(57)【要約】  本発明は、位置ファインダ及びトラッキング・イメージコントロールシステムによって複数の異なる観察者の目に向かって自動的に向きを規定される立体表現とモノスコピック表現との少なくともいずれかを再生する観察領域を拡大させたマルチユーザディスプレイ、好ましくは電子ディスプレイのためのスイートスポット・ユニットに関する。前記スイートスポット・ユニットは、撮影手段（３）と画像マトリクスとの間に偏向手段（５）を含み、偏向手段は、幅（ＷL）を有する複数の偏向エレメント（５１１、５１２、．．５１ｎ）を具備する。偏向エレメントは、照明マトリクス（１）の垂直スクリーニング（ＨV）に従って垂直方向にマトリクス内の複数のグループ（Ｌ、Ｎ、Ｒ）として周期的に配列される。各グループは、光線束（９１、９２、９３）を複数の水平方向に配列されたスイートスポット領域のうち１つにおいて再生するために、光線束をそれぞれ別の所定の角度で偏向する。前記スイートスポット・ユニットは、グループ（Ｌ１、Ｎ１、Ｒ１）に従って垂直方向に活性化される複数の照明エレメントを具備する照明マトリクス（１）と；照明エレメントの垂直方向再生に従って光線束の高さを増加する光学垂直方向拡張手段（７）と；光の方向に見て画像マトリクスの上流側の最後のエレメントである光学散乱媒体（８）とを更に含む。
2008533516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察域を有するマルチユーザ・ディスプレイ装置で使用するためのスイートスポット・ユニットであり、
トラッキング・イメージ制御部が照明エレメントを個別に活性化できるように、垂直構造（ＨＶ）に配列された多数の照明エレメントを有する照明マトリクスと、
幅（ＷL）を有する複数のレンズエレメントを有し、透過型画像変調器マトリクスを介して、複数の光線束を、観察空間の中へ投影して、観察者の目の種々の位置にあるスイートスポットへと投影する投影手段と、
を有し、
前記画像変調器マトリクスは、スイートスポットごとに、前記光線束を別個の立体ビューの画像信号によって変調する、スイートスポット・ユニットであって、
−マトリクスとして配列された偏向エレメント（５１１．．．５３ｎ）を有する偏向手段（５）が前記投影手段（３）と前記画像変調器マトリクスとの間に配置され、前記偏向エレメントは、前記照明マトリクス（１）の前記垂直構造（ＨＶ）に対応するように、周期的に再現されるグループ（Ｌ、Ｎ及びＲ）に配列され、偏向エレメント（５１１．．．５３ｎ）の各グループ（Ｌ、Ｎ及びＲ）は、前記光線束（９１、９２、９３）を、互いに水平方向に隣接して位置するいくつかのスイートスポット領域のうち１つに投影するように、異なる所定の角度で偏向し、
−前記照明マトリクス（１）の各列においてある活性化している照明エレメント（１３１、１３２、１３３）を選択することにより、前記光線束（９１、９２、９３）を選択されたスイートスポット領域の中へ投影するように、前記照明エレメント（１３１、１３２、１３３）は前記グループ（Ｌ、Ｎ、Ｒ）に対応して垂直方向に活性化することができ、  −前記光線束（９１、９２、９３）の垂直方向範囲を拡大する光学垂直方向拡張手段（７）が存在し、
−垂直方向拡散媒体（８）は、光伝播の方向に見て前記画像マトリクスの前方に最後のエレメントとして配置される
ことを特徴とするスイートスポット・ユニット。
【請求項２】
前記偏向エレメントの幅は前記レンズ幅（ＷL）に適合する、請求項１記載のスイートスポット・ユニット。
【請求項３】
前記偏向手段はプリズム形の光学的な偏向エレメントのマトリクスを有し、前記プリズムの幅は前記レンズエレメントの幅（ＷL）に対応し、高さは前記照明エレメントの前記垂直構造（ＨＶ）に対応し、それにより、前記偏向エレメントは水平方向には前記レンズエレメントのグリッドと整列され、垂直方向には前記照明エレメントのグリッドと整列される、請求項１記載のスイートスポット・ユニット。
【請求項４】
前記偏向マトリクスの１つの行における前記プリズム形の偏向エレメント（５１１、５２１．．．５１ｎ、５２ｍ）は同様の偏向角度を有し、いくつかのシーケンスが周期的に再現されるように前記偏向角度は行ごとに変化するか、又はそれらのシーケンスの置換が可能である、請求項３記載のスイートスポット・ユニット。
【請求項５】
前記偏向マトリクスの行における前記プリズム形の偏向エレメント（５１１、５２１、５３１．．．５１ｎ、５２ｎ、５３ｎ）は、個々の偏向エレメントの端部が水平に隣接するエレメントの間で飛びないように互いに連結されるように配列される、請求項３記載のスイートスポット・ユニット。
【請求項６】
前記偏向手段（５）は、光伝播の方向に見て前記投影手段（３）の背後に配置され、
前記光学垂直方向拡張手段（７）は、前記投影手段（３）の前方又は背後、あるいは前記偏向手段（５）の前方又は背後に配置できる、請求項１記載のスイートスポット・ユニット。
【請求項７】
前記投影手段の前記レンズエレメントは、レンチキュラーアレイのエレメント（３１、３２及び３３）である、請求項１記載のスイートスポット・ユニット。
【請求項８】
前記光学垂直方向拡張手段（７）は、レンズエレメント（７１．．．７ｎ）が水平方向に配列され、焦点面が前記照明マトリクスにより形成される平面の付近に位置する、円柱レンズのレンチキュラーアレイである、請求項１記載のスイートスポット・ユニット。
【請求項９】
前記偏向マトリクスの前記偏向エレメントは、前記光学垂直方向拡張手段（７）の機能も実現するように形成される、請求項６記載のスイートスポット・ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出器及びトラッキング・イメージ制御部を利用して複数の観察者の目に向けて送り出される立体ビューとモノスコピック（monoscopic）ビューとの少なくともいずれかを提供する観察域（viewing zone）を拡張させたマルチユーザ・ディスプレイ装置、好ましくは電子ディスプレイにおいて使用するためのスイートスポット・ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において、「マルチユーザディスプレイ」という用語は、複数の観察者のそれぞれの目に向けて送り出される個別のビューシーケンスを同時に提供するために複数の観察者により使用できる装置を示す。一般に、そのようなディスプレイ装置を使用する際には、観察者の目が所定の位置にある場合に限り、観察者はクロストークなしでビューを認知できる。それらの位置は、文献においてはスイートスポットとしても周知である。本明細書中で説明される解決方法によれば、均一に分散された光は、画像変調器マトリクスによる画像情報によって変調された後、広い観察域の中の局所的に限定されたスイートスポットに集束される。個別のスイートスポットが互いに干渉し合わないように、スイートスポットは、それぞれの観察者の目の動きに従って、含まれる画像情報とは無関係にトラッキング・イメージ制御部により追跡される。
【０００３】
本明細書において説明されるスイートスポット・ユニットは、ＬＣＤパネルなどの面積の広い透過型画像マトリクスを照明するための方向制御バックライトである。スイートスポット・ユニットにより、種々の目の位置からスイートスポットを通して画像変調器マトリクスを観察できる。位置検出器は観察者の位置又は観察者の目の位置を判定し、位置情報をスイートスポット制御部に提供する。１人以上の観察者の片目又は両目に対応できるように、スイートスポットの範囲を拡張できる。画像変調器マトリクスは、スイートスポットに対する光を１つ以上の画像信号の情報によって変調する。この情報は、観察者のそれぞれの目に対して提供される立体ビューの方向情報を提示してもよく、あるいは異なる立体ビューとモノスコピックビューとの少なくともいずれかを提示してもよい。立体ビューを示すために、観察者の右目に向けて第１のビデオ信号の画像シーケンスが送り出され、観察者の左目に向けて第２のビデオ信号の画像シーケンスが送り出される。
【０００４】
本明細書中で説明される解決方法によれば、いくつかの動作モードの組合せが可能である。例えば、車両内部に設置されるマルチユーザ・ディスプレイ装置は、同乗者が立体娯楽番組を視聴している間に、運転及びナビゲーションを支援するためのモノスコピックグラフィック情報を運転者に提供できる。この例に挙げた用途においては、スイートスポット・ユニットは、画像変調器マトリクスによりモノスコピック情報によって変調された第１の大きなスイートスポットを運転者の両目に向けて送り出す。２つの小さなスイートスポットは同乗者の目に向かって送り出される。その場合、各スイートスポットは、それぞれの目に対する立体ビューの方向情報を含む。
【０００５】
一般に、マルチユーザ・ディスプレイ装置は時間的にインタリーブされた立体ビュー又は空間的にインタリーブされた立体ビューのいずれかを提供できる。それに対応するマルチユーザ・ディスプレイ装置の２つの型は非常に異なる構造を有するが、どちらのインタリーブ方法を採用するかは本発明の説明には無関係である。時間的インタリーブ画像は交互に両目に提示される。これは、スイートスポット・ユニットが対応する立体画像と同期して観察者の２つの目に対してスイートスポットを交互に生成するためである。すなわち、左目に向けて送り出される第１のスイートスポットのグループの次に、右目に向けて送り出される第２のスイートスポットのグループが常に続く。各スイートスポットの光は常に画像変調器マトリクス全体を透過し、画像変調器マトリクスは、どの時点においても単一の画像のビデオ信号によって光を変調するのみである。
【０００６】
左側画像及び右側画像の空間的インタリーブを実行する装置においては、スイートスポット・ユニットは全てのスイートスポットを同時に提供する。各スイートスポットの光は画像変調器マトリクスのいくつかの部分のみを透過し、画像マトリクスは、ある時点で個々の観察者グループに提示される全ての画像のビデオ信号によって光を同時に変調する。例えば、画像マトリクスの右半分を第１の観察者に割当て、左半分を別の観察者に割当てることができる。左右の半体はモノスコピック画像コンテンツ又は立体画像コンテンツを符号化できる。更に、各半体を任意の数のセクションに細分できる。
【０００７】
更に明確にするために、観察者の各目に対して個々の画像を時間的インタリーブする方法に関連して本発明を説明するのが好ましいであろう。
【０００８】
特許文献１は、複数の観察者に対して立体ビュー及びモノスコピックビューの観察を可能にするトラッキングシステムを有するディスプレイ装置を開示する。画像マトリクス上の２つのレンズアレイを有する制御光学指向システムはシャッタを含み、画像の各画素を観察者の目に別個に集束する。レンズアレイは画像変調器マトリクスの画素ごとに別個のレンズエレメントを具備し、前記レンズエレメントは、その画素により変調された光をシャッタ上に集束する。シャッタは画素ごとに多数の微小セグメント開口部を有し、各々の観察者に対し、観察者の目の位置に従ってレンズエレメントごとに１つのセグメントを開放できる。セグメントは、シャッタの背後に配置された第２のレンズアレイの対応する第２のレンズエレメントを通して観察者の目に投影される。観察者が動いた場合、画素が観察者の目に集束された状態を確保するために、観察者の新たな位置に対応するシャッタセグメントのみを開放するように、位置検出器は観察者の新たな位置を送信する。異なる画像が対応する目に時間多重化モードで提供される。複数の観察者が立体ビューを見ている場合、複数のセグメントが観察者の数に対応して活性化される（activated）。
【０００９】
シャッタが極めて高い解像度を有する必要があるため、そのようなマルチユーザディスプレイを実際に実現することはかなり困難である。特に、行ごとのセグメントの数が非常に多く、レンズエレメント及びシャッタ開口部を画像変調器マトリクスの画素に割当てるためには、構成要素を製造するとき及び組立て中に構成要素を位置合わせするときに極度に高い精度が要求される。更に、ディスプレイパネルは、温度変化又は振動などの周囲環境からの影響に対して高い耐性を示すことが要求される。もう１つの欠点は、レンズアレイ及びシャッタが配置関係、解像度及び製造許容差に関して常に画像変調器マトリクスと厳密に協調しなければならないことである。
【００１０】
特許文献２は、偽視の発生を防止することを目的として、立体表現のためのレンチキュラーアレイを有する立体シングルユーザディスプレイを説明する。この装置は、例えば、自動現金預け払い機及びテレビ電話に使用できる。装置は、フラットディスプレイパネルと、レンチキュラーアレイと、左側画像観察ポイントにおいて左側画像に対して主ビームローブを集束し、右側画像観察ポイントにおいて右側画像に対して主ビームローブを集束する回折手段とを含む。これは、プリズム列の層により実現される。好適な一実施形態においては、回折手段はプリズムと組合わされたレンチキュラーの層により形成される。
【００１１】
しかし、出願人が以前に出願し、本出願の出願日までに公開されなかった特許文献３もマルチユーザ・ディスプレイ装置を説明する。デバイスは制御可能スイートスポット・ユニットを含む。スイートスポット・ユニットは透過型ＬＣＤ画像マトリクスの背後に配置された方向規定バックライトにより形成され、それらのスイートスポットの中で目の位置から画像変調器マトリクス上の画像を観察するために使用される。位置検出器と接続されたトラッキング・イメージ制御部は、目の位置に従ってスイートスポットを追跡する。レンチキュラーアレイに垂直に配列された多数のレンチクルを含む投影マトリクスは、照明マトリクスの切替え可能な点の照明エレメントを観察者の目に投影する。
【００１２】
図１は、照明マトリクス１及び単一の円柱レンズの形態をとるレンチキュラーアレイの１つのレンチクル３１の詳細と共にスイートスポット・ユニットの１つの投影光学系を示す。この場合、列１２及び１４の照明エレメントが活性化されている。レンチクルは活性化している（active）照明エレメントを２つの平行光とされた光線束９１１、．．．、９１ｎ及び９２１、．．．、９２ｎとして投影する。投影マトリクスの他の各レンズエレメントは、照明マトリクス１の他の活性化している照明エレメントと共に同様の投影光学系を形成する。
【００１３】
位置検出器はディスプレイ装置の前方で観察者の目の位置を判定し、トラッキング・イメージ制御部は、検出された目の位置から画像のシーケンスの現在の画像を可視化するために、それらの観察者に対して照明マトリクスの対応する照明エレメントを活性化する。これを実現するために、ディスプレイ装置の前方の目の位置（図示せず）において光線束９１１．．．９１ｎ及び９２１．．．９２ｎが重なり合い、ディスプレイパネルからの距離が増すにつれて各光線束が菱形の形状を有するスイートスポットを形成するように、投影レンチクルに対する目の位置に従って、異なる位置にある照明エレメント、この場合には列１２及び列１４にある照明エレメントが活性化される。活性化される照明エレメントは、通常、方向を規定された光線束がスイートスポットにおいて交差するのに十分なほどレンチクルごとに大きく異なる。ある時点で活性化された全てのスイートスポットが立体画像シーケンスの１つの画像のみを示すように、照明マトリクスと画像変調器マトリクスとは同期される。観察者の他方の目に対する画像は、別のスイートスポット又は別のスイートスポットグループへの切替えの後、画像マトリクスにより同期して変調される。他方の目に対する画像は照明されてはならない。すなわち、他方の目に対する画像は、その期間中、いわゆるダークスポットとして目に見える状態であってはならない。光線束は、活性化している各照明エレメントが目の位置で見えるように伝播する。その場合、少なくとも目の瞳に対応するように、各照明エレメントは少なくとも数ｍｍの直径を有する。画像シーケンスとスイートスポットとの同期は画像全体及び照明マトリクスの全フレームに適用されるばかりでなく、ある行範囲又は個別の行にも適用され、更には画像マトリクスの画素グループとレンズエレメントごとの照明マトリクスとの同期に至るまでより精細に適用可能である。
【００１４】
特許文献３に記載されるスイートスポット・ユニットは、装置を製造する時点でレンチクルの幅ＷLを自由に選択できるという利点を有する。ＬＣＤ画像マトリクスの画素サイズとは関係なく、各レンチクルが水平方向に多数の照明エレメントに対応するように、レンチキュラーアレイの寸法を規定できる。これにより、照明マトリクスが相対的に大きなグリッドを有する場合であっても、多数の観察者に対してスイートスポットを実現できる。使用される照明マトリクスの種類により判定される照明エレメントのグリッドにおいて、レンチキュラーアレイのレンズエレメントの幅により、可能な目位置の数を規定できるのが好ましい。可能な目の位置を多数獲得するためには、レンズエレメントの幅ＷLが広くなければならない。
【００１５】
一般に、各レンズエレメントは垂直方向に画像変調器マトリクスの高さ全体にわたり延出するので、各レンズエレメントは照明マトリクスの数百個の照明エレメントに対応する。
【００１６】
観察者の目の位置は、主に水平方向次元において異なる。これは、追跡及び画像制御に対して情報を処理するために要求される計算力を最小限に抑えるために、異なる水平方向位置において照明エレメント間で、すなわち照明マトリクスの列の間で目の位置が切替わるからである。図１に示されるように、異なるスイートスポットに対して、照明マトリクス１の照明エレメントのそれぞれ異なる列が活性化される。垂直方向においては、各照明エレメントは１つのストライプスイートスポットを生成するために使用されなければならないが、水平方向においては、通常、レンズエレメントごと及びスイートスポットごとに唯１つ又はごく少数の照明エレメントが必要とされるだけである。
【特許文献１】国際公開第０３／０１９９５２Ａ１号パンフレット
【特許文献２】欧州特許第０７７３４６２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０３３９０７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
例えば、２人のユーザに立体ビューを提供するマルチユーザ・ディスプレイ装置におけるスイートスポット・ユニットは、４つの目の位置にビューを提供するために４つのスイートスポットを供給しなければならない。装置を都合よく使用できるようにするために、観察者が画像を視聴する場合、全ての観察者がディスプレイの中心軸の周囲の狭い観察域に位置していると仮定することはできない。周知の方法は、多くの場合、単純な投影エレメントを含み、通常、投影エレメントは高精度レンチキュラーアレイから構成される。そのような単純な光学系は、レンズ理論から周知である収差を引き起こす。収差は有効視角を制限する。視角は、主にレンチキュラーアレイの光学的収差により制限される。そのような収差は常に起こるが、特に光線束がレンチクルから大きな角度で射出する場合に起こりやすい。これは、特に中心軸から遠く離れた位置のディスプレイを視聴する観察者のスイートスポットに関連する。２５(を超える視角を実現することは困難である。更に、先に説明したスイートスポット・ユニットの場合、多くの可能な目の位置を獲得するために特に幅の広いレンチクルが使用されなければならない。
【００１８】
視角が大きい場合の前述の光学的誤差によって、単純なレンチキュラーアレイを使用したのでは、要求される品質を示すスイートスポットを生成できない。中心軸に対する角度が大きくなるにつれて、収差はスイートスポットのクロストーク及びレンチキュラーアレイにおける均一性の低下などの悪影響を引き起こし、それにより、画像情報の認知度を劣化させる。許容できる品質基準を満たす場合、複数のユーザが同時に観察するために周知の方法を適用することは殆ど不可能である。特に立体視に関しては、周知の方法は不適切である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の目的は、任意に立体ビュー及びモノスコピックビューを提供し、位置検出器及びトラッキング・イメージ制御部を利用して追跡できる観察域を有し、前記観察域が周知の方法の観察域より相当に幅広いマルチユーザ・ディスプレイ装置において、好ましくは電子ディスプレイ装置において使用するためのスイートスポット・ユニットを提供することである。このディスプレイの場合、単純な投影手段のみを採用するが、観察者は広い観察域の中で自由に、互いに無関係に移動できる。観察域全体において、機構レベルの明るさ及びコントラストを示し、クロストークが少なく、高い輝度均一性を示すスイートスポットを生成することが可能だろう。
【００２０】
更に、シャッタを具備するバックライト、又は投影マトリクスのグリッド及び画像変調器マトリクスのグリッドから独立したグリッドを有する能動照明マトリクスなどの市販の照明手段を使用できる。
【００２１】
本発明は、トラッキング・イメージ制御部により制御され、透過型画像変調器マトリクスを通して光線束を送り出し、観察者のいくつかの目の位置において所定の範囲のスイートスポットに光線束を集束するスイートスポット・ユニットを有するマルチユーザディスプレイに基づく。スイートスポット・ユニットは、画像変調器マトリクスに対する制御可能な有向バックライトである。画像変調器マトリクスは、いくつかの観察者の目に割当てられ、スイートスポットを形成するように重なり合う光線束を、時間多重方式又は空間多重方式で別個の画像シーケンスによって変調する。これにより、各スイートスポットは対応する目に対して別個のビューを提供する。
【００２２】
スイートスポット・ユニットは、トラッキング・イメージ制御部により制御され、垂直高さＨVを有する個別に制御可能な多くの照明エレメントから構成される照明マトリクスと、幅ＷLを有し、照明エレメントを光線束としてスイートスポットに集束するレンズエレメントを有する投影手段とを含む。トラッキング・イメージ制御部は、レンズエレメントごとに、空間位置において対応する照明エレメントを活性化し、それにより、各光線束に１つの方向を与える。その結果、観察域の範囲は周知の方法の場合よりはるかに広くなる。
【００２３】
本発明は、観察域を形成するために、水平方向に互いに隣接するいくつかのスイートスポット領域を構成するという考えに基づく。この目的のために、投影手段は、周期的に再現されるグループとして垂直方向に配列された複数の偏向エレメントを有するマトリクス構造の偏向手段を更に含む。更に、画像マトリクスの付近に垂直方向拡散媒体が配置される。
【００２４】
偏向エレメントの各グループは、スイートスポットを水平方向に個別のスイートスポット領域に割当てる。照明マトリクスの列において活性化している照明エレメントを垂直方向に選択することにより、どのスイートスポット領域に活性化している照明エレメントの水平方向パターンが投影されるかが規定される。このように、照明マトリクスの１つの列の全ての照明エレメントが全てのスイートスポットに寄与するわけではないので、利用可能なグループの数に応じて光線束を垂直方向に拡大する光学垂直方向拡張手段が使用される。
【００２５】
本発明によれば、スイートスポット・ユニットは、
−マトリクスとして配列される複数の偏向エレメントを有し、投影手段と画像変調器マトリクスとの間に配置される偏向手段であって、更に正確には、偏向エレメントは、照明エレメントの高さに対応するように複数の周期的に再現されるグループとして配列され、それにより、偏向エレメントの各グループは、水平方向に互いに隣接して位置するいくつかのスイートスポット領域のうち１つへ光線束を投影するように、異なる所定の角度で光線束を偏向する偏向手段と、
−光線束を所望のスイートスポット領域へ投影するように、前記グループに従って各列の照明エレメントを活性化できる照明マトリクスと、
−照明エレメントが投影されるときに光線束の垂直方向範囲を拡大する光学垂直方向拡張手段と、
−光伝播の方向に見て画像マトリクスの前方にある最後のエレメントとしての拡散媒体とを含む。
【００２６】
いくつかのスイートスポット領域への分割が実行され、従って、偏向エレメントのグループの偏向角度にずれが生じたことにより、水平方向にレンズエレメントごとに所定の画素数において観察域を数倍に拡張できる。従って、水平方向の照明エレメント設定のパターンごとに、グループを成す対応する偏向エレメントに基づいて１つの列の中の活性化している照明エレメントを垂直方向に選択することにより、対応するスイートスポット領域を使用できる。これにより、１つの偏向エレメントグループに割当てられた照明エレメントのみを活性化する必要はなくなる。
【００２７】
本発明の大きな利点は、異なるグループの偏向エレメントに割当てられた照明エレメントを同時に活性化できることである。これにより、例えば、第１のスイートスポット領域の中の立体画像情報を含む２つの別個のスイートスポットを第１の観察者の両目に向けて送り出すように、第１の偏向エレメントグループに対して照明エレメントを活性化することが可能である。同時に、別のスイートスポット領域の中の立体画像情報を含む２つの別個のスイートスポットを別の観察者の目に向けてそれぞれ送り出すように、又はモノスコピック画像コンテンツを含む単一の大きなスイートスポットを他の観察者の両目に向けて送り出すように、第２の偏向エレメントグループに対して他の照明エレメントを活性化することができる。異なるスイートスポット領域に従って、同一の水平位置ではあるが、２つの異なる行にある照明エレメントが活性化されるような例も考えられるであろう。
【００２８】
上述のようにグループを形成することによって、画像マトリクスのいくつかの部分のみが照明され、その結果、画像が継ぎはぎ状になると考えられるため、それらの照明ギャップを埋めるために拡散媒体が使用される。
【００２９】
本発明の好適な一実施形態においては、偏向手段は、レンズエレメントの幅に対応するプリズムの幅及び照明エレメントの高さに対応する高さを有するプリズム形の偏向エレメントである。これにより、偏向エレメントは水平方向にレンズのグリッドと整列され、垂直方向に照明エレメントのグリッドと整列される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
実施形態及び添付の図面によって以下に本発明を説明する。
【００３１】
図２は、本発明によるスイートスポット・ユニットの第１の実施形態を示す。スイートスポット・ユニットは、照明マトリクス１と、レンチキュラーアレイを有する投影手段（図には１つのレンチクル３１のみが示されている）と、本発明に従って偏向エレメント５１１．．．５１ｎから成る偏向マトリクスの形態を有する偏向手段５と、光学垂直方向拡張手段７と、拡散媒体８を含んでいる。ここで、投影手段と、偏向手段５と、光学垂直方向拡張手段７と、拡散媒体８は、第１の可能な順序に従って配列される。全てのエレメントはスイートスポット・ユニットを構成し、スイートスポット・ユニットは、光の方向に見て画像変調器マトリクスの前方に配置される。装置は、わかりやすくすることのみを目的として詳細に示される。例えば、１，６００×１，２００個の画素を含む画像マトリクスに対して、４，８００×３，６００個の照明エレメントを含む照明マトリクス１が使用されてもよい。照明マトリクス１は他のフォーマットを有してもよい。照明エレメントは能動的（active）でも受動的（passive）でもよい。すなわち、照明マトリクス１はバックライトを伴うシャッタ、ＬＥＤマトリクス又はＯＬＥＤマトリクスであってもよい。収差を回避するために、偏向エレメント５１１．．．５１ｎの高さは照明エレメントの高さＨVに対応すべきであり、偏向エレメントの幅はレンズエレメント（図２においては垂直レンチクル３１により表される）の幅ＷLに対応すべきである。あるいは、この場合にはプリズムである偏向エレメントの幅は、レンズエレメントの幅ＷLの整数倍であってもよい。
【００３２】
図３は、本発明によるスイートスポット・ユニットの機能を示す。光線束９１を形成するために、レンズエレメント３１は活性化している照明エレメント１３１の光を平行光とする。偏向マトリクス５の形態をとる偏向手段５のプリズム形の偏向エレメント５１１は、光射出プリズム面の傾斜によって光線束、この場合には光線束９１を光伝播の方向に見て偏向するグループに属する。従って、偏向マトリクス５のそのグループに属するエレメントには、文字「Ｌ」が付される。そのような偏向エレメントの背後から射出した光線束は、観察者の位置から見て右側にあるスイートスポット領域へ投影される。
【００３３】
同一の列の１行下に位置するエレメント５１２は、傾斜した光射出面を持たない。このエレメント５１２は光線束９２を偏向せずに、中央のスイートスポット領域へまっすぐに送り出す。従って、偏向マトリクス５のそのグループに属するエレメントには、文字「Ｎ」が付される。
【００３４】
照明マトリクス１の同一の列の１行下に位置する活性化している照明エレメント１３３から射出した光線束は、光線束、この場合には光線束９３を右へ偏向するグループに属する偏向エレメント５１３を通過する。そのため、光線束は、観察者の位置から見て左側のスイートスポット領域に現れる。図中、それらの偏向エレメントには文字「Ｒ」が付される。
【００３５】
要するに、図３は、照明マトリクス１のある１つの行を選択するだけで、同じ垂直位置にある１つの行の中の照明エレメントがそれぞれ異なるスイートスポット領域へどのように投影されるかを示す。説明されるスイートスポット・ユニットは、一例として、図２に示されるように、偏向エレメントの３つのグループ（Ｌ、Ｎ及びＲ）を有する偏向マトリクスを含む。このマトリクスは、光線束を３つの異なるスイートスポット領域へ投影する。この構造を変更することは可能である。特に、車両におけるマルチユーザディスプレイのように、中央の観察域でスイートスポットが必要とされないディスプレイの場合には、偏向角度の数を増加することが好ましいであろう。これにより、運転手と同乗者は、例えば、ディスプレイ上の個別の画像を大きな視角で、互いに離れた座席位置から見ることができる。
【００３６】
図３は、光学垂直方向拡張手段７を含まないスイートスポット・ユニットを示す。画像マトリクスを均一に照明することに関して、この手段は主要なエレメントであることがわかる。画像マトリクスの表示は省略されている。拡散媒体８と共に、光学垂直方向拡張手段７は、直接に照明されない領域を補正する。そのような領域は、照明マトリクスの各列に活性化していない照明エレメントがあるために自然に現れると考えられる。光学垂直方向拡張手段７は、光線束９１、９２、９３の垂直方向範囲を拡大し、それにより、光線束は拡散媒体８と共に画像マトリクスを均一に照明する。観察域の拡張に関する概念は、限られた観察域における角度位置に対処することである。偏向エレメント５を使用することにより、限られた観察域に新たな観察域を更に追加できる。従って、偏向エレメント５を光伝播の方向に見て側方投影手段３の背後に配置することが必要である。そのように配置しないと、投影手段３から射出する光の角度が大きいために、相当に大きな収差が発生し、側方が限定されたスイートスポットを生成することが難しくなるであろう。
【００３７】
図４ａは、偏向マトリクス５の第１の実施形態を示す。この場合、偏向マトリクスの１つの行におけるプリズム形の偏向エレメント５１１、５２１．．．５１ｎ、５２ｎが同様の偏向角度を有し、偏向角度は行ごとに変化する。図示される偏向マトリクス５の場合、照明エレメントは水平方向に個別に制御可能であるだけでよいので、照明マトリクスの制御に関して利点を有する。これにより、照明マトリクスの行全体を行のグループとしても制御できる。
【００３８】
図４ｂは、偏向マトリクス５の第２の実施形態を示す。この場合、偏向マトリクスのプリズム形の偏向エレメント５１１、５２１、５３１．．．５１ｎ、５２ｎ、５３ｎは、偏向エレメントの端部が連続するように、すなわち水平方向に隣接するエレメントの間に飛びを含まずに互いに連結されるように配列される。この構造は、特に成形、あるいは基板又は支持箔の上へのロールエンボス加工による適用のために親型を製造する場合に、偏向マトリクスを製造する上で大きな利点を提供する。
【００３９】
図５は、活性化している照明エレメントのビーム経路と共に、本発明の第１の実施形態による偏向マトリクス５を示す。光は水平方向にスイートスポット領域に集束される。しかし、図３に示されるように、垂直方向にギャップが存在しており、それらのギャップは、画像マトリクス平面において、この場合には水平レンチクル７１．．．７ｎの形態をとる光学垂直方向拡張手段７によりふさがれる。
【００４０】
画像マトリクスを均一に照明できるようにするために、拡張手段と画像マトリクスとの間に垂直方向拡散媒体が配置されなければならない。このことは図２に示されるが、画像マトリクスは含まれない。図２は、照明エレメントの高さＨV及びレンズエレメント、この場合にはレンチクル３１の幅ＷLを示す。
【００４１】
以下の説明中、垂直方向拡散媒体の明確な表現は省略される。しかし、以下に説明する構造のいずれにおいても、そのような媒体は常に必要とされる。
【００４２】
既に説明したように、偏向マトリクス５は、光伝播の方向に見て投影マトリクス３の背後に配置されなければならない。しかし、偏向マトリクス５と光学垂直方向拡張手段７とを置き換えることは可能である。
【００４３】
図６は、偏向マトリクス５が光学垂直方向拡張手段７の背後に配置された構造を示す。
【００４４】
図７は、最後のエレメントから光が射出するときの垂直方向角度が大きくてもよい別の好適な構造を示す。
【００４５】
図８は、偏向マトリクス５の偏向エレメント５１１、５１２．．．の特に好適な実施形態を示す。それらのエレメントは、投影手段の水平方向レンチクルの機能を更に実現するように形成される。このように、図６に示される２つの別個の光学エレメントの代わりに、単一の組合されたエレメントが使用される。これにより、製造工程において２つのエレメントを整列するために必要とされる費用が大幅に削減され且つ時間が大幅に縮小される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の技術である特許文献３により提案されるようなスイートスポット・ユニットの詳細を示す図である。
【図２】投影手段、偏向手段、光学垂直方向拡張手段及び拡散手段が第１の可能な順序で配列された本発明によるスイートスポット・ユニットの第１の実施形態の詳細を示す図である。
【図３】光学垂直方向拡張手段及び拡散手段の機能を除いた本発明の機能原理を示す図である。
【図４ａ】プリズム形の偏向エレメントが各行において同様の偏向角度を有し且つ偏向角度が行ごとに変化する第１の実施形態による偏向マトリクスの形態をとる偏向手段の詳細を示す図である。
【図４ｂ】全ての偏向角度のプリズム形の偏向エレメントが１つの行に含まれる第２の実施形態による偏向マトリクスの詳細を示す図である。
【図５】活性化している照明エレメントのビーム経路を含む第１の実施形態の詳細を示す図である。
【図６】ビーム経路を含み、偏向手段及び光学垂直方向拡張手段が逆の順序で配置された第２の実施形態の詳細を示す図である。
【図７】光学垂直方向拡張手段が投影マトリクスの前方に配置されたビーム経路を含む別の実施形態の詳細を示す図である。
【図８】単一の光学マトリクスを形成するための投影マトリクスと偏向マトリクスとの組合せを示す図である。
【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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