JP2008513842A - 三次元画像化に適するコンポジットデュアルｌｃｄパネルディスプレイ - Google Patents

Abstract

コンポジット透過型ＬＣＤパネル（５０１）を利用する三次元画像システムおよび関連方法が提供される。このコンポジット透過型ＬＣＤパネル（５０１）は、画像化方向に対して１つの液晶セル層の上に他の液晶セル層を置いた少なくとも２つの積層化された液晶セル層（５０２）からなり、鑑賞者からパネル内の異なる距離で互いに重ね合わされた少なくとも２つの計算画像を表示するために利用される。液晶セル層（５０２）の各層は、セルから多数の画素を生成し、これらの画素は、集合的に液晶層上に独立した画像を形成するように動作し得る。このコンポジットＬＣＤパネル（５０１）は、適切な３−Ｄ画像生成化システムと組み合わせて、大鑑賞領域またはマルチビューエリアにおいて、連続的な３−Ｄ画像を生成するために使用され得る。

Description

（関連出願の引用）
本出願は、２００４年９月２１日付けで出願された米国特許出願第１０／９４５，４２５号の優先権を主張するもので、この出願は、２００４年１月６日付けで出願された米国特許出願第１０／７５１，６５４号の一部継続出願であって、次いで、この出願は、現在米国特許第６，７１７，７２８号である２００１年１０月１５日付けで出願された米国特許出願第０９／９７７，４６２号の一部継続出願であって、次いで、この出願は、１９９９年１２月８日付けで出願された米国特許出願第０９／４５６，８２６号の一部継続出願である。これら３つの特許出願はいずれも、その全体を本明細書に参考として援用する。

（発明の分野）
本発明は、一般的に、三次元ディスプレイおよび他の関連装置で使用するコンポジット液晶ディスプレイパネル構造に関する。より具体的には、本発明は、このような液晶ディスプレイパネル構造および既知画像の並列情報処理を用いる三次元視覚化ならびにマルチビューアおよびマルチアスペクトの画像化に関する。

（発明の背景）
物体が三次元で見られるのは、光が物体から反射し、空間に光場を生成するからである。鑑賞者の２つの目は、物体に対して空間内での目の場所が異なるために、この光場を異なるように認識し、鑑賞者の頭脳は、２つの目による光場の異なる認識を処理して、三次元（「３−Ｄ」）認識を生成する。第一の元々の光場（ＬＦ）と同じ第二の光場（ＬＦ’）が、人工的に再生される場合、ＬＦ’の鑑賞者は、三次元で同じ物体画像を見る。任意の３−Ｄ画像化システムの基本的品質は、それゆえ、ＬＦとＬＦ’との間の差の大きさに、すなわち、換言すれば、画像化システムが人工的に再生するＬＦに、どこまで近づけ得るかに依存する。

Ｌｅｕｎｇらに付与された米国特許（特許文献１）は、一つのタイプの３−Ｄ画像化能力を提供することを意図した「ボリュメトリック（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）」ディスプレイを開示している。特許文献１に開示されているように、Ｌｅｕｎｇらのボリュメトリックディスプレイは、そのディスプレイ自身の容積内で様々な深さで実際の光源を活性化することによって、真の物理的高さ、深さ、および幅を有する視認可能な３−Ｄ画像を生成する。このようにして、鑑賞者の２つの目は、遠近法でディスプレイの容積内の異なる深さで様々な画像エレメントを認識し、こうして、３−Ｄ効果を生成する。Ｌｅｕｎｇらのボリュメトリックディスプレイは、鑑賞者の見る経路に垂直な向きの平面によって、物体を幾つかのピースに「スライスすること」を伴う３−Ｄ物体の物理的破壊を利用する。その結果得られるスライスに対応する画像は、次いで、鑑賞者からの順次増加する距離で層状になった透過型ディスプレイスクリーン（垂直なスライス平面に対応する）のスタックに重ね合わされて表示される。こうして、ボリュメトリックディスプレイは、一連のスクリーン上に輪郭を有した物体の個々の断面を再生することによって、三次元画像の概観を生成する。ここで、鑑賞者により近いスクリーン上の画像は、より遠い画像ピースの上に積層される。それゆえ、三次元効果は、本質的に機械的に生成される。このタイプのボリュメトリックディスプレイは、深さの効果を生成するために、２枚以上の透過型画像ディスプレイパネルを層状にすることを必要とし、したがって、その三次元効果は、画像スライスが現れる様々なディスプレイスクリーン間の深さ、数、距離によって、必然的に制限される。この目的のための適切なディスプレイパネルは、透過型液晶ディスプレイスクリーンを含む。

立体視画像化は、三次元画像を鑑賞者にシミュレーションするために利用される別の技術である。立体ディスプレイは、鑑賞者の左目と右目とに、同じ物体またはシーンの透視画像で、異なるが、それでも対応する透視画像を提供することによって動作する。鑑賞者の頭脳は、これら２つの画像を処理して、三次元の認識を作成する。立体画像化の原理は、長年にわたって、例えば、医師に対するパイロットのような専門家の訓練、ならびに３−Ｄ映画およびコンピュータゲームのようなエンターテイメントを含む様々なエリアで適用されてきた。全ての立体視システムは、右目と左目に対する画像を分離する１つ以上の所定の技術に依存する。典型的には、立体視画像化システムは、特別な視差バリアスクリーン、ヘッドギア、またはアイウェア（ｅｙｅ ｗｅａｒ）を利用することにより、左目が左目の透視のみを見て、右目が右目の透視のみを見ることを保証する。

Ｐｕｔｉｌｉｎらに付与され、本発明の譲受人によって共有される米国特許（特許文献２）は、視差バリアまたは特殊なヘッドギアを利用することなく、リアルタイムで高解像度の３−Ｄ画像化能力を提供する自動立体視３−Ｄディスプレイを開示している。Ｐｕｔｉｌｉｎらのディスプレイは、画像処理アルゴリズムを利用して、ベースとなる立体ペア画像から２つ以上の計算画像を生成し、この立体ペア画像は、結局、鑑賞者の両目に配信されたい画像である。これらの計算画像の第一の画像は、離れたディスプレイに送信され、その他の１つ以上の計算画像は、その離れたディスプレイの（鑑賞者の位置に対して）前に置かれた１つ以上の透過型ディスプレイに送信される。それゆえ、各ディスプレイは、その各々が、鑑賞者の各目に対して向けられた画像情報の少なくとも一部を含む計算画像を、同時に表示する。各ディスプレイの計算画像は、鑑賞者によって同時に見られたとき、その他の表示された計算画像に対するマスクとして機能し、これらの他の表示された計算画像と組み合わさり、その結果、２つの異なる立体視画像が鑑賞者の左目と右目とに提供され、立体視効果は、鑑賞者の目の間隔と、様々な層状になったディスプレイの間隔との幾何学によって引き起こされる。Ｐｕｔｉｌｉｎらは、適切な目のベース立体ペア画像の各々を配信するのに必要な計算画像を生成する電子処理が、人工神経ネットワークによって加速され得ることを開示している。その特許の一つのある実施形態において、多数の透過型液晶ディスプレイパネルは、ディフューザのような空間マスクとともに、（鑑賞者に対して）一枚が他のもう一枚の後ろに置かれるように積層され、この空間マスクは、モアレパターンを抑制するために液晶ディスプレイ間に置かれる。

上記特許で利用されるような従来のパッシブまたはアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）スクリーンの層状化は、３−Ｄディスプレイシステムの目的に対し、最適ではない。液晶ディスプレイは、可動部を有さず、薄くて軽量な表示デバイスである。この液晶ディスプレイは、画素エレメントのグリッドからなり、この各画素エレメントは、２枚の透明な偏光シートの間のセルの中に閉じ込められた電気的制御された偏光液体を含む。２枚のシートの偏光軸は、典型的には互いに垂直に並べられる。各画素は、対応するセルの内側の液晶に電界を印加可能とする電気的接触が供給されている。

電界が印加される前において、液晶の中の長くて薄い分子は、緩和状態にある。トップシートとボトムシートの稜線は、シートの光の偏光方向に平行な分子の分極を促進する。シートの間では、分子の分極は、２つの垂直な極端の間で、自然にねじれる。光は、一枚のシートによって偏光され、結晶分子のスムーズな捩れを介して回転し、次いで、第二のシートを介して通過する。

電界が印加されるとき、液晶の中の分子は、その電界によって、それら自身を整列させ、偏光された光の回転を抑制する。光が、偏光方向に垂直な偏光シートに当たるので、全ての光は、吸収され、セルは暗く見える。しかしながら、緩和状態では、アセンブリ全体は、目には、ほぼ透明に見える。２つの極端の間で、セルは、インクリメントで変動されることにより、グレースケール効果を生成し得る。

標準ＬＣＤセルで使用される液晶材料は、全ての可視波長を等しく回転させ、このようなことから、カラーディスプレイを製造するために、追加エレメントが標準ＬＣＤに利用される。カラーＬＣＤを提供する一般的な方法の一つは、各画素が３つのセルに分割されるようにすることであり、一つは赤のフィルタを有し、一つは緑のフィルタを有し、残りの一つは、青のフィルタを有する。画素は、３つのカラー化セクションの相対的な輝度を変動させることによって、任意のカラーを出現させ得る。これらのカラー成分セルは、異なる方法でアレンジされ、モニタの利用に対して最適化された一種の画素幾何学を形成し得る。

全ての透過型ＬＣＤパネルにおいて、わずかに暗くなることは、緩和状態においてでさえ、明らかである。なぜなら、バックライティング用の偏光シート、カラーフィルタ、および画素グリッド材料を含む様々なバックライティング光源によって生じたバックライト光源からの輝度損失があるからである。個々の透過型ＬＣＤパネルは、Ｐｕｔｉｌｉｎら、またはＬｅｕｎｇらのディスプレイによって利用される方法のように、３−Ｄディスプレイを生成するために積層されるので、輝度損失が増加し、鮮明さとシャープさに劣った３−Ｄディスプレイを生成し、より低いコントラストと解像度とを提供する。このような３−Ｄディスプレイシステムにおいて、輝度を維持することは望ましいことである。

標準二次元ＬＣＤパネルに関して、２つまたは３つの液晶セルを一つのセルを他のセルの上に積層していくことにより、１枚のＬＣＤパネルを生成する幾つかの技術が、ＬＣＤ画像の品質を最大化するための試みとして開発されてきた。Ｉｓｈｉｉらに付与された米国特許（特許文献３）は、複数のポリマフィルムを利用する二重層スーパーツイストネマチック（「ＤＳＴＮ」）タイプの液晶デバイスを記載している。ＤＳＴＮタイプのＬＣＤパネルは、従来のスーパー捩れパッシブマトリックスディスプレイで生じるカラーシフトに対抗するために、一つのセルを他のセルの上に層状化した２つの透過型パッシブマトリックスＬＣＤセルを利用する。このようなＤＳＴＮディスプレイは、薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）アクティブマトリックスＬＣＤパネルの代替として、より手頃で、低電力消費であることを意図されるが、ＴＦＴディスプレイよりも低品質のピクチャを生成する。ＤＳＴＮディスプレイは、ＴＦＴディスプレイの２倍の応答時間（すなわち、スクリーンにグラフィックを形成するラグタイム）を有し、典型的には、視野角能力の半分のみを有する。ＤＳＴＮディスプレイに対するコントラスト比（またはピクチャシャープ度）も、また、典型的に、ＴＦＴディスプレイよりも著しく低く、そのため、ＤＳＴＮディスプレイが、一般的に、高品質グラフィックへの用途に対して望ましくないものとなっている。

相変化ゲスト−ホストディスプレイ（「ＰＣ−ＧＨＤ」）スクリーンは、フルカラーＬＣＤディスプレイを作成するのに使用するカラーフィルタの代替を提供する。各画素毎に３つの並んだセルおよび３つの異なる色のカラーフィルタを組み込むことによってカラーを提供する代わりに、ＰＣ−ＧＨＤスクリーンの層は、各画素に対して、３つの液晶セルを一つのセルを他のセルの上に層状にする。画素の３つのセル各々は、その液晶に追加される異なる色素を有し、各セルは、他の２つのセルと連携して、完全透過から完全ブロックまで変動され、画素に対する任意の単一の色を生成する。ＰＣ−ＧＨＤスクリーンは、標準ＴＦＴディスプレイパネルの中に含まれるカラーグリッドを排除するが、ＰＣ−ＧＨＤスクリーンも、また、現在のところ、ＴＦＴディスプレイよりも低コントラストを提供するので、高品質なグラフィック作成にとって、非常に望ましくない。

３−Ｄ画像化および透過型ディスプレイ技術の分野での従来技術に鑑みて、所与の一人または複数のユーザに、動的な方法で、多数のアスペクト、透視、またはビューの高品質な画像化を提供する３−Ｄ画像化システムを有することは望ましい。このような鑑賞は、これによって、立体画像を見ているとき、鑑賞者が、その鑑賞者の頭の場所の点で制約さないように融通性ある方法で最適に行われるべきであり、鑑賞者にとって、コントラストおよび輝度の最大を提供するべきである。
米国特許第５，７４５，１９７号明細書 米国特許第６，７１７，７２８号明細書 米国特許第５，５３９，５４７号明細書

（発明の概要）
本発明の目的は、以上の従来技術の欠点を踏まえて、マルチアスペクト画像を鑑賞することと、１人以上の鑑賞者によって見ることのできる動的かつ高品質な３−Ｄ画像効果の生成とを提供することである。

さらなる本発明の目的は、鑑賞者に無制限の画像アスペクト数を提供し、画像情報、輝度または品質を一切損なうことなく、完全な３−Ｄの鑑賞体験に近づけるようにすることである。

本発明の別の目的は、立体視画像の生成および鑑賞から誤差や歪みの原因を除去することによって、対話式でリアルタイムのアプリケーションに適した動的方法で、３−Ｄ画像を生成し、表示する能力を提供することである。

さらに、本発明の目的は、３−Ｄ画像品質を改善し、鑑賞者への画像情報を最大化する３−Ｄ画像化のためのシステムおよび関連方法を提供することある。このように、本発明は、立体画像を再鑑賞するときに、鑑賞者の画像経路から不必要なマスクおよび不必要な障害物を排除し、３−Ｄシーンまたは物体を視覚化しようと試みる鑑賞者の鑑賞経路内には、特殊な鑑賞ギアまたは視差バリアあるいはレンズ状スクリーンが不要となる。

本発明は、ソース立体画像およびマルチアスペクト画像の立体視画像化および並列情報処理に基づいて、三次元視角化のシステムおよび関連方法を提供する。ソース画像は、多数のユーザに対する単一の３−Ｄ鑑賞ゾーンまたは多数の３−Ｄ鑑賞ゾーンに対して処理され得る。好ましくは、本発明の実施形態による処理は、所与の鑑賞者の位置が変更されるにつれて、連続的に再処理されるように、本質的に適応性がある。このように、任意の所与の鑑賞者による３−Ｄ画像の認識は、鑑賞者を意味ある方法で一切束縛することなく改善される。

本発明の実施形態において、コンポジット透過型ＬＣＤパネルは、画像化方向に対して１つの液晶セル層の上に他の液晶セル層を置いた少なくとも２つの積層化された液晶セル層からなり、鑑賞者からパネル内の異なる距離で互いに重ね合わされた少なくとも２つの計算画像を表示するために利用される。液晶セル層の各層は、セルから多数の画素を生成し、これらの画素は、集団的に液晶層上に画像を形成するように動作し得る。照明源は、コンポジットパネルの２つの層の後ろに置かれ、層上に生成された画像を照明する。

本発明のコンポジットパネルの中の各液晶セル層は、計算画像を表示し、この計算画像は、最終的に、鑑賞者の両目に伝達されて、所望の３−Ｄ効果を生成する必要のあるソース立体画像の１つではない。むしろ、該計算画像は、ソース立体ペア画像から導き出されたもので、本設計においては、光学的に相互作用して、鑑賞されるべき立体透視画像を集合的に生成する。ソース画像情報は、メモリユニットに格納された立体ペアのデータベース、またはベース画像の他の適切なソースから導き出される。メモリユニットは、所望の立体ペアをプロセッサに提供し、このプロセッサは、順に、液晶セル層により表示されるべき計算画像を処理し、それに従って、これらの層を制御する。さらに、プロセッサは、液晶セル層上に生成された画像の鑑賞が可能となるように、透過型コンポジットＬＣＤパネルをバックライティングするランプまたは他の適切な照明ユニットのような照明源を制御する。

各液晶セル層に対する導き出された画像を計算するために、プロセッサは、該透過型セル層のそれぞれに対する暫定計算画像を計算することにより、鑑賞者の両目のそれぞれに向けられた光を推定し、次いで、透過型コンポジットＬＣＤパネルの前方セル層の各ディスクリートな画素を介して向けられた光を決定する。次いで、プロセッサは、各画素に対する推定された光を、元々のソース立体ペア画像の中から選択されたものからの等価な光と比べ、誤差を決定し、次いで、暫定計算画像を適切に調整し、各画素に対する誤差が設定限界未満に保たれるように、誤差を減らす。好ましくは、導き出された画像の計算および精緻化は、人工神経ネットワークによって実行される。

本発明の実施形態において、各液晶セル層に表示される計算画像は、他の層の画像に対する動的マスクとして機能する。このように、従来の視差バリア型の画像システムとは対照的に、鑑賞者は、３−Ｄ画像自身以外は、何ら物体も障害物も見ることなく、ここで、物理的バリアマスクは、はっきりと見られ得る。３−Ｄ画像をこのように生成すると、その結果、レンズ状スクリーンまたはレンズによって生成されるような視覚の性質によるノイズおよび歪みが存在しなくなる。

本発明の実施形態によれば、３−Ｄ画像情報は、２つ以上の液晶セル層の間に分配されるので、従来技術システムで生じる解像度の損失がない。ここで、両目に対する画像情報は、視差バリア、レンズ状スクリーンまたはレンズのような解像限界バリアの後ろにある単一のスクリーンまたは平面上に表示される。さらに、集積された多層液晶セル層を含むコンポジット透過型ＬＣＤパネルは、さもなければ、画像の輝度損失を招き、画像の歪む原因となるような標準ＬＣＤパネルで通常存在する不要なエレメントを排除する。

本発明のある実施形態において、計算画像は、１つ以上の鑑賞者位置の感知に基づいて、１人以上の鑑賞者に提示される。この鑑賞者位置信号は、赤外線（「ＩＲ」）位置センサ、あるいは無線周波数（「ＲＦ」）または超音波位置追跡センサのような業界で既知の手段によってプロセッサに送信され、そして、プロセッサは、次には、コンポジット透過型ＬＣＤパネルのコントローラによって、引き続く処理、提示、および表示のために画像ソースから適切な画像立体ペアを検索する。さらに、本発明の好ましい実施形態において、鑑賞者位置センサは、鑑賞者の位置の変更につれて、画像の異なるアスペクトを鑑賞者に提示するように利用され、これによって、鑑賞者は、動的に画像の様々な透視図を鑑賞することが可能となる。本発明は、これによって、鑑賞ゾーンの数が増えるにつれ、画像品質が非常に悪化するディスクリートな静的セットの立体鑑賞ゾーンとは対照的に、改善された画像品質を有する大鑑賞面積に、連続的な３−Ｄ画像場を生成することを可能とする。

本発明の他の実施形態において、マルチユーザ・マルチビュー表示能力が提供される。このようにして、鑑賞グループの異なるメンバのそれぞれに、観賞場所または角度のようなに限定されるわけではないが、そのような任意の数の要因に基づいて、同じ画像の異なるアスペクトまたは全く異なる画像を提供し得る。各鑑賞者に対して、三次元および二次元の画像化の双方が、提供され得る。

本発明の実施形態がこのように記載されてきたが、ここで、議論は、図面に描かれるような本発明の好ましい実施形態の形で提供される。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は、一般的な液晶セル１０２を示す。このようなセルの多くは、ＬＣＤパネルの液晶セル層に画素を生成するために利用される。このような各セル１０２は、囲いの中に閉じ込められた液晶材料を含む。液晶は、一種の長い糸のような分子のクラスで、ある条件下では、等方性流体のような挙動を示し、流れる能力を含むが、他の流体で見られるよりも高い秩序性を有する構造を採り得る。液晶材料の秩序性は分子のスケールでは広範囲にわたるが、古典的な結晶性固体で見られるように、巨視的なスケールでは広がらない。このように、液晶材料の構造的秩序は、一方向に広がり得るが、別の方向に沿った材料は著しい無秩序を示し得る。セル１０２の中に含まれる液晶材料は、入力配向表面１０３ａと出力配向表面１０３ｂとを含む、二つの実質的に透明な対向する表面の間に閉じ込められた双極子１０４を形成する、多くの液晶分子を含む。

配向表面の各々は、配向特徴を有し、製作の間のそれらの表面の機械的な処理の結果として、表面は、単一の方向に向いた、液晶材料と向き合ったマイクロリップルを有する。これらのマイクロリップルは、液晶双極子１０４と表面付近で、表面付近のこれらの双極子を、図１に描かれるように、マイクロリップルと平行の向きに向けさせるようなやり方で、相互作用する。

図１に描かれるように、一般的な液晶セル１０２において、入力配向層１０３ａの表面におけるマイクロリップルは、出力配向層１０３ｂのマイクロリップルに対して垂直に向けられている。したがって、双極子１０４は、配向層１０３ａと１０３ｂの間に伸びるセル１０２内でらせん状構造に自然に整列する。このらせん状構造に整列させられた液晶材料は、双極子の曲がりに沿って、光の偏光を回転させる光学的性質を有し、その結果、セル１０２に入る光１００ａの偏光は自然に９０度回転させられ、セルを出る直交偏光された光１００ｂを生成する。しかしながら、電場の存在下では、所与のセル内の双極子分子は電場に沿って整列させられ得る。このようにして、入力光の偏光は、制御可能な電場下の液晶セルにそれを通すことで制御され得る。

図２に移って、「緩和」状態にある、典型的な液晶ディスプレイセル２０２が、断面図で描かれていて、双極子は、入力配向層２０３ａと出力配向層２０３ｂとの間でらせん状パターンに配向している。セルの外側の両側の端で、薄い透過導電性電極層２０５が配向表面の外側を覆っている。インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）が、電子ディスプレイセルの配向表面に対して透明導電性被覆を作成するのに一般的に使用される材料である。ＩＴＯは、インジウム（ＩＩＩ)酸化物（Ｉｎ_２Ｏ_３）およびスズ（ＩＶ）酸化物（ＳｎＯ_２）の混合物で、典型的には重量で、９０％のＩｎ_２Ｏ_３と１０％のＳｎＯ_２の比率である。これらの電極層は、液晶材料へ制御可能な電場を印加するために利用され得る。

図２に図示されるように、液晶セル２０２は、入力光２００ａを取り込み、それを、配向層２０３ａと２０３ｂとの間に閉じ込められた、実質的に透明な液晶材料を通じて通過させ、それは、入力光２００ａと直交する偏光を有する出力光２００ｂとしてセル２０２を出る。図３は、電場が電極層２０５に印加されている、「チャージ」状態にある液晶セル２０２’を示している。この図で示されるように、双極子２０４’は電場に従った配向を取り、出力光２００ｂ’に、（図示されるように入力光２００ａと同じ配向になるなど）異なる偏光方向を持たせる。

商業上のＬＣＤアプリケーションでは、図１から図３に示されるように、独立した液晶セルの層は、典型的には二つの偏光シートの間に配置される。図４は、緩和状態で動作している、セル４０２は二つの偏光シート４０６ａと４０６ｂとの間で向けられている、液晶セル４０２を通しての光の透過を図示している。図に示されるように、入力偏光シート４０６ａは、入力配向表面４０３ａのマイクロリップルの配向に合わせられた偏光方向を有し、出力偏光シート４０６ｂは、同様に、出力配向表面４０３ｂのマイクロリップルの配向に合わせられた偏光方向を有する。したがって、偏光シート４０６ａと４０６ｂとは、互いに直交するように向けられている。

この構造で、後方の光源からのインコヒーレント（偏光していない）光４００ａは、入力偏光シート４０６ａを通過し、インコヒーレント光の垂直偏光成分を失うことにより、偏光された光４００ｂを生成する。電極に電圧をかけない（図４に描かれていない）緩和状態の液晶セル４０２で、偏光された光４００ｂは、透明な入力配向表面４０３ａを通じて入り、液晶材料を通過する。双極子は（図４に描かれていない）緩和状態にあるので、液晶材料は、セル４０２内で９０度だけ光の偏光４００ｃを自然に回転させる。セル４０２を出る偏光された光４００ｄは、もともとの偏光された光４００ｂと直交する偏光方向を有する。この光は、出口の偏光シート４０６ｂを通って観測者へ通過可能で、緩和状態にあるセル４０２を目には実質的に透明で明るく見えるようにする。電場がセル４０２に印加された場合、入力偏光４００ｂは、偏光方向を変えることなく、ほとんど液晶材料を通過することが許可され、したがって、出力光が、出力偏光シート４０６ｂを通過することをほとんど不可能にする。従って、チャージ状態にあるセル４０２は、ほんのわずかの光しか見ている者に届かないので、目に対して実質的に不透明で暗く見える。

図５は、自動立体視３−Ｄディスプレイシステムにしたがって、先行技術でなされたような、一般的な透過型液晶ディスプレイパネル５０１のスタッキングを示す模式図である。図５に示されるように、一般的なＬＣＤパネル５０１は（画素サイズレベルに拡大した断面で示している）各々、ＩＴＯなどの電気伝導材料５０５のシートの間に閉じ込められた一つの液晶セル層５１１を含む。セル層５１１は、液晶材料５０４を包む様々な独立した液晶セル５０２を含む。層５１１のセル５０２は、概ね記述された配向表面の特性を有する、共通の入力配向層５０３ａと出力配向層５０３ｂを共有する。

透過型ＬＣＤパネル５０１は、さらに、入力偏光シート５０６ａと出力偏光シート５０６ｂを含み、再び、それらの相対的な偏光方向が対応する配向表面５０３ａと５０３ｂに整合するように配列され、上述のように互いに直交する。ガラスのような、光学的に透明な材料５０７ａの薄いシートは、入力配向層５０３ａの頂上で、電極層５０５から、入力偏光シート５０６ａを分離する。光学的に透明な材料５０７ｂの第二の薄いシートは、カラー制御を可能とする、カラーフィルタ組み立て部品５０９と、増加されたコントラストを提供する黒い格子５０８（典型的には約４０〜９０％の範囲の穴を有する）を含む、ＬＣＤパネルの構成要素から、出力偏光シート５０６ｂを分離する。典型的なカラーＬＣＤパネルでは、各画素は、カラーフィルタ組み立て部品５０９によって定義される三つのセル部分から成り、図示されるように、一つは赤のカラーフィルタ５０９ａ、一つは緑のカラーフィルタ５０９ｂ、その他は青のカラーフィルタ５０９ｃである。画素は、三つのカラー部分の各々の相対的な明るさを独立に変化させることによって、任意の色を表すようにされている。

二つの透過型ＬＣＤパネル５０１が、図５に描かれるような、また先行する米国特許第６，７１７，７２８号、および、２００４年１月６日付け出願の米国特許出願番号第０／７５１，６５４号で詳細が記述されているような自動立体視３−Ｄディスプレイシステムのためのスタック構成で使用されるとき、光の透過損失は問題となり得る。黒い光のデバイス５１２からの光は、第一のＬＣＤパネル５０１（すなわち、黒い光のデバイス５１２に最も近いパネル）の入力偏光シート５０６ａによって偏光され、光学的に透明な材料５０７ａを通過し、次いで、液晶セル５０２を通過する。電極層５０５に印加された電圧に依存して、液晶は、入力光の望みの偏光回転を生成する配向に整列する。今度は、これが、出力偏光シート５０６ｂを出る光の強度のレベルを定義する。ＲＧＢカラー付けは、カラーフィルタ組み立て部品５０９によって提供され、ブラックグリッド５０８は、増加させられたコントラストを提供する。

第一のＬＣＤパネルの出力偏光シート５０６ｂを出て来る任意の偏光された光は、ディフューザ、または、次のＬＣＤパネルの入力方向を整合させるために光の偏光を回転させることが可能な、他の似たようなデバイス５１０を通過して、次いで、ユーザに達する前に、第二のＬＣＤパネル（第一のＬＣＤパネルと異なる画像を表示する）を通過する。随意には、ＬＣＤパネルは、デバイス５１０が不要なように、代わりに配列され得、これにより、ブラックＬＣＤパネルの出力偏光は、前部のＬＣＤパネルの入力偏光に整合する。それにもかかわらず、第一の透過型ＬＣＤパネルによって引き起こされた明るさの損失は、第二のおよび任意の後の続くＬＣＤパネルによって、複製され悪化させられる。表ｉは、上で議論された様々なＬＣＤパネル要素の特定のものに対する、光透過レベルの典型的な値を示している。

とりわけ、表ｉは、単一の透過型ＬＣＤパネルの場合、背面光源からの照明光のおよそ７％未満が観測者の目に届いていることを、示している。第一のＬＣＤパネルと鑑賞者との間の第二のＬＣＤパネルの追加は、透過される光を０．５％より下まで減少させ（ＬＣＤパネルの間に配置されたディフューザがなくても）、後に続くＬＣＤパネルは、出力の明るさと質の下落にさらに助長する。

自動立体視画像化システムの一般的な透過型ＬＣＤパネルのスタッキングに付随する問題と闘うために、図６に描かれるような本発明は、画像方向に沿って交互に配置された積層された液晶セル６０２の少なくとも二つの層６１１ａと６１１ｂとから成る、合成の透過型ＬＣＤパネル６０１（画素レベルの断面図で示されている）を提供する。液晶セル６０２の各層６１１ａと６１１ｂとは、多数の画素を生成し、与えられた層６１１ａまたは６１１ｂの画素は、集合的に、その層上で画像を形成するように動作し得る。各層のセルは、各層が独立にかつ同時に、少なくとも二つの計算画像（各層に対して一つの異なる計算画像）のうちの一つを、計算画像が互いの上に、鑑賞者の位置に対してコンポジットＬＣＤパネル６０１内の異なる距離で重ね合わされる方法で、表示するように、制御される。照明源６１２はコンポジットＬＣＤパネル６０２の後ろ、したがって、二つの層６１１ａと６１１ｂの後ろに配置され、これにより該層上に生成された計算画像を照明する。従来技術の透過型ＬＣＤパネルに存在する液晶層と同様に、液晶層６１１ａと６１１ｂとは、一般に上述された方法で液晶材料６０４を包む、様々な独立な液晶セル６０２を含む。各層６１１ａまたは６１１ｂのセル６０２は、一般に上述された配向表面特性と直交配向とを有する、共通の入力配向層６０３ａまたは６０３ｃと出力配向層６０３ｂまたは６０３ｄとを共有する。各層６１１ａまたは６１１ｂは、電気伝導材料のシート６０５ａと６０５ｂと、または、６０５ｃと６０６ｄとの間に、それぞれ、包まれていて、それらは、制御可能な電場を取り囲まれたセル６０２に印加するよう適合されている。

描かれたような、この合成のＬＣＤパネル６０２も、入力偏光シート６０６ａと出力偏光シート６０６ｂと、一つのカラーフィルタ組み立て部品６０９（赤、緑、および、青のカラーフィルタ要素６０９ａ〜ｃを含む）と、一つのブラックグリッド６０８とから成る。ガラスのような、光学的に透明な材料の二つの層６０７は、液晶層６１１ａおよび６１１ｂを絶縁し保護するため、かつ、該層を偏光シート６０６ａと６０６ｂとから一定の間隔離すために、描かれているように、偏光シート６０６ａと６０６ｂとに隣接するように配置される。ガラスのような、光学的に透明な材料の追加の層６０７’は、第一の液晶層６１１ａと第二の液晶層６１１ｂとの間に配置され、これらを結合する。この層６０７’は、液晶層６１１ａと６１１ｂとを互いに絶縁し、以下に記述されるような立体効果に適した幾何学を生成するのに、十分な厚さを有する。

二つの液晶層６１１ａと６１１ｂとが共同して働くために、第一の液晶層６１１ａに対する出力配向層６０３ｂは、描かれているように、第二の液晶層６１１ｂの入力配置向層６０３ｃと同じ偏光方向に沿って整列しなくてはならない。さらには、偏光シート６０６ａと６０６ｂとは、平行な（直交と反対の）偏光方向（描かれているように、各層６１１ａと６１１ｂとの特徴的な「ねじれ」は９０度であると仮定して）を有する。代わりに、もちろん、シート６０６ａおよび６０６ｂの配向と、配向層６０３ｂおよび６０３ｃとが、描かれているように、一致していない場合、光学的に透明な材料層６０７’は、９０度（または、ほかの適切な量）だけ透過光の偏光を変化させる特徴が組み入れられている。

二つ以上の液晶層を単一のパネル内に組み込む同様のＬＣＤパネル構造が、ＤＳＴＮおよびＰＣ−ＧＨＤ液晶ディスプレイとしての使用のために提案されているが、図６で描かれここで記述された本発明によるコンポジット構造は、ここで記述されるように高分解能３−Ｄ画像化システムに使用されない。３−Ｄディスプレイシステムにおいて本発明によるコンポジット透過型ＬＣＤパネルを使用することは、仮想的に明るさを失わず、良い画像の明快さを提供する積層型標準ＬＣＤパネルに対して、有利な点を有する。標準の透過型ＬＣＤは、約６．５％の透過率を有するが、本発明によるコンポジット透過型ＬＣＤは、およそ６．２％の同等の透過率を提供する。第三の、および、後に続く液晶セル層を合成のＬＣＤパネルに加えることの効果は、同様に最小である。

さらには、本発明によるコンポジット透過型ＬＣＤパネルは、液晶層間の拡散材料の存在を要求することなしに、仮想的に、モアレ効果をあまり生成しない。ディフューザの場所では、液晶層の間にあるガラスまたは他の透明な材料は、パネルの全画像範囲にわたって、堅固な構造と等しい照明とを提供する。

本発明の実施形態によるコンポジット透過型ＬＣＤパネルの原理がこのように記述されてきたが、記述が、自動立体視画像化システム、および、コンポジットＬＣＤパネルが特に適している使用のための関係する方法に関して、提供される。先行する米国特許第６，７１７，７２８号、および、２００４年１月６日出願の米国特許出願シリアル番号第０／７５１，６５４号に詳細に記述されている、自動立体視画像化システムは、液晶パネルのような、多層積層された電子透過型ディスプレイを使用することによって、三次元の鑑賞体験を生成する。スタッキング分離ＬＣＤパネルの代わりに、本発明のコンポジットＬＣＤパネルが、この後記述されるように、使用され得る。提供される３−Ｄ画像化システムは、したがって、３−Ｄ画像が合成のＬＣＤパネル上で動的に生成され得る、大きくて連続な鑑賞区域内で鑑賞のために、増加された明るさと画質を有する。

図７は、光７００が対象７０１から反射して、空間に光場ＬＦを生成するときに、人間がどうやって実際の物体を三次元で見ることができるかを図示している。鑑賞者の二つの目７０２は、対象に対する空間でのそれぞれの目の異なる位置のために、この光場を異なるように知覚し、鑑賞者の頭脳は、二つの目による光場の異なる知覚を処理することにより、三次元の知覚を生成する。図７はまた、３−Ｄディスプレイシステムによって制御されたコンポジットＬＣＤパネル７０３内の液晶セル層７０４から形成された第二の光場ＬＦ’を示しており、ＬＦ’はＬＦとほぼ同一で、第二の知覚された３−Ｄ画像を生成する。任意の三次元画像化システムの基本的な質は、ＬＦとＬＦ’との間の差の大きさに依存しており、すなわち、画像化システムがどれだけＬＦの再生成に近づけることができるかに依存する。第二の光場ＬＦ’がもともとの光場ＬＦにほぼ同じように再生成される場合、ＬＦ’の鑑賞者は三次元で同じ物体の画像を知覚する。

好ましい３−Ｄ画像化システムは、図７に示されるように、コンポジットＬＣＤパネル７０３内で、二つ以上の積層された透過型液晶セル層７０４を、ただし、各層が協力して、鑑賞者の二つの目に表示されるのを望まれる立体ペア画像の派生的な画像を表示するように利用する。派生的な画像は、見られる立体画像を集合的に生成するために、互いに相互作用し効果的に隠す。図８に示されるように、本発明の実施形態におけるコンポジットＬＣＤパネルは、鑑賞者（それぞれ、左目８０２ａと右目８０２ｂとによって図８に表示された鑑賞者の位置）に対する方向に積層された液晶セル層を提供するそれぞれ。図に描かれるように、それぞれの目８０２ａと８０２ｂとは、後Ｂセル層と前Ｆのセル層への異なる見る経路を有し（見るライン８０５〜８０８によって示されるように）、該見る経路は、鑑賞者によってパネル上に画像が足し合わされ、目８０２ａと８０２ｂとに対して異なる立体視画像として知覚されることを引き起こす。

図９は、後方セル層Ｂと前方セル層Ｆに対して、それぞれ、適合された、そのような派生的な画像９０１と９０２の例を図示している。図に描かれるように、各層に表示された派生的な画像は、独立して分離して見られたとき、不鮮明で無秩序に見え得る。しかしながら、図８に示されるように、コンポジットＬＣＤパネル８０１内で適切な方向においてセル層ＢとＦと共に同時に見られたとき、派生的な画像は、図１０に示されるように、それぞれ、鑑賞者の左目と右目に達する、適切な立体視画像１００１と１００２を生成する。

本発明の実施形態では各セル層に対する派生的画像を計算するために、プロセッサは、各セル層に対する暫定計算画像を計算することによって、鑑賞者の目のそれぞれの一つに向けられた光を評価し、次いで、両方の層で同時に生成された画像の結果として、前方セル層のそれぞれの離散的な画素を通じて向けられた光を決定する。次いで、プロセッサは、各画素に対する評価された光を、もともとのソース立体ペア画像の選択された一つから等価な光と比較して誤差を決定し、次いで、暫定計算画像を適切に調節して、設定された制限より下に各画素に対する誤差を保つために誤差を減少させる。

本発明の実施形態によれば、反復のアルゴリズムは、生成された画像と本来の画像との間の差を評価する。それらの間の差に基づいて、アルゴリズムはスクリーン画像化調節を命じる。これらのスクリーン調節は、それらを原型のより同一の複製にする、生成された画像への変化を引き起こす（すなわち、最大限の正確さに近付く）。例えば、この反復のプロセスは、受理できる誤差内に各枠を与えるために、３回から７回の繰り返しのように、いくつかの繰り返しを要求し得る。

図１１は、本発明の好ましい実施形態によるディスプレイシステム１１の基本的な構成要素を示している。図では、遠くの、および、最も近くの（以下「近く」とも呼ぶ）液晶セル層４および６は、コンポジットＬＣＤパネル５内の既知のギャップによって分離されている。コンポジットＬＣＤパネル内の液晶セル層は、パーソナルコンピュータ、ビデオコントローラ、または、他の適切なデジタル処理デバイスのような、コンピューティングデバイス１によって制御される。以下に詳細に議論されるように、描かれたディスプレイシステムは、コンピューティングデバイス１による画像の計算に依存し、画像は、遠くの液晶セル層４と近くの液晶セル層６に表示されることにより、鑑賞者の目に知覚された立体画像を生成する。コンピューティングデバイス１も、合成のＬＣＤパネル５をバックライティングするのに適合された光源２を制御する。

図１２は、コンピューティングデバイス１の詳細を図示しており、本発明の実施形態にしたがって３−Ｄ画像を生成するのに利用される、計算および制御構成を描いている。この実施形態では鑑賞者位置信号入力１０を含むように開示されているが、一つの定まった鑑賞区域または多数の定まった鑑賞区域を定義することによって、この特徴なしに、本発明が実行され得ることが、当業者によって理解される。本発明は、立体ペアまたはメモリユニット１２へ入力８として提供される局面のデータベースを利用する。メモリユニット１２はいくつかの機能を有する。最初に、メモリユニット１２は、（メモリまたはストレージにおけるデータベースのような）入力８ソースから特定の立体ペアを抜き出し、格納する。この立体ペアは、初期の鑑賞位置に対応する。上で記述されるように、鑑賞者の位置センサ１０はプロセッサ１４に鑑賞者の位置信号を提供し得る。

一般に、左目画像と右目画像とに対応する、二つの画像情報ストリームの最小は、本発明の実施形態で３−Ｄ画像を生成するのに必要とされる。立体ペアソース画像が、別のメモリまたは格納位置（メモリ１２に前に格納されたのを含む）のデータベースに保存され、かつ読み出され得ることが、上で述べられたが、ソース画像情報は究極的には様々なソースからもたらされ得る。例えば、情報ストリームは、一つ以上の対のカムコーダー、または、ライブ３−Ｄビデオまたは記録された３−Ｄビデオのための対になったビデオストリーム、（例えば、写真のための）一つの物体の左右の画像、および、（例えば、ゲームのための）デジタル３−Ｄシーンからの左右の眺めを含み得る。

鑑賞セッションの間全て、鑑賞者の位置信号１０は絶えずモニタされ、プロセッサ１４へ提供される。（以下に）書かれるように、鑑賞者の位置と後に続く誤差処理とに依存して、鑑賞者の位置１０（または、静止した鑑賞ゾーンのためのユーザのプリセット位置）に関するプロセッサ１４からの情報は、データベースからの立体ペア局面の続いて起こる読み出しと、ディスプレイ４と６のための導出された画像の再計算とのために、メモリ１２へ提供される。したがって、鑑賞者が様々な位置から３−Ｄ対象を見ることを望む場合、本発明は、入力鑑賞者の位置信号に基づいてプロセッサへ更新された一連の立体ペアを絶えず提供し得る。鑑賞者が単一の３−Ｄの眺めの物体を見ることを望む場合、鑑賞する位置にかかわらず、鑑賞者位置信号入力１０は、要求された処理において使用される光学的幾何学を決定するのに使用され得る。当業者によって容易に認識されるように、多数鑑賞者位置信号は、以下に記述されるように、（異なる画像または画像局面を含め）多数鑑賞ゾーンを生成するのに同様に使用され得る。

メモリ１２は、プロセッサ１４へ、計算画像を作成するために、所望の立体ペアを提供する。計算画像は、プロセッサ１４からＬＣＤパネル・光ユニット制御１６へ直接送信されるか、または、制御ユニット１６によってアクセスされるメモリ１２へ格納される。ユニット１６は、計算画像を、コンポジットＬＣＤパネル５内の適切な液晶セル層４および６へ提供し、該層４および６を照明するソース２から照明をも制御する。プロセッサ１４も、ＬＣＤ・光制御ユニット１６へ指令を提供することにより、適切な照明を提供し得る。

メモリ１２は、各液晶セル層の独立したセルまたは要素の蓄積された信号を保持していることに、注意すべきである。したがって、メモリユニット１２およびプロセッサ１４は、コンポジットＬＣＤパネルの適切なスクリーン要素を通って、定められた鑑賞ゾーンまたは鑑賞者位置信号１０に基づいてプロセッサ１４によって識別される、鑑賞者の右目と左目とに向かって、伝搬する光を蓄積し分析する能力を有する。

図１３は、ディスプレイパネルから鑑賞者の目への光ビームの動きを模式的に示す。図１３に示されるように、二つの光ビームが目３４および３６の瞳に届くように、これらのビームはバックライティング源２２から、近くの液晶セル層１８の任意のセルｚ２８を介して来る。これらのビームはまた、ポイントａ（ｚ）２６およびｂ（ｚ）２４で、遠くの液晶セル層２０を最初に横切る。左目３６での画像は、
ＳＬ_ｚ＝Ｎ_ｚ＊Ｄ_ａ（ｚ）
の計算であり、ここで、Ｎは近くの層１８上の画素強度であり、Ｄは、遠くの層２０上の画素強度である。

右目３４に対して、それぞれ、計算は
ＳＲ_ｚ＝Ｎ_ｚ＊Ｄ_ｂ（ｚ）
となる。光が、近くのセル層１８の画素ｚ（ｎ）全てを介して向けられるとき、画像ＳＬおよびＳＲは、鑑賞者の網膜上に形成される。計算の目的は、近くのセル層１８および遠くのセル層２０上での計算画像を最適化して、
ＳＬ→Ｌ、および
ＳＲ→Ｒ
を得ることである。任意のＬ画像およびＲ画像に対する正確な解を得ることは不可能であると分かり得る。それは、本発明が、（目的画像と計算画像との間の）二次差異関数を最小にするＮおよびＤに対する可能な分散における近似解：

を見出そうとするものであるからであり、ここで、ρ（ｘ）は、例えば、形式：
ρ（ｘ）＝ｘ^２
の二次関数のような差異関数であり、画素強度の制限は、０≦Ｎ≦２５５、０≦Ｄ≦２５５である。

図９に関して以下に記載されるような、人工神経ネットワーク（「ＮＮ」）は、この問題の解決のために使用され得、なぜなら、ＮＮは、並列処理およびＤＳＰ一体化を可能にするからである。

図１４をここで参照すると、本発明の画像の操作に対するデータ流れが示される。上述のように、メモリユニット１２、プロセッサ１４、およびＬＣＤ制御・光制御１６は、ソース２２から発する光放射と、遠くの層２０および近くの層１８の透過度とを調節する。

物体の多数のディスクリートな二次元（２−Ｄ）画像（すなわち、多数の計算画像）であって、そのそれぞれが、ＬＣＤスクリーン上の多数の異なるエリアに描かれる二次元画像に関する情報が、また、随意に、鑑賞者の右目および左目の位置に関する情報が、プロセッサによって調整される。

近くの層１８の部分の透過に対応する信号（信号１４２８）と、左目および右目それぞれの画像のそれらの部分の光放射に対応する遠くの層２０の透過度に対応する信号（信号１４２４および１４３２）とが、設定プログラムに従うプロセッサに入力される。各鑑賞者の右目および左目に向かって導かれる全ての層のセルからの光信号が、次いで同定される。この例において、セル２８および２６からの信号は全て、鑑賞者の左目３６に向かって導かれ、セル２８および２４からの信号は、鑑賞者の右目３４に導かれる。

これらの左目および右目の信号のそれぞれは、総計されて１４３８、右目に対しての値１４４２、および左目に対しての値１４４０を生成する。これらの値は、次いで、各局面の画像の関連部分、およびもともとのソース物体局面の画像の関連エリア１４４４および１４４６と、比較演算１４４８で比較される。調整１４５０が、次いで、誤差を減らそうとして、もともとの値にされる。

信号が鑑賞者の目の位置の関数であることに留意すると、検出された信号は、ある程度変動し得る。比較からの任意の誤差は、近くおよび遠くの液晶セル層の各セルに対して同定される。次いで、各誤差は、設定閾信号と比較され、誤差が設定閾信号を超える場合、プロセッサは、遠くの層２０のセルの少なくとも一部の光放射に対応する信号を変更し、近くの層１８のセルの少なくとも一部の透過度を変更する。

物体の計算画像に関する情報が変化する場合、鑑賞者位置の移動の結果、プロセッサは、その移動を感知し、その情報が修正されるまで、遠くの層のセルの光放射に対応する信号、および近くの層のセルの透過度に対応する信号をメモリユニットの中に入力する。鑑賞者位置が新たなビューを必要とするのに十分遠く変動するとき、そのビューまたは画像は、データベースから抽出され、処理される。

図１５は、本発明の実施形態に従って、上述される問題に適用される神経ネットワークアーキテクチャを示す。遠くおよび近くのスクリーン上の画像を計算するにあたり、立体ソース画像のＬとＲ、左のペアと右のペア、ならびに（鑑賞者の目の位置が一定であると仮定して）一定鑑賞ゾーンがあると仮定することは助けとなる。本発明の神経ネットワークは、２つの液晶セル層を介して画像を生成することによって、人間の目の機能を複製する。これらの画像を生成するために、神経アルゴリズムは、物体（ソース画像）のもともとの光場と積層された液晶セル層によって生成された光場との間の差を減らす。これらの光場間の差は、最大正確度（最小誤差）と称され、人間の認識範囲内で十分な正確度が達成されるまで小さくされる。図１５に示される神経ネットワークアーキテクチャは、三層神経ネットワークである。入力層５２は、１つの神経からなり、この神経は、そのユニットの刺激を隠れ層５４の神経に伝播する。隠れ層５４の神経は、近くの層および遠くの層に対応する２つのグループを形成する。出力層５６の神経は、画像ＳＬおよびＳＲに対応する２つのグループを形成する。神経の数は、液晶層画素の数に対応する。近くの層および遠くの層に対応するシナプス重量Ｗｉｊは、調整パラメータである。隠れ層神経間のシナプス相互接続は、システムの光学スキーム：

に対応する。

非線形関数は、値［０〜２５５］内におけるシグモイド関数

であるか、あるいは形式：

の飽和関数である。

ＮＮの関数化は：

によって、記載され得る。

任意の神経における出力信号は、遠くの層および近くの層からの少なくとも１つの信号の総和である。鑑賞者の左目および右目に対応するＮＮの出力は：

である。誤差関数は：

であり、これは、全ての誤差の総和である。以上から、ＮＮ学習の間に、Ｅ→０であるとき、隠れ層の出力は、スクリーン上に照射されるべき所望の計算画像に対応することは明らかである。

ＮＮ学習の初期ステップにおいて、重量Ｗｉｊはランダムな値を有する。学習プロセスを加速するために、重量は、初期に選択された立体ペアに従って初期化され得る。逆行性伝播方法（ＢａｃｋＰｒｏｐ）が、ＮＮを教えるために使用され：

ここで、αは、学習速度を意味する。許容可能な精度は、典型的には、１０〜１５回の繰り返しで得られ得、一部の画像に対しては、非常に少ない誤差が、１００回の繰り返し後で得られ得る。この計算は、誤差のレベルと、Ｌ画像およびＲ画像の形状、近いセル層と遠いセル層との間の距離、および視聴者の目の位置のような光学スキームのパラメータとの間に強い相関があることを示す。

光学パラメータの小さな変動に対するより安定な解を得るために、２つの代替方法が使用され得る。第一の方法は、正規化項を加えることにより、誤差関数の修正を伴い：

ここで、βは、正規化パラメータである。

第二の方法は、ＮＮの訓練中に、少量ずつ鑑賞者の位置をランダムに変更することを伴う。これらの方法の双方は、立体鑑賞の面積を広くするために使用され得る。

「ＢａｃｋＰｒｏｐ」以外の訓練方法も、使用され得、例えば、共役勾配法：

であり、これは、Ｆｌｅｔｃｈｅｒ−Ｒｅｅｖｅｓの変形である。この方法は、訓練手順を５〜１０倍加速化する。

本発明に使用するのに適切な典型的な液晶セル層は、１０２４×７６８以上の解像度を提供する１５”（またはより大きい）アクティブマトリックス液晶ディスプレイ層に対応する。このような１５”セル層を利用するコンポジットＬＣＤパネルにおいて、層間の距離は、約５ｍｍ未満であることが好ましい。適切なコンピュータシステムは、立体画像処理のために、Ｉｎｔｅｌ Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標） ＩＩＩ−５００ＭＨｚと等価またはこれより高速なプロセッサを含み、そして、マスクはディフューザを備える。コンピュータは、計算画像を得るために、神経ネットワークをエミュレートするのに十分でなくてはならず、該計算画像は、所定のエリア内で、分離された左右の画像を得るために、近いスクリーンおよび遠いスクリーン上に照射されなくてはならないものである。神経ネットワークは、上述のように表示されて導き出された画像の光学相互作用をエミュレートし、鑑賞者の目の位置を考慮に入れて、立体画像における誤差を最小化し、認識された３−Ｄ画像を動的に作成する。

本発明の一部の実施形態における複数の液晶セル層の配置がコンパクトな性質であることを考えると、コンポジットＬＣＤパネルに対する適切な冷却を提供し、その過熱を避けることは重要である。適切な冷却方法の一つは、大気の冷却クロスフロー（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ）を提供するために、（典型的には、商業的実施形態において、少なくともコンポジットＬＣＤパネルおよび光源を包み込む）ディスプレイ筺体の中にファンの配置を利用することによって提供され得る。

上述のように、鑑賞者の位置信号を入力する手段を含めることによって、本発明によるディスプレイシステムは、１つ（または複数）の設定画像鑑賞ゾーンを使用することも、あるいは鑑賞者が３−Ｄ効果を損なうことなしに移動可能なゾーンを使用しないこともその双方が可能となる。（上述のＳＬおよびＳＲのような）導き出された画像成分を決定するために使用されるアルゴリズムは、光学幾何学に対する変数を用い、鑑賞者位置信号は、これらの変数を決定するために用いられる。また、ディスプレイが、鑑賞者位置の変化によって、鑑賞者によって見られる画像ビューまたは透視図を変化可能なモードのとき、鑑賞者位置信号は、光学幾何学計算に基づき、どの立体ペアを表示するかを判断するために使用され得る。数多くの公知技術が、仮想現実（ＶＲ）アプリケーションに用いられている既知の頭／目追跡システムも含めて、鑑賞者位置信号を生成するために使用され得、ＶＲアプリケーションは、ビューア装着ＲＦセンサ、三角形（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ）ＩＲおよび超音波システム、ならびに画像データのビデオ解析を用いるカメラベースのマシンであるが、これらに限定されない。

近くおよび遠くの層のセルの透過度に対応する信号は、設定プログラムに従うプロセッサによって、メモリユニットの中に入力される。次のステップは、全ての積層された液晶セル層のセルから、少なくとも１人の鑑賞者の右目および左目へと導かれ得る光信号を同定することである。次いで、それぞれの目へと向けられた同定された光信号を、関連する物体の設定された２−Ｄ立体ペア画像の対応するエリアと比較する。

各層の各セルに対して、誤差信号は、関連する目へと導かれ得る同定された光信号と、
同じ目が見るべき関連する物体局面の立体ピクチャの同定された関連するエリアとの間で同定される。各受信された誤差信号は、設定閾信号と比較される。誤差信号が設定閾信号を上回る場合、上述のプロセッサ制御のプログラムは、該層のセルに対応する信号を修正する。上述のプロセスは、誤差信号が設定された閾信号未満になるか、あるいは設定時間期限が満了するまで繰り返される。

また、２人（または３人以上）の鑑賞者に対して、２つ（または３つ以上）の異なる方向に再構成された２つ（または３つ以上）の異なる物体の場合の計算を解くことも可能である。全ての計算は、例えば、この目的のために設計されたＤＳＰプロセッサを利用して、並列で実行され得ることも、特に述べなくてはならない。したがって、本発明は、マルチビュー表示をエミュレートするために使用され得る。本発明のシステムが、複数の鑑賞者が同時に画像（ｉｍａｇｅｒｙ）を観察する状況で使用され得ることにも、また留意すべきである。このシステムは、個々の鑑賞者の位置を簡単に認識し（あるいは特定の鑑賞ゾーンを設定し）、複数の鑑賞者に対して適切な画像を表示する。

本発明に従うアルゴリズムは、コンピュータ中央演算処理装置（例えば、Ｉｎｔｅｌチップ）およびデュアルモニタ構成をサポートする３−Ｄビデオカード（例えば、ｎＶｉｄｉａ ＧｅＦｏｒｃｅ、またはＡＴＩ Ｒａｄｅｏｎ）を含む異なるハードウェア構成を用いて使用するのに、適応し得る。さらに、既知の３−Ｄ加速装置のようなハードウェアが、より迅速にアルゴリズムを操作するために使用され得る。

当業者には容易に理解されるように、本発明の原理に従って生成される３−Ｄディスプレイは、幾つかの異なるモードで動作するのに適応し得る。このようなディスプレイは、立体およびマルチゾーンモード（Ｎ個のゾーンにビューを提供するＭ個のスクリーン）、より従来的な電子視差バリアまたはレンズ状立体表示モード、動的ノイズ立体表示モード（すなわち、前方スクリーンで動的ノイズを、第二のスクリーンで計算画像を提供すること）、ＲＦ固定（ｓｅｃｕｒｅ）表示モード（すなわち、ユーザにとって可視であるが、無線周波数スクリーニングにとって不可視であるバック画像を作成する前方パネルに特殊画像を置くこと）、およびマルチユーザ／マルチビュー（または「家族（Ｆａｍｉｌｙ）」）表示モードで作動し得る。さらに、本発明によって作成された３−Ｄ画像は、既知の正規化プロセスの適用によって強化され得る。

図１６および図１７は、「家族」モード表示で見られる画像の図を提供する。この例において、鑑賞者グループ（例えば、このグループが「家族」である）の異なるメンバのそれぞれが、鑑賞する場所または角度に限定はしないが、これらのような任意の数の要因に基づき、同じ画像の異なるアスペクト、または全く異なる画像を見る。図１６に示されるように、コンポジットＬＣＤパネルの液晶セル層上に実際に表示された導出画像１６０１および１６０２は、第一の鑑賞位置に位置する第一の鑑賞者に対して、全く異なって認識される画像１７０３（図１７参照）を、第一の鑑賞位置とは異なる鑑賞位置に位置する第二の鑑賞者に対して、第二の認識される画像１７０４を生成する。各鑑賞者に対する画像は、双方とも立体視（３−Ｄ）、双方とも二次元、またはその２つの混合であり得る。鑑賞者の人数および異なる独立ビューの数が増えるにつれ、改善された画像品質は、コンポジットＬＣＤパネル内の液晶セル層の数を増やすか、あるいは代替として、コンポジットＬＣＤパネル自体の枚数を増して、鑑賞者にリレーされ得る画像データの全体量を増やすことにより、得られ得る。

当業者には容易に理解されるように、本発明の一部の実施形態において、光源は、とりわけ、白熱ランプ、誘導ランプ、蛍光灯、またはアーク灯のような実質的に広帯域白色光源であり得る。他の実施形態において、光源は、赤、緑および青の異なる色の一組の単色光源であり得る。これらの光源は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、レーザダイオード、あるいは単色および／またはコヒーレント光源であり得る。

本発明の実施形態において、液晶ディスプレイパネルは、切り替え可能なエレメントを備える。当該技術分野で公知のように、個々のカラーパネルペアのそれぞれに印加される電界を調整することにより、システムは、光源から得られる光をカラーバランスする手段を提供する。別の実施形態において、各カラーパネルシステムは、連続的カラー切り替えをするために使用され得る。この実施形態において、パネルペアは、赤、青、および緑の切り替え可能なパネルペアを含む。各組のこれらのパネルペアは、順々に一つずつ活性化され、表示は、表示されるべき画像の青成分、緑成分、および赤成分を繰り返す。パネルペアおよび対応する光源は、人間の目の積分時間（１００マイクロ秒未満）に比べ、より速い速度でディスプレイ上の画像と同時に切り替えられる。理解されるように、それゆえ、単一の対の単色ディスプレイ（すなわち、カラーフィルタを欠くＬＣＤ）を使用して、カラー三次元画像を提供することが可能である。

この技術におけるコンポジットＬＣＤパネルを利用すると、情報伝達に全ての層のセルを全部使用するために、視差バリアシステムに比べて、画像品質が向上する。開示された好ましい実施形態は、また鑑賞者の人数も、各鑑賞者の右目および左目の位置も同定し得、上述の手順を実行して、全ての鑑賞者の同定された位置に従って、この技術を実現し得る。このようなシステムによって、幾人かの鑑賞者が、立体視効果の認識を有する視覚情報を同時に受信することが可能になる。

システムおよび関連方法が、本明細書に図示され、記載されてきたが、開示され、請求項に係る本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態も可能であることは、当業者には明らかである。

本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部に組み込まれて、その一部を形成する添付図面は、本発明の実施形態を示し、その説明とともに、本発明の原理を解説することに役立つ。
一般的な液晶セルを示す模式図である。 緩和状態にある液晶セルの動作を示す模式図である。 チャージ状態にある液晶セルの動作を示す模式図である。 液晶セルおよび偏光シートを介する光の伝搬を示す模式図である。 自動立体視３−Ｄディスプレイシステムに従う一般的なＬＣＤパネルの積層化を示す模式図である。 本発明の実施形態による３−Ｄ画像化システムで使用するコンポジット透過型液晶ディスプレイパネルを示す模式図である。 実際の物体によって生成される３−Ｄ光場を示し、本発明によるコンポジット透過型ＬＣＤパネルを利用するこのような光場の再生成を示す模式図である。 層状になった画像から３−Ｄ画像を生成するために、２つの積層された液晶セル層に対する鑑賞者の方向を示す模式図である 図６の液晶セル層上に表示されて、３−Ｄ画像を生成し得る例示的な計算画像の図である。 図９の画像が、図８のコンポジットＬＣＤパネル上に表示されるとき、鑑賞者によって見られ得る例示的な認識３−Ｄ画像の図である。 本発明の実施形態によるコンポジットＬＣＤパネルを利用する自動立体視３−Ｄディスプレイシステムの構成要素を示す模式図である。 本発明の実施形態によるコンポジットＬＣＤパネルを利用して、自動立体視３−Ｄディスプレイシステムに対する３−Ｄ画像を生成するために利用される計算および制御アーキテクチャを示す模式図である。 本発明の実施形態によるコンポジットＬＣＤパネルの様々な液晶セルから鑑賞者の目への光ビームの動きを示す模式図である。 自動立体視３−Ｄディスプレイシステムに利用されるディスプレイ制御プログラムの操作に対するデータ流れを示す論理流れ図である。 自動立体視３−Ｄディスプレイシステムにおいて、画像データを決定するために使用される神経ネットワーク図を示す模式図である。 ３Ｄ画像を生成する自動立体視３−Ｄディスプレイシステムディスプレイのマルチユーザおよびマルチビューモードを利用して作成された例示的な画像の図である。 ３Ｄ画像を生成する自動立体視３−Ｄディスプレイシステムディスプレイのマルチユーザおよびマルチビューモードを利用して作成された例示的な画像の図である。

Claims (32)

1. 三次元画像ディスプレイを生成する方法であって、
   コンポジット液晶ディスプレイパネルの前に位置する少なくとも１つの鑑賞ゾーンを決定することであって、該コンポジット液晶ディスプレイパネルは、２つの異なる画像を画像化可能な少なくとも２つの独立した液晶セル層を含み、該セル層は、該鑑賞ゾーンに対して一つのセル層を他のセル層の前に置いて間隔を空けて配置されている、ことと、
   該各セル層に異なる画像を表示することと、
   該セル層をバックライティングすることにより、該少なくとも１つの鑑賞ゾーンに可視の立体視画像を表示することであって、該可視画像は、選択された一対のソース立体ペア画像に対応する、ことと
   を包含する、方法。
2. 前記表示された画像は、前記ソース立体ペア画像から処理された計算画像であって、該各計算画像に対して処理することは、
   前記セル層の各々に対する暫定計算画像を計算することによって、鑑賞者の両目の各一つに向けられた光を推定し、次いで、該セル層の前の一つのうちの複数のディスクリートな画素の各々を介して向けられた光を決定することと、
   各画素に対して該推定された光を、該立体ペア画像の選択された一つからの等価な光と比較して、誤差を決定することと、
   該暫定計算画像を調整して、該誤差を減らすことと、
   各画素に対する該誤差が設定限界未満に一度なると、該暫定計算画像を該計算画像として受け入れることと
   を繰り返して包含する、請求項１に記載の方法。
3. 前記選択されたソース立体ペア画像の前記処理は、人工神経ネットワークによって実行される、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの鑑賞ゾーンは、感知された鑑賞者位置信号に応答して計算によって決定される、請求項１に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの鑑賞ゾーンは、前記計算画像を作成するのに使用される信号を生成する自動鑑賞者位置センサによって、連続的にモニタされる、請求項１に記載の方法。
6. 前記計算画像は、複数の鑑賞ゾーンに応じて処理される、請求項１に記載の方法。
7. 複数の鑑賞ゾーンに表示するための、複数の格納された立体ペア画像を選択することをさらに包含し、前記２つの計算画像は、前記選択された立体ペア画像を処理することによって作成される、請求項１に記載の方法。
8. 前記コンポジット液晶パネル内の前記液晶セル層の第一のセル層の入力配向表面は、該セル層の第二の層の入力配向表面への偏光に対して直交して配置される、請求項１に記載の方法。
9. 前記セル層は、透明なガラスによって分離される、請求項８に記載の方法。
10. 前記液晶セル層は、アクティブマトリックスタイプである、請求項１に記載の方法。
11. 前記ソース立体ペア画像の前記選択は、前記決定された鑑賞ゾーンに応じて実行され、
    該選択された鑑賞ゾーンの動きは、該立体ペア画像の１つの選択に影響を与える、請求項１に記載の方法。
12. 前記鑑賞ゾーンは、前記可視画像の意図された鑑賞者の可変位置に対応するように自動的に決定され、
    前記選択されたソース立体ペア画像は、該鑑賞者の位置が変動するにつれて変更される、請求項１に記載の方法。
13. 前記ソース立体ペア画像の前記変更は、前記選択されたソース立体ペアの異なる透視図に対応する異なるソース立体ペアを選択することを包含する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ソース立体ペア画像の前記変更は、前記選択されたソース立体ペアの異なる透視図に対応する異なるソース立体ペアを選択することを包含する、請求項１１に記載の方法。
15. 少なくとも２つの鑑賞ゾーンを決定することと、少なくとも２対のソース立体ペア画像を選択することとをさらに包含し、第一の対の該選択されたソース立体ペア画像は、第一の決定された鑑賞ゾーンに対応し、第二の対の該選択されたソース立体ペア画像は、第二の決定された鑑賞ゾーンに対応し、その結果、前記計算立体ペア画像が、前記ディスプレイに２つの異なる可視立体視画像を生成させ、該２つの異なる立体視画像の異なる１つは、該少なくとも２つの各鑑賞ゾーンで可視であり、該可視画像は、該選択された対のソース立体ペア画像に対応する、請求項１に記載の方法。
16. 立体ペア画像のソースと、
    少なくとも２つの透過型液晶セル層を含むコンポジット液晶ディスプレイパネルであって、該層は、ディスプレイ鑑賞エリアに対して、一つの層を他の層の前に置いて間隔を空けて配置され、互いに独立して異なる画像を作成するように適応されている、コンポジット液晶ディスプレイパネルと、
    該セル層を該ディスプレイ鑑賞エリアにバックライティングする照明光源と、
    プロセッサと、
    該ディスプレイと、該照明光源と、該プロセッサとに対して電子的にインターフェースされたビデオコントローラと
    を備え、
    該プロセッサは、該鑑賞エリア内の少なくとも１つの鑑賞ゾーンを決定し、一対のソース立体ペア画像を選択し、該ソース立体ペア画像、および該鑑賞ゾーンと該層との関係から導き出された２つの計算画像を作成するように適応されたロジックを動作し、該計算画像は、該層の上に画像化されるとき、該計算画像が互いにマスクとして機能するように、導き出され、該計算画像の第一のものは、該層の前の層に適応し、該計算画像の第二のものは、該層の後方層に適応され、
    該ビデオコントローラは、該プロセッサからの計算画像データを受信し、各ディスプレイに該計算画像の適切なものを生成させ、その結果、各表示された計算画像は、該少なくとも１つの鑑賞ゾーンに三次元可視画像を表示するために、該他の表示された計算画像に対するマスクとして機能し、該可視画像は、該選択された対のソース立体ペア画像に対応する、動的三次元画像ディスプレイ。
17. 前記各計算画像を導き出すための前記プロセッサロジックは、
    前記層の各々に対する暫定計算画像を計算することによって、鑑賞者の両目の各１つに向けられた光を推定し、次いで、前記前の層の各ディスクリートな画素を介して向けられた光を決定することと、
    各画素に対する該推定された光を、前記立体ペア画像の前記選択された１つからの等価な光と比較して、誤差を決定することと、
    該暫定計算画像を調整して、該誤差を減らすことと、
    各画素に対する該誤差が一度、設定限界未満になると、該暫定計算画像を該計算画像として受け入れることと
    の繰り返しプロセスを包含する、請求項１６に記載のディスプレイ。
18. 前記各計算画像を導き出すためのプロセッサロジック用の手段は、人工神経ネットワークをエミュレートすることによって実行される、請求項１７に記載のディスプレイ。
19. 鑑賞者の感知位置に基づいて、前記少なくとも１つの鑑賞ゾーンを決定するために、前記プロセッサに信号を提供する鑑賞者位置センサをさらに備える、請求項１６に記載のディスプレイ。
20. 前記ソース立体ペア画像の選択は、前記決定された鑑賞ゾーンの場所に依存し、
    前記選択された鑑賞ゾーンの動きは、該立体ペア画像の１つの選択に影響を与える、請求項１９に記載のディスプレイ。
21. 前記鑑賞ゾーンは、前記プロセッサによってアクセス可能なメモリ内にプリセットされた静止鑑賞ゾーンである、請求項１６に記載のディスプレイ。
22. 前記プロセッサロジックは、前記計算画像を導き出し、その結果、該計算画像は、複数の鑑賞ゾーンに表示されて、該複数の鑑賞ゾーンの各々で可視の三次元画像を生成し得る、請求項１６に記載のディスプレイ。
23. 前記選択するためのプロセッサロジックは、複数の前記立体ペア画像を選択するように適応され、前記処理する手段は、前記複数の選択された立体ペア画像を処理して、前記計算画像を計算し、その結果、該計算画像が、前記鑑賞ゾーンに表示されて、該鑑賞ゾーンに可視の三次元画像の複数のアスペクトを生成し得る、請求項１６に記載のディスプレイ。
24. 前記液晶セル層は各々、偏光方向に対応する入力配向表面を含み、
    前記コンポジット液晶パネルは、該セル層の第一のセル層の入力配向表面は、該セル層の第二のセル層の入力配向表面への偏光に対して垂直にアレンジされることによって構築される、請求項１６に記載のディスプレイ。
25. 前記セル層は、硬くて光学的に透明な材料によって分離される、請求項２４に記載のディスプレイ。
26. 前記液晶セル層は、アクティブマトリックス液晶ディスプレイに適するタイプである、請求項１６に記載のディスプレイ。
27. 前記鑑賞ゾーンは、前記可視画像の意図された鑑賞者の可変位置に対応するように自動的に決定され、前記選択されたソース立体ペア画像は、該鑑賞者の位置が変動するにつれて、前記プロセッサによって変更される、請求項１６に記載のディスプレイ。
28. 前記プロセッサは、前記選択されたソース立体ペアの異なる透視図に対応する異なるソース立体ペアを選択することによって、前記ソース立体ペア画像を変更する、請求項２７に記載のディスプレイ。
29. 前記ソース立体ペア画像を変更することは、前記選択されたソース立体ペアの異なる透視図に対応する異なるソース立体ペアを選択することを包含する、請求項２７に記載のディスプレイ。
30. 前記プロセッサロジックは、前記鑑賞エリア内で少なくとも２つの鑑賞ゾーンを決定し、ソース立体ペア画像のうちの少なくとも２つのペアを選択するようにさらに適応され、
    第一の対の該選択されたソース立体ペア画像は、第一の決定された鑑賞ゾーンに対応し、第二の対の該選択されたソース立体ペア画像は、第二の決定された鑑賞ゾーンに対応し、その結果、前記計算立体ペア画像が、前記ディスプレイに２つの異なる可視立体視画像を生成させ、該２つの異なる立体視画像の異なる１つは、該少なくとも２つの各鑑賞ゾーンで可視であり、該可視画像は、該選択された対のソース立体ペア画像に対応する、請求項１６に記載のディスプレイ。
31. 前記プロセッサと通信するメモリをさらに備え、該メモリは、様々な対のソース立体視画像のデータベースを含む、請求項１６に記載のディスプレイ。
32. １つ以上の対にされたビデオストリームと、１つ以上の対にされた物体画像と、１つ以上の３−Ｄシーンのビューとからなるグループから選択される、ソース立体視画像入力を受信するメカニズムをさらに備える、請求項１６に記載のディスプレイ。

Images