JP2009244889A

JP2009244889A - イメージの点像分布関数をコントロールする方法

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Publication number: JP2009244889A
Application number: JP2009136792A
Authority: JP
Inventors: Gareth Paul Bell; ベル，ギャレス，ポール; Gabriel Daemon Engel; エンゲル，ガブリエル，デーモン; Daniel Evanicky; エバニッキー，ダニエル; Mark John Searle; シール，マーク，ジョン
Original assignee: PureDepth Ltd
Current assignee: PureDepth Ltd
Priority date: 2002-03-17
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2009-10-22
Also published as: AU2003217081A8; AU2003217081A1; WO2003079094A3; US20060103951A1; JP2005522715A; US7742239B2; US20110188134A1; WO2003079094A2

Abstract

【課題】二つの周期的なパターンが重なることによってモアレ干渉が生じるような場合にこのモアレ干渉を低減しつつ画質を維持する方法を提供する。
【解決手段】投影イメージの点像分布関数をコントロールする方法であって、イメージはフィルターによって拡散されており、点像分布関数は１つ以上の空間フィルターをこのイメージに適用した結果である。点像分布関数のコントロールは、このようなイメージと１つ以上の空間フィルターとの間の距離を変えることによって、また１つ以上の空間フィルターの双方向散乱透過関数を変えることによって行われる。この空間フィルターは、その製造方法によって十分に定義された双方向散乱透過分布関数を有するホログラムディフューザーでよい。そしてこの分布関数をコントロールすることにより二つの周期的なパターンが重なってモアレ干渉が生じるような場合でも、モアレ干渉を低減しつつ画質を維持することができる。
【選択図】図７

Description

ニュージーランドの当社、Deep Video Imaging Limited（所在地：Airport Road， Mystery Creek, RD2 Hamilton, New Zealand）は、この発明が下記に記載されることをここに宣言する。

当発明は改善イメージング技術の分野に関する。特に当発明は、マルチプルイメージレイヤーを有するディスプレイ技術に関連して考察される。
ここで、本発明の使用は、マルチプルイメージレイヤーディスプレイ技術に関連して述べられる。

コンピューターモニターには、パッシブマトリクスとアクティブマトリクスの２つの主要なタイプのディスプレイが使用されている。パッシブマトリクスディスプレイは、単純な格子を使って、ディスプレイ上の特別のピクセルに電荷を供給する。格子を作成するには、基板と呼ばれる2枚のガラスレイヤーで開始する。１つの基板は、或る透明の伝導材質から成る縦列を与え、別の基板は同じ材質から成る横列を与える。この材質は通常、酸化インジウムスズである。横列または縦列は集積回路に接続されており、或る電荷が特別の縦列または横列に送られた時に、この集積回路がコントロールする。このような電子光学材質は、しばしば２つのガラス基板の間にはさまっている。

１つのピクセルは、スクリーン上のイメージまたはメモリー中に保管されるイメージの分解可能な最小の領域として定義される。モノクロームイメージ中の各ピクセルは、黒に対する0から白に対する最大値（例えば、8ビットピクセルでは255）までの範囲で、それぞれ自体の輝度を有する。カラーイメージでは、各ピクセルが自体の輝度と色を有し、通常、赤、緑、青の3色の輝度で表される。ピクセルをオンにするのに、集積回路は１つの基板の正しい縦列に負荷を送り、別の基板の正しい横列を接地することによって行う。縦列と横列が所定のピクセルで交わり、そのピクセルで電圧がかかり、液晶配向の捩れがなくなる。

パッシブマトリクスシステムにはいくつかの重大な欠点があり、特に遅い反応時間と不正確な電圧コントロールが欠点である。反応時間は、ディスプレイが写されるイメージをリフレッシュする能力を指す。不正確な電圧コントロールは、パッシブマトリクスが或る時点で或るピクセルだけに影響させる能力を妨げる。

１つのピクセルの光学的状態を変えるために電圧がかけられると、そのピクセルのまわりのピクセル群も部分的に変化し、そのためイメージのシャープさとコントラストがなくなる。

アクティブマトリクスのディスプレイは薄膜トランジスター（TFT）に依存する。薄膜トランジスターは小さいスイッチングトランジスターとコンデンサーである。特定のピクセルを入れるために、正しい横列がオンにスイッチされ、電荷が正しい縦列に送られる。その縦列が交わる他の横列のすべてはオフになっているため、指定されたピクセルのコンデンサーだけが電荷を受け取る。コンデンサーは次のリフレッシュサイクルまでその電荷を保持することができ、また液晶へ供給される電圧を注意深く制御すれば、或る程度の光が通過するのに十分なだけ液晶配向を捩じることが可能である。これを極めて正確に、非常に小さい増加率で行うことにより、ディスプレイはグレイスケールを生み出すことができる。今日のほとんどのディスプレイはピクセル当たり256レベルの輝度を提供する。

カラーを表示できるディスプレイは、赤、緑、青のカラーフィルターを有するサブピクセルを有し、各色のピクセルを生ずることができる。適用される電圧の注意深いコントロールと変動によって、各サブピクセルの強度が256以上の明度の範囲を有することができる。これらのサブピクセルを合わせることによって、1６８０万（256色の明度の赤×256色の明度の緑×256色の明度の青）の色のパレットを作ることができる。これらのフィルターはパネル上で赤、緑、および青のストライプを形成するように、配列されている。

検出器での入射光の周波数スペクトルは、光源、伝播媒体、および、おそらく反射媒体の性質に依存する。もし目を或る検出器として考えると、人間の視覚系は0.6〜380nmの間の波長を有する入射光を検知できる。したがって、この範囲は、電磁波スペクトルの可視域として記述されている。人間は、種々の色と輝度を有する或る周波数分布を知覚できる。3つの基本的なスペクトル分布を異なる重みで加えることによって、考えられる色と輝度を記述する方法が考案された。例えば、CIE1931表色系では、考え得るすべての色は以下の式で記載され得る。

ここで、Cは記述される色であり、Xr、Yr、およびZrは重みであり、X、Y、およびZは1931CIE三刺激値のカーブであり、これらのカーブは波長に対する目の比較感受性を示すグラフである。いずれの色に対しても、重みは次の式によって決定し得る。

これらは1931CIEダイアグラムにプロットでき得る。そのスペクトル位置群は純色のスペクトル群を定義し、それは、或る特定の波長を有する光線に対する知覚である。スペクトル純色に近い色の座標はより飽和しており、逆にスペクトル純色から遠い色の座標は飽和度が低くなっている。y座標の値に683を掛け合わせた値は、輝度（luminance）として呼ばれ、Lのシンボルで表される。

上記に記載された知覚モデルは、アドレス指定可能な物体上の色は、小さな領域の3つの基本的な色を調整された強度で混合することによって生じることが可能であることを正確に予想し、これらの強度は空間的あるいは時間的に近い近隣で似かよっている。これらの3つの基本的な色をCIEダイアグラムにプロットすると、閉じた三角形の内側に該システムで生じるすべての色が含まれる。この閉じた領域を色再現域（colour gamut）と呼び、したがって或る広い領域を有する或るアドレス指定可能な物体は、より様々な色を有するオブジェクトを再現でき、より広い色再現域を有する。

ディスプレイは、超ねじれネマティック（STN）、デュアルスキャンねじれネマティック（DSTN）、強誘電性液晶（FLC）、および表面安定化強誘電性液晶（SSFLC）を含めた数種の異なる液晶技術を用いている。これらのディスプレイは周囲の光で照らされるか、またはバックライトであり、前者は反射型と呼ばれ、後者は透過型と呼ばれる。有機発光ダイオード（OLED）や電子インクのような発光テクノロジーや反射型テクノロジーもあり、これらは液晶ディスプレイと同じようにアドレス指定される。

今日、様々な方法で指定の距離でアドレス指定可能な物体平面のスタッキングを可能にするディスプレイが存在する。これらは、両眼デプスキューと共に、見る角度に依存して異なる平面に表示されるオブジェクトの間でｘとｙの距離が変わる本質的な運動視差を特徴とする。さらに、別の焦平面群を、観察者の目のレンズの焦点距離に依存して、焦点内および焦点外に実際にもたらすことができる。これらのディスプレイ類は、１つの高度に明るいバックライト、通常はアクティブマトリクス・カラー液晶ディスプレイである１つの後面イメージパネル、１つのディフューザー、１つのリフレクター、および１つの前面イメージ面から成り、これらがラミネート加工にされて、１つのスタックを形成する。上記したように、一般的に色のフィルターストライプ群があり、ピクセル群の境界を決定する各ディスプレイに１つのブラックマトリクスがある。しかし、パッシブマトリクスまたはアクティブマトリクスによってアドレスされ、いかなる周期的パターンまたはいかなる光学的に活性な周期的パターンで配列されるカラーフィルター群を有する、すべてのアドレス指定可能物体平面群に、次の考察が適用されることを認識されたい。これらのディスプレイ類は互いに近接しており、観察者に関する限り、これらは２つの似かよっているが同一ではない周期的パターンを網膜に生じる。これは、周期パターンによって決められる立体角が異なるからであり、そのためカラーのストライプ群とブラックマトリクス境界が網膜に投影された時に、わずかに異なるピッチを有する。

これらの条件はモアレ干渉と呼ばれる現象を起こすに十分である。このモアレ干渉は、不快感を催す、赤、緑、および青の大きな縦縞として特徴付けられる。該ディフューザーは、カラーフィルター群によって形成されたイメージの強度分布を広げることによって、このような干渉を減らすように働く。しかし、これはモアレを除き得る一方で、サブピクセル群の双方向散乱透過関数（bidirectional scattering transmission function）を変える効果を持ち、或る点像分布関数を不鮮明にし、その結果、該ディスプレイの解像度を事実上減らす。したがって、イメージがシャープなままで、モアレ干渉の振幅がほとんど目立たないような或る優れたディスプレイまたは光学システムを作成するには、これらの２つの相容れない因子を注意深くコントロールする必要がある。

通常、ディフューザーは、ポリエステルのような或る薄い（0.115ミリ）複屈折性の基板に化学的に一連の表面の特徴がエッチされた形態のものである。もしこのパターンを1000倍の倍率で或る顕微鏡下で見ると、幾何学的に波打ち状に見えるであろう。ディスプレイが極性の特徴をもつため、観察者によって前面のディスプレイで評価される全輝度（total luminance）が減少し得る。これはその極性の特徴が角度と極性方向を最適から変えるからである。アクリル樹脂のような非複屈折性表面でも同様のパターンが利用可能であるが、最も後方のピクセル群を過度にぼやけさせないほど十分に薄くすることができない。一般的に、光が通常のディフューザーを出る時にその光の角度分布を制御することはむずかしい。また、この光学的スタックには１つの余分のレイヤーがあるために、余分の空気・プラスチック界面また空気・ガラス界面が形成され、後面反射を起こす。少なくとも4％の光が、見る方向とは逆のバックライトの方へ行くので、これらによって、ディスプレイの輝度が失われる。反射光と透過光の比は、当分野で周知のFresnel式によって得られる。直角からはずれた或る角度の光線は、４％以上よりもかなり高い割合の光が反射され得ることに注記されたい。このような反射された光は再度反射されて、観察者の方へ向かうこともあるが、このような光線は正しい元の位置から来るように見えないので、ディスプレイのコントラストを下げる。また、フィルムは別のシート上にあるため、観察者に見える高い輝度のバックライトからの熱のため、変形する傾向があり、上記したシャープさの問題をさらに悪化させ得る。通常の市販のディフューザーに対する点像分布関数は軸対称、すなわち或る半径に対しゲインが一定である。

ホログラムディフューザー（holographic diffuser）は、透明または半透明の構造をもち、１つの入り口表面、１つの出口表面、およびその入り口で、あるいはその内部に形成されるライトシェイピング構造（light shaping structures）をもつ。これらのライトシェイピング構造には、ランダム、無秩序（disordered）、および非平面マイクロ彫刻された構造がある。

これらの構造は、或る斑点パターン（コヒーレント光で、または非コヒーレント光とコンピューターを使って作った、斑点をまねるマスクで作られる）で媒体を照射することによってその媒体を記録する間に作成される。この作られた斑点は該媒質の屈折率で変化し、この媒質は発展された時にマイクロ彫刻構造である。これらのライトシェイピング構造類はホログラムディフューザーを通る光を回折し、該ホログラムディフューザーの出口から出る光線ビームが、水平軸と垂直軸に沿って正確にコントロールされたエネルギー分布を示すようになる。ホログラムディフューザー類は光ビームの形を変えるのに使用することができ、ホログラムディフューザーに入る光ビームの90％以上（最大95〜98％）が、そのホログラムディフューザーの後に位置する標的に向けられる。入射光を集めて、（１）１度以下から100度以上までで円状の領域に分布させるか、または（２）ほとんど無限の範囲の楕円角にして送るかの、いずれかを可能にするホログラムディフューザーを作成し得る。例えば、２度×50度のホログラムディフューザーは、LEDまたはレーザーで、35度×0.90度で照射された時に、ラインを生じる。したがってホログラムディフューザーは、入射光のほとんどを楕円角で送り出し、これらの特定の角度が精巧にコントロールされ得るため、一般的なディフューザーではない。

以下の考察は、イメージング産業で使われているピクセルパターン類について述べる。説明のために、サブピクセルは0.1ｍｍ×0.3ｍｍの長方形であり、その長方形の長軸がｙ軸であり、またピクセルは0.3ｍｍ×0.3ｍｍの正方形であると仮定する。しかし、ピクセルは平面を埋め尽くすことが可能な、或る一組の形態類の任意の１つであり得り、またサブピクセルは組み合わせで平面を埋め尽くすことが可能な、或る一組の形態類の任意の１つであり得ることを理解されたい。これを厳密に定義するために、格子を形成する２次元空間の一組の普通の点を考え、これらの点でピクセル群とサブピクセル群を考えられたい。ピクセルパターンは、その格子、およびその点（基準（basis）と呼ばれる）でのサブピクセル群またはピクセル群の集合によって完全に記述される。一方、格子は、或る平行四辺形の２つの辺を形成する２つの線形的に独立なベクターから成る、或る基本的な格子によって記述される。

当明細書で用いられる、以下のラジオメトリック量を下記に定義する。

「光束」は可視光線エネルギーの流速であり、ルーメンの単位で測定する。

「照度（イルミナンス）」は単位面積当たりの光束、または可視光線の束の密度の測定値である。
「照度」はルクス（１平方メートル当たりのルーメン）で測定する。

「輝度（ルミナンス）」は単位立体角当たりのイルミナンスである。

コントラスト比の用語は、コントラストと略されるのが通常である。

http://www.cquest.utoronto.ca/psych/psy280f/ch5/csf.htmlからの抜粋
「コントラスト感度関数（CSF）は、すべての空間周波数に対し人間の視覚系のコントラスト感度（1/コントラスト閾値）をプロットする。人間は中程度の周波数（約4〜8サイクル／度）に最も感度が高い。人間はこれより低い周波数に感度が低く、またこれより高い周波数に感度が低い。

CSFは、観察者の可視度の領域を示している。CSFより低い点は観察者が見ることができ（それらは、閾値レベルより高いコントラストを有する点である）、CSFより高い点は観測者が見ることができない（それらは、閾値レベルより低いコントラストを有する点である）。最も低い可視の周波数（100％コントラスト）は低周波数カットオフであり、最も高い可視の周波数（100％コントラスト）は高周波数カットオフである。」

本発明の１つの態様に従うと、点像分布関数をコントロールする１つの方法がある。

用語「点像分布関数」は、入力である１つの点源に対するイメージシステムの出力として定義され、特に、或る特定の空間周波数応答を有する１つのフィルターを通った後の、或る１つの点像の分布を意味し、

そのようなイメージシステムは、1つの物体、少なくとも１つの空間フィルター、および該空間フィルター（群）が該物体と該イメージの間にある場合に該物体によって投影される該イメージから成り、そのシステムで該点像分布関数が空間フィルター（群）を該イメージに応用することの１つの表現であり、

該点像分布関数は、該イメージと該空間フィルター（群）の間の距離と空間フィルター（群）の双方向散乱透過関数を変えることによってコントロールできる。

該空間的フィルターは、双方向散乱透過分布関数によって特徴付けられるが、この関数は、或る単一の点の周りの小さな円錐の光線がいかに或る表面を通って透過するかを記述している。前記の関数は、

として定義され、この式の左側は、ω_iの方向から届く放射照度（irradiance）のユニット当たりでのω_oの方向での観察される放射輝度（radiance）である。同式の左側にある矢印は、光の流れの方向を象徴している。右側の式は、ω_iの周りでの或る小さい立体角に含まれる、反射光の輝度／入射光の輝度の比である。

該空間フィルター、または各空間フィルターは、既知の光学技術で用いられるいかなるタイプの空間フィルターでもよく、例えば、ホログラムディフューザー、プリズム状フィルター、ホログラム、または或る決まった方式で光の向きを変える、任意のフィルターである。この明細書を通して空間フィルターに関する引用は純粋に例示的なものであって、いかようにも限定するものではないと考慮されたい。

前記の点像分布関数は次の式によって決定され得る。

表１は関連の記号をすべて紹介しており、或る投影システムの一例は物体、角膜／レンズ、および網膜のシステムであるが、この考察は、或る物体、或るレンズ、および或るイメージを含む任意のシステムに関する。

この分析によって、ある個人は或る特定のタイプの或る空間フィルターを取って、該ディスプレイから或る特定の距離をおいて、該イメージの或る像で使われて或る線形変換を導くことができる。したがって最適なイメージを得るために、正しい双方向透過分布関数（BTDF）またはその一部を評価するのに、物理的な装置の存在が要求されず、開発時間とコストを削減する。

通常のディスプレイ技術を用いて写されたり、観察されるイメージ群は、実際の世界のディスクリートな近似であり、ピクセル化されたとも言われる。前記のピクセル化したものに拡散を加え、ピクセル群の間のシャープな境界が見えなくすることは、物体をより天然のように見せる１つの方法である。先行技術の拡散（prior art diffusion）および脱ピクセル化（depixelisation）の方法は、試行錯誤に依存する。或るイメージに、或るディフューザーまたは他の空間フィルターを応用すると、そのイメージレイヤーの表面に垂直の方向（観察者はディスプレイを見るときまたは使う時にこの方向でほとんど見ている）で実質的に計測された輝度は下がるであろうし、その結果、コントラストも下がるであろう。さらにイメージレイヤーとディフューザーの間に何らかの間隙内成分類がある場合には、そのイメージをぼやかしすぎないように、該ディフューザーを該イメージレイヤーに十分に近づけることができない可能性がある。先行技術は前記の脱ピクセル化を精巧にコントロールする方法を提供しないし、また或る距離での或る空間フィルターで、コントラスト、輝度、点像分布、および最も重要な点として観察者の知覚に関して、該イメージにどのような効果を与えるかを予測できない。本発明は脱ピクセル化過程を予測し、コントロールし、そして最も重要な点として最適化する、或る方法を説明する。

好ましい点像分布関数は、サブピクセル周波数より高い周波数を除き、それより低い周波数を除かないようになっているべきである。理想的なフィルターはサブピクセル周波数で完全なカットオフフィルターであろう。しかし、知られたBTDFを有する物理的に現実化されるフィルターの種類を考えると、人間の視覚系のコントラスト感度関数によって重みを付けた、平方根積分（square root integral）の間の差などの、差の計測（difference metric）を使用して、理想からの離脱を決定し、どれを最小化できるかを決定して最適な物理的実施態様を選ぶことができる。

本発明の別の態様によると、点像分布関数は予測され、モアレ干渉とイメージの明瞭性の間のトレードオフを減らすことができ、

これは、周期性を有する少なくとも２つのアドレス指定可能な物体平面、および少なくとも２つのアドレス指定可能な物体平面の間にある少なくとも１つの空間フィルターから成る或る光学システムで行われ、これらの物体平面で前記の点像分布関数は空間フィルターを前記のイメージに適用した或る結果であり、

前記の点像分布関数は、或る物体と前記の空間フィルターの間の距離を変えることによって、また該空間フィルターの双方向分散透過関数の特性を変えることによってコントロールされる。

通常のマルチレイヤ−テクノロジーでは、モアレ干渉はレイヤーの周期性によって起こる。モアレ干渉を減らすために、拡散テクニックを用い得る。しかし先行技術で用いられていた方法は試行錯誤に依存しており、モアレ干渉が残ったままになり、またイメージ品質が必要以上に大きく落ちてしまう。

モアレ干渉がイメージ平面に現れる時に、そのモアレ干渉は以下の式によって特徴付けられる。この式は網膜または他のイメージ平面で評価される最終的イメージの光度を表す。

好ましくは、知覚できるモアレ干渉がほとんどなく、該物体がその本来のイメージ品質を維持し、BDTFの空間フィルターとディスプレイから該空間フィルターの距離が選択されて、上記の式（3）でDの値が任意の組のピクセルパターン群で最小である。

現代の製品開発過程を考える時、その有利性は明らかである。今日、この有利性は次の５つのフェーズに分けることが可能である。

i 仕様

ii ソフトプロトタイピング化（Soft prototyping）

iii ハードプロトタイピング化（Hard prototyping）

iv 検証

v 製造

開発過程内で、製造に適合する時点まで製品を達成するまで（ii）から（iv）までのステップを繰り返しする。現代の過程でのステップ（ii）は、コンピューター援用設計の使用を必要とし、それによってステップ（iii）での繰り返し回数を大幅に減らすことができる。マルチレイヤー光学の目的には、先行技術に特殊なツールがなく、通常利用できるツールは、非常に多数の計算が関与するモンテカルロ光線追跡法を使用している。

本発明のほかの実施例によると、式(1）、(2)、または(3)の式内に含まれた結果がアルゴリズムに含まれ、そのアルゴリズムには、
（i）空間フィルターと該物体の間の距離
（ii）該物体レイヤーでのピクセル構造
（iii）利用できる空間フィルター類
（iv）光学スタック内の屈折率
が入力され、該アルゴリズムは以下を提供する。
（a）上記のパラメーター類の各組み合わせに対する主観的イメージ品質の値
（b）レイヤー類と該空間フィルターの間の距離の最適な設定
この該アルゴリズムは、該空間フィルターによって起こるイメージに作用する点像分布関数の操作と最適化によって、イメージ品質を維持し、モアレ干渉を減らす手順を提供し、さらに一群の監視者の不在下で、ソフトプロトタイプ化段階で、これを行う簡単で時間の要らない方法を提供する。

コストと時間に関して、試行錯誤のアプローチに比べたソフトプロトタイプ化システムの有利性をより理解するためには、次の事例を考慮されたい。マルチレイヤーディスプレイで、ディフューザーと物体レイヤーの間の間隔は、ガラスやアクリルのような複屈折のない基板の厚さを「調節する」ことによってコントロールされる。実際にはこの調節は簡単ではない。スタック内のレイヤー群は偏光板を通して見られるため、これらのレイヤー上または内部のひずみは複屈折を起こし、この複屈折はディスプレイ内でカラーまたは暗い断片のように見える。材質を押し出し成型すると、マルチレイヤーディスプレイスタックに好ましくない複屈折をもたらすため、一般的に鋳造アクリルが用いられる。一方、アクリル成型に鋳造が用いられると、複屈折は見られないが、シートの厚さが数ミリまで変動することがあり、イメージ品質を変える。このジレンマを克服するための複数の特許方法が存在するが、「リアルタイム」での調節は不可能である。基板ダイ（substrate die）の厚さを変えるために、機械の設定の変更が必要となり、結果として大きな遅れとコストとなる。

さらに、或る物理的物体を必要とするという問題がある。すなわち、その物体のみの仕様によって使用されるアクリルの正しい厚さを決めることができない。もしその物体が或るフラットパネルディスプレイであれば、そのディスプレイが構築される必要があり、それには６〜12ヶ月かかり、大きなコスト（通常、100万ドルの桁）がかかる。これは、物体の最適の仕様を決定する方法がないことを示唆し、レイヤーの目的で最適化されたディスプレイは、最初に正しく指定することができる。

本発明のさらに他の態様によると、或るイメージは、非対称な周期的パターンを有する。ディスプレイ技術で一般的に用いられるピクセルパターンは非対称である。例えば、液晶ディスプレイおよび他のディスプレイ技術で一般的に見られる赤、緑、青のストライプパターンは、その配置が非対称性である。

一般に利用されるフィルター類は、軸対称である。或る非対称ピクセルイメージに或る軸対称フィルターを応用すると、或る軸対称点像分布関数となり、元のイメージの過度のぼかしとイメージ品質の過度の退化を起こす。

本発明の他の実施例では、或る空間ディフューザーが或る非対称パターンを有するイメージに作用するよって起こるコントロール分布関数（control spread function）は、そのようなイメージと前記の空間フィルターの間の距離を変えることによって、また前記の空間フィルターの双方向散乱透過関数を変えることによって、ソフトプロトタイプ化とハードプロトタイプ化され得る。好ましくは、用いられる空間ディフューザーは、その双方向散乱透過関数が非対称であるような既知の特性を有する。

好ましくは、本発明で用いられる空間ディフューザーは或るホログラムディフューザーである。

本発明のさらに他の態様によると、点像分布関数はソフトプロトタイプ化とハードプロトタイプ化され、モアレ干渉を減らすことが可能であり、

前記の点像分布関数は、そのようなイメージと空間フィルターの間の距離を変えることによって、またx-y平面上の任意の軸にそって該空間フィルターのBTDF特性を独立に変えることによってコントロールされる。

通常のディスプレイ技術では、製造上の欠陥群を隠すために１つの物体レイヤー上でサブピクセル群の境界を定める、１つのブラックマトリクスがある。網膜上で投影される時に組み合わされる2つ以上のレイヤーは、より高い空間密度またより低い空間密度を有するライン群から構成される或るパターンを生じる。このパターンは明るいストライプ群と暗いストライプ群として知覚される。このブラックマトリクスはサブピクセルのサイズより約１桁小さく、ｘとｙの方向にほんの少程度の分散を必要とする。

一方、ストライプパターンでは、例えば、ディスプレイ上のカラーのサブピクセルは、ｘ方向に近接のサブピクセルを越えて分散する必要がある。

したがって、ストライプピクセルパターンは、この位置の重ね合わせであり、理想的にはｘ方向に正確に2つのサブピクセルの幅まで、またｙ方向に正確にブラックマトリクスの幅まで分散する。

本発明の或る態様に従うと、カラーと黒のモアレは、非対称的点像分布関数のコントロールによって克服される。

本発明のさらに別の態様によると、点像分布関数は、イメージ品質を維持しながら、ソフトプロトタイプ化とハードプロトタイプ化でき、またモアレ干渉を減らすことができる。

一般的に、或るイメージ平面上の或る領域内の或る点が、実質的に同じ発光スペクトルまたは吸収特性を有する一群の領域によって囲まれている場合は、そのような点は点像分布関数を実際的な程度までコントロールして、最も近い領域の境界上の最も近い点までの半分以下の距離までその点を分散して、他のイメージレイヤーとのモアレ干渉を避け、イメージ平面上のイメージ品質を維持する。この半分の要素は、最も近くの領域も同様に分散するため、取り入れられている。

好適には、該フィルターは、ｘ軸またはｙ軸で半値幅が最大30度以下である或るホログラムディフューザーである。
ホログラム拡散パターンは或るレーザーとマスク配置を使って記録し得る一方で、再現することも可能であるが、実際は、すべての拡散パターンは多くの異なる方法で或る決められた許容差内で再現され得る。１つのそのような方法はカレンダーにかけることであり、この方法では或る接着剤（通常は紫外線照射によって硬化するエポキシ樹脂）が望ましい表面に適用され、複写されるために、或る透明な基板上で、表面の３次元印象物が該接着剤の方へ押される。その後、この接着剤はその基板を通して紫外線照射を適用して硬化され、除かれた基板は表面の印象を残す。また、このパターンは、製造過程中（例えば、表面が柔らかい内にプラスチックシートにこのパターンをエンボス加工する）に表面に適用し得る。このパターンはまた、酸や削摩のような物質除去システムを用いて適用することも可能である。したがって、或るパターンは光学スタック内の任意の表面に適用し得る。

本発明のその他の態様は、以下の記述から明らかになるであろう。以下の記述は事例を述べるにすぎず、添付の図を参照として用いる。
点像分布関数がどのように空間フィルターの双方向透過分布関数から計算され得るかを示す実験の設定を示す。いかにモアレ干渉が記述されるかを示す実験の設定を示す。本発明のソフトウエア実施例を説明するフローチャートである。単純なタイプの縦ストライプパターン上での、図２の２つの異なる双方向分布関数の効果を示す。双方向分布関数のグラフであり、横軸と縦軸はそれぞれ、該要素の横列と縦列の番号を示し、垂直軸は重みを表している。狭い双方向分布関数と広い双方向分布関数のモアレ干渉に対する効果を示す。ホログラムディフューザーの微視的イメージと該ディフューザーの入射レーザービームへの影響を示す。本発明のハードウエア実施例を開示する図。当分野で使用される一般的なストライプパターンの概要図。赤、緑、および青のサブピクセル群がマトリクス状に配置されており、そのマトリクス上で各ピクセルは１つの赤サブピクセル、１つの緑サブピクセル、および１つの青サブピクセルの3部分から構成されている。或る検知器がディスプレイ上を水平方向に動かすと、ブラックマトリクスの水平ストリップ上にない限り、赤、緑、および青のサブピクセルを検知するであろう。逆に或る検知器を垂直方向に動かすと、例えば、赤サブピクセルのみを検知するであろう。

現在、数個のイメージ平面を設定された距離間で積み重ねて、ディスプレイを作成する複数の方法が存在する。これらのイメージ平面群はまた、可能な限り密接に積み重ねられることができる。これらのディスプレイは、１つの非常に明るいバックライト、１つの後面イメージパネル（通常、アクティブマトリクスのカラーディスプレイ）、１つのディフューザー、および１つの前面イメージ平面から成り、これらがラミネート加工されて、１つのスタックを形成する。一般的に、各ディスプレイ上には複数のカラーフィルターストライプと１つのブラックマトリクスがあり、これはピクセル群の境界を定める。しかし、以下の考察が、パッシブマトリクスまたはアクティブマトリクスによってアドレス指定され、またカラーフィルター、または任意の周期パターンを有する、すべてのアドレス指定可能な物体平面に適用されることを考慮されたい。本発明の目的には、これらのアドレス指定可能な物体平面は、まったくアドレス指定可能できなくてもよい。

現在ある問題について取り組み、１つの有用な選択肢を少なくとも公に提供することが、本発明の１つの目的である。
本発明の他の態様や有利性は、以下の記述から明らかになるであろう。以下の記述は例示的にのみ提供される。

本明細書を通じて、本発明はビデオディスプレイシステムに適用されるものとする。しかし、必ずしもビデオスクリーンだけでなく、他のタイプのディスプレイやイメージングシステムも本発明と共に使用でき得ることを同業者は理解されたい。

本発明の或る実施例によると、或るマルチレイヤ-イメージシステムで該レイヤー群が周期的要素を含む場合、そのイメージシステム内で或る空間フィルターを使用することによってモアレ干渉とイメージ品質の間のトレードオフを予測し、最適化する或る数学モデルを提供する。

或るイメージレイヤー上のフォント要素のような小さい形態に対する、或る拡散要素の効果を決定するために、図１に示したやや単純化した光学システムを考察する。計測とさらに詳細なモデリングの目的のために、該ディフューザーのBTDFに関して、該システムの点像分布関数と後面ディスプレイからの該ディフューザーの距離を必要とする。後面イメージレイヤーのイメージ品質を調べるので、前面イメージレイヤーを必要としない。人間の目は、１つの薄レンズシステムとしてモデル化され、このレンズシステムではイメージ群は、光軸に約6〜8度の角度で、中心窩（１）（非常に高密度に錐体が存在する網膜内の小領域）に焦点が合わせられる。中心窩は湾曲上の網膜の非常に小さな領域を形成するため、これらの「平らな網膜」と「薄レンズ」の近似は許容できる。表１は関連のある記号のすべてを示している。

さらに、人間の視覚系の空間応答を表すコントラスト感度関数に関して、まだ広範に同意された基準が存在しない。現在、CIEによって基準として命名される可能性のある数種類の候補があり、好まれる実施態様では、当分野で基準となるCSFが含まれることになるであろう。

１つのイメージレイヤーを別のイメージレイヤーに重ねようとしている、或る未経験のディスプレイのエンジニアは、モアレ干渉や後面ディスプレイ上のイメージ品質を予想していないであろう。これが理想的な特定状況である。これは、２組のイメージ類の間の差だけが重要であると述べて表現した方が良い。

後面ディスプレイ上のテキストのイメージで拡散したイメージと理想的な拡散していない場合であり、周波数ドメインがF_D'、F_Dで表されるもの。

２つのレイヤー間に生じるモアレ干渉の或るイメージと最も前面のイメージレイヤーと同じ面積の均一で白の表面をもつ理想的な場合であり、周波数ドメインがF_M、F_M'で表されるもの。

以下の平方根積分関数は、１つの元のイメージと１つの歪曲されたイメージの比較を行い、その歪曲されたイメージでは信号成分がコントラスト感度関数によって重みを付けられている。比較の結果は丁度可知差異（just noticeable differences、JND）によって表される。２つのイメージの間に１つのJNDがあるということは、半分の回数で知覚できる差異を意味する。平方根積分関数（SQUI）は次のように計算する。

ここで、v₀はディスプレイ上で見える最小の空間周波数であり、ディスプレイのサイズに対応し、v_maxは人間の視覚系によって見ることができる最大周波数である。

最初の項の測定値はフィルター化したレイヤーをフィルター化していないレイヤーに比較する。測定値の第２項は、前面スクリーンから後面スクリーンの組み合わせの表現を、前面スクリーンだけの網膜に比較する。或るより好ましい実施態様では、該測定値の各項が平方根積分によって計算されるように、スペクトル情報が計算される。

変調伝達関数領域（Modulation Transfer Function Area）を含めた、人間の視覚系のコントラスト感度関数を含む多くの他の測定値を用い得る。

本発明の別の実施態様によると、或るマルチレイヤーイメージシステム内で、それらのレイヤーが周期的要素を含む場合、或る空間フィルターの使用によるモアレ干渉とイメージ品質の間のトレードオフを予測し最適化する或るアルゴリズムを提供する。

図2bに示されるように、ディスプレイアーキテクチャーは、限定するものではないが以下を含み得るアルゴリズムに特定化されている。

（a）各ピクセルとサブピクセル（13、14）の形と寸法、および、そのピクセルとサブピクセルを囲っているブラックマトリクス（15、16）の幅であり、これらは格子上の各点に付着するセルを構成する。
（ｂ）異なるレイヤー群で、同等のスペクトル吸収または発光の特性、または異なるスペクトル吸収または発光の特性を有するピクセル群またはサブピクセル群（17）の組み合わせの色度座標

例えば、各レイヤーがRGBサブピクセル群を有するような2つのレイヤーに関しては、次の組み合わせの色度座標が必要である。

ここで、例えばRRは１つの赤いサブピクセルが１つのサブピクセルの前にあることを示し、（ｘ、ｙ）は標準のD65光源で照射される時の色度座標を示す。この組み合わせは市販の分光計で測定されるか、またはBeer法則を使って計算され得ることに注記されたい。

隙間の光学的レイヤーの影響のため、例えばRBの座標がBRに等しくならないことに注記されたい。一般的な２次元の場合、行列はその対角線に関して対称的でなく、n次元では転置行列の要素は等しくない。

（d）１つのディスプレイレイヤーから次のレイヤーまでの距離とレイヤー間の間隙の要素の屈折率
（e）各フィルターの双方向透過分布関数への近似
（f）各ディスプレイレイヤーからの各空間フィルターの距離

最初の部分のコードは、以下に詳細するファンクションの実行をコントロールする階層的なスクリプトを提供する。

％ディスプレイを構築する
D.Pixels.h=20;
D.Pixels.v=l;
D.subpixel_s.h=27;
D.subpixel_s.v=10;
D.blackmatrix_s.v=l;
D.blackmatrix_s.h=l;
D.trans_s.h=2;
D.trans_s.v=2;
save D D;
load D ;
X=createDisplay(D);
image(X)
title('Single layer')
save XX;
load X;
X_blur=X;

％フィルターを構築する
H=createfilter([15,10],2000,[27,27],1.5);
figure;
mesh(H);
figure;
mesh(H);
figure;
mesh(H);
title('Filter Plot')

％後面ディスプレイをぼやけさせ、モアレを作成するのに使う
sum(sum(sum(X_blur)));
X_blur(:,:,l)=filter2(H,X(:,:,l));
X_blur(:,:,2)=filter2(H,X(:,:,2));
X_blur(:,:,3)=filter2(H,X(:,:,3));
figure
image(X_blur/max(max(max(X_blur))));
title('Blurred Layer')
figure;
save X_blur X_blur;
load X_blur;
load CM;

％見る距離とパネル間の距離を定義する
DD=0.010
DE=0.07
X_m=createMoire(X_blur,X,DD,DE,CM);
colormap('gray')
midPixel=round((D .Pixels.v* D.subpixel_s.v)/2)

％モアレの輝度を2次元でプロットする
image(X_m(:,:,2)/(max(max(X_m(:,:,2))))*255);
title('Luminance of moire')
figure
plot(X_m(midPixel,:,2)/(max(max(X_m(midPixel,:,2))))*255);
line=X_m(midPixel,:,2)/(max(max(X_m(midPixel,:,2))))*255;

％次のセクションのためにスケール化したディスプレイの寸法を必要とする
S=size(X_m)

％（モアレ輝度−本来の輝度）をプロットする
figure
Xc = rgb2cie(X);
Xcn = (Xc(midPixel,:,2)./(max(max(Xc(midPixel,:,2)))))*255;
size(X_m(midPixel,:,2))
plot(abs(X_m(midPixel,:,2)-Xcn(S(2))))
image(abs(X_m(midPixel,:,2)-Xcn(S(2))))

％この結果の高速フーリエ変換（FFT）を見る
y=fft(abs(X_m(midPixel,:,2)/Xcn(S(2))));
figure
loglog(sqrt(real(y).^{^}2 + imag(y).^{^}2))
title('Fast fourior transform of difference between images')

％カットオフ周波数に対応する数値を計算する

N = round((D.Pixels.h*D.subpixel_s.h*le-5*55*180)/(pi*DE))
以下のファンクションは、図３の（１７）の可能なインプリメンテーションである。視覚的アウトプット（１８）は図（４）に示されている。
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％
％――――――ファンクション createDisplay(D)―――――％
％１つのディスプレイレイヤーを構築する
％――――――変数-―――――――――――％
％ D、Dは次のようなデータ構造である％
％ D.Pixels.h 水平方向へのピクセル数
％ D.Pixels.v 垂直方向へのピクセル数
％ D.subpixel_s.h サブピクセルのサイズ（ミクロン）（水平方向）
％ D.subpixel_s.v サブピクセルのサイズ（ミクロン）（垂直方向）
％ D.blackmatrix_s.v ブラックマトリクスのサイズ（ミクロン）（垂直方向）
％ D.blackmatrix_s.h ブラックマトリクスのサイズ（ミクロン）（水平方向）
％ D.trans_s.h トランジスターのサイズ（ミクロン）（水平方向）
％ D.trans_s.v トランジスターのサイズ（ミクロン）（垂直方向）
％――――――――――――注記――――――――――――――――％
％完了したデータ構造は、それぞれが色をもった３つの異なるレイヤーを有するものと
％想像されたい
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％

％ディスプレイを作成する、ディスプレイは３つの異なるレイヤー上にある
subpixel_s=[D.subpixel_s.h,D.subpixel_s.v];
blackmatrix_s=[D.blackmatrix_s.h,D.blackmatrix_s.v];
trans_s=[D.trans_s.h,D.trans_s.v];
red = subpixel([l,0,0],subpixel_s,blackmatrix_s,trans_s,0);
green = subpixel([0,l,0],subpixel_s,blackmatrix_s,trans_s,0);
blue = subpixel([0,0,l],subpixel_s,blackmatrix_s,trans_s,0);
pixel = [red green blue];

以下のファンクションは、図(３)上の（１９）、および図（５）上に示された水平方向（２０）と垂直方向（２１）での該物体レイヤーからの、２mmと0．5mmでのフィルターに対するグラフの可能なインプリメンテーションである。

％コードを理解しやすくするために、ベクターからの数値を読む
m=size(l)
n=size(2)
％y*x*2のマトリクスに、このファンクションを進むためのｘとｙの数値を構築する
％まず、横列と縦列の数値を構築する
x=[-n:l:0,l:n]
y= [-m:l:0,l:m]
％これらの値を複製するために、外積を使う
A(:,:,l)=rot90(ones(2*m+l,l)*x)
A(:,:,2)=ones((2*n+l), l)*y
％ディフューザーの仕様を度からラジアンに変換する
FWHMr = (FWHMd/180)*pi
％みかけの距離を計算する
OD = OD/N
％半値幅でフィルターの境界を計算する
FWHM(l) = abs(OD*tan(FWHMr(l)))
FWHM(2) = abs(OD*tan(FWHMr(2)))
％半値幅からガウス分布の標準偏差に変換する
sigma=fwhm2sigma(FWHM)
％非正規化ガウスフィルターを計算する
Hu=(l/(2*pi*sigma(l)*sigma(2))) * exp(-((A(:,:,1).^2/(2*sigma(1)^2))+
A(:,:,2).^{^}2./(2*sigma(2)^{^}2)))
％正規化−イメージエネルギーは不変であるべきである
Hn=Hu/sum(sum(Hu))
％値をアウトプットする
H=Hn;
function out = cie2rgb(in)

以下のファンクションはCIEとRGB座標の間を変換する
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％
％――――――――――function out=cie2rgb(in)―――――――――％
％
％三刺激値座標で表されるイメージをRGB座標に変換する％
％-―――――――――変数−------------------------％
％inは、CIE1931三刺激値（XYZ）でのイメージである
％-―――――――――注記―――――――――％
％参考文献
％ http://www.cs.rit.edu/~ncs/color/t_convert.html
％もし値が０と１内でない場合は、切り捨てる

次のファンクションは図３の（22,23,24）の可能なインプリメンテーションである。アウトプットは図（５）と（６）に示されている。0.1mm（26,27）および２mm（28,29）でのフィルターでのモアレ干渉の効果は、(29）に比較して(27）で波打ちパターンのより小さい振幅を考えると、明らかである。

％―――――――――createMoire(R,F,DD,DE,CM)―――――――――――――――％
％２つのイメージに色を加える。もしイメージ群が異なるサイズの場合は、
％右上の角から始まる２つのイメージの共通部分を取る
％―――――――――――――変数――――――――――――――％
％ R- RGB座標での後面イメージ
％ F-RGB座標での前面イメージ
％ DD-イメージレイヤー間の距離
％ DE-最も前面のディスプレイから目までの距離
％ CM-いかに色が相互作用するかを記述するマトリクス
％―――――――――――――――――――――――――――――％
％現在、正しくないディスプレイをスケール化する方法、
％これが、主題である
％―――――――――――――――――――――――――――――％

％ディスプレイをスケール化する
％これは現在、物理的に正しくないことに注記
Dl = DD+DE;
D2=DE;
FS = imresize(F,(D2/Dl));
S_FS=size(FS);
x=1:S_FS(1);
y=1:S_FS(2);
％各レイヤーを点別に乗法する−各レイヤーのどこが共通部分であるかを見つけようとしている
％現在、これはRGBであるが、各レイヤーを分けて、例えば前面スクリーンの
％赤レイヤーを後面スクリーンの赤レイヤーと相互作用させ、これをすべての
％９つの組み合わせで行う。これらの組み合わせのそれぞれは、
％その色の組み合わせの輝度分布である。
A1=ones(size(FS,l),size(FS,2),3,3,3);
for k=1:3
for m=1:3
A1(:,:,k,m,1) = R(x,y,k) .*FS(:,:,m) * CM(k,m,1);
end
end
％ｋとｌの各組み合わせに対して、CIE座標を割り当てる必要がある
for k=1:3
for m=1:3
A1(:,:,k,m,2) = ones(size(A1,1),size(A1,2))*CM(k,m,2);
A1(:,:,k,m,3) = ones(size(A1,1),size(A1,2))*CM(k,m,3);
end
end
％三刺激値に変換し、数学的和を計算できるようにする
for k=1:3
for m=1:3
A2(:,:,k,m,:) = xyL2XYZ(A1(:,:,k,m,:));
end
end
％進んで、１つのイメージに加える
A4 = sum(A2,3);
A5 = sum(A4,4);
％rgb座標に変える
A6 = cie2rgb(A5);
％スクリーン上のディスプレイのために正規化する
％このifステートメントは、最大要素が０の場合に処置できる
if (max(max(max(A6)))~=0)
image(A6*(1/max(max(max(A6)))));
else
image(A6)
end
％CIE三刺激値を返す
Moire=A5;
function s = CSF(w,L,p)

以下のファンクションは、図３の(26,27）の可能なインプリメンテーションの一部である
％―――――――――――――s=CSF(w,L,p)―――――――――――――――％
％或る空間周波数のコントラスト感度値を計算する
％―――――――――――――変数――――――――――――――％
％ w−空間周波数のベクター
％ L−輝度
％ｐ-イメージ領域の平方根から計算された、角度（度）で表されたディスプレイサイズ
％―――――――――――――――――――――――――――――％
％ Gareth Bell ％
％作成日付 2003年2月21日％
％最終的校正日付 2003年2月21日％
％バージョン 0.2 ％
％――――――――――――――注記―――――――――――――％
％w3.hike.te.chiba-u.ac.jp/IEC/100/PT61966/parts/part11/gemu-94.pdf
％９ページ
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％

b = 0.3*(1 + 100/L).^0.15;
a = 540 * ((1 + 0.7/L)^(-0.2))./(1 + 12./(p*(l+w/3).^2));
s = a.*w.*exp(-b.*w).*sqrt(l + 0.06 .* exp(b*w));
function Fnew = interpolate(F,P,domainX,domainY)
％――――――interpolate(F,P,domainX,domainY)――――――――％
％これは、或る関数の値を、或る特定の点で、数値的に計算された関数によって定められる数値の間に近似する。
％―――――――――――――変数――――――――――――――％
％F−関数の数値の２次元マトリクスである
％domainX−Fを与えるｘのインプットを記載する
％domainY−Fを与えるｙのインプットを記載する
％P−補間する必要のある点の2xnマトリクス
％テスト用インプット

％―――――――――――――――――――――――――――――％
i = domainX
j = domainY
u = P(l,:)
v = P(2,:)
％ｘとｙの微分を計算する
dFdx=diff(F,l,l)
dFdy=diff(F,l,2)
％δ（デルタ）を得る
uv = mymesh(u,v)
dudv = uv - floor(uv)
％uとvの値の指数を見つける
[N,binU]=histc(u,i)
[M,binV]=histc(v,j)
％近似を計算する
UV=mymesh(binU+l,binV+l)
dz = dFdx(UV(:,:,l)).*dudv(:,:,l) + dFdx(UV(:,:,2)).*dudv(:,:,2)
％次にファンクションの数値を見つける
Fnew = F(binV+l,binU+l) + dz
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％
％――――――――function function out=cie2rgb(in)―――――――――――――％
％は、RGB座標で表されるイメージを三刺激値に変換する％
％――――――――――――変数――――――――――――――％
％ inはRGB値でのイメージである
％バージョン 0.2 ％
％――――――――――――注記――――――――――――――％
％％参照文献
％ http://www.cs.rit.edu/~ncs/color/t_convert.html
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％
rgb=in
％このマトリクスは、RGBからCIE1931への変換を定義する
A= [0.414253 0.357580 0.180423 ; 0.212671 0.715160 0.072169; 0.019334 0.119193
0.950227]
％これらの式は[0,1]内のRGBをCIEに変換する
out(:,:,1) ==A(1,1)*rgb(:,:,1) +A(1,2)*rgb(:,:,2) +A(1,3)*rgb(:,:,3);
out(:,:,2) = A(2,1)*rgb(:,:,1) + A(2,2)*rgb(:,:,2) + A(2,3)*rgb(:,:,3);
out(:,:,3) == A(3,1)*rgb(:,:,1) + A(3,2)*rgb(:,:,2) + A(3,3)*rgb(:,:,3);
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％
％――――――――function stamp(Min,nRows,nCols)―――――――――――％
％マトリクスであるMinのnRows*nColsのコピーを作る。
％―――――――――――――変数――――――――――――――％
％ Min−スタンプされる必要のあるマトリクスのコピー
％ nRows−スタンプされる横列の数
％ nCols−スタンプされる縦列の数
％―――――――――――――注記――――――――――――――％
row=Min;
for i=l:(nCols-l);
row=[row,Min];
end

for i=l: (nRows);
M=[M;row];
End

以下のファンクションは図３の(28)の可能なインプリメンテーションである。図2aからのデータが使用される。
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
function ColourFilter =
SubPixel(PixelColour,PixelSize,BlackMatrixSize,TransistorSize,show)
%function ColourFilter =
SubPixel(PixelColour,PixelSize,BlackMatrixSize,TransistorSize,show)
％PixelColourは、それぞれ赤、緑、青の成分として[R,G,B]のベクターである
％PixelSizeは、ミクロンの単位で[hPixelSize,vPixelSize]のベクターである
％BlackMatrixSizeは、ミクロンの単位で[hTraceWidth,vTraceWidth]のベクターである
％TransistorSizeは、ミクロンの単位で[hTransistorSize,vTransistorSize]のベクターである
％showが真の場合に、イメージがプロットされる
％カラーフィルターを作成する
close all
ColourFilter=ones(PixelSize(2),PixelSize(l),3);

for i=1:3
i;
ColourFilter(:,:,i)=ColourFilter(:,:,i).*PixelColour(i); %サブピクセルの各レイヤーを赤、緑、または青の成分とする
end

％水平方向のマトリクスと垂直方向のマトリクスを加算する
％左端を加算する
ColourFilter((l:BlackMatrixSize(l)),:,:)=0;
ColourFilter(:,(l:BlackMatrixSize(2)),:)=0;

％右端を加算する
hEnd=PixelSize(l)-(BlackMatrixSize(2)-l);
vEnd=PixelSize(2)-(BlackMatrixSize(l)-l);

ColourFilter(:,(hEnd:PixelSize(l)),:)=0;
ColourFilter((vEnd:PixelSize(2)),:,:)=0;
TransistorSize
％トランジスターを加算する
ColourFilter((l:TransistorSize(l)),(l:TransistorSize(2)),:)=0;
％ピクセルのイメージを提示する
if show
image(ColourFilter);
axis([0,max(PixelSize),0,max(PixelSize)]);
end
function out = xyL2XYZ(in)
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％
％―――――――――――function out=xyL2XYZ(in)―――――――――――――％
％x、y、Lの座標（CIE1931）でのイメージinを取って、三刺激値を返す％
％―――――――――――変数――――――――――――――――％
％ in−x、y、Lの座標でのイメージ
％―――――――――――――――――――――――――――――％
Y=in(:,:,1)/683;
sumXYZ=Y./(in(:,:,3))
X=in(:,:,2).*sumXYZ
Z = (1 - in(:,:,2) -in(:,:,3)).*sumXYZ
out(:,:,l)=X;
out(:,:,2)=Y;
out(:,:,3)=Z;

以下のファンクションは、図３の(30,31)の可能なインプリメンテーションである
％―――――――――――SQRI(vx,vy,M)――――――――――――％
％平方根積分測定を計算する
％――――――――――――変数――――――――――――――％
％M−歪曲されたシグナルのパワースペクトルを含むマトリクス
％vx,vy−パワースペクトルに対応する周波数のベクターまたはマトリクス独立変数
％――――――――――――注記―――――――――――――――％
％詳細は、コンピューターに基づくビデオサービスの品質特徴（Quality
％Aspects of Computer based Video Services）を参照
％＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿％

v = vector2matrix(vx,vy)
％ln(v)を計算する
lnv(:,:,1) = log(v(:,:,1))+abs(log(min(vx)))
lnv(:,:,2) = log(v(:,:,2))+abs(log(min(vy)))
％d(ln(v))を計算する
[ny,nx,nz]=size(lnv)
dlnv1 = diff(lnv(:,:,1),1,2)
dlnv2 = -diff(lnv(:,:,2),1,1)
dlnv(:,:,1)=dlnv1(1:(ny-l),1:(nx-1))
dlnv(:,:,2)=dlnv2(1:(ny-1),1:(nx-l))
％中点を計算する
Mdlnv(:,:,l) = lnv(1:(ny-1),1:(nx-1),1) + dlnv(:,:,1)/2
Mdlnv(:,:,2) = lnv(1:(ny-1),1:(nx-1),2) + dlnv(:,:,2)/2
％Mtを計算する
clear Mt
Mt(:,:,1) = CSF(v(:,:,1),100,50)
Mt(:,:,2) = CSF(v(:,:,2),100,50)
Mt = sqrt(Mt(:,:,1).*Mt(:,:,2))
Invx = lnv(1,2:nx-1,1)
Invy = lnv(2:ny-1,1,2)
％積分を計算する
％マトリクスを作る
N = interpolate(M,lnvx,lnvy',vx,vy)
％Jを計算する
％ J=1/log(2)*sum(sum(sqrt(M(:,:,1).*M(:,:,2)./Mt(:,:,1).*Mt(:,:,2))...
% .*Mdlnv(:,:,1).*Mdlnv(:,:,2)))
％ループにする必要がある
dlnv=dlnv(:,:,l).*dlnv(:,:,2)
J=0
for i=1:length(lnvx)
for j=1:length(lnvy)
i
j
J = J + sqrt(M(i,j)*Mt(i,j))*dlnv(i,j)
end
end

図７は、複数の透明なイメージスクリーンから構成されるデュアルスクリーンディスプレイ（３２）で行われた、本発明のさらに別の好適な実施態様を図解しており、このディスプレイ（３２）は、１つの前面のLCDスクリーン（33）、並列だが離れた位置にある１つの後面ディスプレイスクリーン（34）と１つのバックライト（３５）、およびイメージスクリーン（36）の間にある空間フィルター、から構成される。

このLCDスクリーンの代わりにいくつかの別のディスプレイ技術を利用し得ることが、同業者には明らかであろう。さらに、図７は、明解さと便利さのために後面ディスプレイ（34）の前に１つのスクリーン（33）を示しているが、任意の数の他のディスプレイ（少なくとも部分的に透明）を加え得る。該後面スクリーン（34）もまた或るLCDスクリーンであり得るが、別の非透明なディスプレイ技術を用い得ることが明らかであろう。

このようなディスプレイは、出願中の特許（PCT番号：PCT/NZ98/00098およびPCT/NZ99/0021）で表示されると、観察者が見る情景に3次元の質を提供する。また、これらの出願中特許を参照することをもって開示する。

明解性のため、また本発明の理解を助けるために、該ディスプレイ（32）およびそれに伴うディスプレイスクリーン群（33、34）は図で簡略した形で示され、理解を助けるために、本発明を図解するのに重要でない要素は図から除かれている。

この実施例では、該イメージに作用する該点像分布関数は、該ホログラムディフューザーと該物体レイヤーの間の間隙内要素の屈折率によって決められる、みかけの距離を変えることと、該ホログラムディフューザーの特性を変えることによってコントロールされる。

１つの光線に作用する或るホログラムディフューザーの効果の理解を助けるために、図８で１つの光線が位置(37)で該スクリーンに当たり、２次元のディラックデルタ関数分布を生じることを考えられたい。このスクリーンが該ディフューザーの後ろの位置(38)に移動すると、該ディフューザーの分散特性に依存する或る２次元分布が形成される。この分散特性は、x−y平面内での任意の線にそって通常ガウス分布である。好適には、その輪郭(39)は楕円である。さらに好適には、その輪郭が長方形(40)である。

(41)は、軸対称であるホログラムディフューザーの微視的映像である。
(42)は、軸対称でないホログラムディフューザーの微視的映像である。

本発明の数々の態様は、例示的に述べられたのであって、本発明の範囲から逸脱することなく、修正や追加を行えるものと考えられたい。

Claims

光学システムにおけるイメージの点像分布をコントロールする方法であって、前記光学システムは、イメージ源と、ディフューザーと、基板と、少なくとも１つのスクリーンとを含んでおり、
ａ．前記ディフューザーと前記イメージ源との間の見かけの距離を変えることと、
ｂ．前記ディフューザーの特性と
を含む方法。
前記基板が前記イメージ源と前記ディフューザーとの間に位置する、請求項１記載の、点像分布をコントロールする方法。
前記ディフューザーと前記イメージ源との間の前記見かけの距離が前記基板の屈折率の関数である、請求項１記載の、点像分布をコントロールする方法。
前記光学システムが、ディスプレイの一部をなし、前記ディスプレイは、積み重ね配置の複数のスクリーンを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の、点像分布をコントロールする方法。
前記イメージ源がディスプレイスクリーンである、請求項１〜４のいずれかに記載の、点像分布をコントロールする方法。
前記ディスプレイスクリーンが、ＬＣＤ、プラズマ、ＯＬＥＤを含む群から選択される、請求項５記載の、点像分布をコントロールする方法。
前記光学システムの点像分布関数が、式（ａ）によって定められるように、拡散特性と距離の関数であって、当該式において以下の通りである、請求項１〜６のいずれかに記載の点像分布をコントロールする方法。
前記拡散特性が双方向透過分布関数によって定められる、請求項１記載の方法。
前記式（ａ）が視覚システムに関する項又は条件（terms）を削除することで変更される、請求項１記載の方法。
モアレ干渉を含む／許容するように前記方法が変更可能である、前述のいずれかの請求項に記載の方法。
前記関係が以下の式によって定められ、

当該式において以下の通りである、請求項１０記載の方法。
モアレ干渉を減らし、ぼやけを最少化するために光学システム内でディフューザーの選択と位置を最適化する方法であって、当該方法が以下の式によって定められ、

当該式において以下の通りである、方法。
光学システム内でディフューザーの選択と位置を最適化することでイメージ品質を維持しながらモアレ干渉を最少化する方法であって、添付の記述に開示された式（１）、（２）そして（３）の結果を利用し、ここで、
ａ．ディフューザーと物体との間の距離と、
ｂ．物体レイヤーのピクセル構造と、
ｃ．利用できるディフューザーと、
ｄ．光学スタック内の屈折率と、が入力され、、
さらに、この方法は、
ｅ．上記のパラメーターにおける各組み合わせのための主観的イメージ品質の値と、
ｆ．レイヤーと空間フィルターとの間の距離の最適な設定と、を提供する。
光学システム内でディフューザーの選択と位置とを最適化するソフトプロトタイプ化システムであって、当該システムは、下記ステップを含むアルゴリズムを含む：
ａ．前記光学システムの特性を定義することでバーチャルディスプレイを構築；
ｂ．フィルターを構築；
ｃ．後面ディスプレイをぼやけさせ、モアレを作成するのに使用；
ｄ．見る距離とパネル間の距離とを定義；
ｅ．モアレの輝度を２次元でプロット；
ｆ．本来の輝度を減じたモアレ輝度をプロット；
ｇ．ＦＦＴの結果を見る；
ｈ．カットオフ周波数に対応する数値を計算。
前記ソフトプロトタイプ化システムがＭａｔＬａｂ（商標）でコード化されている、請求項１４記載のソフトプロトタイプ化システム。
ディスプレイの光学スタックで使用するためのディフューザーであって、前記ディスプレイは、積み重ね配置の複数のスクリーンを有し、前記ディフューザーは、複屈折のない物質で構成され、かつ、コントロール可能な分散プロファイルを有している。
前記ディフューザーがホログラムディフューザーである、請求項１６記載のディフューザー。
前記分散プロファイルが非対称である、請求項１６および１７のいずれに記載のディフューザー。
前記分散プロファイルが楕円または長方形である、請求項１６または１８のいずれかに記載のディフューザー。