JP7366450B2 - ライトフィールド表示システム - Google Patents

Description

本開示は、出願番号２０１９１０４３８７８５．３、出願日２０１９年０５月２４日の中国特許出願に基づいて提出し、当該中国特許出願の優先権を主張するものであり、上記中国特許出願の全ての内容が引用により本開示に援用される。

本発明の実施例は、３Ｄ表示技術に関し、例えばライトフィールド表示システムに関する。

裸眼式３Ｄ技術により、ユーザは３Ｄメガネの束縛から解放され、肉眼で３Ｄ画像を直接観察することができる。現在、表示技術の発展に伴い、裸眼３Ｄ表示技術は、主に多視点表示技術、ボリューム表示技術、指向性バックライト表示技術、インテグラルイメージング表示技術、多層表示技術およびホログラフィック３Ｄ表示技術を含む。

その中で、多視点表示技術の出現は、２つの視点ごとの視野角が小さすぎるため、視点数を増やす方法を用いて視野角が小さすぎる問題を解決するためである。しかし、視点が多いほど、リソースの占有が大きくなり、解像度が低くなり、且つ視覚輻輳調節とフォーカス調整との矛盾（ＶＡＣ効果）がより顕著である。また、多視点三次元表示のプログラムの作製は、アニメーションか動画かにかかわらず、技術的難易度が高く、コストが高いという問題に直面するため、その適用の範囲は限られている。ボリューム表示技術は、回転画面または複数の画面を用いて空間に均一に分布して異なる時間と異なる空間位置とに画素が順に点灯することを実現し、人の目の視覚残像効果により、３Ｄ映像を感知するが、当該技術の立体映像画面空間解像度が不足しているため、適用範囲が限られている。指向性バックライト表示技術は、導光板において特別にデザインした構造を加工し、光線の伝播を異なる方向に向けさせ、パララックス照明を形成し、当該技術は、液晶ディスプレイと指向性バックライト光源とに依存しており、両者は大きいサイズのイメージベースドライティングと表示とを実現するのが難しく、ＶＡＣ効果が深刻である。多層表示技術とは空間平面視野角ライトフィールド表示技術であり、その基本的な原理は１つのディスプレイにおいて複数の表示画面が設けられることにより、異なる表示画面において異なる動画画像が表示され、これらの画像は一定のデプス情報を有し、これらの画像をそれぞれ処理した後、複数の表示画面の合成効果により、ステレオ表示を達成することができるが、多層表示を実現する画像形成機器の体積が大きすぎ、輝度が低くなり、コストが高くて実現するのが難しい。インテグラルイメージングとはレンズアレイを用いて光の可逆性の原理に基づいて実際の三次元の場面を記録と再生する裸眼３Ｄステレオ表示技術であるが、当該方法において画像形成のイメージポイントの位置が単一で、被写界深度がより浅い。ホログラフィック三次元表示技術は２つのコヒーレント光を用い、１つのビームは実際の物体の表面で反射され、物体の表面の強度と位相情報とを運び、別のビームはいずれの情報も運ばず、２つのビームは互いに干渉して複雑なホログラフィックライトフィールドを形成し、当該ホログラフィックライトフィールドは物体の表面の明暗、被写界深度などの情報を含むため、ライトフィールドの情報を再生し、光の強度と相位を記録して再生し、人の目の視覚システムに必要な全ての知覚情報を提供し、複数の人が同時に同じ三次元画像を見ることを実現し、裸眼３Ｄ技術における観覧者数の制限を打ち破るが、ホログラフィック三次元表示技術の視野角は小さく、適用の範囲が限られている。

前記のように、従来の多種類の裸眼３Ｄ表示技術においては、各方法とも、被写界深度が深く、ＶＡＣ効果がなく、移動視差が顕著であり、視野角の範囲が大きく、輝度が高くて同時に複数の人が見ることをサポートするなどの利点を同時に備えることができない。

本発明の実施例は、複数の人が同時に裸眼３Ｄ画像を見るとともに、見る位置により観覧者が見る３Ｄ画像のコンテンツが異なり、裸眼３Ｄ画像の解像度と被写界深度とを高め、観覧者の視野角の範囲を増やすことを実現するライトフィールド表示システムを提供する。

本発明の実施例は、回転可能表示画面サブシステム、表示画面測位装置、アイトラッキングサブシステムおよびコンピューター機器を含むライトフィールド表示システムであって、
前記回転可能表示画面サブシステムは、ライトポールおよび少なくとも１つのコントローラーを含み、前記ライトポールに第１予め設定された数のライトボードが含まれ、各ライトボードにベクトル画素アレイが含まれ、前記ベクトル画素アレイは、実像ベクトル画素と虚像ベクトル画素とを含み、
前記表示画面測位装置は、複数のレーザと光センサーとを含み、複数の前記レーザは、前記回転可能表示画面サブシステムの周りにおける複数の予め設定された位置に設置され、各コントローラーに前記光センサーが設置され、
前記アイトラッキングサブシステムは、アイトラッキングカメラと位置算出ユニットとを含み、前記アイトラッキングカメラは、画像情報を取得するように設けられ、前記位置算出ユニットは前記アイトラッキングカメラが取得した画像情報に基づいて少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とを確定するように設けられ、
前記コンピューター機器は、前記回転可能表示画面サブシステムと前記アイトラッキングサブシステムとに接続され、前記コンピューター機器は、前記少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とを取得し、前記少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置に基づいて当該空間位置に前記少なくとも一人の観覧者の各目に表示する必要がある３Ｄ表示データを生成し、前記ライトボードの配列状況に基づいて前記３Ｄ表示データを分割し、前記コントローラーのリクエストに応答して前記少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置および視線方向と、分割された３Ｄ表示データとを前記回転可能表示画面サブシステムに送信するように設けられ、
各前記コントローラーは、前記表示画面測位装置のセンサーデータに基づいて当該コントローラーが制御するライトボードの位置を確定し、前記コンピューター機器から当該コントローラー制御するライトボードの位置に対応する３Ｄ表示データおよび前記少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とを取得し、取得した３Ｄ表示データおよび前記少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とに基づいて当該コントローラーが制御するライトボードにおける各ベクトル画素の表示コンテンツと表示方向とを算出し、当該コントローラーが制御するライトボードにおける各ベクトル画素を駆動して前記表示方向に前記表示コンテンツを表示し、３Ｄ画像表示することを実現するように設けられる、ライトフィールド表示システムを提供する。

本発明の実施例に係るライトフィールド表示システムの構造模式図である。 本発明の実施例に係る実像ベクトル画素の模式図である。 本発明の実施例中に係る虚像ベクトル画素の模式図である。 本発明の実施例に係るライトボードにおけるベクトル画素のアレイ配列模式図である。 本発明の実施例に係るライトポールの模式図である。 本発明の実施例に係る異なる列のライトポールにおけるベクトル画素の配列模式図である。 本発明の実施例に係る１つのライトボードにおけるベクトル画素アレイの配列模式図である。 本発明の実施例に係る瞳孔直径と絞り直径の関係模式図である。 本発明の実施例に係るレーザモジュールが回転表示画面の周辺における配列模式図である。 本発明の実施例に係るコントローラーとシステムにおける他の機能構造との相互作用図である。 本発明の実施例に係るライトフィールド表示システムが画像を表示しているときの模式図である。 本発明の実施例に係る観覧ステージが表示画面アウター側に設けられた模式図である。 本発明の実施例に係るライトボードが水平に設けられているときの表示システムの模式図である。 本発明の実施例に係る表示画面が平面構造であるときのライトフィールド表示システムの構造模式図である。

以下、図面と実施例とを結びつけて本発明を更に詳しく説明する。ここで説明される具体的な実施例は、本発明を限定するものではなく、本発明を説明するためにのみ使用されることを理解すべきである。また、説明を容易にするために、図面は本発明に関連する部分だけを示しており、全ての構造ではない。
実施例

図１は、本発明の実施例に係るライトフィールド表示システムの構造模式図であり、本実施例は裸眼３Ｄ画像表示を実現することに適用できる。図１が示すように、ライトフィールド表示システムの構造は、具体的に、
回転可能表示画面サブシステム１、表示画面測位装置、アイトラッキングサブシステム、通信サブシステムおよびコンピューター機器７を含む。

そのうち、回転可能表示画面サブシステム１は、ライトポール１０１と、コントローラー６と、ライトポール固定装置とモータとにより、建てられた回転構造であり、前記ライトポール１０１に第１予め設定された数のライトボード１０１１１が含まれ、各ライトボード１０１１１にベクトル画素アレイおよびベクトル画素駆動線路が含まれ、前記ベクトル画素アレイは、実像ベクトル画素１０１１１１と虚像ベクトル画素１０１１１２とを含む。

前記実像ベクトル画素１０１１１１と前記虚像ベクトル画素１０１１１２ともベクトル画素であることを理解すべきである。

１つの実施形態において、ベクトル画素アレイにおける各ベクトル画素とは、密集発光デバイス１０１１１３と光学コンポーネント１０１１１４とを集積して封止することによって形成された光源である。そのうち、密集発光デバイス１０１１１３は、第２予め設定された数のマイクロ発光ダイオードアレイまたは有機発光ダイオードアレイを含む。ベクトル画素が発出するのは、点光源ナロービームであり、大きい表示スケールに対し、点から発光する光源に近似にみなすことができる。ベクトル画素駆動線路は、密集発光デバイスアレイにおける各発光デバイスに接続され、コントローラー６の制御を受ける。密集発光デバイス１０１１１３の数により、１００以上の区別されることができる方向へビームを投射することをサポートでき、更に、同時に２つまたはそれ以上の方向へ前記ビームを発射することができ、その発射するビームの輝度は、少なくとも１６レベルの調節が可能である。ベクトル画素は、ライトボード１０１１１のコントローラー６の制御により、密集発光デバイス１０１１１３を一組の光学画像形成装置を透過させた後に高輝度、微小、快速応答という特徴を有する光を形成することができる。更に、密集発光デバイス１０１１１３と光学コンポーネント１０１１１４との間の距離を調節することにより、ベクトル画素のサブ画素（すなわち、発光デバイス）のイメージポイントが空間における位置を調節し、サブ画素のイメージポイントと光学デバイスとの位置関係により、３つの種類に区別され、虚像モードベクトル画素と、実像モードベクトル画素とイメージポイントなしのベクトル画素とである。すなわち、密集発光デバイス１０１１１３と光学コンポーネント１０１１１４との間の距離によって密集発光デバイス１０１１１３の像が実像になるときのベクトル画素は、実像ベクトル画素１０１１１１である。密集発光デバイス１０１１１３と光学コンポーネント１０１１１４との間の距離によって密集発光デバイス１０１１１３の像が虚像になるときのベクトル画素は、虚像ベクトル画素１０１１１２である。密集発光デバイス１０１１１３と光学コンポーネント１０１１１４との間の距離によって密集発光デバイス１０１１１３から発出の光は、収束して画像形成することができないときのベクトル画素は、イメージポイントなしのベクトル画素である。そのうち、実像ベクトル画素１０１１１１の発光模式図は、図２に示す内容を参考にでき、虚像ベクトル画素１０１１１２の発光模式図は、図３に示す内容を参考にできる。図２と図３との比較から見ると、実像ベクトル画素１０１１１１と虚像ベクトル画素１０１１１２の画像形成面は異なる平面であり、実像ベクトル画素１０１１１１の画像形成面と虚像ベクトル画素１０１１１２の画像形成面はそれぞれベクトル画素の両側にある。実像ベクトル画素１０１１１１と虚像ベクトル画素１０１１１２の出射ビームにおいて、異なる出射ビームは、異なるサブ画素から発出し、サブ画素とは、密集発光デバイス１０１１１３における１つの発光デバイスであり、１つの実像ベクトル画素１０１１１１または虚像ベクトル画素１０１１１２において、密集発光デバイス１０１１１３における各発光デバイスは、コントローラー６により個別に制御されてもよい。したがって、異なるサブ画素を制御して異なる強度の光線を発出させることによって、異なる模様および視覚効果が形成される。

１つの実施形態において、各ベクトル画素アレイにおける実像ベクトル画素１０１１１１と虚像ベクトル画素１０１１１２は、列を単位として交互にライトボード１０１１１に配置される。図４に示すライトボード１０１１１ベクトル画素アレイ配置模式図に示すように、当該ベクトル画素アレイには、１列の実像ベクトル画素１０１１１１と１列の虚像ベクトル画素１０１１１２が含まれる。実際にライトフィールド表示システムを建てるとき、１つのライトボード１０１１１に少なくとも１列の実像ベクトル画素１０１１１１と１列の虚像ベクトル画素１０１１１２が含まれる。他の実施形態において、Ｍ１列の実像ベクトル画素１０１１１１とＭ２列の虚像ベクトル画素１０１１１２は、交互に配列されてもよく、Ｍ１とＭ２は正の整数であり、少なくとも１列のイメージポイントなしのベクトル画素が、更に含まれてもよい。なお、同列のベクトル画素の画像形成平面は同一平面であり、異なる列の同種類のベクトル画素の画像形成平面は同一平面になくてもよく、具体的には、光学コンポーネント１０１１１４と密集発光デバイス１０１１１３との距離を調節することによって実現することができ、または、異なる画像形成焦点距離の光学コンポーネント１０１１１４を選択する。これにより、複数の異なる画像形成平面に画像形成することが実現できるため、表示画面の両側ともより良い被写界深度を有する。１つの実施形態において、各ライトボード１０１１１とベクトル画素駆動線路基板とも斜めブレース５３に接続されて固定され、複数の斜めブレース５３が接続されて組み合わせることによって複数のライトボード１０１１１を１列に配列し、組み合わせて１つのライトポール１０１列になってもよく、図５に示すようにｎ個のライトボード１０１１１（第３の数）によって組み合わせたライトポール１０１を参考にしてもよく、ライトボードの編成テンプレートを用いてセグメント化にライトボードを編成し、ライトボード１０１１１間の高精度なアライメントを実現し、また、斜めブレース５３のデザインの柔軟と調節可能の性質により、表示画面が柔軟性の特徴を有し、力学均一度が高い。複数のライトポール１０１は、固定リング５４（例えば上円スチールフープ５４１、下円スチールフープ５４２）および中心軸とカンチレバー５２とによって固定されて図１に示す円柱面に取り囲まれ、当該円柱面はモータの駆動によって予め設定された回転速度で回転するとともに、回転過程において３Ｄ画像を表示する。当該円柱面、すなわち、１つの回転表示画面であり、静止時に画面を表示できない。

１つの実施形態において、各前記ライトボード１０１１１にいずれも複数の第１固定点１０１１１５が設置され、各前記斜めブレース５３にいずれも数が前記ライトボード１０１１１における第１固定点１０１１１５と同じ数の第２固定点５３１が設置され、前記各ライトボード１０１１１と前記斜めブレース５３とは対応する第１固定点１０１１１５と第２固定点５３１とによって固定される。回転可能表示画面サブシステム１において、各ライトポール１０１に、各ライトボード１０１１１は同じ向きに設置され、各ライトボード１０１１１におけるベクトル画素アレイの配置は一致している。勿論、斜めブレース５３が設置された方向は一致しない状況も存在し、しかし、全てのこのようなＸ型の斜めブレースを利用してライトボードを編成する方法は、いずれもこの発明の保護範囲にあるべきである。好ましくは、複数のライトポール１０１は、上円スチールフープ５４１と下円スチールフープ５４２との間に均一に配列されて固定され、前記回転可能表示画面サブシステム１は、前記モータの駆動によって予め設定された回転周波数で回転するとき、表示画面が回転した単位面積において、前記ライトボード１０１１１の面積と前記斜めブレース５３の面積が同じであり、これにより、表示するときに画面の輝度は更に均一になる。

なお、複数のライトポール１０１が上円スチールフープ５４１と下円スチールフープ５４２との間に均一に配列されて固定されることとは、各前記ライトポール１０１が前記上円スチールフープ５４１と下円スチールフープ５４２との間に固定され、且つ複数の前記ライトポール１０１が前記上円スチールフープ５４１と下円スチールフープ５４２との少なくとも１つの周方向に沿って均一に配列されることである。

１つの実施形態において、回転可能表示画面サブシステム１における奇数列のライトポール１０１と偶数列のライトポール１０１とにおけるベクトル画素の間は、互い違いに配列され、具体的には、図６に示すような奇数列と偶数列のライトポール模式図を参考にしてもよい。本実施例において、ライトポール１０１は、垂直に設けられ、第１回転中心軸５１は、１つの垂直の軸線であり、ライトポール１０１が回転するとき、円柱形の表示画面を形成できる。垂直に配列されたライトポール１０１において、その中のいずれかのライトポール１０１を第１のライトポール１０１とし、奇数列のライトポール１０１とし、他のライトポール１０１は、自動的に奇数列のライトポール１０１と偶数列のライトポール１０１とに区別される。奇数列のライトポール１０１と偶数列のライトポール１０１とにおけるベクトル画素が互い違いに配列される。これにより、単列のライトポール１０１におけるベクトル画素の数は、半分に減少するが、表示情報は、減少せず、鑑賞要求を満足するとともに画面表示をよりスムーズにする。例えば、同じく４０フレーム／ｓの表示画面は、我々が奇偶ライトポール１０１に分けて回転表示するとき、インターレース走査表示を行うことと同じく、リフレッシュレートは８０フレーム／ｓに高められ、画面が点滅することに抵抗する効果を有する。

本実施例において、横向きか縦向きかに関係せず、ベクトル画素は高密度に配列されることができ、ベクトル画素が配列される密度は、光学デバイスの絞り１０１１１４１の幅員未満であってもよく、例えば、インターバルは０．５倍の絞り１０１１１４１の幅員であってもよい。ライトポール１０１の縦向きにおいて、私たちは互い違いに密集に画素を配列することによって列方向の高画素密度を実現できる。横方向において、ライトポール１０１の回転と視覚残像効果により、画素の点灯時間を制御することによって横方向の画素が高密度に配列されることを実現でき、画素の点灯時間が短いほど、表示画面の解像度が高い。したがって、画素インターバルはベクトル画素光学デバイスの絞り１０１１１４１サイズ未満であってもよい。

１つのライトボード１０１１１におけるベクトル画素の配列について、図７に示すような配列方式を用いてもよく、各列のベクトル画素を互い違いに配置させ、設置される隙間が比較的大きいときに比較的小さい画素隙間を依然として取得することを確保できるため、解像度を高める。画素の隙間が小さいほど、表示解像度が高く、表示する画像がよりクリアである。正に現在の作製プロセスの制限により、ベクトル画素のコストが高く、且つベクトル画素サイズが大きく、鑑賞効果を保証する前提でコストを節約するため、ベクトル画素の配列は、ベクトル画素が見られるとき、少なくとも２つのベクトル画素から発出した瞳孔向きの全ての平行光が同時に瞳孔に入射できるべきであり、ベクトル画素配列の最大インターバルが（Ｄ－ｐ）／２を満足する必要があり、そのうちＤが瞳孔の直径であり、ｐが絞り１０１１１４１の直径であり、インターバルが小さいほど表示効果が良く、絞り１０１１１４１が光学コンポーネント１０１１１４においてビームに制限作用を果たす素子であり、その関係図は図８に示すとおりである。図８において、Ｄは人の瞳孔の直径であり、ｐは絞りの直径であり、ｔは絞りの間のインターバル距離であり、例示的に図８において３つの絞りが示され、実際の使用過程においては、必要に応じて要求を満足する数の絞り１０１１１４１を設けることができる。

１つの実施形態において、ライトフィールド表示システムにおける表示画面測位装置は、複数のレーザ４１と光センサー４２とを含み、複数のレーザ４１は、回転可能表示画面サブシステム１の周りにおける複数の予め設定された位置に設置され、光センサー４２は、各コントローラー６に設置される。定盤が安定して回転するとき、コントローラー６における光センサー４２は、規則正しくレーザ信号を受信し、レーザがライトボード１０１１１をスキャンするときの時間差を用いて、現在のライトボード１０１１１の具体的な位置情報を推定して算出する。１つのライトボード１０１１１の位置を確定すると、当該ライトボード１０１１１が他のライトボード１０１１１との相対位置情報により、他のライトボード１０１１１の位置情報を確定できる。１つの実施形態において、回転表示画面の周りに配置される複数のレーザ４１は、図９に示すようなレーザ４１の配置方式など、ある種の不均一な方式で配置されレイアウトされたライトボード位置を定めるために用いられる

１つの実施形態において、ライトフィールド表示システムにおけるアイトラッキングサブシステムは、コントローラー６に人の視点位置をフィードバックすることを担当し、制御システムが正確に対応する表示画素を駆動できることを保証し、主に、アイトラッキングカメラと位置算出ユニットとを含み、前記アイトラッキングカメラは、画像情報を取得するように設けられ、前記位置算出ユニットは、前記アイトラッキングカメラが取得した画像情報に基づいて少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とを確定するように設けられる。複数の光学カメラによってリアルタイムに複数の観覧者の両目の三次元位置情報を収集し、近赤外線光源を用いてユーザの目の角膜と瞳孔に反射画像を生成させ、イメージセンサーを用いて目の角膜と瞳孔が反射した画像を収集し、最後に画像処理アルゴリズムを用いて精確に目が空間における位置を算出する。

具体的な実現において、アイトラッキングカメラと位置算出ユニットの位置は、アイトラッキングの必要に応じて設けられてもよく、例えば、アイトラッキングカメラと位置算出ユニットが表示画面に伴って回転しないように、アイトラッキングカメラと位置算出ユニットは、表示画面のアウター側の下縁、表示画面のインナー側の頂上部位置などの場所に取付けてもよい。１つの実施形態において、アイトラッキングサブシステムは、一級カメラと二級カメラとを含み、一級カメラと二級カメラとは、互いに接続される。そのうち、一級カメラは、観覧者の面部画像を取得するように設けられ、二級カメラは、観覧者の両目画像を取得するように設けられ、同時に、１つのサーバを用いてラッキングのタスクの割り当てとスケジューリングを担当し、一級カメラと二級カメラを接続してシステム全体を構成する。

１つの実施形態において、ライトフィールド表示システムにおけるコンピューター機器７は、回転可能表示画面サブシステム１とアイトラッキングサブシステムとに接続され、コンピューター機器７は、前記アイトラッキングサブシステムから少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とを取得し、少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置に基づいて当該空間位置に少なくとも一人の観覧者の各目に表示する必要がある３Ｄ表示データを生成し、ライトボード１０１１１の配列の状況によって３Ｄ表示データを分割して保存し、各コントローラー６のリクエストに応答して少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置および視線方向と、分割された３Ｄ表示データとを回転可能表示画面サブシステム１に送信する。そのうち、３Ｄ表示データの分割とは、動画をフレームに基づいてピクチャの系列（ピクチャのフォーマットは、ｊｐｇ、ｂｍｐでもよい）に分解し、表示画面の列方向の解像度と取付けられたライトボード１０１１１の列数とに基づいてピクチャを均一に小さなブロックのピクチャに分割し、対応するフォーマットに記憶することであってもよい。例を挙げて説明し、画像解像度は２０００＊８２００（縦＊横）であり、ライトボード１０１１１の列数は８２列であると、各３Ｄ表示データのサイズは２０００＊１００であり、「動画ディレクトリ－ブロックディレクトリ－ブロックファイル」の方式で動画全体のブロックファイルを保存する。各列のライトボード１０１１１、すなわちライトポール１０１の相対位置の固定特性と回転運動の一致性に基づいて、各コントローラー６は、回転表示画面が現在に回転した周数と位置に基づいて同期シグナルデータを作り、回転速度に基づいて動画におけるフレーム時間を周数と位置データとに対応し、各列のコントローラー６は、現在の位置に基づいて事前に以後表示する対応するブロックピクチャファイルをキャッシュする。

１つの実施形態において、各コントローラー６は、表示画面測位装置のセンサーデータに基づいて当該コントローラー６が制御する各ライトボード１０１１１の位置を確定し、コンピューター機器７から当該コントローラー６が制御する各ライトボード１０１１１の位置に対応する３Ｄ表示データおよび少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とを取得し、取得した３Ｄ表示データおよび少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置と視線方向とに基づいて当該コントローラー６が制御するライトボード１０１１１における各ベクトル画素の表示コンテンツと表示方向とを算出し、当該コントローラー６が制御するライトボード１０１１１における各ベクトル画素を駆動して前記表示方向に前記表示コンテンツを表示し、３Ｄ画像表示を実現するように設けられる。各コントローラー６とライトフィールド表示システムの他の装置またはパーツとの間の接続関係は、図１０に示すコントローラー６とシステムにおける他の機能構造との相互作用図を参考してもよい。１つの前記コントローラー６は、少なくとも１つのライトボード１０１１１を制御する。

また、ライトフィールド表示システムは、給電システムを更に含んでもよく、機械回転システム、サーバ、ライトボードコントローラー６、ライトボードに安定した電源を提供することを担当する。

好ましく、ライトフィールド表示システムは、観覧ステージ９を更に含み、観覧者に鑑賞する角度がよりよい観覧位置を提供するように設置される。回転表示画面の実際適用場面に応じて、観覧ステージ９を設置する必要があるとき、表示画面表示画像の方向に応じて観覧ステージ９の位置は、円柱形の表示画面のインナー側またはアウター側にあることを確定する。図１に示すようなライトフィールド表示システムは、観覧ステージ９が回転表示画面の内部に設置され、画像が表示されているときの模式図は、図１１に示すようであってもよい。１つの実施形態において、観覧者は、回転表示画面の外部から表示されるコンテンツを鑑賞してもよく、具体的には、図１２に示す模式図を参考してもよい。観覧ステージ９を設置する必要があるとき、図１２に示す表示システムのアウター側の適切な位置に観覧ステージ９を設置し、観覧者に観覧する便利さを提供することができる。

他の１つの実施形態において、ライトポール１０１は、水平に設けられてもよく、ライトポール１０１に対して固定する役割を果たす円スチールフープは、左側円スチールフープと右側円スチールフープとなり、回転可能表示画面サブシステム１の回転中心軸は、１つの水平の軸線であり、具体的には、図１３に示すライトフィールド表示システム模式図を参考してもよい。

他の１つの実施形態において、回転する表示画面は、円柱形などの曲面の画面ではなく、平面の表示画面システムであり、当該ライトフィールド表示システムにおいて、ライトポール固定装置は、少なくとも１つの第２回転中心軸１０２と少なくとも１つの表示ライトスタンド１０とを含む。１つの実施形態において、ライトポール１０１は、ベクトル画素が設置されている発光部１０１１とベクトル画素が設置されていない回転部とを含み、前記回転部の一端は、前記第２回転中心軸１０２に固定され、モータの駆動によって前記第２回転中心軸１０２を中心として回転する。回転可能表示画面サブシステム１は、補償ライトスタンド２０を更に含み、前記第２回転中心軸１０２を回転中心とするライトポール１０１と異なる平面に設置され、前記補償ライトスタンド２０に少なくとも１つの補償ライトポール２０２が設置され、前記少なくとも１つの補償ライトポール２０２は、前記回転部の発光空白を補償するように設置される。図１４に１つの好ましい実施形態を示し、図１４に２つの表示ライトスタンド１０が含まれる。２つの表示ライトスタンド１０に合計１６本の表示ライトポール（すなわちライトポール１０１である）が含まれ、それぞれ２つの「米」字型の構造を形成し、回転軸（すなわち第２回転中心軸１０２である）が更に含まれ、表示ライトポールは、回転軸に固定的に設けられ、モータの駆動によって回転軸の周りを回転する。表示ライトポールは、少なくとも１つのライトボード１０１１１が設けられる発光部１０１１と、表示ライトボード１０１１１が設けられない回転部１０１２とを含み、ライトボード１０１１１に少なくとも１つのベクトル画素が設けられ、回転部１０１２が回転中心に近く、発光部１０１１が回転中心から遠ざかり、回転中心は表示ライトポールと回転軸との固定箇所である。ベクトル画素は、少なくとも１つのベクトルサブ画素を含み、ベクトルサブ画素は、予め設定された角度へ光線を発射する。２つの表示ライトスタンド１０は、同一な水平面に設けられ、すなわち、全ての表示ライトポールは、同一な水平面にあり、このような設置の利点は、２つの表示ライトスタンド１０が作動している過程において、２つの表示ライトスタンド１０が同一な水平面にないため、ユーザに２つのライトポール１０１の間の隙間が見えてしまい、ユーザ体験が悪いという技術問題の存在が出現することを回避する。

表示ライトスタンド１０が作動している過程において、回転部１０１２が存在することで画像を表示することができないため、平面の表示画面には無画像領域が存在する。当該問題を克服するために、補償ライトスタンド２０を設置する。補償ライトスタンド２０は、ライトホルダー２０１および少なくとも１つの補償ライトポール２０２を含む。少なくとも１つの補償ライトポール２０２は、ライトホルダー２０１に固定され、且つ少なくとも１つの補償ライトポール２０２の一端は、ライトホルダー２０１の円心へ指す。補償ライトスタンド２０とは、表示ライトスタンド１０の回転部１０１２を補償するために用いられるライトスタンドであると理解してもよい。すなわち、補償ライトスタンド２０は、表示ライトスタンドにベクトル画素が設置されていない回転部１０１２を補償するために用いられる。図１４において、補償ライトポール２０２は８本であり、予め設定された角度に従って４５°ごとにライトホルダー２０１に設置する。

ライトフィールド表示システムは、ホルダー３０を更に含み、２つの表示ライトスタンド１０と補償ライトスタンド２０は、平行の２つの異なる平面に設置し、補償ライトスタンド２０が位置する平面は、鑑賞側に比較的近い。回転軸は、ホルダー３０に固定されて取付けられる。具体的に応用する過程において、補償ライトスタンド２０が表示ライトスタンド１０の回転部をできるだけ覆うように、補償ライトポール２０２を、できるだけ長くすることで、回転部を覆ってもよい。補償ライトスタンド２０を固定するとき、補償ライトスタンド２０が位置する平面における幾何中心は、表示ライトスタンド１０の回転中心を結ぶ線の中点と同一な直線に位置してもよく、且つ当該直線は、２つの平面に垂直する。当該設置方式を用いる利点は、２つの表示ライトスタンド１０と補償ライトスタンド２０とが回転しているとき、補償ライトスタンド２０が表示１０ライトポールの回転部を覆うため、ユーザが完全な表示画面を見ることができ、大きいサイズの表示画面が必要であるとき、それに対応して表示ライトスタンドと補償ライトスタンドの数を増やして対応する効果を達成してもよい。

１つの実施形態において、補償ライトスタンド２０を駆動する駆動方式は、磁気浮上による駆動方式である。補償ライトスタンド２０を駆動するのは、少なくとも３つの磁石２３を含む。少なくとも３つの磁鉄を２つの部分に分けてもよく、一部分は、補償ライトスタンドのライトホルダー２０１を駆動して運動させ、他の部分は、補償ライトスタンド２０を調節する。いくつかの実施形態において、補償ライトスタンド２０を駆動するのは機械式駆動輪による駆動方式を用いてもよい。

なお、同じ解像度の場合、ベクトル画素を用いたライトフィールド表示システムは、表示画面から発出する光に指向性を持たせ、通常の画素より大きい被写界深度を有し、効率的に実像の表示深度を増やし、鑑賞者が同じ位置に立っても以前より遠いところまで見え、さらに、画像を鮮明に保つことができ、ある程度ＶＡＣ（Ｖｅｒｇｅｎｃｅ Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｌｉｃｔ視覚輻輳調節とフォーカス調整との矛盾）効果を解決する。例として、有機発光ダイオードを光源とするベクトル画素と通常の画素の被写界深度の比較から、ベクトル画素が被写界深度を高められることが説明されている。１つの実施形態において、実験用カメラのレンズ前に４ｍｍの孔を加えて人の目を模擬し、光学モジュールによって形成されたベクトル画素と通常の表示画面の通常の画素について、カメラが異なる平面に焦点を合わせたとき、撮影画像における画素のホットスポットの大きさをそれぞれ撮影し、撮影時に表示するベクトル画素と通常の画素の大きさが等しいことを保持する。

また、ベクトル画素は人の目に投射するホットスポットのサイズが小さくし、瞳孔のサイズ未満であってもよいため、鑑賞者が画面に非常に近いとき、効果的に望遠の被写界深度を増やせるため、ＶＡＣ効果を克服する。具体的に、ベクトル表示画素の光出力が鋭く且つビームが十分に狭いため、鑑賞者が画面に非常に近いとき、目に投射するホットスポットサイズが人の目の瞳孔のサイズよりはるかに小さく、発出するビームが人の目の瞳孔にピンホール結像の効果を形成する。カメラのレンズを縮小することに相当し、被写界深度が大きくなり、人の目が焦点を合わせる位置は、近い場所から遠い場所に遠ざかり、自然と効率的に望遠する距離を増やし、近くから遠くまで見える景色がいずれもクリアになる。ベクトル画素の作製は、被写界深度を増やし、すなわち、我々の方法を用いて、従来の画面においてより広い空間があり、異なる焦点距離の仮想表示層を増やすことができるため、ＶＡＣの難題を回避し、単層でライトフィールド表示を実現できる。

また、本発明の実施例に係るライトフィールド表示システムは、人の目のラッキングシステムおよびライトボードコントローラーによって同時に複数の方向へ表示を提供できるとともに、複数の人が同時にクロストークなしで使用することをサポートする。私たちの点光源が多く、かつビーム角が小さく、角解像度が高いため、異なる方向へ異なる人の目に対応する異なるコンテンツを投射することをサポートできる。複数の人が移動する状態で鑑賞することをサポートし、空間における各角度の各目が異なる位置で迫真の場面を見えるように配慮する。エリアが重ならなければ、皆が見るものが違い、互いに干渉することがないことを保証できる。

本発明の実施例におけるライトフィールド表示システムにおいて、ベクトル表示画素は、焦点を結ぶ距離が異なる規格に作製されてもよく、異なる焦点を結ぶ面を表示することを実現する。同じ装置に同時に異なる焦点を結ぶ面の画素を多層的に配置し、異なる被写界深度を表示することを実現し、ライトフィールド表示効果を達成する。ベクトル画素を用いた作製が表示ライトポールを疎に配列することを選択してもよく、一組または複数の組のライトポールを更に加えて２つまたは複数のディスプレイが同時に表示することを実現できることに相当する。光学画像形成装置とチップ駆動プログラムにより、各層が表示する焦点距離は、調節可能で制御可能になる。

１つの実施形態において、前記ベクトル画素は、密集発光デバイスと光学コンポーネントとを集積して封止することによって形成され、前記密集発光デバイスと光学コンポーネントの間の距離によって前記密集発光デバイスの像を実像になるときのベクトル画素は、実像ベクトル画素であり、前記密集発光デバイスと光学コンポーネントの間の距離によって前記密集発光デバイスの像を虚像になるときのベクトル画素は、虚像ベクトル画素であり、前記密集発光デバイスは第２予め設定された数のマイクロ発光ダイオードアレイまたは有機発光ダイオードアレイを含み、前記光学コンポーネントは絞りを含む。

１つの実施形態において、前記ベクトル画素アレイにおける前記実像ベクトル画素と前記虚像ベクトル画素とは、列を単位として、交互に前記ライトボードに配置される。

１つの実施形態において、前記ベクトル画素は、密集発光デバイスと光学コンポーネントとを集積して封止することによって形成され、前記光学コンポーネントは絞りを含み、少なくとも２つのベクトル画素の光学中心から発出する平行光が同時に前記回転可能表示画面サブシステムを正視する観覧者の瞳孔に入射するように、前記ベクトル画素の間の配列インターバルは観覧者の瞳孔直径と前記光学コンポーネントにおける絞り直径との間の差の二分の一未満である。

１つの実施形態において、前記ベクトル画素は、密集発光デバイスと光学コンポーネントとを集積して封止することによって形成され、前記ベクトル画素アレイにイメージポイントなしのベクトル画素が更に含まれ、前記イメージポイントなしのベクトル画素の密集発光デバイスと前記光学コンポーネントとの距離により、前記密集発光デバイスから発出する光は収束して画像形成することができず、前記光学コンポーネントは絞りを含む。

１つの実施形態において、前記回転可能表示画面サブシステムは、前記ライトポール、ライトポール固定装置および少なくとも１つの前記コントローラーを含み、前記ライトポール固定装置は、１つの第１回転中心軸、カンチレバー、斜めブレースおよびライトポールを固定するように設けられる固定リングを含み、
前記ライトポールは、複数設けられ、各前記ライトポールは第３予め設定された数の前記ライトボードと、少なくとも１つの前記コントローラーとが前記斜めブレースによって組み合わせたものであり、複数の前記ライトポールによって前記回転可能表示画面サブシステムの表示画面を形成する。

１つの実施形態において、各前記ライトボードにいずれも複数の第１固定点が設置され、各前記斜めブレースにいずれも前記ライトボードにおける第１固定点と同じ数の第２固定点が設置され、前記各ライトボードと前記斜めブレースとは対応する第１固定点と第２固定点とによって固定される。

１つの実施形態において、前記回転可能表示画面サブシステムにおいて、各前記ライトポールに、各ライトボードが同じ向きに設置され、且つ各ライトボードにおけるベクトル画素アレイの配置が一致している。

１つの実施形態において、複数の前記ライトポールは、前記固定リングによって均一に配列されて固定される。

１つの実施形態において、前記回転可能表示画面サブシステムにおいて、奇数列の前記ライトポールと偶数列の前記ライトポールとにおけるベクトル画素が交互に配列される。

１つの実施形態において、前記回転可能表示画面サブシステムは、前記ライトポール、ライトポール固定装置および少なくとも１つの前記コントローラーを含み、前記ライトポール固定装置は、少なくとも１つの第２回転中心軸と少なくとも１つの表示ライトスタンドとを含む。

１つの実施形態において、前記ライトポールは、ベクトル画素が設置されている発光部とベクトル画素が設置されていない回転部とを含み、前記回転部の一端が前記第２回転中心軸に固定され、前記第２回転中心軸を中心として回転するように設置される。

１つの実施形態において、前記回転可能表示画面サブシステムは、補償ライトスタンドを更に含み、前記補償ライトスタンドは、前記第２回転中心軸を回転中心とするライトポールと異なる平面に設置され、前記補償ライトスタンドに少なくとも１つの補償ライトポールが設置され、前記少なくとも１つの補償ライトポールが前記回転部の発光空白を補償するように設置される。

１つの実施形態において、前記回転可能表示画面サブシステムの周りの複数の予め設定された位置は、表示画面の周辺の位置に不均一に配置されるように設置され、前記表示画面は、複数の前記ライトポールによって形成される。

１つの実施形態において、前記ライトフィールド表示システムは、観覧ステージを更に含み、前記観覧ステージは、観覧者に観覧位置を提供するように設置される。

本発明の実施例は、実像ベクトル画素と虚像ベクトル画素とが含まれるベクトル画素アレイのライトポール、ライトポール固定装置、コントローラーおよびモータなどの構造を用いることにより、回転可能な表示画面サブシステムを建て、具体的には、ベクトル画素アレイを含むライトボード、中心軸、カンチレバーおよび斜めブレースなどの接続固定装置を用いることにより、回転可能な表示画面サブシステムを建て、当該サブシステムは、ライトボードコントローラーの制御により、ライトボードの測位を実現し、アイトラッキング測位データと３Ｄ表示データを取得し、各ベクトル画素における発光デバイスの発光方向と発光強度とを確定し、回転する過程において裸眼３Ｄ表示を実現し、関連技術における裸眼３Ｄ表示画像の解像度が低い、被写界深度が狭い、移動視差が限られ、視野角が小さい、且つ適用する範囲といった問題を解決し、複数の人が同時に裸眼３Ｄ画像を見ることができ、見る位置によって観覧者が見る３Ｄ画像のコンテンツが異なり、裸眼３Ｄ画像の解像度と被写界深度とを高め、観覧者の視野角の範囲を増やすことを実現できる。

Claims (11)

1. ライトポールを含み、前記ライトポールに複数のライトボードが含まれ、各ライトボードにベクトル画素アレイおよびベクトル画素駆動線路が含まれ、前記ベクトル画素アレイにおける各ベクトル画素が密集発光デバイスを含み、密集発光デバイスが複数のマイクロ発光ダイオードアレイを含む、回転可能表示画面サブシステムと、
   複数のレーザおよび光センサーを含み、複数の前記レーザが前記回転可能表示画面サブシステムの周りに設置され、前記光センサーがセンシングデータを採集することに用いられる、表示画面測位装置と、
   前記回転可能表示画面サブシステムおよび前記表示画面測位装置に接続される１つまたは複数のプロセッサと、を含み、
   １つまたは複数のプロセッサは、
   表示する３Ｄ表示データを生成し、
   前記センシングデータに基づいて前記複数のライトボードのうちの少なくとも１つのライトボードの位置を決定し、
   少なくとも部分的にライトボードの位置に基づいて前記ライトボードのうちの少なくとも１つのライトボードの３Ｄ表示データのサブセットを決定し、
   前記３Ｄ表示データのサブセットに基づいて複数のライトボードのうちの少なくとも１つのライトボードにおけるベクトル画素アレイのうちの１つまたは複数のベクトル画素の表示コンテンツおよび表示方向を算出し、
   複数のライトボードのうちの少なくとも１つのライトボードのベクトル画素アレイのうちの１つまたは複数のベクトル画素を駆動し、前記表示方向に前記表示コンテンツを表示する、ように構成される、ライトフィールド表示システム。
2. 前記ベクトル画素アレイのうちの各ベクトル画素は、光学コンポーネントをさらに含み、前記光学コンポーネントが絞りを含む、請求項１に記載のライトフィールド表示システム。
3. 密集発光デバイスおよび前記光学コンポーネントの間の距離に基づいて前記ベクトル画素アレイのうちの第１組のベクトル画素を実像ベクトル画素と決定し、密集発光デバイスおよび光学コンポーネントの間の距離に基づいてベクトル画素アレイのうちの第２組のベクトル画素を虚像ベクトル画素と決定する、請求項２に記載のライトフィールド表示システム。
4. 前記ベクトル画素アレイのうちの第１組のベクトル画素および第２組のベクトル画素は、交互に前記ライトボードに配置される、請求項３に記載のライトフィールド表示システム。
5. 前記ベクトル画素アレイのうち隣接する２つのベクトル画素の間の配列インターバルは、観覧者の瞳孔直径と前記光学コンポーネントにおける絞り直径との間の差の二分の一未満である、請求項２に記載のライトフィールド表示システム。
6. 前記ベクトル画素アレイにイメージポイントなしのベクトル画素がさらに含まれ、前記イメージポイントなしのベクトル画素の密集発光デバイスと、前記光学コンポーネントとの間の距離により、前記密集発光デバイスが発出する光は収束して画像形成することができない、請求項２に記載のライトフィールド表示システム。
7. 前記回転可能表示画面サブシステムは、前記ライトポールを固定することに用いられるライトポール固定装置をさらに含み、前記ライトポール固定装置が１つの第１回転中心軸、カンチレバー、斜めブレースおよび固定リングを含む、請求項１に記載のライトフィールド表示システム。
8. 前記回転可能表示画面サブシステムは、前記ライトポールとライトポール固定装置とを含み、前記ライトポール固定装置は、少なくとも１つの第２回転中心軸と少なくとも１つの表示ライトスタンドとを含み、前記ライトポールは、ベクトル画素アレイが設置されている発光部およびベクトル画素が設置されていない回転部を含み、前記発光部と前記回転部は固定的に接続され、前記回転部の一端は、前記第２回転中心軸に固定され、前記第２回転中心軸を中心として回転するように設置される、請求項１に記載のライトフィールド表示システム。
9. 前記回転可能表示画面サブシステムは、補償ライトスタンドをさらに含み、前記補償ライトスタンドが前記ライトポールと異なる平面に設置され、前記補償ライトスタンドに少なくとも１つの補償ライトポールが設置され、前記少なくとも１つの補償ライトポールは、前記回転部の発光空白を補償するように設置される、請求項８に記載のライトフィールド表示システム。
10. アイトラッキングカメラおよび位置算出ユニットを含み、前記アイトラッキングカメラが画像情報を取得することに用いられ、アイトラッキングカメラが取得した画像情報に基づいて前記位置算出ユニットが少なくとも一人の観覧者の両眼の空間位置および視線方向を決定可能である、アイトラッキングサブシステムをさらに含み、
    １つまたは複数のプロセッサは、
    観覧者の両眼の空間位置および視線方向を受信し、
    少なくとも部分的に観覧者の両眼の空間位置に基づいて３Ｄ表示データを生成し
    ３Ｄ表示データと、観覧者の両眼の空間位置および視線方向とに基づいて、複数のライトボードのうちの少なくとも１つのライトボードにおけるベクトル画素アレイのうちの１つまたは複数のベクトル画素の表示コンテンツおよび表示方向を決定する、ようにさらに構成される、請求項１に記載のライトフィールド表示システム。
11. 複数のライトボードを含むライトポールを含む回転可能表示画面サブシステムと、
    １つまたは複数のプロセッサと、を含むライトフィールド表示システムに適用される、３Ｄ表示画像を生成する方法であって、
    表示する３Ｄ表示データを生成することと、
    光センサーによってセンシングデータを収集し、センシングデータに基づいて前記複数のライトボードのうちの少なくとも１つのライトボードの位置を決定することと、
    少なくとも部分的にライトボードの位置に基づいて前記ライトボードのうちの少なくとも１つのライトボードの３Ｄ表示データのサブセットを決定することと、
    アイトラッキングサブシステムによって画像情報を取得することと、
    画像情報に基づいて観覧者の両眼の空間位置および視線方向を決定することと、
    前記複数のライトボードのうち少なくとも１つのライトボードにおけるベクトル画素アレイのうちの１つまたは複数のベクトル画素の表示コンテンツおよび表示方向を決定することと、を含む、３Ｄ表示画像を生成する方法。