JP2003530606A - 三次元画像の表現方法および装置 - Google Patents

三次元画像の表現方法および装置

Info

Publication number
JP2003530606A
JP2003530606A JP2001575733A JP2001575733A JP2003530606A JP 2003530606 A JP2003530606 A JP 2003530606A JP 2001575733 A JP2001575733 A JP 2001575733A JP 2001575733 A JP2001575733 A JP 2001575733A JP 2003530606 A JP2003530606 A JP 2003530606A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light source
image
pixels
light sources
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001575733A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003530606A5 (ja
Inventor
ティボル・バログ
Original Assignee
ティボル・バログ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ティボル・バログ filed Critical ティボル・バログ
Publication of JP2003530606A publication Critical patent/JP2003530606A/ja
Publication of JP2003530606A5 publication Critical patent/JP2003530606A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/27Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving lenticular arrays
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 適切な強度、任意選択で適切なカラーを有する光線を異なる観察方向に投射し、それによって三次元画像を生成する三次元画像表現方法および装置を開示する。光線は、周期的にアドレス可能な光源(S)を備えた光放出面(10)によって生成される。表面(10)は、光の透過または反射の制御が可能なピクセル(P)を含むスクリーン(20)の背後に配置される。異なる光源(S)から放出される光線は、異なる方向から個々のピクセル(P)を照明する。ピクセル(P)および光源(S)は、ピクセル(P)が一度に1つ以下の光源によって照明されるが、少なくとも一サイクル以内に各ピクセルが光源によって照明されるように光源をオンおよびオフに切り替えるようにして制御される。光源またはピクセルは、各サイクルにおいて各ピクセルが観察方向毎に少なくとも一度照明されるように、オンおよびオフに切り替えられる。ピクセルの適切な制御によって、異なる方向に映写された画象が得られる。本発明によれば、光源(S)間の距離はピクセル(P)間の距離より大きく、1つの光源(S)によって照明されるピクセル(P)の数が、1つのピクセル(P)を照明する光源の数より多くなるように、ピクセルから十分な距離を隔てて光源(S)を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、特に動(ビデオ)画像についての三次元画像の表現方法および装置
に関する。本発明は、画像表示のあらゆる分野において適用可能である。
【0002】 (背景技術) 平面(二次元)画像が表面に表示されると、表面の各点が、すべての方向にほ
ぼ同一の強度(および色)の光を放出または反射する。これは、はがき(反射)
または従来のテレビ画像(光の放出)のような従来の描画の動作原理である。三
次元画像を表現する場合は、放出光は、同一点から放射されても異なる方向に異
なる強度(および色)を有する。これにより、窓ガラスまたはホログラムをディ
スプレイと見なすことができる。したがって、三次元画像を表示するためには、
単一の画像点(ピクセル)から放出される光の強度(および色)を放出角(出口
角)の関数として制御できる、すなわち異なる方向に放出される光の強度を制御
できる光放出面が必要となる。
【0003】 空間(立体)画像を表示するのに適したいくつかの既知のシステムでは、カラ
ー・フィルタや偏光フィルタ、または時差誘導眼鏡によって互いに分離すること
のできる2つの画像を映写する。その2つの画像が、それぞれ左目および右目に
よって感知されるときに、これらの分離画像の効果が三次元画像として認識され
る。これらの画像は、画像に対する観察者の位置に関係なく、2つの同じ配景を
与えるため、真の三次元画像ではない。補助手段を用いずに立体画像を観察する
ことを可能にするオートステレオ・デバイスと呼ばれる他のデバイスも存在する
。当該立体表示は、EP 0721 132およびEP 0 729 055な
どに開示されている。
【0004】 真に迫った、またはリアルな三次元画像を生成するためには、観察者が異なる
視点から異なる配景を見ることを可能にする、適切な強度/色を有する多量の光
線を投射する必要がある。いくつかの従来技術のディスプレイでは、リアルな三
次元画像を表示するのに2つの表面が使用される。第1の前面は、光の透過また
は反射の制御が可能な表面で、第2の背面は、光源を備えた照射面である。背面
の一点と前面の一点が、明確に方向を定める。可能な実施形態では、光源の強度
および/または色を制御することによって、背面に画像を生成し、第1の面には
、画像ピクセルをオンおよびオフに切り替えることによって、選択された観察方
向に従ってマスキングのみを行う。他の可能な実施形態では、背面に対する光源
を連続的にオンにするか、あるいはそれらを単にオンまたはオフに切り替える一
方、第1の表面に対しては画像情報に従って制御を行う。光の透過または反射の
制御が可能な画像ピクセルを含む第1の表面は、LCDディスプレイであるのが
好ましい。
【0005】 LCDディスプレイを用いた当該解決策は、US 5,831,765、US
5,036,385、WO 99/07161、EP 0 316 465お
よびUS 5,132,839などの文書に開示されている。これらの既知の解
決策では、LCDスクリーンの背後に照射ストリップが使用され、ストリップの
光は、LCDスクリーンの制御画像ピクセルによって透過されるか、あるいは遮
られる。
【0006】 EP 0 316 465に開示された解決策では、それぞれの対のLCDピ
クセル行の背後に照射線が存在し、その照射線の光は、LCDピクセルの制御に
対応して、1つまたは他の行を通過する。この構成は、2つの観察方向を伴う立
体画像の表示を可能にするが、1つの画像点に対して2つのLCDピクセルが必
要となるため、LCDディスプレイの解像度が低下する。説明では、観察方向の
数を増やすために、1つの照射線に関連するLCDピクセルの数を増やすことが
提案されているが、これにより解像度がさらに低下することになる。
【0007】 他の可能な実施形態では、それぞれのLCDピクセル行の背後に1つの照射線
(光源)を使用することが提案されている。この場合は、複数の光源によってそ
れぞれのピクセルを照明するため、いくつかの観察方向が確保され、同一の画像
点において光放出が独立的に制御可能となる。当該ディスプレイは、「完全解像
度で複数の背景を生成する原型フラット・パネル・ホログラムの如きディスプレ
イ」(J.Eichenlaub、SPIE論文集第2409巻、pp.102
−112)に記載されている。この既知の解決策の原理を図1に示す。個々では
、光源の数は、基本的に、一列の画像ピクセルの数に等しい。したがって、許容
しうる解像度で画像を生成するためには、非常に小さい多数の光源が必要である
。これらの光源は、これらの光源は、サイズが小さく量が多いことが必要である
ため、極めて高価である。該光源は、光学的方法(例えばWO 94/0624
9に開示されている円柱レンズ・マトリックス)によって製造できるが、ここで
も非常に高精度で高価な技術が必要とされ、照射角も制限される。この手法のさ
らなる短所は、達成しうる強度が制限されることである。米国特許第5,036
,385号には同様の方法が開示されているが、単に立体表示として、すなわち
観察者の左右の目に対して単に2つの異なる光景をもたらすものとして使用され
るにすぎない。
【0008】 US 5,132,839では、照射面とLCDスクリーンの間に配置された
適切な光学システムが異なる方向に、しかし互いに平行に生成するソリューショ
ンが教示されている。このシステムでは、LCDスクリーンに異なる方向から定
期的に光を照射し、実際の照射方向に対応する画像が、対応する瞬間にLCDス
クリーンに現れるようにLCDスクリーンを制御する。このソリューションも小
さな光源の使用を必要とするため、上述したように、強度が低下する。また、L
CDディスプレイの平行照射のための光学システム(フレーネル・レンズ、レン
ズ・マトリックス)は、デバイスを高価で複雑なものにする。
【0009】 よって、本発明の目的は、補助手段を使用せず、また空間的制限を伴わずに画
像を表示することを可能にするとともに、高価な合焦および反射素子を必要とし
ない、好ましくは動画像を対象としたリアルな三次元画像の表現方法および装置
を提供することにある。
【0010】 (発明の概要) 本発明の第1の態様によれば、三次元画像を表現するための方法が提供される
。該方法では、適切な強度、任意選択で適切な色を有する光線を異なる観測方向
に投射し、それによって三次元画像を生成する。
【0011】 提案された方法では、角度独立または時定数角度依存放射特性を有する、個別
に制御可能な光源を備えた光放出面がスクリーンの背後に配置され、該スクリー
ンは、光の透過または反射の制御が可能な画像ピクセルを含む。異なる光源によ
って放出された光線は、異なる方向から個々の画像ピクセルを照明し、さらに光
源によって放出され、実質的に方向を変えることなく光源と画像ピクセルの間を
伝搬する光線の方向によって、個々の画像ピクセルから放出される光線の方向が
決定づけられる。該方法によれば、光源間の距離は、画像ピクセル間の距離より
も大きくなるように選択され、光源は、1つの光源によって照明される画像ピク
セルの数が、1つの画像ピクセルを照明する光源の数より多くなるように画像ピ
クセルから十分な距離を隔てて配置される。
【0012】 提案された構成にはいくつかの利点がある。第一に、より大きなサイズの光源
を使用することができる。第二に、必要とされる光源の数が比較的少ない。 輝度を最大限に高めるとともに視界(FOV)の範囲外における副作用を最小
限に抑えるために、角依存放射特性を有利に設定して、光線を有効視界(FOV
)に拡散させる。有効視界は、観察者が真に迫った三次元画像を見ることのでき
る範囲で、1つの光源によって照明される最も遠い2つのピクセルの間の角度に
よって定められる。
【0013】 光源を点源と見なすことができない場合は、光源間の距離は、高原の中心間の
距離と理解される。また、画像ピクセルを通常はポイント・オブジェクトと見な
すことができないため、画像ピクセル間の距離は画像ピクセルの中心間の距離を
意味する。
【0014】 該方法の特に好ましい具体的態様によれば、1つの光源によって照明される画
像ピクセルの数と、画像ピクセルを照明する光源の数との比が、光源の中心間の
距離と、画像ピクセルの中心間の距離との比に等しい。これにより、光源の数を
減らし、かつ光源を大きくしても、同じ解像度で画像を生成するのに十分である
【0015】 本発明のさらなる態様によれば、光強度が均一でちらつきのない三次元画像を
観察するために、個々の画像ピクセルから放出される光線を、三次元画像の均一
な照明に必要な発散角で水平および垂直方向に拡散させ、水平方向の拡散角度は
、隣接する2つの観察方向の間の角度と少なくとも同じ大きさを有し、かつ実践
によって示されるように、隣接する2つの観察方向の間の角度の二倍以下とする
ことが提案されている。この場合は、観察者は、スクリーンを見る角度と関係な
く均一な画像を観察することになる。
【0016】 また真に迫った三次元画像では、互いに隣接し、表面の照明が均一で、そのサ
イズがそれらの水平方向および垂直方向の距離によって本質的に定められる光源
によって、垂直かつ水平方向に画像ピクセルが照明されるのが好ましい。
【0017】 視差情報が省略される場合には、隣接する垂直方向の光源ストリップによって
、画像ピクセルから放出された異なる水平方向および垂直方向の光の拡散を得る
ことができる。
【0018】 他の好ましい実施形態では、点状の光源を使用し、適切なディフューザ、例え
ばレンズ・ディフューザのハログラフィックによって、個々の画像ピクセルから
放出される光線の様々な垂直および水平方向の拡散(発散)を達成する。
【0019】 最も好ましい実施形態では、スクリーン上の画像ピクセルを画像情報で変調す
ることによって、該方法により表示された画像を得る。この場合、画像ピクセル
および光源は、 a.1つ以下の光源によって画像ピクセルが一度に照明されると同時に、光源
によって角画像ピクセルが照明されるように、個別的にまたはまとめて光源をオ
ンおよびオフに切り替え、 b.各々の周期またはサイクルにおいて、各画像ピクセルが、各観察方向で少
なくとも一度照明されるように、周期的または周期的に光源をオンおよびオフに
順次切り替え、それと同時に、 c.画像ピクセルを透過するかまたは画像ピクセルから反射された光の適切な
強度および/または色の変調によって、異なる方向に映写された画像を得るよう
にして制御されるものと考えられる。
【0020】 この場合は、照明光源からいくつかのグループが生成され、観察方向と同じ数
の近隣光源が1つのグループを構成する。各グループ、好ましくはグループのな
かで同様の位置に存在する光源から、一度にただ1つの光源がオンに切り替えら
れるように光源の切替えが行われる一方で、垂直方向の視差情報、すなわちピク
セルの行の情報を伴わない三次元画像の場合は、選択された観察方向に対応する
制御可能な画像ピクセルを含む光放出スクリーンの画像ピクセルは、選択された
観察方向に対応する適切な画像情報によって制御される。その後、現在オンにな
っている光源は、次の位置の光源がオンに切り替わると、各グループにおいてほ
ぼ同時にオフに切り替わり、次の観察方向に対応して、制御可能な画像ピクセル
の制御が同時に変化する。LCDスクリーンの解像度は低下しないが、制御周波
数は、観察方向の数に比例して増加することが強調される。
【0021】 光源および画像ピクセルの制御を周期的に繰り返し、一周期を1/20秒以下
、好ましくは1/25秒以下とすることを提案する。1つの制御サイクルにおい
て各光源が一度活性化され、1つの制御サイクルにおいて各画像ピクセルが観察
方向毎に一度制御され、すなわち1つの制御サイクルにおいて観察方向の数だけ
制御が行われる。この構成により、実質的にちらつきのない静画像およびビデオ
画像が観察されることになる。
【0022】 しかし、画像情報で光源を変調し、スクリーン上のピクセルを使用して単に変
調光源に対する適切な観察方向を選択することによって、三次元画像を得ること
も可能である。この場合は、画像ピクセルは光シャッタ・ピクセルとして実現さ
れ、光源によって放出された光の強度を変調することによって、一体画像の部分
を含む複合画像が光放出面に生成される。さらに、シャッタ・ピクセルおよび光
源は、 a.光源のグループ内の各々の光源を観察方向に対応させながら、その光源の
グループによって単一のシャッタ・ピクセルを一度に照明し、それと同時に、そ
のグループ内の1つの光源の光を単一のシャッタ・ピクセルのみに透過し、 b.各画像サイクルにおいて、各シャッタ・ピクセルが観察方向毎に少なくと
も一度光を透過または反射するように、シャッタ・ピクセルおよび光源を変調し
、 c.シャッタ・ピクセルに周期的に光を透過することにより、異なる方向に映
写された一体画像を得るようにして制御される。
【0023】 本発明の他の態様によれば、特に本発明に係る方法を実行するための、三次元
画像を表現する装置も提案される。 本発明の装置は、角度独立または時定数角度依存放射特性を有する個別制御可
能な光源が設けられた光放出面と、光の伝送または反射の制御が可能な画像ピク
セルを含み、光放出面の前に配置されたスクリーンとを備える。該装置において
、光源の光は、基本的には方向を変えることなく光源と画像ピクセルの間を伝搬
し、さらに画像ピクセルを透過するか、あるいは画像ピクセルから反射される。
光源および画像ピクセルは、各々の光源がいくつかの画像ピクセルを照明し、1
つの画像ピクセルがいくつかの光源によって照明されるように構成される。
【0024】 本発明によれば、光源の中心間の距離は、画像ピクセルの中心間の距離より大
きく、光源と画像ピクセルの間の距離は、1つの光源によって照明される画像ピ
クセルが単一の画像ピクセルを照明する光源より多くなるように選択される。
【0025】 上述したように、光源を点源と見なすことができない場合は、光源間の距離は
、高原の中心間の距離と理解される。また、画像ピクセルを通常はポイント・オ
ブジェクトと見なすことができないため、画像ピクセル間の距離は画像ピクセル
の中心間の距離を意味する。
【0026】 本発明に係る装置の最も好ましい実施形態では、1つの光源によって照明され
るピクセルの数と、単一のピクセルを照明する光源の数との比が、光源間の距離
と画像ピクセル間の距離との比にほぼ等しくなるように、背面の光放出面上の光
源が画像ピクセルと距離を隔てる。この構成では、三次元画像の角度解像度を犠
牲にしなくても、光源の数を実質的に減らすことができる。
【0027】 好ましい実施形態では、光放出面は、光源、すなわちR、G、B、LEDを含
むLEDまたはOLED(有機発光ダイオード)である。スクリーン上の画像ピ
クセルに対する連続的なグレースケール制御、または各LEDの制御によって画
像を生成することが可能である。これらはそれぞれ異なる色でありうる。スクリ
ーン、好ましくはLCDディスプレイの適切な画像ピクセル透過または反射を、
オフ状態とオン状態の間でのみ制御することもできる。
【0028】 垂直方向と水平方向の両方においてリアルな真に迫った三次元画像を表示する
ことが望まれる場合は、個々の画像ピクセルから放出される光線を垂直および水
平方向に拡散させる手段を提供するために、垂直方向および水平方向に所定のサ
イズを有する光源として光源を形成して、三次元画像の照明を均一にすることを
提案する。
【0029】 垂直方向の視差情報を伴わない画像を表示すれば十分な場合は、垂直方向と水
平方向で個々の画像ピクセルから放出される光線の異なる拡散形態を与えるため
に、互いに隣接して配置される垂直の光源ストリップとして光源を形成する。
【0030】 しかし、実質的に点源である光源の使用することを選択する場合は、個々の画
像ピクセルから放出される光線の垂直および水平方向の拡散(発散)を変えるた
めに、制御可能な画像ピクセルを含むスクリーンに、ホログラフィックまたはレ
ンズ状レンズ・マトリックスを備えることを提案する。
【0031】 拡散面の背後に互いに等しい距離をおいて縦に配列された複数の光源が存在す
ることも考えられる。カラー画像を表示するために、縦に配列された光源は、カ
ラー画像の表示に適した基本色に対する照射に応じた光源とし、基本色を定期的
に繰り返すことを提案する。
【0032】 次に、添付の図面に示された非制限的な実施形態を用いて本発明をより詳細に
説明する。 (発明を実施するための最良の形態) 図2に示す表示構成において、制御可能光透過特性を有し、光放出面10の前
に配置されるスクリーン20が設けられている。
【0033】 スクリーン20は、ピクセルの反射を制御できるスクリーンでありうることを
図17および図18を用いて示す。発明の概念の例証および理解を容易にするた
めに、透過スクリーン20を利用してその原理を説明する。
【0034】 スクリーン20は、ピクセルPを有するLCDディスプレイによって具体化す
ることができる。画像ピクセルPの中心は、互いに等しい距離XPを隔てたとこ
ろに位置する。光放出面10は、スクリーン20に対して距離D2隔てたところ
に位置し、光放出面10には光源S1...Snが存在し、光源S1...Sn
は、互いに距離XS隔てたところに位置する。距離XSも光源S1...Snの中
心間の距離で測定される。光源はそれぞれ個別に制御できるが、以下に示すよう
に、そのうちのいくつかは、実際に同時に制御(変調)することができる。理論
的には、それぞれの画像ピクセルPの背後に個別的な光源Sを配置することがで
きるため、垂直方向と水平方向の両方に三次元効果を示す真に迫った、またはリ
アルな三次元(3D)画像を表示することができる。しかし、当該構成は、非常
に大量の情報の処理、記憶、転送および表示を必要とし、現行では経済的に実現
不可能である。人間の眼の物理的構造、および人間による3D画像の観察の仕方
により、垂直方向の異なる配景が省かれても差し支えない。この場合は、垂直の
照明線またはストリップとして光源を認識するだけで十分である。光放出面10
とスクリーン20の間に偏光光学素子が使用されていないため、光源Sの出口角
βは、スクリーン20の観察角αに等しく、α=βが成り立つ。出口角βと、観
察角αと、距離Dと、距離XPおよびXSとの関係を以下のように表すことができ
る。
【0035】
【数1】 tan(β/2)=tan(α/2)=IS・XP/2D=IP・XS/2D ここで用いられる記号を以下に説明する。
【0036】 β 出口角(レンジ)。 α 観察角(レンジ)。 IP 独立した観察方向の数で、1つのピクセルPを示す光源Sの数でもある
【0037】 IS 1つの光源Sによって照明されるピクセルPの数。 XP 隣接するピクセルPの中心間の距離。 XS 隣接する光源Sの中心間の距離。
【0038】 D スクリーン20と光放出面10の間の距離。 観察角αは、ピクセルPから出る光線間の最大角として定められる。観察角α
を60°にすると、良質の3D画像とより広い視覚を達成することができる。も
ちろん、観察角αをより大きくすることもできる。
【0039】 例として、α=60°を選択すると、光放出面10とスクリーン20の間の距
離Dは、D=Is・XP・tan(60°/2)=IS・XP・√3として求めら
れる。距離Dの値は、基本距離として定められる。
【0040】 ISの値については、隣り合う2つの方向の間の角γが2°を超えないように
観察方向の数を選択することが望ましい。観察方向間のこの角(すなわち角解像
度)は、隣り合う2つの光源によって放出され、共通のピクセルを伝搬する2つ
の光線の間の角γとして定められる。外側からとらえると、観察者は、2つの光
線がピクセル内の共通の光源によって、しかし異なる方向に放射されるかのよう
にピクセルから出るのを観察することになる。角γの値が小さくなると、ディス
プレイの角解像度が高くなり、観察者の三次元認識を高める。明らかに、一定の
観察角α内の観察方向の数を大きくすると、角γの値が小さくなる。
【0041】 α=60°、γ=2°の値を選択すると、観察方向の数はIP=60/2=3
0となり、各ピクセルPは30の光源Sによって照明され、各光源Sは30のピ
クセルPを照明することを意味している。この手法は、既知の従来技術の方法に
使用されており、図1に概略的に示されている。
【0042】 ピクセルPの数は、既知のディスプレイの場合と同じ程度の数すなわち少なく
とも320×240、好ましくは640×480、さらに良好な解像度について
は800×600、あるいはより高いレベルが要求される場合は1024×76
8が選択される。12インチモニタを考えると、垂直方向の解像度が320ピク
セルであれば距離XPおよびXSは0.8mmで、640ピクセルであれば0.4
mmで、800ピクセルであれば0.35mmで、1024ピクセルであれば0
.27mmである。XP=XSが成り立つ場合は、光源のサイズがピクセルのサイ
ズ以下になることを意味している。このようにサイズが非常に小さく数が大きい
光源はコスト高である上に、必要な光強度を達成するのが困難である。
【0043】 この問題を克服するために、光源Sの間の距離XSを画像ピクセルPの間の距
離XPより大きくすべきであり、また1つの光源Sによって照明される画像ピク
セルの数が1つの画像ピクセルを照明する光源Sの数より大きくなるように、光
源Sを画像ピクセルPから十分に離して配置すべきであることが示唆される。
【0044】 図2に示される例として、光放出面10を、図1に示される基本距離D1の少
なくとも二倍の距離D2に配置する。光源SとピクセルPの間に偏光素子が適用
されていないため、α=βの関係はまだ有効であるが、関係式tan(β/2)
=tan(α/2)=IS・XP/2D=IP・XS/2Dから、図1に示される構
成と比較すると、光源S同士の距離が二倍(すなわちXS=2XP)であることが
わかる。観察方向の数IP=30は変わらないが、1つの光源によって照明され
るピクセルの数は二倍(すなわちIS=60)になる。このように、光源間の距
離が倍になったばかりでなく、有利にも必要な光源の数が減ることにもなった。
【0045】 IS・XP=IP・XSの関係から明らかなように、提案されているディスプレイ
では、光源の数、および異なるピクセルを照明する光線の数は、それらの積が、
ピクセルの数と、ピクセルから放出される光源の数(すなわち観察方向の数)と
の積に等しくなるように選択される。これも以下のように公式化することができ
る。
【0046】
【数2】 IS/IP=XS/XP すなわち、1つの光源によって照明される画像ピクセルの数と、画像ピクセル
を照明する光源の数との比は、光源の中心間の距離と画像ピクセルの中心間の距
離との比に等しい。
【0047】 ディスプレイの解像度を定めるピクセルを第1のスクリーンに数多く設けるこ
とができる一方で、三次元効果を可能にする観察方向の数も適度に大きく選択で
きるため、この方法は、高解像度のディスプレイを経済的に製造することを可能
にする。しかし、第2の表面、すなわち光放出面には、よりサイズの大きな比較
的数少ない光源、または低解像度のディスプレイで十分である。光源の数Nは以
下の式で与えられることが理解される。
【0048】
【数3】 N=(n・IP)+IP ただし、 N 全光源数 n=増倍係数 Dmax/D IP 観察方向の数 最大距離Dmaxは、出口角βの光源Sがスクリーンの全幅、またはスクリー
ンのサイズに対応する表面を露光または照明する距離として定められる。その場
合は、中央の光源、ここでは光源S30が角βでスクリーンを照明する。図11
に示されるように、各ピクセルからIP=30の観察方向を確保するためには、
スクリーン20上の水平線に沿うピクセルPの数に関係なく、60の光源を使用
するだけで十分である。それは、光放出面10の幅がスクリーン20の幅の二倍
であることを暗示する。光放出面10とスクリーン20の間の距離Dスクリーン
20の幅の√3倍になる。
【0049】 表示装置の奥行および光放出面の幅を大きくしてもこのソリューションを可能
にするとは限らないが、これによって、光放出面10とスクリーン20の間に中
間的な光学システム設けた従来技術のソリューションよりもフラットな構成が得
られる。しかし、距離Dをより小さくするほうが実用的である。DをDmax/
2とすると、単に90の光源が必要とされ、IPは依然IP=30である(図12
を参照)。距離Dをさらに半分にすると、IP=30を維持することによってN
=150となり、150の光源が必要になる(図13を参照)。距離Dを変化さ
せることによって、スクリーンのサイズおよび光源の数が広い範囲で変化しうる
ことがわかる。
【0050】 観察者が連続像を感知するためには、個々のピクセルを通過する光線のコーン
(図15および図16)が接触するか、またはわずかに重複すること、すなわち
観察角のなかのスペースの一部が(ピクセルの一部またはすべてによって照明さ
れずに)部分的または完全に暗くなっていないことが必要である。点状または線
状光源では、光源が垂直かつ水平方向にある程度拡散または発散するように取り
はからうべきである。当該構成は図3および図14に示されるもので、ホログラ
フィック・ディフューザ30がスクリーン20の手前に配置されている。本発明
の装置に使用されるディフューザは、単一の回折または屈折光学素子、あるいは
複数の素子の組合せである。ディフューザによって生じる水平方向の拡散または
発散角δxは、隣り合う2つの光線の間の角γと少なくとも同じ大きさで、2・
γより小さく、垂直方向の拡散または発散角δyは水平方向の発散角より大きく
、最大180°である。発散角δxは例えば2・γで、実質的に角γより大きい
場合は、隣り合う光線の重複が角に大きくなって観察画像にちらつき効果が生じ
るため、被写界深度が実質的に低下することになる。
【0051】 点状光源の代わりに、垂直かつ隣接ストリップとして配置された光源Sが示さ
れたさらなる実施形態を図4に示す。図4に見られるように、隣接光源Si−1
、Si、Si+1の発散角δi−1、δi、δi+1も隣接し、すなわち観察者
は、中断されていない連続的な画像を観察することになる。図3および図4には
水平方向の発散角δxしか示されていないが、図14には、垂直方向の発散角δ
xと垂直方向の発散角δyが同時に示されている(ただし、δx<<δy<18
0°)。
【0052】 図4に概略的に示されているいくつかの可能な実施形態が図5、6、7および
9に説明されている。図5によれば、光放出面10はすりガラス・シート40ま
たは同様の材料から構成され、大きな出口角βをもたらす適切な拡散光放出特性
を与える。ガラス・シート40の背後には、互いに同じ距離を隔て、ガラス・シ
ート40の背後から一定の距離をおいて配置された光源Sが存在する。それらの
光源は、角度独立または時定数角度依存放射特性を有し、すなわち、それらの光
強度を異なる出口角で個別に変調できない。すなわち、それらの光源を変調した
り、または切り替えると、放射光の変調または切替えがすべての出口方向(出口
角)で同一になる。
【0053】 光源間に隔離板50が存在し、それらも隣の光源からの距離が同じである。隔
離板および光源の位置が出口角βを定める。図5の実施形態では、ガラス・シー
ト40に入る光線の間に重複がない。これにより、画像に対する照明が非均一的
になる。したがって、この効果を償うために、隔離板をわずかにガラス・シート
40から引っ込めることによって重複領域を形成することができる。この後者の
構成を図6に示す。
【0054】 図5および図6では、上から見た光放出面10を示しているが、図7では前か
ら見た放射面10の一部が示されている。隔離板50と光源S1、S2およびS
3から形成された構造を垂直および水平方向に同一の幾何学構造で繰り返す。す
りガラス・シート40を均一に照明するためには、光源を縦に繰り返して配置す
るのが有利である。
【0055】 他の実施形態では、縦に配列される光源はそれぞれ色の異なる光源で、R−G
−Bの基本色で照射され、規則的なパターンで繰り返され、典型的にはカラーL
EDとして実現される。当該構成を図9に示す。
【0056】 観察方向の数に応じた数の近隣光源が1つのグループを構成するようにして、
光源からいくつかのグループが形成されているのがわかる。一グループ内のただ
1つの光源、好ましくはそれぞれのグループにおいて同じ位置にある光源が一度
にオンに切り替わるように、光源がオンに切り替えられる一方、関係するピクセ
ル、および現在オンに切り替えられている光源によって定められた観察方向、な
らびに定められた各々の観察方向に示される画像に応じてスクリーン20のピク
セルPが制御される。その後、光源または光源の行がオフに切り替えられると同
時に、各グループにおいて、グループ内の次の位置にある光源がオンに切り替え
られる。それと同時に、ピクセルの制御も、様々な観察方向で画像に対応して変
化する。すなわち、光源Sは周期的にアドレスされる。光源S1からS3に対す
る1つのアドレッシング・サイクル内の制御信号を図8に概略的に示す。
【0057】 光放出面10がスクリーン20から最大距離Dmaxを隔てたところに位置す
る図11の構成では、スクリーン20を完全に照明するために、光源S30とS
60を同時に切り替える必要がある。S30およびS60をオフに切り替えると
、次の光源S1およびS31がオンに切り替えられ、その後S2およびS32が
オンに切り替えられるといった具合に順次切り替えられる。
【0058】 光放出面10が、スクリーン20から最大距離Dmaxの半分の距離を隔てた
ところに位置する図12の構成では、光源S30、S60およびS90を同時に
オンおよびオフに切り替える。その後、S1、S31およびS61がオンおよび
オフに切り替えられ、次いでS2、S32およびS62が切り替えられるといっ
た具合に順次切り替えられる。
【0059】 光放出面10が、スクリーン20から最大距離Dmaxの四分の一の距離を隔
てたところに位置する図13の構成では、光源S30、S60、S90およびS
120を同時にオンおよびオフに切り替える。その後、S1、S31、S61お
よびS91がオンおよびオフに切り替えられ、次いでS2、S32、S62およ
びS92が切り替えられるといった具合に順次切り替えられる。
【0060】 スクリーン20のピクセルPは、常に、射出光線の方向、および光線が放出さ
れるピクセルの位置に応じて制御される。このソリューションでは、LCDスク
リーンの解像度は低下せず、制御周波数は、単に観察方向の数に比例して減少す
る。
【0061】 カラー画像を表示するために、いくつかのソリューションが考えられる。第1
のソリューションでは、3つの基本色に応じて光源の色を周期的に変化させ(時
差カラー制御)、それぞれのピクセルによって表現される画像点における該当カ
ラー成分のフラクションに従ってスクリーン20のピクセルPを制御する。図9
のカラー光源R1−R3、G1−G3、B1−B3の周期的アドレッシングを図
10に概略的に示す。
【0062】 第2のソリューションでは、白色光源およびカラー・スクリーンを用いてカラ
ー画像を表示する。 フレーム周波数を少なくとも20Hz、好ましくは少なくとも25Hzとして
、光源SおよびピクセルPの制御を周期的(周期的)に行う。一サイクルにおい
て各光源が一度オンおよびオフに切り替えられ、観察方向毎に各ピクセルが一度
、すなわち位置制御サイクルで30回制御されるように、1つのフレーム制御サ
イクルを通じて、各観察方向に1つの画像が映写される。光源は観察方向の数に
応じた数でグループ化されるため、1回の制御サイクルにおいて各光源が一度活
性化され、一画像フレーム・サイクルにおいて、静止フレームの各観察方向に対
応する情報が提示される。しかし、与えられた任意の観察方向における完全なリ
アル画像の実画像情報が同時にスクリーン20上に出現することはない。その代
わり、スクリーン20の異なるピクセルが、画像フレーム・サイクル内に分布さ
れた静止フレームの配景の異なる部分を示すことになる。上述の内容から、この
構成では、スクリーン20の制御周波数は、スクリーンのサイズまたは他の任意
の幾何学的関係に無関係であることがわかる。このスクリーン制御周波数(また
はピクセル制御周波数)は、フレーム周波数と観察方向の数との積にすぎない。
25Hzのフレーム周波数およびIP=30を選択すると、LCDスクリーンの
スクリーン制御周波数は750Hzになる。そのスクリーン制御周波数は、既知
の従来技術のシステムのそれより大きくなくてもよい。このような目的で、ボル
ダ・ノンリニア・システムズ社(Boulder Nonlinear Sys
tems Inc.)が開発したLCDディスプレイを応用することができる。
このLCDディスプレイは4000フレーム/s周波数の分配能力がある。
【0063】 図14における概略斜視図に示される構成では、既に説明した幾何学構造に従
って、点状のS1..Sn光源がスクリーン20の背後に水平線に沿って配置さ
れる。いうまでもなく、光源の1つの水平線は1つの垂直配景しか表すことがで
きないため、生成される三次元画像は垂直方向の視差情報に欠ける。垂直方向の
視差が省略される場合は、より小さい水平方向発散角δxとより大きい垂直方向
発散角δyで入射光線を拡散させる光学素子をスクリーン20の手前に設けるの
が有利である。これによって、観察者の目の高さに関係なく放出光線が可視状態
になり、可視画像は、垂直方向に小さい水平領域に限定されなくなる。したがっ
て、スクリーン20の手前にディフューザ30が設けられる。ハログラフィック
光学素子、または垂直方向および水平方向の焦点が異なる円柱光学素子を用いて
、このディフューザ30の光屈折機能を実現することができる。
【0064】 図15および図16は、さらなる屈折光学素子を用いることなく必要な垂直お
よび水平方向の発散角δxおよびδyを確保する拡張源(非点源)の応用を示す
図である。
【0065】 図15に示す構成では、光源S11、...、Smnは、均一に照明され、行
列配列された近隣の長方形のフィールドとして実現されることによって、垂直方
向と水平方向の両方に配景像を有する三次元画像の表現を可能にする。垂直方向
の視差を有さないが、垂直方向の発散角δyが比較的大きい他のソリューション
を図16に示す。ここでは、均一に照明される垂直方向の近隣照明ストリップに
よって光源S1...Snを構成する。当該ストリップは、光源の行が平行に制
御される図15の構成に置き換えることができる。
【0066】 スクリーン20は反射スクリーンであってもよいことを強調すべきである。こ
の場合は、光源S1〜Snから放出される光線は、光源が配置されたスクリーン
20の同じ側に向かって反射されることになる。この構成を図17および図18
に示す。観察者がスクリーン20を見ることができるようにするために、光源S
1〜Snから放出される光線が、Y−Z面においてスクリーン20と直交せず、
傾斜角を成すように光放出面10を配置する。このように、反射光線の観察が光
放出面10によって妨げられることはなく、観察者は平静なスクリーン20を見
ることができる。このように、スクリーン20を壁に固定することができる一方
、光放出面10をオーバヘッド・プロジェクタとして形成することができる。
【0067】 発明の概念は、映写画像、より厳密には知覚画像を形成する光線が、光放出ス
クリーン20ではなく光放出面10上の画像情報によって変調される場合にも等
しく応用できる。これを、三次元画像を表現するためのさらなる装置の基本構造
が示される図19に示す。この装置は、光源Sが設けられた光放出面10をも備
える。先述したように、光源S自体は、角度依存または時定数角度独立放射特性
を有する。これらの光源は、個々にアドレス可能なLED26または一体型のL
EDディスプレイとして実現されうる。
【0068】 光源の水平線と、隣り合う水平線におけるシャッタ・ピクセルのクロストーク
を避けるためには、図22に示されるように、LED26に特有の照射には垂直
方向の発散がほとんどないか、または皆無とし、水平方向の発散を比較的大きく
すべきである。これによって、光源は、水平方向に配列された関連するシャッタ
・ピクセルのみ、すなわちそれぞれの光源と同じ線にあるシャッタ・ピクセルの
みを照明することになる。この目的で、ピクセルと光源の隣り合う水平線の間に
、表面10とスクリーン20の間に伸びる不透明な水平板の形をとる物理的な隔
離手段を設けることができる。あるいは、適切な光線形成光学素子(不図示)を
LED26に適用して、図22に示される照射特性を達成することができる。
【0069】 光放出面10の手前にスクリーン20が存在し、スクリーン20は周期的にア
ドレス可能なシャッタ・ピクセル25を含む。シャッタ・ピクセル25は、光透
過または反射の制御が可能である。スクリーン20のピクセルは、基本的には強
度変調を伴わずに入射光を透過(または反射)するか、または完全に光を遮るた
め、ここではそれらを「シャッタ」ピクセルと呼ぶ。シャッタ・ピクセルは透過
光を変調できることも考えられる。
【0070】 図19に示される実施形態では、シャッタ・ピクセル25は、透過モードで動
作する。光源Sの光は、基本的に方向を変えずに光源Sとシャッタ・ピクセル2
5の間を伝搬し、さらにシャッタ・ピクセル25を通過する。しかし、図17お
よび図18に示されるように、スクリーン20は、反射モードでも動作すること
ができる。
【0071】 表示された三次元画像は、観察方向に、スクリーン20上のシャッタ・ピクセ
ルと同じ数の画像点を有することができるという点で、装置によって表示される
画像の解像度は、シャッタ・ピクセルの解像度(濃度)によって決まる。スクリ
ーン20を観察する人は、シャッタ・ピクセル25から発せられる装置からの光
を受けるだけであるため、感知された画像の解像度は、スクリーン20の解像度
によって決まる。それと同時に、三次元配景の深さのフィールドを定める装置の
角解像度は、光源Sの密度によって決まる。以下に示すように、高角解像度の選
択と高ディスプレイ動作周波数の選択、またはより低い角解像度を有することと
、それによりディスプレイ動作周波数を低下させることのバランスがとられる。
【0072】 各々の光源Sがいくつかのシャッタ・ピクセル25を照明し、一サイクルのな
かで1つのシャッタ・ピクセルがいくつかの光源によって照明される。図19で
は、光源Sn-4からSnの光が、「オン」状態にある、すなわち透過可能な単一の
シャッタ・ピクセルPm-2を通過するのがわかる。同一の水平線において隣り合
うシャッタ・ピクセルは「オフ」または遮断状態にある。
【0073】 単一のシャッタ・ピクセルが光源Sのグループによって照明され、例えば図1
9では、ピクセルPm-2が光源Sn-4、Sn-3...Snによって照明される。同様
に、図21Aでは、光源S3、S4およびS5の光が単一のシャッタ・ピクセル
1+kを通過するのがわかる。それと同時に、隣り合うシャッタ・ピクセルがオ
フ状態にあるため、そのグループ内の1つの光源の光が、単一のシャッタ・ピク
セルのみに透過される。各画像サイクルにおいて、各シャッタ・ピクセルが各観
察方向で少なくとも一度光を透過するように、すなわち各画像サイクルにおいて
、光線が各シャッタ・ピクセルから各観察方向に放出されるように、光源Sおよ
びシャッタ・ピクセルPを変調する。
【0074】 光源Sを制御することによって、光放出面10上に複合画像を生成する。この
複合画像は、リアル画像またはリアル配景、すなわち任意の方向から観察者が実
際に見る画像に対応するものではない。この複合画像を生成する光源Sは、画像
に関連する画像ディテールに従って変調され、それらの画像ディテールは、単一
の開かれたシャッタ・ピクセルの位置で様々に異なる観察方向から見られること
になる。
【0075】 例えば図19に示される行27で配列されたシャッタ・ピクセルは周期的にオ
ンおよびオフされるため、シャッタ・ピクセルに光を周期的に透過することによ
って、異なる方向に映写された画像を得る。光源Sのいずれかの光源によって放
出された光が、単一の「開かれた」シャッタ・ピクセルのみに到達することがで
きるとともに、映写画像の単一の観察方向であって、光源と開かれたシャッタ・
ピクセルの相対位置によって定められる観察方向に従って所定の光源Sを変調で
きるように、行27の間の水平距離を選択する。
【0076】 光放出面10の光源、およびスクリーン20のシャッタ・ピクセル25を適切
な制御ユニット(不図示)によって制御する。 シャッタ・ピクセルおよび光源の周期的制御の原理を図20および21A〜2
1Eに示す。図20に見られるように、光放出面10上のすべての光源S1〜S
nが同じ放射特性を有し、どの光源も、図2に示される光源と同様に、出口角β
で光を放出することができる。図20では、すべてのシャッタ・ピクセルP1〜
Pmが伝達(オン)状態にある。各シャッタ・ピクセルは、ある一定の数の光源
によって照明されることが分る。上述したように、1つのシャッタ・ピクセルを
照明する光源の数は出口角β、光源間の距離、ならびに光放出面10とスクリー
ン20の間の距離に依存する。図20の概略的かつ例示的な構成では、各シャッ
タ・ピクセルが3つの隣り合う光源によって、すなわちピクセルP3およびP4
が光源S1、S2およびS3によって照明される。それと同時に、単一の光源が
、隣り合う6つのシャッタ・ピクセル、例えば光源S3がピクセルP1〜P6を
照明する。
【0077】 図21A〜Eは、観察サイクル、実際には約1/20から1/30秒の持続時
間内において、3つの光源によって照明されている各シャッタ・ピクセルがオン
になることを示している。1つの光源が6つのシャッタ・ピクセルを照明するが
、単一のピクセルからのみ見られる単一の配景に従って単一の光源の変調を行う
ことが可能であるため、照明されたピクセル毎に1つずつ光源を変調する必要が
ある。これは、提示の実施形態においてスクリーン20も6×30Hzの速度で
変調しなければならないこと、すなわち画像フレームはt1からt6で表される
6つのタイム・スロットに分割されることを意味する。
【0078】 図21Aは、1つの画像フレーム内の第1のタイム・スロットt1において、
ピクセルP1およびP1+k(さらにP1+2k、P1+3k、...と続くが、これらは図
20に示されていない)がオンになることを示している。光源の光が2つ以上の
開かれたシャッタ・ピクセルを透過しないようにkの値を選択する。kの値は、
明らかに、単一の光源によって照明されたシャッタ・ピクセルの数に等しく、提
示の実施形態ではk=6である。一サイクルにおいて切り替えられるシャッタ・
ピクセルの数もIp *S/Xpと計算されることになる(ただし、IPはシャッタ
・ピクセルからの光放出方向の数である)。以下に示すように、この数字は、シ
ャッタ・ピクセル・スクリーン20の速度をも決定づける。
【0079】 次のタイム・スロットt2では、図21Bに示されるように、次のシャッタ・
ピクセルP2およびP2+k(さらにP2+2k、P2+3k、...と続く)がオンになる
。その後、次のタイム・スロットt3では、図21Cに示されるように、次のシ
ャッタ・ピクセルP3およびP3+k(さらにP3+2k、P3+3k、...と続く)がオ
ンになる。図21Dはタイム・スロットt4における状態を示す図で、図21E
は、1つの画像フレーム内における最後のタイム・スロットt6における状態を
示す図である。
【0080】 それらの図から理解できるように、1つの画像フレーム内で、画像フレームの
フラクションであるタイム・スロットの間にすべてのシャッタ・ピクセルを開く
。それと同時に、異なる光源によって変調される光をシャッタ・ピクセルからの
異なる観察方向から放出する。適切な観察方向に従って光を変調すると、異なる
観察方向に向かって異なる画像を映写することができ、すなわち三次元画像を得
ることができる。これには、明らかに、シャッタ・ピクセルと同じ周波数で光源
Sを変調することが必要である。すなわち、光放出面は、高速ディスプレイ、好
ましくはLEDディスプレイまたはOLEDディスプレイとして実現されるべき
である。
【0081】 図20から、光源Sの中心間の距離は、シャット・ピクセルPの中心間の距離
より大きいことがわかる。上述したように、光源とシャッタ・ピクセルの間の距
離Dは、一サイクル(1つの画像フレーム)内で1つの光源によって照明される
シャッタ・ピクセルが、単一のシャッタ・ピクセルを照明する光源よりも多くな
るように選択される。
【0082】 上述の内容から、光源S間の距離をかなり大きくすることができることがわか
るが、これは、例えば高輝度を達成するために、光放出面10を個々のLEDか
ら構成する場合に、いくつかの種類の光源については有益であるといえる。これ
は、光放出面10の解像度がスクリーン20の解像度より低くなるように構築す
ることもできる。しかし、この解像度の低下を、スクリーン20とスクリーン2
0の光源の両方の使用周波数を高くすることによって補償しなければならない。
スクリーン20と表面10(すなわち光源S)の両方のfCは以下の式で求めら
れることを示すことができる。
【0083】
【数4】 fC=fi×IP×kl (ただし、fiは表示するビデオ画像のフレーム周波数で、典型的には20〜
30Hz、IPは、表示によって得られる異なる観察方向の数、すなわち単一の
シャッタ・ピクセルからの光放出方向の数、klは、光源の距離とシャッタ・ピ
クセルの距離との比(XS/XP)として求められる定数である。
【0084】 すなわち、LEDスクリーン10の解像度がスクリーン20の解像度より低い
場合は、シャッタ・ピクセルから放出される必要数の異なる光線を生成するため
に、使用周波数を高くすることでそれを補償しなければならない。光使用周波数
のLEDスクリーンは実現可能で、スクリーン20は高速LCDディスプレイに
よって実現することができる。しかし、スクリーン20の制御は、グレースケー
ル変調ではなく、オンおよびオフ変調しか必要としないため、より容易に行われ
るという点で有利である。したがって、スクリーン20は、単にピクセル構造を
備えたスクリーンとしてのみならず、動くシャッタ・スリットとして実現されう
る。
【0085】 一方、光源の光の第1/k番目の部分のみが利用されるため、システムの光効
率も低下する。したがって、光源を変調することは、一般的に効率が悪い。その
代わり、図1から図18を用いて示された実施形態の場合のように、ピクセルの
変調が好ましい。
【0086】 スクリーン20には、図3および図14に示されている(図19には示されて
いない)ハログラフィック・ディフューザ30と同様の機能および構造を備えた
回折スクリーンも装備されている。また、図2から図18を用いて説明した光源
および画像ピクセルの有利な実施形態の特徴は、適用可能な限り、図19に示さ
れる装置にも等しく適することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術の表示構成の上面図である。
【図2】 本発明に係る表示構成の概略上面図である。
【図3】 光線の水平方向拡散(発散)を達成するための第1のソリューションの概略断
面図である。
【図4】 光線の水平方向拡散(発散)を達成するための第2のソリューションの概略断
面図である。
【図5】 本発明の装置に使用される照明ストリップの第1の実施形態の上面図である。
【図6】 本発明の装置に使用される照明ストリップの第2の実施形態の上面図である。
【図7】 単色照明ストリップの一部の前面図である。
【図8】 単色ストリップの制御の時図表である。
【図9】 三色照明ストリップの一部の前面図である。
【図10】 三色ストリップの制御の時図表である。
【図11】 スクリーンとの距離が最大の光源を示す概略的な表示構成の上面図である。
【図12】 スクリーンとの距離が最大距離の半分である光源を示す概略的な表示構成の上
面図である。
【図13】 スクリーンとの距離が最大距離の4分の1である光源を示す概略的な表示構成
の上面図である。
【図14】 本発明に係る装置に使用される第1の表示構成の概略斜視図である。
【図15】 本発明に係る装置に使用される第2の表示構成の概略斜視図である。
【図16】 本発明に係る装置に使用される第3の表示構成の概略斜視図である。
【図17】 図2に示されているものと同様であるが、反射構成の他の実施形態の表示構成
の概略上面図である。
【図18】 図17に示される構成の側面図である。
【図19】 発明の概念を具体化する装置の他の実施形態の概略斜視図である。
【図20】 装置の第2の実施形態における光放出面およびシャッタ・ピクセルの幾何学構
造を示す概略図である。
【図21】 図21Aは、光源、および画像枠内のシャッタ・ピクセルの制御サイクルを示
す図である。 図21Bは、光源、および画像枠内のシャッタ・ピクセルの制御サイクルを示
す図である。 図21Cは、光源、および画像枠内のシャッタ・ピクセルの制御サイクルを示
す図である。 図21Dは、光源、および画像枠内のシャッタ・ピクセルの制御サイクルを示
す図である。 図21Eは、光源、および画像枠内のシャッタ・ピクセルの制御サイクルを示
す図である。
【図22】 装置の第2の実施形態における光放出面に使用されるLEDの放射特性の概略
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 13/04 H04N 13/04 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US, UZ,VN,YU,ZA,ZW 【要約の続き】 (P)の数が、1つのピクセル(P)を照明する光源の 数より多くなるように、ピクセルから十分な距離を隔て て光源(S)を配置する。

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 適切な強度、任意選択で適切な色を有する光線を異なる観測
    方向に投射し、それによって三次元画像を生成する、三次元画像を表現するため
    の方法であって、 角度独立または時定数角度依存放射特性を有する、個別に制御可能な光源を備
    えた光放出面がスクリーンの背後に配置され、該スクリーンは、光の透過または
    反射の制御が可能な画像ピクセルを含み、 異なる光源によって放出された光線は、異なる方向から個々の画像ピクセルを
    照明し、さらに、 光源によって放出され、実質的に方向を変えることなく光源と画像ピクセルの
    間を伝搬する光線の方向によって、個々の画像ピクセルから放出される光線の方
    向が決定される方法であって、 d.光源間の距離は、画像ピクセル間の距離よりも大きくなるように選択され
    、 e.光源は、1つの光源によって照明される画像ピクセルの数が、1つの画像
    ピクセルを照らす光源の数より多くなるように画像ピクセルから十分な距離を隔
    てて配置されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 1つの光源によって照明される画像ピクセルの数と、画像ピ
    クセルを照明する光源の数との比が、光源の中心間の距離と画像ピクセルの中心
    間の距離との比に等しいことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 個々の画像ピクセルから放出される光線を、そこから三次元
    画像の視界を知覚することのできる、視界の均一な照明に必要な発散角で水平お
    よび垂直方向に拡散させることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 水平方向の発散角は、隣り合う2つの観察方向の間の角度と
    少なくとも同じ大きさであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 画像ピクセルは、互いに隣接し、表面の照明が均一な光源に
    よって照明され、光源のサイズは、それらの間の水平方向および垂直方向の距離
    によって定められることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  6. 【請求項6】 光源は点状光源で、個々の画像ピクセルから放出される光線
    の異なる垂直方向および水平方向の拡散(発散)は、適切なディフューザによっ
    て達成されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  7. 【請求項7】 画像ピクセルおよび光源は、 a.1つ以下の光源によって画像ピクセルが一度に照明されると同時に、光源
    によって角画像ピクセルが照明されるように、個別的にまたはまとめて光源をオ
    ンおよびオフに切り替え、 b.各々の周期またはサイクルにおいて、各画像ピクセルが、各観察方向で少
    なくとも一度照明されるように、周期的または周期的に光源をオンおよびオフに
    順次切り替え、それと同時に、 c.画像ピクセルを透過するかまたは画像ピクセルから反射された光の適切な
    強度および/または色の変調によって、異なる方向に映写された画像を得るよう
    にして制御されることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の方法
  8. 【請求項8】 視差情報を伴わない画像が表示され、隣接する垂直方向の光
    源ストリップによって、画像ピクセルから放出された異なる水平方向および垂直
    方向の光線の拡散(発散)が得られることを特徴とする請求項3に記載の方法。
  9. 【請求項9】 照明光源からいくつかのグループが生成され、観察方向と同
    じ数の近隣光源が1つのグループを構成し、各グループ、好ましくは同様の位置
    に存在する光源から、一度にただ1つの光源がオンに切り替えられるように光源
    の切替えが行われる一方で、選択された観察方向に対応する画像ピクセルは、選
    択された観察方向に対応する適切な画像情報によって制御され、その後、現在オ
    ンである光源がオフに切り替えられ、実質的にそれと同時に、各グループにおい
    て、次の位置にある光源がオンに切り替えられ、それと同時に画像ピクセルの制
    御が、次の観察方向に対応して変化することを特徴とする請求項7から9のいず
    れか一項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 カラー画像を表現するために、光源の色が、3つの基本色
    に従って、オン状態の間に変化し、制御可能な画像ピクセルを含むスクリーンの
    画像ピクセルが、対応するカラー成分のカラー比率に従って制御されることを特
    徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 【請求項11】 カラー画像を表現するために、白色光源およびカラー・ス
    クリーンが使用されることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の
    方法。
  12. 【請求項12】 制御周期または制御サイクルが1/20秒以下、好ましく
    は1/25秒以下で、一制御サイクル以内に各光源は一度活性化され、一制御サ
    イクル以内に各画像ピクセルは観察方向毎に一度、すなわち位置制御サイクル以
    内に観察方向の数と同じ回数だけ制御されることを特徴とする請求項7から9の
    いずれか一項に記載の方法。
  13. 【請求項13】 画像ピクセルは光シャッタ・ピクセルとして実現され、光
    源によって放出された光の強度を変調することによって、一体画像の部分を含む
    複合画像が光放出面に生成され、さらに、シャッタ・ピクセルおよび光源は、 a.光源のグループ内の各々の光源を観察方向に対応させながら、その光源の
    グループによって単一のシャッタ・ピクセルを一度に照明し、それと同時に、そ
    のグループ内の1つの光源の光を単一のシャッタ・ピクセルのみに透過し、 b.各画像サイクルにおいて、各シャッタ・ピクセルが観察方向毎に少なくと
    も一度光を透過または反射するように、シャッタ・ピクセルおよび光源を変調し
    、 c.シャッタ・ピクセルに周期的に光を透過することにより、異なる方向に映
    写された一体画像を得るように制御されることを特徴とする請求項1から6のい
    ずれか一項に記載の方法。
  14. 【請求項14】 特に請求項1の方法を実行するための、三次元画像を表現
    する装置であって、 a.角度独立または時定数角度依存放射特性を有する個別制御可能な光源が設
    けられた光放出面と、 b.光の伝送または反射の制御が可能な画像ピクセルを含み、光放出面の前に
    配置されたスクリーンとを備え、 c.光源の光は、実質的に方向を変えることなく光源と画像ピクセルの間を伝
    搬し、画像ピクセルを通過するか、または画像ピクセルから反射され、各光源は
    いくつかの画像ピクセルを照明し、1つの画像ピクセルはいくつかの光源によっ
    て照明される装置であって、 d.光源の中心間の距離は、画像ピクセルの中心間の距離より大きく、 e.光源と画像ピクセルの間の距離は、1つの光源によって、単一の画像ピク
    セルを照明する光源の数より多くの画像ピクセルが照明されるように選択される
    ことを特徴とする装置。
  15. 【請求項15】 光放出面上の光源は、1つの光源によって照明されるピク
    セルの数と、単一のピクセルを照明する光源の数との比が、光源間の距離と画像
    ピクセル間の距離との比にほぼ等しくなるように、画像ピクセルから離れて配置
    されることを特徴とする請求項14に記載の装置。
  16. 【請求項16】 制御可能な画像ピクセルを含むスクリーンは、垂直方向と
    水平方向で個々の画像ピクセルから放出される光線の異なる拡散(発散)形態を
    与えるためのディフューザをさらに備えたことを特徴とする請求項14または1
    5に記載の装置。
  17. 【請求項17】 スクリーンは、ホログラフィック層またはレンズ状レンズ
    ・マトリックスを含むことを特徴とする請求項16に記載の装置。
  18. 【請求項18】 光源が、LED、特にLEDアレイのLED、LEDディ
    スプレイまたはOLEDディスプレイとして実現されることを特徴とする請求項
    14から17のいずれか一項に記載の装置。
  19. 【請求項19】 制御可能な画像ピクセルを含むスクリーンは、LCDディ
    スプレイまたは他のLCDパネルから構成されることを特徴とする請求項14か
    ら18のいずれか一項に記載の装置。
  20. 【請求項20】 光源は、所定の垂直方向および水平方向のサイズを有する
    光源として形成され、該サイズは、個々の画像ピクセルから放出される光線を垂
    直方向および水平方向に拡散させる手段を設けるために決定されることを特徴と
    する請求項14から19のいずれか一項に記載の装置。
  21. 【請求項21】 光源は、垂直方向と水平方向で個々の画像ピクセルから放
    出される光線の異なる拡散形態を与えるために、互いに隣接する垂直光源ストリ
    ップとして形成されることを特徴とする請求項14から20のいずれか一項に記
    載の装置。
  22. 【請求項22】 光源は実質的に点源であることを特徴とする請求項14か
    ら19のいずれか一項に記載の装置。
  23. 【請求項23】 光源は、隔離板によって隔離され、拡散面の背後に配置さ
    れる離散型光源であることを特徴とする請求項14から19のいずれか一項に記
    載の装置。
  24. 【請求項24】 拡散面はすりガラスから構成されることを特徴とする請求
    項23に記載の装置。
  25. 【請求項25】 光源と光源を隔離する隔離板とは、光源によって放出され
    る光コーンの重複のためのスペースを確保するために、すりガラスの背後に距離
    を隔てて配置されることを特徴とする請求項24に記載の装置。
  26. 【請求項26】 拡散面の背後に、それぞれ等しい距離を隔てて縦に配列さ
    れた複数の光源を備えたことを特徴とする請求項15から18のいずれか一項に
    記載の装置。
  27. 【請求項27】 それぞれ縦に配列された光源は、カラー画像の表現に適し
    た基本色の照射のための光源で、基本色は規則的に繰り返されることを特徴とす
    る請求項14から26のいずれか一項に記載の装置。
  28. 【請求項28】 スクリーンの画像ピクセルは、周期的にアドレス可能な光
    シャッタ・ピクセルで、各光源はいくつかのシャッタ・ピクセルを照明し、1つ
    のシャッタ・ピクセルは、一サイクル以内にいくつかの光源によって照明される
    ことを特徴とする請求項14から19のいずれか一項に記載の装置。
  29. 【請求項29】 光源は、水平方向に配列した複数のシャッタ・ピクセルを
    照明するための照射特性を有することを特徴とする請求項28に記載の装置。
JP2001575733A 2000-04-07 2001-04-03 三次元画像の表現方法および装置 Pending JP2003530606A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU0001449A HUP0001449D0 (en) 2000-04-07 2000-04-07 Method and apparatus for the presentation of three-dimensional images
HU0001449 2000-04-07
PCT/HU2001/000037 WO2001078409A2 (en) 2000-04-07 2001-04-03 Method and apparatus for the presentation of three-dimensional images

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003530606A true JP2003530606A (ja) 2003-10-14
JP2003530606A5 JP2003530606A5 (ja) 2006-01-05

Family

ID=41631025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001575733A Pending JP2003530606A (ja) 2000-04-07 2001-04-03 三次元画像の表現方法および装置

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP1273179B1 (ja)
JP (1) JP2003530606A (ja)
KR (1) KR100745085B1 (ja)
AT (1) ATE329460T1 (ja)
AU (1) AU4865401A (ja)
DE (1) DE60120387T2 (ja)
ES (1) ES2265426T3 (ja)
HU (1) HUP0001449D0 (ja)
WO (1) WO2001078409A2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008146221A (ja) * 2006-12-07 2008-06-26 Sony Corp 画像表示システム
KR101800704B1 (ko) * 2011-06-02 2017-11-24 삼성전자 주식회사 입체 영상 디스플레이 장치

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002042999A2 (en) 2000-11-03 2002-05-30 Actuality Systems, Inc. Three-dimensional display systems
US6940653B2 (en) 2001-12-19 2005-09-06 Actuality Systems, Inc. Radiation conditioning system
GB0317909D0 (en) * 2003-07-31 2003-09-03 Koninkl Philips Electronics Nv Switchable 2D/3D display
WO2008020399A1 (en) * 2006-08-17 2008-02-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Display device
US11141863B2 (en) * 2018-10-11 2021-10-12 Pixart Imaging Inc. Cleaning robot capable of detecting 2D depth information and operating method thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8716369D0 (en) * 1987-07-10 1987-08-19 Travis A R L Three-dimensional display device
JPH06205446A (ja) * 1993-01-07 1994-07-22 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 立体映像表示装置
US6040807A (en) * 1993-11-15 2000-03-21 Sanyo Electric Co., Ltd. Three-dimensional display
JP3255093B2 (ja) * 1997-08-29 2002-02-12 株式会社エム・アール・システム研究所 3次元像再生装置
JP4068188B2 (ja) * 1997-09-02 2008-03-26 富士通株式会社 画像表示装置
JPH11174376A (ja) 1997-12-11 1999-07-02 Ricoh Co Ltd 3次元画像表示装置
JP3710934B2 (ja) * 1998-04-21 2005-10-26 三洋電機株式会社 眼鏡無し立体映像表示装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008146221A (ja) * 2006-12-07 2008-06-26 Sony Corp 画像表示システム
KR101800704B1 (ko) * 2011-06-02 2017-11-24 삼성전자 주식회사 입체 영상 디스플레이 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP1273179B1 (en) 2006-06-07
WO2001078409A2 (en) 2001-10-18
DE60120387D1 (de) 2006-07-20
HUP0001449D0 (en) 2000-06-28
EP1273179A2 (en) 2003-01-08
KR20030017969A (ko) 2003-03-04
WO2001078409A3 (en) 2002-09-12
KR100745085B1 (ko) 2007-08-01
ATE329460T1 (de) 2006-06-15
DE60120387T2 (de) 2007-05-24
ES2265426T3 (es) 2007-02-16
AU4865401A (en) 2001-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7084841B2 (en) Method and apparatus for the presentation of three-dimensional images
JP4459959B2 (ja) 自動立体マルチユーザ・ディスプレイ
CN107407816B (zh) 具有时间复用的视觉显示器
US5410345A (en) Stroboscopic illumination system for video displays
JP3192298B2 (ja) ディスプレイ
EP0659324B1 (en) Stroboscopic illumination system for video displays
US7123287B2 (en) Autostereoscopic display
KR100864139B1 (ko) 3차원 영상 표시방법 및 장치
JP3151347B2 (ja) 自動立体方向性ディスプレイ装置
EP0656555B1 (en) Display for 3D images
CN101347003B (zh) 在显示装置上多重模式呈现视频全息图的图像内容的方法以及多重模式显示装置
JP3642736B2 (ja) 指向性ディスプレイ
US8587641B2 (en) Autostereoscopic display system
CN109496258A (zh) 广角成像定向背光源
CN106662773A (zh) 定向防窥显示器
US20080252955A1 (en) Stereoscopic display apparatus and system
JP2000509591A (ja) 3次元画像生成方法及び装置
JP3105888B2 (ja) 多視点3次元映像表示装置
US20030137730A1 (en) Autostereoscopic display
Eichenlaub Developments in autosterioscopic technology at Dimension Technologies Inc.
JP2003530606A (ja) 三次元画像の表現方法および装置
JPH11174376A (ja) 3次元画像表示装置
Eichenlaub Further advances in autostereoscopic technology at Dimension Technologies Inc.
JPH118864A (ja) 立体画像表示装置
JPH09329763A (ja) 立体画像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051012

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051012

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080328

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20080627

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20080704

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090108