JP2010518425A5

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Publication number: JP2010518425A5
Application number: JP2009548266A
Authority: JP
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2013-04-18

Description

裸眼立体画像選択用のレンズシートを備える装置、レンズシートを提供する方法、およびアパーチャ補正デバイスを形成する方法

本設計は、概して立体ディスプレイの技術に関し、より詳しくは、光学品質を高め、かつ、画像深度、および、視域数および視域の品質を向上させるフラットパネルモニタ装置の機能強化技術に関する。

近年、立体ディスプレイの製造業者は、三次元（３−Ｄ）表示の画質を高めようと努力し続けている。優れた画質を示す最新の裸眼立体フラットパネルモニタデバイスには、画像を選択するために屈折光技術を用いるものもある。屈折光の設計は、一般的にレンチキュラースクリーンおよびＷｉｎｎｅｋ傾斜レンズを含む。他の最新のフラットパネルモニタ設計は、画像選択をラスターバリア技術に頼っている。どちらの設計も、透視図で構成されたストライプからなる画像列が裸眼立体ディスプレイ上で反復するパターンを形成する。屈折光技術は、画像の各列を円筒状微小凸レンズに対応付けることを含む。ラスターバリア技術は、画像の各列をラスターバリアのアパーチャスリットに対応付ける。

裸眼立体ディスプレイの設計は、いくつかの従来の開示における主題となっている。例えば、オオコシによる「三次元撮像技術」（１９７６年、ニューヨーク、アカデミックプレス）が挙げられる。

フラットパネルモニタデバイスの設計で用いられる現在利用可能な別の技術は、画像選択に「フライアイレンズ」技術を用いる。この技術は、水平および垂直の両方向に光線を屈折させる多数の同類の小型球面レンズを含む。

上述のごとく、屈折光裸眼立体ディスプレイ技術は、円筒状微小凸レンズの平行な行を用い、ラスターバリア裸眼立体ディスプレイ技術は、平行なスリットの列を用いる。どちらの技術も水平方向にのみ視差効果を生じ、その点が垂直および水平の両方向に視差効果を生じる「フライアイレンズ」と異なる。したがって、屈折光技術およびラスターバリア技術は、もっぱら地平視差だけを伴う。屈折光およびラスターバリア設計は、垂直および水平の両方向ではなく、水平方向のみの画像情報を選択的に用いるので、低分解能条件を有する画像を生成しうる。

実際には、レンチキュラー裸眼立体スクリーンを用いる設計は、全体的な有効ディスプレイ鮮明度を低下させるという欠点がある。特に、画像選択にレンチキュラースクリーンを用いる裸眼立体ディスプレイは、視差値が高い画像の鮮明度に関して弱点を有する。このような弱点は、スクリーンの平面外またはスクリーンの奥深から現れるオブジェクトを含む画像に関して顕著である。レンチキュラースクリーンが抱えるさらなる問題は、主視域以外の視域が多数存在する場合、特に、それら主視域以外の視域の鮮明度に関するものである。

一方、ラスターバリアディスプレイを用いる設計は、ディスプレイの明るさを全体的に低下させ、望ましくない可視パターンノイズを導く。事実、ラスターバリア裸眼立体スクリーンは、かなり薄暗いことがわかっており、マルチパースペクティブ画像を表す場合、通常、光の８０パーセントまたは９０パーセントを失うので、現在利用可能なフラットパネルディスプレイと共に使用するのであれば、商業的に生き残ることはできないだろう。

「フライアイレンズ」設計を用いる屈折スクリーンは、市場にはまだ出回っておらず、研究所での実験段階にある。それらの分解能は、フラットパネルモニタデバイスと共に用いられる場合には低くなる。

レンチキュラースクリーン、ラスターバリア、または、「フライアイレンズ」技術のいずれかを用いる裸眼立体ディスプレイは、下に置かれるフラットパネルモニタデバイス電子ディスプレイと共に用いられる際に要求される寸法およびアラインメントの許容範囲が厳しいので、製造が難しい。

上記に基づき、本設計の利点は、既知の設計に見られるような上述の欠点を克服した立体画像を見るのに用いられるフラットパネルディスプレイを提供することである。

本設計の第１の側面によれば、裸眼立体画像選択デバイスと、当該裸眼立体画像選択デバイスに塗布されるオーバーコート不透明材料とを備える装置が提供される。裸眼立体画像選択デバイスとオーバーコート不透明材料とによって、裸眼立体画像選択デバイスに関連する自己配置型アパーチャが提供される。

本設計の第２の側面によれば、機能強化された画像選択デバイスを提供する方法が提供される。方法は、複数の微小凸レンズを有する画像選択デバイスに不透明オーバーコート材料を塗布することと、画像選択デバイスから不透明オーバーコート材料の選択された部分を除去することと、を含む。塗布することおよび除去することは、画像選択デバイスに関連して実行され、少なくとも１つの微小凸レンズの開口数が減少する。

本発明の上記または他の利点は、以下の本発明の詳細な説明および添付の図面によって当業者に理解されよう。

本発明を添付の図面によって示すが、例であって限定ではない。

屈折裸眼立体レンズシートを示す。屈折裸眼立体レンズシートを示す。屈折裸眼立体レンズシートを示す。

個別の微小凸レンズの光学部品およびそれに伴う球面収差示す光路図である。

レンチキュラースクリーンの光学部品、および、用いられる単純な光学部品から生じた像面湾曲を示す。

レンチキュラースクリーンの断面の光線追跡を示し、隣接した視域の問題が強調されている。

記載される実施形態における製造段階のときに本設計に適用されるようなオーバーコーティングされレンチキュラースクリーンである。

製造の最終段階におけるレンチキュラースクリーンであり、オーバーコートがバフ研磨されたことにより、本設計に係るアパーチャ補正されたレンチキュラースクリーンが生成される。

光路図を伴うレンチキュラースクリーンであり、球面収差に関するアパーチャ補正の向上を示す。

微小凸レンズが像面湾曲しているレンチキュラースクリーンであり、本発明の主題であるアパーチャ補正が示されている。

レンチキュラースクリーンの断面の光線追跡図であり、アパーチャ補正がどのようにして軸外視域の光学品質を高めるかを示す。

以下の説明および図面は、記載されるシステムおよび方法を当業者が実行するのに十分な特定の実施形態を示す。他の実施形態は、構造、ロジック、プロセス、および、他の変更を含みうる。複数の例は、考え得るバリエーションの特徴を表すにすぎない。個々の構成要素および機能は、通常、特に明記しない限りオプションであり、動作の順序は変更してよい。いくつかの実施形態での位置および特徴は、他の実施形態の特徴に含まれるかまたはそれらと置き換えてよい。

本設計は、屈折またはレンチキュラー裸眼立体ディスプレイおよびラスターバリアディスプレイの両方の長所を組み合わせたものである。本願明細書中に記載される技術は、光の出力の減少はわずかでありながら、屈折レンチキュラー光学部品を用いて裸眼立体ディスプレイの画質を非常に高める。
レンチキュラースクリーン

裸眼立体ディスプレイ技術は、フラットパネル技術にはなかなかうまく適用されてきている。裸眼立体ディスプレイ技術には２つの主な異なるタイプがあり、一方は画像選択に屈折光学部品を用い、他方は、ラスターバリアを用いる。いずれの場合も、透視図からなるストライプで形成された画像列によってディスプレイ上に反復パターンが形成される。各列は、円筒状微小凸レンズ、または、ラスターバリアの開口スリットと対応付けられ、基本的に、屈折技術およびラスターバリア技術は、光学的に交換可能であるが、これらの他に、「フライアイレンズ」も用いられてきた。フライアイレンズは、垂直および水平の両方向に屈折する多数の小型球面レンズを含む。

円筒状微小凸レンズの平行な行を含むレンチキュラースクリーン、または、スリットの平行な列を有するラスターバリアは、水平方向のみにそれらの効果を呈し、その点において、垂直および水平の両方向に作用するフライアイレンズと異なる。したがって、これらの技術は、水平視差のみの使用を伴う。画像情報は、垂直および水平の両方向ではなく、水平方向のみで選択的に使用されるので、この制約は、画像をより鮮明する能力をもたらす。
標準型レンチキュラースクリーン

図１Ａには、問題の微小凸レンズ１０２を有する典型的なレンチキュラースクリーン１０１が示され、スクリーンＰのピッチは、ポイント１０３に示されている。ディスプレイ表面１０４が示されている。ディスプレイ表面１０４は、ハードコピーまたは電子を含むいかなるタイプのディスプレイであってよく、限定されない。通例では、ディスプレイ表面１０４は、自己照明式または背面照明式ディスプレイであってよい。本願明細書中で提示される設計は、結果として明るさを低下させるので、自己照明式または背面照明式ディスプレイは、本設計から恩恵を受けることができる。本発明の技術は、プラズマパネル、液晶ディスプレイ、発光ダイオード、または、同様のディスプレイのような光を変調または発する背面照明型ハードコピーまたは電子ディスプレイに適用されるが、背面照明型でないハードコピーに適用することもできる。

図１Ｂは、図１Ａのスクリーンととてもよく似たＷｉｎｎｅｋ傾斜レンズシートを示す。微小凸レンズと異なる点は、水平に傾いていることである。微小凸レンズ間の境界はディスプレイの垂直縁部と平行ではなく、微小凸レンズはいくらかの角度で傾斜している。レンズシート１０５は、図に示すように、ピッチＰ１０７を有する個別の微小凸レンズ１０６とディスプレイ表面１０８とを有する。このタイプのディスプレイの長所は、例えば、米国特許３，４０９，３５１で採り上げられている。レンズシートのＷｉｎｎｅｋ傾斜の主な長所は、パターンノイズおよびカラーバンディングまたはモワレをなくすことであり、垂直方向と水平方向での分解能を等しくすることである。
フライアイ

図１Ｃは、個別の円形レンズ素子１１０を有するフライアイレンズシート１０９を示す。フライアイレンズシート１０９は、垂直および水平の両方向に等しいピッチＰ１１１を有し、図に示すような向きのディスプレイ表面１１２を有する。フライアイレンチキュラースクリーンは、市場にはそれほど広く出回ってはいないが、実験ではその性能を実証している。フライアイレンチキュラースクリーンは、一般的に製造が難しく、フラットパネルディスプレイと共に用いると分解能が低くなる。しかしながら、それらの物理的現象および見る人への末端効果という点では、ホログラフィーに非常に似ているという興味深い特性を有している。
ラスターバリア

試みられた他の設計は、一連のシマウマ模様のスリットまたはロンキー格子状スリットからなるラスターバリアディスプレイを含み、この場合、スリットは、垂直方向に延びる。これらのラスターバリアは、画像が破壊する前の大きい視差割当量を有する裸眼立体ディスプレイを形成する。

「視差割当量」とは、ディスプレイ内の視差有効範囲として定義される。スクリーン内視差には正値が割り当てられ、スクリーン外視差には負値が割り当てられる。視差の絶対値が大きくなるほど、それらの値に対応付けられた画像点の見え方も深くなる。本願明細書中で採り上げられる裸眼立体ディスプレイにおけるような大きい視差を伴う画像点は、鮮明さを損なうか、または、画像が二重になるなどの悪い副作用をもたらす傾向がある。画像が破壊する前にディスプレイによって好適に表されうる視差値または視差割当量は、立体画像深度に直接関係する主な定量的測定値である。

一方、ラスターバリア設計も広く鮮明な視域を有する。立体ディスプレイにおいて視差情報は重要であり、よって視差の割当量が増えることは重要である。視差は、主要な立体深度の奥行き手がかりとなり、ラスターバリアディスプレイは視差割当量が大きいので、画像はより深く見える。

さらに、ラスターバリアディスプレイは、視域の数もより多くなる。より多くの視域を有する光学的な理由は、ラスターバリアディスプレイが屈折光学部品ではなくスリット光学部品を用いるからであり、アパーチャが極めて小さいことによって画像形成光線がより平行に近づくので、焦点深度は非常に大きくなる。

ラスターバリアの欠点は、薄暗い、つまり、明るくないということである。事実、ラスターバリアは、あまりに暗いので商業的に実現できない。ラスターバリアは、下に配置されているディスプレイが非常明るいことを必要とするが、一般的に用いられているプラズマパネルおよび液晶ディスプレイはどちらも、満足なラスターバリア裸眼立体ディスプレイにするほど明るくない。明るいということは、良いディスプレイの特質の１つであり、電子ディスプレイに関して一番重要なことなので、ディスプレイの製造業者は、フラットパネルディスプレイの明るさの条件を満たすよう努力してきた。マルチビューまたは立体イメージングは、一般的に、最初に透過した光の８０または９０パーセントを無駄にするので、ラスターバリアに伴う明るさの制限がさらに追加されると、ディスプレイを照明仕様に適合させようとするのはほぼ絶望的となる。

ラスターバリアディスプレイは、製造するのが簡単であるように見えるかもしれないが、実際には、レンチキュラーディスプレイより必ずしも製造が簡単ではない。どちらのディスプレイも下に配置された電子ディスプレイに対する寸法およびアラインメントについて問題を抱えている。
視差の問題

裸眼立体ディスプレイ、特に、画像選択用レンズシートを用いる裸眼立体ディスプレイは、高い視差値を有する画像の鮮明度に関する欠点があり、とりわけ、スクリーン面外またはスクリーン面の非常に深い所に現れるオブジェクトを有する画像に関する欠点を有する。換言すると、視差割当量が制限される。このようなディスプレイは、主要でない視域が多いこと、および、それら主要でない視域の鮮明度の両方が問題となる。

レンチキュラーディスプレイは、それぞれ垂直方向に延びる微小凸レンズの後に、それらに付随する、透視図のストライプに分割される画像情報の列を有する。裸眼立体画像を見る場合、スクリーン面で画像選択が行われる。レンチキュラースクリーンとそれらの光学的特徴とを機能させることは、上記のオーコシの公報に詳細が記載されている。アーサーコックスによる「Photographic Optics」（第１５版、１９７４年、ロンドン、フォーカルプレス）は、写真光学の収差補正について述べた出版物である。

光路図を示す添付の図面は、図１Ａ、１Ｂ、および、１Ｃで何が起きているかを説明する助けとなる。図１Ａおよび１Ｂの場合、円筒状微小凸レンズが用いられているので、断面は、微小凸レンズの境界の交差点と平行になるとみなされる。図１Ａの場合、断面は、微小凸レンズを貫通する水平面である。図１Ｂの場合、断面は、微小凸レンズを貫通する平面であるが、角度がＷｉｎｎｅｋ傾斜角なので、微小凸レンズを横断する平面は、図１Ｂに示すように、微小凸レンズの交差点の境界に対して垂直になる。図１Ｃの場合、ポイント１０９におけるフライアイレンズは、円筒状というよりは球体の部分であるので、断面は、いかなる角度をなすこともできる。

図２にはレンズシート２０１の断面が示され、個別の微小凸レンズ２０２を採り上げる。ピッチＰ２０３は、微小凸レンズの幅を表す。プラズマディスプレイスクリーン、液晶ディスプレイスクリーン、発光ダイオードディスプレイスクリーン、または、他のいかなる適切なフラットパネルディスプレイでありうるフラットパネルディスプレイを表すディスプレイ表面２０４が示されている。微小凸レンズ２０５の湾曲表面が示され、光線２０６Ａおよび２０６Ｂは、個別の微小凸レンズ２０２によって屈折された後、ディスプレイスクリーン２０４から発せられる。表面は、ディスプレイタイプに依存するさまざまな方法で照明されるピクセルを生成するので、矢印は、観察者の目の方に向いている。光線２０７Ａおよび２０７Ｂは平行であるが、境界端部からではなくレンズの中心領域から来る。双頭矢印は、光線を示す。ポイント２０８は、境界のまたは最も外側の光線が交差または焦点がきちんと合った状態にある位置であり、ポイント２０９は、中心の光線２０７Ａおよび２０７Ｂが交差する、すなわち、ディスプレイ表面の後にある。ポイント２０８は、境界または最も外側の光線の交差を表し、ディスプレイ表面の前にある。

図において、光線は、単色である、すなわち、単一の波長の光線であると仮定する。ここに示されているのは、球面収差を有する理想的でないレンズである。図２を参照すると、典型的な収差のいくつかが説明されよう。これらの収差は、レンズを絞るか、または、アパーチャを追加することによって改善されうる。本設計は、開口数（よって、利用可能なレンズ表面領域）を減らすことにより、収差補正を向上させる。本設計は、被写界深度も向上させうる。

画像を見るために必要な多数の透視図が列Ｐ内に含まれている。通常のディスプレイに注目すると、屈折レンズシートは存在せず、左右の目は、別々の画像点を見ることを強いられ、それによって立体効果が生じる。通常のディスプレイの場合、両目が収束して合焦する単一の画像点がディスプレイ上に存在する。しかしながら、裸眼立体画像ディスプレイの選択デバイスであるレンズシートのせいで、ピッチＰ２０３に含まれた斜視図は、異なる位置に屈折して両目によって見られ、これらの別々の透視図の組合せが立体画像を形成する。

裸眼立体ディスプレイに用いられるレンズシートの場合、このようなレンズシートは、単一素子である。好適な補正を実現すべく（すなわち、収差を著しく緩和すべく）、レンズシステムは、レンズ素子の複合システムを要する。これらの素子は、異なる散乱性および異なる屈折率を有するので、光の分散特性を補償し、補正画像を適切に生成する。

単一のレンズシートは、高品質の補正および収差の緩和はおそらく提供できない光学系である。収差補正は、空間におけるオブジェクトの単一の小さいはっきりした画像点を生成するレンズの能力からは逸脱しているだろう。全体として良好な光学設計は、鮮明、かつ、ディスプレイ表面からのコントラストができる限り高い画像を生成しなければならない。したがって、ある意味、本設計の光学部品は、カメラよりプロジェクタの光学部品にほぼ近い。重要な実体または測定値は「焦点深度」と呼ばれる。焦点深度は、図２のケースにおけるディスプレイ表面２０４に関して明確に決定されうる許容範囲の焦点である。

レンズシート２０１では、ディスプレイから現れる平行な光線、すなわち、光線２０６Ａおよび２０６Ｂは、ポイント２０９において厳密な合焦点を有することに留意されたい。微小凸レンズの境界端からではなく中心から出てくる光線は、２０８で厳密に合焦する。したがって、「球面収差」として説明したこの条件では、完全に鮮明な画像は生成できない。

図３に注目すると、レンズシート３０１は、個別の微小凸レンズ３０２およびピッチＰ３０３を有する。ディスプレイ表面は、表面３０４として示される。このケースでは、像面湾曲が示されている。ここでも、対象の光は単一光である。ちょうどその境界でレンズに入る軸上の平行光線は、光線３０６Ａおよび３０６Ｂとして示されている。光線３０６Ａおよび３０６Ｂは、ポイント３０８において厳密に合焦する。光線３０７Ａおよび３０７Ｂは、レンズの同じポイントに入るが、軸外に見え、双頭矢印で示される（一方３０６Ａおよび３０６Ｂは単頭矢印で示される）。そして、ポイント３０９において厳密に合焦する。レンチキュラーシートの場合、表面３１０における焦点３０９は、固定の曲率半径を有する柱面である。柱面ではなくフライアイレンズが用いられる場合は、表面３１０によって表されるような球体の一部として描写されるだろう。上述のごとく、本図は、円筒状微小凸レンズ、または、フライアイレンズの説明に役立つ。

図３のケースでは、ポイント３０８および３０９は、異なる距離にあるので、収差による像面湾曲は、画像平面３０４における有効焦点深度を制限する。これは、単一の素子では回復させるのが難しい条件である。本願明細書において支持する回復方法は、微小凸レンズが実際に絞られることにより開口数を高め、利用可能な領域を少なくする収差補正の１つである。

図４では、ピッチＰ４０３を有する個別の微小凸レンズ４０２と、ディスプレイ表面４０４とを有するレンズシート４０１が示されている。微小凸レンズの湾曲４０５が示されている。問題は、観察者が隣接する透視図を見る場合である。レンチキュラー裸眼立体ディスプレイを見るとき、図の進行または連続は、視域内で見られる。空間におけるディスプレイからの妥当な距離内では、観察者の目は、比較的制限された観測角で立体画像を見ることができる。観測角は、２、３度くらいの狭い角度であるか、または、数十度くらいの大きい角度であってよい。観察者が横に移動する、いわゆる「フリップ」が起きると、これまで中心の視域と関連していた光線は、隣の視域へと移動する。

裸眼立体ディスプレイを個別に見る場合、一次視域ゾーン、二次視域ゾーン、三次視域ゾーンなどをそれぞれ見る。ディスプレイが正しくセットアップされれば、一次視域は、軸上にあり、特定の明記できる角度範囲内にある。観察者は、横に移動した場合、微小凸レンズによって屈折した列を見る。これらの列は、微小凸レンズの直下および軸上にはないが、代わりに二次、三次などの列（実際には他の微小凸レンズの下の画像列）が微小凸レンズの直下および軸上にある。二次、三次などの列の画像は、鮮明であり、適切に補正されるはずである。本設計は、アパーチャ補正を用いてこの改良を行うことを目指す。

ラスターバリアについては、当該ラスターバリアを用いる裸眼立体ディスプレイは、より鮮明な画像を有し、画像がより「飛び出して」見える傾向にある。これは、画像がスクリーンのより深いところから現れるように見え、実際には、収差欠陥によって画像が破壊せずにスクリーンのより深いところまで行くことを意味する。さらに、これらのラスターバリアディスプレイは、より鮮明な二次、三次などの視域を有し、それら補助視域より多くの視域を実際に有し、これは重要な利点である。

ラスターバリアスクリーンおよびレンチキュラースクリーンは、光学的に交換可能なので、下にある所定のディスプレイに対して置き換えられる。ラスターバリアディスプレイは、狭い開口またはスリットを有する。ラスターバリアは、シマウマ模様のようなストライプの格子、または、ロンキー格子に似ており、これらのディスプレイは、確実な長所をもつにも関わらず、多数の透視図を有するパノラマグラムタイプのディスプレイのためには明るさが非常に低く、パターンノイズも目立つ。ラスターバリアを用いて画像を見るのは、実際にそうであるが、格子を通して画像を見ることと同様である。

図４では、よく知られた素子が示されている。レンズシート４０１、個別の微小凸レンズ４０２が示され、幅４０３は、ピッチＰによって示される微小凸レンズの幅であり、ディスプレイ表面４０４が示され、湾曲４０５は、個別の微小凸レンズの湾曲である。重要なのは、隣接する列によって画像がどのように形成されるか、である。光線４０６Ａおよび４０６Ｂが示され、これらは、上記と同様に単色あると想定され、単頭矢印によって示され、ポイント４０８で厳密に合焦している。この場合、レンズは完璧なレンズであり、収差は考えられないものと仮定する。問題は被写界深度である。二次視域を見る場合、光線４０７Ａおよび４０７Ｂは、起きていることを示す。これらの光線は、双頭矢印を有する。光線は、特定の光線に関しては二次微小凸レンズである微小凸レンズ４０２の４０９で交差する。この場合、厳密な合焦は維持されない。三次およびさらに離れた微小凸レンズに関しては、合焦状態はさらに悪くなるだろう。
アパーチャ補正設計

本設計では、材料は、微小凸レンズをコーティングし、バフ研磨によって除去される。図５は、個々の微小凸レンズ５０２を有するレンズシート５０１の断面を示す。微小凸レンズのピッチＰは５０３であり、ディスプレイ表面５０４も示されている。湾曲５０５は、微小凸レンズの湾曲表面を表す。表面には不透明材料５０６が塗布される。不透明材料は、ろう状材料か、または、これに限定されないが、ＩＮＸ色素を含む適切なマスキング材料、あるいは、他のろう状材料であってよい。

材料は、図６に示すように研磨される。図６は、レンズシート５０１として示したものと同一のレンズシートを示す。ピッチＰ６０３を有する個々の微小凸レンズ６０２と、ディスプレイ表面６０４とが示されている。湾曲６０５は、レンズシートの湾曲であるか、または、頂面であり、材料６０６は、残りの開口材料を表す。

時間の経過後（きわめて速やかに、または、材料をセットする時間をとってもよい）用いられる不透明材料のタイプに応じて、材料５０６が図５のように塗布されると、当該材料は研磨布またはモールスキンにより手で磨かれるかまたは拭かれるか、または、機械による研磨、バフ磨き、または、磨きが行われてよい。適切な圧力をかけることにより、上面が露出され、レンズシートの場合は円柱の縮小断面が形成され、フライレンズの場合は、円形の縮小断面が形成される。結果として、アパーチャが縮小する。

レンズアパーチャは、レンズシステムのさまざまなポイントに配置されてよい。レンズアパーチャは、単一のレンズの前、または、単一のレンズの後に配置されてよく、あるいは、最も効果的には、複合レンズシステムにおけるレンズの光心またはその近傍に配置されてよい。その場合、アパーチャ補正を伴うこのタイプのレンズシートの製造に関するいくつかの問題が存在する。１つは、レンズの光心またはレンズの半径がレンズシート内にあるためにアパーチャをそこに置くことが難しいまたは不可能であるということである。アパーチャは他の方法で配置されてもよいが、他の多くの方法は、難しく、費用が高く、および／または、非実用的である。ディスプレイスクリーンにおけるアパーチャの配置はピクセルおよび分解能の損失を招き、結果としてパターンノイズを有する低画質となる。

図５および６を用いて説明したように、アパーチャは、レンズの表面に配置するのが最も好ましい。このアプローチは、自己配置型である。このようなディスプレイには、何万個もの個別の微小凸レンズが存在することが多いので、微小凸レンズ同士を個別に並置させ、本願明細書中に記載される利点を提供することができるアパーチャシートの製造方法を見つけることは実質的に不可能であろう。さまざまな材料が用いられてよい。

縮小の利点が図７、８、および９に示されている。図７は、個々の微小凸レンズ７０２を有するレンズシート７０１が示され、ピッチＰ７０３、および、ディスプレイ表面７０４が示されている。レンズの上面７０５も示されている。アパーチャ縮小材料７１０が示されている。この場合、外側の光線がアパーチャと接触するので、球面収差は緩和される。単頭矢印で示される７０６Ａおよび７０６Ｂは、ポイント７０８で厳密に合焦する。双頭矢印で示される光線７０７Ａおよび７０７Ｂは、ポイント７０９で厳密に合焦点する。ここでは、光線はより平行であり、合焦点はより厳密な小さいスポットであり、合焦が改善されている。

図８は、像面湾曲の改善が示されている。レンズシート８０１は個別の微小凸レンズ８０２を有し、ピッチＰ８０３およびディスプレイ表面８０４が示され、焦点角度は最も狭い。このことは、ポイント８０８で合焦する平行な光線８０６Ａおよび８０６Ｂを見ればわかる。軸上光線８０６Ａおよび８０６Ｂは、単頭矢印によって示されている。双頭矢印によって示されている光線８０７Ａおよび８０７Ｂは、曲線８１０上のポイント８０９で合焦する。光線はさらに平行に近く、あるいは、ゆるやかな角度で焦点を形成する。したがって、それらが画像形成表面８０４を横断するにつれて画像点はより厳密で小さくなるので、像面湾曲の問題はほとんど解消される。

図９は、二次および三次視域の動作を示す。個別の微小凸レンズ９０２を有するレンズシート９０１が示され、ピッチＰ９０３、および、ディスプレイ表面９０４が示されている。湾曲９０５は、微小凸レンズの湾曲であり、不透明材料９１０がすでに塗布されてアパーチャを縮小している。単頭矢印で示される光線９０６Ａおよび９０６Ｂは、開口アパーチャのエッジの外側にある軸上の平行な光線である。光線９０６Ａおよび９０６Ｂは、ポイント９０８で合焦する。光線９０７Ａおよび９０７Ｂは、屈折して微小凸レンズ９０２における画像点９０９を形成する軸外ポイントである。光線９０７Ａおよび９０７Ｂは、双頭矢印によって示されている。光線はさらに平行に近づき、焦点はより厳密で小さいポイントなので、非主要視域を見ている観察者にはより鮮明な画像に見える。このように不透明材料を用いることにより、本設計は、レンズ素子の被写界深度（または、より適切には焦点深度）を向上させる。焦点深度を向上させることにより、非主要視域の見え方、および、球面収差と像面湾曲との補正のいずれの改善にも役立つ。

その結果、レンズシートは、品質、つまり明るさが著しく低下したものになる。このような設計は、一般的に、通常のレンズシートより明るくないが、ラスターバリアディスプレイよりはおそらくはるかに明るい。最新のフラットパネルディスプレイは、明るすぎるといってもよいので、明るさを多少犠牲にしても−明るさを１／２または１／３にしてもまだ相当明るいディスプレイを生産することができる。その結果、画像が非常に「飛び出して」見えるようになる。画像が破壊する前のオフスクリーン効果が著しく向上すると、大きい視差値が維持され、ディスプレイの視差割当量は非常に拡大する。この利点は、立体効果が非常に高まるということである。

また、二次および三次視域の鮮明度は非常に向上する。そして、実際、図９に示されるような画像形成光線はより一層平行に近いので、それらの視域の鮮明度はさらに向上するだろう。

本設計のレンズシート構成は、全体の明るさを低下させることができる。この方法は、通常のレンズシートよりは明るくないが、最新のラスターバリアディスプレイ設計よりははるかに明るくてよい。今日のフラットパネルモニタデバイスは、明るすぎるといってもよいので、本設計に関連する明るさの低下により適切な明るさの画像を表示できる。逆に、本設計は、画像を非常に「飛び出して」見えるようにさせるか、または、より魅力的な全体効果を提供できる。さらに、本設計は、画像が破壊する前のオフスクリーン効果を高めることができ、視差値をより大きくすることができる。本設計に係る裸眼立体ディスプレイの視差割当量は、著しく拡大し、深い立体効果として知られるようなものを生じることができる。二次および三次視域は、鮮明度が向上した画像を生成し、図９に示されるようなほぼ平行になる画像形成光線から生じる追加の軸外視域を提供できる。

アパーチャを縮小することにより、必然的に画質を向上させることが当業者には理解できよう。アパーチャは、製造工程において本質的に自己配置型なので、多数のアパーチャを厳密に配置せずとも縮小することができた。また、一次、二次、三次、または、他の視域の画質も非常に向上する。実際、見て楽しむことができ、画質が高い追加の視域も可能である。換言すると、全体的な立体効果が非常に拡大しかつ向上する。

本設計および例示される特定の側面は、限定の意味合いはなく、本発明の教示および利益を取り入れつつ別の構成要素を含めることもできる。本発明を特定の実施形態に関連付けて説明してきたが、本発明にはさらなる修正がなされてよい。本出願は、本発明に関係する当業者が知る範囲内で本開示から逸脱せずに、一般的に本発明の原理に従う本発明のいかなる変更、使用、または、改作も含むことが意図される。

特定の実施形態の上記説明は、他の人が現在の知識を適用することにより、一般的な概念から逸脱せずに、さまざまな用途のためのシステムおよび方法を直ちに修正および／または適合することができるのに十分な開示の一般的性質を示している。したがって、このような適合および修正は開示された実施形態の意味および範囲内である。本願明細書中で用いられた語法または用語は、説明のためのものであって、限定ではない。

Claims

裸眼立体画像選択用のレンズシートと、
前記レンズシートの微小凸レンズの表面に塗布され、圧力を印加しながら研磨することにより選択的に除去されてアパーチャ補正用に前記微小凸レンズの表面を部分的に露出させたオーバーコート不透明材料と、
を備え、
前記レンズシートと前記オーバーコート不透明材料とにより、前記レンズシートに付随する自己配置型アパーチャが提供される、
装置。
前記レンズシートは、レンチキュラースクリーンである、請求項１に記載の装置。
前記レンズシートは、フライアイレンズである、請求項１に記載の装置。
前記オーバーコート不透明材料は、前記レンズシート上に形成された個別の素子に塗布され、前記レンズシートから余分な不透明材料を拭き取ることによって、前記個別の素子から一部除去された、請求項１に記載の装置。
前記オーバーコート不透明材料は、ろう状材料から形成される、請求項１に記載の装置。
前記オーバーコート不透明材料は、International Ink Company (INX)色素材料から形成される、請求項１に記載の装置。
前記オーバーコート不透明材料は、前記レンズシートにおける個別の素子に塗布され、前記個別の素子から一部除去された、請求項１に記載の装置。
前記オーバーコート不透明材料が塗布された前記装置は、利用可能な透明レンズ表面領域を縮小する、請求項１に記載の装置。
前記オーバーコート不透明材料はバフ研磨により一部除去され、利用可能な透明レンズ表面領域により、アパーチャ補正された裸眼立体画像を示すことが可能となる、請求項７に記載の装置。
機能強化された画像選択用のレンズシートを提供する方法であって、
湾曲したレンズ表面を有する複数の微小凸レンズを有するレンズシートの前記レンズ表面に不透明オーバーコート材料を塗布する段階と、
圧力を印加しながら前記不透明オーバーコート材料を研磨して前記レンズシートの前記レンズ表面から、前記不透明オーバーコート材料の選択された部分を除去する段階と、
を備え、
前記除去する段階は、少なくとも１つの前記複数の微小凸レンズの頂面を露出し、前記複数の微小凸レンズ間に位置する前記不透明オーバーコート材料を残留させることにより、少なくとも１つの微小凸レンズについての開口数を減少させる、
方法。
前記レンズシートはレンチキュラースクリーンである、請求項１０に記載の方法。
前記レンズシートはＷｉｎｎｅｋレンズシートである、請求項１０に記載の方法。
前記レンズシートはフライアイレンズである、請求項１０に記載の方法。
前記開口数を減少させることにより、画像形成光線がほぼ平行な方向に配列されて、二次、三次および追加の軸外視域が提供されるようになる、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の方法。
前記不透明オーバーコート材料の研磨は、前記不透明オーバーコート材料の一部をバフ研磨することを含み、アパーチャ補正された裸眼立体画像を提供するレンズ表面領域を形成する請求項１０から１４のいずれか１項に記載の方法。
ディスプレイと共に用いられる自己配置型アパーチャ補正デバイスを形成する方法であって、
湾曲したレンズ表面を有する複数の微小凸レンズを有する画像選択用のレンズシートを提供する段階と、
前記レンズシートの前記レンズ表面にオーバーコート材料を塗布する段階と、
圧力を印加しながら前記オーバーコート材料を研磨して、前記オーバーコート材料の一部を少なくとも１つの微小凸レンズの前記レンズ表面から除去する段階と、
を含み、
前記除去する段階は、前記少なくとも１つの微小凸レンズの頂面を露出し、前記複数の微小凸レンズ間に位置する前記オーバーコート材料を残留させることにより、裸眼立体画像を提供するのに用いられる前記レンズシートの視域の数を増加させる、
方法。
前記提供する段階、前記塗布する段階、および、前記除去する段階により、前記レンズシートに付随する視差割り当て量が増大する、請求項１６に記載の方法。
前記レンズシートはレンチキュラースクリーンを含む、請求項１６または１７に記載の方法。
前記レンズシートはフライアイレンズを含む、請求項１６または１７に記載の方法。
前記提供する段階および前記塗布する段階により、前記少なくとも１つの微小凸レンズの開口数が減少し、画像形成光線がほぼ平行な方向に配列されるようになる、請求項１６から１９のいずれか１項に記載の方法。
前記オーバーコート材料の研磨は、前記オーバーコート材料をバフ研磨することを含み、アパーチャ補正された裸眼立体画像を提供する前記少なくとも１つの微小凸レンズの表面領域を形成する、請求項１６から２０のいずれか１項に記載の方法。
前記レンズシートを介して前記ディスプレイから投影される画像を観察者が見るための視域の数を増やし、さらに、前記ディスプレイおよび前記レンズシートの鮮明度および視差割当量を向上させる、請求項１６から２１のいずれか１項に記載の方法。