(57)【要約】  2次元画像1に光学的奥行き情報を追加する光学システム又はフロントエンドが開示される。その光学システムは、その2次元画像1の前に配置されるアレイ状の光学レンズ2を有する。その光学レンズは、その光学的奥行き情報Dに応じて調整可能な焦点距離(強度)を持つ。アレイ状の光学レンズ2の光学レンズに揃えられる光学開口を持つ光学バリア3が、アレイ状の光学レンズ2の前に配置される。斯かる光学フロントエンドが、LCD、LCOS、プラズマ、及びCRTタイプのディスプレイを含む既知の2Dディスプレイに基づき、3Dディスプレイに対して使用されることができる。斯かる3Dディスプレイは、表示角度の数に依存する分解能損失に苦しむことがない。ピクセル化された2Dディスプレイに適合された実施形態において、アレイ状の光学レンズは好ましくは、ピクセルにつき１つのレンズを持つ。バリア3は、固定されるか、又は追加される光学的奥行きの特性の調整を可能にするよう調整可能とすることができる。バリア3のレンズ及び開口は、水平若しくは垂直表示角度のいずれか、又はその両方に対して適合されるよう形成されることができる。アレイ状レンズ2は、エレクトロウェッティングレンズ、流体レンズ、又は複屈折LC物質のレンズに基づかれることができる。アレイ状レンズ2は、２つ又はそれ以上のアレイ状レンズのスタックにより形成されることができる。
2009515213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元画像へ光学的奥行き情報を追加する光学システムであって、
前記２次元画像の前に配置される光学レンズのアレイであって、前記光学レンズの焦点距離が前記光学的奥行き情報に応じて調整可能である、光学レンズのアレイと、
前記光学レンズのアレイの前に配置される光学バリアであって、前記光学バリアの光学開口が前記光学レンズのアレイにおける光学レンズに揃えられる、光学バリアとを有する、光学システム。
【請求項２】
前記光学レンズのアレイにおける光学レンズのサイズが、前記２次元画像の分解能と実質的に等しいか、前記分解能より小さい、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記２次元画像が、複数のピクセルを含む、請求項１に記載の光学システム。
【請求項４】
前記光学レンズのアレイにおける光学レンズのサイズが、前記２次元画像のピクセルと実質的に等しいか、前記ピクセルより小さい、請求項３に記載の光学システム。
【請求項５】
前記光学バリアが、固定された光学バリアである、請求項１に記載の光学システム。
【請求項６】
前記光学バリアが、前記追加される光学的奥行きの特性の調整を可能とするよう調整可能である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項７】
前記光学レンズの焦点距離が、各レンズに対して個別に調整可能である、請求項１に記載の光学システム。
【請求項８】
前記光学レンズのアレイにおけるレンズが、エレクトロウェッティングレンズ、流体レンズ、及び複屈折LC物質からなるグループから選択される、請求項１に記載の光学システム。
【請求項９】
前記レンズの焦点距離を調整する機能を果たす前に、前記奥行き情報を空間的に低域通過フィルタリングする空間低域フィルタを更に有する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記光学レンズが、実質的に円筒形状を持ち、前記光学バリアの前記光学開口は、実質的に細長い形状を持つ、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記光学レンズが、実質的に球状形状を持ち、前記光学バリアの前記光学開口の形状は、円、三角形及び方形からなるグループから選択される、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記光学レンズのアレイが、光学レンズの実質的な２次元アレイの２つ又はそれ以上のスタックを有する、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１３】
２次元画像へ光学的奥行き情報を適用する方法において、
前記２次元画像の前に光学レンズのアレイを適用するステップと、
前記光学レンズのアレイの前に光学バリアを適用するステップであって、前記光学バリアの光学開口が前記光学レンズのアレイにおける光学レンズに揃えられる、ステップと、
前記光学レンズの焦点距離を前記光学的奥行き情報に応じて調整するステップとを有する、方法。
【請求項１４】
奥行き情報を含むビデオ信号を受信する３次元表示デバイスであって、
前記ビデオ信号を表す２次元画像を表示するディスプレイと、
光学システムとを有し、該光学システムが、
前記２次元画像の前に配置される光学レンズのアレイであって、前記光学レンズの焦点距離が前記ビデオ信号の奥行き情報に応じて調整可能である、光学レンズのアレイと、
前記光学レンズのアレイの前に配置される光学バリアであって、前記光学バリアの光学開口が前記光学レンズのアレイにおける光学レンズに揃えられる、光学バリアとを有する、３次元表示デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像及び／又は映像信号の３次元(3D)表示の分野に関する。特に、本発明は、従来の２次元(2D)表示と共に使用するのに適した光学システムを提供する。更に、本発明は、3D表示デバイスと、2D画像に基づく3D効果を与える方法とを提供する。
【背景技術】
【０００２】
放送テレビシステムにおいて、3Dテレビ(3DTV)は、カラーテレビの導入に次ぐ革新的出来事であろう。(医療／産業上の)専門用途においては、3Dによる視覚化はすでに当たり前の技術である。商業的に次に注目されそうな分野は、エンターテインメント及び携帯通信における3Dによる視覚化である。
【０００３】
3Dディスプレイの１つのタイプは、例えば、[C. van Berkel, "Image preparation for 3D-LCD", Proc SPIE, Vol. 3639, pp. 84-91,1999]に記載される3D-LCDといった、自動立体表示マルチビューディスプレイである。このディスプレイは、特殊な3Dメガネの必要なしに、複数の観者に対して自由な3Dディスプレイを提供する。それは、いくつかの光学フロントエンドを備える標準的な2Dマトリクスディスプレイを有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたディスプレイにおける深刻な問題は、分解能である。光学フロントエンドは、空間及び角分解能に対して2Dマトリクスディスプレイの元の空間分解能を分散させてしまう。角分解能は、「表示数」Nviewsと呼ばれる。現在のディスプレイは、Nviews〜10を持ち、係数10で空間分解能の損失をもたらす。
【０００５】
現在の技術でも、切り替え可能なディスプレイを介して分解能損失は部分的には解決される。光学フロントエンドは、オン又はオフに切り替えられることができ、その切り替えが、分解能が低下した状態の3Dイメージング、又は完全な2D分解能を持つ2Dイメージングをもたらす。固定レンズに比べて調整可能レンズの屈折力が低いことが原因で、レンズに基づく現在の切り替え原理は、結果として、追加的な性能損失を生じさせる。
【０００６】
マルチビューディスプレイは、高品質な奥行き(depth)及び表示角度要件に合致するため、Nviews〜100を必要とする。これは、深刻な分解能損失をもたらす。
【０００７】
最後に、現在のディスプレイは、水平角分解能のみを与える。これは、通常の表示条件には十分である。しかしながら、いくつかの場合においては、表示が正常に機能しない。観者の垂直な動きが、3D画像における弾力性をもたらす。例えば文書作成などでそのディスプレイが90°回転される場合、又は(例えばソファからTVを見るため)観者が頭を回転させる場合、3D効果は失われる。垂直角分解能を追加することは、分解能損失の更に大きな係数をもたらす(例えば、総数にしてNviews:x* Nviews:y)。
【０００８】
米国特許第6,014,259号は、複数のピクセルの2D画像を生成するディスプレイと、そのディスプレイにより生成される画像への光学的奥行きを与える目的でその前に挿入される光学フロントエンドとを備える代替的な3Dディスプレイを記載する。そのフロントエンドは、そのディスプレイの前に配置されるアレイ状のマイクロレンズを含み、そのアレイ状のマイクロレンズはそれぞれ、１つのピクセルに揃えられる。即ち、ピクセル毎に１つのマイクロレンズが対応する。各マイクロレンズの焦点距離は、奥行き情報に応じて調整されることができるので、光学的奥行きが、2D画像に適用されることができる。理論上、斯かるディスプレイは、非常に様々な表示角度から見られることができる。しかしながら、実際は、上述のディスプレイは、従来の2Dディスプレイでは満足に機能しない。その結果は、ひどい視覚的アーチファクトを生じさせる。画像は、ぶれてゴーストが発生したように見え、まるで、複数のわずかにずらされたコピーが同時に見えるかのような状態になる。
【０００９】
本発明の目的は、2Dディスプレイの空間分解能の損失なしに、従来の2Dディスプレイにより生成されるような2D画像に光学的奥行きを追加することができる方法及び光学システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の側面によれば、本発明は、２次元画像へ光学的奥行き情報を追加する光学システムを提供する。その光学システムは、
上記２次元画像の前に配置される光学レンズのアレイであって、上記光学レンズの焦点距離が上記奥行き情報に応じて調整可能である、光学レンズのアレイと、
上記光学レンズのアレイの前に配置される光学バリアであって、上記光学バリアの光学開口が上記光学レンズのアレイにおける光学レンズに揃えられる、光学バリアとを有する。
【００１１】
第１の側面による光学システムは、2D画像の前に配置される光学フロントエンドとして機能し、その2D画像に光学的奥行きを与えることができる。その光学システムは、すべての2D画像に適用可能であり、例えば、印刷されたり、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ、液晶オンシリコン(LCOS)ディスプレイ、及びブラウン管(CRT)ディスプレイといったディスプレイから出力される。
【００１２】
光学的奥行きが追加された2D画像の空間分解能は、もとの2D画像の最低分解能と、光学フロントエンドのピッチ(即ち、レンズとバリアとのピッチ)とにより決定される。通常、例えばLCDモニタからのピクセル化された2D画像に対しては、レンズ及びバリアのピッチは、最終的な空間分解能を劣化させないために、ピクセルピッチに等しいよう、又はそれより小さいよう選択される。すると、2D画像のもとの空間分解能が保持される一方、奥行きが画像に追加される。
【００１３】
後に明らかになることだが、光学システムにより作成される奥行きは、既存のマルチビューディスプレイに似た、有効表示数Nviewsにより特徴付けられることができる。その光学システムを用いると、Nviewsに関係なく、分解能損失は生じない。水平及び／又は垂直角分解能が、等しく得られることができる。
【００１４】
光学レンズの焦点距離が調整可能であることから、光学レンズにおける任意の調整可能な光学特性が焦点距離に影響を与えることが理解されるであろう。例えば、GRINレンズ、又はいわゆる流体(fluid focus)レンズといった各光学レンズに対して個別に電流を印加することにより、焦点距離を調整することができる斯かるアレイが存在する。
【００１５】
第１の側面による光学システムを用いると、3D画像を提供するのにレンダリングは必要とされない。即ち、例えばRGBDビデオ信号(Philips Research 3Dビデオ標準)といった奥行き情報を備えるビデオ信号に基づき3D画像を提供するための強力な信号プロセッサ等は必要ない。斯かるRGBD信号における奥行きパートDは、例えば簡単な変換式に基づき、光学レンズのピクセルワイズの焦点距離を制御するのに使用される。RGBD信号の2D画像パートであるRGBは、従来の態様における光学システムの後段側の2Dディスプレイに適用される。
【００１６】
その光学システムを用いると、レンズのアレイとバリアとを様々な表示角度となるよう選択することが可能である。即ち、垂直及び水平な表示角度の両方が得られることができる。
【００１７】
好ましい実施形態において、光学レンズのアレイと光学バリアとはそれぞれ、実質的にフラットである。即ち、それらは、１つの平面上に展開する。これは、フラットな2Dディスプレイと組み合わせるとき特に好ましい。しかしながら、CRTディスプレイのように2Dディスプレイが曲面を持つ場合でも、光学レンズのアレイと光学バリアとは、対応する曲面に沿って好ましい形状とされるが、これは重要なことではない。
【００１８】
その光学システムは、バリアフロントエンド光学機器に基づき、マルチビューディスプレイにおける輝度損失に等しい輝度損失を与えることになる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、上記光学バリアが、固定された光学バリアである。また、上記光学バリアは、例えば奥行きの量及び表示角度といったディスプレイ特性の調整を可能とするよう調整可能である。特に、後で詳述されるように、角分解能のオンラインでの調整を提供することを可能にする。
【００２０】
好ましくは、光学レンズのアレイと光学バリアとは、光学的奥行き情報が適用されることになる2D画像全体を覆う。しかしながら、特定の用途に対しては、光学レンズのアレイと光学バリアとが、2D画像の一部のみを覆うことが好ましい。
【００２１】
ピクセル化された2D画像の場合、好ましくは、光学レンズのアレイが、2D画像の各ピクセルの前に揃えられる実質的に１つの光学レンズ、又は１つ以上の光学レンズを含む(レンズ数がピクセル数より少ないとき、空間画像分解能が劣化されることになる)。
【００２２】
好ましくは、上記光学レンズの焦点距離が、各レンズに対して個別に調整可能である。ピクセル化された2Dディスプレイに対する実施形態は、例えばピクセルワイズの奥行き情報を含むビデオ信号を受信するのに好適である。
【００２３】
上記光学レンズのアレイにおけるレンズは好ましくは、エレクトロウェッティングレンズ、流体レンズ、及び複屈折LC物質からなるグループから選択される。しかしながら、原理上は、調整可能な光学特性を備える任意の所与のタイプのマイクロレンズが使用されることができる。
【００２４】
2D画像の位置ずれ効果及びその上に与えられる光学的奥行き情報を減らすために、上記光学システムは、上記レンズの焦点距離を調整する機能を果たす前に、例えばRGBDビデオ信号の奥行きパートDといった上記奥行き情報を空間的に低域通過フィルタリングする空間低域フィルタを更に有することができる。
【００２５】
１方向にのみ、例えば水平方向にのみにおいて角分解能を持つ3Dディスプレイに適した実施形態において好ましくは、上記光学レンズが、実質的に円筒形状を持ち、上記光学バリアの上記光学開口は、実質的に細長い形状を持つ。即ち、開口は、その円筒形状の光学レンズの中心軸に実質的に平行な方向に細長く伸びる。
【００２６】
垂直及び水平両方の角分解能を持つ3Dディスプレイに適した別の実施形態において好ましくは、上記光学レンズは、実質的に球状形状を持ち、上記光学バリアの上記光学開口の形状は、円、三角形及び方形からなるグループから選択される。
【００２７】
上記光学レンズのアレイが、光学レンズの実質的な２次元アレイの２つ又はそれ以上のスタックを有することができ、奥行き効果を増加させるため、増加された強度を持つレンズの効果的なアレイを生み出す。
【００２８】
第２の側面においては、本発明は、２次元画像へ光学的奥行き情報を適用する方法を提供する。その方法は、
上記２次元画像の前に光学レンズのアレイを適用するステップと、
上記光学レンズのアレイの前に光学バリアを適用するステップであって、上記光学バリアの光学開口が上記光学レンズのアレイにおける光学レンズに揃えられる、ステップと、
上記光学レンズの焦点距離を上記光学的奥行き情報に応じて調整するステップとを有する。
【００２９】
原理上、第１の側面に関して上述されたのと同じ利点、実施形態及び用途が、第２の側面にも同様にあてはまる。
【００３０】
第３の側面においては、本発明は、奥行き情報を含むビデオ信号を受信する３次元表示デバイスを提供する。その３次元表示デバイスは、
上記ビデオ信号を表す２次元画像を表示するディスプレイと、
光学システムとを有し、その光学システムが、
上記２次元画像の前に配置される光学レンズのアレイであって、上記光学レンズの焦点距離が上記ビデオ信号の奥行き情報に応じて調整可能である、光学レンズのアレイと、
上記光学レンズのアレイの前に配置される光学バリアであって、上記光学バリアの光学開口が上記光学レンズのアレイにおける光学レンズに揃えられる、光学バリアとを有する。
【００３１】
第３の側面による3Dディスプレイは、従来の知られたタイプの2Dディスプレイと、その前面に配置される光学システムとを用いて形成されることができる。その3Dディスプレイは、RGBDタイプのビデオ信号を受信するのに好適である。その信号の2DパートであるRGBは、2Dディスプレイに適用され、そのビデオ信号の奥行きパートDは、光学システムに適用され、奥行き情報パートDに応じて、光学レンズの焦点距離を制御するのに使用される。
【００３２】
原理上、第１の側面に関して上述されたのと同じ利点、実施形態及び用途が、第３の側面にも同様にあてはまる。
【００３３】
本発明の３つの側面は、3Dイメージング機能を含む任意のタイプの製品に適用可能であることを理解されたい。例えば、3DTVといったテレビセット、コンピュータディスプレイ、ハンドヘルドコンピュータ、携帯電話、携帯ゲーム機等、コマーシャル又はスポーツイベント若しくはコンサートといったパブリックイベントを見せる大画面ディスプレイに適用可能である。医療用途に関しては、本発明は、スキャン結果の3Dイメージングのための3Dディスプレイ、又は複雑な外科処置若しくはトレーニング目的での仮想現実手術において医師のナビゲーションを補助するための3Dディスプレイに適用されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、対応する図面を参照して、本発明がより詳細に説明される。
【００３５】
本発明は、様々な修正及び代替的な形態を受け入れることができるが、本書では、特殊な実施形態が、図面において例示を介して示され、詳細に説明されることになる。しかしながら、本発明は、開示される特定の形態に限定されるものではない点に留意されたい。本発明は、添付された請求項により規定される本発明の精神及び範囲に含まれるすべての修正、均等物、及び代替物を含むものである。
【００３６】
説明を簡単にするために、ピクセル化された2Dディスプレイを備える実施形態が説明される。ピクセル化されていない2D画像ソース(例えば、白黒CRT、又は写真若しくはポスターといった印刷物)の場合には、ピクセル化されていない画像の分解能(シャープネス)に関連するサイズを持つ有効なピクセルが規定されることができ、その場合にも以下の説明があてはまる。
【００３７】
図１は、説明目的で、本発明による3Dディスプレイ全体のうち１つのスキャンライン(つまり一次元)だけを上面図で示す。その3Dディスプレイは、RGBD映像信号を受信するよう適合される。その映像信号のRGBパートは、従来の2Dディスプレイ１に適用される。ここでは、１つのスキャンラインの15ピクセルが図示される。2Dディスプレイ１のピクセルは、RGB映像信号を表す画像を表示する。光学システム(即ち、光学フロントエンド)２、３が、映像信号の奥行き情報パートDに基づき奥行き次元を与えるよう適合される。光学フロントエンドは、アレイ状の光学レンズ２と光学バリア３とを含む。アレイ状の光学レンズ２は、2Dディスプレイ１の前に配置される。図示されるように、アレイ状の光学レンズ２の光学レンズはそれぞれ、2Dディスプレイ１のピクセルに揃えられる。従って、各ピクセルに対して１つの光学レンズが存在する。RGBD映像信号の奥行き情報パートDは、アレイ状の光学レンズ２に適用される。このアレイ状の光学レンズ２は、個別の光学レンズそれぞれの可変の焦点距離を与え、奥行き情報Dに基づき調整される。光学バリア３は、アレイ状の光学レンズ２の前に配置され、その光学バリア３は、アレイ状の光学レンズ２の光学レンズに揃えられる光学開口を持つ。従って、光学開口も、2Dディスプレイ１のピクセルに揃えられることになる。光学バリアは好ましくは完全に不透明なプレートであり、光学開口は、各レンズの位置で穴として形成される。
【００３８】
アレイ状の光学レンズ２のすべてのレンズがオフにされるとき(即ち、無限焦点距離に調整されるとき)、観者にとって見かけの画像は、2Dディスプレイ１に位置することになる。光学フロントエンド２、３の唯一の効果は、2Dディスプレイ１からの光を暗くすることである。アレイ状の光学レンズ２のレンズが、ゼロでない強度を持つとき(有限な焦点距離を持つとき)、見かけの画像は2Dディスプレイ１と観者との中間にあることになり、光学フロントエンド２、３のかなり後ろにある可能性もある。アレイ状の光学レンズ２のレンズの焦点距離が、Dに基づきピクセル毎に調整されるとき、適切な3D画像が現われることになり、異なる画像の内容が異なる奥行きで現われる。
【００３９】
見かけの画像(又はピクセルの見かけの位置)１０、１１、１２の例が、図１において、矢印１３により示される特定の表示角度及びレンズの特定の調節に対する点線の箱により図示される。ラインによりスケッチされるように、一番左のアレイ状の光学レンズ２におけるレンズは、無限焦点距離へと調整される。すなわち、それらは、実質上何ら光学効果を持たない。従って、2Dディスプレイ１に一致する見かけの画像１０が生じる。アレイ状の光学レンズ２の中間の5つのレンズは、先ほどとは異なる「中間の」焦点距離へと調整されることになることが図示される。従って、2Dディスプレイ１とアレイ状の光学レンズ２との間に見かけの画像１１が生じる。右の5つのレンズは、「低い」焦点距離へと調整されることが図示される。従って、中間ピクセルの見かけの画像１１よりアレイ状の光学レンズ２に近い場所に、右側レンズに対応するピクセルの見かけの画像１２が生じる。レンズの効果及び見かけの画像１０、１１、１２の位置は、表示方向１３に向かって各ピクセルからアレイ状の光学レンズ２を介し、更に光学バリアの光学開口を介する点線で指示される光線により図示される。
【００４０】
水平角分解能のみを備えるディスプレイに対して、レンズは好ましくは円筒形状を持ち、光学バリア３の光学開口は、好ましくは細長い垂直ストライプである。そのストライプは、円筒形状をしたレンズの中心軸に平行な方向に延在する。水平及び垂直両方の角分解能を持つディスプレイに対しては、レンズは好ましくは球形であり、光学バリアの光学開口は、好ましくはレンズ毎に、円形、方形、三角形といった形状の制約を受ける(confine)。
【００４１】
表示位置が変化する条件下において、光学フロントエンドがディスプレイに対して異なった揃い方をすることが原因で、そのディスプレイは、通常の使用時の従来のマルチビューディスプレイと全く同じように表示するものではないことになる。光学レンズに奥行き情報Dを適用する前にそれを低域フィルタリングにかけること、及び／又は前景オブジェクトを膨張させることにより(奥行きハロ(depth halos)をあえて生じさせる)、この意図しない視覚効果を減らすことができる。
【００４２】
図２は、簡単化のため、図１の3Dディスプレイ１の単一のピクセル２０を示す。2Dディスプレイ１、アレイ状の光学レンズ２及び光学バリア３並びに結果として生じる効果に関連する様々な物理パラメタが、図２に図示される。ディスプレイのピクセル２０の幅は、wrで表される。アレイ状の光学レンズ２の光学レンズ２２は、焦点距離fに調整され、ピクセル２０から距離ddのところに配置される。光学バリア２３は、光学レンズ２２の中心から距離dbのところに配置される。光学バリア２３の唯一の光学開口が図示される。この光学開口の幅は、wbで表される。ピクセル２０の結果として生じる見かけの画像２１は、ピクセル２０から距離daのところに位置する点線の箱で図示される。図２に基づき、以下が決定されることができる。
【００４３】
2Dディスプレイ分解能は、
2009515213.tif 000003
である。3D表示角度は、
2009515213.tif 000004
である。１つの有効「表示」の角度は、
2009515213.tif 000005
である。有効な「表示数」は、
2009515213.tif 000006
である。相対輝度出力は、
2009515213.tif 000007
である。見かけの奥行きは、
2009515213.tif 000008
である。
【００４４】
観者が表示角度の外側にいる場合、従来のマルチビューディスプレイにより提供される複数のゾーンと同じように、3D画像自身が繰り返されることになる。
【００４５】
見かけの奥行きの総範囲は、最大レンズ強度(最小はf)と、既存のマルチビューディスプレイと同じく、表示数Nviewsとにより制限される。
【００４６】
光学バリア３は、オンラインで調整可能な3Dディスプレイ機能を可能にするよう、調整可能とすることができる。光学バリアの斯かる調整は、例えば、開口の形状、大きさ及び位置が調整されることを可能にするバリアを用いて、レンズに対するそのバリアの位置を機械的に又は光学的にのいずれかで調整することを含むことができる。wbの調整により、輝度と有効な表示数(及び奥行き効果の量)とのトレードオフが調整されることができる。
【００４７】
Nviews = 1(かつ、すべてのレンズが「オフ」モード)の場合、そのディスプレイは2Dモードにおける黒である。
【００４８】
よりピクセル化された2Dディスプレイは、いわゆる無意味な擬似ディテールを持つ。即ち、ピクセル内に、見えるべきではない何らかの構造体が存在することである。例えば、観者が知覚できる分解能限界を下回るほど十分小さくあるべきRGBドットパターンが存在する。斯かる擬似ディテールは、光学フロントエンドとの干渉を生じさせる場合がある。これは、最小の擬似ディテールより好適な光学フロントエンドの分解能(wr)、つまりより小さなwrを選択することにより解決されることができる。RGBドットパターンに対して、これは、wrがピクセルサイズの係数0.1〜1倍として選択されることをもたらす場合がある。他のソリューションは、例えば、RGBドットパターンをレンズと適切な角度で揃えることである。これは、水平又は垂直な視差フロントエンド(両方ではない)にのみあてはまる。通常、レンズは、RGBドットパターンが原因で実質的に垂直に揃えられるべきである。
【００４９】
本発明の重要な特徴は、すべての表示位置に対して、各レンズの一部のみが光出力に貢献するということである。従って、視点に依存する、及びレンズ内の位置に依存する焦点距離fを備える非常に強いレンズが使用されることができる。開口数のいわゆるレンズ出力尺度、wr/fは、通常約1を超えることはなく、従来のマルチビューディスプレイにおける性能を制限する。本発明によれば、この制限を越えるレンズが使用されることができる。しかしながら、調整可能なレンズは一般に、固定レンズより出力が小さい。従って、ここでのレンズが開口数wr/f〜1に制限されることを想定し、daに対する奥行き範囲を
2009515213.tif 000009
で与える。
【００５０】
式(２)及び(７)から、3Dディスプレイの表示角度αdisplayと奥行き範囲との両方を自由に調整することができることがわかる。tanαdisplay〜1に対しては、奥行き範囲は、フロントエンドの位置ddに等しい。より小さな表示角度αdisplayに対しては、奥行き範囲が増加する。
【００５１】
好ましい実施形態において、以下の値が好ましい。wr〜1 mm、wb〜0.1 mm、db〜2 mm、及びdd〜1 cmである。これらの値は、αdisplay〜28°、Nviews 〜 10、da〜0-2 cm、β〜0.1をもたらす。
【００５２】
調整可能なレンズは現在、例えばエレクトロウェッティング又は流体、及び切り替え可能な2D/3Dディスプレイに現在使用される複屈折LC物質といった、異なる形態でPhilips Research内で利用可能である。開口数を増大させるため複数のレンズ層がスタックされることができる。固定されたバリアが非常に簡単に作られ、調整可能なバリアは、高分解能ブラック／ホワイト透過型ディスプレイに等しい(グレーレベルが必要とされないピュアブラック／ホワイト)。バリアはピクセル毎に調整可能なバージョンで存在する。バリアは、バックライト無しの単なるグレーレベルLCDパネルである。例えば複屈折LC物質に基づかれるwr〜1 mmである調整可能なレンズは、現在の技術を用いて容易に製造されることができる。
【００５３】
ディスプレイに必要な唯一の処理は、奥行きDをdaへ変換すること、及び適切な焦点距離fを得るためのレンズに対する適切な駆動信号を得ることである。これは、ピクセルワイズ動作のみを含む比較的簡単な処理である(インターピクセル動作を含まない)。その処理は通常、例えば、特許出願国際公開第2003058556 A1号「Method of and scaling unit for scaling a three-dimens. model and display apparatus」に記載の方法を用いてDからdaにスケーリングすることを有し、続いて、既知の、可能であれば非線形マッピングであるdaからレンズ駆動信号へのマッピングを適用して、レンズ適合ドライバが行われる。
【００５４】
ディスプレイピクセル、レンズ及びバリアの幅(wr)は、上述の説明において等しいように選択されるが、それらはわずかに異なっていてもよい。wr:display〜 wr:lens + δ〜 wr:barrier + 2δを使用することは、すべてのピクセルの表示角度が各ピクセルに対してわずかに異なって向けられることを可能にする。するといくつかの表示位置において共通の「焦点」が生じる。これは、従来のマルチビューディスプレイにおいても一般的な方法である。一度これが行われると、その「焦点」はどの表示位置においても機能する。
【００５５】
請求項において、図面に対する参照符号は、明確さ目的で含まれるに過ぎない。図面における例示的な実施形態に対するこうした参照は、いかなる態様であっても、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による3Dディスプレイの実施形態の１つのスキャンラインの上面図を説明する図である。
【図２】3Dディスプレイ実施形態の物理量を示す図である。
【図１】
2009515213.tif 000010
【図２】
2009515213.tif 000011
【国際調査報告】
2009515213.tif 000012
2009515213.tif 000013
2009515213.tif 000014