(57)【要約】  本発明は、横方向に並ぶように配列された複数の結像エレメント、例えば、複数のレンチキュラ又はレンズ・アレイから構成される結像マトリクスと、オブジェクト平面に配置され、観察チャンバ内において結像エレメントから形成される複数の点エレメントとを備える画像表示装置に関する。大きな観察角度の個々の結像エレメントの像面湾曲をもたらす結像誤差を減少するために、複数の光学補正エレメントを含む補正マトリクスにより補償が実行される。１つの光学補正エレメントはそれぞれ個別の光学結像エレメントと関連する。本発明は、例えば、自動立体ディスプレイ、スイートスポット装置を有するマルチユーザディスプレイ及びマルチビューディスプレイなどの画像表示装置又は映像表示装置において、照明エレメントを結像するために使用できる。また、本発明は、スイートスポット装置を備えるディスプレイに関する。スイートスポット装置は、１人以上の観察者に対して２次元モード及び自動立体モードに切替え可能である。
2008529045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学結像エレメントを含む結像マトリクスと、
前記結像エレメントにより観察空間内へ投影される、オブジェクト平面内の多数の点エレメントと、
を有する画像表示装置であって、
各結像エレメントに１つの一体の光学補正エレメントが割当てられる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記光学補正エレメントは補正マトリクスを形成し、
前記補正マトリクスの構造は、個々の前記結像エレメントの像面湾曲により決定される前記補正エレメントの形状に由来する、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記補正マトリクスは前記オブジェクト平面に可能な限り近接して配置される、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記補正マトリクスは前記観察空間内の観察平面に可能な限り近接して配置される、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記補正エレメントのピッチは前記結像エレメントのピッチとほぼ等しい、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項６】
光路内に常に１つのみの補正マトリクスが配置される、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記補正エレメントの屈折率は周囲媒体の屈折率に適合される、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記点エレメントは照明マトリクスの制御可能な照明エレメントであり、
前記照明エレメントにより出射される光は、観察者の目に到達するまで可能な限り均一に画像マトリクスを透過する平行な光線束の形態で、少なくとも１人の観察者の目へ誘導される、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記結像マトリクスは、平行に配列された凸形レンチキュラ（３１）のレンチキュラ・アレイである、請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記照明エレメントはシャッタ（２）の制御可能な照明開口部であり、
前記照明開口部は、いかなる場合にも、レンチキュラ（３１）に対して機能ユニットを形成するために任意の定義された数で集約される、請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１１】
能動的に発光する照明エレメントを含む照明マトリクスを特徴とする、請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記補正マトリクスは、平行に配列された補正エレメント（４１／５１）のレンチキュラ・アレイ（４／５）である、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記補正マトリクスの平坦な面は、前記照明マトリクスの表面と接合される、請求項８記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記補正マトリクスは可変光学パラメータを示す、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記可変光学パラメータは焦点距離であり、
前記補正エレメントはレンチキュラ（３１）ごとに１つの液体レンズである、請求項１４記載の画像表示装置。
【請求項１６】
屈折率が連続的に変化する一体形のＧＲＩＮレンズは、結像エレメントであると同時に補正エレメントである、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記点エレメントは、自動立体ディスプレイの画像マトリクスの画像エレメントである、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記画像マトリクスは、画像又は映像表示の少なくとも２つのビューを含む、請求項１７記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記補正マトリクスは前記結像マトリクスと前記画像マトリクスとの間に配置される、請求項１７記載の画像表示装置。
【請求項２０】
前記補正マトリクスは、前記視界湾曲（６）を補正するための形状を有する構造となるように、前記照明マトリクス又は前記画像マトリクスのいずれかの表面を選択的に構造化することにより形成される、請求項２、８又は１７に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンチキュラ・アレイ又はレンズ・アレイなどの横方向に配列された複数の結像エレメント（imaging element）から構成される結像マトリクスを備える画像表示装置に関する。詳細には、結像エレメントは、互いに組合わされた球面レンズエレメント又は非球面レンズエレメント、ホログラフィ光学エレメント（ＨＯＥ：holographic optical element）又は他の任意の種類の光学結像エレメントを、光伝播の方向にスタックとして配列した構造であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、例えば、自動立体ディスプレイ（autostereoscopic display）、スイートスポット装置を有するマルチユーザディスプレイ、マルチビューディスプレイなどの、画像表示装置又は映像表示装置における画像照明エレメント（image illumination element）に適用されてもよい。更に、本発明は、広告ボードなどの大画面表示装置において、一般に画像エレメントを投影するために好適に使用することができる。本発明を適用することにより、重くかさばるレンズの使用が回避される。本明細書においては、照明エレメント及び画像エレメントの両方を点エレメントと呼ぶ。
【０００３】
本発明は、スイートスポット装置を備えるディスプレイとの関連において非常に重要であり、ディスプレイは、１人又は数人のユーザに対して、２次元モード及び自動立体３次元モードの間で切替え可能である。
【０００４】
スイートスポット装置は、特に、自動立体マルチユーザディスプレイにおいて、例えば、画像変調のために使用される透過画像マトリクスの直接照明を実行する装置である。スイートスポット装置の変調されていない光は、この透過画像マトリクスの広い領域を可能な限り均一に透過しなければならない。
【０００５】
ほぼ平行な光線束を使用して、照明マトリクスの活性化照明エレメントの光を、１つ又はいくつかの同時に生成されたスイートスポットの形で、空間内の少なくとも１人の観察者の両目に投影するために、スイートスポット装置は複数の結像エレメントを有する大型結像マトリクスを含む。スイートスポット装置の各結像エレメントには、多数の照明エレメントが割当てられる。観察者の目の数及び位置に応じて、位置検出器は、スイートスポットごとに、１つ又は少数のみの照明エレメントを一度に活性化する。スイートスポットの範囲及びスイートスポットの光の均一性は、結像エレメントに対する活性化された照明エレメントの位置によって大きく左右されることがわかっている。結像エレメントの縁部に向かって配置された照明エレメントは、結像エレメントの中心に向かって配置された照明エレメントとは異なる横断面と異なる光分布を有するスイートスポットを生成する。これは、照明エレメントが結像エレメントの後方焦点からそれぞれ異なる距離の位置にあり、その結果、光束が平行状態から逸脱して伝播するためである。
【０００６】
これにより、１つのスイートスポットの中で不均一状態が発生すると共に、スイートスポット間のクロストークも起こる。従って、周知のスイートスポット装置によって実現できる制御可能な観察角度は、特にマルチユーザモードにおいて限定される。追跡方法又はマルチビュー方法に基づく自動立体ディスプレイの場合、クロストークの及ぶ範囲はディスプレイの前方における観察者の位置によって大きく左右される。
【０００７】
上述の画像表示装置の画質は、結像マトリクスの個々の結像エレメントの光学的結像誤差により大きく劣化する。周期的構造、例えば、照明マトリクス及び結像マトリクスの組合せの特徴である球面収差、コマ収差、歪み、及びモアレ効果に加えて、特に光の入射角度が大きい場合、像面湾曲（field curvature）は悪影響を及ぼす。
【０００８】
従って、本発明の目的は、結像マトリクスを使用して、マトリクスとして配列された点エレメントをオブジェクト平面に投影する場合の、像面湾曲の影響を減少することである。
【０００９】
次に、自動立体ディスプレイを利用したときの像面湾曲の影響を説明する。自動立体ディスプレイの画質は、主に２つの目の間のクロストークの範囲により特徴付けられる。
【００１０】
単純な２Ｄ画像とは対照的に、観察者に奥行の反転を認知させる疑似観察像（pseudoscopic image）が生成される。これは、マルチビューディスプレイ及びスイートスポット利用ディスプレイの双方によって観察され、光軸に関する光線束の角度を可能な限り大きくして広い観察ゾーンを生成するように、光線束を斜めの角度で結像エレメントに入射することによって実現される。スイートスポット装置を有するディスプレイは、ＯＬＥＤマトリクスなどの制御可能な照明マトリクスを使用する。照明マトリクスは、レンチキュラ・アレイであってもよい結像マトリクスのほぼ後方焦点面に配置される。レンチキュラ・アレイの各レンチキュラはコリメートされた（照準が合わされた）近軸光線を出射する。光線の入射角が大きくなるにつれて、後方焦点は平面照明マトリクスから離れてレンチキュラに向かって動く（図１及び図２を参照）。レンチキュラ・アレイの画像側を離れた光はコリメートされた光線ではなくなり、入射角が大きくなるにつれてそれぞれ集束される。それらの光線束は観察者の前方で集束され、その後に再び発散するので、観察者レベルにおけるスイートスポットの範囲は、それらの光線束に対して縮小される。角度が十分に大きい場合、これはクロストークの原因になる。
【００１１】
像面湾曲は、平行光学系、すなわち、結像マトリクスの場合にも以前から周知である光学的結像誤差であり、個々の結像エレメントの領域内で起こり、それぞれの光学装置の投影行動に悪影響を及ぼす。以下に挙げる公知技術文献において見られるように、例えば、光路に光学エレメントを追加するか、あるいは像面湾曲に倣った湾曲面上に結像エレメントを配列することにより、像面湾曲によって起こる悪影響を減少又は抑制するための種々の措置及び解決方法が提案されてきた。
【００１２】
特許文献１ではレンチキュラ・アレイを有する自動立体ディスプレイにおける像面湾曲の補正が説明されている。ここでは、照明マトリクスのエレメントとして、複数のＬＥＤがレンチキュラごとに湾曲面上に配置される。しかし、このように複雑な形状の３次元照明マトリクスを実現するためには、多大な労力が必要となる。更に、この方法は、照明マトリクスの形状を使用される結像マトリクスに常に適合させる必要があるという欠点を有する。すなわち、異なる結像マトリクスが使用される場合、照明マトリクスを必ず交換する必要がある。
【００１３】
特許文献２には、立体光学系の２分割又は３分割レンズ・アレイが説明されている。アレイは、規則的に形成されたマイクロレンズ・アレイ又はレンチキュラ・アレイとして設計可能であり、それらの形態は、像面湾曲及びその結果として生じるクロストークの影響が補正されるように適合される。しかし、上述の光学装置、すなわち、観察角度が大きい光学装置への適用には問題がある。個々のレンズエレメントの空間配置の関係上、口径食をもたらすすき間が存在する。光が大きな角度で分散して入射した場合、それらのすき間は画像マトリクスの照明を不均一にする。しかし、特に、マルチユーザディスプレイは大きな観察角度を必要とする。従って、一般に、自動立体ディスプレイにおけるそのようなレンズ・アレイの適用範囲は限定される。更に、レンチキュラ又はレンズが複数の部分から構成されるため、その製造技術にはかなりのコストがかかる。
【００１４】
特許文献３では、光学小型レンズを含むアプリケーションにおける像面湾曲及び非点収差の補正が説明されている。小型レンズを補正するために、この発明はマイクロレンズのアレイを採用している。各マイクロレンズは、例えば、焦点距離などの光学的特性に関して変化するレンズを含むサブアレイに分割される。マイクロレンズの焦点距離は、中心から縁部に向かうマイクロレンズの距離に従って変化する。すなわち、中心の付近の焦点距離は最小であり、縁部に向かって増加する。マトリクスとして配列された点状の光源によって、像面湾曲はオブジェクト平面において補正される。この方法の欠点は、マイクロレンズ・アレイの製造費用が高いにも関わらず、可能な角度変化がごくわずかなことと、明るさが低下することである。
【００１５】
また、所望の補正を実現可能にするためには、個々のレンズ及びレンズ・アレイの配列及び割当てに高い精度が要求される。
【００１６】
特許文献４には、湾曲形ＣＲＴ面において生成された画像が自動立体ディスプレイの平坦な面に３Ｄ表示として観察される方法、すなわち、画像が処理される方法が説明されている。ＣＲＴからディスプレイへ画像を仮想転送するということは、画像を更に使用するために湾曲面の画像を平面に投影することである。その目的のために、３つの２次元湾曲面上に配置された規則的なマイクロレンズ・アレイがＣＲＴとディスプレイとの間に位置決めされる。全てのマイクロレンズは等しい大きさを有する。それぞれのアレイの湾曲により、個々のアレイのマイクロレンズの離間距離のみが異なる。この構成においては、湾曲の異なる３つのレンズ・アレイによって画界全体の湾曲は平坦化されるが、個々のマイクロレンズの像面湾曲は平坦化されない。この構成の欠点は、多数のマイクロレンズを精密に製造し、３つの２次元湾曲面に正確に位置決めするために、多大な労力を要することと、装置全体がかさばった構造になることである。
【００１７】
平坦な画面の前方でレンチキュラ・アレイによって画像の３次元知覚を形成する観察装置が特許文献５に開示されている。これは、画像の空間的インタリーブ及び画像分離手段を伴う自動立体マルチビューディスプレイである。レンチキュラ・アレイの中心から両縁部に向かって対称に、レンチキュラ・アレイの厚さは水平方向に増加し、個々の円柱レンズのピッチは水平方向に減少する。この構成方法は更に画界全体を補正するが、光学的誤差により決定されるレンチキュラ・アレイの個々の円柱レンズの光学的影響は補正されない。従って、この方法は本出願との関連において不適切である。
【特許文献１】国際公開特許第ＷＯ０３／０９０４７９号
【特許文献２】米国特許第６７２１１０１Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許第６３３９５０６Ｂ１号公報
【特許文献４】欧州特許第１００５６６６Ａ１号公報
【特許文献５】欧州特許第０４０４２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、光学結像エレメントの結像マトリクスを含む画像表示装置によって、大きな観察角度に起因して起こる個々の結像エレメントの像面湾曲により発生する、上述の種類の光学装置における光学的誤差を減少することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
補正は、最小限の光学手段のみを利用するべきであり、画像観察装置の構造を可能な限り平坦に維持するべきであり、結像マトリクス製造技術に最適に適合されなければならない。
【００２０】
本発明は、スイートスポット装置を有する画像表示装置において、周知の像面湾曲が部分画像の間で相当なレベルのクロストークを引き起こし、画像表示の不均一性を発生させるという発見に基づく。
【００２１】
本発明は、複数の光学結像エレメントを有する結像マトリクス及びオブジェクト平面内の多数の点エレメントを含み、前記点エレメントが結像エレメントにより観察空間の中へ投影される画像表示装置に基づく。
【００２２】
本発明によれば、多数の光学補正エレメントを備える補正マトリクスを介して、結像マトリクスの像面湾曲によって起こる悪影響を補償することにより問題は解決される。光学結像エレメントの各々に１つの光学補正エレメントが割当てられる。
【００２３】
補正マトリクスは、画像エレメントへの割当て（又はそのピッチ）と、対応する結像エレメントの像面湾曲により決定される補正エレメントの形状と、により決定される構造を有する。
【００２４】
本発明の利点は、照明マトリクス及び画像マトリクスの構造とは関係なく、投影エレメント及び補正エレメントの形状及びピッチのみが整合されることである。これにより、既存の結像マトリクス構造に対して表示装置を製造する場合に、適合の必要なく種々の画像マトリクス構造及び照明マトリクス構造を使用することが可能になる。
【００２５】
像面湾曲を補正するために、結像マトリクスの光路に単一の補正マトリクスが配置されるのが好ましい。
【００２６】
点エレメントの結像の際の屈折率の急変による外乱反射の発生を回避するために、光路における補正マトリクスの位置に従って、補正マトリクスの屈折率は隣接する媒体の屈折率と整合される。
【００２７】
有向バックライトを有する自動立体マルチユーザディスプレイとしての本発明の好適な一実施形態においては、マトリクスの形態で配列された点エレメントは、照明マトリクスの制御可能な照明エレメントであり、それらの照明エレメントは、結像マトリクスを介して少なくとも１人の観察者の両目に投影される。
【００２８】
照明マトリクスは、ＬＥＤ又はＯＬＥＤなどの能動照明エレメント、並びに照明ＬＣディスプレイの画素又は部分画素などの受動照明エレメントを含んでもよい。制御可能な照明エレメントは、例えば、シャッタの任意に規定された数の開口部であってもよく、各開口部は結像マトリクス及び補正マトリクスの１つのエレメントにそれぞれ割当てられる。すなわち、各結像エレメント及び各補正エレメントは、照明マトリクスの割当てられた数の画素を観察空間内へそれぞれ投影する。
【００２９】
例えば、結像マトリクスが平行に配列された凸形レンチキュラのレンチキュラ・アレイである場合、補正マトリクスは平行な凹形レンチキュラのレンチキュラ・アレイである。補正マトリクスは、照明マトリクスの付近に配置されるか又は平坦な面によって照明マトリクスに結合されるのが好ましい。
【００３０】
ディスプレイにおける補正マトリクスの別の実施形態においては、前記補正マトリクスは結像マトリクスに非常に近接して配置される。その場合、補正マトリクスは、平行に配列された複数の凸形補正エレメントのレンチキュラ・アレイとして形成され、前記レンチキュラ・アレイの平坦な面は、結像マトリクスとして機能するレンチキュラ・アレイに結合される。補正マトリクスのこれら２つの実施形態は、自動立体ディスプレイの非常に平坦な構造を維持できるという利点を有する。補正マトリクス及び結像マトリクスを可能な限り安価に製造するために、補正マトリクスの製造工程は結像マトリクスの製造工程と最適に適合する必要がある。従って、それら２つのマトリクスに対して同一の最適な製造条件を設定可能であり、誤差を発生する原因となりうるものを回避できる。
【００３１】
別の実施形態においては、補正マトリクスの平坦な面は薄いキャリア板に装着され、このユニットは、別個の部品として照明マトリクスと結像マトリクスとの間に配置される。
【００３２】
照明マトリクスを有する画像表示装置の好適な一実施形態においては、補正マトリクスは可変光学パラメータを有する。これにより、複数の部分の液体レンズを利用して、投影マトリクスと補正マトリクスとの組合せ構造を実現できる。
【００３３】
本発明の更に別の実施形態においては、オブジェクト平面における点エレメントはマルチビューディスプレイの画像エレメントであってもよく、画像マトリクスは画像又は映像の少なくとも２つのビューを含むことができる。
【００３４】
この場合、補正マトリクスは結像マトリクスと画像マトリクスとの間に配置されるのが好適である。
【００３５】
使用される照明マトリクス又は画像マトリクスの表面を構造化することにより、補正マトリクスの製造工程を技術的に容易にできる。この構造の形状は、補正される結像マトリクスの像面湾曲の形状により規定される。
【００３６】
本発明は、観察ゾーンが広く、立体画像又は立体画像シーケンスの照明がより均一で、また画質が改善された自動立体ディスプレイを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
次に、実施形態によって本発明を説明する。
【００３８】
以下に、結像マトリクスによる点エレメントの投影中の本発明による補正マトリクスの効果を更に詳細に説明する。
【００３９】
結像マトリクスは、例えば、ストライプ又はレンズの形態の複数の結像エレメントから構成される。照明マトリクスは多数の照明エレメントから構成される。
【００４０】
図１は、自動立体マルチユーザディスプレイにおいて像面湾曲がもたらす影響を単純化した形で示している。像面湾曲は、傾斜した光線の後方焦点が実際にたどる経路を表し、結像マトリクスの１つの結像エレメントを介する照明エレメントの投影中に生じる。照明マトリクス（一部のみが図示される）、例えばシャッタ２は、照明エレメントとして多数の画素１を含む。観察者の目に光を集束するための結像エレメントとして複数の平行なストライプ形のレンチキュラ３１を含むレンチキュラ・アレイの形態をとる結像マトリクスは、光伝播の方向に見て照明マトリクスの背後に配置される。図には１つのレンチキュラ３１のみを示している。像面湾曲６は点線により表されており、レンチキュラの光軸に対して等距離だが逆方向に位置する２つの画素に対して、狭い投影光線束がそれぞれ示される。図１の詳細図は、像面湾曲６の影響により、平行光線の１つの束８の焦点がシャッタ平面の前方の曲線上に位置することを示している。これは、投影される全ての光線束に当てはまる現象である。光線の入射角が大きくなるにつれて、後方焦点が照明マトリクスから離れ、レンチキュラ３１に向かって移動する。これは、焦点の変位によって、シャッタ平面における画素１が平行光線束８を通して所期の通りに投影されないことを意味する。投影される画素１は焦点距離の２倍の範囲内に位置するので、光はコリメート光線の形ではレンチキュラ・アレイの画像側から射出しなくなり、入射角が大きくなるのに応じて、レンチキュラ・アレイに向かって集束される。これに対し、近軸光線はコリメート光線としてレンチキュラから射出する。スイートスポット範囲は、画素の大きさ及び観察者の距離により規定される。図１の光線束８の場合、観察者の前方で光線束が十分に集束されるまで、スイートスポットの範囲は観察者のレベルで縮小し、その後、角度が十分に大きくなると、直ちに観察者の他方の目に入射するように再び更に発散する。その結果、クロストークが発生する。観察者が中心位置から離れるほど、この光学的誤差の影響は顕著になる。照明エレメントの結像に誤差が生じることにより、観察ウィンドウの縁部に向かってぶれ及び他の悪影響が起こる。
【００４１】
それらの欠陥はマルチユーザディスプレイで観察されるばかりでなく、大きな観察角度又は多重ビューを実現する場合にマルチビューディスプレイ及び大画面ディスプレイにおいても観察される。
【００４２】
図１の詳細図は、湾曲した焦点面に対する画素１のずれを示している。この場合、光線はレンチキュラを一度通過した後に収束し、その後、最終的には観察平面において発散する。観察者は所定の位置にいるため、レンチキュラ３１の全ての光線はこの角度をとり、その結果、上述のような発散が起こる。全てのレンチキュラに対して、従って、スイートスポット装置全体に対して、これは透過画像マトリクスの不均一な照明及びクロストークをもたらす。観察者は、上述の外乱を伴って画像又は映像を知覚する。複数の観察者により観察されるディスプレイの場合、観察者は画像マトリクスの前方の様々に異なる位置にいるため、外乱は特に悪影響を及ぼす。観察者の位置は位置検出器により判定される。位置検出器は、スイートスポット装置に観察者の各々の目に向けて光線束を拡張スイートスポットの形態で出射する。スイートスポット装置は照明マトリクスと、光伝播の方向に見て照明マトリクスの背後に配置された結像マトリクスとを備える。スイートスポットは、クロストークを伴わない立体視の領域として定義され、スイートスポットを生成する光線束は、スイートスポット装置の背後に配置された画像マトリクスを均一に透過する。光は、画像マトリクスにおいて右側画像情報及び左側画像情報によって交互に変調され、それにより、２Ｄモード又は３Ｄモードによる選択的な観察が可能になる。スイートスポットが拡張されているため、観察者は、立体視の印象を損うことなく観察者の位置の周囲のある特定の範囲内の運動を認識できる。観察者の位置に応じて、照明マトリクスの照明エレメント、すなわち画素１は光線束の光路に従って活性化される。１つの結像エレメントと関連して、任意の数の画素をあらかじめ判定できる。観察者が動くと、他の画素を活性化することにより、スイートスポットは追跡される。画素の位置が軸から離れるほど、像面湾曲によって起こる光線の発散は大きくなり、像面湾曲によりスイートスポットの照明は減少する。発散する光部分の相互作用によって、画質が劣化することに加え、画像マトリクスの照明は不均一であると知覚される。
【００４３】
図２は、レンチキュラ３１の光軸に沿った画素１の結像を示している。画素は近軸光線束を介してスイートスポット上に投影される。結像マトリクスは、垂直方向に配列された多数の平行なレンチキュラを有するレンチキュラ・アレイから構成されるが、図には１つのレンチキュラ３１のみを示している。１つのレンチキュラ３１にシャッタ２の任意の数の画素１が割当てられ、画素はそのレンチキュラの前方に配置される。投影される画素１は、ほぼレンチキュラ３１の焦点に配置され、平行光線の束８の形で観察空間（図示せず）内の観察者の右／左目に向けられる。
【００４４】
図３は、上述の問題を解決する本発明の一実施形態を示す。像面湾曲６（図１）を補正する補正エレメントを有する補正マトリクスはオブジェクト平面の付近に配置され、従って、シャッタ２の面上に配置される。複数の凹形球面レンチキュラ４１を含むレンチキュラ・アレイ４は、本実施形態において補正マトリクスとして使用されるが、図には１つのレンチキュラのみが示される。レンチキュラ・アレイ４のレンチキュラ４１の表面は、像面湾曲６によりあらかじめ決定された湾曲を示すため、結像マトリクスの像面湾曲が補償される。
【００４５】
更に、遠近法による短縮を考慮に入れて、レンチキュラ３１、４１の双方がほぼ同一のピッチを有し、また、各レンチキュラ３１が１つの補正レンチキュラ４１に厳密に対向するように、レンチキュラ・アレイは配置される。
【００４６】
本発明の１つの利点は、有向バックライトを伴う自動立体マルチユーザディスプレイにおいて、結像エレメントに関する画素の位置とは無関係に、シャッタ２の制御可能な画素１ごとにほぼ同一の平行光線の束８が実現されることである。
【００４７】
像面湾曲の周知の経路を側方に平坦化し、それにより、結像マトリクスの光学的誤差が補償されるように照明マトリクスの表面を構造化することによっても、本発明による像面湾曲の補償を実現できる。
【００４８】
補正マトリクスは、照明マトリクスと結像マトリクスとの間の任意の位置に配置することができる。補正マトリクスの構造は、実際の位置において像面湾曲に必要な補正によって決定される。
【００４９】
スイートスポット及び画像マトリクスの不均一な照明を同様にもたらす反射を抑制するために、補正マトリクスの屈折率を周囲媒体の屈折率に適合させることが有用である。この条件は、例えば、レンズ製造に使用されるプラスチック材料により満たされる。これにより、光路の境界面における望ましくない反射は回避される。照明マトリクスの表面と補正マトリクスの平坦な面とは、のり付けなどによって屈折率の変化を伴わずに接合されるのが好ましい。
【００５０】
補正アレイの他の実施形態は図４ａ及び図４ｂに示される。透明キャリア板７は、例えばポリマー鋳造により補正アレイ４、５のうちの一方又は両方に設けられ、別個の複合エレメントとして照明マトリクスと結像マトリクスとの間に配置される。２つの図において、矢印は光の入射方向を示す。像面湾曲を補正するために、構成要素７及び４を備える複合エレメントは、そのキャリア板側が照明マトリクスに非常に近接して配置される。しかし、構成要素７及び５を備える複合エレメントも補正のために使用されてもよい。この目的のために、複合エレメントは、そのキャリア板側が結像マトリクスに非常に近接するように配置される必要がある。この複合エレメントは高い形状強度を示す。複合エレメントは処理しやすいため、製造及び組立てを効率よく、また高い信頼性をもって実行できる。
【００５１】
本発明の重要な適用分野はマルチビュー立体ディスプレイである。このディスプレイは、扇形に空間の中に向かって投影する様々に異なる角度から撮影されたフィルム上のハードコピー又は他の任意のデータキャリアのマルチプルビューを含む広告目的で使用される場合が多い。この場合、照明は透過照明又は反射照明のいずれであってもよい。
【００５２】
本発明の更に別の実施形態によれば、個々のレンチキュラ３１に対して補正エレメントとしてＧＲＩＮレンズを使用することは一般に可能である。ＧＲＩＮレンズは、媒体中の空間座標の関数として屈折率が連続的に変化することによってレンズ効果が得られるような材料から構成され、製造工程中に屈折率プロファイルを設定できることを特徴とする。これにより、妨害となる光学的誤差を初期段階から回避できる。ＧＲＩＮレンズは凸レンズ又は凹レンズの形状を有することができ、ストリップレンズの形態であってもよい。
【００５３】
可変焦点距離を有するいわゆる液体レンズのマトリクスを補正マトリクスとして使用することによっても、像面湾曲の問題を解決できる。液体レンズは少なくとも２つの構成要素から構成され、電圧が印加されると、焦点距離を連続的に変化する。ＧＲＩＮレンズに関して上述したように、レンズのパラメータを使用されるレンチキュラのパラメータに適合させることにより、像面湾曲及び他の収差を回避したり、あるいは少なくとも最小限に抑えることができるという利点がある。
【００５４】
本発明によれば、構造を可能な限り平坦に維持する一方で、最小限の光学手段を使用することにより像面湾曲が補正されるので、製造費用が少なくて済む。
【００５５】
別の利点は、補正マトリクスを結像マトリクスと共に同一又は類似の技術工程により製造できることである。有向バックライトを有する立体ディスプレイのための結像マトリクスとしてのレンチキュラ・アレイ、又はマルチビューディスプレイ、あるいは一般に大画面表示装置において結像機能を有するレンチキュラ・アレイと組合わせて本発明による補正マトリクスを使用することにより、画質向上を実現でき、有向バックライトを有する自動立体ディスプレイの場合には、２Ｄ観察及び３Ｄ観察に際して不変の輝度で情報伝達パネルを更に均一に照明できる。
【００５６】
本発明に従って像面湾曲が補正されるため、マルチユーザディスプレイにおける照明マトリクスの解像度能力が維持され、従って、制御可能な観察者位置の数は維持される。これは、検出される観察者位置ごとに最小限の数の照明エレメントが活性化されるだけでよく、それにより、スイートスポットを介して、観察者に割当てられた立体画像情報が観察者に提供されるためである。画素に関する利用可能な照明エレメントは全て別個に活性化できる。画像マトリクスの置換可能性は、補正マトリクスによる影響を全く受けない。
【００５７】
本発明の別の利点は、自動立体マルチユーザディスプレイの場合、任意の数の画素、更には相対的に多数の画素を組合わせて、１つのレンチキュラを介して投影できることである。これにより、レンチキュラの幅を比較的広くすることが可能になるので、製造許容差は従来ほど重大な要素ではなくなる。その結果、構造化レンチキュラ箔の製造コストは大幅に削減される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】レンチキュラ・アレイの１つのレンチキュラを介する投影中の２つの照明エレメントの光線束及び像面湾曲を示す平面図、並びに１つの光線束に対する像面湾曲の影響を示すための光路の詳細な図である。
【図２】近軸光線を利用するレンチキュラ・アレイの１つのレンチキュラを介する１つの画素の集束を示す平面図である。
【図３】照明マトリクス（全体は図示せず）のガラス面に直接装着された補正エレメントの一実施形態を示す平面図である。
【図４ａ】、
【図４ｂ】共に複合エレメントである本発明の更に別の２つの実施形態を示す斜視図である。
【図１】
2008529045.tif 000003
【図２】
2008529045.tif 000004
【図３】
2008529045.tif 000005
【図４ａ】
2008529045.tif 000006
【図４ｂ】
2008529045.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月9日(2006.8.9)
【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】
光学投影エレメントを有する結像マトリクスと、多数の点エレメントと、を有し、
前記点エレメントは、照明マトリクスの制御可能な照明エレメントであり、前記結像マトリクスの後方の焦点面に設けられ、
活性化された照明エレメントの光が、画像マトリクスを通過し平行な光線束を経由して、１つの結像エレメントにより、スイートスポット内の観察者の目に投影される、
スイートスポットを有する自動立体ディスプレイのための画像表示装置であって、
各結像エレメントに、前記結像エレメントの像面湾曲を補正する１つの一体の光学補正エレメントが割当てられ、
前記光学補正エレメントは補正マトリクスを形成し、
前記補正マトリクスの構造は、個々の前記結像エレメントの像面湾曲により予め決定される前記補正エレメントの形状と、前記補正エレメントのピッチとに由来する
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記照明マトリクスに可能な限り近接した投影光線の光路内に常に１つのみの補正マトリクスが配置される、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記結像マトリクスはレンチキュラ・アレイであり、
前記結像エレメントは、前記レンチキュラ・アレイと並行に配列された凸型レンチキュラ（３１）であり、
前記補正マトリクスは、互いに平行に配列された補正エレメント（４１／５１）のレンチキュラ・アレイ（４／５）である、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
屈折率の断絶を防ぐために、前記補正エレメントの屈折率は周囲媒体の屈折率に適合される、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記補正マトリクスの平坦な面は、前記照明マトリクスの表面と接続される、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記補正マトリクスは可変光学パラメータを有する、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記可変光学パラメータは焦点距離であり、
前記補正エレメントはレンチキュラ（３１）ごとに１つの液体レンズである、請求項６記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記照明エレメントはシャッタ（２）の制御可能な照明開口部であり、
前記照明開口部は、いかなる場合にも、レンチキュラ（３１）に対して機能ユニットを形成するために任意の定義された数で集約される、請求項１記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記補正マトリクスは、前記視界湾曲（６）を補正するための形状を有する構造となるように、前記照明マトリクスの表面を構造化することにより形成される、請求項１に記載の画像表示装置。
【国際調査報告】
2008529045.tif 000008
2008529045.tif 000009
2008529045.tif 000010
2008529045.tif 000011
2008529045.tif 000012
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