JP2011514980A - 自動立体視（ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ）表示装置 - Google Patents

自動立体視（ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ）表示装置 Download PDF

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Abstract

本自動立体視表示装置は、異なる輝度不均一性及びクロストーク表示特性を示す複数の動作モードを持つ。本装置は、表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段であって、表示ピクセルが不透明なマトリックスによって空間的に定められている画像形成手段、及び、画像形成手段に位置を合わせて配置され、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持ち、それによって自動立体視作像を可能にするビュー形成手段であって、焦点調節力が電気的に切替可能であるビュー形成手段を有する。本装置はさらに、複数のビューのためのビデオデータによって画像形成手段を駆動し、不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の極小値に実質的に対応する第１の値と第２の値との間でビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置される駆動手段を有する。

Description

本発明は、画像形成手段(例えば表示ピクセルのアレイを有する表示パネル)及びビュー形成手段を有する自動立体視表示装置に関する。ビュー形成手段は、画像形成要素の上に配置されるレンチキュラレンズのアレイであることができ、そのレンチキュラレンズのアレイを通して、表示ピクセルが観察される。本発明はさらに、自動立体視表示装置を駆動する方法に関する。
既知の自動立体視表示装置がGB 2196166 A中に記載される。この既知の装置は、表示を生成するための画像形成手段として機能する表示ピクセルのロウ及びカラムアレイを持つ二次元放射液晶表示パネルを有する。互いに平行して伸びる細長いレンチキュラレンズのアレイが、表示ピクセルアレイの上に横たわり、ビュー形成手段としての機能を果たす。表示ピクセルからの出力はこれらのレンチキュラレンズを通して投射されて、レンチキュラレンズは出力の方向を変更するように機能する。
レンチキュラレンズは素子のシートとして提供されて、それぞれの素子は細長い半円柱状のレンズ素子からなる。レンチキュラレンズは表示パネルのカラム方向に伸び、各々のレンチキュラレンズは、表示ピクセルの２つかそれ以上の隣り合うカラムのそれぞれのグループの上に重なる。
例えば各々のレンチキュラレンズが表示ピクセルの２つのカラムに関連付けられる配置において、各々のカラム中の表示ピクセルは、それぞれの二次元副画像の垂直スライスを提供する。レンチキュラシートは、これらの２つのスライス及び他のレンチキュラレンズと関連した表示ピクセルカラムからの対応するスライスを、シートの前方に配置されるユーザの左及び右の目に投射し、それによってユーザは一つの立体画像を観察する。
他の配置において、各々のレンチキュラレンズは、ロウ方向の３つかそれ以上の隣り合う表示ピクセルのグループと関連付けられる。各々のグループ中の表示ピクセルの対応するカラムは、それぞれの二次元副画像からの垂直スライスを提供するために適切に配置される。ユーザの頭が左から右に動くと、一連の連続した異なる立体視ビューが観察され、例えば見回したような印象を与える。
上記した自動立体視表示装置は、良好なレベルの輝度を持つ表示を生成する。しかしながら、この装置に関する問題は、レンチキュラシートによって投射されるビューが、表示ピクセルアレイを一般的に定める非放射の黒いマトリックスの「結像(imaging)」によって引き起こされる暗帯によって分離されることである。これらの暗帯は、ディスプレイ全体に間隔を置いて配置される暗い垂直な帯状の輝度むらとして、ユーザによって容易に観察される。この帯は、ユーザが左から右に動くとディスプレイを横切って動き、この帯のピッチは、ユーザがディスプレイに向って動くか又はディスプレイから遠ざかると変化する。
この不均一性の大きさを低減するために複数のアプローチが提案された。例えば、不均一性の大きさは、表示ピクセルアレイのカラム方向に対して鋭角にレンチキュラレンズを傾斜させる既知の技術によって低減されることができる。しかしながら、黒いマトリックスを結像することによって導入される強度変調度を、1%以下に低減することは依然として難しく、そのレベルでも、不均一性は、ユーザにとって知覚可能であり気を散らす。
不均一性の大きさを低減するための他のアプローチは、いわゆるフラクショナル・ビュー(fractional view)配置であり、このアプローチは、WO 2006/117707 A2に詳細に記載されている。フラクショナル・ビュー配置を持つ装置は、傾斜するレンチキュラレンズのピッチが、表示ピクセルのピッチの整数倍(すなわちカラーディスプレイにおけるサブピクセルピッチ)に等しくなく、連続するレンチキュラレンズの下のピクセルが、水平方向に交互に配置される点において特徴づけられる。結果として、連続するレンズは、異なる量の黒いマトリックスを同時に投射し、位相が相互にシフトされた強度変調をもたらす。全強度の第１高調波は相殺して、非常に小さい強度不均一効果を残す。このアプローチによれば、黒いマトリックスを結像することによって導入される強度変調度は、1%をはるかに下回って低減されることができる。
上記した装置において黒いマトリックスを結像することによって導入される強度変調度は、さらに、レンチキュラレンズの焦点調節力の関数として変化することが見出された。一般に、焦点距離を増加させることによって装置中のレンズの焦点をずらすことで、黒いマトリックスを結像することによって導入される強度変調度が減少する。しかしながら、レンズの焦点をずらすことは、レンチキュラシートによって投射されるビュー間のクロストークをも生じさせ、これは、ユーザによって知覚される三次元効果にとって有害である。
本発明の第１の態様によれば、自動立体視表示装置が提供され、当該装置は、
-表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段であって、表示ピクセルが不透明なマトリックスによって空間的に定められる画像形成手段、
-画像形成手段に位置を合わせて配置され、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持ち、それによって自動立体視作像を可能にするビュー形成手段であって、焦点調節力が電気的に切替可能であるビュー形成手段、及び
-複数のビューのためのビデオデータによって画像形成手段を駆動し、不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の極小値に実質的に対応する第１の値と第２の値との間でビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置される駆動手段、を有する。
ビュー形成手段の焦点調節力と黒いマトリックスを結像することによって導入される強度変調度との間の関係は非線形であることが分かっており、(例えば、ビュー形成手段を定めているレンズ素子の焦点距離を増加させることによって)焦点調節力が低減されるにつれて変調度は連続的により小さな極小値を示す。これらの極小値に対応する値の間でビュー形成手段の焦点調節力を切り替えることによって、複数の表示モードが提供されることができ、各々のモードは、不透明なマトリックスを結像することによって導入される異なる強度変調度及び異なる量のビュー間のクロストークを示す。
特に、本装置は、ビュー形成手段の焦点調節力がそれぞれ第１及び第２の値に切り替えられる第１及び第２表示モードを提供することができる。
第１モードにおいて、ビュー形成手段の焦点調節力は、強度変調度の第１極小値に対応する第１の値に切り替えられ、この焦点調節力は、ビュー形成手段の焦点面が表示ピクセルアレイの面と一致する焦点調節力に近い(但しそれより僅かに小さい)。この第１モードは、比較的大きな強度変調度を犠牲にして、ビュー間の小さいクロストークを提供することができる。
第２モードにおいて、ビュー形成手段の焦点調節力は、強度変調度の第２の(より小さい)極小値に対応する第２のより小さい値に(例えばビュー形成手段を定めるレンズ素子の焦点距離を増加させることによって)切り替えられる。この第２モードは、ビュー間のより大きなクロストークを犠牲にして、より小さい強度変調度を提供することができる。
第１モードは、例えば、広告アプリケーション又は大量の「深さ」を持つビデオシーケンスのような、非常に良好な三次元性能が必要とされる場合に適している。第２モードは、例えば、小量の「深さ」を持つビデオシーケンス又は静止画像のような、画質がより重要である場合に適している。
画像形成手段は、放射型ディスプレイを生成するためのバックライトを有する液晶表示パネルであることができる。
ビュー形成素子のアレイは、透過スリットのアレイを持つバリア層として機能するように構成可能であり、その場合、焦点調節力は、スリットの幅を変更することによって切り替えられる。
別の態様では、ビュー形成手段は、電気的に切替可能な焦点調節力によって、表示ピクセルからの出力の方向を変更するためのレンズとして機能することが可能な素子のアレイの形をとることができる。
例えば、第１のグループの実施の形態において、ビュー形成手段は、直列に配置される複数のビュー形成ユニットを有し、ビュー形成ユニットのうちの少なくとも１つは、電極層を持つ透明基板間のレンズ素子のアレイとして形成される電気光学材料(例えば配向された液晶材料)を有する。基板のうちの１つは、電気光学材料のレンズの形を提供するように輪郭を描かれる。
電気光学材料の屈折率は、ユニットの光出力方向変更機能を維持する又は解消するために、選択的な電場の印加によって切替可能である。その場合、駆動手段は、ビュー形成ユニットの電気光学材料に電場を選択的に印加することによってビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置される。
駆動手段は、光出力方向変更機能が維持されるビュー形成ユニットのうちの選択された一つを変えることによって、及び/又は、光出力方向変更機能が同時に維持されるビュー形成ユニットの数を変えることによってビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置されることができる。後者の場合、ビュー形成手段の焦点調節力は、ビュー形成ユニットの複合効果によって定められる。
駆動手段はさらに、光がその方向のいかなる変更をも伴わずにビュー形成手段を通過するように、いずれのビュー形成ユニットの光出力方向変更機能をも維持しないことによって二次元動作モードを提供するように配置されることができる。この場合、駆動手段は、一つのビューのための従来のビデオデータによって画像形成手段を駆動するように配置される。
第２のグループの実施の形態において、ビュー形成手段は、直列に配置されるビュー形成ユニット及び切替可能な光拡散器を有し、ビュー形成ユニットは、表示ピクセルからの出力の方向を変更するためのレンズのアレイとして機能するように構成されるか又はそのように構成可能であり、切替可能な光拡散器は、選択可能にビーム拡散機能を実行するように配置され、駆動手段は、切替可能な光拡散器のビーム拡散機能を選択的に活性化することによってビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置される。
第３のグループの実施の形態において、ビュー形成手段は、電極層を持つ透明な基板間に配置された電気光学材料(例えば配向された液晶材料)を有し、電極層のうちの少なくとも１つは、レンズとして機能する配向を誘導するために電気光学材料に電場を印加するための個別にアドレス指定可能な電極のアレイを有する。その場合、駆動手段は、個別にアドレス指定可能な電極に電位を選択的に与えることによって、ビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置される。そのような配置によって定められるレンズは、いわゆるグレーテッドインデックス(GRIN)レンズとして知られている。
駆動手段は、電位を持つ隣り合う電極間の距離が変更されるように、個別にアドレス指定可能な電極のうちの異なる電極に選択的に電位を与えることによって、ビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置されることができる。
駆動手段はさらに、個別にアドレス指定可能な電極のいずれにも電位を与えないか又はそれら全てに電位を与えることによって、二次元動作モードを提供するように配置されることができる。
自動立体視表示装置のいくつかの実施の形態において、ビュー形成手段は、表示ピクセルのカラム方向に対して鋭角に配置される細長いレンチキュラレンズ(すなわち、いわゆるスラント・レンチキュラ・レンズ(slanted lenticular lens))のアレイとして機能するように構成可能である。
この場合には、自動立体視表示装置はさらに、WO 2006/117707A2に記載されるような、いわゆるフラクショナル・ビュー配置を持つことができる。そのような配置は、細長いレンチキュラレンズの中心軸及びカラム方向における前記表示ピクセルの中心線が、ディスプレイの少なくとも一部に対するそれらの交差点において交差部を規定し、特定の中心線における前記交差部の位置は、表示ピクセルピッチ単位での中心線における第１の交差部に対する位置を示す位置番号によって決定され、前記位置番号の各々は、正又は負の整数番号と、ゼロ以上で１より小さい分数の位置番号との合計であり、前記特定の中心線における全ての交差部は、複数のk個のセットに分布し、各々のセットは、0, 1/k, 2/k, ..., (k-1)/k（k>0）の範囲の分数の位置番号を持ち、前記中心線のための、前記分数部分の全数に対する前記分数部分の異なるセットの寄与はほぼ等しいことを特徴とする。kの値は、例えば、2、3又は4であることができる。
自動立体視表示装置の実施の形態において、駆動手段は、ビュー形成手段の焦点調節力を時間的に変化させるように配置され、つまり、ビュー形成手段の焦点調節力は、ビデオのシーケンスに対してフレーム毎に変化する。
その代わりに又は付加的に、駆動手段は、ビュー形成手段の焦点調節力を空間的に変化させるように配置されることができ、つまり、ビュー形成手段の焦点調節力は、ビデオデータのシーケンスの各々のフレーム内で変化する。
駆動手段は、ビデオデータを表示するためのビュー形成手段の焦点調節力を示すビデオデータの成分を受信して復号するための手段をさらに有することができる。この場合には、ビュー形成手段の焦点調節力は、ビデオデータの専用の成分に従って決定されて、あらかじめ設定されていることができる。
別の態様では、駆動手段は、ビデオデータを分析し、その分析に基づいて、ビデオデータを表示するためのビュー形成手段の焦点調節力を決定するための手段をさらに有することができる。この場合には、ビュー形成手段の焦点調節力は、コンテンツ(例えばデータの深さマップ成分)に基づいて、動的に決定される。
もちろん、代わりとして、ビュー形成手段の焦点調節力は単に、視聴の好みに基づいてユーザによる手動選択によって決定されることができる。
本発明の別の態様では、自動立体視表示装置の動作方法が提供され、当該装置は、
-表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段であって、表示ピクセルが不透明なマトリックスによって空間的に定められる画像形成手段、及び
-画像形成手段に位置を合わせて配置され、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持ち、それによって自動立体視作像を可能にするビュー形成手段であって、焦点調節力が電気的に切替可能であるビュー形成手段、
を有し、当該方法は、
-複数のビューのための第１ビデオデータによって画像形成手段を駆動し、同時に、ビュー形成手段の焦点調節力を、不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の第１極小値に実質的に対応する第１の値となるように制御し、
-複数のビューのための第２ビデオデータによって画像形成手段を駆動し、同時に、ビュー形成手段の焦点調節力を、不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の第２極小値に実質的に対応する第２の値となるように制御する。
本発明の更に別の態様によれば、自動立体視表示装置のためのビデオデータを分析する方法が提供され、当該装置は、
-表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段であって、表示ピクセルが不透明なマトリックスによって空間的に定められる画像形成手段、及び
-画像形成手段に位置を合わせて配置され、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持ち、それによって自動立体視作像を可能にするビュー形成手段であって、焦点調節力が電気的に切替可能であるビュー形成手段、
を有し、当該方法は、ビデオデータを分析し、その分析に基づいて、ビデオデータを表示するためのビュー形成手段の焦点調節力を決定する。
本発明はさらに、コンピュータ上で実行されるときに上述の方法の全てのステップを実行するためのコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラムを提供する。本発明は、本発明の方法のステップを実行するためのコンピュータプログラム製品の形であることができる。
本発明の実施の形態は、純粋に一例として、添付の図面を参照して以下に説明される。
既知の自動立体視表示装置の概略斜視図。 図1に示される表示装置の概略断面図。 他の既知の自動立体視表示装置の動作を説明するための図。 他の既知の自動立体視表示装置の動作を説明するための図。 他の既知の自動立体視表示装置の動作を説明するための図。 ２つの既知の自動立体視表示装置におけるレンズ径に対してプロットされた輝度不均一性のシミュレートされた強度を示すグラフ。 本発明による自動立体視表示装置の概略斜視図。 図5に示される表示装置の要素の概略断面図。 図6に示される要素の動作を説明するための図。 図6に示される要素の動作を説明するための図。 図6に示される要素の他の配置の動作を説明するための概略断面図。 図6に示される要素の他の配置の動作を説明するための概略断面図。 図8a及び8bに示される要素の他の配置の概略断面図。
本発明は、画像形成手段及びビュー形成手段を持つタイプのマルチビュー自動立体視表示装置を提供する。この装置はさらに、複数のビューのためのビデオデータによって画像形成手段を駆動するように配置される駆動手段を持つ。
画像形成手段は、表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持ち、表示ピクセルは、不透明なマトリックスによって空間的に定められる。
ビュー形成手段は、画像形成手段に位置を合わせて配置されて、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持つ。ビュー形成手段の焦点調節力は、電気的に切替可能である。
駆動手段は、さらに、不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の極小値に実質的に対応する第１及び第２の値の間でビュー形成手段の焦点調節力を切り替えるように配置される。このようにして、異なる三次元表示モードが提供される。
図1は、既知のマルチビュー自動立体視表示装置1の概略斜視図である。既知の装置1は、表示を生成する画像形成手段として動くアクティブマトリックス形式の液晶表示パネル3を有する。
表示パネル3は、ロウ及びカラムで配置される表示ピクセル5の直交するアレイを持つ。明確にするため、少数の表示ピクセル5のみが図に示される。実際には、表示パネル3は、約千のロウ及び数千のカラムの表示ピクセル5を有する場合がある。
液晶表示パネル3の構造は、完全に従来通りである。特に、パネル3は、一組の間隔を置いて配置された透明なガラス基板を有し、その間に、整列したツイステッドネマチック又は他の液晶材料が提供される。基板は、それらの対向面上に透明なインジウムスズ酸化物(ITO)電極のパターンを担持する。偏光層も基板の外側表面に提供される。
各々の表示ピクセル5は、基板上の対向する電極を有し、それらの間に液晶材料がある。表示ピクセル5の形状及びレイアウトは、電極及びパネル3の前面に設けられた黒いマトリックス配置の形状及びレイアウトによって決定される。表示ピクセル5は、ギャップによって互いから整然と間隔を置いて配置される。
各々の表示ピクセル5は、スイッチング素子(例えば薄膜トランジスタ(TFT)又は薄膜ダイオード(TFD))に結合している。表示ピクセルは、アドレス指定信号をスイッチング素子に提供することによって、表示を生成するように動作し、適切なアドレシング法は当業者に知られている。
表示パネル3は、この場合には、表示ピクセルアレイの領域上に広がる平面バックライトからなる光源7によって照らされる。光源7からの光は表示パネル3を通して導かれ、個々の表示ピクセル5は、光を変調して表示を生成するように駆動される。
表示装置1はさらに、表示パネル3の表示側に配置されるレンチキュラシート9を有し、このレンチキュラシート9は、ビュー形成機能を実行する。レンチキュラシート9は、互いに平行して延在するレンチキュラレンズ11のロウを有し、明確性のために、そのうちの一つのみが誇張された大きさで示される。レンチキュラレンズ11は、ビュー形成機能を実行するビュー形成素子としての機能を果たす。
レンチキュラレンズ11は凸形の円柱状素子の形であり、それらは、表示パネル3から表示装置1の前にいるユーザの目へと異なる画像又はビューを提供する光出力指向手段として作用する。
図1に示される自動立体視表示装置1は、異なる方向にいくつかの異なる遠近ビュー(perspective view)を提供することが可能である。特に、各々のレンチキュラレンズ11は、各々のロウで表示ピクセル5の小さなグループの上に横たわる。レンチキュラ素子11は、いくつかの異なるビューを形成するように、グループの各々の表示ピクセル5を異なる方向に投射する。ユーザの頭が左から右に移動すると、ユーザの目はいくつかのビューのうちの異なるものを順に受け取る。
図2は、上述のようなレンチキュラ型イメージング配置の動作原理を示し、光源7、表示パネル3及びレンチキュラシート9を示す。この配置は、異なる方向に各々投射される３つのビューを提供する。表示パネル3の各々のピクセルは、一つの特定のビューのための情報によって駆動される。
上記した自動立体視表示装置は、良好なレベルの輝度を持つ表示を生成する。しかしながら、この装置に関連した問題は、レンチキュラシートによって投射されるビューが、表示ピクセルアレイを一般的に定める非放射の黒いマトリックスの結像によって引き起こされる暗帯によって分離されることである。これらの暗帯は、表示全体に間隔を置いて配置される暗い垂直な帯状の輝度不均一性として、ユーザによって容易に観察される。この帯は、ユーザが左から右に動くとディスプレイを横切り、この帯のピッチは、ユーザがディスプレイに向って動くか又はディスプレイから遠ざかると変化する。この帯は、特に、モバイルアプリケーションのために設計される高解像度ディスプレイのような、黒いマトリックスとしての表示領域が大きな比率を持つ装置において問題である。
複数のアプローチが、不均一性の振幅を低減するために提案された。例えば、不均一性の振幅は、表示ピクセルアレイのカラム方向に対して鋭角でレンチキュラレンズを傾斜させる周知の技術によって低減されることができる。しかしながら、黒いマトリックスを結像することによって導入される強度変調度を、1%以下に低減することは依然として難しく、そのレベルでも、不均一性は、ユーザにとって知覚可能であり気を散らす。
不均一性の大きさを低減するための他のアプローチは、いわゆるフラクショナル・ビュー(fractional view)配置であり、このアプローチは、WO 2006/117707 A2に詳細に記載されている。フラクショナル・ビュー配置を有する自動立体視表示装置は、図3a, 3b及び3cを参照して説明される。
フラクショナル・ビュー配置を持つ装置は、傾斜するレンチキュラレンズのピッチPが、表示ピクセルのピッチpの整数倍(すなわちカラーディスプレイにおけるサブピクセルピッチ)に等しくなく、連続するレンチキュラレンズの下のピクセルが、水平方向に交互に配置される点において特徴づけられる。
図3aにおいて、"4.5ビュー"配置を持つ表示装置が示され、この配置では、レンチキュラレンズのピッチPが、ピクセル(又はサブピクセル)ピッチpの4.5倍に等しい。そのようなディスプレイに対して、２つのクラスのレンズが特定されることができる。
第１クラスのレンズは、「奇数」レンズとして知られ、それらの傾斜するレンズ軸15によって図において特定され、距離(n x p)(nは整数)によってレンズ軸から間隔を置いて配置されているピクセルの中心によって特徴づけられる。第２クラスのレンズは、「偶数」レンズとして知られ、それらの傾斜するレンズ軸17によって図において特定され、距離((n+0.5) x p)(nは整数)によってレンズ軸から間隔を置いて配置されているピクセルの中心によって特徴づけられる。
この２つのクラスのレンズ15, 17は、図に示されるようなそれぞれの強度分布19,21を生じさせて、各々の強度分布は、(フラクショナル・ビュー配置を持たない)傾斜するレンチキュラレンズを有する従来の自動立体視表示装置の変調度に非常に類似した変調度を持つ。強度分布19、21は、極大及び極小が発生する角度が、それらの位相が相互に相殺されるように入れ替わるという点で、互いと異なる。結果として、全強度の第１高調波は相殺して、図3a中の強度分布23として示される非常に小さい強度不均一性効果を残す。
ユーザが図3aに示されるフラクショナル・ビュー配置を観察する態様は、図3b及び3cを特に参照して説明される。
図3bは、表示装置13を観察しているユーザ25の概略平面図である。実際には、ユーザ25が左から右に表示装置を観察する場合、個々のレンチキュラレンズが異なる角度(j, j+1, ...)で観察されるように、ユーザは角度をスキャンする。ユーザによって観察される第１レンズは、偶数タイプのレンズ17であり、角度jで強度A(j)によって観察される。ユーザによって観察される第２レンズは奇数タイプのレンズ15であり、角度(j + 1)で強度B(j + 1)によって観察される。したがって、ユーザによって観察される強度のシーケンスは、A(j), B(j + 1), A(j + 2), B(j + 3)...である。
ユーザによって観察される強度は、図3cにおいて視野角に対してプロットされる。この図は、個々の寄与の変調度と同じ変調を有する高周波数変調を示す。この変調は、lens-to-lens変調として知られ、非常に小さなスケールで発生するので、上記の輝度不均一性より目立たない傾向がある。
さらに、図3cに示される変調は、図3aに示される合計された強度分布23と同じ平均値を持つ。この合計された強度分布23は、図3aに示される別々の強度分布19, 21よりも大きな空間周波数と、より重要なことには、より小さい変調度とを持つ。
この発明の目的のために、フラクショナル・ビュー配置がWO2006/117707に沿って定められ、この配置において、細長いレンチキュラレンズの中心軸及びカラム方向における表示ピクセルの中心線が、ディスプレイの少なくとも一部に対するそれらの交差点において交差部を規定し、特定の中心線における前記交差部の位置は、表示ピクセルピッチ単位での中心線における第１の交差部に対する位置を示す位置番号によって決定され、前記位置番号の各々は、正又は負の整数番号と、ゼロ以上で１より小さい分数の位置番号との合計であり、前記特定の中心線における全ての交差部は、複数のk個のセットに分布し、各々のセットは、0, 1/k, 2/k, ..., (k-1)/k（k>0）の範囲の分数の位置番号を持ち、前記中心線のための、前記分数部分の全数に対する前記分数部分の異なるセットの寄与はほぼ等しい。kの値は、例えば、２、３又は４であることができる。
レンチキュラレンズを傾斜させてフラクショナル・ビュー配置を提供する技術は、黒いマトリックスを結像することによって引き起こされた知覚される輝度不均一性を低減するために役立つが、レンチキュラレンズの焦点をずらすことによって、さらに有意な低減が達成されることができる。しかしながら、これらの更なる低減は、ビュー間のクロストークを導入することを代償にして、知覚される装置の三次元性能にとって有害である。このクロストークは一般に、レンチキュラレンズが焦点をずらされるにつれて増加する。
図4は、２つの既知の自動立体視表示装置において、レンズ径に対してプロットされた、黒いマトリックスの結像によって引き起こされるシミュレートされた強度変調度を示すグラフである。ここで、レンズ径は、焦点調節力の測度として用いられる(レンズ径と焦点調整力は反比例関係を持つ)。図にプロットされる値は、レンチキュラ・ジオメトリーを通した光線追跡による数値シミュレーションを実行することによって得られた。
強度変調度が図4にプロットされる第１の既知の装置は、arctan(1/3)のスラント角度を持つレンチキュラレンズを有する「5ビュー」装置である。強度変調が図4にプロットされる第２の既知の装置は、図3a〜3bを参照して上記で説明されたフラクショナル・ビュー配置を持つ「4.5ビュー」装置である。
両方の装置にとって、183ミクロンのレンズ径が、表示ピクセルアレイの面と一致する焦点面を提供する(すなわち完全なフォーカス)。このレンズ径において、強度変調度は最大である。レンズ径を増加させること(そしてそれによって焦点調節力を低減すること)によってレンズが焦点をずらされるにつれて、強度変調度は低下して、一連の減少していく極小値によって特徴づけられる。
例えば、「4.5ビュー」装置では、これらの極小値は、198ミクロン、228ミクロン及び263ミクロンのレンズ径に対応する。これらのレンズ径のうち、198ミクロンが、焦点面が表示ピクセルアレイの面と一致するレンズ径に最も近く、したがって、最小量のビュー間のクロストークをもたらす。263ミクロンのレンズ径が最も小さい強度変調度を提供するが、より大きなクロストークを代償にする。lens-to-lens変調も、３つのレンズ径に対して異なる。
したがって、装置のレンズ径を選択する際に、小さい強度変調度とビュー間の小さいクロストークとの望ましい特性間にはトレードオフが存在することが分かる。
本発明は、このトレードオフを認識して、さらに、それぞれの極小値に対応するレンズ径が異なる表示アプリケーションに適しているという事実を認識する。例えば、「4.5のビュー」装置では、例えば、広告アプリケーション又は大量の「深さ」を持つビデオシーケンスのような、良好な三次元性能(すなわち小さいクロストーク)が必要とされる場合、198ミクロンのレンズ径が適切である。他方では、例えば、小量の「深さ」を持つビデオシーケンス又は静止画像のような、画質がより重要である場合(すなわち小さい強度変調度)、263ミクロンのレンズ径が適切である。
したがって、本発明は、ビュー形成手段の焦点調節力が上記した極小値に対応する値の間で切替可能であり、それによって異なるアプリケーションに適した表示モードを提供する自動立体視表示装置を提供する。本発明による装置が図5を参照して説明される。
図を参照して、本発明による自動立体視表示装置101は、一般的な構造において、図1及び2に示される既知の装置1と同様である。したがって、装置101は、画像形成機能を実行する表示パネル103、表示パネル103のための光源107、及び、ビュー形成機能を実行するレンチキュラシート109を有する。特に、表示パネル103及び光源107は、図1を参照して上述されたものと同一である。
本発明による装置101は、レンチキュラシート109のレンチキュラレンズ111が電気的に切替可能な焦点調節力(又は有効レンズ径)を持つという点で、図1及び2に示される装置と異なる。これは、強度変調度極小値に対応する異なる表示モード間で装置が切り替えられることを可能にする。明確にするために図には示されていないが、レンチキュラレンズ111は、表示パネル103のカラム方向に対して鋭角に傾斜しており、図3a, 3b及び3cを参照して説明されたフラクショナル・ビュー配置を持つ。
さらに、本発明による装置101は、ビューのためのビデオデータによって表示パネル103を駆動するため、及び、後述するように、切替可能な焦点調節力を有するレンチキュラレンズ111を駆動するための両方のために配置される駆動手段117を有する。
切替可能な焦点調節力を持つレンズ111を有するレンチキュラシート109がより詳細に説明される。図6を参照して、レンチキュラシート109は、直列に配置されて、表示パネル103の領域全体を各々が覆う一組のビュー形成ユニット119を有する。
各々のユニット119は一組のガラス板121を有し、それらの対向する面は、インジウムスズ酸化物(ITO)で形成される透明な電極123を備えている。例えば、既知の複製技術によって形成されるレンズ構造125が、ガラス板121の間に設けられている。ユニット119のレンズ構造125は、異なるレンズ径を持つ。
各々のユニット119の中で、それらの間に空間を定めるレンズ構造125の表面及びガラス板121のうちの一方の表面は、ポリイミドで形成される配向層を備えている(図示せず)。この空間は、ポリイミド層の影響を受けて整列し、そして電場の影響を受けて変化する屈折率を持つ液晶材料127によって満たされる。
レンチキュラシート109の使用中に、駆動手段117は、ビュー形成ユニット119の各々の電極123に電圧を選択的に印加するために用いられる。各々のユニットの第１の駆動状態において、液晶材料127の屈折率は、レンズ構造125の屈折率に一致し、そしてユニット199は、透過光の方向に対する全体的効果を持たないか、又は無視できる程度の効果を持つ。この状態は、ユニット119のうちの１つに対して、図7bに示される。
各々のユニットの第２の駆動状態において、液晶材料127の屈折率はレンズ構造125の屈折率より高く、そしてユニット199は、透過光の方向を変更するために、レンズのアレイとして機能する。この状態は、ユニット119のうちの１つに対して、図7aに示される。
三次元表示を生成するために、ユニット119のうちの一方が(レンズ機能を提供しない)第１の駆動状態にあり、そしてユニット119の他方が(レンズ機能を提供する)第２の駆動状態にあるように、ビュー形成ユニット119は駆動される。ユニット119のレンズ構造125が異なるレンズ径を持つので、第１の駆動状態を持つユニット119の選択は、特定のレンズ径(すなわち焦点調節力)を選択する役目をする。この例において、ビュー形成ユニット119のレンズ径は、図4に示される極小値に対応する表示モードのための適切な焦点調節力を提供することができる。
装置101の駆動手段117は、さらに、二次元動作モードを提供するように配置される。このモードは、両方のビュー形成ユニット119を、いずれもレンズ機能を提供しないように第１の駆動状態で駆動することによって得られる。このモードにおいて、表示パネル103は、最高の解像度によって表示される通常の二次元ビデオデータによって駆動されることができる。
図6, 7a及び7bに示されるビュー形成ユニット119として用いるために適した配置の構造及び動作は、US6069650においてより詳細に記載される。
図8a及び8bは、本発明による装置101のレンチキュラシート109のための他の配置を示す。この他の配置は、いわゆるグレーテッドインデックス(GRIN)レンズを用い、その構造及び一般的な動作は、WO2007/072330A1に記載される。
この他の配置は、対向する面上に電極層133を持つ一組のガラス板129の間にはさみ込まれる液晶材料131で形成される液晶セルを有する。
電極層133は、例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)で形成される個別にアドレス指定可能な透明な電極構造を持つ。それらの間に空間を定めるガラス板129の表面は、さらに、液晶材料131を配向させるためのポリイミドで形成される配向層を備えている(図示せず)。
この他の配置の使用において、駆動手段117は、電極133のうちの選択されたものに電圧を印加するために用いられる。結果として生じる電場の存在下で、液晶分子は、図8a及び8bに示される配向を呈する。この配置を透過する光は、この配置がレンズ機能を提供するように、異なる屈折率を持つ液晶材料131の領域を通過する。
電圧が印加される電極構造133の間に直接配置される液晶材料131の比較的小さな領域はレンズ機能を提供せず、すなわちグレーデッドインデックスは存在せず、図に示されるように、この領域は、ガラス板129のうちの一方の上に形成されるマスク層135によってマスクされる。
図8a及び8bに示される配置のレンズ機能は、以下の式によって近似される。
Figure 2011514980
ここで、fはレンズの焦点距離、Pはレンズのピッチ、dはセルギャップ、ne及びnoはそれぞれ異常光線屈折率及び常光線屈折率である。
上記の式に基づいて、焦点調節力は、レンズの有効ピッチを変えることによって変更されうることが分かる。これは、電圧が印加される電極領域を、それらの間の距離が低減されるように、有効に拡張することによって達成されることができる。
図8a及び8bにおいて、対で配置される４つの電極からなる電極パターン133が、各々のガラス板129上に設けられる。図8aは、電圧が各々のペアの電極のうちの一方（特に、各々のペアの左又は右手側の電極）を用いて印加される場合の液晶材料131の配向を示す。この場合には、上記の式によって定められるように、レンズは比較的大きな有効ピッチを持ち、したがって比較的大きな焦点距離を持つ。図8bは、各々のペアの電極の両方を用いて電圧が印加される場合の液晶材料131の配向を示す。この場合には、上記の式によって定められるように、レンズはより小さな有効ピッチを持ち、したがってより小さな焦点距離を持つ。
個別にアドレス指定可能な電極133のうちの異なる電極に電圧を選択的に印加することによって、異なる三次元表示モードを提供するために、異なる焦点調節力を有する配置が得られることができる。
この配置がレンズ機能を透過光に提供しないように電極構造から電圧を完全に除去することによって、二次元表示モードも得られることができる。
図8cは、他の配置の概略断面図である。この配置では、各々のレンズを定める電極のうちの１つは、他の電極に印加される電圧より大きい追加の異なる電圧(V3)を供給される。このようにして、マスキング層135が必要とされないように、対向するガラス板129の上に形成される電極間の電界分布が乱されることができる。適切な電極サイズ、位置及び電圧は、実験によって個々の配置に対して決定されることができる。
本発明の好ましい実施の形態が上で説明された。しかしながら、さまざまな変更及び改造が本発明の範囲内において行われ得ることが当業者によって理解される。
例えば、切替可能な焦点調節力を有するレンチキュラシートのための３つの配置が説明されたが、他の配置も可能である。特に、切替可能な焦点調節力を有するレンチキュラシートは、以下の実施態様のうちの１つを採ることができる。
(i)図6に示されるように直列に配置された、各々が切替可能なレンズ機能を提供する２つのビュー形成ユニット。これらのユニットは、上述のように、異なるレンズ径を持つレンズとして機能するか、あるいは、同じレンズ径を持つレンズとして機能することができ、その場合には、それらがそれぞれ提供するデフォーカス効果(又は焦点調節力)は、焦点面からのそれらの離隔距離に依存して変化する。
(ii)直列に配置された、固定のレンズ機能を提供する一つのビュー形成ユニット及び切替可能なレンズ機能を提供する一つのビュー形成ユニット。この場合には、固定のユニットが単独で一つの表示モードのために十分な焦点調節力を提供し、切替可能なユニットが選択的に、他の表示モードのための追加の焦点調節力を提供する。
(iii)直列に配置された、固定のレンズ機能を提供する一つのビュー形成ユニット及び切替可能な光拡散素子。この場合には、固定のユニットが単独で一つの表示モードのために十分な焦点調節力を提供し、切替可能な拡散素子が選択的に、デフォーカス機能又はビーム拡散機能を提供する。切替可能な光拡散素子は当業者に知られている。
(iv)直列に配置された、切替可能なレンズ機能を提供する一つのビュー形成ユニット及び切替可能な光拡散素子。
(v)図8a, 8b及び8cに示されるような、グレーテッドインデックス（GRIN）レンズ配置。
レンチキュラシートはさらに、他の手段によって、例えば液晶セルの材料の屈折率の電気的に切替可能な差を用いることによって、実現されうることが想定される。
上記したレンチキュラシートは、液晶セルを有する。しかしながら、他の電気光学材料も、それらの屈折率が電場の印加又は他の外的影響によって変化することができるならば、用いられることができる。
本発明による上記した装置は、二次元及び三次元表示モードを提供する。二次元モードにおいて、レンチキュラシートはビュー形成機能を提供しない。固定のレンズ機能を持つビュー形成ユニットを用いて実施される実施の形態のような、本発明の他の実施の形態において、三次元動作モードのみが提供される場合がある。
上記の全てのビュー形成手段は、レンズのアレイとして機能するレンチキュラシートを用いて実現される。本発明はさらに、間隔を置いて離れて配置された光透過スリットのアレイを備えるバリア層をビュー形成手段が有する装置に適用可能であり、このタイプの装置は当業者に周知である。これらの装置において、切替可能な焦点調節力は、本発明にしたがって、光透過スリットの幅を変化させることによって、例えば、切替可能な透過型液晶セルのアレイとしてバリア層を実現することによって、提供されることができる。
駆動手段は、焦点調整力が空間的に(すなわち表示領域上で)又は時間的に(すなわちフレームごとに)変化するように、ビュー形成手段を駆動することができる。これは、ユーザ選択、表示されるビデオデータの特定の成分又はビデオデータのコンテンツのリアルタイム分析に応じることができる。
本発明のディスプレイ及び方法は、深さを変えることによって、表示されるコンテンツに従ってディスプレイの性能が調整されるという利点を持つ。したがって、コンテンツは、深さを符号化するパラメータを与えられることができ、それは、観察者の注意をひくために、表示領域にわたって空間的に及び/又は時間的に変化する。よって、このディスプレイ及び方法は、例えば警告システム又は標識目的において有用である。
請求の範囲において、括弧間に配置された参照符号は、請求の範囲を制限するものとして解釈されてはならない。「有する」「含む」等の用語は、請求の範囲に挙げられたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。単数として表現された要素はそのような要素が複数存在することを除外しない。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、同一のハードウェアアイテムによって実施されることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項中に挙げられているとしても、利益を得るためにこれらの手段の組み合わせが用いられることができないことは意味しない。

Claims (15)

  1. 表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段であって、前記表示ピクセルが不透明なマトリックスによって空間的に定められる画像形成手段、
    前記画像形成手段に位置を合わせて配置され、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに前記表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持ち、それによって自動立体視作像を可能にするビュー形成手段であって、当該ビュー形成手段の焦点調節力が電気的に切り替え可能であるビュー形成手段、及び
    前記複数のビューのためのビデオデータによって前記画像形成手段を駆動し、前記不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の極小値に実質的に対応する第１の値と第２の値との間で前記ビュー形成手段の前記焦点調節力を切り替える駆動手段、
    を有する自動立体視表示装置。
  2. ビュー形成素子の前記アレイが、透過スリットのアレイを持つバリア層として機能するように構成可能である、請求項１に記載の自動立体視表示装置。
  3. ビュー形成素子の前記アレイが、前記表示ピクセルからの出力の方向を変更するためのレンズのアレイとして機能するように構成可能である、請求項１に記載の自動立体視表示装置。
  4. 前記ビュー形成手段が、直列に配置される複数のビュー形成ユニットを有し、前記ビュー形成ユニットの少なくとも一つが、電極層を持つ透明基板の間にレンズ素子のアレイとして形成される電気光学材料を有し、前記電気光学材料の屈折率が、前記ユニットの光出力方向変更機能を維持又は除去するために選択的に電場を印加することによって切替可能であり、前記駆動手段が、前記ビュー形成ユニットの前記電気光学材料に電場を選択的に印加することによって、前記ビュー形成手段の前記焦点調節力を切り替える、請求項３に記載の自動立体視表示装置。
  5. 前記ビュー形成手段が、直列に配置されるビュー形成ユニット及び切替可能な光拡散器を有し、前記ビュー形成ユニットが、前記表示ピクセルからの出力の方向を変更するためのレンズのアレイとして機能するように構成されるか又はそのように構成可能であり、前記切替可能な光拡散器は、ビーム拡散機能を選択可能に実行し、前記駆動手段は、前記切替可能な光拡散器の前記ビーム拡散機能を選択的に活性化することによって、前記ビュー形成手段の前記焦点調節力を切り替える、請求項３に記載の自動立体視表示装置。
  6. 前記ビュー形成手段が、電極層を持つ透明基板間に配置される電気光学材料を有し、前記電極層の少なくとも一つが、レンズとして機能する配向を誘導するために前記電気光学材料に電場を印加するための個別にアドレス指定可能な電極のアレイを有し、前記駆動手段が、前記個別にアドレス指定可能な電極に選択的に電位を与えることにより、前記ビュー形成手段の前記焦点調節力を切り替える、請求項３に記載の自動立体視表示装置。
  7. 前記駆動手段がさらに、二次元動作モードを提供する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  8. 前記ビュー形成手段が、前記表示ピクセルのカラム方向に対して鋭角に配置される細長いビュー形成素子のアレイとして機能するように構成可能である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  9. 前記細長いビュー形成素子の中心軸及びカラム方向における前記表示ピクセルの中心線、がディスプレイの少なくとも一部に対するそれらの交差点において交差部を規定し、特定の中心線における前記交差部の位置は、表示ピクセルピッチ単位での中心線における第１の交差部に対する位置を示す位置番号によって決定され、前記位置番号の各々は、正又は負の整数番号と、ゼロ以上で１より小さい分数の位置番号との合計であり、前記特定の中心線における全ての交差部は、複数のk個のセットに分布し、各々のセットは、0, 1/k, 2/k, ..., (k-1)/k（k>0）の範囲の分数の位置番号を持ち、前記中心線のための、前記分数部分の全数に対する前記分数部分の異なるセットの寄与はほぼ等しい、請求項８に記載の自動立体視表示装置。
  10. 前記駆動手段が、時間的に及び/又は空間的に、前記ビュー形成手段の焦点調節力を変更する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  11. 前記駆動手段がさらに、ビデオデータを表示するための前記ビュー形成手段の焦点調節力を示す前記ビデオデータの成分を受信して復号するための手段を有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  12. 前記駆動手段がさらに、ビデオデータを分析し、当該分析に基づいて、前記ビデオデータを表示するための前記ビュー形成手段の焦点調節力を決定するための手段を有する、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  13. 自動立体視表示装置の動作方法であって、当該装置は、
    表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段であって、前記表示ピクセルが不透明なマトリックスによって空間的に定められる画像形成手段、及び
    前記画像形成手段に位置を合わせて配置され、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに前記表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持ち、それによって自動立体視作像を可能にするビュー形成手段であって、当該ビュー形成手段の焦点調節力が電気的に切り替え可能であるビュー形成手段、
    を有し、当該方法は、
    前記複数のビューのための第１ビデオデータによって前記画像形成手段を駆動し、同時に、前記ビュー形成手段の焦点調節力を、前記不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の第１極小値に実質的に対応する第１の値となるように制御し、
    前記複数のビューのための第２ビデオデータによって前記画像形成手段を駆動し、同時に、前記ビュー形成手段の焦点調節力を、前記不透明なマトリックスを結像することによって導入される強度変調度の第２極小値に実質的に対応する第２の値となるように制御する、方法。
  14. 自動立体視表示装置のためのビデオデータを分析する方法であって、当該装置は、
    表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段であって、前記表示ピクセルが不透明なマトリックスによって空間的に定められる画像形成手段、及び
    前記画像形成手段に位置を合わせて配置され、異なる方向でユーザの方へ投射される複数のビューに前記表示ピクセルのグループの出力の焦点を合わせるように設定可能なビュー形成素子のアレイを持ち、それによって自動立体視作像を可能にするビュー形成手段であって、当該ビュー形成手段の焦点調節力が電気的に切り替え可能であるビュー形成手段、
    を有し、当該方法は、ビデオデータを分析し、当該分析に基づいて、前記ビデオデータを表示するための前記ビュー形成手段の焦点調節力を決定する、方法。
  15. コンピュータ上で実行されるときに請求項１３又は請求項１４の全てのステップを実行するコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
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