JP2018507428A - 自動立体視表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

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Abstract

自動立体視ディスプレイは、単色ピクセルのアレイまたは異なる色のサブピクセルのアレイを含むピクセル化されたディスプレイパネルと、レンズ素子のアレイを含むビュー形成装置とを含む。ピクセルは六角形のグリッドを形成し、レンズも六角形のグリッドで繰り返す。ピクセルグリッドとレンズグリッドとの間のマッピングに関連するベクトルｐが定義される。このベクトルｐの２次元空間内の領域のうちどれがバンディング性能が良好かまたは不良であるかが特定され、良好なバンディング性能領域が選択される。

Description

本発明は、自動立体視表示装置及びその駆動方法に関する。
公知の自動立体視表示装置は、表示を生成するための画像形成手段として作用する、表示ピクセルの行と列のアレイを有する2次元液晶表示パネルを含む(ここで、「ピクセル」は典型的に「サブピクセル」のセットを含み、「サブピクセル」は最小の個別にアドレス指定可能な単色のピクセルである)。互いに平行に延びる細長いレンズのアレイは、表示ピクセルアレイの上に重なり、ビュー形成手段として働く。これらは「レンチキュラレンズ」として知られている。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影され、その機能は、出力の方向を変更することである。
ピクセルは、すべての可能な色を生成するためにアドレス指定可能なサブピクセルの最小セットからなる。この説明の目的のために、「単位セル」も定義される。単位セルは、完全なサブピクセルパターンを形成するために繰り返されるサブピクセルの最小セットとして定義される。単位セルは、ピクセルと同じサブピクセルの配列であってもよい。しかしながら、単位セルは、ピクセルより多くのサブピクセルを含むことができる。これは、例えば、サブピクセルの向きが異なるピクセルがある場合である。そして、全体のサブピクセルパターンは、ピクセルより大きな基本単位(単位セル)で繰り返される。
レンチキュラレンズは、それぞれが細長い部分円柱形(例えば、 半円柱形)レンズ要素 を含むレンズ要素のシートとして提供される。レンチキュラレンズは、表示パネルの列方向に延び、各レンチキュラレンズは、2つ以上の隣接する列の表示サブピクセルの上にある。
各レンチキュラレンズは、ユーザが単一の立体画像を観察することを可能にする2つの列の表示サブピクセルに関連付けられることができる。その代わりに、各レンチキュラレンズは、行方向に隣接する3つ以上の表示サブピクセルのグループに関連付けられることができる。各グループの表示サブピクセルの対応する列は、それぞれの2次元サブ画像からの垂直スライスを提供するように適切に配置される。ユーザの頭部が左から右に移動すると、一連の連続した異なる立体視が観察され、例えば、回り込んだ印象が生じる。
図1は、公知の直視型自動立体視ディスプレイ装置1の概略斜視図である。公知の装置1は、表示を生成する空間光変調器として作用するアクティブマトリックスタイプの液晶表示パネル3を含む。
表示パネル3は、表示サブピクセル5の行及び列の直交アレイを有する。分かり易くするために、少数の表示サブピクセル5のみが図に示されている。実際には、表示パネル3は、約千行と数千列の表示サブピクセル5を含むことができる。白黒表示パネルでは、サブピクセルは実際にはフルピクセルを構成する。カラーディスプレイでは、サブピクセルは、フルカラーピクセルの1つのカラーコンポーネントである。一般的な用語に従うフルカラーピクセルは、表示される最小の画像部分の全ての色を生成するのに必要なすべてのサブピクセルを含む。従って、例えば、フルカラーピクセルは、可能であれば、白色サブピクセル又は1つ以上の他の原色のサブピクセルで増強された赤(R)緑(G)及び青(B)のサブピクセルを有することができる。液晶表示パネル3の構造は全く従来通りである。特に、パネル3は、間隔を置いて配置された一対の透明なガラス基板を含み、その間に整列したねじれネマチック または他の液晶材料が設けられる。基板は、対向する表面上に透明なインジウム錫酸化物(ITO)電極のパターンを有する。偏光層も基板の外面に設けられる。
各表示サブピクセル5は、基板上に対向する電極を含み、その間に介在する液晶材料を伴う。表示サブピクセル5の形状およびレイアウトは、電極の形状およびレイアウトによって決定される。ディスプレイサブピクセル5は、ギャップによって互いに規則的に離間されている。
各表示サブピクセル5は、薄膜トランジスタ(TFT)または薄膜ダイオード(TFD)のようなスイッチング素子に関連付けられている。ディスプレイ・ピクセルは、スイッチング素子にアドレス指定信号を供給することによって表示を生成するように動作され、適切なアドレッシング方式が当業者に知られている。
表示パネル3は、この場合、表示ピクセルアレイの領域上に延在する平面バックライトを含む光源7によって照明される。光源7からの光は表示パネル3を通って導かれ、個々の表示サブピクセル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はまた、表示パネル3の表示側に配置されたレンチキュラーシート9を備え、レンチキュラーシート9は、光指向機能を果たし、従って、視野形成機能を実行する。レンチキュラーシート9は、互いに平行に延在するレンチキュラー素子11 の列を含み、そのうちの1つのみが明瞭化のために誇張された寸法で示されている。
レンチキュラー素子11は、それぞれが素子の円柱の曲率に垂直に延びる細長い軸12を有する凸状のシリンドリカルレンズの形態であり、各素子は、表示パネル3から表示装置1の正面に位置するユーザの目へと異なる画像またはビューを提供する光出力指向手段として働く。
表示装置は、バックライト及び表示パネルを制御するコントローラ13を有する。
図1に示す自動立体視ディスプレイ装置1は、異なる方向においていくつかの異なる視野ビューを提供することができ、すなわち、 表示装置の視野内の異なる空間位置にピクセル出力を向けることができる。具体的には、各レンチキュラー素子11は、各行の表示サブピクセル5の小さなグループの上に横たわり、ここでは、行はレンチキュラー素子11の細長い軸に対して垂直に延在する。レンチキュラー素子11は、グループの各表示サブピクセル5の出力を異なる方向に投影し、いくつかの異なるビューを形成する。ユーザの頭が左から右に動くと、目は複数のビューの異なるものを順番に受け取る。
当業者であれば、液晶材料は複屈折性であり、屈折率スイッチングは特定の偏光の光にのみ適用されるので、光偏光手段を上述のアレイと共に使用しなければならないことを理解するであろう。光偏光手段は、装置の表示パネルまたはビュー形成装置の一部として提供されてもよい。
図2は、上述したようなレンチキュラー型のビュー形成装置の動作原理を示し、光源7、表示パネル3およびレンチキュラーシート9を示す。この配置は、それぞれ異なる方向に投影される3つのビューを提供する。表示パネル3の各サブピクセルは、特定の1つのビューの情報で駆動される。
上記の設計では、バックライトは静的出力を生成し、すべての視野方向は、レンチキュラー配置によって実行され、空間多重化手法を提供する。パララックスバリアを使用して同様のアプローチが達成される。
レンチキュラー配置は、表示の1つの特定の配向を有する自動立体視効果のみを提供する。しかしながら、多くのハンドヘルド型装置は、ポートレートビューモードとランドスケープビューモードとの間で回転可能である。したがって、固定されたレンチキュラー配置は、異なる表示モードにおける自動立体視効果を可能にしない。特にタブレット、携帯電話および他のポータブルデバイスのための将来の3Dディスプレイでは、多くの方向からおよび異なるスクリーン配向で、3D画像を観察する可能性がある。既存のピクセルデザインによる今のLCDおよびOLED表示パネルは、この用途には適していない。
この問題は認識されており、さまざまな解決策がある。
ダイナミックな解決策は、様々な方向でビュー形成効果を活性化するために、異なるモード間で切り替えることができる切り替え可能なレンズ構成を提供することを含む。基本的に2つのレンチキュラー配置があり、一方はパススルーモードで動作し、他方はレンズモードで動作する。各レンチキュラー配置のモードは、レンチキュラー配置それ自体を(例えば、LC切り替え可能なレンズアレイを使用して)切り換えることにより、またはレンチキュラー配置に入射する光の偏光を制御することによって、制御されることができる。
静的な解決策は、異なる向きで機能するレンズ構成を設計することを含む。簡単な例では、両方の表示方向で複数のビューを作成するために、ディスプレイ内の正方形のサブピクセルの長方形のグリッドとマイクロレンズの長方形のグリッドとを組み合わせることができる (レンズグリッド方向はピクセルグリッド方向に対して傾斜しているか傾斜していない)。サブピクセルの形状は、ポートレート/ランドスケープ方向の個々のビューに対する異なる角度幅の問題を回避できるので、1：1のアスペクト比に近いことが好ましい。
別のグリッド設計は、モザイク式の六角形に基づくことができ、本発明は、そのような設計に特に関連する。表示パネルピクセルおよびビュー形成装置(レンズ)のための六角形グリッドは、さらなる対称性およびコンパクトな充填を与えることができる。
この手法の1つの考えられる欠点は、サブピクセル間の黒いマトリックス領域が規則的なパターンとして観察者に投影されるバンディング効果である。部分的には、それは、レンズアレイを傾斜させることによって解決されることができる。具体的には、周期的な黒いピクセルマトリクスの投影に起因するバンディング効果を低減するためには、ピクセルのアドレス指定方向(行/列)に対してビュー形成配列を選択する必要がある。
本発明は、特許請求の範囲によって定められる。
本発明によれば、自動立体視ディスプレイが提供され、この自動立体視ディスプレイは、
単色ピクセルのアレイ、または、サブピクセルのそれぞれのグループがフルカラーピクセルを共に定める異なる色のサブピクセルのアレイを含むピクセル化表示パネルと、
異なるピクセルまたはサブピクセルからの光を異なる空間位置に向けることによって、3次元シーンの異なるビューが異なる空間位置に表示されることを可能にするための、表示パネル上に配置され、レンズ素子のアレイを有するビュー形成装置を有し、
表示パネルのピクセルは、20度以下の120度からの最大内角偏差を有する六角形グリッドを形成し、六角形グリッドは、基本並進ベクトルaおよびbにより繰り返され、基本並進ベクトルa, bの長さは、長いものと短いものとのアスペクト比が0.66と1の間であり、
前記ビュー形成装置は、基本並進ベクトルp'及びq'による六角形グリッドで繰り返すレンズの2次元アレイを有し、
p' = pa a + pb bを満たす(pa, pb)として無次元ベクトルpを定義し、
整数nに対して成分pbおよびpaの空間における円形領域を、
Figure 2018507428
として定義し、ここで、
Figure 2018507428
であり、
rn = r0 n-γは各円の半径を定義し、Γnは円の中心を定義し、Nは
Figure 2018507428
として定義される２つの座標ベクトルに対するベクトル関数を有し、
基本並進ベクトルa、b、p'およびq'は、pがr0 = 0.1およびγ= 0.75として集合E1、E3またはE4を除外するベクトル空間に入るような値で選択される。
言葉では、上記の主な式は次のようになる。
(１行目)Enは、ベクトルvからベクトルpまでの差ベクトルに適用される関数Nが、集合Γnのベクトルvのすべての値に対してrn 2よりも小さいように、pの値の集合に等しい。続いて関数Nが定義される。これは、値Γnの集合を中心とする円を定義する。
(2行目)Γnは、iとjとを整数値(すなわち正の整数および負の整数およびゼロ)の2次元ベクトル空間のベクトルとして、ベクトル値i + j/nの集合であり、かつ、jベクトルに適用される関数Nは解nを与える。
ベクトルpは、ピクセル(またはサブピクセル)グリッドとレンズのグリッドとの間の空間的関係を定義する。したがって、ピクセル(またはサブピクセル)とレンズとの間のマッピングを定義する。特に、ベクトルpの成分は、(aおよびbによって定義される)ピクセルグリッドベクトル空間および(少なくともp'によって定義される)レンズグリッドベクトル空間からの行列変換の項である。ベクトルpの成分は、次に、どのようにそれぞれのピクセル(またはサブピクセル)がそれぞれのレンズ位相に寄与するか、およびブラックマスク領域がレンズグリッドによってどのように結像されるかを規定する。したがって、ベクトルpは、レンズとピクセルとの間の関係を定義する最も基本的な方法であると考えることができる。
「基本並進ベクトル」とは、ピクセルまたはレンズ領域内の1点から隣接するピクセルまたはレンズ領域内の対応する点へのベクトル変換を意味する。レンズ領域とピクセル領域は2次元であるため、各グリッド方向に1つずつ2つの並進ベクトルがある。正六角形グリッドの場合、基本並進ベクトルは、互いに120度の行方向および列方向にある。歪んだグリッドの場合、基本並進ベクトルはこの120度の角度からずれる可能性があるが、グリッドの行と列の方向に従う。したがって、レンズおよび/またはピクセルの六角形グリッドは、正六角形であってもよく、または正六角形でなくてもよく、例えば正六角形グリッドの斜めバージョンであってもよい。
円形領域は、ベクトルpの成分に対して可能な値の集合を定義し、したがって、関連特性の領域を定義する。
E1, E3, E4の中心付近の領域を除外することにより、バンディングの問題が防止される。特に、分数設計と同様に、例えば、各レンズの下にあるサブピクセルの整数アレイを用いた慣習的なパネル設計は、E1、E3またはE4領域の中心に位置するpの値に対応する。
このようにして、本発明は、上述のバンディング問題を解決し、良好な性能を有する回転可能なマルチビュー自動立体視3Dディスプレイを可能にする表示パネルレイアウトのための設計パラメータを提供する。
基本並進ベクトル a、b、p'、q'は、r0 = 0.25, γ= 0.75として、pが集合E1中にないような値を持つことができる。
基本並進ベクトルa、b、p'、q'は、r0 = 0.25, γ= 0.75として、pが集合E3中にないような値を持つことができる。
基本並進ベクトルa、b、p'、q'は、r0 = 0.25, γ= 0.75として、pが集合E4中にないような値を持つことができる。
これらの異なる領域は、漸進的に良好なバンディング性能を示し、その結果、ベクトルｐの設計空間において漸進的により多くの領域を除外することによって、残りの設計オプションにより、より優れたバンディング性能が得られる。
基本並進ベクトルa、b、p'、q'は、r0 = 0.35として上記で定められるような集合中にpがないような値を持つことができる。
ベクトルpのためのベクトル空間には好ましい領域もある。一例では、基本並進ベクトルa、b、p'、q'は、r0 = 0.35, γ= 0.75として、pが集合E7中にあるような値を持つことができる。
別の例では、基本並進ベクトルa、b、p'、q'は、r0 = 0.35, γ= 0.75として、pが集合E9中にあるような値を持つことができる。
表示装置は、携帯型装置で使用されてもよく、携帯型装置は、ポートレート表示モードおよびランドスケープ表示モードで動作するように構成可能である。それは、携帯電話またはタブレットであってもよい。
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、純粋に一例として以下に説明する。
公知の自動立体視ディスプレイ装置の概略斜視図。 図1に示す表示装置の概略断面図。 様々な考えられる正方形またはほぼ正方形のピクセルに基づくピクセルグリッドおよびレンズグリッドを示す図。 正方形ピクセルアレイの上に重ねられたレンズグリッドを示す図。使用される分析を説明するために、ピッチベクトルpがそれらの間の関係を定義する。 ピクセルアレイ及びレンズグリッドを特徴付けるために使用されるパラメータのグラフ説明。 モアレ方程式および所与のピッチベクトルpに対する可視バンディング量を推定するための可視性関数を用いたプロットを示す図。 図6のプロットからの領域の第1の可能な特徴評価を示す図。 図6のプロットからの領域の第2の可能な特徴評価を示す図。 異なるレンズ設計に対する図3(c)の2Dピクセルレイアウトの3Dピクセル構造のレイトレースレンダリングシミュレーションを示す図。 図9a-dの場合と同じ例について、2次元でのレンズ位相の関数として明度(L*)をプロットした図。 図9a-dの場合と同じ例について、色ずれのプロットを示す図。 様々な考えられる六角形ピクセルに基づくピクセルグリッドおよびレンズグリッドを示す図。 六角形のサブピクセルに基づくが実際には矩形のグリッドを形成しているピクセルグリッドを示す図。 六角形ピクセルアレイの上に重ねられた六角形のレンズグリッドを示す図。ピッチベクトルpはそれらの間の関係を定義する。 ピクセルアレイ及びレンズグリッドを特徴付けるために使用されるパラメータの第1のグラフ説明。 図5の表現に対応するピクセルアレイおよびレンズグリッドを特徴付けるために使用されるパラメータの第2のグラフ説明。 モアレ方程式及び所与のピッチベクトルpに対する可視バンディング量を推定するための可視性関数を用いたプロットを示す図。 図17のプロットからの領域の第1の可能な特徴評価を示す図。 図17のプロットからの領域の第2の可能な特徴評価を示す図。 図3aからeおよび図4は正方形のピクセルおよびレンズグリッドを示すことを意図しており、図12aからdから図14は正六角形のピクセルおよびレンズグリッドを示すことを意図しており、図5から8および15から19は、円形領域を示すことを意図している。正方形、正六角形および円形の表現からの歪みは、不正確な画像再現の結果である。
本発明は、単一色ピクセルのアレイまたは異なる色のサブピクセルのアレイを含むピクセル化された表示パネルと、レンズ素子のアレイを含むビュー形成装置とを備えるオートステレオスコピックディスプレイを提供する。ピクセルは六角形のグリッドを形成し、レンズも六角形のグリッドで繰り返す。ピクセルグリッドとレンズグリッドとの間のマッピングに関連する ベクトルｐが定義される。このベクトルｐに対して、バンディング性能が良好または不良である2次元空間内の領域が識別されて、より良好なバンディング性能領域が選択される。
本発明は、バンディング性能に対するピクセルグリッドとレンズグリッドとの間の関係の効果の分析に基づく。バンディング分析は、異なるピクセルおよびレンズ設計に適用されることができる。「ピクセルグリッド」という用語は、ピクセルのグリッド(各ピクセルが1つのアドレス指定可能な要素のみを有する場合)またはサブピクセルのグリッド(各ピクセルが複数の独立してアドレス指定可能なサブピクセルを有する場合)を示すために使用されることに留意されたい。
分析手法を説明するために、正方形(または正方形に近い)ピクセルグリッドおよびレンズグリッドに基づいて第1の例を提示する。本発明は、具体的には、第2の例として分析が提供される、六角形のピクセルおよびレンズグリッドに関する。
正方形ピクセルグリッドおよびレンズグリッドの第1の例では、ピクセルが規則的な4倍対称の本質的に正方形のグリッド上にあり、その上に規則的な4倍対称グリッド中に素子を有する光変調器がある。表示パネルの設計が議論される。説明目的のために、いくつかの定義が必要である。特に、パネルの座標系(すなわち、ピクセルグリッド)を定義する必要があり、ビュー形成装置の座標系は、パネルの座標系に対する幾何学的(物理的)座標および論理的座標に関して定義される必要がある。
図3は、さまざまな可能なピクセルグリッドを示している。各例は、この説明で使用される定義を使用して、最小単位セル30(すなわち、上で定義したようにサブピクセルパターンを形成するために繰り返すサブピクセル31の最小セット)およびピクセル32を示す。ピクセル32は、ピクセルサイズおよび形状が2つの直交する方向において同じであるように、すべての原色の最小正方形配列である。
サブピクセルは正方形で示されている。しかし、実際のサブピクセルの形状は異なっていてもよい。例えば、実際のピクセル開口は、典型的には、例えば、アクティブマトリクスディスプレイパネルの場合のスイッチングトランジスタのようなピクセル回路素子のサイズおよび位置に依存するので、不規則な形状となる。重要なのは、個々のピクセルまたはサブピクセルの正確な形状ではなく、ピクセルグリッド形状である。同様の論法が、以下でさらに議論される六角形ピクセルグリッドに当てはまる。
ピクセルピッチベクトルxおよびyも示されている。これらは、それぞれ行方向と列方向に隣接するピクセル中心間の並進ベクトルである。最も小さい単位セル30内の文字は、R =赤、G =緑、B =青、W =白色の原色を示す。
図3(a)はRGGB単位セルとRGGBピクセルを示し、図3(b)はRGBGBGRG単位セルとRGBGピクセルを示し、図3(c)はRGBW単位セルとRGBWピクセルを示し、図3(d)はRGBWBWRG単位セルとRGBWピクセルを示し、図3(d)はW単位セルとWピクセルを示す。
ピクセルグリッドは、2つのベクトルｘおよびｙ(以後、ピクセルピッチベクトルと呼ぶ)に基づいて定義される。ベクトルは、長さの単位(例えばメートル)を有する格子マトリックスX = [x、y]を形成する。最も小さい単位セルを含むピクセルの複数の可能な定義が存在するが、この説明のためには、ピクセルはほぼ正方形である。したがって、Xはサブピクセルのほぼ正方形の領域を形成するように選択されるべきである 。図3(a)から(d)に示すように、カラー表示の場合、ピクセル定義は、最も単純には、2×2のサブピクセルを有する領域をもたらす。図3(b)および(d)のように単位セルが大きくなると、ピクセルグループは回転または鏡映して見え、大きな単位セルを形成するが、これらの場合もｘは2×2の領域のままである。モノクロ表示の場合、ピクセルは単一のサブピクセルの領域である。
ピクセルは完全に正方形である必要はない。それらはほぼ正方形であってもよく、これは、任意の角度にわたる回転、限定されたシアーまたは限定された伸びが範囲内にあることを意味すると解釈される。アスペクト比は、
Figure 2018507428
のように定義され、
グリッドの角度は
Figure 2018507428
である。
そして剪断は｜θ−90°｜として表される。したがって、ほぼ正方形のグリッドでは、a≒1, |θ-90°|≒0°である。
例えば、aは好ましくは0.9と1.1との間であり、θは80度と100度との間である(もちろん、1対のコーナー角が80度であれば、他方の対は100度である)。
レンズグリッドを定義するために、レンズピッチベクトルを定義することができる。
図4は、図3(a)および(c)のように、ピクセル32ごとに2×2のサブピクセル31を有する正方形ピクセルアレイ40の上に重ね合わされたレンズグリッド42を示す。4つのサブピクセル31の各ピクセルグループのうちの1つが強調表示される(すなわち、白く示される)。ベクトルｘおよびｙは、上で説明したように、そのグリッドのピクセルピッチベクトルである。レンズグリッド42は、正方形のグリッド上に組織された球面レンズ44を備えたマイクロレンズアレイを含む。ベクトルp'およびq'は、そのグリッドのピッチベクトルである。それらはピクセルピッチベクトルの線形結合によって形成される。
メートル単位の物理レンズピッチベクトルの代わりに、論理的および無次元のレンズピッチベクトルを、選択されたpx及びpyに対して、p = (px, py) およびq = (-py, px)のように定義することができる。
(例えばメートル単位の)幾何(物理)ピッチベクトルp'及びq' は、論理レンズピッチベクトルに関して、 p' = Xp = pxx + pyy、q' = Xq = -pyx + pxyのように定義される。
ピクセルグリッドの変形は、レンズグリッドの等しい変形に反映されるべきである。なお、<p, q> = 0ではあるが、<x, y> = 0を要求していないので、必ずしも<p', q'> = 0ではない。同様に、|p| = |q|であるが、必ずしも|p'| = |q'|である必要はない。
この説明の目的のために、領域が、整数値n及びmに対してPn, mとして定義される。これらの領域は、複数の円で構成され、それ自体が円のグリッド上に配置される。
そのような領域は、
Figure 2018507428
によって定義される。
p-ν項は、νからpまでのベクトルの長さを指定し、したがって、不等式は、vで定義される中心を中心とする円の集合を定義する。vはそれ自体L項の集合によって定義されるベクトルの集合である。これは、2次元ベクトルｉおよびｊを構成する整数値に課された条件の結果として、離散数のメンバーを有する。
ここで、rn,m = r0n-γは、各円の半径である。したがって、この半径はnの増加とともに減少する。Ln,mは中心の集合で、<i, i>は内積を表し、i = [i, j]Tの場合、<i, i> = i2 + j2である。省略表現Pn = Pn, nが本説明において使用される。なお、<j, j> = kが有効となる整数i及びjの可能な組み合わせが存在しない整数kが存在する。その結果、P3, P6及びP7の集合は空である。
一例として、L5,5からP5を調査することができる。
Figure 2018507428
として、全てのi = [i j]Tを示す(ここで、i及びjは整数(正、ゼロ又は負)である)。
Figure 2018507428
に対する解の集合は、
Figure 2018507428
である。
図5には、ガウス整数およびその逆格子としてjおよびj/nの図形的説明がそれぞれ示されている。
図5(a)中の各点には、ガウス整数
Figure 2018507428
の座標が標識付けされている。ここで、
Figure 2018507428
であり、ノルムN(g) = a2 + b2である。図5(b)は同じ点で構成されているが、点の座標はノルムで除算されており、したがって、jではなくj/nに対応する。
上記のjに対する解の集合からの任意の組み合わせi + j/nは、L5,5中にある。2つの例は、
Figure 2018507428
である。領域P5は、r5 = r0 5-γの中心及び半径の円形領域からなる。なお、
Figure 2018507428
対して8つの解が存在するので、各P1円の周りに8つのP5円が存在する。
ほぼ正方形のグリッド上にピクセルを有する回転可能なディスプレイのバンディングの問題を最小限に抑えるために、ビュー形成装置のアレイ(典型的にはマイクロレンズアレイ)がピクセル座標に関して方向pによって記述されることができる正方形のグリッドを形成する ディスプレイのデザインが提示される(ここで、pはバンディングを生じる領域Pnの外側で選択される)。
バンディング問題を分析するために、2つのモデルが使用された。第1のモデルは、ピクセル構造およびレンズ構造の両方における空間周波数の分析に基づいており、第2のモデルは、レイトレーシングに基づいている。
第1のモデルは、モアレ方程式および可視性関数を使用して、与えられたピッチベクトルpに対する可視バンディングの量を推定する。
このモデルでは、図6のようなマップが得られ、より明るい領域がより多くのバンディングを(ログスケールで)示す。図6は py 対pxをプロットする。実際のマップは、マイクロレンズの視角やピクセル構造などのパラメータに依存することを理解されたい。図6のマップは、全ピクセル面の1/8の開口を有する単一の発光領域を有するピクセルと、レンズ開口に対応するガウス型レンズ点広がり関数(PSF)、及び、20 arcsecの一定のレンズ視角の場合に対して生成されている。
PSFスケーリングの結果として、より正確な焦点のために、より小さい|p|(図6の左上の部分)に対してより多くのバンディング成分が見える。様々なバンディング "ブロブ"の強さは実際のピクセル構造(図3参照)に依存するが、ブロブの位置は常に同じであることが観察されている。
この分析は、このバンディングマップの構造の大部分が、より高いnを有するPnがより小さい領域に対応するPn領域を用いて説明できるという認識に部分的に基づいている。顕著なバンディングを有する領域の大部分が、P1 ... P8によって説明される。
半径r0=0.35及びγ=0.75をこのマップにフィッティングすることにより、図7に示される画像が得られる。他の状況では、バンディングはより少なく、結果として、r0 = 0.25で十分に厳しい。図8は、図5のマップに半径r0 = 0.25をフィッティングした結果を示す。
図7および図8では、正方形グリッドの例についても好ましい領域がプロットされている(すなわち、P9,18及びP14,26)。これらの領域は、r0 = 0.35によって最良に表される。
本発明のアプローチは、バンディングを生じさせるゾーンを回避すること、すなわち、ベクトルp = (px、py)のある範囲の値を避けることに基づいている。
回避すべき第1の領域は、最大のバンディングを生じる領域P1(すなわち、P1,1)である。図8では、半径の値が小さいほど除外ゾーンは小さくなる。したがって、除外する第1のゾーンは、r0 = 0.25に基づく。
この正方形の例のピクセルグリッドとレンズグリッドとの関係を設計するときに除外すべきゾーンは次のとおり。
1. 半径r0 = 0.25及びγ = 0.75で
Figure 2018507428
2. 上記でさらに
Figure 2018507428
3. 上記でさらに
Figure 2018507428
4. 上記でさらに
Figure 2018507428
5. 上記でさらに
Figure 2018507428
6. 上記の何れかであるが半径r0 = 0.35
領域を除外することによって残された空間内には、広範囲のパラメータに対してバンディングが特に低いため、特に関心のあるいくつかの領域がある。これらの領域は次のとおりである。
1. 半径r0 = 0.35でp∈P9,18
2. 半径r0 = 0.35でp∈P14,26
好ましくは、正方形グリッドの例では、サブピクセルは完全に正方形のグリッド上にあるが、僅かにずれる可能性がある。アスペクト比は、好ましくは2/3≦a≦3/2に制限され、またはより好ましくは5/6≦a≦6/5に制限される。正方形/矩形から菱形/平行四辺形へのグリッドの剪断は、好ましくは、|θ-90°|≦20°、またさらには|θ-90°|≦5°である。
このアプローチを説明するためのモアレ方程式の代替案は、完全に白い画像を表示するレンズを有するディスプレイのモデルを光線追跡することである。
図9は、図3(c)の2Dピクセルレイアウトのためのそのようなレンダリングを示す。バンディングなしの設計のレンダリングは平均すると白であるように見えるが、バンディングを有する設計では、輝度および/または色は、ビューアの位置(すなわちレンズ位相)に依存する。
図9(a)は、あるレンズ位相に対するP1領域におけるレンズ設計のレンダリングを示す。図9(a)の描写には示されていないが、白色及び青色の原色の大部分が欠落している。図9(b)は、平均量より多くのブラックマトリックスが見えるレンズ位相のP2領域におけるレンズ設計のレンダリングを示す。図9(c)は、ブラックマトリックスがほとんど見えないレンズ位相のP4領域におけるレンズ設計のレンダリングを示す。図9(d)は、このおよび他のすべての位相に対するこのパッチ内の(実質的に)等しい原色分布を持つP14,26中心のレンズ設計のレンダリングを示す。
図9に示すようなパッチは、異なるレンズ位相(特定の観察位置に対する視野を生成する役割を果たすレンズ位置を意味する)が異なるサブピクセル分布を生じさせるので、様々なレンズ位相に対してレンダリングされることができる。より効果的なのは、そのようなパッチごとに平均CIE 1931 XYZカラー値を計算することである。その意味から、知覚バンディング効果を比較する定量的手段を与えるCIE L*a*b*色値を計算することができる。
この知覚色空間では、2つの色値間のL2 距離(以下ΔEで示す)は、それらの色の間の知覚される差を示す。
ターゲットは(L*, a*, b*)=(100,0,0)に対応する白である。
図10において、明るさ(L*)が、図9と同じ例について、異なる観察者位置にレンズによって投影された異なるビューに対応する2次元のレンズ位相の関数としてプロットされている。無次元レンズ位相変数は、(0,1)の範囲の値を有するピクセルグリッドとレンズグリッドの周期性により、レンズ位相0と1は同じ生成されたビューに対応する。ディスプレイは2Dマイクロレンズアレイを使用するので、レンズ位相自体も2Dである。
図11では、同じ例について色誤差(ΔE)が再びプロットされている。
状況に応じて、ΔE≒1が表示される。図10(d)および11(d)のバンディングフリーの例は、均一なL*=100および ΔE=0としてそれぞれ現れ、一方他の例は、観察者の位置(すなわち、レンズ位相)によって色が変わるので、明らかにバンディングを伴う。ディスプレイは2Dマイクロレンズアレイを使用するので、レンズ位相自体も2Dである。
プロットは、位相空間全体にわたってΔEの二乗平均平方根(RMS)値を取ることによって要約することができる。
以下の表では、これが、上で説明したバンディングモデルにしたがって、除外されるべきまたは含まれるべき領域に対応する点のリストに対して行われた。
Figure 2018507428
この表から、2つのモデルがバンディング予測の点でほぼ一致していることは明らかである。肯定的な領域は、低いΔERMS値を有し、(最小の序数を有する)最も否定的な領域は、最も高いΔERMS値を有する。
上記の最初のモデルはバンディング効果の概要を示し、2番目のモデルは詳細と視覚化を提供する。
類似の分析が、ここで六角形ピクセルグリッドの例について示される。
本発明は、具体的には、その上に同様に六角形のグリッド上に素子を有するビュー形成装置がある、六角形のグリッド(規則的な六角形のグリッドであることが好ましいが、規則的なグリッドから逸脱してもよい)上にピクセル(またはサブピクセル)を有するパネルに関する。
上記の例のように、パネルの座標系が定義されると、ビュー形成装置の座標系は、パネルの座標系に対する幾何学的(物理的)座標および論理座標によって定義される。パラメータ空間内のパラメトリック領域が再び定義され、これは例えばバンディングに関して所望の性能を達成するために選択されることができる。
ピクセルピッチベクトルが再び定義され、この例では、上の例のベクトルxおよびyに類似したベクトルaおよびbが定義される。
ベクトルaおよびbは、長さの単位(例：メートル)を持つ格子マトリックスX=[a b]を形成するピクセルピッチベクトルである。最小の単位セルを含むピクセルの複数の可能な定義が存在するが、本発明では、ピクセルグリッドは六角形、例えば少なくともほぼ正六角形である。したがって、Xは、サブピクセルの六角形領域を形成するように選択されるべきである。
例が図12に示される。
カラーディスプレイの場合、ピクセル領域32は、3または4つのサブピクセル31を有する三角形領域である可能性が最も高い。時には、そのようなグループは、より大きい、場合によっては細長い単位セルを形成するために回転または鏡映されたように見えるが、その場合には、Xは、3または4のサブピクセル31を有する領域である。モノクロームディスプレイの場合、単位セル30は単一ピクセル32の領域である。重要なのは、サブピクセル31の形状またはグリッドではなく、ピクセル32のグリッドである。
図12(a)は、各ピクセル32が3つのRGBサブピクセル31の三角形として形成される六角形グリッドを示す 。単位セル30は同じである。
図12(b)は、各ピクセル32が、本質的に菱形である(但し、直線辺はない)形状を形成する4つのRGBWサブピクセル31のグループとして形成されている六角形グリッドを示す。単位セル30は同じである。
図12(c)は、各ピクセル32が7つのサブピクセル31(中央に1つ、外側に6つ)から形成される六角形のグリッドを示す。しかし、外側のサブピクセルは隣接するピクセルと共有され、平均して1ピクセルあたり4つのRGBW サブピクセルが存在する。2つのタイプのピクセルが存在するので、単位セル30(完全なサブピクセルパターン全体を形成するように平行移動可能な最小の要素)はより大きい。
図12(d)は、単色ピクセルの六角形グリッドを示す。単位セル30は単一のピクセル32である。
図13のレイアウトは、サブピクセルが六角形であり、六角形のグリッド上に配置されているが、実際には矩形であるため、逆の例である。ピクセルグリッドは、1つのピクセルから隣接するピクセル内の同じ位置に変換するベクトルによって定義される。
上記の例のように、本発明は、完全に六角形のグリッドを必要とせず、角度方向も重要ではない。任意の角度にわたる回転、限られた剪断または限られた伸長も可能である。
六角形ピクセルグリッドのアスペクト比は、
Figure 2018507428
として定義され、グリッドの角度は、
Figure 2018507428
である。
内角120度は、正六角形のグリッドに対応する。従って、剪断量は、|θ-120°|のように表すことができる。したがって、ほぼ正六角形のグリッドでは、β≒1および|θ-120°|≒0°となる。
上記の例のように、レンズピッチベクトルも定義される。論理的および無次元のレンズピッチベクトルの定義は、選択されたpa, pbに対してp=(pa, pb)である。
六角形の場合に関連するベクトルが図14に示されており、図4と同様に、ピクセルアレイ40上のレンズグリッド42を示している。これは、図12(a)の3つのサブピクセルピクセルに基づいている。レンズグリッドは、実ベクトル p'、q'によって形成される。
ベクトルp'とq'は同じ長さを持ち、p'とq'の間の角度は120°である。(例えばメートル単位での)幾何学的(物理的)ピッチベクトルp'およびq'は、論理レンズピッチベクトルに関して定義され、ピクセルグリッドにおける変形(例えば、回転、剪断、スケーリング)がレンズグリッドの等しい変形に反映されるべきである。これは、フレキシブルな自動立体視ディスプレイが引き伸ばされることを考慮することによって理解することができる。
無次元のピッチベクトルpは、ピクセルグリッドとレンズグリッドとの間のマッピングを再び規定し、この場合、p' = paa + pbb によって定義される。
この例では、領域Enは整数nに対して定義され、それ自体が円のグリッド上に編成された複数の円からなる。そのような領域は、
Figure 2018507428
によって定義され、ここで、
Figure 2018507428
である。
ここでも、rn = r0n-γは各円の半径であり、Γnは中心の集合、そして、N(j)は、
Figure 2018507428
として定義されるアイゼンシュタイン整数ノルムと同種のノルムである。
これは、中心の六角形のグリッドを定義する。上記の例のように、p-ν項はνからpまでのベクトルを指定し、したがって、空間のノルム(距離の2乗)に基本的に基づく不等式はvで定義される中心を持つ円の集合を定義する。vは,、それ自身、Γn項の集合によって定義されるベクトルの集合である。これは、2次元ベクトルiおよびjを構成する整数値に課された条件の結果として、離散数のメンバーを有する。
一例として、Γ4からE4が検討される。
Figure 2018507428
に対する解の集合は、
Figure 2018507428
である。
任意の組み合わせi+j/4はΓ4中にある。2つの例は、
Figure 2018507428
である。そして領域E4は、r4 = r04-γの中心及び半径の円形領域ならなる。
図15に示すように、jおよびj/nが、(複素平面内に六角形のグリッドを形成する)アイゼンシュタイン整数およびその逆格子としてそれぞれグラフ的に説明されている。
左側のサブ図の各点にはアイゼンシュタインの整数c = a +ωbの座標とノルムN([a b]T)のマークが付けられている。右側のサブ図は同じ点で構成されているが、そのノルムで除算されており、jではなくj/nに対応する。
ここでも、N(j)= kが成り立つjが存在しない整数kがある。その結果、E2、E5及びE6の集合は空である。
上記の正方形のグリッドに基づく例では、デカルトのノルム、すなわち<j, j> = jTjが使用され、グラフィカルな説明では、アイゼンシュタインの整数の代わりに、複素平面に正方格子を形成するガウス整数が使用される。図16は、図5との比較のためのこのアプローチを示している。
上記で説明したアプローチが、異なるデザインのバンディング効果を分析するために使用される。再びモアレ方程式および所与のピッチベクトルpの可視バンディングの量を推定する可視性関数に基づいて得られたマップが図17に示される。これは pb対paのプロットであり、より明るい領域はより多くのバンディングを示す。
実際のマップは、マイクロレンズの視角やピクセル構造などのパラメータに依存することを理解されたい。図17のマップは、全ピクセル面の1/6の開口を有する単一の発光領域を有するピクセルと、レンズ開口に対応するガウス型レンズ点広がり関数(PSF)、及び、20 arcsecの一定のレンズ視角の場合に対して生成されている。PSFスケーリングの結果として、より正確な焦点のために、より小さい|p|に対してより多くのバンディング成分が見えるようになる。
このバンディングマップにおける構造の大部分は、En領域を使用して説明されることができる。ここで、より大きいnのEnはより小さい領域に対応する。顕著なバンディングを持つ領域のほとんどが、E1...E4によって説明される。
上記の例のように、r0 = 0.35およびγ= 0.75が、図18の画像を生成するために使用される。他の状況では、バンディングはより少なく、結果として、r0 = 0.25で十分に厳しい。図19は、半径r0 = 0.25を図17のマップにフィッティングした結果を示す。
図18および図19において、領域は、図7および図8と簡単に比較するためにPxとラベル付けされていることに留意されたい。しかし、これらの領域は、上記の式によって定義される領域Exである。
図18および図19では、好ましい領域、すなわちE7およびE9がプロットされている(P7およびP9として示される)。これらの領域は、r0=0.35によって最も良く表される。
本発明は、バンディングを生じさせるゾーン、すなわちベクトルp = (pa, pb)の値を避けることに基づいている。
回避すべき第1の領域は、最大のバンディングを生じさせる領域E1である。図19では、半径の値が小さいほど除外ゾーンは小さくなる。したがって、除外する第1のゾーンは、r0=0.25に基づく。
ピクセルグリッドとレンズグリッドの間の関係を設計するときに除外するゾーンは次のとおりである。
１． 半径r0 = 0.25及びγ = 0.75で
Figure 2018507428
２． 上記でさらに
Figure 2018507428
３． 上記でさらに
Figure 2018507428
４．上記の何れかであるがr0=0.35
領域を除外することによって残された空間内には、広範囲のパラメータに対してバンディングが特に低いため、特に関心のある領域がある。これらの領域は次のとおりである。
1. 半径r0 = 0.35でp∈E7
2. 半径r0 = 0.35でp∈E9
好ましくは、サブピクセルは規則的な六角形グリッド上にあるが、わずかな変化も本発明の範囲内にある。アスペクト比は、好ましくは、2/3≦a≦3/2に制限され、より好ましくは、5/6≦a≦6/5に制限される。規則的な六角形から離れたグリッドの剪断は、好ましくは、|θ−120°| ≦20°に制限され、さらには、|θ−120°| ≦5°に制限される。
本発明は、自動立体視3Dディスプレイの分野、より詳細には全視差回転可能多視点自動立体視ディスプレイに適用可能である。
本発明は、ピクセルグリッドとレンズグリッドとの間の関係に関する。これはどんなディスプレイ技術にも適用されることができる。
開示された実施形態に対する他の変更は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の研究から、クレームされた発明を実施する上での当業者によって理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、「含む(comprising)」という単語は他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」または「an」は複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (11)

  1. 単色ピクセルのアレイ、又は、サブピクセルのそれぞれのグループが共にフルカラーピクセルを定める異なる色のサブピクセルのアレイを有するピクセル化された表示パネル、
    異なるピクセル又はサブピクセルからの光を異なる空間位置に向けて、それにより、三次元シーンの異なるビューが異なる空間位置において表示されることを可能にするための、前記表示パネル上に配置される、レンズ素子のアレイを有するビュー形成装置、
    を有する自動立体視表示装置であって、
    前記表示パネルのピクセルは、120°からの最大の内角偏差が20°以下である六角形のグリッドを形成し、前記六角形のグリッドは基本並進ベクトルa及びbで繰り返し、前記基本並進ベクトルa及びbの短い方と長い方とのアスペクト比は0.66と1との間であり、
    前記ビュー形成装置は、基本並進ベクトルp'及びq'による六角形のグリッドで繰り返すレンズの二次元アレイを有し、
    p' = paa + pbb
    を満たす(pa, pb)として無次元ベクトルpを定義し、
    整数nに対して成分pa及びpbの空間における円形領域を、
    Figure 2018507428
    と定義し、ここで、
    Figure 2018507428
    であり、rn = r0n-γは各円の半径を定義し、Γnは円の中心を定義し、Nは
    Figure 2018507428
    として定義される二次元ベクトルに対するベクトル関数であり、
    前記基本並進ベクトルa、b、p'およびq'が、r0=0.1及びγ=0.75として集合E1、E3又はE4を除外するベクトル空間内にpが入るような値によって選択される、自動立体視表示装置。
  2. 前記基本並進ベクトルa、b、p'およびq'が、r0=0.25及びγ=0.75として集合E1を除外するベクトル空間内にpが入るような値を持つ、請求項１に記載の自動立体視表示装置。
  3. 前記基本並進ベクトルa、b、p'およびq'が、r0=0.25及びγ=0.75として集合E3を除外するベクトル空間内にpが入るような値を持つ、請求項１又は２に記載の自動立体視表示装置。
  4. 前記基本並進ベクトルa、b、p'およびq'が、r0=0.25及びγ=0.75として集合E4を除外するベクトル空間内にpが入るような値を持つ、請求項１から３のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  5. 前記基本並進ベクトルa、b、p'およびq'が、r0=0.35として定義される集合にpが入らないような値を持つ、請求項１から４のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  6. 前記基本並進ベクトルa、b、p'およびq'が、r0=0.35及びγ=0.75として集合E7にpが入るような値を持つ、請求項１から５のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  7. 前記基本並進ベクトルa、b、p'およびq'が、r0=0.35及びγ=0.75として集合E9にpが入るような値を持つ、請求項１から５のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  8. 前記ピクセルの六角形のグリッドの前記基本並進ベクトルa及びbの短い方と長い方とのアスペクト比は0.83と1との間である、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. 前記ピクセルの六角形のグリッドは、120°からの最大の内角偏差が5°以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
  10. 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を有する携帯型装置であって、ポートレート表示モード及びランドスケープ表示モードで動作するように設定可能である携帯型装置。
  11. 携帯電話又はタブレット端末である、請求項１０に記載の携帯型装置。
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