(57)【要約】  自動立体視ディスプレイは、光出力のラインを提供するための光出力装置と、第１のレンチキュラレンズアレイとを備え、各レンズが対応する光出力のライン付近に合焦した、操向可能ディスプレイバックライトを備える。ディスプレイパネルはバックライトによって照明され、第２のレンチキュラアレイは異なる観察方向に少なくとも２つのビューを生成する。頭部及び／又は眼追跡が、少なくとも２人の観察者を追跡するために使用される。追跡された観察者の両眼に同時にビューが提供され、異なる追跡された観察者の両眼に時系列的にビューが提供される。
2019508726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出力のラインを提供するための光出力装置と、第１のレンチキュラレンズアレイとを備える操向可能ディスプレイバックライトと、
表示画像を生成するためのディスプレイサブピクセルのアレイを有するディスプレイパネルであって、前記操向可能ディスプレイバックライトによって照明される、ディスプレイパネルと、
異なる観察方向に少なくとも２つのビューを生成するための第２のレンチキュラレンズアレイと、
１人又は複数人の観察者を追跡するための頭部及び／又は眼追跡システムと、
前記ディスプレイパネル及び前記操向可能ディスプレイバックライトを制御するためのコントローラであって、追跡された観察者の両眼に同時にビューを提供し、複数の観察者が存在する場合には、異なる追跡された観察者の両眼に時系列的にビューを提供する、コントローラと
を備える、自動立体視ディスプレイ。
【請求項２】
前記第２のレンチキュラレンズアレイが少なくとも４つのビューを有し、前記コントローラが、追跡された観察者の両眼にビューを提供することを、前記第２のレンチキュラレンズアレイが各サブピクセルから前記観察者の左右の眼の推定位置に出力を投影する量に応じて、サブピクセルごとに少なくとも２つの入力ビューを割り当てることによって行う、請求項１に記載の自動立体視ディスプレイ。
【請求項３】
前記第２のレンチキュラレンズアレイが１０個を超えるフラクショナルビューを有し、前記コントローラが、追跡された観察者の両眼にビューを提供することを、前記第２のレンチキュラレンズアレイが各サブピクセルから前記観察者の左右の眼の推定位置に出力を投影する量に応じて、サブピクセルごとに少なくとも２つの入力ビューを割り当てることによって行う、請求項１又は請求項２に記載の自動立体視ディスプレイ。
【請求項４】
前記第２のレンチキュラレンズアレイを前記ディスプレイパネルに対してシフトさせるシフト装置をさらに備え、前記コントローラが、追跡された観察者の両眼に、ただ２つの可能なビューから選択されるビューを提供し、前記コントローラが、前記ディスプレイパネルに対する前記第２のレンチキュラレンズアレイのシフトを制御する、請求項１に記載の自動立体視ディスプレイ。
【請求項５】
前記操向可能ディスプレイバックライトが、ｔａｎ−１（５ＩＯＤ／ｖｄ）未満の角度広がりを有する出力ビームを有し、ここで、ＩＯＤは眼間距離であり、ｖｄは前記ディスプレイパネルからの所期の観察者距離である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の自動立体視ディスプレイ。
【請求項６】
前記操向可能ディスプレイバックライトがｔａｎ−１（１．５ＩＯＤ／ｖｄ）とｔａｎ−１（３ＩＯＤ／ｖｄ）との間の角度広がりを有する出力ビームを有し、ここで、ＩＯＤは眼間距離であり、ｖｄは前記ディスプレイパネルからの所期の観察者距離である、請求項５に記載の自動立体視ディスプレイ。
【請求項７】
前記頭部及び／又は眼追跡システムが、前記ディスプレイパネルに対する前記観察者の横方向位置と前記観察者までの距離とを特定するためのものである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の自動立体視ディスプレイ。
【請求項８】
前記ディスプレイパネルの片側に拡散板を備える、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の自動立体視ディスプレイ。
【請求項９】
１人又は複数人の観察者を追跡するステップと、
追跡された前記観察者の位置に応じてバックライト光出力のラインを提供するステップと、
第１のレンチキュラレンズアレイを介して前記バックライト光出力のラインを指向させて、指向制御を提供するステップと、
指向制御された前記バックライト光出力を使用してディスプレイサブピクセルのアレイを備えるディスプレイパネルを照明することによって、表示画像を生成するステップと、
第２のレンチキュラレンズアレイを使用して異なる観察方向に少なくとも２つのビューを生成するステップであって、追跡された観察者の両眼に同時にビューが提供され、複数の観察者が存在する場合には、異なる追跡された観察者の両眼に時系列的にビューが提供される、生成するステップと
を有する、自動立体視表示方法。
【請求項１０】
少なくとも４つのいくつかの入力ビューを生成するステップと、前記第２のレンチキュラレンズアレイが各サブピクセルから前記観察者の左右の眼の推定位置に出力を投影する量に応じて、サブピクセルごとに少なくとも２つの入力ビューを割り当てるステップとを有する、請求項９に記載の自動立体視表示方法。
【請求項１１】
１０個未満、又は８個未満のいくつかのビューを生成するステップと、前記第２のレンチキュラレンズアレイが各サブピクセルから前記観察者の左右の眼の推定位置に出力を投影する量に応じて、サブピクセルごとに少なくとも２つの入力ビューを割り当てるステップとを有する、請求項９又は１０に記載の自動立体視表示方法。
【請求項１２】
２つのビューを生成するステップと、追跡された観察者の両眼に前記２つのビューを提供するステップとを有し、前記第２のレンチキュラレンズアレイを前記ディスプレイパネルに対してシフトさせるステップをさらに有する、請求項９に記載の自動立体視表示方法。
【請求項１３】
ｔａｎ−１（５ＩＯＤ／ｖｄ）未満の角度広がりを有する出力ビームを有するバックライト出力ビームを提供するステップを有し、ここで、ＩＯＤは眼間距離であり、ｖｄは前記ディスプレイパネルからの所期の観察者距離である、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の自動立体視表示方法。
【請求項１４】
前記ディスプレイパネルに対する前記観察者の横方向位置と前記観察者までの距離とを特定するステップを有する、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の自動立体視表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動立体視表示デバイス及び表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られている自動立体視表示デバイスは、表示を生成するための画像形成手段として機能するディスプレイピクセルの行及び列のアレイを有する２次元の液晶ディスプレイパネルを備える（ここで、「ピクセル」は典型的には「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一色のピクチャ要素である）。互いに平行に延伸する細長いレンズのアレイは、ディスプレイピクセルアレイ上に重なり、ビュー形成手段として機能する。これらは「レンチキュラレンズ」として知られている。ディスプレイ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、これらは出力の方向を変更するように機能する。
【０００３】
レンチキュラレンズは、それぞれが細長い部分円筒形のレンズ素子を備えるレンズ素子のシートとして提供される。レンチキュラレンズはディスプレイパネルの列方向に延伸し、各レンチキュラレンズは、ディスプレイサブピクセルの２つ以上の隣接する列のそれぞれのグループの上に重なる。
【０００４】
各レンチキュラレンズを、ディスプレイサブピクセルの２つの列に関連付けて、ユーザが単一の立体画像を観察できるようにすることができる。代わりに、各レンチキュラレンズを、行方向の３つ以上の隣接するディスプレイサブピクセルのグループに関連付けることができる。各グループのディスプレイ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動かされると、一連の連続した異なる立体視ビューが観察され、たとえば、見て回る印象が生じる。
【０００５】
図１は、知られている直視型自動立体視表示デバイス１の概略斜視図である。知られているデバイス１は、表示を生成するための空間光変調器として機能するアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイパネル３を備える。
【０００６】
ディスプレイパネル３は、ディスプレイサブピクセル５の行及び列の直交アレイを有する。明瞭化のために、少数のディスプレイサブピクセル５のみが図示されている。実際には、ディスプレイパネル３は、たとえば、約２０００行及び４０００列のディスプレイサブピクセル５を備え得る。将来的にはこれはさらに多くなり得る。白黒ディスプレイパネルでは、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つの色成分である。フルカラーピクセルは、一般的な用語によれば、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全てのサブピクセルを備える。したがって、たとえば、フルカラーピクセルは、赤（Ｒ）緑（Ｇ）及び青（Ｂ）サブピクセルを有し、場合によっては白色サブピクセル、或いは１つ又は複数の他の原色のサブピクセルによって拡張される。液晶ディスプレイパネル３の構造は完全に従来通りである。具体的には、パネル３は一対の離間した透明ガラス基板を備え、その間に整列したツイステッドネマチック又は他の液晶材料が与えられる。基板は対向する表面上に透明なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）電極のパターンを保持する。また、偏光層が基材の外面に与えられる。
【０００７】
各ディスプレイサブピクセル５は基板上に対向する電極を備え、介在する液晶材料がその間に存在する。ディスプレイサブピクセル５の形状及びレイアウトは、電極の形状及びレイアウトによって決まる。ディスプレイサブピクセル５は、間隙によって互いに規則的に離間している。
【０００８】
各ディスプレイサブピクセル５はスイッチング素子、たとえば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又は薄膜ダイオード（ＴＦＤ：ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｄｉｏｄｅ）などに関連付けられる。ディスプレイピクセルは、アドレス指定信号をスイッチング素子に提供することによって表示を生成するように動作し、適切なアドレス指定方式は当業者に知られている。
【０００９】
ディスプレイパネル３は、この場合はディスプレイ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備える光源７によって照明される。光源７からの光はディスプレイパネル３を通過するよう導かれ、個々のディスプレイサブピクセル５は光を変調し表示を生成するように駆動される。バックライト７は、側端７ａ及び７ｂ、上端７ｃ、及び下端７ｄを有する。これは光が出力される前面を有する。また、表示デバイス１はディスプレイパネル３の表示側の上に配置されたレンチキュラシート９を備え、これは光指向機能、さらにはビュー形成機能を実施する。レンチキュラシート９は互いに平行に延伸するレンチキュラ素子１１の行を備え、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図示されている。
【００１０】
レンチキュラ素子１１は、凸状の（部分）円筒形のレンズの形であり、それぞれが素子の円筒曲率に垂直に延伸する長い軸１２を有し、各素子は、ディスプレイパネル３から表示デバイス１の前方に位置するユーザの眼に異なる画像すなわちビューを提供するための光出力指向手段として機能する。
【００１１】
表示デバイスは、バックライト及びディスプレイパネルを制御するコントローラ１３を有する。
【００１２】
図１に示された自動立体視表示デバイス１は、いくつかの異なる視点ビューを異なる方向に提供することができ、すなわち、表示デバイスの視野内の異なる空間位置にピクセル出力を指向させることができる。具体的には、各レンチキュラ素子１１は、各行のディスプレイサブピクセル５の小グループ上に重なり、ここで、現在の例では、行はレンチキュラ素子１１の長い軸に対して垂直に延伸する。レンチキュラ素子１１は、いくつかの異なるビューを形成するように、グループの各ディスプレイサブピクセル５の出力を異なる方向に投影する。ユーザの頭が左から右に動くと、眼はいくつかのビューのうちの異なるものを順に受け取る。
【００１３】
図２は、上述のレンチキュラ型結像装置の動作の原理をより詳細に示し、バックライト２０、表示デバイス２４、液晶ディスプレイパネル及びレンチキュラアレイ２８を断面で示す。図２は、レンチキュラ配列２８のレンチキュラ２７が、ピクセルのグループのうちのピクセル２６’、２６’’及び２６’’’の出力を、表示デバイスの前方のそれぞれの３つの異なる空間位置２２’、２２’’及び２２’’’に指向させる。異なる位置２２’、２２’’及び２２’’’は３つの異なるビューに属する。
【００１４】
同様にして、ディスプレイピクセル２６’、２６’’及び２６’’’の同一の出力は、配列２８のレンチキュラ２７’によってそれぞれの３つの他の異なる空間位置２５’、２５’’及び２５’’’に指向される。３つの空間位置２２’から２２’’’は第１の視域すなわちビューイングコーン２９’を規定し、３つの空間位置２５’から２５’’’は第２のビューイングコーン２９’’を規定する。ピクセル２６’から２６’’’によって形成されるようなピクセルのグループの出力を指向させることが可能なアレイのレンチキュラレンズの数に依存して、そのようなコーンがより多く存在する（図示せず）ことは理解されよう。それらのコーンは表示デバイスの全視野を満たす。
【００１５】
図２は概略的なものに過ぎない。隣接するコーン２９’及び２９”は、図２の概略図には示されていないが、光線が隣接するレンズ表面と対応する位置で交差した結果として生じる。
【００１６】
上記のビュー指向原理によって、１つのビューイングコーンから他に移動した際にビューの繰り返しが発生し、その理由は、あらゆるコーンにおいて、特定のビュー内で同一のピクセル出力が表示されるためである。したがって、図２の例では、空間位置２２’’及び２５’’は、同一のビューであるが、異なるビューイングコーン２９’及び２９’’のものをそれぞれ提供する。換言すれば、特定のビューは、全てのビューイングコーンにおいて同一のコンテンツを表示する。ビューイングコーン間の境界では、最も端のビューの間に飛びが存在し、自動立体視効果が妨害される。
【００１７】
この問題に対する解決策は、たとえば、指向性出力を有するようにバックライトをデザインすることによって、単一のビューイングコーンのみを可能にすることである。国際公開第２０１１／１４５０３１号は、単一のコーン出力を有するディスプレイを規定するための様々な手法を開示している。
【００１８】
平行バックライトを使用してビューが見える方向を制御することは、たとえば、視線追跡アプリケーション、プライバシーパネル及び強化された輝度パネルを含むいくつかの異なるアプリケーションで知られている。そのような平行バックライトの１つの知られている部品は光生成部品であり、これは、同様にバックライトの一部であるレンチキュラレンズのピッチ付近で離間した細い発光ストライプのアレイの形態でその光の全てを抽出するものである。
【００１９】
この構成は図３に示されており、バックライト７は、ストライプ状発光体のアレイ３０と、正レンズアレイ３２と、レンズアレイと発光体との間のレプリカ構造３４とを備える。レンズアレイ３２は、細い発光ストライプのアレイ３０から来る光を平行にする。そのようなバックライトは、ＬＥＤのライン又はＯＬＥＤストライプなどの一連の発光素子から形成することができる。
【００２０】
広範囲の観察角度及び観察距離に対して立体視体験が生成されるように、あらゆる観察者の左右の眼に正しい画像を提供することは非常に困難である。
【００２１】
ディスプレイの前方に（傾斜した）レンチキュラアレイを使用することによって、上記で説明されたように水平方向に繰り返す「ファン（扇、ｆａｎ）」として、多数のＮ個のビューを生成することは、１つの解決策を提供する。しかしながら、この解決策のよく知られている欠点は、３Ｄモードの空間解像度が、一般に各方向にＮの平方根の倍率で大きく減少することである。さらに、ビューの隣接するファン間の遷移端にいる観察者に対して立体体験が失われる。したがって、ディスプレイのコーン角度及び画面幅によって決定される菱形の視域が存在し、観察者は座るのに適した場所を見つけなければならず、３Ｄ体験を低減させずにあまり動くことができない。
【００２２】
マルチビュー、及び特にフラクショナルビューディスプレイは、滑らかな運動視差及び滑らかなコーン遷移を提供するが、多数のビュー（たとえば、１０個、２０個など）をレンダリングする代償を払う。少数の、たとえば１つ又は２つの入力ビューが利用可能であることが多く、複数の合成ビューが生成される。フラクショナルビューディスプレイにおいて、サブピクセル周辺のブラックマスクによって暗い帯が出現するというよく知られている問題は、サブピクセルとレンズ軸との相対位置が複数（ｋ）のサブフェーズをもたらすようにレンチキュラレンズアレイを寸法設定することによって、除去されるか又は少なくとも低減される。これは、ｋ個の部分的な視点にわたって平均化することによってバンディングのより低い空間周波数を抑制する。加えて、追加の視点は、滑らかな運動視差と、きめ細かい観察者の調整とを可能にする。そのようなフラクショナルビューディスプレイは米国特許第８１３４５９０号に開示されており、その内容、特にカラム１の４５行目からカラム２の６行目までの部分は、引用により本明細書に含まれる。
【００２３】
代替的には、ビューをレンダリングするために、コンピュータグラフィックスの方法（たとえば、ＯｐｅｎＧＬ）が使用される。このように、従来の自動立体視ディスプレイは、あらゆる観察者の左右の眼にステレオ画像を提供するのに必要な情報よりもはるかに多くの情報を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
この問題は、眼及び／又は頭部追跡を有するいわゆる「ステレオオンマルチビュー」ディスプレイにおいて部分的に解決され、そこでは２つのビューのみが１人の観察者の位置に合わせてレンダリングされ、観察者が２つのビューによる立体効果を知覚するようにする。したがって、２つのビューしか生成されないので、ビューを生成するコストは低減され、又は２つの入力ビューがすぐに利用可能である場合には完全に除去される。これらのデバイスの問題は、追跡されていないあらゆる他のユーザは典型的には歪んだ画像を見ることになるので、１人のユーザにしか適していないということである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は特許請求の範囲によって定義される。
【００２６】
一例によれば、
光出力のラインを提供するための光出力装置と、第１のレンチキュラレンズアレイとを備える操向可能ディスプレイバックライトと、
表示画像を生成するためのディスプレイサブピクセルのアレイを有するディスプレイパネルであって、操向可能ディスプレイバックライトによって照明される、ディスプレイパネルと、
異なる観察方向に少なくとも２つのビューを生成するための第２のレンチキュラレンズアレイと、
少なくとも２人の観察者を追跡するための頭部及び／又は眼追跡システムと、
ディスプレイパネル及び操向可能ディスプレイバックライトを制御するためのコントローラであって、追跡された観察者の両眼に同時にビューを提供し、異なる追跡された観察者の両眼に時系列的にビューを提供する、コントローラと
を備える、自動立体視ディスプレイが提供される。
【００２７】
自動立体視ディスプレイは、（頭部／眼追跡の結果として）少数のビューを提供することによって高解像度にすることができる。これはマルチユーザかつ死角フリーのディスプレイを可能にする。各観察者は、一度に１つの顔のみに光を指向させる光操向バックライトを介して個別にアドレス指定される。各個別の観察者へのビューは、各観察者の左右の眼に最適な画像を提供するために、小さいビューイングコーンで提供される。しかしながら、バックライト出力は、観察者の片眼にしか届かないほど狭い必要はない。むしろ、バックライト出力は、（所期の観察距離の）観察者の両眼をカバーするには十分に広いが、複数の観察者をカバーするほど広くはない。一般の人々の平均眼間距離は６３ｍｍであるのに対し、観察者が隣り合って座る場合、２人の観察者の最も近い眼の間の距離は典型的には少なくとも５００ｍｍである。したがって、所期の観察距離におけるディスプレイのコーン幅は、たとえば１００ｍｍから５００ｍｍまで、たとえば１００ｍｍから３００ｍｍまで、たとえば１００ｍｍから１５０ｍｍまでの範囲である。
【００２８】
各観察者のための少なくとも２つのビューは空間的多重化に基づくのに対し、異なる観察者のためのビューは時間的多重化に基づく。
【００２９】
バックライトの各レンチキュラレンズは、好ましくは対応する光出力のライン又はその付近に焦点を有し、たとえば、焦点距離は、バックライトレンチキュラレンズと光出力のラインとの間の距離の０．７倍から１．３倍に等しい。
【００３０】
一実装形態では、コントローラは、追跡された観察者の両眼にビューを提供することを、観察者の左右の眼についての各サブピクセルの推定された視認性に応じて、サブピクセルごとに入力ビューを割り当てることによって行う。ディスプレイに対する観察者の位置の推定値に基づいて視認性が推定される。視認性は、特定のサブピクセルが第２のレンチキュラアレイのレンズによって特定の視聴位置に投影される程度に関係する。
【００３１】
ビューが少数であることによって、画像処理要件が低減される。また、少なくとも４つの静的ビューを使用することは、ユーザが横方向に動く場合に、ビュー間の遷移を隠すのに十分であることが分かっている。これが機能する理由は、ユーザの各眼が１つのビュー内又は隣接する２つのビュー間にあり、そしてそれら２つのビューが同一の入力ビューに割り当てられるためである。
【００３２】
代わりに、ディスプレイに対してただ２つの動的ビューを生成することが可能である。この場合、第２のレンチキュラレンズ（複数のビューを生成するもの）をディスプレイに対して（電気光学的、機械的又は他のやり方で）シフトさせるためのシフト装置が設けられる。次いで、コントローラは、ただ２つの可能なビューから選択されるビューを追跡された観察者の両眼に提供し、コントローラは、ディスプレイに対する第２のレンチキュラのシフトを制御する。
【００３３】
操向可能ディスプレイバックライトは、ｔａｎ−１（５ＩＯＤ／ｖｄ）未満の角度広がりを有する出力ビームを有し、ＩＯＤは眼間距離であり、ｖｄはディスプレイからの所期の観察者距離である。これは、所期の観察者距離における出力ビームの幅が眼間距離の５倍未満であることを意味する。これは、隣接する観察者に同一の画像が表示されることを回避する。出力ビームは、ｔａｎ−１（１．５ＩＯＤ／ｖｄ）及びｔａｎ−１（３ＩＯＤ／ｖｄ）の間の、たとえば、ｔａｎ−１（２ＩＯＤ／ｖｄ）の角度広がりを有してもよい。
【００３４】
頭部及び／又は眼追跡システムは、ディスプレイパネルに対する観察者の横方向位置と観察者までの距離とを特定するためのものである。
【００３５】
ディスプレイパネルの片側に拡散板が設けられる。これは強度変調を低減する。
【００３６】
他の態様による例は、
ディスプレイの少なくとも２人の観察者を追跡するステップと、
追跡された観察者の位置に応じてバックライト光出力のラインを提供するステップと、
第１のレンチキュラレンズアレイを介してバックライト光出力のラインを指向させて、指向制御を提供するステップと、
指向制御されたバックライト光出力を使用してディスプレイサブピクセルのアレイを備えるディスプレイパネルを照明することによって、表示画像を生成するステップと、
第２のレンチキュラレンズアレイを使用して異なる観察方向に少なくとも２つのビューを生成するステップであって、追跡された観察者の両眼に同時にビューが提供され、異なる追跡された観察者の両眼に時系列的にビューが提供される、生成するステップと
を有する、自動立体視表示方法を提供する。
【００３７】
これは、一度に１人の観察者に自動立体視画像の表示を提供するが、各観察者の両眼に同時に表示される。
【００３８】
この方法は、入力ビューを少なくとも４及び／又は１０未満、たとえば８未満のいくつかのビューに割り当てるステップを有する。次いで、入力ビューは、観察者の左右の眼についての各サブピクセルの推定された視認性に応じて、サブピクセルごとに割り当てられる。
【００３９】
代替的には、この方法は、２つのビューを生成するステップと、追跡された観察者の両眼に２つのビューを提供するステップとを有し、この方法は、第２のレンチキュラレンズアレイをディスプレイに対してシフトさせるステップをさらに有する。
【００４０】
ｔａｎ−１（５ＩＯＤ／ｖｄ）未満の角度広がりを有するバックライト出力ビームが提供され、ここで、ＩＯＤは眼間距離であり、ｖｄはディスプレイからの所期の観察者距離である。
【００４１】
本発明の実施形態が添付の図面を参照して、純粋に例として以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】知られている自動立体視表示デバイスの概略斜視図である。
【図２】図１に示された表示デバイスの概略断面図である。
【図３】ストライプ状発光体を使用する知られている指向性バックライトデザインを示す図である。
【図４】本発明のアプローチを簡単な概略形式で示す図である。
【図５】光学部品をより詳細に示す図である。
【図６】観察者の眼内角度ΦＩＯＤ、空気中のディスプレイコーン角度Φ０ｃ及びビュー角度Φ０Ｖを示す図である。
【図７】ディスプレイ幾何形状とディスプレイコーン角度との関係を示す図である。
【図８】ディスプレイの隣接するビューのオーバーラップを示す図である。
【図９】ディスプレイパネルの断面を示す図である。
【図１０】バックライト出力の隣接するビューのオーバーラップを示す図である。
【図１１】ディスプレイの角度強度分布を示す図である。
【図１２】バックライトコーン角度と、バックライト全体から出力される照明幅とを示す図である。
【図１３】バックライトの特定のデザインをより詳細に示す図である。
【図１４】図１３のバックライトの８つのビューの角度プロファイルを示す図である。
【図１５】図１３のバックライトの隣接するビュー及び２番目に近いビューのオーバーラップを示す図である。
【図１６】全てのライトストライプがオンであるバックライトの角度強度を示す図である。
【図１７】拡散シートを使用したバックライトの平滑化された角度強度プロファイルを示す図である。
【図１８】図１４及び図１５との比較のための、１．３°拡散シートを使用した場合の８つのビューの角度プロファイル（左側画像）とビューのオーバーラップ（右側画像）とを示す図である。
【図１９】左の観察者及び右の観察者が存在する、ディスプレイが機能するのに最も困難な観察者配置を示す図である。
【図２０】左右の観察者を照明するビューの強度を示す図である。
【図２１】観察角度に応じた２ビューシステムの強度を示す図である。
【図２２】画面に対する横方向位置に応じた２ビューシステムの強度を示す図である。
【図２３】両眼に対してビューが０と１との間でどのように切り替えられるかを示す図である。
【図２４】観察距離に応じたビュー品質パラメータを示す図である。
【図２５】図２２に対応する図であるが、３つのビューの場合の図である。
【図２６】両眼に対してビューが０、１及び２の間でどのように切り替えられるかを示す図である。
【図２７】図２５についての観察距離に応じたビュー品質パラメータを示す図である。
【図２８】図２２に対応する図であるが、４つのビューの場合の図である。
【図２９】両眼に対してビューが０、１、２及び３の間でどのように切り替えられるかを示す図である。
【図３０】図２８についての観察距離に応じたビューパラメータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明は、光出力のラインを提供するための光出力装置と、第１のレンチキュラレンズアレイとを有し、各レンズが対応する光出力のライン付近に合焦した、操向可能ディスプレイバックライトを備える自動立体視ディスプレイを提供する。ディスプレイパネルはバックライトによって照明され、第２のレンチキュラアレイは少なくとも２つのビューを異なる観察方向に生成する。頭部及び／又は眼追跡が、ディスプレイの１人又は複数人の観察者を追跡するために使用される。追跡された観察者の両眼に同時にビューが提供され、複数の観察者の場合には、異なる追跡された観察者の両眼に時系列的にビューが提供される。（バックライト操向に加えて）光学系を使用してビューを移動させる機能がある場合、必要なビューの数を減らすことができる。
【００４４】
本発明は、標準的な複数観察者の複数コーンのディスプレイよりも少数のビューを可能にすることによって画像処理の削減を可能にするが、複数の観察者での動作も可能にする。
【００４５】
図４は、本アプローチを簡単な概略形式で示す。ディスプレイは、ＬＣＤパネルなどの光変調ディスプレイパネル４０と、光操向バックライト４１とを備える。ディスプレイは、第１の観察者４４に指向された第１のサブフレーム４２と、第２の観察者４８に指向された第２のサブフレーム４６とを提供する。各サブフレーム内で、観察者の両眼に同時にビューが提供される。このシステムは標準的な構成要素を使用して実装することができ、バックライトでの狭いビームの生成を必要としない。これはシステムの実装を実用的にする。
【００４６】
このシステムは、頭部追跡ユニット４９による眼／頭部追跡を介した、観察者の位置、具体的には水平観察角度、好ましくはさらに観察者までの距離の検出を利用する。光操向バックライトは、サブフレームを所望の方向に指向させるために使用される。一例では、光操向バックライトは、レンチキュラレンズアレイの焦点面付近に発光ストライプを備える。ストライプ及び関連するレンズの相対位置は、ストライプ状のビームがバックライトから出力される方向を決定する。したがって、照明する発光ストライプを選択することによって、指向制御が可能となる。
【００４７】
第２のレンチキュラレンズアレイを有する３Ｄレンチキュラディスプレイパネル４０は、小さいビューイングコーンを有する複数の画像を生成するために使用される（それらの画像のうちの２つが観察者によって合成されて立体画像が知覚される）。観察者の所期の位置におけるビューイングコーンの幅は、たとえば、各観察者の左右の眼に最適なステレオ画像を提供するために、眼内距離（ＩＯＤ：ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）の約２倍である。
【００４８】
バックライト４１の機能は、頭部及び／又は眼追跡ユニット４９を利用して、各観察者を１人ずつ照明することである。次いで、ディスプレイパネル４０は、１人の観察者に立体視を提供する。
【００４９】
制御ユニット５０は、各観察者の各眼の視点を計算する。各サブフレームにおいて作動されるバックライトストライプが選択され、ビューがディスプレイパネル４０に割り当てられる。ビューイングコーンが非常に狭い場合、ディスプレイは最小のクロストークを有し、好ましくは、コーン角度の半分が、眼内距離及び観察距離によって形成される角度に対応するべきである。
【００５０】
図５は光学部品をより詳細に示す。
【００５１】
バックライト４１は照明ストライプ５１のアレイを備え、ストライプはディスプレイの列（すなわち、垂直）方向に延伸する。バックライトには第１のレンチキュラアレイ５２が設けられ、これも列方向に延伸する細長いレンズを備える。拡散板５３がバックライトレンズアレイ５２上に図示されており、バックライト４１の一部であるとみなされる。この拡散板は任意選択であり、実際にはディスプレイパネルの後方又は前方にあってもよい（したがって、代わりに、ディスプレイパネルの一部であるとみなされる）。これはバックライトのビューを広げて強度変調を低減する。拡散板は、ディスプレイのビュー（さらには完全なコーン）の強度プロファイルよりも広範囲に広げることができる。
【００５２】
レンズアレイ５２の焦点面は、好ましくは発光ストライプ５１にある。より一般的には、バックライトのレンチキュラレンズは、好ましくは対応する光出力のライン又はその付近に焦点を有し、たとえば、焦点距離は、バックライトレンチキュラレンズと光出力のラインとの間の距離の０．７倍から１．３倍に等しい。
【００５３】
ディスプレイパネル４０は、バックライト４１上に設けられる。
【００５４】
第２のレンチキュラアレイ５４は、ディスプレイパネル４０から離間しており、図２に示されるように従来の手法で複数の観察方向を生成するために使用される。
【００５５】
種々の層の屈折率値が図５に示されている。レンチキュラアレイは、中間の間隔に使用される材料（この例ではｎ＝１．４１、たとえばシリコーン材料）よりも高い屈折率を有する材料（この例ではｎ＝１．５３、たとえばアクリル材料）で形成される。
【００５６】
例として、レンズ層材料は、約１．５３の屈折率を有する、８０％のエトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート（「Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ」のＳＲ−３４９）と、２０％のトリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）とを含むアクリル材料を含む。スペーサ層は、約１．４１の屈折率を有するシリコーンゴム材料（「Ｗａｃｋｅｒ  ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｃ」のＥｌａｓｔｏｓｉｌ  ＲＴ６０４）で作られている。適切な屈折率を有する他の材料が使用されてもよい。
【００５７】
以下、自動立体視ＴＶディスプレイのための例示的なパラメータ及び光学シミュレーションを含む詳細なデザインが提示されるが、本発明は広範囲の観察距離、画面対角線及び表示解像度に適している。
【００５８】
１．３Ｄレンチキュラディスプレイ４０、５４
空間解像度の損失が少ないながらも、各観察者に最適な立体体験を依然として提供する３Ｄレンチキュラディスプレイが望まれている。
【００５９】
所与の観察者のビュー（コンテンツビューとみなされる）は全て同時に、すなわち、バックライトによってその特定の観察者に光が指向される１つのサブフレーム内で提供される。本発明によるディスプレイの所期の使用は、少なくとも２つのビュー（左右）を供給することであり、これらは場合によっては観察者依存であり、たとえば、観察者の視点を考慮に入れたものである。たとえば、ディスプレイが２つのビューのみを生成するためのものである場合、ビューは観察者依存ではないが、より多くのビューがディスプレイによって生成される場合、観察者に表示するために選択されるビューは観察者依存である。供給されるビューは、ビュー割り当て及びウィービング（ｗｅａｖｉｎｇ）のステップを使用して、観察者の位置及びディスプレイパラメータ／較正に基づいて、表示ビューに適合される（少なくとも２つ存在するが、多数の場合もある）。これは、サブピクセルごとに左右のビューを混合すること、又は単にサブピクセルごとに左又は右のいずれかを選ぶことを含み得る。このようにして、観察者に表示される２つのビューは、レンダリングされる３Ｄシーンの表示ビューのセットから選択又は導出される。
【００６０】
これらの目的を実現するための様々な選択肢がある。
【００６１】
（ｉ）ビュー数が少数であるが、好ましくは少なくとも４つであって、たとえば１０未満である、知られている傾斜レンチキュラデザイン。少数のビューを好む理由は、空間解像度の損失を減らすためである。少なくとも４つのビューの使用を好む理由は、ユーザの各眼が１つのビュー内又は隣接する２つのビュー間にあり、そしてそれら２つのビューが同一の入力ビューに割り当てられるためである。ユーザが横方向に移動した場合、ユーザに気付かれずに、コンテンツビュー（たとえば、左右の入力ビュー）を再割り当てすることが可能である。
【００６２】
たとえば、ＲＧＢストライプ状パネルの良好な解像度分布を有する少数のＮ個のビューは、たとえば、以下に基づいて得られる。
【００６３】
ビュー数Ｎ＝５であり、ディスプレイレンチキュラピッチｐＨ＝５＊ｐｓｐであり、ここで、ｐｓｐはサブピクセルピッチであり、レンチキュラレンズ傾斜角α＝ｔａｎ−１（１／３）である。
【００６４】
このデザインは「バンディング」の欠点を有するが、これは補償することができる。
【００６５】
（ｉｉ）ソフトウェアレンダリングがいくつかの表示ビューを各観察者の左右の眼のための２つの「有効な」ビューに束ねる、より多数の（フラクショナル）ビューＮｆ＞１０を有する「ステレオオンマルチビュー」デザイン。このようにして、良好な空間解像度が維持されながらも、バンディング効果が最小化される。また、より多数の（フラクショナル）ビューはさらなる柔軟性を提供し、たとえば、使用可能な視聴範囲を増加させ、又はより正確にユーザの横方向の動きに追従して、より小さいビューイングコーンを可能にする。
【００６６】
（ｉｉｉ）操向可能な光学素子、たとえば、電気湿潤レンズ、電気活性ポリマーからなるアクチュエータによって移動又は変形されるレンズ、液晶材料及び電極からなる可変屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ  Ｌｅｎｓ）などを有するステレオ「眼追従型」レンチキュラ。この選択肢の課題は、光学部品の高速切り替えが必要なことである。この選択肢は、アクティブな光学部品を使用して２つのビューを観察者の両眼に正確に配置するステレオ概念（すなわち、厳密に２つのビュー、すなわち、左眼及び右眼のビュー）に関する。
【００６７】
Ｎ＜１０であって３Ｄ特性が良好である、すなわち、左右の眼のアドレス指定能力が別々であり、３Ｄピクセルの空間分布が良好であり、バンディングがほとんどないなどの良好な３Ｄ特性を持つ知られているレンチキュラデザインは少ない。
【００６８】
一例では、１０％のブラックマトリクスで囲まれた、高さと幅の比が３の長方形のサブピクセルに対して、傾斜角α＝ｔａｎ−１（１／３）のＮ＝５ビューのデザインが選択される。したがって、水平ディスプレイレンズピッチｐＨは、サブピクセルピッチｐｓｐの５倍である。このデザインでは、３Ｄ解像度の損失は、水平及び垂直方向に均等に分配され、すなわち、両方向に５の平方根＝２．２４倍に等しい。
【００６９】
したがって、４Ｋ高精細ディスプレイは、３Ｄモード動作において、フルＨＤ（ＦＨＤ）ディスプレイよりもわずかに劣る解像度を有する。
【００７０】
４８インチ（１２２ｃｍ）の１６：９のディスプレイ幾何形状を仮定すると、ディスプレイの幅はｄｗ＝１０７ｃｍであり、ディスプレイの高さはｄｈ＝６０ｃｍである。標準的な観察距離はｖｄ＝３＊ｄｈ＝１８０ｃｍである。
【００７１】
４Ｋ高精細ディスプレイの場合、１行あたり３８４０個のピクセルがあり、各ピクセルは赤、緑及び青の色の３つのサブピクセルに分割される。
【００７２】
したがって、サブピクセルピッチｐｓｐは、ｐｓｐ＝ｄｗ／（３＊３８４０）＝９２．８８μｍである。
【００７３】
水平ディスプレイレンズピッチは、ｐＨ＝Ｎ＊ｐｓｐ＝４６４．４μｍである。
【００７４】
そして、直交する（真の）ディスプレイレンズピッチは、ｐ＝ｐＨ＊ｃｏｓ（α）＝４４０．６μｍであり、このように、表示解像度、幅ｄｗ及びビュー数Ｎによって単純に決定される。
【００７５】
図６は、観察者の眼内角度ΦＩＯＤ、空気中のディスプレイコーン角度Φ０ｃ及びビュー角度Φ０Ｖを示す。
【００７６】
（図５に示された）ディスプレイパネルとディスプレイレンズ配列との間の距離「ｅ」は、観察者の眼内角度ΦＩＯＤがディスプレイビュー角度Φ０ｖの約２倍に相当すべきであるという要求から決定される。これは重要であり、その理由は、このＮ＝５ビューのデザインが、隣接するビュー間にいくらかのオーバーラップを不可避的に示し、２番目に近いビューを観察者の眼のペアにセンタリングするように選択されるためである。ΦＩＯＤ＝２＊ｔａｎ−１（ＩＯＤ／（２＊ｖｄ））＝２．０６２°
【００７７】
これはディスプレイビュー角度Φ０ｖ≒ΦＩＯＤ／２＝１．０°を与える。
【００７８】
空気中のディスプレイコーン角度Φ０ｃは、Φ０ｖのＮ倍又はΦ０ｃ＝５＊Φ０ｖ＝５．０°である。
【００７９】
図７は、ディスプレイ幾何形状とディスプレイコーン角度Φ２Ｃ及びΦ０Ｃとの関係を示す。
【００８０】
「内側」のディスプレイコーン角度Φ２ｃは、Φ０ｃからスネルの法則を使用して得られるΦ２ｃ＝２＊ｓｉｎ−１（（１／ｎ２ｄ）＊ｓｉｎ（Φ０ｃ／２））＝３．５５°（ここではｎ２ｄ＝１．４１）。
【００８１】
最後に、ディスプレイ４１とレンチキュラアレイとの間の距離ｅは、
ｅ＝ｐ／（２＊ｔａｎ（Φ２ｃ／２））＝７．１２ｍｍ
によって与えられる。
【００８２】
この例において、たとえばｅ＝７．５ミリメートルなどのわずかに増加した値が、観察者の視聴位置が中央でない場合の眼内角度ΦＩＯＤの減少を補償するために使用される。このようにして、適切な３Ｄ視聴体験が、バックライトの照明幅Δｘｉｌｌ全体にわたって確保される（以下でさらに論じられる）。
【００８３】
たとえば±３５°を目標とする広い観察角度に対してビューのオーバーラップを小さくし、バンディングを少なくするために、曲率半径が小さく、レンズ表面全体にわたって屈折率差が小さいレンズを使用するレンチキュラデザインが選択される。このタイプのレンズは、国際公開第２００９／１４７５８８号に詳細に記載されている。
【００８４】
既に図５に示されているように、ｎ２ｄ＝１．４１であり、ｎ１ｄ＝１．５３である。
【００８５】
第２のレンチキュラ５４の近軸焦点は、ディスプレイパネルのあまりに近くに置かれてはならず、その理由は、これによって、大きい観察角度における２番目に近いビューのオーバーラップが強くなり、小さい角度におけるバンディングが増加するためである。
【００８６】
この問題は図８に示されており、図８は、ｆ＝７．５６ｍｍ（ｅ／ｆ約１００％）の場合のディスプレイの隣接するビュー（プロット７０）及び２番目に近いビュー（プロット７２）のオーバーラップを示す。
【００８７】
ａ＝ｂ±１の場合、ビュー番号「ａ」のビューはビュー番号「ｂ」のビューに隣接する。ａ＝ｂ±２の場合、ビュー番号「ａ」のビューは、ビュー番号「ｂ」のビューに「２番目に近い」。完全に離れた２つのビューのオーバーラップは０であり、２つの同一のビューのオーバーラップは１００％と定義される。観察角度が大きいほど、ビューのオーバーラップは大きくなる。
【００８８】
ビューａ及びｂのオーバーラップは、次のように定義される。
【数１】
2019508726.tif 000003
【００８９】
関数Ｉｎｔｘは、角度座標φ０の関数としてのビュー「ｘ」の（シミュレートされた）強度を定義する関数である。
【００９０】
表示光学系は、中程度のアンダーフォーカス（たとえば、ｅ／ｆ約７５％）に設定される。この設定によって、大きい角度における２番目に近いビューのオーバーラップは最小化され、その理由は、ディスプレイがこれらの角度において「最小二乗平均平方根」の焦点の位置にあるためである。
【００９１】
図９は、このＴＶの例でのディスプレイパネルの断面を示す。全ての寸法はｍｍ単位である。
【００９２】
ディスプレイの曲率半径ＲはＲ＝０．８５ｍｍとして選択されて、近軸焦点距離ｆ＝ｎ２ｄ＊Ｒ／（ｎ２ｄ−ｎ１ｄ）＝１０．０２ｍｍとなる。
【００９３】
図９において、線９０はいわゆる近軸焦点を表す。これは、レンズ後方の所与の方向から生じる、レンズの中心付近のレンズ表面に衝突する、隣接する光線の交点から構築される。図示されたように、レンズの中心付近に衝突するより大きい観察角度からの光線は、法線方向からの光線よりもレンズの近くに合焦する。より大きい観察角度に提供されるビューは、ディスプレイによってレンチキュラレンズ５４の焦点から遠い位置において生成される。
【００９４】
線９２は、ビームの二乗平均平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）幅が最小である点の軌跡を表す。
【００９５】
線９４はいわゆる火線端（ｃａｕｓｔｉｃ  ｔｉｐ）を表す。これはレンズ表面に垂直に当たる隣接する光線の交点から構築される。これはこれらの光線が交差するレンズから最も遠い位置を表し、したがって、この火線端以降は全ての光線が発散する。
【００９６】
図９は、ディスプレイパネル４０とディスプレイレンズ５４との位置を示し、１つのレンズ中心が５５として示されている。
【００９７】
この特定の焦点距離の設定（ｆ＝１０．０２ｍｍ）によって、大きい角度におけるオーバーラップは、図８に対して大幅に低減される。これは、図８と同一のパラメータ、すなわちｆ＝１０．０２ｍｍ（ｅ／ｆ約７５％）に基づく図１０において見ることができる。
【００９８】
さらに、表示光学系の角度強度分布は、視聴範囲全体（ディスプレイ中央のビューイングコーン及び約１６のビューイングコーンの繰り返しをカバーする）にわたってより均質である。これは、全てのビューが「オン」である３Ｄディスプレイの角度強度をプロットした図１１に示されている。４０°を超える角度はシミュレートされていない。
【００９９】
２．光操向バックライト４１
バックライトは、極力広い照明幅Δｘｉｌｌを提供しつつも、依然として各観察者の顔を個別にアドレス指定できるようにデザインされる。これは、バックライトの「コーン角度」Φ０ｃｂが最大化されるべきである一方で、２番目に近いバックライト「ビュー」の少ないオーバーラップが維持されるべきであることを意味する。
【０１００】
コーン角度を最大化するためには、バックライトレンチキュラ５２の発光ストライプからの距離ｅｂ（図５参照）が、所与のバックライトレンチキュラピッチｐｂに対して最小化されるべきである。
【０１０１】
少ないオーバーラップを生成するために、バックライト光ストライプは、バックライトレンチキュラの焦点の極力近くに配置されるべきである。
【０１０２】
両方の条件を一緒に考えると、目的はバックライトレンチキュラの焦点距離ｆｂ＝ｎ２ｂ＊Ｒｂ／（ｎ２ｂ−ｎ１ｂ）を最小化することとなる。ｎ１ｂ＝１（＝空気）と、ｎ２ｂ＝１．５３（上記で開示されたトリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）系材料）又はそれ以上（たとえば、ポリカーボネートｎ＝１．５８）とを選択することによって差分ｎ２ｂ−ｎ１ｂが最大化され、同時に曲率半径Ｒｂを最小化した場合に、ｆｂが最小化される。
【０１０３】
レンチキュラ素子の円形断面について、最小曲率半径はＲｂ＝ｐｂ／２で与えられる。軽度のアンダーフォーカス（ｅｂ／ｆｂ約８５％）は、任意の可能な位置で観察者の顔を照明できるように、隣接するバックライトビューの中程度のオーバーラップ（約２０％）を維持するために有利である。
【０１０４】
このようにして、相対的なバックライトの寸法ｅｂ及びＲｂは、バックライトピッチｐｂの倍数として決定される。
【０１０５】
絶対的なバックライトの寸法は、発光ストライプのピッチｐｓ及びバックライト「ビュー」の数ｎｖｂによって決定され、その理由は、ｐｂ＝ｐｓ＊ｎｖｂであるためである。
【０１０６】
ビューの数ｎｖｂは、照明幅Δｘｉｌｌと観察者の顔幅ｆｗとの比として計算され、ｎｖｂ＝Δｘｉｌｌ／ｆｗである。残っている自由度が１つあり、すなわち、光ストライプのピッチｐｓである。
【０１０７】
この自由度は、２つのレンチキュラアレイの組み合わせから生じるモアレ状の角度強度変動を最小化するために使用することができる。バックライトｐｂ及びディスプレイｐＨの水平レンズピッチの比が１より大きく６より小さい整数倍Ｎｐとなるように、すなわち、ｐｂ＝Ｎｐ＊ｐＨ、１＜Ｎｐ＜６となるように、バックライトの寸法を調整することが有利であると分かっている。
【０１０８】
バックライト及びディスプレイのレンズ中心が、偶数のＮの値については同一の横方向位置にあるが、奇数のＮの値についてはｐＨ／２だけシフトされる（すなわち、バックライトレンズの中心とディスプレイレンズの縁部とが同一の横方向位置となる）場合、発光ストライプ間のブラックマトリクスによるバンディング効果が最小化される。
【０１０９】
図１２は、バックライトコーン角度と、バックライト４１全体から出力される照明幅とを示す。また、バックライト内の寸法も示している。４８’’（１２２ｃｍ）の１６：９のディスプレイ幾何形状を仮定すると、ディスプレイ幅ｄｗ＝１０７ｃｍ、ディスプレイ高さｄｈ＝６０ｃｍ、標準観察距離ｖｄ＝３＊ｄｈ＝１８０ｃｍとなる。ディスプレイ縁部における照明の中心は、角度β＝ｔａｎ−１（ｄｗ／（２＊ｖｄ））＝１６．５°だけ傾斜している。バックライトのコーン角度Φ０ｃｂは、大きい照明幅Δｘｉｌｌを有するために極力大きくなければならない（たとえば７０°）。
【０１１０】
したがって、７０°のバックライトコーン角度は、照明幅
Δｘｉｌｌ＝２・（ｖｄ・ｔａｎ（Φ０ｃｂ／２−β）＋ｄｗ／２）＝２２９ｃｍ
に対応する。
【０１１１】
観察者の顔の幅がｆｗ＝１５ｃｍであると仮定すると、ｎｖｂ＝Δｘｉｌｌ／ｆｗ＝１６個のバックライト「ビュー」に、７０°／１６＝４．４°の角度幅を提供する必要がある。発光ストライプが１００μｍの幅を有し、２５％のブラックマトリクスで囲まれている場合、光ストライプのピッチは１２５μｍであり、バックライトレンチキュラのピッチはｐｂ＝１２５μｍ＊ｎｖｂ＝２．００ｍｍである。
【０１１２】
光ストライプからのバックライトレンチキュラ５２の距離は、バックライトコーン角度からｅｂ＝２．４５５ｍｍとして得られる。
【０１１３】
図１２に示されるように、バックライトストライプとレンズとの間の内側コーン角度は、Φ２ｃｂ＝２＊ｔａｎ−１（ｐｂ／（２＊ｅｂ））＝４４．３°である。バックライトコーン角度は、
Φ０ｃｂ＝２＊ｓｉｎ−１（ｎ２ｂ＊ｓｉｎ（Φ２ｃｂ／２））＝７０．５°
によって与えられる。
【０１１４】
レンチキュラ素子の円形断面について、最小曲率半径はＲｂ＝ｐｂ／２＝１．００ｍｍで与えられ、焦点距離はｆｂ＝２．８９ｍｍである。
【０１１５】
この特定のバックライトのデザインが図１３に示されている。図９と同様に、全ての測定値はｍｍ単位であり、近軸焦点９０、火線端９４、最小ＲＭＳ焦点９２に対して、図９と同一の参照番号が使用されている。図１３は、バックライトストライプ４１及びバックライトレンズ５２（レンズ中心５３）の位置を示す。
【０１１６】
バックライトの光線追跡シミュレーションを実行すると、ビューは図１４に示されるように良好な角度プロファイルを有し、隣接するビューのオーバーラップが中程度（約２０％）である。図１４は、バックライトの８つのビューの角度プロファイルを示し、図１５は、バックライトの隣接するビュー及び２番目に近いビューのオーバーラップを示す。
【０１１７】
図１６は、全ての光ストライプがオンであるバックライトの角度強度を示し、全ての光ストライプがオンの場合に、デザインがバンディング、すなわち角度強度の振動を有することを示している。
【０１１８】
このバンディングは、必要に応じて、図５に示されるようにバックライトレンチキュラの上に拡散シートを追加することによって抑制することができる。標準偏差ｗｄ＝１．３°の拡散板のガウス角度プロファイルを仮定すると、バックライトの平滑化された角度強度プロファイルが図１７に示されている。
【０１１９】
もちろん、拡散板を導入することによって、個々のビューが広げられ、オーバーラップが増加するが、過度にではなく、その理由は、ビューが既に非常に広いためである。
【０１２０】
図１８は、図１４及び図１５との比較のための、１．３°拡散シートを使用した場合の８つのビューの角度プロファイル（左側画像）とビューのオーバーラップ（右側画像）とを示す。
【０１２１】
このバックライトの概念の適用性は、ワーストケースの状況を検討することによって実証することができる。
【０１２２】
この状況は図１９に示されている。２人の観察者１９０、１９２が肩を並べて、すなわち５０ｃｍ離れて、画面からの観察距離ｖｄ＝１８０ｃｍに座っている。右の観察者１９２は照明幅の右端に位置している。両方の観察者がディスプレイの左端を観察しており、したがって、観察角度はそれぞれ２５．３°及び１６．７°である。
【０１２３】
したがって、隣接する眼の角度間隔は、２５．３°−１６．７°＝８．６°、すなわち、バックライトビュー幅（＝４．４°）の約２倍である。これは強度の小さいオーバーラップを保証するのに十分である。
【０１２４】
これは、左側の観察者（プロット１９０ａ）及び右側の観察者（プロット１９２ａ）を照明するビューの強度を示す図２０に示されている。（プロット１９０ａ及び１９２ａの中心で評価された）オーバーラップは小さい。
【０１２５】
上述したように、生成される３Ｄシーンのビューの数と、個々の観察者に表示されるビューのペアを作成するためにそれらが処理される手法とに関して様々な選択肢がある。選択肢は、ディスプレイパネルと第２のレンチキュラレンズとの組み合わせによって生成されるビューの数に依存する。
【０１２６】
第２のレンチキュラレンズアレイが２ビューレンズである場合、コントローラはビューをユーザに操向するためにレンズをシフトさせなければならない。
【０１２７】
第２のレンチキュラレンズアレイがマルチビューレンズ（３ビュー以上）である場合、コントローラは、左側のコンテンツビューが左眼で見え、右側のコンテンツビューが右眼で見えるように、コンテンツビューをディスプレイパネルのサブピクセルに割り当てなければならない。この操作は、典型的には、ビュー割り当て、ウィービング又はインターリービングと呼ばれる。
【０１２８】
画像コンテンツは、少なくとも左眼用に１つ、及び右眼用に１つを含むビューを有する。たとえば、ディスプレイは、立体コンテンツを有するＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）３Ｄディスクを再生するために使用される。ビューは、たとえば３Ｄゲームなど、ユーザの視点を考慮に入れてレンダリングすることもできる（その結果、ユーザはコーナーを見渡すことができる）。
【０１２９】
バックライトはビューの生成も行うが、必ずしもピクセル化されていないので、これは光束の形である。各サブフレームにおいて、一部のバックライトストライプがオンにされて、１人の観察者の眼に対して光束が作成されるが、他の者には作成されない。
【０１３０】
バックライトストライプをセグメント化して、ローカルディミング機能を有効化することによって、ダイナミックコントラスト比を向上させることができる。ローカルディミングは、ハイエンドの２Ｄ  ＬＣＤテレビで使用されることが多い。
【０１３１】
ディスプレイパネルと第２のレンチキュラレンズとの組み合わせによって形成されるサブシステムは、投影されるビューを生成する。これは、シフトを使用した２ビューレンズ、又はステレオレンダリングを使用したマルチビューの、場合により傾斜したフラクショナルレンズとすることができる。
【０１３２】
図２１は、観察角度（度単位、ｘ軸）に応じた、ｙ軸の２ビューシステムの強度（任意の単位）を示す。「２ビューシステム」が意味するのは、単一のビューのステレオペア、すなわち２つのレンダリングされるビューである。
【０１３３】
位置ゼロは、表示画面に対する正位置に対応する。プロット２１０は一方のビューの強度分布であり、プロット２１２は他方のビューの強度分布である。２つのビューは幾分オーバーラップしているので、頭を横に動かしても穏やかな強度変化しかない。
【０１３４】
図２２は、画面に対する観察者の顔の横方向位置（ｃｍ単位、ｘ軸）に応じた、ｙ軸の２ビューシステムの強度（任意の単位）を示す。観察された画面点は中心位置（ｘ＝０）にあると考えられる。
【０１３５】
図２２には、ビュー０及びビュー１と名付けられた２つのビューが存在する。ｘ軸上の顔の位置は、観察者の鼻の先端のｘ位置を表す。各曲線は各眼に入る各ビューの強度を示し、したがって４つの曲線がある。たとえば、曲線Ｌ０は左眼に入るビュー０の強度である。Ｒ１は右眼に入るビュー１の強度である。同様に、Ｌ１は左眼に入るビュー１の強度であり、Ｒ０は右眼に入るビュー０の強度である。
【０１３６】
最適な顔位置（たとえば、顔位置０）において、Ｌ０は最大でありＬ１はゼロに近いので、ビュー０を左眼に提示することができる。同一の顔の位置において、Ｒ１は最大でありＲ０は０に近いので、ビュー１を右眼に提示することができる。６ｃｍ付近の顔位置で、Ｌ１は最大でありＬ０はゼロに近いので、左眼用の画像はビュー１に切り替えられる。同一の顔の位置において、Ｒ０は最大でありＲ１はゼロに近いので、右眼用の画像はビュー０に切り替えられる。
【０１３７】
これらの位置の間、たとえば３ｃｍ付近では、全ての強度がほぼ等しい（Ｌ０＝Ｌ１＝Ｒ０＝Ｒ１）。これは、画像を切り替えるあらゆる選択肢（左画像をビュー０に、右画像をビュー１にする、又はその逆）に対して、各眼は同一のコンテンツ、すなわち両方の画像を見ることになり、３Ｄ視聴効果が失われることを意味する。
【０１３８】
所期の（設計された）観察距離についての強度分布が示されている。
【０１３９】
自動立体視効果を生成するために、各眼に対してより高い強度を有するビューがアドレス指定されるように、ビューが切り替えられる。したがって、入力ビュー（すなわち、画像コンテンツ）は、観察者の左右の眼についての各サブピクセルの推定された視認性に応じて、サブピクセルごとに割り当てられる。第２のレンチキュラによって右眼に結像されるサブピクセルには、右眼用画像コンテンツのピクセルが割り当てられ、第２のレンチキュラによって左眼に結像されるサブピクセルには、左眼用画像のピクセルが割り当てられる。図２を参照して説明されたように、（第２の）レンチキュラレンズの下の各サブピクセルの相対位置は、そのサブピクセルが結像される方向を決定する。視認性は、ディスプレイに対する観察者の位置の推定値に基づいて推定される。
【０１４０】
望ましくないビュー（又は複数のビュー）と比較した所望のビューの強度の相対的な強さのビューパラメータを定義することができる。
【数２】
2019508726.tif 000004
ここで、Ｉｇｏｏｄ＝その眼向けの強度であり、Ｉｂａｄ＝他方の眼向けの強度である。
【０１４１】
図２３は、両眼に対してビュー（ビュー番号がｙ軸）が０と１との間でどのように切り替えられるかを示す。プロット２３０は右眼用であり、プロット２３２は左眼用である。
【０１４２】
図２４は、中心からの横方向観察距離に応じた、上記で定義されたビューパラメータを示し、プロット２４０は左眼用であり、プロット２４２は右眼用である。これは、３Ｄ体験が失われる等しく離間した位置が存在することを示している。これは、２つの固定ビューのみでの動作の不可避の結果である。
【０１４３】
上記で概説された選択肢の１つは、操向可能な光学素子を眼追跡と共に使用して、顔に追従することである。
【０１４４】
代替案は、固定の光学素子を使用し、３つ以上のビューを使用することである。
【０１４５】
図２５は、図２２に対応するが、３つのビューの場合のものである。同様に、位置ｘ＝０の画面点を観察した場合の観察者の顔の横方向位置に応じた強度分布が示されている。
【０１４６】
Ｌ０はビュー０を左眼に提示するための強度分布である。Ｌ１はビュー１を左眼に提示するための強度分布である。Ｌ２はビュー２を左眼に提示するための強度分布である。Ｒ０はビュー０を右眼に提示するための強度分布である。Ｒ１はビュー１を右眼に提示するための強度分布である。Ｒ２はビュー２を右眼に提示するための強度分布である。
【０１４７】
図２６は、両眼に対してビュー（ビュー番号がｙ軸）が０、１と２との間でどのように切り替えられるかを示す図である。繰り返しのプロット２６０は右眼用であり、繰り返しのプロット２６２は左眼用である。
【０１４８】
図２７は、両眼についての、横方向観察距離に応じたビューパラメータを示す。
【０１４９】
図２７は、３つの固定ビューによって、改善されるが最適ではない３Ｄ体験が可能であることを示す。これは、隣接するビューのオーバーラップと、常に隣接するビューが左右の眼に切り替えられるという事実との結果である。
【０１５０】
少なくとも４つのビューを使用することにより、高品質の自動立体視体験が可能になることが分かっている。
【０１５１】
図２８は、図２２に対応するが、４つのビューの場合のものである。同様に、位置ｘ＝０の画面点を観察した場合の観察者の顔の横方向位置に応じた強度分布が示されている。
【０１５２】
Ｌ０はビュー０を左眼に提示するための強度分布である。Ｌ１はビュー１を左眼に提示するための強度分布である。Ｌ２はビュー２を左眼に提示するための強度分布である。Ｌ３はビュー３を左眼に提示するための強度分布である。Ｒ０はビュー０を右眼に提示するための強度分布である。Ｒ１はビュー１を右眼に提示するための強度分布である。Ｒ２はビュー２を右眼に提示するための強度分布である。Ｒ３は、ビュー３を左眼に提示するための強度分布である。
【０１５３】
隣々接するビュー（Ｒ＝Ｌ±２）は、このようにして左右の眼に切り替えることができる。
【０１５４】
図２９は、両眼に対してビュー（ビュー番号がｙ軸）が０、１、２及び３の間でどのように切り替えられるかを示す。繰り返しのプロット２９０は右眼用であり、繰り返しのプロット２９２は左眼用である。
【０１５５】
図３０は、両眼についての、横方向観察距離に応じたビューパラメータを示す。これは、少なくとも４つの固定ビューによって最適な３Ｄ体験が実際に可能であることを示している。
【０１５６】
３．その他のデザイン上の考慮事項
ディスプレイが特定の観察距離（たとえば１８０ｃｍ）用にデザインされていても、依然としてバックライトのビューイングコーンが大きいので、ディスプレイは広い視野範囲に対して完全に使用可能である。より近く（観察距離の約２／３）に移動した場合、より多くのバックライトビューが観察者間に存在し、これにより観察者間のバックライトビューの数が増えて、観察者間のクロストークが低減される。限界は自動立体視ディスプレイによって決定され、その理由は、（典型的には所期の観察距離の１／２において）観察者の眼の間に１つのビューイングコーンが存在する場合、左右の眼の間のクロストークが増加し、ステレオ効果は完全に減少するためである。実際の観察距離が所期のものよりも大きい場合、観察者間のバックライトビュー及び自動立体視ビューが少なくなり、個人内及び個人間両方のクロストークが距離と共に徐々に増加する。
【０１５７】
上記の例は、所期の距離の４／３で良好に動作する。このクロストークが見えるか否かは、コンテンツによっても異なる。レンズパラメータを調整することにより、広い観察角度と大きい観察距離範囲とをある程度互いにトレードすることができる。
【０１５８】
上記の説明から明らかなように、表示光学系は概して１つの特定の観察距離用にデザインされる。しかしながら、１つの利点は、ビューレンダリングを広範囲の観察距離に適応させるさらなる可能性であり、その理由は、異なる観察者が時系列的にアドレス指定されるためである。観察者がディスプレイに（たとえば、最適距離の２／３に）近づいた場合、眼の間の角度距離が（３／２倍に）増加するので、ビューレンダリングが同一の倍率（２〜３）で両眼のビューインデックス差を増加させれば、最適な３Ｄ体験を維持することができる。観察者がディスプレイからより遠い距離にいる場合（たとえば、最適距離の４／３）、その反対を実施することができる。この適応化は、表示画像のセットの異なるレンダリングを使用して、追跡された観察者に提示されるビューを生成することによって実施される。
【０１５９】
観察距離（眼の位置）は、照明すべきバックライトストライプを決定するためにも使用される。光ビームは、ディスプレイがその位置の観察者に対して一様に視認できるよう、その観察距離に収束するように生成されるべきである。これは観察距離補正として知られている。物理レンズピッチがｐと表される場合、レンダリングピッチｐ’は、
ｐ’／ｐ＝（Ｖ＋Ｄ）／Ｖ
に従って導出され、ここで、Ｖは観察距離であり、Ｄは光学的厚さである。光学的厚さは、物理的厚さを屈折率で割ったもの（の積分）である。補正は小さいが重要であり、たとえばＶ＝１ｍ、Ｄ＝２ｍｍはｐ’／ｐ＝１．００２を与える。
【０１６０】
典型的には、使用されるレンズアレイは平凸であり、これは製造がより容易であるためであるが、２つのアレイを完全に整列させて積層することによって組み合わせられた凸レンズアレイを生成することが可能である。これにより、より強いレンズを生成することが可能になり、ひいては、バックライトビューの強度分布におけるテールを生じさせる収差を低減することが可能になり、又はディスプレイの観察角度を増加させることが可能になる。また、より低い屈折率差の使用が可能になり、これはバックライトユニットにおける反射によるヘイズ（ｈａｚｅ）を低減する。
【０１６１】
上記で説明されたように、円筒形レンズの最大曲率半径はレンズピッチの半分である。レンズの偏心は、０（円）から１（放物線）まで、又はその間（楕円）に上げることができる。レンズ偏心を上げる効果は、より小さい曲率半径を使用することができ、レンズはより薄くなるが、代わりに、バックライトビューの強度プロファイルのテールが増加してしまうことである。例として、適切な値は０．３から０．５までの範囲、たとえば０．４の偏心である。
【０１６２】
本発明は、コンピュータモニタ、ＴＶ、及びサイネージアプリケーションなどのマルチユーザデバイス用の自動立体視ディスプレイに使用することができる。
【０１６３】
任意選択により、バックライト構造を隠すためにレンズ方向に直交して強く拡散するホログラフィック拡散板と組み合わせた、（ブラックマトリクスを隠すために）チェッカーボードパターンで走るバックライトストライプなどの、バックライトにおける強度変調を低減するための他の対策が存在する。任意選択により、複数の拡散板が、単一の（ホログラフィック）拡散板に組み合わせられる。
【０１６４】
上記の詳細な例及びシミュレーションは、１つの特定の所期の用途（１２２ｃｍのＴＶディスプレイ）に適用される。特定のデザイン値は純粋に例であり、これらの詳細は、単にデザイン上の問題を理解できるように提示されている。そして、その概念は他のデザインに適用することができる。
【０１６５】
開示された実施形態の他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求された発明を実施する際に当業者によって理解され、実現され得る。特許請求の範囲において、「備える」という単語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を排除するものではない。特定の対策が相異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの対策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。
【０１６６】
特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2019508726.tif 000005
【図２】
2019508726.tif 000006
【図３】
2019508726.tif 000007
【図４】
2019508726.tif 000008
【図５】
2019508726.tif 000009
【図６】
2019508726.tif 000010
【図７】
2019508726.tif 000011
【図８】
2019508726.tif 000012
【図９】
2019508726.tif 000013
【図１０】
2019508726.tif 000014
【図１１】
2019508726.tif 000015
【図１２】
2019508726.tif 000016
【図１３】
2019508726.tif 000017
【図１４】
2019508726.tif 000018
【図１５】
2019508726.tif 000019
【図１６】
2019508726.tif 000020
【図１７】
2019508726.tif 000021
【図１８】
2019508726.tif 000022
【図１９】
2019508726.tif 000023
【図２０】
2019508726.tif 000024
【図２１】
2019508726.tif 000025
【図２２】
2019508726.tif 000026
【図２３】
2019508726.tif 000027
【図２４】
2019508726.tif 000028
【図２５】
2019508726.tif 000029
【図２６】
2019508726.tif 000030
【図２７】
2019508726.tif 000031
【図２８】
2019508726.tif 000032
【図２９】
2019508726.tif 000033
【図３０】
2019508726.tif 000034
【国際調査報告】
2019508726.tif 000035
2019508726.tif 000036