JP2005501298A - 観測者追跡を備えた自動立体ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、観測者適応型の自動立体ディスプレイに関する。
【背景技術】
【0002】
N.A.Dodgsonらによる論文「A 50” time-multiplexed autostereoscopic display」(SPIE 3957,Stereoscopic Displays & Applications XIのプロシーディング、2000年1月)は、CRTのサイズと略等しいサイズを持つレンズのセットを有するCRTベースの観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムを記載している。前記システムは、以下の2つの重ね合わされた光学系として考えられることができる:
−CRTの画像を液晶ディスプレイ(LCD)の平面に転送する複合「画像転送レンズ(image transfer lens)」。該LCDはシャッタのように動作する。
−前記シャッタの画像を空間に投射するフレネルレンズ
【0003】
前記「画像転送レンズ」は実際の画像を投射するのではなく、観測者は、拡大鏡を通して見るように、フレネルレンズ及び投射レンズの両方を通して見て並びに前記CRTのフェースプレート(faceplate)を直接に観測する。前記システムは、各ビューを前記CRTに順番に表示することにより動作する。前記LCDは前記「画像転送レンズ」の投射レンズの焦点に略配置される。前記シャッタのLCDセグメントの1つは、画像表示との同期において透明にされる。該セグメントは光を前記CRTからアイボックス(eye box)中の特定のウィンドウ、即ち前記観測者が位置する空間における位置に導く。幾何光学の用語で言うと、前記「画像転送レンズ」は前記画像を前記CRT面から自由空間中の平面に転送する。前記CRTの画像が該平面にあるように見えるように、前記フレネルレンズは該平面に配置される。前記シャッタは、所定の期間右目だけが前記重ね合わせられた光学系を通して前記CRTを見て、交番して同時に左目が見る等するように制御される。前記システムの主な不利点は非常にかさばるという点である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、よりかさばらない観測者適応型の自動立体ディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この目的のため本発明は、独立請求項によって定義されるような観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム及びユニットを提供する。従属請求項は有利な実施例を定義する。
【0006】
先行技術に対する主な相違は、本発明の好適な実施例によるディスプレイシステムにおいては、光学系がグリッド構造に配置される非常に多くのより小さな光学モジュールによって置換されるという点である。従来の光学系は画面全体から発生された光に対して動作するのに対し、前記光学モジュールは画素の群から発生された光にのみ動作する。1つの群の画素の数は、全体の画像の画素の数よりかなり少ない。1つの群の画素の数は例えば1に等しくても良く、又は画像の1列の画素の数に等しくても良く若しくは画像の1行の画素の数に等しくても良い。前記光学モジュールの奥行は、従来の光学系の奥行よりもかなり小さい。他の利点は、本発明によるディスプレイシステムを用いると、より優れたビューの分離が達成されるという点である。これに加えて、本発明によるディスプレイシステムは、1つのみのディスプレイ装置を利用して、同時に複数のユーザによる立体画像の観測をサポートする。
【0007】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例においては、前記セグメントは画素の幅よりもかなり小さい幅を持つ。前記セグメントのサイズは光ビームの投射の位置正確性に関連する。このことは、ビューの分離が前記セグメントのサイズに関連することを意味する。好ましくは、前記セグメントの幅は前記画素の幅よりも略100倍小さい。
【0008】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例においては、前記レンズは線形である。通常のフル(full)即ち円形レンズはx及びy方向の双方において光を曲げる。線形レンズは細長く、例えば円柱形であり、x方向か又はy方向かのいずれかに光を曲げ、他方の方向には光を曲げない。フルレンズ及び線形レンズの両方が利用されることができるが、線形レンズはこれらのレンズの利用がコストを減少させるため好ましい。即ちレンズの数が減少される。好ましくは、前記線形レンズは前記画面の上端から下端まで延在する。代替としては、前記線形レンズは前記画面の左から右へ延在する。結果として、1つの線形レンズは前記画像の1つの列又は前記画像の1つの行の画素に関連する。
【0009】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例においては、前記セグメントが前記画面のサイズと略等しい長さを持つ。第1のグリッドにおけるレンズと第2のグリッドにおけるレンズとの両方が線形であることが好ましい。この線形レンズが利用される場合においては、前記セグメントはまた長方形であることが好ましい。このときセグメントの数は制限され、より高価でないより複雑でないシャッタに帰着する。
【0010】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例は、光分離装置を有する。前記第1のグリッドの特定のレンズを通過する光は、前記第2のグリッドの対応するレンズをも通過し、前記第2のグリッドの他のレンズは通過しないか又は可能な限り少しだけ通過することは重要である。換言すると、クロストーク(crosstalk)及び歪みが防止される必要がある。
【0011】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例においては、前記光分離装置はミラーのグリッドを有する。クロストークを防止するための第1のアプローチは光を反射することである。ミラーを応用することの利点は、比較的少ない光のみが損失されるということである。
【0012】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの他の実施例においては、前記光分離装置はブラックボックスのグリッドを有する。クロストークを防止するための第2のアプローチは光を吸収することである。前記分離装置の本実施例の利点は単純さである。
【0013】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの他の実施例においては、前記光分離装置はフレネルレンズを有する。クロストークを防止するための第3のアプローチは光を曲げることである。フレネルレンズを応用することの利点は、比較的少ない光のみが損失されるということである。
【0014】
本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例は、前記第1のグリッド、前記シャッタ及び前記第2のグリッドが、比較的高い屈折率を持つ中実の透明な箱に配置されることを特徴とする。本実施例の利点は、ビュー角度が拡張されるということである。
【0015】
前記観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの変更及び変形は、上述された観測者適応型の自動立体ディスプレイユニットの変更及び変形に対応しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
前記観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムのこれらの及び他の態様は、添付する図を参照しながら、以下に説明される実装及び実施例について明らかとなり説明されるであろう。対応する参照番号は全ての図において同一の意味を持つ。
【0017】
図1A及び図1Bは、それぞれ画像を右目及び左目で見ている3人の観測者と共に、観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム100の実施例を模式的に示す。観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム100は、時間多重混成入力ビデオストリーム信号VSS中のM個の元の3Dビデオ又はTV番組を、観測者又は画像選択に応じて、n=1、2、・・・又はN人の観測者に対して表示することが可能である。このことは以下により詳細に説明される。ディスプレイシステム100に入って来るM個の元の3Dビデオ又はTV番組のそれぞれは、例えば2Dの左目及び右目のビューから成るK個の元の3D画像から成り、これら2Dの左目及び右目のビューのそれぞれは所定の観測者VP1乃至VP3の対応する目においてフォーカスされる。
【0018】
入力コネクタ105において供給されるかような時間多重混成入力ビデオストリーム信号VSSは、3D画像IMijの2次元(2D)の左目のビューVlij及びVrijの画素データを搬送する画像のペアの周期的なシーケンスを有する。ここで、i=1,2,・・・,Kはビデオ番組jを構成するK個の3D画像のシーケンス内の番号を示し、j=1,2,・・・,Mであり、Mは表示装置102に供給される3DのTV番組の総数である。表示装置102は電子的な画素データを光ビーム又は光線によって搬送される光学的な画素データに変換する。該光ビーム又は光線は、表示装置102の前に配置された所謂指向性光学装置104の後端へ発せられる。表示装置102は、表示装置102の動作を指向性光学装置104と同期させるために、左目のビューVlij及び右目のビューVrijのビューインデクスデータi,jを指向性ドライバ106に供給する。
【0019】
自動立体ディスプレイシステム100には、表示装置102の観測範囲内において全ての観測者の目のxyz座標を個々に検出するための3D目ローカライザ(eye localizer)107を持つ視点追跡器が接続される。かような視点追跡器はそれ自体欧州特許0946066から知られている。3D目ローカライザ107は、指向性ドライバ106に視点指示制御信号を供給する視点制御信号生成器103に結合される。指向性ドライバ106は、前記視点指示制御信号並びにビューインデクスデータi及びjを利用して指向性制御信号を生成する。該指向性制御信号は、表示装置102によって指向性ドライバ106に供給される。前記指向性制御信号の制御の下、指向性光学装置104は、左目のビューVlij及び右目のビューVrijの画素データを搬送する光ビームを、上述のビデオ又はTV番組jを見ることを認可された所定の観察者又は観測者nの対応する目にフォーカスする。より詳細には、表示装置102は光を種々の方向に発する。表示装置102の前には、1人の、幾人かの又は全ての観測者の目に入射するように光線の方向を変更し、及び任意に該光線をブロックすることができる指向性光学装置104がある。指向性ドライバ106は、各目について独立に、前記ディスプレイが見えるか否かを決定する。3D目ローカライザ107は、指向性光学装置104が指向性ドライバによって適切に調節されることができるように、全ての目のxyz座標を指向性ドライバ106に供給する。
【0020】
明確さのため、本発明はこれらの3人の観測者VP1乃至VP3に伝送されるべき一連の3D画像IM1乃至IMKから構成される単一の3Dビデオ又はTV番組に基づいて、図1A及び1Bを参照しながら説明される。3D画像IM1乃至IMKはそれぞれ、2Dの左目のビューVl1乃至VlK及び右目のビューVr1乃至VrKから成り、上述の時間多重混成入力ビデオストリーム信号VSSのそれぞれ偶数のタイムスロットt=0,2,4,・・・及び奇数のタイムスロットt=1,3,5,・・・において出現する偶数の画像及び奇数の画像の交番するシーケンスによって表示装置102によって供給されるものとする。このとき前記偶数のタイムスロットにおいて表示装置102は、図1Bに示されるように、左目のビューVli(i=1,・・・,K)のみを扱うため、左ビューモードに設定される。前記奇数のタイムスロットにおいて表示装置102は、図1Aに示されるように、右目のビューVri(i=1,・・・,K)のみを扱うため、右ビューモードに設定される。単一の3D画像IMk並びに、それぞれタイムスロット2(k−1)及び2k−1において発生する該画像の2Dの左目のビューVlk及び右目のビューVrkの表示のため、指向性ドライバ106は、観測者VP1乃至VP3の左目の視点に一致する左のビューの焦点又は頂点に、前記偶数のタイムスロット2(k−1)において左目のビューの画素データを搬送する全ての光ビームをフォーカスさせ、観測者VP1乃至VP3の右目の視点と一致する右のビューの頂点に、前記奇数のタイムスロット2k−1において右目のビューの画素データを搬送する全ての光線をフォーカスさせるように、指向性光学装置104を制御する。前記左のビューモードから前記右のビューモードへの、及びその逆の表示装置102の交互の切換えにおける、表示装置102から指向性光学装置104への前記2Dの左目のビューVli及び右目のビューVriの時間多重化された伝送との同期は、表示装置102によって指向性ドライバ106に供給されるビューインデクスデータiを用いて実現される。前記左のビュー及び右のビューの頂点を各観測者の目の実際に位置に動的に適応させるために前記視点追跡器VTによって供給される上述の視点指示制御信号を利用することにより、観測者VP1乃至VP3のそれぞれの目への、全ての3D画像IM1乃至IMKの2Dの左目のビューVl及び右目のビューVrの正確で明確なフォーカスが得られ、前記表示装置の観測範囲内における前記観測者の位置及び運動と独立して、全ての3つの視点VP1乃至VP3における完全な3Dビデオ又はTV番組の正確な3D画像認知に帰着する。
【0021】
図2Aは、本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム100の実施例の上面図を模式的に示す。該システムは、
画像を表示するための画面を持つ表示装置102と、
指向性光学装置104と、
指向性光学装置104の制御のための指向性ドライバ106と、
を有する。該指向性光学装置104は、
前記画像の画素幅と略等しい所定のピッチ距離に配置された複数の第1のレンズ208乃至216を有する第1のグリッド202と、
表示装置102と同期して時間連続的に交番する透明なセグメントと非透明なセグメントとを持つように電子的に制御されるシャッタ204と、
前記第1のグリッド202と略整合され、前記所定のピッチ距離に配置された複数の第2のレンズ218乃至226を有する第2のグリッド206と、
を有する。指向性光学装置104は、画素の群について、例えば208のような第1のレンズ、バリア204、及び例えば218のような第2のレンズを有するものと見なされることができる。前記バリアはシャッタ204の一部であり、換言すれば前記シャッタが有するセグメントの総数のうちの幾つかのセグメントである。前記シャッタはLCD又はLC/ゲルタイプのポリマーであっても良い。表示装置102は、例えばCRT、PDP、TFT又はLCDのようないずれのタイプであっても良い。光学モジュールの動作原理は以下のとおりである。表示装置102からの光は、例えば208のような特定のモジュールの第1のレンズによってフォーカスされる。該第1のレンズの焦点距離に略等しい距離にシャッタ204が配置される。光は前記透明なセグメントのみを通って該シャッタ204を通過し、他の全てのセグメントについてはブロックされる。タイムスロット毎に、観測者につき1つのセグメントが透明である。前記観測者の目の位置が、どのセグメントが透明でどのセグメントがそうでないかを決定する。光は透明なセグメントを通って前記シャッタを通過し、その後、例えば218のような対応する第2のレンズに導かれる。該第2のレンズ218は、例えば目114が配置されている特定の位置112に光を導く。
【0022】
図2Bは本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例の一部の斜視図を模式的に示す。第1のグリッド202は、略垂直な方向に配置された複数のレンズ208乃至216を有する。第2のグリッド206は、第1のグリッド202と略整合され、複数のレンズ218乃至226を有する。第1のグリッド202と第2のグリッド206との間には、同様に略垂直である方向に配向された幾つかのセグメント228乃至234を有するシャッタ204が配置される。第1のグリッド202及び第2のグリッド206はシャッタ204と共に、標準的な表示装置102の画面の前に配置される。原則的に、該表示装置102はこの目的のために変更される必要はない。第1のグリッド202、第2のグリッド206、シャッタ204及び表示装置102の画面の大きさは、相互に略等しい。80×60cmのサイズと、略700×600のCCIR解像度を持つ標準的なCRTディスプレイの場合、画素のサイズは略1mmである。この場合、各レンズは1mm×60cmである。前記レンズの焦点距離は略2mmである。指向性光学装置104の奥行は1cmよりも小さい。
【0023】
図3は、光分離装置302を有する観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム300の実施例を模式的に示す。光分離装置302は、第1のグリッド202とシャッタ204との間に配置される。代替としては、光分離装置302は、第2のグリッド206とシャッタ204との間に配置される。光分離装置302の目的は、例えば208のような特定のレンズからの光が、例えば220のような前記特定のレンズに対応しない第2のレンズに進むことを防ぐことである。さもなければ、画像の歪みが出現する。
【0024】
図4Aは、ミラー401乃至407に基づく光分離装置302の原理を模式的に示す。予防策が設定されていなければ、視野角の内部でない点から目114によって観測している観測者は、画像の歪みに気付くであろう。このことは、反対の方向の光線によって以下に説明される。このことは、前記観測者の目114から表示装置102へを意味する。光線409は次いでレンズ220、シャッタ204の透明なセグメント230、及びレンズ212を通過するかも知れない。しかしながら、レンズ212及び220は互いに対応する、即ち同一のモジュールに属するレンズではない。しかしミラー405が前記光線を反射する。光線410は表示装置102の適切な画素の方向にレンズ210を通過する。それ故光線408は光線410として続く。例えば金属のダンピング(damping)のような幾つかの手法が、これらの「マイクロ」ミラーを構成するために利用可能である。
【0025】
図4Bは、光吸収壁411乃至417を備えるブラックボックスに基づく光分離装置302の原理を模式的に示す。この場合、光線409は前記分離装置のブラックボックスの壁415によって略吸収される。幾分かの光は損失されるが、歪みは防止される。
【0026】
図4Cは、フレネルレンズ430に基づく光分離装置302の原理を模式的に示す。この場合、光線409はレンズ430によって曲げられる。それ故光線408は、表示装置102の適切な画素の方向に光線410として続く。フレネルレンズ430は、レンズ218乃至222及び208乃至212の焦点距離よりも短い焦点距離を持つ。典型的に、該焦点距離は2倍短い。任意に、レンズのグリッドがフレネルレンズ430の代わりに利用される。
【0027】
図5は、比較的高い屈折率を持つ中実の透明な箱500中に、レンズ218乃至222を持つ第1のグリッド202、シャッタ204、及びレンズ208乃至212を持つ第2のグリッド206が配置された、観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの一部の実施例を模式的に示す。任意に、光分離装置302も透明な箱500に含まれる。勿論、前記レンズは中実の透明な箱500の物質の屈折率よりも高い屈折率を持つ。この箱の効果は、光が中実の透明な箱500の境界においても曲げられるという点である。結果として、全体の画像は、中実の透明な箱500が無い実施例に比べて拡大される。視野角の2倍の拡大が実現可能である。
【0028】
シャッタが全開であるときはいつでも、前記ディスプレイシステム及びユニットは通常に見え、通常のフレームレートで通常の平面画像を表示することができる。
【0029】
上述の実施例は本発明を制限するものではなく説明するものであって、当業者は添付される請求項の範囲から逸脱することなく代替の実施例を設計することができるであろうことは留意されるべきである。請求項において、括弧で囲まれたいずれの参照記号も請求を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する(comprising)」という語は、請求項に列記されていない要素又はステップの存在を除外するものではない。要素に先行する「1つの(「a」又は「an」)」という語は、複数のかような要素の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実装されることができる。幾つかの手段を列記するユニットの請求項において、これらの手段の幾つかは同一のハードウェアのアイテムによって実施化されることができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1(A)】右目で画像を見ている3人の観測者と共に観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例を模式的に示す。
【図1(B)】左目で画像を見ている3人の観測者と共に観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例を模式的に示す。
【図2(A)】本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例の上面図を模式的に示す。
【図2(B)】本発明による観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例の一部の斜視図を模式的に示す。
【図3】光分離装置を有する観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの実施例を模式的に示す。
【図4(A)】ミラーに基づく光分離装置の原理を模式的に示す。
【図4(B)】ブラックボックスに基づく光分離装置の原理を模式的に示す。
【図4(C)】レンズに基づく光分離装置の原理を模式的に示す。
【図5】第1のグリッド、シャッタ及び第2のグリッドが比較的高い屈折率を持つ中実の透明な箱に配置された観測者適応型の自動立体ディスプレイシステムの一部の実施例を模式的に示す。
Claims (10)
- 画像を表示するための画面を持つ表示装置と、
前記画像の画素幅と略等しい所定のピッチ距離で配置された複数のレンズを有する第1のグリッドと、
前記表示装置と同期して時間連続的に交番する透明なセグメント及び不透明なセグメントを持つように、指向性ドライバによって電子的に制御されるシャッタと、
前記第1のグリッドと略整合され、前記所定のピッチ距離で配置された複数のレンズを有する第2のグリッドと、
を有する、観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。 - 前記セグメントは前記画素幅よりもかなり小さい幅を持つことを特徴とする、請求項1に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 前記レンズは線形であることを特徴とする、請求項1に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 前記セグメントは前記画面のサイズと略等しい長さを持つことを特徴とする、請求項3に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 光分離装置を有することを特徴とする、請求項1に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 前記光分離装置はミラーのグリッドを有することを特徴とする、請求項5に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 前記光分離装置はブラックボックスのグリッドを有することを特徴とする、請求項5に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 前記光分離装置はフレネルレンズを有することを特徴とする、請求項5に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 前記第1のグリッド、前記シャッタ及び前記第2のグリッドは、比較的高い屈折率を持つ中実の透明な箱中に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の観測者適応型の自動立体ディスプレイシステム。
- 画像の画素幅と略等しい所定のピッチ距離で配置された複数のレンズを有する第1のグリッドと、
表示装置と同期して時間連続的に交番する透明なセグメント及び不透明なセグメントを持つように指向性ドライバによって電子的に制御されるシャッタと、
前記第1のグリッドと略整合され、前記所定のピッチ距離で配置された複数のレンズを有する第2のグリッドと、
を有する、観測者適応型の自動立体ディスプレイユニット。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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