JP2008524665A - 画像を視覚的に再構成する表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンコードされた画像３２０から画像３３０を視覚的に再構成する表示装置に関し、かかる装置は、視覚的な暗号化の分野で特に有効である。表示装置は、個々にアドレス指定可能な画素をもつ２つのスタックされた液晶レイヤ４１０，４２０を有する。一方のレイヤ４２０は、ランダム化パターンと共にエンコードされた画像データをレンダリングし、他方のレイヤ４１０は、ランダム化パターンのみをレンダリングする。パターンが整合した場合、表示装置は視覚的に再構成された画像を見る人に表示する。２つのＬＣレイヤ間の複屈折レイヤ４１４のような、ＬＣレイヤ間の光学的な整合を改善する手段が設けられる。代替的に、２つのツイストネマチックＬＣレイヤを使用することができる。かかる手段は、視覚的に再構成された画像の画質を改善すると共に、画像を形成するために協働する複数のＬＣレイヤを含む表示システムで有利にも適用される。

Description

本発明は、エンコードされた画像から画像を視覚的に再構成する表示装置に関する。かかる装置は、視覚的な暗号化の分野で特に有効である。

視覚的な暗号化は、以下のように簡単に説明される。画像は、２つのランダム化された部分に分裂され、第一の部分は、好ましくは原画像にランダム化パターンを加えたものであるエンコードされた画像を含み、第二の部分はランダム化パターンのみを含む。何れかの部分は、原画像について識別可能な情報を含まない。しかし、エンコードされた画像及び整合するランダム化パターンが適切な装置で集められるとき、原画像を視覚的に再構成することができる。

整合しない部分が集められる場合、すなわち２つの部分が整合しないランダム化パターンを有する場合、原画像に関する情報が表れ、ランダム画像が装置に示される。２つの部分が視覚的な暗号化を使用して伝達することを望む場合、正しいランダム化パターンを表すキーシーケンスを共有することが必要である。

視覚的な暗号化の実現は、たとえば国際特許出願ＷＯ２００３／０６６７９７Ａ１で開示されている。使用されるシステムは、２つの液晶層のスタックを含み、それを通過する光の線形の偏向の方向を選択的に回転するＬＣレイヤの能力を使用する。ＬＣレイヤのそれぞれは、多数の個々のアクセス可能な画素を有する。画素を通過する偏向された光の回転量は、それぞれの画素について独立に設定することができる。最もシンプルなケースで、ブラックアンドホワイトのエンコードされた画像について、画素は、９０°にわたり通過する偏向された光を回転するためにスイッチオンにされるか、変更なしに光が画素を通過するケースであるスイッチオフにされる。なお、一般に、ＬＣレイヤ間にリニアポラライザが存在する。

たとえば、キーシーケンスは、第一のＬＣレイヤに供給され、その画素は、ランダム化パターンを表すために構成される。第一のＬＣレイヤが誤ったキーシーケンスが供給される場合、第一のＬＣレイヤの画素は、第二のＬＣレイヤにおけるエンコードされた画像と整合しないランダム化パターンで配置され、装置はランダムな画像を視聴者に示す。

原画像が目に見えるようになるため、この例では、第二のＬＣレイヤに供給されるエンコードされた画像データは、エンコードされた画像のデータに加えて、第一のＬＣレイヤに供給されるキーシーケンスにより表現されるランダム化パターンと整合するランダム化パターンを含む必要がある。次いで、ＬＣレイヤにおける整合するランダム化パターンが効果的にキャンセルされるため、原画像は装置に表示される。画像は、たとえば、クロスされた偏向子間でスタックされたＬＣレイヤを配置することで目に見えるようにされる。

しかし、再構成された画像の画質は、特に斜めの視野角でむしろ乏しい。
本発明の目的は、エンコードされた画像から画像を視覚的に再構成するために適した表示装置を提供することにある。

上記目的は、独立の請求項１に規定されるように本発明に係る表示装置により達成される。更に好適な実施の形態は、従属の請求項で述べられる。
本発明に係る表示装置は、２つのＬＣレイヤ間の光学的な整合を改善するための手段を含む。

再構成された画像の比較的低い視覚的な品質は、共にスイッチオフにされる第一及び第二のＬＣレイヤの対応する画素から得られる、再構成された画像における暗い画素から得られることがわかる。

たとえば、ＬＣレイヤが、９０°ツイストアングルでのツイストネマチックＬＣレイヤのようなノーマリホワイト（ＮＷ）タイプからなるとき、ＬＣレイヤの後続するアクチベートされる画素（スイッチオンにされる画素）を通過する光は、本質的に同じ偏向状態のままである。このケースでは、アクチベートされた画素におけるＬＣ分子は、画素を通過する光の方法に沿って揃えられる。したがって、通過する線形に偏向される光は、いずれかのディスプレイにより変更されず、光は、エントリで有していたのと実質的に同じ線形の偏向の方向を有するＬＣレイヤスタックから出る。かかるスタックがクロスされた偏向子間に配置されるとき、両方のレイヤでアクチベートされた画素から得られる再構成された画像の黒の画素は、比較的暗い色を有する。

両方のレイヤの対応する画素がアクチベートされていないとき（スイッチされていない状態）、これらの画素を通過する光は、この例では、１８０°にわたり回転され、理想的な状況では、エントリでそれが有していたのと実質的に同じ線形の偏向の方向を有するレイヤスタックから出る。しかし、実際にエンコードされた画像の結果的に得られる黒の画素は、比較的明るく表示され、さらに、変色が生じる場合がある。これらの作用は、装置で目に見ることができる再構成された画像の視覚的な品質を低減する。

スイッチされていないＬＣレイヤ画素における通過する光の回転により、通過する光に小さな歪みを生じさせると想定される。従来のＬＣＤ表示装置では、これは問題ではない。それは、スイッチされていないＬＣＤ画素が一般に表示される画像で白の画素を一般に表し、光の僅かな楕円偏向が、光の小さな部分に前方の偏向子で吸収させ、ディスプレイの明るさの小さくかつ殆ど近くできないロスを招くためである。

本発明に係る装置では、光は、再構成された画像で黒の画素を形成するため、２つのＬＣレイヤにおける後続するスイッチされていない画素を通過する。この状況では、スタックを通過する線形の偏向された光は、１８０°にわたり回転されるその偏向方向を有するのみではなく、その通過の間、比較的大きな範囲に楕円偏向される。したがって、クロスされた偏向子間にスタックが配置されるとき、望まれない大きな光の部分が前方の偏向子を通過する。黒の画素の代わりに、グレイの画素は、目に見えるエンコードされた画像に表れ、画像の品質のロスを招く。この作用は、再構成された画像が斜めの視野角で観察されるとき、すなわち見る人が軸を外して（off-axis）ＬＣレイヤスタックを観察するとき、特に知覚できる。

さらに、スタックを通過する光における楕円偏向の量は波長に依存して現れ、したがって、前方の偏向子を通過する光の部分は、目に見えるスペクトルにおける波長について等しくない。たとえばホワイトの光といった広いスペクトル光が表示装置で使用されるケースで、この作用は、目に見えるエンコードされた画像で画素の変色を引き起こす。

かかる作用を低減するため、本発明に係る装置は、第一及び第二のレイヤ間の光学的な整合を改善する手段を有する。本発明者は、ディスプレイ間の改善された光学的な整合を取得するための多数のソリューションで実験を行い、特定の良好な結果を与える２つの実施の形態を発見している。

第一の実施の形態では、光学的な整合を改善するため、第一及び第二のＬＣレイヤ間に光学的なリターダ（retarder）が提供される。すなわち、スタックの２つのレイヤ間に更なる光学的な複屈折エレメントが配置される。

好ましくは、クロスされた偏向子の間にスタックは配置され、すなわち、スタックの一方の側で、第一の偏向方向による第一の線形の偏向子が設けられ、スタックの他方の側で、第一の偏向方向に本質的に垂直な第二の偏向方向による第二の線形の偏向子が設けられる。この実施の形態は、パネルの背後にある専用のバックライトソースに依存する、透過型の表示装置である。この実施の形態における好適な光学的なリターダは、半波リターダ（２分の１波長プレート）であり、より詳細には、半波リターダは、第一又は第二の偏向方向のいずれかと揃えられるその遅延の軸（retardation axis）を有する。

第二の実施の形態では、ＬＣレイヤは、ツイストネマチック（ＴＮ）液晶（ＬＣ）材料を有し、第一のレイヤは、反対のツイスト方向を有するためにレイヤにおけるＴＮ ＬＣ材料を配列することで第二のレイヤと整合される。このケースでは、何れかのレイヤで得られる楕円偏向がキャンセルされることが本発明者により示される。

更なる実施の形態では、表示装置は、反射型の表示装置である。ここで、レイヤは線形の偏向子とＩＤＲ（Internal Diffusive Reflector）のような反射手段との間で配置されることが好ましい。上記によれば、反射型表示装置におけるＬＣレイヤ間の光学的な整合は、このケースでは好ましくは第三の偏向方向に平行なその遅延の軸を有する４分の１波長リターダであるレイヤ間の光学的なリターダにより改善されるか、及び／又はＬＣレイヤにおけるツイストネマチックＬＣ材料間の反対のツイスト方向により改善される。

一般に、画像を生成するために協働する２以上の液晶レイヤを組み込んだ表示システムは、先に述べたように、レイヤ間の光学的な整合を改善するための手段から利益を受ける。全ての係る表示システムでは、係る手段は、スタックされたＬＣレイヤの出力画像の品質を改善する。好ましくは、この手段は、隣接する液晶レイヤ間のリターダレイヤを含む。代替的に、液晶レイヤがツイストネマチックＬＣレイヤであるケースで、隣接レイヤにおけるツイストされたネマチック材料には反対のツイスト方向が与えられる。

本発明は、以下に説明され、更に添付図面を参照して明らかにされるであろう。
図１では、エンコードされた画像から画像を視覚的に再構成する透過型表示装置の一般的な実現が示される。装置は、第一の液晶層１１０及び第二の液晶層１２０を有する。層１１０，１２０は、クロスドリニアポラライザ（crossed linear polarizer）１３１，１３２の間に配置され、すなわち、ＬＣＤスタックの一方の側には、第一の偏向方向を有する第一のリニアポラライザ１３１が設けられ、ＬＣスタックの他の側で、第一の偏向方向に垂直な第二の偏向方向を有する第二のリニアポラライザ１３２が設けられる。

ＬＣレイヤは、９０°捻り角（twist angle）を有するノーマリホワイトツイストネマチック（normally
white twisted nematic）ＬＣレイヤとして構成されるのが好ましい。かかるパネルについて、画素がスイッチオフにされたとき、通過する線形に偏向された光の偏向方向は、９０°にわたり回転され、画素が完全にスイッチオンにされたとき（最大の画素電圧が印加されたとき）、通過する線形に偏向された光はその偏向状態の変更なしに、画素を通過する。

それぞれのＬＣレイヤは、いずれかのＬＣレイヤにおける画素が独立にスイッチオン及びオフにされるように、それ自身のコントローラ１１２，１２２に接続される。第一及び第二のコントローラ１１２，１２２は、関連されるＬＣレイヤ１１０，１２０のどの画素がアドレス指定されるかに従ってデータを受けるために構成される。たとえばコントローラ１１２であるコントローラのうちの１つに送出されるデータは、エンコードされた画像を表し、たとえば第二のコントローラ１２２といった他のＬＣＤコントローラに送出されるデータは、ランダム化パターンに従って、この例では第二のレイヤ１２０である関連されるレイヤの画素を配列するためのキーシーケンスを構成する。

キーシーケンスがエンコードされた画像データと整合する場合、見る人１３０は、表示装置に再構成された原画像を見て、さもなければ見る人１３０は、ランダムパターンを観察する。

図示される実施の形態では、装置は透過型の表示装置であり、バックライト１４０は、見る人１３０から見られるようにスタックの背後に設けられる。バックライト１４０により放出される光は、第一のリニアポラライザ１３１により線形に偏向される。次いで、線形の偏向された光は、スタックされたＬＣレイヤ１１０，１２０を通過する。何れかのレイヤのそれぞれの画素は、その線形偏向の方向を回転することで通過する光を選択的に変更する。結果として、第二のリニアポラライザ１３２は、それぞれの画素からの光を通過させるか、（部分的に）吸収し、見る人１３０は、画像を観察する。第一のＬＣレイヤ１１０により与えられるランダム化パターンが第二のＬＣレイヤ１２０により与えられるエンコードされた画像と整合する場合、表示装置で見る人１３０により見られる画像は、再構成された原画像である。

図２では、エンコードされた画像からのブラックアンドホワイト（１ビット）タイプの画像、整合するキーシーケンスが例示される。この簡略化された例では、３×３の画素ブロックが両方のＬＣレイヤ２１０，２２０について示されている。実用的な用途では、ＬＣレイヤは、３２０×２４０、６４０×４８０又はそれ以上の多数の画素を有する。

第一のＬＣレイヤ２１０の画素は、この第一のレイヤと関連されるコントローラにキーシーケンスを供給することで、ランダム化パターンに従って配列される。アクチベートされた画素２１５がブランクであり、スイッチされていない画素２１６は捻じれた矢印を示す。同様に、第二のＬＣレイヤ２２０の画素は、第二のレイヤに関連するコントローラに供給されるエンコードされた画素データに従って配列される。さらに、アクチベートされた画素２２５はブランクであり、スイッチされていない画素２２６は、捻じれた矢印を示す。

レイヤが図１に示されるコンフィギュレーションでスタックされるとき、見る人は、表示装置に再構成された画像２３０のような画像を見る。画像２３０は、エンコードされた画像２２０とエンコードされた画像２２０に整合するランダム化パターン２１０とから再構成される。しかし、再構成された画像は、比較的乏しい視覚的な品質に苦しむ。これは、黒の画素２３５及び白の画素２３６を有するのみでなく、そこで黒の画素が期待される多数のグレイの画素２３７を有するためである。これらのグレイ画素は、ＬＣＤパネル２１０及び２２０の対応する画素が共にアクチベートされる位置に現れ、９０°にわたり通過する光を回転する。

本発明者は、回転されることに加えて、ＬＣレイヤを通過する光は、僅かに楕円偏向され、これにより、前方の偏向子１３２を通した望まれない光の漏れを生じさせる。この光の漏れのため、見る人１３０により見られた対応する画素は、黒の代わりにグレイとして現れる。グレイスケール画像では、対応する画素は、原画像に存在したのと同じ明るいグレイの階調（shade of gray）として見られる。さらに、特にカラー画像を表示する装置について、先に説明されたように変色が生じる。これは、このケースでは、光の漏れの作用が単一の原色のサブピクセルについて生じるためである。

本発明に係る表示装置の実施の形態では、光の漏れは、ＬＣレイヤ間の光学的な整合を改善することで実質的に低減される。図３は、本発明に係る表示装置における、エンコードされた画像と整合するキーシーケンスからブラックアンドホワイト（１ビット）タイプ画像の再構成を示す。

異なるのは、スイッチオフにされるＬＣレイヤ３１０の画素３１６は、スイッチオフにされるＬＣレイヤ３２０の画素３２６と反対のツイスト方向を有する点である。これは、反対方向で捩れる矢印により図で示される。結果として、第一のＬＣレイヤ３１０におけるスイッチされていない画素３１６が＋９０°にわたり通過する光を回転する場合、第二のＬＣレイヤ３２０におけるスイッチされていない画素３２６は、−９０°にわたり通過する光を回転する。このケースでは、後続するスイッチされていない画素３１６，３２６を通過した光が知覚することができる楕円偏向なしにレイヤスタックを出ることが分かる。２つのＬＣレイヤ間の光学的な整合が改善され、したがって、フロントの偏向子１３２を通して望まれない光の漏れが低減される。再構成された画像３３０は、画像の品質が改善されるように、黒の画素３３５及び白の画素３３６のみを表示する。

ＬＣレイヤ間の光学的な整合は、図４に示される実施の形態で改善される。ここで、第一のＬＣレイヤ４１０と第二のＬＣレイヤ４２０の間に半波リターダプレート４１４が設けられる。半波リターダ４１４の遅延軸は、好ましくは、後方の偏向子の偏向方向と揃えられるか、又は前方の偏向子４３２の偏向方向と揃えられる。また、この実施の形態では、後続のスイッチされていない画素を通過する光は、知覚することができる楕円偏向なしにＬＣレイヤスタックを出ることが発見され、前方の偏向子４３２を通して望まれない光の漏れが実質的に低減され、再構成された画像の改善された画像の品質が得られる。

波長のリターダプレートはそれ自身ＬＣＤパネル間の光学的な整合を改善し、好ましくは、図３を参照して記載されるように、パネルにおいてＬＣマテリアルの反対に配列された捻り方向の手段と結合される。

図５に示される更なる実施の形態では、本発明に係る装置は、反射型表示装置として実施される。ミラー５４０は、見る人５３０から見られるように、ＬＣレイヤ５１０，５２０の背後に設けられる。たとえばフロントライトシステムにより放出される光、又は周囲光といった光は、リニアポラライザ５３２により線形に偏向される。次いで、線形に偏向された光は、スタックされたＬＣレイヤ５１０，５２０を通して通過し、ミラー５４０により反射され、再びスタックを通過する。何れかのＬＣレイヤ５１０，５２０におけるそれぞれの画素は、その線形偏向の方向を回転させることで通過する光を選択的に変更する。

ＬＣレイヤ５１０，５２０は、４５°の捻れ角を有することが好ましい。光がそれぞれのパネルを２度通過するとき、このケースでは、反射型装置の動作は、好適な実施の形態の動作に類似することができる。

好ましくは、ＬＣレイヤ５１０，５２０間の光学的な整合を改善するため、レイヤ５１０及び５２０におけるＬＣマテリアルは、反対の捻れ方向で配列され、たとえば第一のレイヤ５１０はスイッチされていない画素について＋４５°にわたり光を回転し、第二のレイヤ５２０は、スイッチされていない画素について−４５°にわたり光を回転する。

代替的に、光学的な整合を改善するため、レイヤ５１０及び５２０間に４分の１波長のリターダ（図示せず）が配置される。４分の１波長のリターダは、リニアポラライザ５３２の偏向方向に揃えられたその遅延軸を有することが好ましい。

なお、ユーザは、たとえば表示装置の１つのＬＣレイヤを含むスマートカードの形式で、パーソナル暗号化装置を運ぶことができるように、ＬＣレイヤの何れかが取り外し可能なユニットで実施される。エンコードされた画像を視覚的に再構成するために表示装置を使用するため、ユーザは、ＬＣレイヤの他の１つを含む装置とのスタックされたコンフィギュレーションでＬＣレイヤのうちの１つを含むユニットを運ぶ場合がある。

パーソナル復号装置のような取り外し可能なユニットを使用して、ユーザは、たとえば、セキュアスクリーンと彼のパーソナル復号装置をオーバレイすることで、他のＬＣＤパネルを組み込んだセキュアスクリーンを有する装置でレンダリングされたエンコードされた画像を視覚的に再構成する。セキュアスクリーンは、たとえば、コンピュータ端末、モバイルフォン、又は銀行でのＡＴＭマシンに接続される。

本発明は、ブラックアンドホワイト画像の例に関して主に説明されたが、本発明に係る装置は、グレイスケール又はカラー画像を再構成するために容易に適合される。グレイスケール又はカラー画像を再構成するために特に適合される装置であって、２つのＬＣＤを含むエンコードされた画像から画像を視覚的に再構成する装置の実施の形態は、出願人の前の国際特許出願ＷＯ２００４／０２６３９４Ａ１にたとえば開示されている。本発明に係る、２つのＬＣレイヤの光学的な整合を改善する手段は、更なる変更なしにこの装置に適用され、結果的に得られる装置は、請求項の範囲に含まれる。本出願で述べられる手段は、グレイスケール又はカラー画像が再構成されるケースでの同様に効果的である。全てのケースで、再構成された画像の画質における知覚できる改善を観察することができる。

要約すると、本発明は、エンコードされた画像から画像を視覚的に再構成する表示装置に主に関する。かかる装置は、視覚的な暗号化の分野で特に有効である。表示装置は、個々にアドレス指定が可能な画素をもつ２つのスタックされた液晶レイヤを有する。一方のレイヤは、ランダム化パターンと共にエンコードされた画像データをレンダリングし、他方のレイヤは、ランダム化パターンをレンダリングする。パターンが整合した場合、表示装置は、視覚的に再構成された画像を見る人に表示する。２つのＬＣレイヤ間の複屈折レイヤのような、ＬＣレイヤ間の光学的な整合を改善するための手段が設けられる。代替的に、異なる捻り方向を有する２つのツイストネマチックＬＣレイヤが使用される。かかる手段は、視覚的に再構成された画像の画質を改善するものであり、現実に、有利なことに、画像を形成するために協働する複数のＬＣレイヤを含む表示システムに適用される。

本発明に係る透過型表示装置の一般的な実現を示す。 従来技術に係る、エンコードされた画像と整合するランダム化パターンからの画像の再構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るエンコードされた画像と整合するランダム化パターンからの画像の再構成を示す図である。 本発明に係る透過型表示装置の更なる実施の形態を示す図である。 本発明に係る反射型表示装置の実施の形態を示す図である。

Claims (7)

1. エンコードされた画像から画像を視覚的に再構成する表示装置であって、
   前記エンコードされた画像を受信する第一の液晶層と、
   キーシーケンスを受信し、前記第一の液晶層と協働して前記エンコードされた画像と前記キーシーケンスから画像を再構成する第二の液晶層と、
   前記第一の液晶層と前記第二の液晶層との間の光学的な整合を改善する手段と、
   を有する表示装置。
2. 前記手段は、第一の液晶ディスプレイと第二の液晶ディスプレイとの間に位置される光学的なリターダを含む、
   請求項１記載の表示装置。
3. 前記第一の液晶ディスプレイと前記第二の液晶ディスプレイは、第一の偏向方向をもつ第一のリニアポラライザと、前記第一の偏向方向に本質的に垂直な第二の偏向方向をもつ第二のリニアポラライザとの間に配置され、前記光学的なリターダは、前記第一の偏向方向又は前記第二の偏向方向の何れかに平行なその遅延軸を有する半波リターダである、
   請求項２記載の表示装置。
4. 前記第一及び第二の液晶層は、第三の偏向方向をもつ反射手段とリニアポラライザとの間に配置される、
   請求項１記載の表示装置。
5. 前記光学的なリターダは、前記第三の偏向方向に平行なその遅延軸を有する４分の１波長リターダである、
   請求項２及び４記載の表示装置。
6. 前記手段は、前記第一及び第二の液晶ディスプレイでツイストネマチック液晶材料を含み、前記第一のディスプレイにおける液晶材料のツイストセンスは、前記第二のディスプレイにおける液晶材料のツイストセンスに反対である、
   請求項１乃至５のいずれか記載の表示装置。
7. 第一の液晶層と、
   前記第一の液晶層と協働して表示システムに画像を表示する第二の液晶層と、
   前記第一の液晶層と前記第二の液晶層との間の光学的な整合を改善する手段と、
   を有する表示システム。

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