JP3979604B2

JP3979604B2 - ディスプレイ

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Publication number: JP3979604B2
Application number: JP2004251107A
Authority: JP
Inventors: マザージョナサン; 啓一郎佐藤; ボアヒルグラント
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2005099787A; GB2405489A; GB0320366D0

Description

本発明は、ディスプレイに関する。本発明のディスプレイは、ディスプレイスクリーンの物理的サイズよりも大きいイメージを表示するために用いられ得る。

通常のビジョンでは、人間の２つの眼は、頭の別々の位置にあるため、異なる視野から視界を知覚する。これらの２つの視野は、ある場面における様々な物体までの距離を脳が評価するために用いられる。３次元イメージを効果的に表示するディスプレイを構築するために、これらの状況を再生して、観察者の各眼に対して１つずつ、イメージの、いわゆる「立体視の対（ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃｐａｉｒ）」を提供することが必要である。

３次元ディスプレイは、眼に異なるビューを提供するために用いられる方法に基づいて、２つのタイプに分類される。

・立体視ディスプレイは、通常、広い観察エリア上に両方のイメージを表示する。しかし、それらのビューの各々は、例えば、色、偏光状態または表示時間について符号化されることにより、観察者が装着した眼鏡のフィルタシステムがそのビューを分離することが可能になり、それぞれの眼に、それぞれの眼に意図したビューを見せる。

・自動立体視ディスプレイは、観察者が視察支援装置を装着することを必要としない。その代わりに、２つのビューは、定義された空間領域からのみ見ることが可能である。イメージをディスプレイのアクティブ領域の全体を介して見ることが可能である空間の領域は、「観察領域」と呼ばれる。観察者が、左眼が左のイメージ観察領域にあり、右眼が右のイメージ観察領域にあるような状況にある場合、正しいビューのセットが見られ、３次元イメージが知覚される。

フラットパネル自動立体視ディスプレイでは、観察領域を形成することは、通常、ディスプレイユニットのピクセル構造と光学素子（概して、視差オプティクスと呼ばれる）との組み合わせに依存する。このようなオプティクスの例は、視差バリア、すなわち、不透明領域によって分離された垂直透過スリットを有するスクリーンである。このスクリーンは、添付の図面の図１に示されるように、２次元アレイのピクセルアパーチャを有する空間光変調器（ＳＬＭ）の前面に設定され得る。視差バリアのスリットのピッチは、ＳＬＭのピクセルピッチの整数倍に近い値に選択なるように選択され、ピクセルのカラムのグループは、その視差バリアの特定のスリットに関連付けられる。図１は、２つのピクセルカラムが視差バリアの各スリットに関連付けられたＳＬＭを示す。

図１に示されるディスプレイは、アクティブマトリクス薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板１およびカウンタ基板２を有する液晶デバイス（ＬＣＤ）の形態のＳＬＭを含む。アクティブマトリクス薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板１とカウンタ基板２との間には、関連する電極およびアライメント層（図示せず）を有する画素（ピクセル）３を適切に形成する液晶層を配置する。観察角増加膜４および偏光子５は、基板１および２の外面上に提供され、背面光（図示せず）から照明６が提供される。視差バリアは、ＬＣＤに隣接した表面上にバリアアパーチャアレイ８を形成して、その反対側の表面上に反射防止（ＡＲ）コーティング９を形成した基板７を含む。

ＬＣＤのピクセルは、ロウおよびカラムに配置される。ロウ（すなわち、水平方向）のピクセルピッチはｐである。アパーチャアレイ８は、スリット幅が２ｗで水平ピッチがｂである垂直透過スリットを含む。バリアアパーチャアレイ８の平面は、距離ｓだけピクセル平面３から間隔を空けている。

使用中、ディスプレイの所望の観察距離において、ウィンドウ平面に左観察ウィンドウ１０および右観察ウィンドウ１１を形成する。ウィンドウ平面は、アパーチャアレイ８の平面から距離ｒ_０だけ間隔を空けている。ウィンドウ１０および１１は、ウィンドウ平面に隣接しており、平均的な人間の眼の間隔に対応する幅およびピッチｅを有する。ディスプレイの法線から各ウィンドウ１０、１１の中心への角度の半分が、αで示されている。

添付図面の図２は、ＳＬＭ２０および視差バリア２１から生成された角度区域を示す。ここで、視差バリアは、ピクセルカラムピッチの丁度整数倍のピッチを有する。この場合、ディスプレイパネル表面間の異なる位置に由来する角度区域が混ざり、イメージ１またはイメージ２のビューに対する純粋なゾーンは存在しない。この問題に対処するために、例えば、フロント視差オプティクスでは、その視差オプティクスのピッチが若干減少することにより、その角度区域は、ディスプレイの前面の所定の平面（「ウィンドウ平面」と呼ぶ）に収束する。視差オプティクスピッチのこの変化は、「ビューポイント補正」と呼ばれ、その効果は、添付図面の図３に示される。その観察領域は、このように作成された場合、大雑把に表現すると、平面図では凧の形状をしている。

添付図面の図４は、リア視差バリアディスプレイの形式で、別の公知のタイプの方向性ディスプレイを示す。図１に示されるフロント視差バリアディスプレイでは、その視差バリアは、ＳＬＭと観察ウィンドウ１０および１１との間に配置される。しかし、図４に示されるリア視差バリアディスプレイでは、ＳＬＭは、視差バリアと観察ウィンドウ１０および１１との間に配置される。

上記のテキストは、自動立体視ディスプレイを説明している。デュアルビューディスプレイは、同一の様態で動作する。しかし、異なるイメージ間の分離角度はより大きい。（約６．２ｃｍ離れた）左眼と右眼に送られた２つのイメージの代わりに、（例えば、１ｍ離れた）左の人と右の人にイメージが送られる。

特許文献１は、デュアルビューディスプレイの動作を説明している。特許文献１は、左のイメージと右のイメージとを組み合わせる駆動エレクトロニクス、および左右のイメージを左右の方向に分離するレンチキュラレンズを開示している。

ＮＥＣ−三菱電気のディスプレイは、メインストリームの消費者に対して最初の折り畳み式軽量ＬＣＤモニタを売り出した。ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｃｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓＮｅｗ／ｉｎｄｅｘ．ｃｆｍ？ｕｒｌ＝ｈｔｔｐ：／／ｎｅｃｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓＮｅｗ／ＰｒｅｓｓＤＥｔａｉｌ．ｃｆｍ？ｄｏｃｕｍｅｎｔｉｄ＝７８６は、２００３年６月２５日に、折り畳み式液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を開示した。このディスプレイは、使わないときにコンパクトに折り畳むことが可能であり、使うときに開くことが可能である。このような手段によって、使わないときには、比較的コンパクトなパッケージに比較的大きなディスプレイを入れることが可能となった。しかし、このような手段は、比較的複雑であり、かつ重い。

特許文献２および３は、ＬＣＤまたはＣＲＴ等の１つのディスプレイスクリーンを用いる「マルチスクリーンディスプレイ」に関する。空間的におよび／または時間的に多重化された複数のイメージが１つのスクリーン上に形成される。そのスクリーン領域全体は、１つのイメージを表示し、これを第１の偏光として符号化する。別のイメージが、スクリーンの別の部分の上に表示され、第１の偏光に直交した第２の偏光によって符号化される。そのスクリーンの側面ならびに／あるいは上部および底部にある鏡が、表示された多重化イメージを反射し、偏光を「反転させる」。これにより、反射の後、観察者に向かって伝播し、その別のイメージから発生する光が、第１の偏光を有するようになる。逆に、スクリーン全体のイメージの偏光は、鏡によって反射された後、第２の偏光に変換される。偏光スクリーンの形式の観察支援装置が、観察者の前に配置され、第１の偏光のみを通過させる。従って、スクリーン上で直接観察されるスクリーン全体のイメージは通過するが、鏡から反射したバージョンのイメージはブロックされる。逆に、反射の後は、上記別のイメージは、直接観察することはできず、通過する。

この手段は、ディスプレイスクリーンの物理的領域を越えて広がるイメージ領域を提供するために、偏光解析スクリーンの形式の観察支援装置を観察者の前で用いること基本とする。また、そのディスプレイスクリーンから発せられるか、そのディスプレイスクリーンによって伝送された光の観察方向を制限する試みはなされていない。従って、全視界からの光は、全方向に伝播し、ディスプレイスクリーンは、それ自体の方向性を有していない。

特許文献４は、互いに隣接し、１８０°より小さな角度を有するスクリーン上のディスプレイのイメージを「補正する」ことに関する。特許文献４は、特許文献２および３に開示されたタイプと同じ一般的なタイプのシステムを開示する。

特許文献５は、特許文献２に開示されたタイプと同じタイプの偏光ベースのシステムを開示する。また、特許文献５は、時間多重化シャッターベースのシステムを開示する。第１および第２のイメージは、交互に組み合わせられたフィールドに表示され、観察者の近くのシャッターは、同期して開かれる。鏡は光の径路を曲げるため、その第１および第２のイメージは、互いに隣り合った仮想イメージとして見られる。

特許文献６は、３Ｄ効果を提供する、興味のある手段を開示する。３Ｄ動作モードでは、２つの対称イメージが１つのディスプレイスクリーン上に隣り合って表示される。１つの鏡がディスプレイスクリーンから（または、一対の眼鏡から）垂直に外側に向かって延びて、一方の眼が直接イメージの一方を見る。しかし、他方の眼は、鏡に反射され、従って横方向に反転している他方のイメージを見る。この手段は、３Ｄの外観を提供すると言われている。また、このディスプレイスクリーンは、それ自体で方向性はない。

特許文献７は、レンズアレイがディスプレイスクリーン上に提供されるディスプレイを開示する。２Ｄイメージがディスプレイスクリーン上に表示され、２Ｄイメージの中央部に割り当てられたピクセルからの光がディスプレイスクリーンに垂直な方向に概ね沿って方向付けられる。このイメージの左部に割り当てられたピクセルからの光は、レンズアレイによって、その垂直な方向にある角度で方向付けられ、観察者に向かって鏡によって反射される。このイメージの右部に割り当てられたピクセルからの光は、別の鏡に向かって同様に方向付けられ、観察者に向かって反射される。

また、特許文献７は、「有効なイメージの各部分に少なくとも２つのビュー（それぞれの眼に１つずつ）を含むことによって」３Ｄイメージを提供することを提案している。従って、３Ｄイメージの各ビューは、上記されたように表示される。その結果、左眼のビューの中央部および右眼のビューの中央部がその垂直方向に沿って方向付けられ、左眼のビューの左の部分および右眼のビューの左の部分は第１の鏡に向かって方向付けられ、左眼のビューの右の部分および右眼のビューの右の部分は第２の鏡に向かって方向付けられる。

また、このディスプレイは、方向性のあるディスプレイではなく、各ビューからの光は、全方向に方向付けられる。

特許文献８は、異なる焦点を有する２つ（以上）のゾーンを有するリフレクタに関する。リフレクタは、１つの焦点を有する第１の反射ゾーンを定義する鋭くカーブした部分を有し、また、異なる焦点を有する第２の反射ゾーンを定義するあまり鋭くカーブしていない部分を有する。このリフレクタは、波長セパレータであることを意図しており、用いる際には、異なる波長領域で動作するレシーバが異なる焦点に配置される。

特許文献９は、２つの異なるイメージ平面に２Ｄイメージを表示することによって３Ｄ効果が得られる３Ｄディスプレイに関する。その２つのイメージの相対的な明度は変化し得、その結果、見かけの３Ｄ物体の位置が変化し得る。１つのディスプレイでは、鏡は、ディスプレイからの３Ｄイメージを複数の観察者に方向付ける。それぞれの鏡からそれぞれの観察者への径路に「光学系」が配置される。これにより、各観察者は、共焦点平面にフォーカスされたイメージを見る。
特開平６−２３６１５２号公報米国特許出願公開第２００３／０００６９４３号明細書国際公開第０１／５９７４９号パンフレット特開２００１−１２２３９６３号公報特開平１１−２４９５９３号公報国際公開第０２／０７７７０６号パンフレット米国特許出願公開第２００３／００６３３４１号明細書英国特許出願公開第２１８８１６６号明細書欧州特許出願公開第０９５９３７７号明細書

本発明は、イメージのサイズがディスプレイスクリーンの物理的サイズよりも大きいディスプレイを提供することを目的とする。

本発明により、第１のイメージからの光を第１の観察方向に方向付け、第２のイメージからの光を該第１の方向とは異なる第２の観察方向に方向付けるマルチビューディスプレイデバイスであって、該マルチディスプレイデバイスは、使用中、該第１のイメージからの光を該第２の観察方向には方向付けず、該第２のイメージからの光を該第１の観察方向には方向付けないマルチビューディスプレイデバイスと、該第１の方向と実質的に交差する第３の方向に該第２の方向からの光を反射する第１の反射手段とを備え、前記第１の反射手段は、鏡のアレイおよび視差オプティクスを備えることを特徴とするディスプレイが提供され、これにより上記目的が鉄製される。

前記第１の反射手段は、前記マルチビューディスプレイデバイスの横方向のエッジに隣接して配置され得る。

前記第１の反射手段は、使用していない時は、コンパクトになるように可動であり得る。

前記マルチビューディスプレイデバイスは、第３のイメージからの光を第４の観察方向に方向付けるように構成され、該ディスプレイは、前記第１の方向と実質的に交差する第５の方向に該第４の方向からの光を反射する第２の反射手段を備え得る。

前記第１の反射手段および第２の反射手段は、前記マルチビューディスプレイデバイスの反対側のエッジに隣接してそれぞれ配置され得る。

前記視差オプティクスは、複数の視差素子を備え、該複数の視差素子のそれぞれは、少なくとも２つの異なる方向に傾いた鏡と協働して、少なくとも２つの第３の方向に前記第２の方向からの光を方向付け得る。

前記鏡は、光パワーを有し得る。

前記第１の反射手段は、前記鏡のアレイに仮想イメージを形成するように構成され得る。

前記視差オプティクスは、レンズアレイであり得る。

前記マルチビューディスプレイデバイスは、該マルチビューディスプレイデバイス上の全ての点において、該マルチビューディスプレイデバイスが、第２のイメージを第２の方向に方向付けることに適合することにより、該第２のイメージが前記第１の反射手段によって意図された観察位置まで反射され得る。

前記マルチビューディスプレイデバイスは、該マルチビューディスプレイデバイス上の全ての点において、該マルチビューディスプレイデバイスが、第１のイメージを第１の方向に方向付けることに適合することにより、該第１のイメージが意図された観察位置まで真っ直ぐに送られ得る。

前記マルチビューディスプレイデバイスのビューの角度分離ｂは、

を満たすか、または、実質的に満たし、ここで、ｒは、前記意図された観察位置の該マルチビューディスプレイデバイスからの距離であり、ｄは、該マルチビューディスプレイデバイスの幅であり、ｘは、該マルチビューディスプレイデバイスの中心からの横方向の距離であり得る。

前記マルチビューディスプレイデバイスのオフセット角ａは、

（発明の要旨）
本発明の第１の局面によれば、第１のイメージからの光を第１の観察方向に方向付け、第２のイメージからの光を第１の方向とは異なる第２の観察方向に方向付けるマルチビューディスプレイデバイスであって、該ディスプレイデバイスは、第１のイメージからの光を第２の観察方向には方向付けず、第２のイメージからの光を第１の観察方向には方向付けないマルチビューディスプレイデバイスと、第１の方向と実質的に交差する第３の方向に第２の方向からの光を反射する第１の反射手段とを備える、ディスプレイが提供される。

このマルチビューディスプレイデバイスは、方向性ディスプレイであり、第１および第２のイメージを互いに異なる方向に方向付ける。この２つのイメージは、任意の観察支援装置を利用することなく観察され得る。

第１および第２のイメージは、空間的に多重化された態様でマルチビューディスプレイデバイス上に表示され得る。もしくは、第１および第２のイメージは、時間的に多重化された態様でマルチビューディスプレイデバイス上に表示され得る。

第１の手段が、デバイスの横方向のエッジに隣接して配置され得る。

第１の手段が、使用していない時に、コンパクトになるように可動であり得る。

このデバイスは、第３のイメージからの光を第４の観察方向に方向付けるように構成され得、このディスプレイは、第４の方向からの光を実質的に第１の方向と交差する第５の方向に反射する第２の反射手段を備える。第１および第２の手段は、デバイスの反対のエッジに隣接して配置され得る。

第１の手段は、鏡を含み得る。鏡は、平面鏡であり得る。鏡は、デバイスの表示面に対して実質的に９０°傾き得る。

鏡は、光パワー（ｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒ）を有し得る。鏡は、デバイスの表示面に対して９０°よりも大きい角度で傾き得る。

鏡は、フレネル鏡であり得る。鏡は、複数の平面セクションを含み得る。代替として、鏡は、光パワーを有する複数のセクションを含み得る。

第１の手段は、鏡のアレイおよび視差オプティクスを含み得る。視差オプティクスは、複数の視差素子を含み得、複数の視差素子のそれぞれは、少なくとも２つの異なる方向に傾いた鏡と協働して、第２の方向からの光を少なくとも２つの第３の方向に方向付ける。鏡は、光パワーを有し得る。第１の手段は、鏡のアレイに仮想イメージを形成するように構成され得る。視差オプティクスは、レンズアレイであり得る。

このディスプレイデバイスは、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが第２のイメージを第２の方向に方向付けることに適合することにより、第２のイメージは、意図された観察位置までリフレクタによって反射される。

このディスプレイデバイスは、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが第１のイメージを第１の方向に方向付けることに適合することにより、第１のイメージは、意図された観察位置まで真っ直ぐに送られる。

ディスプレイデバイスのビューの角度分離ｂは、

を満たすか、または、実質的に満たし得る。ここで、ｒは、意図された観察位置のディスプレイデバイスからの距離であり、ｄは、ディスプレイデバイスの幅であり、ｘは、ディスプレイデバイスの中心からの横方向の距離である。

ディスプレイデバイスのオフセット角ａは、

このように、ディスプレイの物理的表示エリアよりも大きく見えるイメージを表示するディスプレイを提供することができる。この構成は、比較的軽量であり、かつ、複雑ではない。使用することが必要とされない時に鏡のような反射手段を折り畳むことができる実施形態では、比較的コンパクトなディスプレイが提供され得る。このディスプレイは、例えば、物理的表示エリアがそのエリアと同じサイズのイメージを提供するディスプレイと比較して軽量であり、より安価で製造される。

本発明のディスプレイデバイスは、方向性タイプ、例えば、自動立体視ディスプレイにおいて用いられるか、または、複数の独立したイメージのビューを提供するタイプの液晶ディスプレイを含み得る。比較的サイズがコンパクトであり、かつ、軽量であるこのタイプのディスプレイは、携帯電話のようなモバイルデバイスにおいて用いることに適する。他の用途は、非常にコンパクトな手段が従来のサイズのイメージを生成し得るラップトップコンピュータ、例えばワイドスクリーンの映画を鑑賞するためにディスプレイのアスペクト比が変更され得るデスクトップモニタ、ならびに、余分なダッシュボードのスペースを必要とせずにディスプレイの実効サイズが増加し得る乗り物のダッシュボードにおける自動車用の用途を含む。

本発明は、添付の図面を参照して、例示によりさらに説明される。

図５に示されるディスプレイは、デュアルビュー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの形式のマルチビューディスプレイデバイス３０を備える。デバイス３０は、例えば、図１および４に示される自動立体視ディスプレイにおいて用いられるタイプであり得る。このデバイスは、ディスプレイデバイスのピクセル構造と協働する視差オプティクスを用いて、異なる観察方向に光を方向付けることにより、観察ウィンドウを生成する。もしくは、ディスプレイデバイス３０は、関連性のないイメージを同時に異なる観察方向の観察者に表示するマルチビュータイプであり得る。

図５のディスプレイは、平面鏡３１の形態の反射手段を備える。平面鏡３１は、拡大されたイメージエリアを提供するためにディスプレイを使用している間、ディスプレイデバイス３０の表示面に対して実質的に９０°傾き、デバイス３０の横の端から広がる。

イメージデータは、任意の適切なソースからデバイス３０に供給され、ディスプレイデバイス３０は、第１のイメージを表示し、このイメージからの光は、ディスプレイの観察領域の観察者３２に向かって第１の方向またはある方向の範囲に方向付けられる。ディスプレイデバイス３０は、第２のイメージを表示し、このイメージからの光を矢印３３および３４で示される第２の方向またはある方向の範囲に方向付ける。このディスプレイデバイスは、方向性ディスプレイデバイスであり、第１のイメージからの光を第２の観察方向に方向付けず、かつ、第２のイメージからの光を第１の観察方向に方向付けない。一方のイメージからの光は、他方のイメージからの光と異なる方向に方向付けられ、各イメージは、適切に位置した観察者によって観察支援装置を使用することなく観察され得る。第２のイメージからの光は、鏡によって第３の方向またはある方向の角度範囲（これらは、観察者３２が位置する観察領域で第１の方向または範囲と交差する）にいる観察者３２に向かって反射する。従って、観察者は、仮想イメージ３５によって示されるディスプレイデバイス３０の左真横の位置から発生するように見える第２のイメージを見る。このように、観察者３２は、ディスプレイデバイス３０の表示エリアと同じ高さにあるが、二倍の幅のイメージを見る。第１および第２のイメージは、ある点では互いに相補的となり得、例えば、第１のイメージがアドレスブックまたは電話帳の登録データのイメージであり、右のイメージがその登録データによって網羅される人のイメージであり得る。もしくは、第１のイメージおよび第２のイメージは、ビューの２つの部分であってもよく、観察者は、第１および第２のイメージによって形成されるビュー全体を知覚する。

鏡３１は、任意の適切な機械的手段によってデバイス３０に接続され、この手段により、必要とされないときは鏡３１が移動することが可能になり、よりコンパクトなパッケージを提供する。例えば、鏡３１は、追加のエリアが必要とされないか、または、ディスプレイが使用中でない場合にしまい込まれ得る。この機械的手段は、比較的単純であり得、例えば、鏡３１をデバイス３０に対して実質的に平坦であるか、または、デバイス３０の遠くに折り畳むことを可能にするヒンジ手段を備え得る。

ディスプレイデバイス３０が、デバイスの液晶モードの非対称観察特性によって垂直でない観察方向が提供されるＬＣＤタイプである場合、デバイスの駆動手段は、観察領域に最良のイメージを提供するように設計または最適化され得る。視差オプティクスを用いるディスプレイデバイス３０の場合、観察方向は、視差オプティクスおよびピクセル構成の相対位置によって選択または最適化され得る。いずれの場合にせよ、異なる観察領域の範囲が提供されなければならない場合、駆動手段は、観察者の位置に応じて調節され得、視差オプティクスは、観察者の位置に応じて機械的または電気的に移動し得る。

言い換えると、各ピクセルが光を出力する方向は、光が観察者まで達するように最適化される必要がある。観察者が位置を変化させると、方向を最適化し直す必要があり得る。これは、視差オプティクスを機械的または電気的に変化させることによってなされ得る。

図６は、ディスプレイデバイス３０が３つの異なる観察方向に３つのイメージを表示し、第２の鏡３６が観察者３２に向かって第３の方向からの光を反射するように提供される点で、図５において示されたディスプレイと異なるディスプレイを示す。鏡３６は、鏡３１と同様であり、第２の仮想イメージ３７が形成される。従って、最大イメージサイズは、ディスプレイデバイス３０の物理的表示エリアの３倍と実質的に等しい。この手段は、実質的に法線方向に入射するビューに対して意図され、例えば、デスクトップ鏡として用いられ得る。この実施形態では、ユーザが仮想イメージ３５および３７全体を見ることが可能なように、鏡３１および３６が、ディスプレイデバイス３０から比較的遠くに広がる必要がある。

図７は、平面鏡３１がディスプレイデバイス３０の表示面に対して９０°よりも大きい角度で傾くという点で、図５に示されるディスプレイと異なるディスプレイを示す。この手段は、図５に示される鏡よりも小さい鏡３１により、仮想イメージ３５全体が観察者３２によって見られることを可能にする。しかしながら、この手段は、ディスプレイデバイス３０の表示面上で直接観察される仮想イメージが、第１のイメージの平面の外側にあるように見えるようにするという効果を有する。

図８に示されるディスプレイは、平面鏡が１次元または２次元の光パワー（ｏｐｔｉｃａｌｐｏｗｅｒ）を有する鏡３１によって置換される点で、図７に示されるディスプレイと異なる。このディスプレイによる仮想イメージは、ディスプレイデバイス３０によって表示される第１のイメージの平面にあり、観察者３２によって直接観察されるが、鏡３１の効果は、仮想イメージ３５のサイズを水平方向に低減するか、または、仮想イメージ３５を水平方向に「押しつぶす（ｓｑｕａｓｈ）」ことであり、仮想イメージ３５は、より狭いが水平方向の空間解像度がより高くなるように観察者３２によって見られる。この効果を避けるために、第２のイメージのイメージデータを「事前に歪める」ことにより、補正が提供され得る。

図９に示されるディスプレイは、光パワーを有する鏡がフレネル鏡によって置換されるという点で、図８に示されるディスプレイと異なる。鏡３１は、複数の鏡セクションを有する階段状の手段を備え、鏡セクションのそれぞれは、ディスプレイデバイス３０の表示面に対して実質的に垂直である。フレネル鏡は、表示面に対して垂直でない角度（９０°よりも大きい）だけ効果的に傾く。この手段は、観察者３２によって直接観察される第１のイメージの平面に仮想イメージを維持するが、この仮想イメージ３５は、水平方向に伸びる。再度、この伸びは、第２のイメージを「事前に歪める」ことによって補正され得る。フレネル鏡の利用は、結果として、第２のイメージを観察者３２が見ることができない「死角領域」をもたらす。

図１０ａは、階段状のフレネル鏡が、鏡セクションが光パワーを有するフレネル鏡によって置換されるという点で、図９に示される鏡とは異なるディスプレイを示す。このような手段は、歪むことも押しつぶされることもなく、仮想イメージ３５が第１のイメージと同一の平面にあるという結果をもたらす。しかし、このような手段では、観察者３２が表示されたイメージを正しく見る観察領域が比較的小さい。

この効果が図１０ｂに示される。正しいイメージが３２の観察者１によって見られるが、４０の観察者２は、横方向にシフトした仮想イメージ３５の一部を見、第２のイメージを全く見ない。例えば、ディスプレイデバイス３０がフィーチャ４１を表示する場合、観察者４０は、これを仮想イメージ３５の位置４３で矢印４２の方向から見ることを期待する。しかし、鏡３１は、方向４４の入射光を方向４２に反射し、少なくとも方向４２において、観察者４０は第２のイメージを全く見ない。

図１１ａおよび１１ｂは、図１０ａおよび１０ｂのフレネル鏡が視差オプティクスと協働する鏡のアレイによって置換されたディスプレイを示し、視差オプティクスは、レンズアレイまたはレンチキュラシートとして示されるが、あるいは、視差バリアであっても、任意の他の適切なタイプの視差オプティクスであってもよい。鏡のアレイは、この場合、垂直軸について異なる方向に傾くか、または、異なる角度をなす２つの鏡のグループを備える。鏡または鏡セクションは、図１１ｂの５０に示され、吸収またはブラック領域５１によって分離される。鏡５０の各グループは、アレイ５２のレンチキュルに関連付けられ、これと協働する。５３の観察位置１の観察者は、例えば、レンチキュル５５を通り、鏡５６を介して、第２のイメージを観察する。５４の観察位置の観察者は、例えば、レンチキュル５５および鏡５７を介して、第２のイメージを見る。各鏡および鏡セクションは、それぞれの観察者が、ディスプレイデバイス３０上で直接観察される第１のイメージと同じ面で仮想イメージ５５を見るように配向される。

５６および５７のような鏡セクションは、光パワーを有し得る。例えば、光学性能は、第２のイメージが実質的に鏡セクションの平面にある仮想イメージように見えるように構成され得る。このような手段は、タッチスクリーンが反射手段３１の前に追加されることを可能にし、観察者が、仮想イメージ内の点に対応し、結果として、例えば、コンピュータまたはパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）によって生じる対応するアクションを生じさせる反射手段上の点をタッチできるようになる。この仮想イメージ上の点に対応する鏡手段上の点は、広い範囲の観察位置または領域内の観察者の位置に関係なく、同じである。

図１１ｂに示される反射手段は、他の用途で用いられ得る。例えば、このような手段は、乗り物のリアビューミラーとして用いられ得る。従来のリアビューミラーは、例えば、ドライバーの高さによって決定される、ドライバーの位置に応じて調整されなければならなかった。図１１ｂに示されるタイプの手段は、乗り物の後方からの光が、ドライバーの位置、特に、ドライバーの高さに関わらずドライバーの眼に方向付けられるように設計され得る。従って、このタイプのリフレクタを調節する必要はない。

上述の実施形態では、第１および第２のイメージ（および、存在する場合は第３のイメージ）は、空間的に多重化された態様で、ディスプレイデバイス上に同時に表示され得る。もしくは、これらのイメージは、時間的に多重化された態様で連続的に表示され得る。２つ以上のイメージを空間的に多重化された態様または時間的に多重化された態様で方向性ディスプレイデバイス上に表示する方法が公知であり、ここでは説明しない。

ディスプレイの「ヘッドフリーダム（頭部の自由度）」が可能な限り大きくされることが好ましい。ディスプレイは、意図された観察位置を有し、ヘッドフリーダムは、イメージの品質が許容不可能になる前に、意図された観察位置から離れる方向に観察者の頭を動かすことができる距離を表す。イメージの品質は、通常、イメージの混合が生じることにより低下する。

最良のヘッドフリーダムを得るために、ディスプレイデバイス３０上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第２のイメージを第２の方向に方向付け、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第１のイメージを第１の方向に方向付けることが好ましい。第２の方向は、第２のイメージが、意図された観察位置に位置する観察者３２までリフレクタ３１から反射するように設定される。第１の方向は、第１のイメージが、意図された観察位置に位置する観察者まで直進するように設定される。つまり、第１のイメージがディスプレイデバイスによって方向付けられる方向、および、第２のイメージがディスプレイデバイスによって方向付けられる方向は、図５に示されるように、ディスプレイの幅にわたって変化する。

図１２は、図５のディスプレイデバイス用の２つのパラメータを示す。１つのパラメータｂは、ビューの角度分離であり、ディスプレイデバイス３０が２つのビューを方向付ける方向間のディスプレイデバイスにおける角度分離である。ビューの角度分離ｂは、第１のイメージが方向付けられる第１の方向（または、第１の方向の範囲の中心方向）と第２のイメージが方向付けられる第２の方向（または、第２の方向の範囲の中心方向）との間の差に等しい。

図１２に示される他方のパラメータは、オフセット角ａである。これは、一方は、ディスプレイデバイス３０に対する法線方向４５と、他方は、第１の方向（または、第１の方向の範囲の中心方向）と第２の方向（または、第２の方向の範囲の中心方向）の二等分線との間の角度である。

可能な最良のヘッドフリーダムを提供するために、ビューの角度分離ｂおよびオフセット角ａは、ディスプレイデバイス３０にわたって変化し、上述されたように、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第２のイメージを第２の方向に方向付け、かつ、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第１のイメージを第１の方向に方向付ける。第２の方向は、第２のイメージが、観察者３２までリフレクタ３１から反射するように設定される。第１の方向は、第１のイメージが、観察者まで直進するように設定される。

反射性手段３１がディスプレイデバイス３０の前面に対して垂直であるディスプレイでは、意図される観察位置が、幅ｄを有するディスプレイデバイスから距離ｒの中心位置にある場合、ビューの角度分離ｂ、およびオフセット角ａは、

に従って変化することが好ましい。

式（１）および（２）では、ｘは、ディスプレイデバイス３０の中心から計測されるスクリーン上の横方向の位置を示す。

オフセット角ａは、例えば、ディスプレイデバイス３０のピクセルに対してディスプレイデバイス３０の視差オプティクスの素子の横方向の位置を変化させることによって、変化し得る。これは、図１３ａおよび１３ｂに示される。

図１３ａおよび１３ｂは、ディスプレイデバイス３０の視差オプティクスの１つの素子４６を示す。これらの図は、視差オプティクスがレンズアレイであることを前提とし、素子４６がレンズとして示される。しかしながら、図１３ａ〜図１４ｂに示される効果は、視差オプティクスのようなレンズに制限されず、他のタイプの視差オプティクスにより達成される。さらに、図１３ａおよび図１３ｂは、ディスプレイデバイス３０のイメージ表示層の２つのピクセル４７Ｒ、４７Ｌを示す。ピクセル４７Ｒは、右イメージに割り当てられ、ピクセル４７Ｌは、左イメージに割り当てられる。

図１３ａにおいて、視差オプティクスの素子４６は、ピクセル４７Ｌ、４７Ｒについて対称的に配置され、それにより、（横方向における）素子の中心は、一方のピクセル４７Ｌと他方のピクセル４７Ｒとの間の中心位置に配列される。素子４６の中心は、図１３ａから図１４ｂに「Ｘ」で示される。（ピクセル４７Ｌ、４７Ｒが互いに同じサイズを有することを前提とする。）非対称レンズ４６の場合、第１のピクセル４７Ｌのイメージが方向付けられる方向４８Ｌ、および、第２のピクセル４７Ｒのイメージが方向付けられる方向４８Ｒは、ディスプレイデバイス３０の法線４５について対称的であり、オフセット角ａは、ゼロに等しくなる。

図１３ｂは、ピクセル４７Ｌ、４７Ｒに対して横方向に視差オプティクスの素子４６を変位させることの効果を示す。第１のピクセル４７Ｌのイメージが方向付けられる方向４８Ｌおよび第２のピクセル４７Ｒのイメージが方向付けられる方向４８Ｒは、ディスプレイデバイス３０の法線４５についてもはや対象ではなく、オフセット角ａは、ゼロでない。視差オプティクスの素子４６とピクセル４７Ｌ、４７Ｒとの間の相対的な変位が大きくなるにつれて、オフセット角ａは大きくなる。図１３ｂに示される方向と反対の方向にピクセル４７Ｌ、４７Ｒに対して視差オプティクスの素子４６を変位させることは、再びゼロでないオフセット角ａを導き、オフセット角度は、図１３ｂのオフセット角と反対の符号となる。

ディスプレイデバイスの視差オプティクスおよびイメージ表示層は、ディスプレイデバイスのオフセット角ａがディスプレイデバイスにわたって変化するように構成されることが好ましく、上述されたように、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第２のイメージを第２の方向に方向付け、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第１のイメージを第１の方向に方向付ける。第２の方向は、第２のイメージが、意図された観察位置に位置する観察者３２までリフレクタ３１から反射するように設定される。第１の方向は、第１のイメージが、意図された観察位置に位置する観察者まで直進するように設定される。観察者が中央にくるように位置し、リフレクタがディスプレイデバイスに対して垂直になる場合、ディスプレイのオフセット角ａは、式（２）に従ってか、または、式（２）に近似した態様で変化することが好ましい。実際に、ディスプレイデバイスのピクセルピッチは、一定となる傾向があるので、標準的なディスプレイパネルを利用することが可能になる。この場合、視差オプティクスは、その幅にわたって変化するピッチを有することが好ましく、ディスプレイのオフセット角度は、式（２）に従ってか、または、式（２）に近似した態様でディスプレイにわたって変化する。しかしながら、原理的には、ディスプレイデバイスのピクセルピッチは、視差オプティクスのピッチに加えてか、または、このピッチの代わりに変化し得るが、これは、標準的でないディスプレイパネルが必要とされることを意味する。

ビューの角度分離ｂもまた変化し得、これは、図１４ａおよび１４ｂに示される。

図１４ａは、図１３ａに概ね対応するので、詳細は説明されない。図１４ａのビューの角度分離は、第１のピクセル４７Ｌのイメージが方向付けられる方向４８Ｌと、第２のピクセル４７Ｒのイメージが方向付けられる方向４８Ｒとの間の角度である。所与の視差オプティクスの素子では、ビューの角度分離ｂは、特にディスプレイデバイス３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の分離によって、および、ディスプレイデバイス３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の材料の屈折率によって決定される。

図１４ｂは、ディスプレイデバイス３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の分離を減少させる効果を示す。ディスプレイデバイス３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の分離が減少するにつれて、ビューの角度分離ｂが増加することが理解され得る。

ディスプレイ３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の材料の屈折率を増加させることは、ディスプレイデバイス３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の実効光路距離を増加させる効果を有する。従って、ディスプレイ３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の材料の屈折率を増加させることは、ディスプレイデバイス３０のピクセル４７Ｌ、４７Ｒと視差オプティクスの素子４６との間の分離を増加させることと等価であり、ビューの角度分離ｂが減少する。

ビューの角度分離ｂは、これを行う他の方法で、例えば、視差オプティクスの後ろにレンズまたはプリズムを提供することによって視野角を変化させることにより、変化し得る。

ディスプレイデバイスの視差オプティクスおよびイメージ表示層は、ディスプレイデバイスのビューの角度分離ｂがディスプレイにわたって変化するように構成されることが好ましく、上述されたように、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第２のイメージを第２の方向に方向付け、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第１のイメージを第１の方向に方向付ける。第２の方向は、第２のイメージが、意図された観察位置までリフレクタ３１から反射するように設定される。第１の方向は、第１のイメージが、意図された観察位置まで直進するように設定される。意図された観察位置が中央にくるように位置し、リフレクタ３１がディスプレイデバイス３０に対して垂直になる場合、ディスプレイデバイスのビューの角度分離ｂは、式（１）に従ってか、または、式（１）に近似した態様で変化することが好ましい。視差オプティクスとピクセルとの間の分離、および／または、視差オプティクスとピクセルとの間の材料の屈折率は、ディスプレイデバイスのビューの角度分離ｂが、式（１）に従ってか、または、式（１）に近似した態様でディスプレイデバイスにわたって変化するように構成されることが好ましい。ビューの角度分離ｂを変化させる任意の適切な方法が用いられ得る。例えば、視差オプティクスとイメージ表示層との間の分離を変化させる方法、あるいは、視差オプティクスとイメージ表示層との間の材料の屈折率を変化させる方法が公知である。

同様に、ピクセルの位置およびピッチに対する視差オプティクスの位置およびピッチは、他の設計のために、ヘッドフリーダムを増加するように最適化され得る。例えば、視差オプティクスの位置およびピッチは、３つ以上のビューを表示するディスプレイ、軸方向から観察されることが意図されるディスプレイ、または、リフレクタ３１がディスプレイデバイス３０に対して垂直でないディスプレイに対して最適化され得る。

意図された観察位置が中心位置にない場合、および／または、リフレクタ３１がディスプレイデバイス３０に対して垂直でない場合、ビューの角度分離ｂおよびオフセット角度ａは、上述の式（１）および（２）によって与えられない。しかしながら、依然として、ビューの角度分離ｂおよびオフセット角ａがディスプレイデバイスにわたって変化することが好ましく、上述されたように、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第２のイメージを第２の方向に方向付け、ディスプレイデバイス上の全ての点において、ディスプレイデバイスが、第１のイメージを第１の方向に方向付ける。第２の方向は、第２のイメージが、意図された観察位置までリフレクタから反射するように設定される。第１の方向は、第１のイメージが、意図された観察位置まで直進するように設定される。

ビューの角度分離ｂおよびオフセット角度ａの両方がディスプレイデバイスにわたって変化することが好ましい。しかしながら、観察ヘッドフリーダムの改良は、ビューの角度分離ｂのみがディスプレイデバイスにわたって変化する場合、または、オフセット角ａのみがディスプレイデバイスにわたって変化する場合に実現される。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
（要約）
本発明において、イメージのサイズがディスプレイスクリーンの物理的サイズよりも大きいディスプレイが提供される。このディスプレイは、第１のイメージからの光を第１のイメージを直接見る観察者３２に向かって第１の観察方向に方向付ける、マルチビューディスプレイデバイス（３０）を備える。第２のイメージからの光は、第２の方向（３３，３４）に方向付けられ、鏡または鏡手段のような反射手段（３１）によって反射される。この光は、観察領域において第１の方向と交差する第３の方向に反射され、それにより、観察者３２は、仮想イメージ３５として、直接的なイメージに沿った第２のイメージを見る。

図１は、公知のタイプのフロント視差バリアタイプの自動立体視ディスプレイの断面図である。図２は、図１に示されるタイプのビューポイント補正の無いディスプレイイメージのビジビリティを示す。図３は、図１に示されるタイプのディスプレイのビューポイント補正を示す。図４は、公知のタイプのリア視差バリアタイプの自動立体視ディスプレイの断面図である。図５は、本発明の第１の実施形態を構成するディスプレイの平面図である。図６は、本発明の第２の実施形態を構成するディスプレイの平面図である。図７は、本発明の第３の実施形態を構成するディスプレイの平面図である。図８は、本発明の第４の実施形態を構成するディスプレイの平面図である。図９は、本発明の第５の実施形態を構成するディスプレイの平面図である。図１０ａは、本発明の第６の実施形態を構成するディスプレイの平面図であり、異なる観察者位置に対する所望ではない影響を示す。図１０ｂは、本発明の第６の実施形態を構成するディスプレイの平面図であり、異なる観察者位置に対する所望ではない影響を示す。図１１ａは、本発明の第７の実施形態を構成するディスプレイの平面図を示す。図１１ｂは、図１１ａのディスプレイの詳細を示す平面図である。図１２は、図５のディスプレイに対する角度分離およびオフセット角を示す。図１３ａは、オフセット角度がどのようにして変化し得るかを示す。図１３ｂは、オフセット角がどのようにして変化し得るかを示す。図１４ａは、角度分離がどのようにして変化し得るかを示す。図１４ｂは、角度分離がどのようにして変化し得るかを示す。

符号の説明

３０マルチビューディスプレイデバイス
３１鏡
３２観察者
３３第２の方向
３４第２の方向
３５仮想イメージ

Claims

第１のイメージからの光を第１の観察方向に方向付け、第２のイメージからの光を該第１の方向とは異なる第２の観察方向に方向付けるマルチビューディスプレイデバイスであって、該マルチディスプレイデバイスは、使用中、該第１のイメージからの光を該第２の観察方向には方向付けず、該第２のイメージからの光を該第１の観察方向には方向付けないマルチビューディスプレイデバイスと、
該第１の方向と実質的に交差する第３の方向に該第２の方向からの光を反射する第１の反射手段とを備え、
前記第１の反射手段は、鏡のアレイおよび視差オプティクスを備えることを特徴とするディスプレイ。
前記第１の反射手段は、前記マルチビューディスプレイデバイスの横方向のエッジに隣接して配置される、請求項１に記載のディスプレイ。
前記第１の反射手段は、使用していない時は、コンパクトになるように可動である、請求項１または２に記載のディスプレイ。
前記マルチビューディスプレイデバイスは、第３のイメージからの光を第４の観察方向に方向付けるように構成され、
該ディスプレイは、前記第１の方向と実質的に交差する第５の方向に該第４の方向からの光を反射する第２の反射手段を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のディスプレイ。
前記第１の反射手段および第２の反射手段は、前記マルチビューディスプレイデバイスの反対側のエッジに隣接してそれぞれ配置される、請求項４に記載の装置。
前記視差オプティクスは、複数の視差素子を備え、該複数の視差素子のそれぞれは、少なくとも２つの異なる方向に傾いた鏡と協働して、少なくとも２つの第３の方向に前記第２の方向からの光を方向付ける、請求項１に記載のディスプレイ。
前記鏡は、光パワーを有する、請求項１に記載のディスプレイ。
前記第１の反射手段は、前記鏡のアレイに仮想イメージを形成するように構成される、請求項７に記載のディスプレイ。
前記視差オプティクスは、レンズアレイである、請求項１に記載のディスプレイ。
前記マルチビューディスプレイデバイスは、該マルチビューディスプレイデバイス上の全ての点において、該マルチビューディスプレイデバイスが、第２のイメージを第２の方向に方向付けることに適合することにより、該第２のイメージが前記第１の反射手段によって意図された観察位置まで反射される、請求項１〜９のいずれかに記載のディスプレイ。
前記マルチビューディスプレイデバイスは、該マルチビューディスプレイデバイス上の全ての点において、該マルチビューディスプレイデバイスが、第１のイメージを第１の方向に方向付けることに適合することにより、該第１のイメージが意図された観察位置まで真っ直ぐに送られる、請求項１〜１０のいずれかに記載のディスプレイ。
前記マルチビューディスプレイデバイスのビューの角度分離ｂは、

を満たすか、または、実質的に満たし、ここで、ｒは、前記意図された観察位置の該マルチビューディスプレイデバイスからの距離であり、ｄは、該マルチビューディスプレイデバイスの幅であり、ｘは、該マルチビューディスプレイデバイスの中心からの横方向の距離である、請求項１〜１１のいずれかに記載のディスプレイ。
前記マルチビューディスプレイデバイスのオフセット角ａは、

を満たすか、または、実質的に満たし、ここで、ｒは、前記意図された観察位置の該マルチビューディスプレイデバイスからの距離であり、ｄは、該マルチビューディスプレイデバイスの幅であり、ｘは、該マルチビューディスプレイデバイスの中心からの横方向の距離である、請求項１〜１２のいずれかに記載のディスプレイ。