(57)【要約】  視覚情報が表示装置１４０によって提示されるとユーザが３Ｄ知覚を体験することを可能にするための表示装置１４０が説明される。表示装置は、関連する視覚情報を提示するために光を放射するように構成された画像サブピクセルの２次元アレイを有する画像形成ユニット１４２と、画像サブピクセルのアレイのそれぞれの画像サブピクセルに関連する回折光学素子１５０のアレイを有する光学システム１４４とを有する。各回折光学素子は、関連する画像サブピクセルからの光を、複数の回折次数を有する回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するように構成される。
2019508729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視覚情報が表示装置（１４０）によって提示されるとユーザが３Ｄ知覚を体験することを可能にするための表示装置（１４０）であって、
−  関連する視覚情報を提示するために光を放射するように構成された画像サブピクセルの２次元アレイを含む画像形成ユニット（１４２）と、
−  画像サブピクセルのアレイのそれぞれの画像サブピクセルに関連する回折光学素子（１５０）のアレイを含む光学システム（１４４）であって、各回折光学素子は、関連する画像サブピクセルからの光を、複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するように構成される、光学システム（１４４）と、
を含む、表示装置（１４０）。
【請求項２】
回折光学素子のアレイの各回折光学素子が、回折次数間の複数の所定の強度比に従って光を関連する画像サブピクセルから複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成される、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
複数の指向性ビューイング領域が、１つまたは複数の所定の制限された指向性範囲に制限される、請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
各回折光学素子が回折格子である、請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
回折光学素子のアレイの各回折光学素子が、光を関連する画像サブピクセルから複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成され、指向性ビューイング領域に関連する複数の回折次数の隣接する非抑制回折次数が、１つまたは複数の抑制された回折次数によって分離される、請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
回折光学素子のアレイが、回折光学素子の複数のサブセットを含み、回折光学素子の各サブセットの回折光学素子が、関連する所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成され、異なるサブセットの所定のサブセット方向が、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために異なり、ユーザが、複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
抑制が、所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するために異なるサブセットに対して異なる、請求項５に従属する請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
光学システム（１４４）が、回折光学素子のアレイの１つまたは複数の回折光学素子のそれぞれに関連するさらなる光学素子（１６０）のアレイをさらに含み、さらなる光学素子のアレイが、さらなる光学素子の複数のサブセットを含み、さらなる光学素子の各サブセットのさらなる光学素子が、関連する所定のサブセット方向を関連する１つまたは複数の回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成され、異なるサブセットの所定のサブセット方向が、異なるサブセットに関連する画像形成ユニットの画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために異なり、ユーザが、複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】
さらなる光学素子のアレイの異なるサブセットのさらなる光学素子が、対応する所定のサブセット方向を関連する回折パターンに提供するように構成されたそれぞれのさらなる回折構成要素を含む、請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
さらなる回折光学構成要素が、ブレーズド格子を含む、請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
さらなる光学素子のアレイの異なるサブセットのさらなる光学素子が、対応する所定のサブセット方向を関連する回折パターンに提供するように構成されたそれぞれの屈折光学構成要素を含む、請求項８に記載の表示装置。
【請求項１２】
屈折光学構成要素がプリズムを含む、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
２次元画像形成ユニット（１４２）が、画像サブピクセルの２次元アレイの画像サブピクセルから光学システムまで所定の角度強度プロファイルで光を放射するように構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１４】
２次元画像形成ユニット（１４２）が、時間周期的に変化する角度プロファイル方向を有する所定の角度強度プロファイルで光を放射し、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから周期的に異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために関連する視覚情報をサブピクセルに提供して、ユーザが複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能であるように構成される、請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
回折光学素子のアレイが、異なる色を有する光の複数の回折次数に関連する対応する指向性ビューイング領域を提供するために、異なる色を有する光を放射するように構成された画像サブピクセルの組に対応する回折パターンを提供するように構成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視覚情報が表示装置によって提示されるとユーザが３Ｄ知覚を体験することを可能にするための表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
視覚情報が表示装置によって提示されるとユーザが３Ｄ知覚を体験することを可能にするための表示装置は様々な種類が知られている。いくつかの知られているシステムは、例えば、左目に提示される視覚情報を右目に提示される視覚情報から分離するために、ユーザに眼鏡をかけることを要求する。眼鏡をかける必要性の不便さは、いわゆるオートステレオスコピックシステムで克服することができる。３Ｄ知覚のためのいくつかのシステムは、視覚情報を空間的に向けるためにレンチキュラレンズを使用する。レンチキュラシステムの一例は、ＳＰＩＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｖｏｌ．  ２６５３、１９９６年、３２頁から３９頁、Ｃ．  ｖａｎ  Ｂｅｒｋｅｌらの「Ｍｕｌｔｉｖｉｅｗ  ３Ｄ−ＬＣＤ」に記載されている。他のシステムは視差バリアを使用する。いくつかのシステムアプローチは、物理的な制約のために設計上の限界に達している。例えば、いくつかの高解像度小型表示システムは、負の厚さを有するレンチキュラレンズを必要としてしまうだろう。特に大きな表示サイズを有するいくつかの他のシステムでは、ユーザが高品質の３Ｄ知覚を体験できるように、レンチキュラレンズまたは視差バリアを使用する表示装置は、レンチキュラレンズと画像サブピクセルの２次元アレイを有する表示パネルとの間にかなりの距離を必要とし得る。さらに、光学的公差は、例えば固体透明プレートを使用して距離を提供することによって、この距離を画定し維持するために余分な機械的寸法を必要とし、重量およびコストの大幅な増加をもたらす可能性がある。厚さ、重量およびコストのようなより制御可能な設計パラメータを表示装置に提供することが有利である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ＳＰＩＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｖｏｌ．  ２６５３、１９９６年、３２頁から３９頁、Ｃ．  ｖａｎ  Ｂｅｒｋｅｌらの「Ｍｕｌｔｉｖｉｅｗ  ３Ｄ−ＬＣＤ」
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、視覚情報が表示装置によって提示されるとユーザが３Ｄ知覚を体験することを可能にするための表示装置を提供し、表示装置は、画像サブピクセルの２次元アレイを含む画像形成ユニットと、回折光学素子のアレイを含む光学システムとを含む。画像サブピクセルの２次元アレイは、関連する視覚情報を提示するために光を放射するように構成される。回折光学素子のアレイは、画像サブピクセルのアレイのそれぞれの画像サブピクセルに関連する。各回折光学素子は、関連する画像サブピクセルからの光を、複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するように構成される。したがって、光学システムは、ユーザが複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚を体験することができるように、視覚情報が複数の回折次数のそれぞれに提供されるので、１つのサブピクセルによって提示される視覚情報を複数の指向性ビューイング領域に効果的に複製することができる。回折光学素子は、例えば、回折格子であってもよい。回折光学素子は薄くてもよい。回折光学素子は、そのようなシステムにおける画像サブピクセルの場合にはレンチキュラレンズまたは視差バリアと２次元アレイとの間にレンチキュラレンズまたは視差バリアなどの従来の光学系を使用する表示装置に求められる追加の空間的分離を必要とせずに３Ｄ知覚を体験するための視覚情報を提供することができる。これにより、表示装置は、より薄く、より軽く、および／または安価になり得る。
【０００５】
一実施形態において、回折光学素子のアレイの各回折光学素子は、回折次数間の複数の所定の強度比に従って光を関連する画像サブピクセルから複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成される。したがって、指向性ビューイング領域のそれぞれの相対強度は、例えば、最も一般的なビューイング位置、すなわち中央ビューイング領域における指向性ビューイング領域に対してより高い強度を提供するように定義することができる。
【０００６】
さらなる実施形態において、複数の所定の強度比は、対応する指向性ビューイング領域に対応する所定の強度比を提供するために、中央の回折次数から外側の回折次数の緩やかな強度の変化に対応し、緩やかな変化はランベルトの余弦法則に対応する。
【０００７】
一実施形態において、複数の指向性ビューイング領域は、１つまたは複数の所定の制限された指向性範囲に制限される。
【０００８】
例えば、一実施形態において、複数の指向性ビューイング領域は、所定の限定された指向性範囲に制限される。回折光学素子は、より高い回折次数が抑制されるように設計されてもよい。所定の制限された指向性範囲は、例えば、−６０°から＋６０°以下の水平面における角度範囲に対応し、０°は表示装置の法線に対応する。所定の限定された指向性範囲に制限することにより、複数の指向性ビューイング領域に提供されるような視覚情報の明るさを増加させることができる。所定の限定された指向性範囲は、例えば、−３０°から＋３０°以下の水平面における角度範囲に対応し、０°は表示装置の法線に対応する。所定の限定された指向性範囲に制限することにより、所定の限定された指向性範囲内のユーザのみに表示装置の使用を代替的にまたは追加的に制限し、他人の邪魔を減らし、および／または他の人が視覚情報を視るのを防止することができる。
【０００９】
一実施形態において、複数の指向性ビューイング領域は、２つの所定の限定された指向性範囲に制限される。回折光学素子は、ここでは中央回折次数が抑制されるように設計されてもよい。２つの所定の限定された指向性範囲は、例えば、−４５°から−１５°またはこれより狭い水平面内の第１の角度範囲、および、＋１５°から＋４５°またはこれより狭い水平面内の第２の角度範囲に対応し、０°は表示装置の法線に対応する。２つの所定の限定された指向性範囲に制限することにより、２つの空間的に分離された領域を実現することができ、例えば、車内の運転手と運転助手のようなユーザは３Ｄ知覚を体験することができる。
【００１０】
実施形態において、各回折光学素子は回折格子である。格子のピッチおよび形状は、関連するサブピクセルによって放射される光の回折パターンの回折次数の所望の方向および強度比を提供するように設計されてもよい。したがって、回折格子は、複数の所定の強度比を回折次数に提供するように構成されてもよい。
【００１１】
実施形態において、回折光学素子のアレイの各回折光学素子は、光を関連する画像サブピクセルから複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成され、指向性ビューイング領域に関連する複数の回折次数の隣接する非抑制回折次数は、１つまたは複数の抑制された回折次数によって分離される。したがって、回折光学素子は、指向性ビューイング領域および指向性ビューイング領域に関連する回折次数についてのそれぞれの視覚情報に効果的に関連しない抑制された回折次数に光を回折させない。例えば、２つおきの回折次数は、２つの中間次数がすべて抑圧された状態で、指向性ビューイング領域の視覚情報を繰り返すために使用することができる。これは、回折格子のピッチおよび形状のさらなる設計の自由度のような、回折光学素子の追加の設計自由度を可能にする。
【００１２】
実施形態において、回折光学素子のアレイは、回折光学素子の複数のサブセットを含む。回折光学素子の各サブセットの回折光学素子は、関連する所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成されてもよい。異なるサブセットの所定のサブセット方向は、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために異なるので、ユーザは、複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることができる。したがって、回折光学素子のサブセットは、関連するサブピクセルのサブセットから指向性ビューイング領域のそれぞれの関連する複数の異なる方向に視覚情報を提供することができる。したがって、各回折光学素子は、入射光を回折して回折パターンを提供し、関連する所定のサブセット方向を回折パターンに提供することができる。
【００１３】
さらなる実施形態において、回折光学素子の各サブセットの回折光学素子は、関連する所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成され、指向性ビューイング領域に関連する複数の回折次数の隣接する回折次数は、１つまたは複数の抑制された回折次数によって分離され、抑制は、所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するために異なるサブセットに対して異なる。したがって、各回折光学素子は、入射光を回折して回折パターンを提供し、関連するサブピクセルに対する所定のサブセット方向に応じて回折次数を抑制することによって、関連する所定のサブセット方向を回折パターンに提供することができる。
【００１４】
実施形態において、光学システムは、回折光学素子のアレイの１つまたは複数の回折光学素子のそれぞれに関連するさらなる光学素子のアレイを含む。さらなる光学素子のアレイは、さらなる光学素子の複数のサブセットを含み、さらなる光学素子の各サブセットのさらなる光学素子は、関連する所定のサブセット方向を関連する１つまたは複数の回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成される。異なるサブセットの所定のサブセット方向は、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために異なり、ユーザは、複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能である。したがって、さらなる光学素子のサブセットは、関連する１つまたは複数のサブピクセルのサブセットから指向性ビューイング領域のそれぞれの関連する複数の異なる方向に視覚情報を提供することができる。回折光学素子に続いてさらなる光学素子を使用することにより、それらにおける設計および／または製造、および／または公差を容易にすることができる。
【００１５】
実施形態において、さらなる光学素子のアレイの異なるサブセットのさらなる光学素子は、対応する所定のサブセット方向を関連する回折パターンに提供するように構成されたそれぞれのさらなる回折構成要素を含む。実施形態において、さらなる回折光学構成要素は、ブレーズド格子を含むか、またはブレーズド格子である。したがって、ブレーズド格子は、効率的な方法で、関連する所定のサブセット方向を提供するように構成することができる。
【００１６】
実施形態において、さらなる光学素子のアレイの異なるサブセットのさらなる光学素子は、対応する所定のサブセット方向を関連する回折パターンに提供するように構成されたそれぞれの屈折光学構成要素を含む。実施形態において、屈折光学構成要素はプリズムを含むか、またはプリズムである。したがって、屈折光学構成要素は、効率的な方法で、関連する所定のサブセット方向を提供するように構成することができる。屈折光学構成要素は、取り扱いが比較的容易であり得る。プリズムは、例えば、プリズムシートとして提供されてもよい。
【００１７】
さらなる光学素子は、サブピクセルに１対１に関連してもよい。単一のさらなる光学素子は、複数のサブピクセル、特に、単一のフルカラーピクセルに関連するサブピクセルまたは同じサブセットビューイング方向に対応する隣接するサブピクセルに関連してもよい。
【００１８】
実施形態において、回折光学素子およびさらなる光学素子は、別々の要素であってもよい。別の実施形態において、回折光学素子および関連するさらなる光学素子は、単一の光学素子として一体化される。例えば、実施形態において、回折光学素子の各サブセットの回折光学素子は、それぞれの回折面および対向面を有し、関連する画像サブピクセルからの光を複数の回折次数を含む回折パターンに回折するように構成されるそれぞれの回折面は、それぞれの対向面に対してサブセット固有の角度で配置され、サブセット固有の角度は、関連する所定のサブセット方向を提供するように選択される。これにより、回折面および対向面は、回折光学素子と一体化された屈折光学素子を形成する。したがって、各回折光学素子は、入射光を回折して回折パターンを提供し、関連する所定のサブセット方向を回折パターンに提供することができる。
【００１９】
実施形態において、画像サブピクセルの２次元アレイは、さらなる光学構成要素のアレイと回折光学素子のアレイとの間に配置される。別の実施形態において、さらなる光学構成要素のアレイは、画像サブピクセルの２次元アレイと回折光学素子のアレイとの間に配置される。実施形態において、回折光学素子のアレイは、表示装置の前面側、すなわち使用中にユーザに面する側に配置される。
【００２０】
実施形態において、２次元画像形成ユニットは、画像サブピクセルの２次元アレイの画像サブピクセルから光学システムまで所定の角度強度プロファイルで光を放射するように構成される。回折光学構成要素および／またはさらなる光学構成要素は、所定の角度強度プロファイルに対して最適化されてもよい。所定の角度強度プロファイルは、例えば、わずかに発散するビームに対応してもよい。所定の角度強度プロファイルは、ユーザの仮定された視差に対応する方向、例えば水平面におけるプロファイルに関連してもよい。垂直プロファイルは、拡散、ランバーシアン、プロファイルまたは任意の他の適切なプロファイルであってもよい。
【００２１】
実施形態において、２次元画像形成ユニットは、時間周期的に変化する角度プロファイル方向を有する所定の角度強度プロファイルで光を放射し、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから周期的に異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために関連する視覚情報をサブピクセルに提供して、ユーザが複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能であるように構成される。例えば、表示装置は、透過型ＬＣＤパネルを照明する時系列の指向性バックライトを有してもよい。画像サブピクセルの２次元アレイである場合、空間解像度が完全に使用され得る。光学構成要素の数および／または複雑さを低減することができる。
【００２２】
実施形態において、回折光学素子のアレイは、異なる色を有する光の複数の回折次数に関連する対応する指向性ビューイング領域を提供するために、異なる色を有する光を放射するように構成された画像サブピクセルの組に対応する回折パターンを提供するように構成される。これにより、各指向性ビューイング領域における視覚情報の品質が改善される。
【００２３】
当業者であれば、本発明の上述の実施形態、実装、および／または態様のうちの２つ以上を、有用であると考えられる任意の方法で組み合わせることができることが理解されよう。表示装置の記載された修正および変形に対応する表示装置の修正および変形は、本明細書の記載に基づいて当業者によって実施することができる。本発明は、独立請求項に定義されている。有利な選択肢は、従属請求項に定義されている。
【００２４】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、以下に記載される実施形態を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】表示装置による視覚情報の提示を概略的に示す図である。
【図２ａ】表示装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図２ｂ】表示装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図２ｃ】表示装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図２ｄ】表示装置の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】様々な実施形態の詳細を概略的に示す図である。
【図４】様々な実施形態の詳細を概略的に示す図である。
【図５】様々な実施形態の詳細を概略的に示す図である。
【図６】様々な実施形態の詳細を概略的に示す図である。
【図７ａ】別の実施形態の詳細を概略的に示す図である。
【図７ｂ】別の実施形態の詳細を概略的に示す図である。
【図７ｃ】別の実施形態の詳細を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、表示装置１４０による視覚情報の提示を概略的に示している。表示装置１４０は、表示装置１４０によって視覚情報が提示されると、ユーザに３Ｄ知覚を体験させることができる。表示装置１４０は、（後の図では１４２ｂとして示される）画像サブピクセルの２次元アレイを含む画像形成ユニット１４２と、回折光学素子１５０のアレイを含む光学システム１４４とを含む。画像サブピクセルの２次元アレイは、関連する視覚情報を提示するために光を放射するように構成される。２次元画像形成ユニット１４２は、画像サブピクセルの２次元アレイの画像サブピクセルから光学システムまで所定の角度強度プロファイルで光を放射するように構成される。図示の例では、２次元画像形成ユニット１４２は、少し発散する光を放射するように構成される。回折光学素子１５０のアレイは、画像サブピクセルのアレイのそれぞれの画像サブピクセルに関連付けられている。各回折光学素子は、関連する画像サブピクセルからの光を、複数の回折次数を含む回折パターン３００に回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６に視覚情報を提供するように構成される。画像サブピクセルのアレイの画像サブピクセルは、赤、緑および青の光のような画像サブピクセルのグループに対して特定の色の光を放射するように構成された画像サブピクセルとして提供される。画像サブピクセルは、それらが放射する光の色によって、例えば、赤サブピクセル、緑サブピクセルおよび青サブピクセルとして参照され得る。別の色は、例えば、赤色、緑色、青色および黄色の光であってもよい。回折光学素子のアレイは、異なる色を有する光の複数の回折次数に関連する対応する指向性ビューイング領域を提供するために、異なる色を有する光を放射するように構成された画像サブピクセルの組に対応する回折パターンを提供するように構成される。回折光学素子は、回折格子であってもよい。同じ色の画像サブピクセルに関連する回折格子は、同じ格子ピッチを有することができる。したがって、赤サブピクセルに関連するすべての格子は第１の格子ピッチを有し、緑サブピクセルに関連するすべての格子は第２のピッチを有し、青サブピクセルに関連するすべての格子は第３のピッチを有することができ、第１、第２、および第３のピッチは、同じ複数の指向性ビューイング領域に異なる色の光に対する複数の回折次数を提供するように設計される。画像サブピクセルは、異なる視点を表す異なる視覚情報に関連付けられた画像サブピクセルのサブセットに編成される。画像サブピクセルには、画像プロセッサ１２０からの画像信号１２２が供給される。画像プロセッサ１２０は、サブピクセルに駆動信号を供給して、視覚情報を提示して３Ｄ知覚を可能にするように構成される。各サブセットは、指向性ビューイング領域内の０、１、２、３、４および５として示されるサブセット方向に関連する視覚情報のサブセットに関連付けられる。ユーザの目が、例えば１１０で示されるような指向性ビューイング領域内の隣接するサブセクト方向にあるとき、ユーザは３Ｄ知覚を体験することができる。したがって光学システムは、視覚情報が回折光学構成要素によって複数の回折次数のそれぞれに供給されるので、１つのサブピクセルによって提示される視覚情報を複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６に効果的に複製すると言える。複製は、サブセット方向番号３の点線の領域で示される。ユーザは、これにより、複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６のそれぞれにおいて３Ｄ知覚を体験することができる。図示の例では、概略的に示した回折次数の数は、対応する指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６で３つに限定され、所定の限定された角度範囲は、これらの指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６によってカバーされ、１００として示される。回折光学素子のアレイは、回折次数間の複数の所定の強度比に従って光を関連する画像サブピクセルから複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成される。光学システムは、所定の強度比で、１つのサブピクセルによって提示される視覚情報を複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６に効果的に複製することができる。図１に示された例における指向性ビューイング領域１０２、１０６のような外側指向性ビューイング領域は、例えば、回折次数間の複数の所定の強度比に応じた強度比を有し得る。
【００２７】
図２ａは、バックライト１４２ａおよび画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイを含む画像形成ユニット１４２と、回折光学素子１５０のアレイおよびさらなる光学素子１６０のアレイを含む光学システム１４４とを含む表示装置１４０を概略的に示している。さらなる光学構成要素のアレイは１６０、画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイと回折光学素子１５０のアレイとの間に配置され、それによって、放射光が回折光学素子によって回折パターンの複数の回折次数に「複製」される前に、それぞれのサブセット方向に画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイのサブセットの画像サブピクセルによって放射される光を提供するように構成される。サブピクセルに関連する回折光学素子および関連するさらなる光学素子は、単一の光学素子として一体化することができる。
【００２８】
図２ｂは、バックライト１４２ａおよび画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイを含む画像形成ユニット１４２と、回折光学素子１５０のアレイおよびさらなる光学素子１６０のアレイを含む光学システム１４４とを含む別の表示装置１４０を概略的に示している。画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイは、さらなる光学構成要素１６０のアレイと回折光学素子１５０のアレイとの間に配置され、それにより、画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイのサブセットにそれぞれのサブセット方向の放射光を提供し、その後、光が回折光学要素によって回折パターンの複数の回折次数に「複製」される前に、光が画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイのサブセットの画像サブピクセルによってそれぞれのサブセット方向に放射されるように構成される。
【００２９】
図２ｃは、バックライト１４２ａおよび画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイを含む画像形成ユニット１４２と、回折光学素子１５０のアレイおよびさらなる光学素子１６０のアレイを含む光学システム１４４とを含むさらに別の表示装置１４０を概略的に示している。さらなる光学構成要素のアレイは１６０であり、回折光学素子１５のアレイは、バックライト１４２ａと画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイとの間に配置される。回折光学素子１５のアレイは、画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイに近い距離に配置される。この構成では、さらなる光学構成要素のアレイは１６０であり、回折光学素子１５のアレイは、それぞれのサブセット方向にバックライト１４２ａから放射される光を提供し、光が画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイのサブセットの画像サブピクセルに搬送される前に複数の回折次数に「複製」するように構成される。サブピクセルに関連する回折光学素子および関連するさらなる光学素子は、単一の光学素子として一体化することができる。
【００３０】
図２ｄは、放射性画像サブピクセル１４２ｃの２次元アレイを含む画像形成ユニット１４２と、回折光学素子１５０のアレイおよびさらなる光学素子１６０のアレイを含む光学システム１４４とを含むさらに別の表示装置１４０を概略的に示している。さらなる光学構成要素のアレイは１６０、画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイと回折光学素子１５０のアレイとの間に配置され、それによって、光が回折光学素子によって回折パターンの複数の回折次数に「複製」される前に、それぞれのサブセット方向に放射性画像サブピクセル１４２ｃの２次元アレイのサブセットの画像サブピクセルによって放射される光を提供するように構成される。サブピクセルに関連する回折光学素子および関連するさらなる光学素子は、単一の光学素子として一体化することができる。放射性画像サブピクセル１４２ｃの２次元アレイを含む画像形成ユニット１４２は、有機ＬＥＤディスプレイであってもよい。
【００３１】
図３は、図２ｂに示す表示装置１４０の簡略化された実施形態を概略的に示している。表示装置１４０は、バックライト１４２ａおよび画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイを含む画像形成ユニット１４２と、回折光学素子１５０のアレイおよびさらなる光学素子１６０のアレイを含む光学システム１４４とを含む。図３は、３つの画像サブピクセル３００Ｒ１、３００Ｌ１、３００Ｒ２を対応する光学系とともに概略的に示す。バックライト１４２ａは、実質的に平行なビームでさらなる光学素子１６０のアレイに光を当てる。画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイは、さらなる光学構成要素１６０のアレイと回折光学素子１５０のアレイとの間に配置され、それにより、画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイのサブセットにそれぞれのサブセット方向の光を提供し、その後、光が回折光学要素によって回折パターンの複数の回折次数に「複製」される前に、光がそれぞれのサブセット方向に画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイのサブセットの画像サブピクセルによって放射されるように構成される。さらなる光学素子１６０のアレイはプリズムシートとして設けられて、バックライト１４２ａから受光された光を２つのサブセット方向で画像サブピクセル１４２ａの２次元アレイに提供する。プリズムシートのプリズム角αは３．６°である。プリズムは、３つのカラーサブピクセル、この例では赤、緑および青のサブピクセルからなるフルピクセルに沿って延びている。プリズムシートは、そのプリズム頂部が画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイと接触している。回折光学素子１５０のアレイは、１ｍの視距離で最適な３Ｄ知覚を可能にするために、それぞれ赤色、緑色および青色のサブピクセルに対して５．２μｍ、４．４μｍおよび３．６μｍのピッチを有する格子を含む。回折光学素子１５０のアレイは、所定の光度比の複数の指向性ビューイング領域に対応する複数の回折次数に設計される。
【００３２】
図４は、図２ａに示す表示装置１４０の例示の実施形態の表示装置１４０による視覚情報の提示を概略的に示している。表示装置１４０は、指向性バックライト１４２ａと、画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイとを含み、そのうちの３つのサブピクセルが示されている。表示装置１４０は、画像サブピクセルのアレイのそれぞれの画像サブピクセルに関連する回折光学素子１５０のアレイを含む。各回折光学素子は、関連する画像サブピクセルからの光を回折パターンに回折させるように構成されている。表示装置１４０は、回折光学素子１５０のアレイのそれぞれの回折光学素子に関連するさらなる光学素子１６０のアレイを含む。さらなる光学素子１６０のアレイは、さらなる光学素子の複数のサブセットを含む。さらなる光学素子の各サブセットのさらなる光学素子は、関連する所定のサブセット方向を関連する１つまたは複数の回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成される。異なるサブセットの所定のサブセット方向は、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために異なるので、ユーザは、複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能になる。さらなる光学素子１６０のアレイの異なるサブセットのさらなる光学素子は、対応する所定のサブセット方向を関連する回折パターンに提供するように構成されたそれぞれのさらなる回折構成要素を含む。図示の例では、さらなる回折光学構成要素は、対応する所定のサブセット方向を提供するように構成されたブレーズド回折格子である。図４は、画像サブピクセルのアレイの３つのサブピクセルを概略的に示している。３つのサブピクセルは、サブセット方向２、３および４（図１参照）に対応する３つの異なるサブセットに属する。さらなる回折光学構成要素１６０は、サブセット方向に関連するサブピクセル１４２ｂから放射される光を提供し、次いで、関連する回折光学素子１５０に光を放射する。図示されているように、示されている３つのさらなる回折光学構成要素１６０はそれぞれ、放射される光に対して異なるサブセット方向を提供する。同じサブセットのサブピクセルに関連付けられ、異なる色の光を放射するように構成されたさらなる回折構成要素１６０は、等しいサブセット方向を提供するように設計される。各回折光学素子１５０は、関連する画像サブピクセルからの光を、−１、０、１と示される複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連付けられている複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６へ視覚情報を提供する。
【００３３】
図５は、別の実施形態の詳細を概略的に示している。図５の実施形態は、図４の実施形態に対して少なくとも、さらなる光学素子１６０がさらなる回折光学構成要素ではなく、対応する所定のサブセット方向を関連する回折パターンに提供するように構成された屈折光学構成要素である点で異なる。図示された例では、屈折光学構成要素はプリズムであり、対応する所定のサブセット方向を提供するように構成されている。したがって、屈折光学構成要素１６０は、サブセット方向に関連するサブピクセル１４２ｂから放射される光を提供し、次いで、関連する回折光学素子１５０に光を放射する。各回折光学素子１５０は、関連する画像サブピクセルからの光を、−１、０、１と示される複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連付けられている複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６へ視覚情報を提供する。
【００３４】
図６は、さらなる別の実施形態の詳細を概略的に示している。図６に示す実施形態において、回折光学素子１５１のアレイは、関連する画像サブピクセルからの光を複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成され、指向性ビューイング領域に関連する複数の回折次数の隣接する非抑制回折次数は、１つまたは複数の抑制された回折次数によって分離される。図６の概略例では、５つの隣接する回折次数が抑制され、６つの回折次数のうちの１つが視覚情報に使用され、抑制はサブピクセルに関連するビューイング方向に依存する。図６は、概略的な方法における選択的抑制を示している：３つのサブピクセルは、２、３および４とラベル付けされた方向に関連付けられており、左側の回折光学素子１５１は、関連する画像サブピクセルからの光を、−７、１、５として示される複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６へ視覚情報を提供するように設計され、中央の回折光学素子１５１は、関連する画像サブピクセルからの光を、−６、０、６として示される複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６へ視覚情報を提供するように設計され、左側の回折光学素子１５１は、関連する画像サブピクセルからの光を、−５、１、７として示される複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６へ視覚情報を提供するように設計される。したがって、回折光学素子の各サブセットの回折光学素子は、関連する所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成され、異なるサブセットの所定のサブセット方向は、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域へ視覚情報を提供するために異なっており、ユーザが複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能となる。抑制は、所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するために異なるサブセットに対して異なっている。
【００３５】
図７ａ−図７ｃは、さらなる別の実施形態の詳細を概略的に示している。図７ａ−図７ｃに示す表示装置１４０は、時系列方向バックライト１４２ａＳと、画像サブピクセル１４２ｂの２次元アレイとを含み、そのうちの３つのサブピクセルが示されている。表示装置１４０は、画像サブピクセルのアレイのそれぞれの画像サブピクセルに関連する回折光学素子１５０のアレイを含む。各回折光学素子は、関連する画像サブピクセルからの光を回折パターンに回折させるように構成されている。図示の例では、各回折光学素子は、−１、０および１の３次の回折パターンに光を回折し、その他は抑制される。したがって、回折光学構成要素は、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域１０２、１０４、１０６に視覚情報を提供する。２次元画像形成ユニット１４２は、時間周期的に変化する角度プロファイル方向を有する所定の角度強度プロファイルで光を放射し、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから周期的に異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために関連する視覚情報をサブピクセル１４２ｂに提供して、ユーザが複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることを可能にするように構成される。
【００３６】
図７ａ−図７ｃは３つの連続した瞬間を示している。図７ａにおいて、時系列指向性バックライト１４２ａＳは、ビューイング方向２に関連する第１のプロファイル方向を有する第１の所定の角度強度プロファイルで光を放射し、図７ｂにおいて、時系列指向性バックライト１４２ａＳは、画面に実質的に垂直なビューイング方向３に関連する第２のプロファイル方向を有する第２の所定の角度強度プロファイルで光を放射し、図７ｃにおいて、時系列指向性バックライト１４２ａＳは、ビューイング方向４に関連する第３のプロファイル方向を有する第３の所定の角度強度プロファイルで光を放射する。異なるプロファイル方向に関連するビューイング方向は、異なるプロファイル方向に関連する画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために異なっており、ユーザが複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることを可能にする。
【００３７】
上記の実施形態は本発明を限定するものではなく、当業者は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計できることに留意されたい。特許請求の範囲において、括弧内に置かれた参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「含む」という動詞およびその活用形の使用は、請求項に記載された要素またはステップ以外の要素またはステップの存在を排除するものではない。要素に先行する冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数のそのような要素の存在を排除するものではない。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアの手段によって、および適切にプログラムされたコンピュータの手段によって実施することができる。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、１つのおよび同一のハードウェアの項目によって具体化することができる。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を有利に使用することができないことを示すものではない。
【図１】
2019508729.tif 000003
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月29日(2017.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視覚情報が表示装置（１４０）によって提示されるとユーザが３Ｄ知覚を体験することを可能にするための表示装置（１４０）であって、
−  関連する視覚情報を提示するために光を放射するように構成された画像サブピクセルの２次元アレイを含む画像形成ユニット（１４２）と、
−  画像サブピクセルのアレイのそれぞれの画像サブピクセルに関連する回折光学素子（１５０）のアレイを含む光学システム（１４４）であって、各回折光学素子は、関連する画像サブピクセルからの光を、複数の回折次数を含む回折パターンに回折させて、関連する画像サブピクセルから複数の回折次数に関連する複数の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するように構成される、光学システム（１４４）と、
を含み、
回折光学素子のアレイが、回折光学素子の複数のサブセットを含み、
回折光学素子の各サブセットの回折光学素子が、関連する所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するように構成され、異なるサブセットの所定のサブセット方向が、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために異なり、ユーザが、複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能である、
表示装置（１４０）。
【請求項２】
回折光学素子のアレイの各回折光学素子が、光を関連する画像サブピクセルから複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成され、指向性ビューイング領域に関連する複数の回折次数の隣接する非抑制回折次数が、１つまたは複数の抑制された回折次数によって分離される、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
各回折光学素子が、入射光を回折して回折パターンを提供し、関連するサブピクセルに対する所定のサブセット方向に応じて回折次数を抑制することによって、関連する所定のサブセット方向を回折パターンに提供するように構成されるように、抑制が、所定のサブセット方向を関連する回折光学素子からの回折パターンに提供するために異なるサブセットに対して異なる、請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
回折光学素子のアレイの各回折光学素子が、回折次数間の複数の所定の強度比に従って光を関連する画像サブピクセルから複数の回折次数を含む回折パターンに回折させるように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
複数の指向性ビューイング領域が、１つまたは複数の所定の制限された指向性範囲に制限される、請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
各回折光学素子が回折格子である、請求項１から５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
２次元画像形成ユニット（１４２）が、画像サブピクセルの２次元アレイの画像サブピクセルから光学システムまで所定の角度強度プロファイルで光を放射するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
２次元画像形成ユニット（１４２）が、時間周期的に変化する角度プロファイル方向を有する所定の角度強度プロファイルで光を放射し、異なるサブセットに関連する画像サブピクセルから周期的に異なる方向の指向性ビューイング領域に視覚情報を提供するために関連する視覚情報をサブピクセルに提供して、ユーザが複数の指向性ビューイング領域のそれぞれにおいて３Ｄ知覚で視ることが可能であるように構成される、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
回折光学素子のアレイが、異なる色を有する光の複数の回折次数に関連する対応する指向性ビューイング領域を提供するために、異なる色を有する光を放射するように構成された画像サブピクセルの組に対応する回折パターンを提供するように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の表示装置。
【国際調査報告】
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