光学系と、垂直方向に発散させる光学部品とを含み、該縦方向に発散させる光学部品は水平方向に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズのレンティキュラである。前記概略図は、また垂直方向に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズの第１、第２及び第３のレンティキュラマトリックス構成要素を図示する。
本発明のさらなる実施例に係る、画像が切り換え可能な装置の単色動作モードのディスプレイ構成要素のさらなる変形の概略図であり、前記ディスプレイ構成要素は空間光変調器（ＳＬＭ）及び投影光学系を含み、該投影光学系は画像送信のためのファイバ光学系であり、前記ＳＬＭの画像表面の各エリアは前記ファイバ光学系のそれぞれのファイバを介して表示面のそれぞれのエリアに光学的に結合されている。前記概略図は、また第１基板を含む平凸のマイクロレンズの第１マトリックスを図示する。] 図１０Ａ 図２ 図４Ａ
実施例

[0024] 本発明は、多くの面及び様々な応用への適応性に高い機能的な柔軟性を有する、切り換え可能な光学結像系及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な関連装置（３Ｄ／２Ｄディスプレイ）のいくつかのバージョンに向けられる。よって、ここに開示された独創的な光学結像系及び関連装置は、関連した好適な実施例で図示されており、好適な実施例は特定の応用に依存する様々な動作モードで動作可能な種々の構造および光学配置を含む。種々の動作モードには、スキャン及び非スキャン動作モードのいくつかの変形がある。本発明の機能的な柔軟性及び適応性は、例えば動作モードの切り換え又はいくつかの動作モードの組合せの使用、運転パラメータの変更及び各動作モードでの動作特性の調整、画像スケーリング及び画像の明るさの調整等の各能力のような面を含む。したがって、本発明によれば、視野の角度解像度、３Ｄ像の深度及び選択された２Ｄ像のダイナミックレンジと同様に、例えば視野の視野ゾーンの角度寸法、方向及び視野ゾーン数、視野の角度寸法及び深さのような動作特性は容易に調整することができる。]
[0025] 同様な参照数字が同一又は対応する要素を意味する図面、より具体的には図１Ａ−Bを次に参照するに、第１及び第２の好適な実施例のそれぞれに従う本発明は、切り換え可能な光学結像系１と、３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な関連装置２とを含む。（光学結像系１と連携した）３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置２は、３Ｄ及び２Ｄのそれぞれの動作モードで、物体又は場面の１つの３次元（３Ｄ）画像の複数の透視表示（perspective views）及び／又は複数の２次元（２Ｄ）画像を視野に形成することを意図している。図１Ａに最もよく示さているように、独創的な、３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置２は、ディスプレイ構成要素３と、光学結像系１と、少なくとも第１及び第２の位置センサ７、８を含むセンサ装置（簡素化のために図１Ａには図示せず）と、コントローラ９とを含み、光学結像系１が、さらに光学マトリックス構成要素４と、少なくとも第１及び第２のドライバ５、６を含む変位機構（簡素化のために図１Ａには図示せず）とを含む。ディスプレイ構成要素３は、２次元パターンを生成するためのものであり、２次元パターンを表示する表示面１０を有する。ディスプレイ構成要素３は、また、２次元パターンを更新するためのデジタルデータ入力端１１及び同期（制御）入力端１２を有する。]
[0026] 切り換え可能な光学結像系１は、ディスプレイ構成要素３の表示面１０から出る光ビーム２０を変換し、変換された光ビーム１３を視野に投影し、これにより視野を１つ以上の調整可能な視野ゾーン（いくつかの視野ゾーンが図２に示されている）に分ける。これらの機能は光学マトリックス構成要素４によって遂行される。図１Ａに最もよく示されているように、光学マトリックス構成要素４は、収束マイクロレンズからなる第１のマトリックス１４と、第１のマトリックス１４の前記マイクロレンズに光学的に結合された収束マイクロレンズからなる第２のマトリックス１５と、第３のマトリックス１６であって第２のマトリックス１５及び第３のマトリックス１６が結合してマトリックス複合体（ここで、前記マトリックス複合体は、簡素化のために図１Ａにはそれ自体が指定されてはいない）を規定するように第２のマトリックス１５の前記マイクロレンズに共軸的に整列し剛的に結合された収束マイクロレンズからなる第３のマトリックス１６とを含む。第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６は、図１Ａ−Bには、それぞれが複数の平凸のマイクロレンズからなる第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６として示されている。] 図２
[0027] 第１のマトリックス１４及びマトリックス複合体１５、１６は、前記変位機構の第１及び第２のドライバ５、６にそれぞれ取り付けられている。図１Ａに示されているように、第１のドライバ５は、第１のマトリックス１４をマトリックス複合体１５、１６に関して光軸方向へ（すなわちＺ軸に沿って）動かすように、構成されている。同様に、第２のドライバ６は、マトリックス複合体１５、１６を第１のマトリックス１４に関して水平に（すなわちＸ軸に沿って）動かすように、構成されている。図１Ｂは、さらに、光学マトリックス構成要素４のマトリックス複合体１４、１５及び前記画像が切り換え可能な装置２におけるディスプレイ構成要素３の表示面１０の相対位置を示す。]
[0028] より詳細には、図１Ｂは、表示面１０を向く平面であって表示面１０のそれぞれの光軸１９ｉｋに沿った１つのエリア１０ｉｋのそれぞれに、該エリアから出てくる光学ビーム２０ｉｋを介して光学的に結合される平面１８ｉｋを有する第１のマトリックス１４の代表的な平凸のマイクロレンズ１７ｉｋを示す。反対に、第２及び第３のマトリックス１５、１６のそれぞれのマイクロレンズ２１ｉｋ及び２２ｉｋの平面（簡素化のために、マイクロレンズ２２ｉｋの平面２３ｉｋのみが図１Ｂに指示されている）は、表示面１０から離れる方向を向く。図示のとおり、第２及び第３のマトリックス１５、１６のそれぞれのマイクロレンズ２１ｉｋ、２２ｉｋは、光学的に共軸に整列して結合され、第１のマトリックス１４のマイクロレンズ１７ｉｋの光軸１９ｉｋに平行な共通の光軸２４ｉｋを共有する。さらに示されているように、第１及び第２のマトリックス１４、１５のそれぞれのマイクロレンズ１７ｉｋ、２１ｉｋは、光学的に結合され、相互に第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されている。第２及び第３のマトリックス１５、１６のそれぞれのマイクロレンズ２１ｉｋ、２２ｉｋは、相互に第２の選択された（所定の）距離Ｒ２をおいて配置されている。このように、この光学配置では、図１Ｂは、表示面１０の各エリア１０ｉｋから出て、前記光学結像系１の第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６のそれぞれの平凸のマイクロレンズ１７ｉｋ、２１ｉｋ、２２ｉｋにより、屈折され、光ビーム１３ｉｋに変換され、該変換されたビームが光軸２５ｉｋに沿って前記視界に投影される代表的な光ビーム２０ｉｋの経路を示す。]
[0029] 前記したところを考慮し、再び図１Ａを参照するに、切り換え可能な光学結像系１及び前記切り換え可能な装置２の機能的な柔軟性及び適応性は、光軸方向及び横方向の両方向への１つ又は複数の前記マトリックスの移動を提供することに基づくことに注目することは重要である。ここに開示されるいくつかのバージョンに関して、そのような動きは、好ましくは等しく適用される。例えば、図１Ａに示された好ましいバージョン（また、本発明の第１及び第２の好適な両実施例に関連する）では、前記変位機構（図示せず）の第１及び第２のドライバ５、６は、第１のマトリックス１４をマトリックス複合体１５、１６に関して光軸方向に動かし、マトリックス複合体１５、１６を第１のマトリックス１４に関して水平方向に動かすように、それぞれ構成されている。１つ又は複数の前記マトリックスの移動は、選択された動作モードに応じた多数の方法で実行することができる。]
[0030] 本発明のスキャンモード実施例に関連するスキャン動作モードでは、第２のドライバ６が、さらに、マトリックス複合体１５、１６の水平方向移動を往復方式で実行するように、構成されている。このスキャン動作モードは、多数の視野ゾーンが前記視野に変換された光ビーム１３で一様にスキャンされるように、前記視野をこれら調整可能な多数の視野ゾーンへ分割することを可能にする。第１のドライバ５が、さらに変換された光ビーム１３の発散を調整するために第１のマトリックス１４の前記光軸方向の移動を実行するように、この動作モードで構成されるなら、このスキャン動作モードは、さらに、隣り合う視野ゾーンが前記視野の中で隣接することを可能にする。前記多数の視野ゾーンは、（i）３Ｄ動作モードでの特定の３Ｄ像の対応する透視表示、又は（ii）２Ｄスキャン動作モードでの同一２Ｄ像、のいずれかをそこに投影することを意図している。「隣り合う視野ゾーンが隣接している」すなわち「隣り合う視野ゾーンに連続性が与えられている」（これらの用語は同様であり、ここでは等しく使われている）とき、観察者は、１つの視野ゾーンから他のそれに移動するときに像の明るさの変化が視覚的に分からない。隣り合う視野ゾーンの連続性は、図２、３Ａ−Ｂを参照して、より多くの詳細が以下で議論されるであろう。] 図２
[0031] 本発明の非スキャンモード例に関連する非スキャン動作モードでは、単一の調整可能な視野（観察）ゾーンが、特定の興味ある２Ｄ像をそこに投影するために使用される。この動作モードでは、第２のドライバ６は、さらに、第３の選択された（所定の）距離Δｘのために、マトリックス複合体１５、１６の（Ｘ軸に沿った）水平移動を実行するように構成されている。これに対し、第１のドライバ５は、さらに、変換された光ビーム１３の発散の調整のために、第１のマトリックス１４の光軸方向の（Ｚ軸に沿った）移動を実行するように、構成されている。それは、提供する目的、例えば２Ｄ像の観察における要求される守秘性のレベルを提供するために、前記単一の調整可能な視野ゾーンが選択された観察方向及び選択された視角寸法を有することを可能とする。前記非スキャン動作モードは、図６Ａ−Ｂ、７を参照して以下により詳細に議論されるであろう。] 図６Ａ
[0032] 前記動作モードは、第１のマトリックス１４及びマトリックス複合体１５、１６のＺ軸に沿った相対位置を変更することにより、（本発明の第１の好適な実施例に係る光学結像系１におけるように)手動で切り換えることができる。これは、図６Ａ−Ｂを参照して、以下でより詳細に議論されるであろう。しかしながら、コントローラ９を用いて動作モードを切り換えることが望ましい。動作モードを切り換えて又は動作モードを組み合わせて使用し、各動作モードで、１つ又は複数の前記マトリックスの移動の運転パラメータを制御しまた動作特性を調整するために、前記像が切り換え可能な装置の第１及び第２のドライバ５、６は、前記変位機構の第１及び第２の制御入力端である制御入力端２６、２７をそれぞれ有する。１つ又は複数のマトリックス移動の前記運転パラメータの制御は、第１のマトリックス１４及びマトリックス複合体１５、１６の光軸方向及び水平方向のそれぞれの相対位置を決定する（感知する）ことを目的とする前記センサ装置の第１及び第２の位置センサ７、８を用いて実行される。第１及び第２の位置センサ７、８は、前記センサ装置の第１及び第２のデータ出力端であるデータ出力端２８、２９をそれぞれ有する。] 図６Ａ
[0033] コントローラ９は、一般に、動作モードを切り換え、各動作モードでの１つ又は複数のマトリックス動作の運転パラメータを制御し、また前記ディスプレイ構成要素による２次元パターンの生成を１つ又は複数のマトリックス動作に同期させることを意図している。コントローラ９は、少なくとも第１及び第２のデータ入力端３０、３１、同期出力端３３及び少なくとも第１及び第２の制御出力端３４、３５を有する。コントローラ９の第１及び第２のデータ入力端３０、３１は、前記センサ装置の第１及び第２の位置センサ７、８のデータ出力端２８、２９にそれぞれ接続されている。コントローラ９の同期出力端３３は、ディスプレイ構成要素３の同期（制御）入力端１２に接続されている。さらに、コントローラ９の第１及び第２の制御出力端３４、３５は、前記変位機構の第１及び第２のドライバ５、６の制御入力端２６、２７にそれぞれ接続されている。]
[0034] コンピュータ３６は、３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置２（本発明の第２の好適な実施例に係る)の補助構成要素であり、それがために図１Ａに点線で取り囲まれたボックス内に示されている。動作モードを選択又は変更するために、又はコマンド信号を生成しまたこれをコントローラ９へ送信することにより新たな動作モードを生成するために、また、新たな２次元パターンに関連するデータをディスプレイ構成要素３に送信することにより２次元パターンを更新するために、コンピュータ３６を主制御器として用いることができる。これらの機能を実行するために、コンピュータ３６は、ディスプレイ構成要素３のデータ入力端１１に接続されている制御コマンド出力端（図１Ａには指定されていない）と、データ出力端（図１Ａには指定されていない）を有し、他方、コントローラ９は、さらに、コンピュータ３６の前記制御コマンド出力端に接続された制御コマンド入力端３２を有する。]
[0035] 前記したところを考慮し、再び図１Ａを参照するに、切り換え可能な光学結像系１（本発明の第１の好適な実施例に係る）は、２次元パターンを表示する表示面１０から出る光ビーム２０を変換すること、また視野に変換された光ビーム１３を投影し、これにより（図２、３Ａ−Ｂ、６Ａ−Ｂ、７に示されているように）前記視野を１以上の調整可能な視野ゾーンに分けることを意図している。] 図２
[0036] 図１Ａ−Ｂに最もよく示されているように、前記光学結像系１は、収束マイクロレンズ１７からなる第１のマトリックスであって各マイクロレンズ１７ｉｋはそれぞれの光軸１９ｉｋに沿って表示面１０のそれぞれ１つのエリア１０ｉｋに光学的に結合される第１のマトリックス１４と、第１のマトリックス１４の前記マイクロレンズ１７に光学的に結合された収束マイクロレンズ２１からなる第２のマトリックス１５と、第３のマトリックスであって第２及び第３のマトリックス１５、１６が結合してマトリックス複合体を規定するように第２のマトリックス１６の前記マイクロレンズ２１に共軸的に整列し剛的に結合された収束マイクロレンズ２２からなる第３のマトリックス１６と、第１のマトリックス１４又は前記マトリックス複合体１５、１６を相対的に光軸方向に動かしまた第１のマトリックス１４又は前記マトリックス複合体１５、１６を相対的に横方向に動かすための変位機構とを含む。]
[0037] さらに、前記したようにまた、図１Ａに最もよく示されているように、切り換え可能な光学結像系１を使用する３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置２は、３Ｄ及び２Ｄのそれぞれの動作モードで、物体又は場面の３次元像の多数の透視表示（perspective views）及び／又は２次元像を視野内に形成することを意図している。３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置２は、２次元パターンを生成するディスプレイ構成要素３であって２次元パターンを更新するためのデータ入力端１１、同期入力端１２及び２次元のパターンを表示する表示面１０を有するディスプレイ構成要素３と、表示面１０から出ている光ビーム２０を変換し、変換された光ビーム１３を視野内に投影し、これにより前記視野を（図２、３Ａ−Ｂ、６Ａ−Ｂ、7に例示するような）１以上の調整可能な視野ゾーンに分けるための切り換え可能な光学結像系１とを含み、該切り換え可能な光学結像系１は、収束マイクロレンズ１７からなる第１のマトリックス１４であって各マイクロレンズ１７ｉｋがそれぞれの光軸１９ｉｋに沿って表示面１０の各エリア１０ｉｋに光学的に結合された第１のマトリックス１４と、第１のマトリックス１４のマイクロレンズ１７に光学的に結合された収束マイクロレンズ２１からなる第２のマトリックス１５と、第３のマトリックス１６であって第２のマトリックス及び第３のマトリックス１５、１６が結合してマトリックス複合体を規定するように第２のマトリックス１６のマイクロレンズ２１に共軸的に整列し剛的に結合された（結合又は接続された）収束マイクロレンズ２２からなる第３のマトリックス１６と、少なくとも第１及び第２の制御入力端２６、２７を有し、第１のマトリックス１４又はマトリックス複合体１５、１６を相対的に光軸方向に動かしまた第１のマトリックス１４又はマトリックス複合体１５、１６を相対的に横方向に動かすための変位機構（指定されていない）と、少なくとも第１及び第２のデータ出力端２８、２９を有し、第１マトリックス１４及びマトリックス複合体１５、１６の光軸方及び横方向の相対位置を感知するセンサ装置と、動作モードの切り換え、各動作モードでの１つ又は複数の前記マトリックスの動きの運転パラメータの制御及びディスプレイ構成要素３による２次元パターンの生成を１つ又は複数の前記マトリックスの動きに同期させるためのコントローラ９とを含み、該コントローラ９は、（i）少なくとも第１及び第２のデータ入力端３０、３１と、（ii）同期出力端３３と、（iii）少なくとも第１及び第２の制御出力端３４、３５とを有し、コントローラ９の第１及び第２のデータ入力端３０、３１は前記センサ装置のデータ出力端２８、２９にそれぞれ接続され、同期出力端３３はディスプレイ構成要素３の同期入力端１２に接続され、コントローラ９の第１及び第２の制御出力端３４、３５は前記変位機構の第１及び第２の制御入力端３４、３５にそれぞれ接続されている。] 図２
[0038] 先に言及したように、光軸方向及び横(例えば水平)方向の１つ又は複数の前記マトリックスの移動は、図１Ａに示された好ましいバージョンと違った形で提供することができる。例えば、１つの代替バージョンでは、第１のマトリックス１４は、前記変位機構（図示せず）の第１及び第２のドライバ５、６の組合せであり、これにより従来技術で知られているように、２軸（Ｘ／Ｚ）ドライバを形成する結合されたドライバ（図１Ａには示されていない）に取り付けられる。１つの代替バージョンでは、第１及び第２のドライバ５、６は、マトリックス複合体１５、１６に関して第１のマトリックス１４を（Ｚ軸に沿って）光軸及び（Ｘ軸に沿って）水平方向に動かすようにそれぞれ構成されている。もう1つの代替バージョンでは、マトリックス複合体１５、１６は、前記変位機構の第１及び第２のドライバ５、６の前記組合せであり、前記２軸を形成する前記組合せドライバに取り付けられている。さらにもう１つの代替バージョンでは、第１及び第２のドライバ５、６は、第１のマトリックス１４に関して、マトリックス複合体１５、１６を（Ｚ軸に沿って）光軸方向に動かし、（Ｘ軸に沿って）水平方向に動かすようにそれぞれ構成されている。他の代替バージョンでは、マトリックス複合体１５、１６及び第１のマトリックス１４は、前記変位機構の第１及び第２のドライバ５、６にそれぞれ取り付けられる。第１及び第２のドライバ５、６は、第１のマトリックス１４に関してマトリックス複合体１５、１６を（Ｚ軸に沿って）光軸方向に動かし、マトリックス複合体１５、１６に関して第１のマトリックス１４を（Ｘ軸に沿って）水平方向に動かすように、それぞれ構成されている。]
[0039] （本発明の各代替例による）前記光学結像系１及び前記切り換え可能な装置２の両方に関するすべての代替バージョンでは、水平方向における１つ又は複数の前記マトリックスの相互間の動きは、往復方式で実行され得る。好ましいバージョンに関連するスキャン動作モードにおけると同様に、そのような往復移動は、前記視野を調整可能な複数の視野ゾーンに分けまたこれらの視野ゾーンを前記視野内で変換された光ビーム１３で一様にスキャンすることを可能にする。さらに、すべての代替的なバージョンでは、図１Ａに示された好適なバージョンにおけると同様に、１つ又は複数のマトリックスの光軸方向での相対的な動きは、変換された光ビーム１３の発散を調整することによって、隣り合う視野ゾーンが前記視野で連続することを可能にする。]
[0040] このように、代替バージョン及び好ましいバージョンで行われる１つ又は複数のマトリックスの動きを比較すると、当業者にとっては、第１のマトリックス１４及びマトリックス複合体１５、１６の相互に関する光軸方向及び横方向での相対的な位置変化の重要性は当業者にとって明らかであろう（第１のマトリックス１４又はマトリックス複合体１５、１６のいずれが動かされるかは明らかではない）。この状況は、第１のマトリックス１４又はマトリックス複合体１５、１６の相対的な光軸方向の動き及び第１のマトリックス１４又はマトリックス複合体１５、１６の相対的な横方向の動きを意図する前記変位機構の一般的機能の説明に反映されている。この理由により、本発明の代替的実施例に係る代替バージョンの重要性は、前記好適なバージョンの説明から理解できる。すなわち、本発明の前記第１及び第２の好適な実施例の両方に関する好適なバージョンは、それらの本質と特殊性の説明において代替的な実施例のための代表バージョンである。後者は、また、代替的実施例のための典型がまた好適なバージョンに関連するスキャン及び非スキャン動作モードの説明、特に、図２、３Ａ−Ｂを参照しての以下に説明される隣り合う視野ゾーンの連続性の説明であることを意味している。] 図２
[0041] 切り換え可能な光学結像系１及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置２の多くの面における機能的な柔軟性及び適応性は、変換された光ビーム１３（図１Ａ参照）の発散の調整に基づくことが注目されるべきである。例えば、３Ｄ及び２Ｄの両スキャン動作モードにおいて、それは、視野内に隣接する複数の連続した視野ゾーンを提供することを可能にし、これによりこれらのモードでの本発明の主要な構想の具象化が可能になる。この態様（aspect）は、次に図２を参照してここに議論され、図２は前記光学結像系１の具体的な構造の３次元の概略図を示す。光学マトリックス構成要素４は、（Ｙ軸に沿って）垂直に方向付けられた平凸のマイクロレンズからなる第１、第２及び第３のレンティキュラマトリックス１４、１５、１６によって図２に表されている。また、第２のドライバ６が第１のマトリックス１４に関するマトリックス複合体１５、１６の水平方向の動きを往復運動方式で実行するとき、前記調整可能な視野ゾーンは水平（ＸＺ）面に配置される。X方向に配置された隣り合う視野ゾーン３７（ｉ＋１）ｋ（点線）、３７ｉｋ（実線）及び３７（ｉ−１）ｋ（点線）が、例として図２に示されている。代表的な視野ゾーン３７ｉｋの角度寸法は、第１のドライバ５を用いてのマトリックス複合体１５、１６に関する第１のマトリックス１４の（Ｚ軸に沿った）光軸方向の動きによって調整することができる。シフト量Δｚを有する第１のマトリックス１４の位置は、隣り合う視野ゾーン３７の接近（contiguity）に対応しており、代表的な視野ゾーン３７ｉｋの角度寸法ψを特定する。他方、Ｘ軸に沿った量Δｘのシフトを有するマトリックス複合体１５、１６の位置は、共通の光軸２４ｉｋと変換された光ビーム１３ｉｋ（図１Ｂ参照）との間の角度θに対応し、代表的な視野ゾーン３７ｉｋの方向を特定する。他の調整可能な視野ゾーン３７は、同じ角度寸法φを有する。] 図２
[0042] 隣り合った視野ゾーン３７の広がりが図２に例示するように与えられるとき、水平（ＸＺ）面の視野の角度寸法ψは、式ψ＝Ｎφによって特定され、ここでＮは視野ゾーン３７の数である。例えば前記角度寸法ψ＝３０°は、φ＝１°のとき、N=３０で与えられる。３Ｄ動作モードでは、これらすべての視野ゾーン３７は、特定の３Ｄ像の多数の透視表示がそれぞれその視野ゾーン内に投影されるように、変換された光ビーム１３によって一様にスキャンされる。また、観察者は、１つの視野ゾーンから他の視野ゾーンに動くとき、暗黒部又は重複なしに、すなわち像の明るさの変化に気付かずにこれらの透視表示を見ることができる。それは、この特定の３Ｄ像を観察者がゆがみ無しでよりよい品質で見ることを可能にする。] 図２
[0043] さらに、この３Ｄ像が、光学マトリックス構成要素４のこの具体的な構造のために、水平視差のみを有することは注目されるべきである。観察者は、図２に示されたレンティキュラマトリックス１４、１５、１６に代えて、前記光学結像系１に球形マイクロレンズからなるマトリックス１４、１５、１６を用いるとき、全方向視差を有するように３Ｄ像を視覚的に認識する。光学マトリックス構成要素４のこの特定の構造のために、隣り合う視野ゾーンの連続性は、正に図１Ａに関連して上述されたように、第１のドライバ５を用いて、球形のマイクロレンズからなる複合マトリックス１５、１６に関して球形のマイクロレンズからなる第１のマトリックス１４を（Ｚ軸に沿って）光軸方向に動かすことにより、該光軸を横切る両方向（例えばＸ軸及びＹ軸に沿って）に提供することができる。光学マトリックス構成要素４のこの特定の構成のためのスキャン方法は、（i）球形のマイクロレンズからなるマトリックス複合体１５、１６に関して球形のマイクロレンズからなる第１のマトリックス１４、又は（ii）球形のマトリックスレンズからなる第１のマトリックス１４に関して球形のマトリックスレンズからなるマトリックス複合体１５、１６を垂直方向に動かすように、前記変位機構が第３のドライバ（図１Ａには示されていない）を有することを要求する。上記した第１及び第２のドライバ５、６と同様に、第３のドライバは、前記変位機構の第３の制御入力端である制御入力端を有する。前記視野の視野ゾーンのスキャン方法は、既知のいかなる方法をも使用して、水平及び垂直の方向に手配することができる。この方法では、第２のドライバ６は、水平スキャンを提供すべく往復方式でマトリックス複合体１５、１６の水平移動を実行し、他方、前記第３のドライバは垂直方向スキャンを提供すべく第１のマトリックス１４の垂直方向移動を実行する。コントローラ９は、前記変位機構の前記第３の制御入力端に接続される第３の制御出力端を有し、また前記第３のドライバの性能を制御し、さらに例えばマトリックス複合体１５、１６の前記水平方向往復運動に第１のマトリックス１４の前記垂直移動を同期させるように、構成されている。] 図２
[0044] 隣り合う視野ゾーンの連続性についての観点で本発明のスキャンモード実施例の特徴が図３Ａ−Ｂに関してさらに記載されている。それらは、それぞれ表示面１０の２つの各エリア１０ｉｋ及び１０ｉｍから出て図１Ａの前記光学結像系１によって前記視野に投影される代表的な光ビーム（図には指定されていない）の３次元図である。前記視野は、表示面１０からの特定の距離に、その矩形の横断面３８（点線）によって代表的に図示されており、水平（ＸＺ）面に角度寸法ψを有する。スキャン動作モード（例えば３Ｄ動作モード)では、前記視野は、該視野中に１つの３Ｄ像の複数の透視表示を投影するための多数の調整可能な視野ゾーンに分けられる。前記代表的な光ビームは、ＸＺ平面中の小さな水平発散（図には指定されていない）と、以下で図１０Ａ−Ｂを参照して議論されるであろう視野の垂直寸法を拡大するための（Ｙ軸に沿った）角ξを有する増大された垂直発散とを備える。また、図３Ａ−Ｂに示されているように、エリア１０ｉｋ及び１０ｉｍからの前記代表的な光ビームの横断面３８上への投影（例えば、３９ｉｋｑ、３９ｉｍｑ）は、様々な透視表示のために垂直に伸びる。これらの投影３９ｉｋｑ、３９ｉｍｑのために、各エリアの位置が表示面１０上の行番号ｉ（ｉ＝１．．．ｎ）及び列番号ｋ（ｋ＝１．．．ｍ）によって指定されており、他方、ｑは特定の透視表示の番号（ｑ＝１．．．ｎ）である。したがって、観察者は、ＸＺ平面中の光ビームの発散が比較的小さいとき、図３Ａに示された投影３９ｉｋｑと３９ｉｋｑ＋１との間、又は３９ｉｍｑと３９ｉｍｑ＋１との間のギャップによって表される（調整可能な視野ゾーン３７に対応する）隣り合う透視表示間のギャップを見ることができる。図１Ａを参照して上記に説明したように、変換された光ビーム１３の発散を適切に調整することによって、（調整可能な視野ゾーン３７に対応する）隣り合う透視表示の前記連続性が、図３Ｂに示されているように、同じ光ビーム投影３９ｉｋｑ及び３９ｉｋｑ＋１又は３９ｉｍｑ及び３９ｉｍｑ＋１に与えられる。] 図１０Ａ 図３Ａ 図３Ｂ
[0045] 本発明のスキャンモード実施例に応じた２Ｄスキャン動作モードでは、各視野ゾーン３７に同一２Ｄ像が投影される。隣り合う視野ゾーン３７の連続性が提供されるとき、観察者は、２Ｄモードでは重要であるいかなる透視のゆがみもなく、３Ｄ動作モードにおけると同様に１つの視野ゾーンから他の視野ゾーンに移動しても、像の明るさの変化に視覚的に気づかずに１つの特定の２Ｄ像を見ることができる。さらに、投影された２Ｄ像の解像度は、特定の３Ｄ像の透視表示と同じレベルを有し、基本的に、使用されたディスプレイ構成要素３の解像度で制限を受ける。]
[0046] いくつかの面における前記光学結像系１及び前記切り換え可能な装置２の機能的な柔軟性や適応性は、調整可能な視野ゾーン３７の数を変更することに基づくことがさらに言及される。物体又は場面の深度がより大きいほど、調整可能な視野ゾーン３７（すなわち３Ｄ動作モードの透視表示）のより多くの数が、その空間の特徴を再生するために、視野の中で使われる。他方、調整可能な視野ゾーン３７の数を増大して、視野の特定の角度寸法ψで隣り合う視野ゾーンを連続するように保持するとき、各視野ゾーン３７の角度寸法φは減少し、すなわち角度分解能はより高くなる。また、調整可能な視野ゾーン３７の数を変更することによって、３Ｄ像の深度と角度分解能とを調整することが可能になる。前記視野の深度及び角度寸法ψは、様々な応用に応じて同様に調整することができる。角度分解能を増大させることは、３Ｄ及び２Ｄのスキャン動作モードの像解像度を減少させないことに注目するべきである。]
[0047] このように、高い角度分解能によって３Ｄ像を成形することは、いくつかの応用（例えば、医療面への応用）に重要である。高い像輝度及び広い視野は広告のような応用に望ましい。同じ視覚情報が同時に複数の人に提供されなければならない場合、広く及び／又は深い視野がそれらの応用に必要となる。これらへの応用には、多くの透視表示が用いられなければならない。]
[0048] さらに、調整可能な視野ゾーン３７（又は３Ｄ動作モードでの透視表示）Ｎの数は、究極的には、本発明の第２の好適な実施例による前記画像が切り換え可能な装置２で用いられるディスプレイ構成要素３のフレームレートＲによって制限される。フレームレートＲは、要件Ｒ＞Ｎｆを満たさなければならず、ここで、ｆは、目の臨界周波数（通常はほぼ３０Ｈｚ以上）である。したがって、フレームレートＲが高いほど（ディスプレイ構成要素３のより高いスループットを意味する）、より高品質な３Ｄ像の形成のために、より多くの透視表示を使用することができる。他方、３Ｄ動作モードで使われるディスプレイ構成要素３のスループットがより高いほど、透視表示数を増大させることによって、前記視野のより大きな角度寸法及び深度を達成することができる。]
[0049] （本発明の前記第２の好適な実施例又は代替的実施例によれば）上記した前記画像が切り換え可能な装置２の（好適又は代替の）いかなるバージョンに関連するスキャン動作モードにおいても、３Ｄ動作モードでの特定の３Ｄ像の各透視表示又は２Ｄスキャン動作モードでの同一２Ｄ像がそれぞれの視野ゾーン３７に投影されるように、ディスプレイ構成要素３による２次元パターンの生成は、１つ又は複数のマトリックスの移動、換言すれば多数の視野ゾーン３７のスキャン方法と同期しなければならない。前記各バージョンでは、そのような同期はコントローラ９によって実行される（図１Ａ参照）。例えば、好ましいバージョンでは、コントローラ９は、ディスプレイ構成要素３の表示面１０上への２次元パターンの表示の瞬間を第１のマトリックス１４に関するマトリックス複合体１５、１６の（Ｘ軸に沿って）水平方向への対応する位置に同期させる。第１及び第２の位置センサ７、８のデータ出力端２８、２９からの信号は、前記同期のためにコントローラ９により使用される。コントローラ９は、また、動作モードを切り換えるために、使用される。]
[0050] （本発明のスキャンモード例に応じて）前記画像が切り換え可能な装置２の機能的な柔軟性及び適応性のさらに他の面は、いくつかの具体的な適用での要求に合った組み合わせで動作モードを使用することに関連する。例えば、（図１Ａに示されている）前記切り換え可能な装置２の好適なバージョンに関連する前記スキャン動作モードの１変更例では、第２のドライバ６は、さらに、第２のマトリックス１５のマイクロレンズが第１のマトリックス１４のマイクロレンズと共軸に位置する第１の選択された位置（例えば、位置Ｘ＝０）に関してマトリックス複合体１５、１６の（Ｘ軸に沿った）水平方向の往復運動を実行するように、構成されている。他方、第１のドライバ５は、さらに、隣り合う視野ゾーン３７が前記視野で連続する第２の選択された（所定の）位置Ｚ０に関し、往復方式で第１のマトリックス１４の（Ｚ軸に沿った）光軸方向の移動を実行するように、構成されている。コントローラ９は、第１及び第２のドライバ５、６の動作を制御し、第１のマトリックス１４の光軸方向の往復運動を図４Ａ−Ｂに示されているようなマトリックス複合体１５、１６の水平往復運動にさらに同期させるように、構成されている。] 図４Ａ
[0051] 例えば、マトリックス複合体１５、１６の前記水平な移動のタイム・チャートが選択された時限にわたって図４Ａに示されている。振幅Ａｘ及び周期Ｔｘは、この水平移動の運転パラメータである。コントローラ９は、好ましくは、最大振幅Ａｘをそれぞれのマトリックス（このバージョンでは第２のマトリックス１５）のマイクロレンズの口径に基づいて制限するように、調整すべく構成されている。実際、この制限はどのような代替バージョンにでも適用することができる。運転パラメータとして周期Ｔｚ＝Ｔｘ／２及び振幅Ｚを有する第１のマトリックス１４の光軸方向の時間タイムチャートが図４Ｂに示されている。光軸方向の移動の振幅Ａｚは、第２のマトリックス１５のマイクロレンズの曲率半径に基づいて決定されるように、コントローラ９によって、さらに調整される。] 図４Ａ 図４Ｂ
[0052] この変形は、先に述べたバージョンに関して調整可能な視野ゾーン３７に投影された複数の透視表示又は同一２Ｄ像の品質の改善を可能とする。これは、互いの相対的水平方向の往復運動の間、第１のマトリックス１４とマトリックス複合体１５、１６との間の光路の変化を減少させることで説明される。]
[0053] 同じ結果は、前記画像が切り換え可能な装置２の他の代替的バージョンに関係するスキャン動作モードの他の変形例で得ることができる。この変形例では、第２のドライバ６は、前記第１の選択された位置に関して第１のマトリックス１４の水平方向の往復運動を実行するように構成され、他方、第１のドライバ５は前記第２の選択された位置Ｚ０に関してマトリックス複合体１５、１６の光軸方向の往復運動を実行するように構成されている。]
[0054] ３Ｄ像及び２Ｄ像を同時に観察することは、いくつかの特定の応用に重要である。これは、前記画像が切り換え可能な装置２の好ましい又は代替的なバージョンに関するスキャン動作モードで、３Ｄ動作モード及び２Ｄスキャンモードを同時に実行することにより、可能になる。本発明のこの特定のスキャンモード実施例では、調整可能な多数の視野ゾーン３７が前記視野中で変換された光ビーム１３によって一様にスキャンされるように、第２のドライバ６が、往復方式で１つ又は複数の前記マトリックスの水平方向の移動を実行するように、構成される。他方、コントローラ９は、視野ゾーン３７の1つに投影される各２次元パターンが対応する透視表示と選択された２Ｄ像の重ね合わせを含んでいるように、第２のドライバ６の動作を制御し、ディスプレイ構成要素３によって生成される一連の２次元パターンを１つ又は複数のマトリックスの水平方向移動に同期するように、構成される。３Ｄ及び２Ｄのスキャン動作モードを組み合わせて使用する特性は、３Ｄ像と選択された２Ｄ像の両方が同じ高い像解像度を有するという事実である。]
[0055] 上記した前記光学結像系１及び前記画像が切り換え可能な装置２の好適な又は代替的なバージョンに関連するスキャン動作モード（又はその変形例）では、第１のマトリックス１４又はマトリックス複合体１５、１６は、選択された距離を相対的に（Ｚ軸に沿った）光軸方向に動かされ、また前記視野で隣り合った視野ゾーンの連続を提供する選択された位置に保持される（又は相対的に光軸方向の往復運動を実行される）。この結果は、前記光学結像系１及び前記切り換え可能な装置２の機能的な柔軟性及び適応性のもう一つの面を作り出すマイクロレンズからなるマトリックス１４、１５、１６のさまざまな光学配置で達成することができる。本発明のスキャンモード例に係るマトリックス１４、１５、１６のいくつかの光学配置の概略が図５Ａ、Ｂ、Ｃに示されており、第１のマトリックス１４のマイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、第２のマトリックス１５のマイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有する。] 図５Ａ
[0056] 例えば、図５Ａに示すような１つの光学配置では、第２のマトリックス１５は、第１のマトリックス１４から、Ｆ１＜Ｒ１＜２Ｆのような第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されており、また第３のマトリックス１６は、第２のマトリックス１５から第２の選択された距離Ｒ２をおいて配置されかつ第２のマトリックス１５のマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置する。図５Ｂに示されるような他の光学配置では、第２のマトリックス１５は、第１のマトリックス１４から、（Ｆ１−Ｆ２）＜Ｒ１＜Ｆ１のような、第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されており、また第３のマトリックス１６は、第２のマトリックス１５から第２の選択された距離Ｒ２をおいて配置されかつ第２のマトリックス１５のマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置する。] 図５Ａ 図５Ｂ
[0057] 他方、図５Ｃに示された、さらに他の光学配置では、第２のマトリックス１５は、第１のマトリックス１４から第１の選択された距離Ｒ１をおきかつ第１のマトリックス１４のマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置し、第３のマトリックス１６は、第２のマトリックス１５から、Ｒ２＜Ｆ２のような第２の選択された距離Ｒ２を置いて配置されている。] 図５Ｃ
[0058] 対応する光学配置で、第２のマトリックス１５が第１のマトリックス１４のマイクロレンズの焦点面外（しかし後ろの焦点エリア中)にあるならば、前記光学結像系1及び前記切り換え可能な装置２の動作特性は著しく変化しない。他方、前記光学結像系1及び前記切り換え可能な装置２の１つ又は複数の前記マトリックス移動の不正確さに対する感度を除去するか又は基本的に減少させることができる。さらに、マトリックス１４、１５、１６に異なる焦点距離を有するマイクロレンズを使用することにより、感度の減少を達成することができる。同様な結果は、また、平らな基板を有するマトリックスを使って達成することができる。したがって、平凸のマイクロレンズからなる第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６は、第１、第２及び第３の基板をそれぞれ有することができ、各基板は、それぞれのマトリックスのマイクロレンズの平面に光学的に接触する平らな透明な板である（より詳細については図８Ａを参照）。] 図８Ａ
[0059] 非スキャン動作モードでは、前記光学結像系１は、前記視野の単一の調整可能な視野ゾーンの視野方向及び角度寸法を選択し、また前記視野に興味のある２Ｄ像を投影することを意図する。ここで先に詳細に議論されたスキャン動作モードと同様に、そのような選択はマイクロレンズのマトリックスのいくつかの光学配置で達成することができる。例えば、図６Ａ−Ｂ、７は、本発明の非スキャンモード例による前記光学結像系１及び前記切り換え可能な装置２の収束マイクロレンズのいくつかの光学配置を概略的に表している。図示のとおり、第１のマトリックス１４又はマトリックス複合体１５、１６は、前記単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野（角度寸法ψ）内で選択された角度寸法φを有するように、変換された光ビーム１３の発散を調整すべく相対的に（Ｚ軸に沿って）光軸方向に動かれる。他方、図７に示されているように、マトリックス複合体１５、１６又は第１のマトリックス１４は、前記単一の調整可能な視野（観察）ゾーンが前記視野（角度寸法ψ）で選択された方向（角度θで特定される）を有するように、変換された光ビーム１３の方向を調整するために、相対的に第３の選択された距離Δｘを（Ｘ軸に沿って）水平方向に動かされる。興味のある２Ｄ像の観察に要求される守秘レベルを提供するような方法で、２Ｄの非スキャン動作モードの視野（観察）ゾーンの角度寸法φ及び視野方向（角度θ）を選択することは、いくつかの特別な応用に好都合である。] 図６Ａ 図７
[0060] 図６Ａ−Ｂの光学配置では、第１のマトリックス１４のマイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、また第２のマトリックス１５のマイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有する。マトリックス複合体１５、１６は、第１のマトリックス１４に関して水平方向で選択された位置、例えば第２のマトリックス１５のマイクロレンズが第１のマトリックス１４のマイクロレンズに共軸に整列する位置（Ｘ＝０）に保持されている。] 図６Ａ
[0061] さらに、図６Ａに示された１つの光学配置では、第２のマトリックス１５は第１のマトリックス１４から、０＜Ｒ１＜Ｆ１のような第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されている。] 図６Ａ
[0062] 図６Ｂに示された他の光学配置では、第２のマトリックス１５は第１のマトリックス１４から、Ｆ１＜Ｒ１≦２Ｆ１のような第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されている。] 図６Ｂ
[0063] 図６Ａ−Ｂ、７の非スキャン動作モードの説明として、代表的な光ビーム２０ｉｋは、マトリックス１４、１５、１６によって光ビーム１３ｉｋに変換されることが示されており、該光ビームは、図６Ａ−Ｂに示されているように、それらのマイクロレンズの共通の光軸（指示されていない）に沿って又はマトリックス複合体１５、１６のマイクロレンズの共通の光軸２４ｉｋに対し角度θで偏向した光軸２５ｉｋに沿って視野に投影される。] 図６Ａ
[0064] 前記視野ゾーンの選択された角度寸法φ及び視野方向（角度θ）は、本発明の第１の好適な実施例に係る前記光学結像系におけると同様な手動制御を受ける第１及び第２のドライバ５、６を用いて、又は本発明の第２の好適な実施例に係る前記像切り換え可能な装置２におけると同様なコントローラ９を用いて提供することができる。前記単一の視野ゾーンの寸法φ及び視野方向（角度θ）の調整の点で前記画像切り換え可能な装置２の機能的な柔軟性及び適応性を達成するために、コントローラ９は、第１及び第２のドライバ５、６の動作を制御するように構成されている。]
[0065] 非スキャン動作モードで、２Ｄ像の品質は、そのダイナミックレンジを増大させ、同時に最も高いレベルの解像度を保持することにより、高めることができることは重要である。この解像度は、基本的に、使用されたディスプレイ構成要素３の解像度によって決まる。特に、前記改善は、３Ｄ動作モード又は前記単一の視野ゾーンに投影された各２次元パターンにおける像の明るさ（輝度）が拡張されたレンジを提供する２Ｄスキャン動作モードの場合と同じディスプレイ構成要素３（高いスループットを有する）を使って実施される。]
[0066] ここにより詳細に明らかにされた本発明の好適な実施例の本質及び特徴は、前記光学結像系１の前記光学マトリックス構成要素４に用いられている収束マイクロレンズの種類に依存しないことに注意することは特に興味深い。収束マイクロレンズからなる第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６は、それぞれが平凸のマイクロレンズからなる第１、第２及び第３のマトリックスとすることができ、該マトリックスの前記マイクロレンズは、それらのマイクロレンズ間に第１、第２及び第３のピッチをそれぞれ有し、該第１、第２及び第３のピッチは同一である。これらのマトリックス１４、１５、１６は、水平視差が図２に関して先に記載したように特定の３Ｄ像を観察するに十分なようである場合、垂直に方向付けられた円筒形マイクロレンズをそれぞれ有する第１、第２及び第３のレンティキュラマトリックスとすることができる。さらに、全方向視差を有するように観察される３Ｄ像の視覚的な知覚が特に興味深いとき、マトリックス１４、１５、１６は、それぞれ球形マイクロレンズのからなる第１、第２及び第３のマトリックスとすることができる。各マトリックス１４、１５、１６は、また凹面又はレンティキュラマイクロレンズのマトリックスとして作ることができる。さらに、第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６の前記マイクロレンズは、それぞれ第１、第２及び第３の焦点距離を有し、通常、第１、第２及び第３の焦点距離は同一である。他方、例えば、先にここで説明したように、前記光学結像系1及び前記切り換え可能な装置２の１つ又は複数のマトリックス移動の不正確さについての感度の減少が必要な場合、第１、第２及び第３の焦点距離は異なるかもしれない。] 図２
[0067] 平凸のマイクロレンズからなる第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６は、それぞれ第１、第２及び第３の基板４０、４１、４２を有することができ、各基板はそれぞれのマトリックスのマイクロレンズの平面に光学的に接触する平らな透明板である（図８Ａ参照）。図８Ａでは、第１のマトリックス１４のマイクロレンズの前記平面はディスプレイ構成要素３の表示面１０に面しているが、第２及び第３のマトリックス１５、１６のマイクロレンズの前記平面は表示面１０から離れる方向を向く。他方、図８Ｂに示されているように、第１及び第３のマトリックス１４、１６のマイクロレンズの前記平面は表示面１０を向くが、第２のマトリックス１５のマイクロレンズの前記平面は表示面１０から離れる方向を向く。この点では、平凸のマイクロレンズからなる第２及び第３のマトリックス１５、１６が共通の基板４３を有し、該基板は、表示面１０及び該表示面から離れる方向にそれぞれが向く両面であって第ディスプレイ構成要素３及び第２のマトリックス１６、１５のそれぞれのマイクロレンズの前記平面に光学的に接触する両面を有する平らな透明板であることが望ましい。] 図８Ａ 図８Ｂ
[0068] 前記切り換え可能な装置２の機能的柔軟性及び適応性は、本発明のさらなる実施例に応じた異なるタイプのディスプレイ構成要素及び構造の種々のバリエーションの使用を可能にする。ディスプレイ構成要素３は、一般的に、その表面１０（図１Ａ参照）上に表示する２次元パターンを生成することを意図して、空間光変調器（ＳＬＭ）から成っても良い。発光ダイオードマトリックス（ＬＥＤマトリックス）は、このタイプのディスプレイ構成要素３のＳＬＭとして使うことができる。]
[0069] 単色動作モードのディスプレイ構成要素３のいくつかのバリエーションの概略図が、図９、１０Ａ、１２に示されている。図９に示されているように、ディスプレイ構成要素３の１変形例は、マイクロディスプレイ表面４５、デジタルデータ入力端及び制御入力端を有する空間光変調−マイクロディスプレイ（ＳＬＭマイクロディスプレイ）４４であって該ＳＬＭマイクロディスプレイ４４の前記データ入力端及び前記制御入力端はそれぞれディスプレイ構成要素３の前記データ入力端１１及び同期入力端１２であるＳＬＭマイクロディスプレイ４４と、マイクロディスプレイ表面４５に光学的に結合された光エンジン４６と、マイクロディスプレイ表面４５に光学的に結合され、ディスプレイ構成要素３の表示面１０である出力面を有する投影光学系４７とを含む。] 図９
[0070] ＳＬＭマイクロディスプレイ４４は、例えば、マイクロミラーマトリクスディスプレイ（ＭＥＭＳ技術）のように実施することができる。]
[0071] 投影光学系４７は、テレスコピック又はテレセントリックとすることができ、マイクロディスプレイ表面４５と平凸のマイクロレンズ（また図９に示されている）の第１のマトリックス１４との寸法（尺度）の整合を提供する。投影光学系４７は、像の拡大を可能にし、従って大きな３Ｄ像の形成を可能にする。] 図９
[0072] 単色動作モードのディスプレイ構成要素３の他の変形例が図１０Ａ−Ｂに示されている。この変形例は、第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６がそれぞれ（Ｙ軸に沿って）垂直に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズを有する第１、第２及び第３のレンティキュラマトリックスである場合、重要であり、マイクロディスプレイ表面４５、デジタルデータ入力端及び制御入力端を有する空間光変調−マイクロディスプレイ（ＳＬＭマイクロディスプレイ）４４であって該ＳＬＭマイクロディスプレイの前記データ入力端及び前記制御入力端はそれぞれディスプレイ構成要素３の前記データ入力端１１及び同期入力端１２であるＳＬＭマイクロディスプレイ４４と、マイクロディスプレイ表面４５に光学的に結合された光エンジン４６と、マイクロディスプレイ表面４５に光学的に結合され、出力面を有する投影光学系４７と、該投影光学系４７の前記出力面に光学的に結合され垂直に発散させる光学部品４８であって出力面を有し該出力面が前記ディスプレイ構成要素３の表示面１０である光学部品４８とを含む。] 図１０Ａ
[0073] 図１０Ｂにより良く示されているように、垂直に発散させる光学部品４８は、水平方向に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズのレンティキュラマトリックスとして実施することができ、該図は図１０Ａに示されたディスプレイ構成要素３の平面図である。光学部品４８は、光ビーム（図３Ａ−Ｂで角度ξを有する）の垂直の発散を増大させ、前記視野の（Ｙ軸に沿った）垂直寸法を拡大することを可能にする。それは、垂直方向にそれらの寸法を拡大することにより、像を観察する状況の改善を提供する。垂直に発散させる光学部品４８は、またホログラフィックな発散素子有する光学層として実施することができる。] 図１０Ａ 図１０Ｂ 図３Ａ
[0074] 単色動作モードのディスプレイ構成要素３のもう1つの変形例は、結像面、データ入力端及び制御入力端を有しする空間光変調器（ＳＬＭ）であって該ＳＬＭの前記データ入力端及び制御入力端がそれぞれディスプレイ構成要素３のデータ入力端１１及び同期入力端１２である空間光変調器と、前記ＳＬＭの前記結像面に光学的に結合され、ディスプレイ構成要素３の表示面１０である出力面を有する投影光学系とを含む。このタイプのディスプレイ構成要素３のＳＬＭとして、発光ダイオードマトリックス（ＬＥＤマトリックス）を使用することができる。]
[0075] 単色動作モードのディスプレイ構成要素３のさらなる変形例は、（図１２に示されているように）、結像面５１、データ入力端及び制御入力端を有する空間光変調器（ＳＬＭ）５０であって該ＳＬＭ５０の前記データ入力端及び制御入力端がそれぞれディスプレイ構成要素３のデータ入力端１１及び同期入力端１２である空間光変調器５０と、前記ＳＬＭ５０の前記結像面５１に光学的に結合され、ディスプレイ構成要素３の表示面１０である出力面を有する投影光学系とを含む。ＳＬＭ５０は、発光ダイオードマトリックス（ＬＥＤマトリックス）として実施することができる。投影光学系５２は、このタイプのディスプレイ構成要素３に多数のファイバ５３から成る、画像伝送のためのファイバ光システムとして実施することができ、ここで、ＳＬＭ５０の結像面５１の各エリア５１ｉｋは、前記ファイバ光システムのそれぞれのファイバ５３ｉｋを経て、ディスプレイ構成要素３の表示面１０のそれぞれのエリア１０ｉｋに光学的に結合される。] 図１２
[0076] 本発明のさらなる実施例に係る前記像切り換え可能な装置２の多色動作モードのディスプレイ構成要素３の構成の概略図が図１１に示されている。多色ディスプレイ構成要素３は、第１、第２及び第３の空間光変調−マイクロディスプレイ４４−１、４４−２、４４−３と、第１、第２及び第３の選択色をそれぞれ放射するように構成された第１、第２及び第３の光エンジン４６−１、４６−２、４６−３と、前記第１、第２及び第３の選択色を空間で重ね合わせるように構成された重ね合わせ光学系４９と、垂直に発散させる光学部品４８とを含む。] 図１１
[0077] 簡素化のために、多色ディスプレイ構成要素３のさらなる説明は、あたかもその構造が、（図１１に指定されていない）マイクロディスプレイ面、複数のデータ入力端、複数の制御入力端及び光エンジン４６−１、４６−２をそれぞれ有する第１及び第２の空間光変調-マイクロディスプレイ（ＳＬＭマイクロディスプレイ）４４−１、４４−２のみを含むかのように、限定されている。] 図１１
[0078] 多色ディスプレイ構成要素３を先の変形例及び以下のそれの説明に使用するとき、３つ以上のＳＬＭマイクロディスプレイを有する多色ディスプレイ構成要素３の説明は、当業者にとって明白であろう。第１及び第２のＳＬＭマイクロディスプレイ４４−１、４４−２は、第１及び第２のデータ入力端並びに第１及び第２の制御入力端であって第１及び第２のデータ入力端は共に、また第１及び第２の制御入力端は共に、それぞれがディスプレイ構成要素３のデータ入力端１１及び同期入力端１２に接続された第１及び第２のデータ入力端並びに第１及び第２の制御入力端と、第１及び第２の光エンジン４６−１、４６−２とを含み、第１の光エンジン４６−１は、第１のＳＬＭマイクロディスプレイ４４−１の第１のマイクロディスプレイ面に光学的に結合され、第１の選択色の光を放射するように構成されており、第２の光エンジン４６−２は、第２のＳＬＭマイクロディスプレイ４４−２の第２のマイクロディスプレイ面に光学的に結合され、第２の選択色の光を放射するように構成されている。]
[0079] 重ね合わせ光学系４９は、少なくとも前記第１及び第２の選択色を空間で重ね合わせるように構成されており、少なくとも第１及び第２の光入力端と、光出力端とを有する。重ね合わせ光学系４９は、この種の既知のものの1つとすることができ、例えば、投影光学系４７の光軸に関して特定の角度で傾斜しまたその第１及び第２の光入力端のそれぞれ及びその光出力端に光学的に結合された少なくとも第１及び第２のダイクロイックミラー（図１１に明示されていない）を有する。重ね合わせ光学系４９の前記第１及び第２の光入力端は、第１のＳＬＭマイクロディスプレイ４４−１の前記第１のマイクロディスプレイ面及び第２のＳＬＭマイクロディスプレイ４４−２の前記第２のマイクロディスプレイ面にそれぞれ光学的に結合される。投影光学系４７は、重ね合わせ光学系４９の光出力端に光学的に結合され、出力面を有する。垂直に発散させる光学部品４８は、投影光学系４７の前記出力面に光学的に結合され、出力面を有し、垂直に発散させる光学部品４８の前記出力面は、ディスプレイ構成要素３の表示面１０である。第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６が垂直に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズからなるレンティキュラマトリックスである場合、垂直に発散させる光学部品４８は、水平に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズからなるレンティキュラマトリックスとして実施することができる。] 図１１
[0080] 切り換え可能な光学結像系は次の通り動作する。本発明の第１の好適な実施例による切り換え可能な光学結像系１のユーザーは、使用する動作モードを選び、収束マイクロレンズからなる第１のマトリックス１４の光軸方向及び収束マイクロレンズからなるマトリックス複合体１５、１６の相対的な横方向のそれぞれの動きを提供すべく、前記変位機構の第１及び第２のドライバ５、６を用いて、前記選択されたモードを設定する。図１Ａに示されているように、（２次元パターンを表示する）表示面１０から出ている光ビーム２０は、第１、第２及び第３のマトリックス１４、１５、１６によって光ビーム１３に変換される。変換された光ビーム１３は、視野に投影され、これにより該視野を１つ以上の調整可能な視野ゾーン（いくつかの視野ゾーン３７が図２に図示されている）に分ける。] 図２
[0081] スキャン動作モードでは、第２のドライバ６が往復方式でマトリックス複合体１５、１６の水平移動を実行するように、構成されている。この作業モードでは、前記視野は、該視野の変換された光ビーム１３によって一様にスキャンされる複数の調整可能な視野ゾーン３７に分けられる。変換した光ビーム１３の発散を調整するため及びこれにより前記視野で連続する隣り合う視野ゾーン３７を提供するために、第１のドライバ５は、第１のマトリックス１４の光軸方向の移動を実行するように、構成されている。複数の視野ゾーンは、その中に、（i）３Ｄ動作モードでの特定の３Ｄ像の対応する透視表示、又は（ii）２Ｄスキャン動作モードでの同一２Ｄ像、のいずれかを投影すべく意図されている。隣り合う視野ゾーン３７が連続すると、１つの視野ゾーンから他に、例えばゾーン３７ｉｋからゾーン３７（ｉ＋ｋ）又は３７（ｉ−ｋ）に移動するとき（図２参照）、観察者は視覚的に像の明るさの変化に気付かない。] 図２
[0082] 非スキャン動作モードでは、単一の調整可能な視野（観察）ゾーンは、その中に特定の興味ある２Ｄ像を投影するために使用される。この動作モードでは、第２のドライバ６が、第３の選択された距離Δｘのためにマトリックス複合体１５、１６の前記水平方向の移動を実行するように、構成されており、他方、光ビーム１３の発散（図６Ａ−Ｂ、７参照）を調整するために、第１のドライバ５が、第１のマトリックス１４の前記光軸方向の移動を実行するように、構成されている。それは、例えば２Ｄ像の観察で要求される守秘レベルを提供するために、前記視野内で前記単一の調整可能な視野ゾーンが選択された視野方向及び選択された角度寸法を有することを可能にする。] 図６Ａ
[0083] 前記動作モードの切り換えは、第１のマトリックス１４及びマトリックス複合体１５、１６のＺ軸に沿った相対位置の変更によってなすことができる。]
[0084] ３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置は次の通り動作する。本発明の第２の好適な実施例による３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置２は、前記光学結像系１を含み、スキャン及び非スキャンの両動作モードで機能を実行する。さらに、前記像切り換え可能な装置２は、作業モードの組み合わせ使用や、前記ディスプレイ要素によって生成される一連の２次元パターン及び１つ又は複数のマトリックスの運動の運転パラメータ等の制御のような、前記像切り換え可能な装置の構成要素の動作を同期させることを要求する他の、及びより複雑な機能を実行する。これは、前記像切り換え可能な装置２の構造に第１及び第２の位置センサ７、８及びコントローラ９を備える前記センサ装置を使用することにより、可能になることが分かる。第１及び第２の位置センサ７、８からの信号は、前記変位機構の第１及び第２のドライバ５、６の動作を制御し、前記同期を提供するために、コントローラ９によって使用される。コントローラ９は、動作モードを切り換え、また各動作モードでの動作特性を調整するために、使われる。]
[0085] スキャン動作モードでは、第２のドライバ６は、マトリックス複合体１５、１６の水平方向の移動を往復方式で実行するように、構成されている。この動作モードでは、前記視野は、該視野中で変換された光ビーム１３によって一様にスキャンされる複数の調整可能な視野ゾーンに分けられる。第１のドライバ５は、変換された光ビーム１３の発散を調整し、これにより前記視野に調整された視野ゾーン３７の連続を提供するために、第１のマトリックス１４の前記光軸方向の移動を実行するように、構成されている。他方、３Ｄ動作モードでの特定の３Ｄ像の各透視表示又は２Ｄスキャン動作モードでの同一の２Ｄ像がそれぞれの視野ゾーン３７に投影されるように、コントローラ９は、ディスプレイ構成要素３によって生成される２次元パターン表示の動作を１つ又は複数のマトリックスの運動、換言すれば、複数の視野ゾーン３７のスキャン進行に同期させる。また、例えば、３Ｄ動作モードでは、物体又は場面の３次元像の多数の透視表示は前記視野に形成される。結果として、観察者（視聴者）は、これらの透視表示を暗黒部又は重複なく見ることができる（１つの視野ゾーンから他の視野ゾーンに移動しても視覚的に像明るさに変化を感知しないことを意味する）。それは、観察者がゆがみなしで、よりよい品質の特定の３Ｄ像を見ることを可能にする。スキャン動作モードのいくつかの変形例の特徴は、それぞれのセクションで先に既に説明した。]
[0086] 非スキャン動作モードでは、単一の調整可能な視野ゾーンが特定の興味ある２Ｄ像を投影するために使用される。この動作モードでは、第２のドライバ６は、第３の選択された距離Δｘのためにマトリックス複合体１５、１６の前記水平移動を実行するように、構成され、他方、第１のドライバ５は、変換された光ビーム１３の発散を調整するために、第１のマトリックス１４の前記光軸方向の移動を実行するように、構成されている。この動作モードでは、コントローラ９は、前記単一の視野ゾーンの選択された角度寸法φ及び視野方向（角度θ）の選択又は調整のために、第１及び第２のドライバ５、６の動作を制御するように、構成されている。]
[0087] 本発明は、ここに図示され記載された実施例との関連で説明されているが、その精神及び本質的特徴から逸脱することなく、他の具体的な方法又は他の具体的な形態で具現化することができる。したがって、記載された実施例は、限定的でなく説明に役立つように、すべての点で考慮されるべきである。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、切り換え可能な光学結像系及び３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置に種々の改修及び変更をなすことができることは当業者にとって自明であろう。]
[0088] １切り換え可能な光学結像系
２ ３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置
３ディスプレイ構成要素
４光学マトリックス構成要素
５ 第１のドライバ
６ 第２のドライバ
７、８ 第１及び第２の位置センサ
９コントローラ
１０ 表示面
１１デジタルデータ入力端
１２ 同期（制御）入力端
１３ 変換された光ビーム
１４ 第１のマトリックス
１５ 第２のマトリックス
１６ 第３のマトリックス
１７収束マイクロレンズ
４４、４４−１、４４−２、４４−３ＳＬＭマイクロディスプレイ
４５ マイクロディスプレイ表面
４６、４６−１、４６−２、４６−３光エンジン
４７投影光学系
４８発散させる光学部品
５２ 投影光学系]

权利要求:

請求項1
２次元パターンを表示する表示面から出る光ビームを変換するため、及び変換された光ビームを視野に投影して該視野を１以上の調整可能な視野ゾーンに分けるための切り換え可能な光学結像系であって、収束マイクロレンズからなる第１のマトリックスであって各マイクロレンズがそれぞれの光軸に沿って前記表示面のそれぞれ１つのエリアに光学的に結合される第１のマトリックスと、前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズに光学的に結合された収束マイクロレンズからなる第２のマトリックスと、第３のマトリックスであって前記第２及び第３のマトリックスが結合してマトリックス複合体を規定するように前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸的に整列し剛的に結合された収束マイクロレンズからなる第３のマトリックスと、前記第１のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に光軸方向に動かしまた前記第１のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に横方向に動かすための変位機構とを含む切り換え可能な光学結像系。
請求項2
前記変位機構は、少なくとも（i）前記第１のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は（ii）前記マトリックス複合体を前記第１のマトリックスに関して光軸方向に動かすように構成された第１のドライバと、（i）前記第１のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は（ii）前記マトリックス複合体を前記第１のマトリックスに関して光軸方向に動かすように構成された第２のドライバとを含む、請求項１に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項3
前記変位機構は、さらに、（i）前記第１のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は（ii）前記マトリックス複合体を前記第１のマトリックスに関して縦方向に動かすように構成された第３のドライバを含む、請求項２に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項4
複数の調整可能な視野ゾーンが変換された光ビームによって前記視野内で一様にスキャンされるように、前記第２のドライバは、さらに、１つ又は複数の前記マトリックスが横方向の移動を往復方式で実行するように構成されている、請求項２に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項5
隣り合う視野ゾーンが前記視野中で連続するように変換された光ビームの発散を調整するために、前記第１のドライバは、さらに、１つ又は複数の前記マトリックスが光軸方向の移動を実行するように構成されている、請求項４に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項6
前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、また前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有し、前記第２のマトリックスは、Ｆ１＜Ｒ１＜２Ｆ１又は（Ｆ１−Ｆ２）＜Ｒ１＜Ｆ１となるように、前記第１のマトリックスから第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置され、前記第３のマトリックスは、前記第２のマトリックスから第２の選択された距離Ｒ２をおき、また前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズの後ろ焦点エリア内に配置されている、請求項５に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項7
前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、また前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有し、前記第２のマトリックスは、前記第１のマトリックスから第１の選択された距離Ｒ１をおき、また前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズの後ろ焦点エリア内に配置され、前記第３のマトリックスは、Ｒ２＜Ｆ２となるように、前記第２のマトリックスから第２の選択された距離Ｒ２をおいて配置されている、請求項５に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項8
前記第２のドライバは、さらに、単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内で選択された視野方向を有するように、１つ又は複数の前記マトリックスが第３の選択された距離Δｘのための横方向の移動を実行するように構成されている、請求項２に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項9
前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズは、前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸に整列されている、請求項８に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項10
前記第１のドライバは、さらに、前記単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内で選択された角度寸法を有するように、変換された光ビームの発散を調整するために、１つ又は複数の前記マトリックスが光軸方向の移動を実行するように構成されている、請求項８に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項11
前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、また前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有し、前記第２のマトリックスは、０＜Ｒ１＜Ｆ１又はＦ１＜Ｒ１≦２Ｆ１となるように、前記第１のマトリックスから第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されている、請求項表示面１０に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項12
前記第１、第２及び第３のマトリックスの前記マイクロレンズは、それぞれ第１、第２及び第３の焦点距離を有し、該第１、第２及び第３の焦点距離は同一である、請求項１に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項13
収束マイクロレンズからなる前記第１、第２及び第３のマトリックスは、それぞれ平凸のマイクロレンズからなる第１、第２及び第３のマトリックスである、請求項１に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項14
平凸のマイクロレンズからなる前記第１、第２及び第３のマトリックスは、それらのマイクロレンズ間にそれぞれ第１、第２及び第３のピッチを有し、前記第１、第２及び第３のピッチは同一である、請求項１３に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項15
平凸のマイクロレンズからなる前記第１、第２及び第３のマトリックスは、それぞれ第１、第２及び第３のレンティキュラマトリックスであり、該レンティキュラマトリックスは、縦方向に方向付けられた円筒形マイクロレンズを有する、請求項１３に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項16
前記第１のマトリックスのマイクロレンズの平面は前記表示面を向くが、前記第２及び第３のマトリックスのマイクロレンズの平面は、前記表示面から離れる方向を向く、請求項１３に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項17
前記１及び第３のマトリックスの前記マイクロレンズの平面は前記表示面を向くが、前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズの平面は前記表示面から離れる方向を向く、請求項１３に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項18
平凸のマイクロレンズからなる前記第１、第２及び第３のマトリックスはそれぞれ第１、第２及び第３の基板を有し、該各基板は、それぞれの前記マトリックスのマイクロレンズの前記平面に光学的に接触する平らな透明板である、請求項１３に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項19
平凸のマイクロレンズからなる前記第２及び第３のマトリックスは、前記表示面を向きまた該表示面から離れる方向を向く両面を有する平らな透明板であって前記第３及び第２のマトリックスのそれぞれの前記マイクロレンズの前記平面に光学的に接触する平らな透明板である共通基板を備える、請求項１７に記載の切り換え可能な光学結像系。
請求項20
３Ｄ及び２Ｄのそれぞれの動作モードで、物体又は場面の３次元画像の複数の透視表示及び／又は２次元画像を視野内に形成するための３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置であって、２次元パターンを生成するディスプレイ構成要素であって２次元パターンを更新するためのデータ入力端、同期入力端及び２次元のパターンを表示する表示面を有するディスプレイ構成要素と、前記表示面から出ている光ビームを変換し、変換された光ビーム１３を前記視野内に投影し、これにより前記視野を１以上の調整可能な視野ゾーンに分けるための切り換え可能な光学結像系とを含み、該切り換え可能な光学結像系は、収束マイクロレンズからなる第１のマトリックスであって各マイクロレンズがそれぞれの光軸に沿って前記表示面の各エリアに光学的に結合された第１のマトリックスと、前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズに光学的に結合された収束マイクロレンズからなる第２のマトリックスと、第３のマトリックスであって前記第２のマトリックス及び第３のマトリックスが結合してマトリックス複合体を規定するように前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸的に整列し剛的に結合された収束マイクロレンズからなる第３のマトリックスと、少なくとも第１及び第２の制御入力端を有し、前記第１のマトリックス又は前記マトリックス複合体を相対的に光軸方向に動かしまた前記第１のマトリックス又前記マトリックス複合体を相対的に横方向に動かすための変位機構と、少なくとも第１及び第２のデータ出力端を有し、前記第１マトリックス及び前記マトリックス複合体の光軸方及び横方向の相対位置を感知するセンサ装置と、動作モードの切り換え、各動作モードでの１つ又は複数の前記マトリックスの動きの運転パラメータの制御及び前記ディスプレイ構成要素による２次元パターンの生成を１つ又は複数の前記マトリックスの動きに同期させるためのコントローラとを含み、該コントローラは、（i）少なくとも第１及び第２のデータ入力端と、（ii）同期出力端と、（iii）少なくとも第１及び第２の制御出力端とを有し、前記コントローラの前記第１及び第２のデータ入力端は前記センサ装置の前記データ出力端にそれぞれ接続され、前記同期出力端は前記ディスプレイ構成要素の前記同期入力端に接続され、前記コントローラの前記第１及び第２の制御出力端は前記変位機構の前記第１及び第２の制御入力端にそれぞれ接続されている、３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項21
前記変位機構は、少なくとも（i）前記第１のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は（ii）前記マトリックス複合体を前記第１のマトリックスに関して光軸方向に動かすように、構成された第１のドライバであって前記変位機構の前記第１の制御入力端である制御入力端を有する第１のドライバと、（i）前記第１のマトリックスを前記マトリックス複合体に関して又は（ii）前記マトリックス複合体を前記第１のマトリックスに関して動かすように、構成された第２のドライバであって前記変位機構の前記第２の制御入力端である制御入力端を有する第２のドライバとを含む、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項22
前記第２のドライバは、さらに、複数の調整可能な視野ゾーンが前記視野中で変換された光ビームによって一様にスキャンされるように、往復運動方式で１つ又は複数の前記マトリックスの横方向の移動を実行するように構成され、他方、前記コントローラは、３Ｄ動作モード及び２Ｄスキャン動作モードのそれぞれのために前記複数の透視表示又は同一２次元像が対応する視野ゾーンに投影されるように、前記第２のドライバの動作を制御しまた前記ディスプレイ構成要素によって生成される一連の２次元パターンを１つ又は複数の前記マトリックスの横方向移動に同期させるように構成されている、請求項２１に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項23
前記コントローラは、前記振幅が前記マトリックスのマイクロレンズの開口によって制限されるように前記水平方向の往復運動の最大振幅を調整するように、構成されている、請求項２２に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項24
前記第１のドライバは、隣り合った視野ゾーンが前記視野内で連続するように変換された光ビームの発散を調整するために、１つ又は複数の前記マトリックスの光軸の移動を実行するように構成され、他方、前記コントローラは、さらに前記第１のドライバの動作を制御するように、構成されている、請求項２２に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項25
前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有し、、前記第２のマトリックスは、前記第１のマトリックスから、Ｆ１＜Ｒ１＜２Ｆ又は（Ｆ１−Ｆ２）＜Ｒ１＜Ｆ１のような第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されており、また前記第３のマトリックスは、前記第２のマトリックスから第２の選択された距離Ｒ２をおいて配置されかつ前記第２のマトリックスのマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置する、請求項２４に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項26
前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有し、、前記第２のマトリックスは、前記第１のマトリックスから、第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されかつ前記第１のマトリックスのマイクロレンズの後ろ焦点エリア内に位置しており、また前記第３のマトリックスは、前記第２のマトリックスから、Ｒ２＜Ｆ２のような第２の選択された距離Ｒ２を置いて配置されている、請求項２４に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項27
前記第２のドライバは、さらに、前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズが前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズに共軸に整列する第１の選択された位置に関して前記マトリックス複合体の横方向の往復運動を実行するように構成され、前記コントローラは、前記第２のドライバの動作を制御するように、構成されている、請求項２４に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項28
前記第１のドライバは、さらに、隣り合う視野ゾーンが前記視野内で連続する第２の選択された位置に関して前記第１のマトリックスの光軸方向の移動を往復方式で実行するように構成されており、前記コントローラは、前記第１のドライバの動作を制御し前記第１のマトリックスの付加的な前記光軸方向の往復運動を前記マトリックス複合体の前記横方向の往復運動に同期させるように、構成されている、請求項２７に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項29
前記コントローラは、さらに、前記第１のマトリックスの前記光軸方向の移動の振幅が前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズの曲率半径によって調整されるように、構成されている、請求項２８に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項30
前記第２のドライバは、さらに、２Ｄ非スキャン動作モードで単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内の選択された視野方向を有するように第３の選択された距離Δｘのための１つ又は複数の前記マトリックスの横方向の移動を実行するように構成されており、また前記コントローラは、前記第２のドライバの動作を制御するように構成されている、請求項２１に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項31
前記第１のドライバは、さらに、前記単一の調整可能な視野ゾーンが前記視野内で選択された角度寸法を有するように、変換された光ビームの発散を調整するための１つ又は複数の前記マトリックスの光軸方向の移動を実行するように、構成されており、前記コントローラは、さらに前記第１のドライバの動作を制御するように構成されている、請求項３０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項32
前記第１のマトリックスの前記マイクロレンズは第１の焦点距離Ｆ１を有し、前記第２のマトリックスの前記マイクロレンズは第２の焦点距離Ｆ２を有し、、前記第２のマトリックスは、前記第１のマトリックスから、０＜Ｒ１＜Ｆ１又はＦ１＜Ｒ１≦２Ｆ１のような第１の選択された距離Ｒ１をおいて配置されている、請求項３１に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項33
前記ディスプレイ構成要素は、２Ｄ非スキャン動作モードで、３Ｄ動作モード又は２Ｄスキャン動作モードに使用される前記ディスプレイ構成要素に関して各２次元パターンにおける像の輝度の拡張されたレンジを有する、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項34
収束マイクロレンズからなる前記第１、第２及び第３のマトリックスは、それぞれ縦方向に方向付けられた円筒形平凸のマイクロレンズを有する第１、第２及び第３のレンティキュラマトリックスである、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項35
さらに、動作モードを選択又は変更し、又はコマンド信号を生成しまたこれをコントローラへ送信することにより新たな動作モードを生成するための、また、新たな２次元パターンに関連するデータを前記ディスプレイ構成要素に送信することにより２次元パターンを更新するためのコンピュータを含み、前記コンピュータは、（i）制御コマンド出力端と、（ii）前記ディスプレイ構成要素の前記データ入力端に接続されたデータ出力端とを備え、前記コントローラは、さらに、前記コンピュータの前記制御コマンド出力端に接続された制御コマンド入力端を有する、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項36
前記ディスプレイ構成要素は、空間光変調器（ＳＬＭ）を含む、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項37
前記ディスプレイ構成要素は、結像面、データ入力端及び制御入力端を有する空間光変調（ＳＬＭ）であって該ＳＬＭの前記データ入力端及び前記制御入力端はそれぞれディスプレイ構成要素の前記データ入力端及び同期入力端である空間光変調器（ＳＬＭ）と、該ＳＬＭの前記結像面に光学的に結合され、前記ディスプレイ構成要素の前記表示面である出力面を有する投影光学系とを含む、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項38
前記空間光変調器（ＳＬＭ）は発光ダイオードマトリックス（ＬＥＤマトリックス）である、請求項３７に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項39
前記投影光学系は、複数のファイバを含む画像伝送のためのファイバ光システムであり、前記ＳＬＭの前記結像面の各エリアは前記ファイバ光システムの各ファイバを経て、前記ディスプレイ構成要素の前記表示面のそれぞれのエリアに光学的に結合されている、請求項３７に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項40
前記投影光学系はテレスコピック又はテレセントリックである、請求項３７に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項41
前記ディスプレイ構成要素は、マイクロディスプレイ表面、データ入力端及び制御入力端を有する空間光変調−マイクロディスプレイ（ＳＬＭマイクロディスプレイ）であって該ＳＬＭマイクロディスプレイの前記データ入力端及び前記制御入力端はそれぞれディスプレイ構成要素の前記データ入力端及び同期入力端であるＳＬＭマイクロディスプレイと、前記マイクロディスプレイ表面に光学的に結合された光エンジンと、マイクロディスプレイ表面に光学的に結合され、前記ディスプレイ構成要素の前記表示面である出力面を有する投影光学系とを含む、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項42
ディスプレイ構成要素は、マイクロディスプレイ表面、データ入力端及び制御入力端を有する空間光変調−マイクロディスプレイ（ＳＬＭマイクロディスプレイ）であって該ＳＬＭマイクロディスプレイの前記データ入力端及び前記制御入力端は前記ディスプレイ構成要素のそれぞれ前記データ入力端及び同期入力端であるＳＬＭマイクロディスプレイと、前記マイクロディスプレイ表面に光学的に結合された光エンジンと、マイクロディスプレイ表面に光学的に結合され、出力面を有する投影光学系と、該投影光学系の前記出力面に光学的に結合され縦方向に発散させる光学部品であって出力面を有し該出力面が前記ディスプレイ構成要素の表示面である光学部品とを含む、請求項３４に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項43
前記縦方向に分散させる光学部品は、水平方向に方向付けられた円筒形の平凸のマイクロレンズからなるレンティキュラマトリックスである、請求項４２に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項44
前記投影光学系はテレスコピック投影光学系であり、前記縦方向に分散させる光学部品はホログラフィックな発散素子有する光学層である、請求項４２に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項45
前記ディスプレイ構成要素は、マイクロディスプレイ表面、データ入力端、制御入力端及び光エンジンをそれぞれ有する少なくとも第１及び第２の空間光変調−マイクロディスプレイ（ＳＬＭマイクロディスプレイ）であって、共に接続された第１及び第２のデータ入力端と、共に接続された第１及び第２の制御入力端であって前記データ入力端及び前記ディスプレイ構成要素の前記同期入力端にそれぞれが接続された第１及び第２のデータ入力端及び第１及び第２の制御入力端を含む、第１及び第２の空間光変調−マイクロディスプレイ（ＳＬＭマイクロディスプレイ）と、第１及び第２の光エンジンであって第１の光エンジンが前記第１のＳＬＭマイクロディスプレイの第１のマイクロディスプレイ表面に光学的に結合され第１の選択色の光を放射するように構成され、第２の光エンジンが前記第２のＳＬＭマイクロディスプレイの第２のマイクロディスプレイ表面に光学的に結合され第２の選択色の光を放射するように構成されている第１及び第２の光エンジンと、少なくとも第１及び第２の選択色を空間で重ね合わせるように構成され、少なくとも第１及び第２の光入力端及び光出力端を有し該第１及び第２の光入力端が前記第１のマイクロディスプレイ表面及び前記第２のマイクロディスプレイ表面にそれぞれ光学的に結合されている重ね合わせ光学系と、前記重ね合わせ光学系の前記光出力端に光学的に結合され、出力面を有する投影光学系と、前記投影光学系の前記出力面に光学的に結合され、出力面を有する縦方向に分散させる光学部品であって該光学部品の前記出力面は前記ディスプレイ構成要素の前記表示面である縦方向に分散させる光学部品とを含む、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項46
前記第２のドライバは、さらに、前記視野内で、複数の調整可能な視野ゾーンが変換された光ビームで一様にスキャンされるように、１つ又は複数の前記マトリックスの水平方向の移動を往復方式で実行するように構成されており、前記コントローラは、前記調整可能な視野ゾーンの１つに投影される各パターンが３Ｄ動作モード及び２Ｄスキャン動作モードの同時実行のために各透視表示及び選択された２Ｄ像の重ね合わせを含むように、前記第２のドライバの動作を制御し、前記ディスプレイ構成要素によって生成される一連の２次元パターンを１つ又は複数の前記マトリックスの水平移動に同期させるように構成されている、請求項２１に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。
請求項47
前記センサ装置は、少なくとも、前記第１のマトリックス及び前記マトリックス複合体の光軸方向の相対位置を感知するための第１の位置センサであって前記センサ装置の前記第１のデータ出力端であるデータ出力端を有する第１の位置センサと、前記第１のマトリックス及び前記マトリックス複合体の水平方向の相対位置を感知するための第２の位置センサであって前記センサ装置の前記第２のデータ出力端であるデータ出力端を有する第２の位置センサとを含む、請求項２０に記載の３Ｄ／２Ｄ画像が切り換え可能な装置。