(57)【要約】  画素の複数領域が、パネルのアドレス周期の異なる期間において、制御された輝度および色のついた入射光によって照明される変調表示パネルの画素内照明を提供する方法およびシステムを開示する。上記のように構成することにより、パネルの物理的構造に固有の解像度を超えて、解像度を向上させることが可能であり、高解像度の２Ｄパネル、および、レンズアレイと組み合わせて使用することにより裸眼立体視に適した高解像度のパネルを提供することができる。例えば、全画素の左手側が、画像を形成する１番目のフレームで照明され、全画素の右手側が、さらなる画像を形成する２番目のフレームで照明されるとすると、これらの画像を組み合わせたものは、時間的に平均化されていると仮定して、元の２倍の解像度をもつ。時間を代償にする方法ではあるが、色および輝度の局所的な変化に対する目の許容性を考えれば、実際的なアドレス周期で実施可能である。【選択図】図７Ａ
2011508906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素内照明を用いて高解像度のディスプレイ表示をおこなう方法であって、
第１の時点において、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）変調パネル上の複数の第１の副画素領域を照明して第１の画像フレームを表示する段階と、
第２の時点において、前記液晶ディスプレイ上の複数の第２の副画素領域を照明して第２の画像フレームを表示する段階と
を備え、
前記第１および第２の副画素領域は、実質的に液晶ディスプレイ画素の非重複領域を含む方法。
【請求項２】
一つの副画素の大きさが、液晶ディスプレイパネルの個々の変調画素のいずれか一つよりも小さい請求項１に記載の方法。
【請求項３】
一つの副画素が、実質的に、液晶ディスプレイパネルの個々の変調画素のいずれか一つの半分の大きさである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の副画素領域は、垂直方向に前記液晶ディスプレイの画素列に配列されて、前記画素列の左半分を実質的に占める複数の副画素を含み、
前記第２の副画素領域は、垂直方向に前記液晶ディスプレイの前記画素列に配列されて、前記画素列の右半分を実質的に占める複数の副画素を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第３の時点に、前記液晶ディスプレイ変調パネル上の複数の第３の副画素領域を照明する段階をさらに備え、
前記第１、第２および第３の副画素領域は、実質的に液晶ディスプレイ画素の非重複領域を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の時点に、第１の組の光源を起動する段階と、
前記第１の組の光源からの光を光学的に複製する段階と、
前記光学的に複製した光を、前記複数の第１の副画素領域に向けて投影する段階とをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の時点に、第２の組の光源を起動する段階と、
前記第２の組の光源からの光を光学的に複製する段階と、
前記光学的に複製した光を、前記複数の第２の副画素領域に向けて投影する段階とをさらに備える請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の組の光源および前記第２の組の光源は、赤、緑および青の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
各副画素領域は、赤色、青色または緑色の光のいずれかによって照らされ、各副画素領域において前記赤色の光、前記青色の光および前記緑色の光が時間的に循環して前記副画素の照明がおこなわれ、均一で空間的に平均化された白色光の照明を前記液晶ディスプレイに提供する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数のスクロール帯状領域を通じてスクロールすることにより表示遷移期間を隠すスクロール段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
選択的に前記複数のスクロール帯状領域を照明して、前記液晶ディスプレイパネル変調のアドレッシングに同期した前記液晶ディスプレイパネルのスクロール照明をおこなう照明段階をさらに備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
角度的に分離され色のついたビーム状の赤、緑および青の光を、円筒状のレンズアレイに供給して、前記第１の副画素領域および前記第２の副画素領域のいずれか一つに前記光を向ける段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の副画素領域の照明は、左目に入射する第１の画像を照明し、前記第２の副画素領域の照明は、右目に入射する第２の画像を照明する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記光路において前記液晶ディスプレイ変調パネルの後に配置されるレンチキュラーアレイによって、前記第１の副画素領域からの光を前記左目に向け、前記第２の副画素領域からの光を前記右目に向ける段階をさらに備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
液晶ディスプレイパネルを照明する方法であって、
前記液晶ディスプレイパネルの画素は、左副画素および右副画素を含み、第１の組の副画素は実質的に複数の左副画素からなり、第２の組の副画素は実質的に複数の右副画素からなる前記液晶ディスプレイパネルを設ける段階と、
第１のスクロール帯状領域における前記複数の左副画素を照明する段階と、
第２のスクロール帯状領域における前記複数の左副画素を照明する段階と、
第１のスクロール帯状領域の前記複数の右副画素を照明する段階と、
第２のスクロール帯状領域の前記複数の右副画素を照明する段階と
を備える方法。
【請求項１６】
前記第１の組の副画素を照明する前記光は、第１の組の発光ダイオードから生じる光を含み、前記第２の組の副画素を照明する前記光は、第２の組の発光ダイオードから生じる光を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のスクロール帯状領域における前記第１の組の副画素は、第１の時間位相に照明され、前記第２のスクロール帯状領域における前記第１の組の副画素は、第２の時間位相に照明される請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の時間位相は、時間的に前記第１の時間位相の後に続いている請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の時間位相は、前記第１の時間位相と少なくとも一部重複する請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
第３のスクロール帯状領域における前記複数の左副画素を照明する段階と、
前記第３のスクロール帯状領域における前記複数の右副画素を照明する段階とをさらに備える請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のスクロール帯状領域と前記第２のスクロール帯状領域とが、前記液晶ディスプレイパネルのアドレス周期の異なる期間に照明される請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
第１の組の発光ダイオードから第１の光を発生させて、前記第１の光を、前記液晶ディスプレイパネルの前記複数の左副画素に向ける段階と、
第２の組の発光ダイオードから第２の光を発生させて、前記第２の光を、前記液晶ディスプレイパネルの前記複数の右副画素に向ける段階と
をさらに備え、
各副画素に入射する光は、赤色、緑色および青色の光のいずれかである請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の光を前記液晶ディスプレイパネルの前記複数の左副画素に向け、前記第２の光を前記液晶ディスプレイパネルの前記複数の右副画素に向ける円筒状のレンズアレイに、角度的に分離され色のついたビーム状の赤色、緑色および青色の光を供給する段階をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
選択的に前記複数のスクロール帯状領域を照明することは、前記液晶ディスプレイパネル変調のアドレッシングに同期した前記液晶ディスプレイパネルのスクロール照明を提供する請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
第１の組の発光ダイオードおよび第２の組の発光ダイオードのいずれかより発生する光線でレンチキュラーシートを一時的に照明することにより、前記複数のスクロール帯状領域が形成され、前記色のついた光線は、それぞれ異なる入射角を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の組の副画素の照明は、左目に入射する第１の画像を照明し、前記第２の組の副画素の照明は、右目に入射する第２の画像を照明する請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
前記液晶ディスプレイパネルより前に位置する拡散板において、光が結像する請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
液晶変調パネルと、
第１の光および第２の光を生成し時間的に変調される照明源エンジンと、
前記液晶変調パネルに隣接して設けられ、前記照明源エンジンからの前記第１の光を前記液晶変調パネルの複数の第１の副画素領域に向け、前記照明源エンジンからの前記第２の光を前記液晶変調パネルの複数の第２の副画素領域に向ける微小光学アレイサブシステムと
を備え、
前記複数の第１の副画素領域および前記複数の第２の副画素領域は、実質的に液晶ディスプレイ画素の非重複領域を含む直視型視覚表示装置。
【請求項２９】
前記第１の光を前記液晶変調パネルの前記複数の第１の副画素領域に向け、前記第２の光を前記液晶変調パネルの前記複数の第２の副画素領域に向ける円筒状のレンズアレイをさらに備える請求項２８に記載の直視型視覚表示装置。
【請求項３０】
前記第１の光および前記第２の光を供給する前記照明源エンジンを駆動する制御装置をさらに備える請求項２８に記載の直視型視覚表示装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００７年１２月２０日出願の米国仮出願Ｎｏ．６１／０１５５６８号明細書、発明の名称「Ｉｎｔｒａ‐ｐｉｘｅｌ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ」に関連し、優先権を主張するものであり、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、２００８年１２月２０日（土）の翌開庁日に出願された。従って§ＭＰＥＰ２１３３に従った期日で出願がおこなわれている。
【技術分野】
【０００２】
表示装置は、大きく分類すると、光放射技術に基づくものと光変調技術に基づくものとがある。前者は、各画素において光を生成するが、後者は、表示パネルを照らす光を変調する。本発明は、概して、ディスプレイパネルを照らす光を変調する液晶ディスプレイに関し、特に、パネルを照明する光の空間的および時間的特性の制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の多くは、バックライトユニット（ＢＬＵ）からの均一で静的な白色光によって照明されている。バックライトユニットは、一般的に、光を拡散する導光板の端に設けられる冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）を、光源として備える。導光板に入射した光は、導光板表面の広範な領域から、（静的だが）空間的、スペクトル的、および角度的に優れた均一性をもって射出する。そして、各画素位置において、入射光の輝度を変調することにより、画像が表示される。各画素において、白色光の三原色（ＲＧＢ）成分のうちの二つをフィルターによって取り除くことにより、一色がつくられる。残りの二色の成分を独立して変調することにより、フルカラーの表示が可能となる。この方法では、利用可能な白色光のうちの３分の２がフィルターに吸収され無駄になってしまうので、非常に非効率である。
【０００４】
最近では、液晶ディスプレイパネルを照らすのにＬＥＤが使用されており、ＬＥＤには、長寿命、瞬時の点灯および水銀を使用していない等の利点がある。しかしながら、冷陰極蛍光ランプの分散した光に比べると、ＬＥＤの光は局在化しており、また本質的に色付いているという問題がある。ＬＥＤを使用して、広範な表示領域を白色光で照明するのは難しく、多くの場合、許容できない色の不均一性を呈する。このような問題を避けるため、光学検知によるフィードバックを利用するという高度な技術が用いられている。十分に制御をおこなうことができれば、ＬＥＤによる局所的照明でも表示を向上させることが可能であり、この場合、ディスプレイの異なる領域が、それぞれほぼ独立して照明されている。次に、スクロールおよび空間的減光がどのように実行されているかを述べる。スクロールは、モーションブラーを軽減する効果及びパネルの更新をより早くする効果があり、一方、空間的減光は、コントラストの高い映像の場合に、有効ビット深度を増やすことができるという効果がある。これらの技術は共に、実際の商品に実装されている（例えば、サムスン社のＬＣＤ、型番ＬＮ‐Ｔ４６８１Ｆ）。
【０００５】
局所的な照明に関するさらに高度な技術については、同一出願人による２００７年１１月２３日出願の米国出願Ｎｏ．１１／９４４５８３号明細書、発明の名称「Ｉｎｔｒａ‐ｐｉｘｅｌ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」に記載されており、前記出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。この特許出願では、レーザー状の照明源が、画素レベルで局在化されている照明を提供している。この方法は、明るいＬＥＤでも実現可能であり、この方法によれば、パネルの画素をそれぞれ赤、緑および青色に照明するので、画素の色フィルタリング、いわゆるカラーフィルターアレイ（ＣＦＡ）を設ける必要がない。このようにパッシブな方式ではあるが、現行の手法よりも高効率であり、その上、カラーフィルターアレイが必要ないことから、パネルのコストを下げることも可能である。
【０００６】
裸眼立体視液晶ディスプレイでは、液晶パネルの解像度への要求がある。これは、眼鏡がなくとも３Ｄ画像を見ることができる技術を採用した装置である。従来の裸眼立体視技術では、画素の各列を、片目ずつ、それぞれの方向にそらすことにより、本質的には垂直解像度を半分にして、片目ごとに固有の画像を提供している。正確にレンダリングされた画像をモニターに表示することにより脳をだまして、２Ｄの画像二枚を、一枚の３Ｄ画像であると思わせている。
【０００７】
通常、光をそれぞれの目の方向に向ける方法は二つあり、一つは視差バリアを利用する方法であり、もう一つは、レンチキュラーレンズを利用する方法である。次に説明する二つの図は、「左」および「右」の画素列からの光がどのように各目に届くかを示している。図１４は、視差バリア方式を描いたものであり、マスクまたは視差バリアが液晶ディスプレイを覆うように配置されており、画素列からの光を一列ごと交互に、それぞれの目の方向に向かわせている。視差バリア方式の表示装置では、光バリアが液晶層に構成され、電流が流れると完全に透明な層となって従来の２Ｄ表示の液晶ディスプレイとして機能するようになっているので、２Ｄモードと３Ｄモードとの切り替えを瞬時におこなうことが可能である。
【０００８】
図１５は、レンチキュラーレンズ方式を描いたものであり、円柱状のレンズのアレイが画素列からの光を一列ごと交互に、所定の視覚範囲の方向に向けることにより、最適な距離でそれぞれの目が異なる映像を受け取れるようになっている。図１６は、視差バリア方式およびレンチキュラーレンズ方式の両方を用いて、観察者が３Ｄ画像を見ることのできる領域が形成されており、この場合、画像を快適に見るためには、観察者の頭部がこの領域内に正しく配置されている必要がある様子を描いたものである。観察者の頭部が、この領域外に位置する場合には、二つの画像ストリームが共に片目に届くようになる、または視点位置が反転してしまうといった、不都合が生じる。
【０００９】
二つの画像間で水平解像度を分割することによって生じる従来の液晶パネルによる裸眼立体視ディスプレイの欠点は、３Ｄ画像を表示する際に液晶画面の水平解像度が事実上半分になってしまうということである。これは、画素の半分が右目の映像を表示するのに使用され、もう半分の画素が左目の映像を表示するのに使用されるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記及びその他の問題を鑑みてなされたものであり、入射光の二次元局所制御を利用することにより解像度を上げ、実効的な画素の形および位置に作用する方法およびシステムの実施形態を提供する。画面の解像度を上げ、有効画素の外形を小さくすることにより、２Ｄディスプレイおよび裸眼立体視３Ｄディスプレイの性能向上が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示は、構造化された光を有する変調ディスプレイパネルを範囲に含み、構造化された光は、輝度および色の両方における制御された時間的および空間的変化によって規定される。本開示は同一出願人による米国出願Ｎｏ．１１／９４４５８３号明細書（発明の名称「Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」、２００７年１１月２３日出願、参照によりここに引用される）で教示された局所色スクロール手法を拡張し改善するものであって、副画素の照明の時間的変化を提供する。しかしながら、本開示は、変調画素の一つの大きさよりも小さいスケールの空間変化についても考察し、米国出願Ｎｏ．１１／９４４５８３号明細書のような関連先行技術とは異なる特徴を備える。また、上記の構造化された光源によって、さらに、パネル解像度の向上、輝度プロファイルの調整、および有効画素位置の位置調整が可能となる。これらは全て、従来の２Ｄパネルを改善するのに有用であるが、最も本開示の照明手法が有益となるのは、おそらく、レンチキュラーを基本とする裸眼立体視ディスプレイである（例えば、Ｌ．ＬｉｐｔｏｎおよびＭ．Ｆｅｌｄｍａｎ著「Ａ  Ｎｅｗ  Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｔｈｅ  Ｓｙｎｔｈａｇｒａｍ（商標）」  Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ａｎｄ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅａｌｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＩＸ、  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ４６６０、２２９‐２３５ページ、２００２年、参照によりここに引用される）。
【００１２】
システムの実施形態は、通常、空間的および角度的に多重化された照明エンジンを使用したモノクロの直視型液晶ディスプレイパネルに、発した光が向かう時間的変調照明源を利用している。微小光学アレイサブシステムは、パネルに隣接して配置され、局所的および複製された照明を提供する。このシステムを、従来の液晶ディスプレイを照明するのに用いれば、より高い解像度のカラーディスプレイを実現することができる。レンズアレイをさらに組み込むことにより、特に画素を多く必要とし、３Ｄのために様々な視野角に対して複数の画像が提供される裸眼立体視システムを可能とする。
【００１３】
本開示は、画素内に、新たに「有効画素」または「副画素」を規定する照明領域を形成する機構を提供する。有効画素（または副画素）は、ディスプレイの「ブラックマトリクス」物理的外形よりも小さく設定され、その形および位置は光学照明サブシステムに基づいて決定される。全ての点を個々に操作すると、第２のパネルの情報が非常に複雑になることから、主要な実施形態では、パネルに隣接する光学アレイサブアセンブリ（ＯＡＳ）を設けて照明点の小さなサブアレイを複製することにより、この条件を回避している。また、製造が容易であり、アライメントも簡略化できることから、円筒状の微小光学アレイを使用するのが望ましい。円筒状のレンズ（あるいは、レンチキュラーアレイと一般的に呼ばれる）を使用すると、照明ラインが形成され、これは、最も単純な場合として、ＲＧＢの垂直カラーフィルターアレイの帯状パターンに近似することができる。
【００１４】
米国出願Ｎｏ．１１／９４４５８３号明細書が教示するところを拡張し、本明細書では各画素において、赤、緑および青色の光が交互に入れ替わっていく照明の時間的操作も含める。他の色順次方式とは異なり、局所的な色の操作によって、均一で空間的に平均化された白色光を提供することができ、ＤＬＰ技術を用いたフィールド順次方式のシステムで広く発生する「色割れ」の問題が起こらない。フィールド順次システムでは、画面を横断して見る場合のように眼の跳躍性運動があるとき、コントラストの高い白黒の画像に明るい虹色の光の反射が見えることがよくある。中程度のフレームレートでこの現象は顕著となり、５００Ｈｚを上回るフィールドレートに設定することによってのみ抑制可能である。スイッチングが速いＤＬＰ技術ではこのように設定することが可能であるが、スイッチングが遅い液晶ディスプレイでは不可能である。
【００１５】
上述したように、画素レベルで局所的色照明をおこなうには、光学的照明システムを使用する。米国出願Ｎｏ．１１／９４４５８３号明細書に記載された実施形態の一つには、角度的に分離され色のついた光線が円筒状のレンズアレイに入射され、色のついた帯状パターンが複製される。散乱機構および他の「制御されない」光学的効果は、回避される。米国出願Ｎｏ．１１／９４４５８３号明細書に教示される内容と共に本開示は、表示を改善する高度な空間、スペクトルおよび色の操作をおこない、照明を直視型液晶ディスプレイパネル（または均等物）に投影するシステムの類について述べる。これらの照明システムは、結像系に比べてシステム許容性が非常に高いので、背面投射型のシステムとは異なり、物理的に薄型のバックライトユニットに収めることが可能である。
【００１６】
照明光の角度的な広がりが、レンズ素子の開口数（ＮＡ）によって規定される広がりよりも小さいときに、複数の帯状パターンが、円筒状レンズアレイまたはレンチキュラーシートの焦点距離に形成される。すなわち、有効照明源の像である帯状パターンは、好ましくは、レンズ間の距離よりも狭くなっている。このようにして複製される各帯状パターンの形および大きさの調整を、照明の角度構成を変更することによりおこなうようにしてもよい。それぞれ異なる入射角を有し色の付いた光線でレンチキュラーシートを照明することにより、色の付いた帯状パターンを形成することが可能である。ただし、光線全体の角度の広がりは、レンズの開口数より小さくなるように設定される。
【００１７】
この方法によって形成される各帯状パターンの光の角度の違いがもたらす一つの結果として、観察位置の関数として表わされる観察者が見る輝度のばらつきが挙げられる。この望ましくない特性は、パネルの近くまたはパネル内部であって、実質的な画素面に、光学補正素子を導入することにより、補正することが可能である。このような光学素子としては、入力アレイと周期が一致している偏光保存屈折視野レンズアレイがある。簡単な例としては、１次元拡散層が挙げられる。現在のところ利用可能であるのは、従来の非光学的補正パネルのみであることから、当面は、パネル外部における光学補正技術を使用するのが望ましい。
【００１８】
非均一な視野を補正する最も簡単な方法としては、帯状パターンのサイズを小さくして、複数の帯状パターンを形成する光線間の角度差を小さくし、これら複数の帯状パターンをパネル外側の拡散板に結像させるという方法があり、レーザーや非常に小さく高出力のＬＥＤから発生する光のような、非常に高度にコリメートされた光線を使用することにより実現可能である。費用効率が高く、物理的に大きいＬＥＤを使用する場合には、他の手法が必要となる場合がある。他の方法の一つとして、パネルにおいてシステムをテレセントリックにすることにより、平行光がパネルを通過するように構成する方法がある。平行光の光線が、パネルのガラス基板（すなわち、画素面）に出現するまでの間に分離された状態で保たれれば、簡単な拡散板を使用しても最小限の角度変化で良好な視野角を提供することが可能である。これを実現する方法の一つとして、入力レンズアレイ正面の焦点距離に、開口アレイを導入する方法がある。しかしながら、この方法では、従来のＣＦＡシステムにおけるレベルに近いところまで光が減衰されてしまうので、効率面では得られる利点が少ないが、制御された副画素の照明における解像度を向上することは可能である。他の関連する方法としては、より多くのレンズ素子を利用して、テレセントリック開口を通して光を収束させることにより、効率を改善させる方法がある。この場合、パネルの後ろにレンズを追加して、画素の画像をリレーする。
【００１９】
もし、パネルの射出面において十分な拡散が許容されるのであれば、問題は、この面において局所照明の複数のビームが分離されるか否かという点に帰着する。上述したように、レーザーのような高輝度の光源であれば、通常の手法で分離可能である。一方、ＬＥＤのように輝度が高くない場合は、ビームが重なってしまう傾向がある。円筒状レンズシートを、二次元レンズアレイに置き換えることによって、ビームを垂直方向に分離させることができる。
【００２０】
上述した変調パネルを通して光を制御する方法は、本明細書の下記に述べる様々な実施形態の一部を構成する。
【００２１】
本開示は、時間的に変調され角度エンコードされた照明であって、変調パネルに隣接する微小光学レンズアレイに入射する照明を生成する実施形態を提供する。システム全体としては、（これに限定されないが）物理的に小さい照明エンジンにより全てのパッシブおよびアクティブ制御をおこなう投影光学系に適している。コリメートフレネルレンズがレンチキュラーシステムの直前に配置されている変調パネルに、この照明が投影され拡大される。照明エンジンは、フレネルレンズの焦点面に位置し、空間的輝度制御による角度エンコーディングを可能にする。したがって、照明エンジンの射出側に位置する拡張レンズに入射する光により、レンチキュラーアレイに入射する最終的な角度が決まる。時間的な角度変調の例の一つとしては、個別に設けられる複数の照明を所望に点灯または消灯して、この拡張レンズの異なる領域を照明するという方法がある。
【００２２】
角度エンコーディングの別な方法として、照明エンジンの射出側に偏向光学素子を使用する方法がある。例えば、米国出願Ｎｏ．１１／９４４５８３号明細書の教示するところによれば、機械的ミラーまたは液晶複屈折デバイスのかたちで、実現可能である。また、上記明細書の教示するところによれば、レンチキュラーアレイの圧電操作を利用して実現することもできる。この方法は、厳密には角度変調ではないが、局所照明を同様に動作させるものである。また、この方法によれば、上述の静的レンズの角度の問題も回避することができる。しかしながら、一般的に、機械的な手法は好まれない傾向があり、以下に例示する実施形態では、入射角を変調する手段として、光源アレイの時間変調を採用している。
【００２３】
より好ましい方法の基本概念は単純であるが、好ましくは、照明エンジンは効率を伴った均一性を備えるべきである。より明確には、光が、最小の損失で、パネルにおいて適合する均一で矩形の照明を形成ように構成すべきである。この設計上好ましい条件は、照明投影型パネルについても同様であり、光の損失を最小限に抑える技術を、関連するシステムに適用してもよい。特に、ライトパイプおよび一対のレンズアレイを、均一で矩形の光の区画を複数形成するのに使用することができ、これら光の区画はパネルにおいて組み合わされるが、それぞれ異なる入射角のセットを有する。以下に詳述する第１の実施形態は、このようなシステムの一例である。
【００２４】
上記で簡単に述べたが、パネルにおける帯状照明のパッシブおよびアクティブ制御は、パネルの全面が更新されることを前提としている。また、複数の画素で同時に異なる色の値を正確にスイッチングできることを前提としている。しかしながら、液晶ディスプレイの多くはスクロールの要領で更新をおこなっており、一つの固定された画像を見ることができる期間は存在しない。したがって、全体アドレッシング方式またはスクロール照明（例えば、２００７年１１月出願の米国仮出願Ｎｏ．６０／９７９３３０号明細書、発明の名称「Ｇｌｏｂａｌｌｙ  ｕｐｄａｔｅｄ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ」に開示されている、参照によりここに引用）のいずれかを導入する必要がある。スクロール照明方式は、カスタム照明エンジンに適用でき、液晶ディスプレイの駆動方法および場合によってはパネルの電子設計に変更を加える必要がないことから、スクロール照明の方が魅力的である。角度制御に関連する方法で、スクロールを照明エンジンに適用することができ、この場合、以下に記載する実施形態で説明されるように、射出瞳および視野面を別々に制御することが可能である。
【００２５】
また、ある実施形態においては、ディスプレイの大きさを最小限にするために、背面投射型テレビで実施されているのと同様、従来のミラーシステムを使用して投影された照明光を重ね合わせてもよい。多くのシステムの場合、この手法で十分対応可能である。ラップトップ型のディスプレイに利用される場合には、例えば、従来のミラーおよび／または曲面ミラー等の薄い光学システムを使用したより小型のシステムを提供してもよい。薄型のシステムを形成する他の魅力的な方法としては、薄いくさび型の誘電体に照明光を投射するというものがある。
【００２６】
パネルのアドレス周期の異なる期間に、制御された輝度および色をもった入射光が一つの画素の複数領域に供給される副画素照明に、上記の技術が採用されている。このように構成することにより、パネルの物理構造に固有の解像度を超えて、解像度を向上させることが可能となる。例えば、全ての画素の左手側が、画像を形成する１番目のフレームで照明され、全ての画素の右手側が、さらなる画像を形成する２番目のフレームで照明されるとすると、これらの画像を組み合わせたものは、時間的に平均化されていると仮定して、元の２倍の解像度をもつ。この照明方法は、無論、時間を代償にしているが、色および輝度の局所的な変化に対して目がもつ許容性を考えれば、実際のアドレス周期で実施可能である。
【００２７】
さらに解像度を上げる要素としては、照明光を、所望のプロファイルで制御された位置に配置する能力が挙げられる。照明エンジンは、照明スポットのプロファイルを決定する角度プロファイルを提供し、レンズアレイシステムは、画素内またはパネルの偏光板面における照明位置を決定するようにしてもよい。裸眼立体視システムの場合、サンプリングがおこなわれるシステム、すなわち、画素分解された画像をサブサンプリングする、あるいはディスプレイ自体を光学的にサブサンプリングするいずれの場合においても、照明スポット間の非照明領域が最小となる非矩形のサンプリングアレイを形成するので、エイリアシング効果を回避することができ、またモアレ干渉の形で発生するパターンノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示による画素内照明システムを構成する複数のサブシステムを概略的に示した図である。
【００２９】
【図２】本開示の第１実施形態によるパネルをベースとした光学アレイサブシステム（ＯＡＳ）の概略斜視図である。
【図２Ａ】本開示の第１実施形態による光学アレイサブシステムを上方から見たときの概略図である。
【００３０】
【図３】本開示による第１の構成例における光学アレイサブシステムの光線追跡を概略的に描いた図である。
【００３１】
【図４】本開示による第２の構成例における光学アレイサブシステムの光線追跡を概略的に描いた図である。
【００３２】
【図５】本開示の第１の実施形態による照明エンジンの例を概略的に示した図である。
【００３３】
【図６】本開示の第１の実施形態による表示装置システムの例を概略的に示した図である。
【００３４】
【図７Ａ】本開示による画素内照明システムの時間的な動作を概略的に示した図である。
【図７Ｂ】本開示による画素内照明システムの時間的な動作を概略的に示した図である。
【図７Ｃ】本開示による画素内照明システムの時間的な動作を概略的に示した図である。
【図７Ｄ】本開示による画素内照明システムの時間的な動作を概略的に示した図である。
【００３５】
【図８Ａ】本開示による６つのアドレスフレーム含む一連の照明サイクルの例を概略的に示した図である。
【００３６】
【図８Ｂ】従来のカラーフィルターアレイ技術を使用した従来の液晶ディスプレイの画素の大きさと比較したときに、本開示の方法によれば、有効画素の大きさが６分の１となる様子を概略的に描いた図である。
【００３７】
【図９】本開示の第２の実施形態における光学アレイサブシステムの光線追跡を概略的に描いた側面図である。
【００３８】
【図１０】例えば、レーザー光源のような高度にコリメートされた照明を備えた本開示の第３の実施形態における光学アレイサブシステムの光線追跡を、概略的に描いた側面図である。
【００３９】
【図１１】画素面における複数の照明区画が外側の拡散面にリレーされる本開示の第４の実施形態における光学アレイサブシステムの光線追跡を、概略的に描いた側面図である。
【００４０】
【図１２】ライトパイプの替わりにレンズアレイを採用した照明エンジンの本開示の実施形態による第２の例を概略的に示した図である。
【００４１】
【図１３】高解像度を達成し、パターンノイズを低減するために、本開示による画素内照明の液晶ディスプレイを採用した裸眼立体視システムの例を概略的に示した図である。
【００４２】
【図１４】裸眼立体視ディスプレイの視差バリア方式を概略的に描いた図である。
【００４３】
【図１５】裸眼立体視ディスプレイのレンチキュラーレンズ方式を概略的に描いた図である。
【００４４】
【図１６】視差バリア方式およびレンチキュラーレンズ方式の両方を用いて、観察者が３Ｄ画像を見ることができる領域を形成し、この場合、画像を不都合なく見るためには、観察者の頭部がこの領域内に正しく配置されている必要がある様子を概略的に描いた図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、画素内照明システム１００構成する複数のサブシステムを示している。画素内照明システム１００は、照明エンジン１０２、折り返しミラーサブシステム１０４、パネルをベースとした光学アレイサブシステム（ＯＡＳ）１０６、および変調パネル１０８を含む。通常、照明エンジン１０２からの光は、折り返しミラーサブシステム１０４を通じて、パネルをベースとした光学アレイサブシステム１０６に向かう方向に向けられる。次いで、光は、変調パネル１０８に向かう方向に向けられる。画素内照明システム１００のある実施形態では、照明エンジン１０２からの光を、間に位置する折り返しミラーサブシステム１０４を通さずに、直接、光学アレイサブシステム１０６に向かわせるようにしてもよい。
【００４６】
図２は、パネルをベースとした光学アレイサブシステム（ＯＡＳ）２００の斜視図であり、図２Ａは、光学アレイサブシステム２００を上方から見たときの概略図である。パネルをベースとした光学アレイサブシステム２００の第１の実施形態は、コリメートフレネルレンズ２０２、垂直方向に延びる帯状の直線開口アレイ２０４、および垂直方向に延びる帯状のレンズ（円筒状のもしくはレンチキュラー状の）アレイ２０６を含む。また、射出光拡散板２１０を使用して、光を発散させて、均一な視野が得られるようにしている。
【００４７】
フレネルレンズ２０２は、照明エンジンの射出瞳から焦点距離分離れた位置に設けられ、本実施例では、結合レンズ面（例えば、結合レンズ５１８は図５に示されている）である。したがって、フレネルレンズ２０２への入射光は、射出瞳内の照明の程度に依存する少ない角度変化を有するコリメートされた光となっている。光学アレイサブシステム２００は、水平方向に角度の広がりを取り入れており、結合レンズに入射する光源アレイからの光を物理的補償していることに相当する。
【００４８】
開口アレイ２０４は、レンチキュラーレンズアレイ２０６に合ったピッチで設けられる複数の垂直方向の黒い線を有し、レンチキュラーレンズアレイから一焦点距離分、離されて配置される。また、ある実施形態においては、上記ピッチを、パネルの画素（ピクセル）のピッチの三倍とすることもでき、この場合、それぞれ独立して変調可能なＲ、Ｇ、Ｂの照明ラインを設けることができる。位置合わせの目的から、開口アレイ２０４とレンズアレイ２０６とを同一基板の対向する面に設けるようにしてもよい。レンズアレイ２０６のレンズ素子から一焦点距離分はなされた位置では、開口２１２は、過剰に照明されており、レンズアレイ２０６のレンズ素子による口径食が実質的にない場合には、開口２１２の位置によってテレセントリック性が決まってしまう。これを避けるため、開口２１２は、透過光の角度の広がりによって決定されるある程度の大きさを有することが望ましい。通常、開口２１２は、レンズアレイ２０６のレンズ素子のレンズピッチの３Ｎ分の１より僅かに小さい大きさとされ、ここでＮは、１画素あたりの照明領域の数である。このように小さい開口では、光学アレイサブシステム２００の効率が僅かに下がるが、Ｎ＝１の時のカラーフィルターアレイシステムほどではない。
【００４９】
照明システムが動作するとき、レンチキュラーレンズアレイ２０６の要素により、液晶表示パネル２０８における焦点面に、照明光が集められる。この焦点面と液晶表示パネル２０８の画素面とを一致させることにより、画素の物理的境界内に局所化された照明を形成することが可能となる。各副画素の照明領域は、アドレッシングされた画素の状態に応じて変調される。光拡散がこの面で行われる場合には、この高解像度の照明パターンを、観察者が見ることとなる。従来の光不拡散パネルが使用されている場合、光は、拡散される前に、液晶表示パネル２０８の射出面まで伝播する。第１の実施形態では、上記のような所望の視野角を作り出す技術を使用している。
【００５０】
図３は、開口部を備えたテレセントリック光学系を提供する第１の構成例における、光学アレイサブシステム２００の光線追跡３００を概略的に描いたものである。光線追跡３００は、光が、開口２１２を通過する際の入射角によって、レンズ２０６の焦点面（この場合、画素面３０２）のいずれかの位置に分布してる様子を描いている。入射角のプロファイルを変更することにより、画素の照明区画を調整することが可能である。この実施例の場合、開口２１２は、およそ７０ミクロン、また、レンチキュラーレンズアレイ２０６における各レンチキュラーレンズのレンズ表面のｒ値は、０．６ｍｍである。
【００５１】
図４は、第２の構成例における光学アレイサブシステム２００の光線追跡４００を概略的に描いたものである。図４には、有効照明範囲を制御する他の手法として、レンズ２０６の焦点面４０２を、拡散射出面４０４に近づける方向に動かす様子が描かれている。適切な角度プロファイルエンコーディングおよび微小光学設計により、画素面４１０上に、輪郭が柔らかく、周囲を囲む非照明領域が最小限に抑えられ、かつ正方格子状に配置されない現実的な複数の照明区画を設けることが可能である。正方格子状に配置しないようにするには、レンチキュラーレンズアレイ２０６および開口アレイ２０４を垂直方向に対して傾けることにより実現できる。上記のように改良することにより、生成される２Ｄ画像を改善することができ、また裸眼立体視システムに適用した場合には、モアレ縞の発生を抑制することができる。
【００５２】
図５は、第１の実施形態による照明エンジン５００の例を概略的に示している。通常、照明エンジン５００は、Ｍ×３Ｎの二次元ソースアレイ５１０を備え、各ソースは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の光を射出可能に構成されている。ここで、ＭおよびＮは整数値であり、Ｍはスクロール帯状領域の数、Ｎは表示システムにおける副画素照明領域のセットの数を表す。図５に示す例は、Ｎ＝２、Ｍ＝３の場合であり、３つの帯がスクロールされるシステムであって、それぞれ複製された垂直方向照明ラインが６つ配置されている。実際には、二次元ソースアレイ５１０の光源ソースは、ＬＥＤパッケージ５１２（例えばオスラム（ＯＳＲＡＭ）社のＯＳＴＡＲパッケージ）であってもよく、パッケージはそれぞれ個別のＲＧＢ発光素子を有する。あるいは、光学的に重ね合わされた色のついた光源を使用することもでき、この場合、個々の光源のエテンデューを保存することによりシステムの効率を改善することが可能である。
【００５３】
各光源５１２はそれぞれ直接、導光体またはライトパイプ５１４と結合され、光が混合されるようになっている。導光体５１４から射出する光は均一であり、入射側光源パッケージのＬＥＤ各色を個別に変調することにより、色を操作することができる。ライトパイプ５１４は、垂直方向にグループ化され、最終的な液晶表示パネルに適応した大きさをもつ結合出力射出面を形成する。これら個別に設けられた射出面の画像は、グループ化されたライトパイプ５１４の出力から焦点距離離れた位置にそれぞれ配置される結像レンズ５１６のアレイにより、無限遠にて結像される。複製されるシステム間の横方向のスペースは画像の無限遠での大きさに比べれば十分無視できるので、画像のレンズ５１６からの画像は、無限遠にて有効に重ね合わせられる。
【００５４】
組み合わせレンズ５１８は、結像レンズ５１６からの結合された画像を、その焦点距離に位置する面上に分布させる。結合された照明区画の倍率は、結合レンズ５１８と結像レンズ５１６との焦点距離の比に、比例する。
【００５５】
Ｍ×３Ｎのアレイの中の一つの光源（例えば、ＬＥＤ）５１２を点灯することにより、パネルの一つのスクロール帯状領域を、ある照明角度のセットで照明することができる。アレイにおける光源（例えば、ＬＥＤ）５１２の垂直方向の位置は、液晶表示パネルの対応するスクロール帯状領域に分布し、アレイにおける光源の水平方向の位置は、光学アレイサブシステム２００のフレネルレンズを光が射出する角度を決定する。帯状照明の位置によって、スクロール帯状領域（垂直スクロール）を利用したスクロールが可能となり、ひいてはパネルの有効更新速度を上げることができる。以下、システムの動作全てを説明したのち、上記の事項が明らかとなる。
【００５６】
図６は、表示装置システム６００の例を概略的に示したものである。表示装置システム６００は、照明エンジン６０２を備え、折り返しミラーシステム（ＦＭＳ）６０４を利用して照明エンジン６０２から拡散する光を表示パネル６０６の方向に向けることにより、システムの大きさを抑えている。照明エンジン６０２から表示パネル６０６へと光を伝播させるシステムのサイズを小さく抑えるために、様々なミラーの構造を、折り返しミラーシステム６０４に採用可能であることは明らかである。
【００５７】
図７Ａ〜図７Ｄは、画素内照明システム７００の時間的な動作を概略的に示した図である。図６に示された折り返しミラーシステム６０２は、ある実施形態において動作可能であるが、ここでは、説明をより明確にする目的から、省略されている。
【００５８】
図７Ａは、第１のフレームの間に、第１のスクロール帯状領域を照明する画素内照明システム７００の動作を概略的に示している。ここで、ある照明状態における各画素の変調値は、従来のライン毎のアクティブマトリクス方式により、カレントアドレス線７０５にアドレスされる。液晶（ＬＣ）は、有限の時間内に、アドレッシング期間に画素に蓄積された電荷量に応じた所望の状態に落ち着き、安定領域７０２が形成される。液晶が落ち着くのにかかる時間は、カレントアドレス線７０５の直前に位置し、液晶の状態がまだ決まっていない非安定液晶領域７０３と関係している。非安定液晶領域７０３の上に位置する安定領域７０２では、液晶の状態は落ち着いている。安定領域７０２が実質的にスクロール帯状領域を満たした状態になる、本例の場合では、図７Ａに示されるスクロール帯状領域７０４内のパネル７１０の最初の三分の一部分が満たされた状態になると、照明エンジン（ＩＥ）７２０の下段に位置するＬＥＤ７２２が点灯し、第１のスクロール帯状領域７０４におけるパネル７１０の上部三分の一部分が照明される。その他のスクロール帯状領域は照明されず、液晶のアドレッシングおよび安定状態を効果的に隠す。本実施形態の例では、照明エンジン（ＩＥ）７２０の下段７２２のＬＥＤソースに対応して照明状態をつくりだす三つの照明角度セットがあり、パネルの画素面に位置する複数の局所照明帯７３０を形成している。ここでは、二つおきに位置する画素の右側を、青（Ｂ）７３２、緑（Ｇ）７３４、赤（Ｒ）７３６、青（Ｂ）７３２、・・・の帯となるように照明する。
【００５９】
図７Ｂは、第１フレームの間に、第２のスクロール帯状領域７０６を照明する画素内照明システム７００の動作を概略的に示したものである。液晶のアドレッシングが開始し、パネルの第２番目の三分の一部分の液晶が安定した後、光源アレイの２番目のラインに対応する光源が点灯し、図７Ａに示される例の局所照明帯パターンと同じ照明パターンで、第２のスクロール帯状領域７０６が照明される。そして、第１のスクロール帯状領域７０４に対応するＬＥＤが消灯され、当該領域に位置する画素を次のフレームにおける変調値でアドレスする。ここで、液晶が安定するのにかかる時間は、フレーム周期の約三分の一と仮定している。この段階では、最後のラインがまだ安定状態になっていないので、第３のスクロール帯状領域を照明することができない。
【００６０】
図７Ｃは、第１フレーム間に第３のスクロール帯７０８領域を照明する画素内照明システム７００の動作を概略的に示したものである。ここでは、照明される領域７０８が、図７Ｂに示された照明領域７０６よりもさらに下に位置しており、図７Ａおよび図７Ｂに示された上記例と同様の局所照明帯パターンが使用されている。
【００６１】
図７Ｄは、第２フレーム（新しい照明フレーム）間に第１のスクロール帯状領域７０４を照明する画素内照明システム７００の動作を概略的に示したものである。ここで、第１のスクロール帯状領域７０４が照明されるが、Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ、・・・といった異なる局所照明パターンで、二つおきの画素の右側が照明される。したがって、帯状の照明が効果的に半画素分移動する。同様なアドレッシングおよび照明サイクルが、第２のフレームについてもおこなわれ、図７Ｄに示されるのと同じ局所照明帯パターンにより連続して液晶パネルを照明して、第２のスクロール帯状領域７０６および第３のスクロール帯状領域７０８が照明される。
【００６２】
以上例示された照明サイクルにより、第１の画像、例えば左目に対する画像、が照明することができることが明らかである。次に続く照明サイクルでは、第２の画像、例えば右目に対する画像が、照明される。このような機構で、左目の画像を、副画素または有効画素の左側によって構成するようにし、右目の画像を、副画素の左側によって構成するようにしてもよい。
【００６３】
図８Ａは、６つのアドレスフレーム８１０、８２０、８３０、８４０、８５０および８６０を含む一連の照明サイクル８００の例を、概略的に示した図である。図に示されるように、シーケンスサイクルは、フレーム８１０においては、Ｇ、Ｂ、Ｒ、・・・、Ｇ、Ｂ、Ｒ、フレーム８２０においては、Ｒ、Ｇ、Ｂ、・・・、Ｒ、Ｇ、Ｂ、と変化し、以下同様にフレーム８３０、８４０、８５０および８６０についても変化する。図８Ｂに概略的に示すように、上記方法によれば、有効画素の大きさ８８２は、従来のカラーフィルターアレイ技術による液晶表示をした場合の元の画素の大きさ８８０に比べて、６分の１となる。本発明の開示によれば、必要以上のフレームレートを再構成することなく、上記の照明スキームを実現することが可能である。限界解像度付近の局所レベルにおける色および輝度の時間的変化を、目は認識することができないことから、従来の技術に比べてアップデートが遅いという点は許容される。ＮＴＳＣ方式のテレビをインターレース方式でアップデートした場合を例示する。この例では、全ての奇数ラインと、全ての偶数ラインとが、交互に書き込みされることにより、３０分の１秒ごとに１枚の最大解像度の画像が生成される。したがって、所与の画素における局所的輝度は３０Ｈｚとなるが、全体的な強度は、フリッカーなしの６０Ｈｚで変化する。すなわち、全体をアップデートする周波数を、５０Ｈｚまでのフリッカー発生の境界値より大きく設定している限り、高解像度の画像が相対的に遅く形成することができる。
【００６４】
他の実施形態においては、三つのサブシステムの変形が含まれる。例えば、パネルベースの光学アレイサブシステムは、異なる形で実現することができる。例えば、マイクロレンズアレイの通常照明に近い状態をつくりだすために、フレネルレンズを、他の折り返しミラーシステムに適合した実効的に軸外しされたものに替えてもよい。
【００６５】
図９は、光学アレイサブシステム９００の他の実施形態における光線追跡を概略的に描いたものである。光学アレイサブシステム９００は、図２に示した第１実施形態の光学アレイサブシステム２００の他の実施形態である。光学アレイサブシステム９００では、集光レンズアレイ９０４の前に、もう一つのレンズセット、一組のレンズアレイ９０２（すなわち、第１のレンズアレイ９０６および第２のレンズアレイ９０８）を使用する。第１のレンズアレイ９０６と第２のレンズアレイ９０８とでは、焦点距離が一致しないが、集光レンズアレイ９０４に対するピッチは一致する。これらレンズを焦点距離の合計に等しい位置に設定して、これら一組のレンズによる角度変換によって、光がテレセントリック開口９０６を（ＬＥＤが十分に明るいと仮定して）最小の光損失で通過するように絞ることができる。
【００６６】
さらに他の実施形態では、レーザーや高輝度ＬＥＤのような非常に明るく高度にコリメートされたビームを形成する光源を利用することもできる。この場合、大幅な伸縮や横方向の変移なしに、個々の画素領域によって光を結像させることができる。また、簡単な構成の拡散板を射出パネル基板に配置することにより、適切な視野角で高解像度の画像を提供することができる。
【００６７】
図１０は、例えば、レーザー光源のような高度にコリメートされた照明を備えた第３の実施形態における光学アレイサブシステム１０００の光線追跡を、概略的に描いた側面図である。ここでは、レーザー光源からの光は、フレネルレンズ１００２を通過し、レンズ素子１００４に向かい、パネル１００８における画素面１００６で結像する。レーザーの光を画素の異なる面に向ける一連の動作は、図７Ａ〜図７Ｄで説明した方法と同様である。
【００６８】
図１１は、画素面における複数の照明区画が外側の拡散面にリレーされる第４の実施形態における光学アレイサブシステム１１００の光線追跡を、概略的に描いた側面図である。本実施形態では、パネルの後にアレイ状の複数のリレーレンズ素子１１１０が設けられる。これら複数のリレーレンズ素子１１１０は、パネル１１０８の画素面を、外側の拡散器またはコリメート光学系１１１２にリレーすることができる。光を画素の異なる面に向ける一連の動作は、図７Ａ〜図７Ｄで説明した方法と同様である。
【００６９】
照明エンジンの他の形態として、従来のプロジェクターにおける均質化システムと同様に、ライトパイプをレンズアレイで置き換えた場合を含み、いずれの方法も採用可能である。一般的に、上記手法では、角度変調および空間変調を、光学アレイサブアセンブリを通じて一次元的に分離したのち、すぐに結合する。例えば、図１２は、２Ｄレンズアレイ（ライトパイプの替わりに）を採用した照明エンジン１２００の実施例の第２の例を概略的に示したものである。照明エンジン１２００は、ＬＥＤの２Ｄ光源アレイ１２０２、２Ｄレンズアレイ１２０４、結像レンズ１２０６、及び結合レンズ１２０８を備える。２Ｄレンズアレイ１２０４と結像レンズ１２０６とは、これらの焦点距離分、離間して配置される。この実施例では、２Ｄ角度変調照明エンジンが使用される場合、垂直方向および水平方向に局所照明が分離される。そして、上記の第１実施形態のように、ＬＥＤの２Ｄ光源アレイ１２０２が角度的および空間的に照明を変調することができる。
【００７０】
回転プリズムのような機械的走査を使用して、スクロール動作を行ってもよく、例えば、投影エンジンおいて変調された光源を使用してスクロールをおこなうことにより局所照明変調を提供してもよい。（例えば、Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ｖｏｌ．２３、ｉｓｓｕｅ３、２００２年６月、９９‐１０８ページ、参照により本明細書に引用）。これらの実施形態は、一つのＲＧＢ光源パッケージで二次元機械的走査をおこなう場合も含むように適用してもよい。
【００７１】
光学的にコヒーレントなレーザー源の場合には、回折操作装置を利用して、関連する実施形態における上記の屈折による方法を補完してもよい。
【００７２】
折り返しミラーサブシステムは、第１のシステム実施形態の一つのミラーを使用する手法の延長として、一連の平面鏡を備えるようにしてもよい（例えば、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｖｏｌ．２３、Ｎｏ．１１、２００７年１１月、１８‐２３ページ、参照により本明細書に引用）が、特により薄型のシステムを目指す場合には、曲面鏡を利用した高度な手法を利用してもよい。曲面鏡は、キャビネットサイズを小さくするために投射型テレビ製品にすでに採用されており、軸外し結像要素としてみなすことができる（例えば、ＪＶＣのＲＰＴＶ型番ＨＤ‐５８Ｓ９９８およびＨＤ‐６５Ｓ９９８、参照により本明細書に引用）。
【００７３】
より複雑な折り返しミラーの実施形態では、くさび型導光体を採用してもよい。このような構造は、参照により本明細書に引用される米国特許Ｎｏ．６８７０６７１号明細書に、投影型表示システムの一部として提案されている。この手法を、照明システムの一部として実装すると、システムが拡散や歪みの問題に対する耐性をさらに備えることが可能であるという点で、より効果的であると言える。このようなシステムにおいても、軸外しエンジンやフレネルレンズを使用することが望ましい。
【００７４】
上記に開示される実施形態は、上記三つのサブシステムに対する様々なオプションのいずれか一つを組み合わせて、物理的画素配置以外で規定される有効画素構造を有する高解像度の２Ｄパネルを提供する。この超高解像度パネルを、２Ｄ画像の表示に用いることは、それ自体で魅力的であるが、特に裸眼立体視３Ｄシステムにおいて有用である。さらに、この表示装置の性質として、特に、レンチキュラーアレイを使用して角度依存性のある表示を提供する装置と互換性をもつ。
【００７５】
図１３は、局所的照明および高解像度の表示装置を採用した裸眼立体視システム１３００の例を概略的に示したものである。このような裸眼立体視システム１３００のひとつは、Ｓｔｅｒｅｏｇｒａｐｈｉｃｓ社によって開発されたＳｙｎｔｈａｇｒａｍ（例えば、Ｌ．ＬｉｐｔｏｎおよびＭ．Ｆｅｌｄｍａｎ著「Ａ  Ｎｅｗ  Ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｔｈｅ  Ｓｙｎｔｈａｇｒａｍ（商標）」  Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ａｎｄ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅａｌｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＩＸ、  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ４６６０、２２９‐２３５ページ、２００２年、参照）に用いられている技術と一致し、参照によりここに引用される。また、米国特許Ｎｏ．６０６４４２４号明細書も、参照によりここに引用される。ここでは、画素の角度選択をおこなうのに傾斜レンズを使用している。観察者には、任意の角度から見て、これらの画素が、レンズ素子の中心線の真後ろに位置するように見える。これら画素は、ディスプレイの全画素数のうち、ほんの一部分に対応しており、この一部分は、必要とされる画像の数に依存する。広範囲にわたって見渡すことが可能な立体視を実現するには、多くの画像を必要とするため、知覚解像度は、基礎となっている２Ｄパネルの解像度に比べて低く抑えられている。本明細書に開示される手法を用いて、すでに高解像度のパネルの解像度をさらに高めることにより、このような裸眼立体視システムの性能を大きく向上させることが可能である。
【００７６】
解像度を高めることができるという点は、レンチキュラーをベースとした裸眼立体視システムに好適であるが、有効画素の形および位置を調整可能であるという点が、より魅力的である。画面における色の変化や、視野角に応じて変化する全体輝度などのパターンに対する影響を最小限に抑えるように、レンズアレイ１３０２の設計を選択するようにしてもよい。従来の表示装置を使用した場合に、視野角に応じて変化する全体輝度の問題に対応した結果、望ましくないレンズの傾斜となってしまう場合がある。この種のパターンノイズは、通常の画素アレイのサブサンプリングの結果であり、モアレ干渉効果を引き起こす。有効画素アレイのサイズを小さくし、かつ有効画素アレイの鮮明度を下げると、シャープな輪郭と関連する高い空間周波数が抑制されて、上記の問題を低減する能力を向上させることができる。さらに、正方格子状以外の有効画素の配置によって、生成される画像から複数の垂直方向の黒い線を取り除くことが可能である。裸眼立体視システムにおいて、レンチキュラーレンズアレイ１３０２を傾ける一番の理由は、この複数の垂直方向の黒い線が結像されるのを防ぐことである。連続した複数の黒線がない場合は、垂直レンズを使用してもよい。垂直レンズによれば、観察者から見て、台形の画素領域ではなく矩形の画素領域が形成されるので、垂直レンズを使用するのが望ましい。矩形以外の形の画素領域では、文字や直線が分割されて見えてしまう。
【００７７】
上記に開示された原理に従う様々な実施形態が説明されたが、これらは例示するために示されたものであって、限定することを目的としたものではない。したがって、本発明の広さおよび範囲は上記に例示された実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲および本開示から発生する均等物によってのみ規定されるべきである。また、効果および特徴が上記実施形態で説明されたが、これらは、特許請求の範囲の適用を、上記効果の一つあるいは全てを達成するための工程および構造に限定するものではない。
【００７８】
明細書の各セクションの見出しは、３７ＣＦＲ１．７７の忠告に従い、本発明を組織立てて説明する目的で、付している。これらの見出しは、本開示から生じる特許請求の範囲に記載される発明を限定および特徴付けるものではない。特に、例として、見出しに「技術分野」とあるが、技術分野を説明するために上記で使用された言葉により、特許請求の範囲は限定されるべきではない。また、「背景技術」で記載された技術の説明は、ある技術が本開示における発明の先行技術であるということを承認していると解釈されるべきでない。また、「発明の概要」に記載された内容も、特許請求の範囲に記載される発明を特徴付けるものであるとみなされるべきでない。また、本開示において、「一つの発明」という言葉は、新規性が一点しかないということを論ずるために使用されるべきでない。本開示から生じる複数の特許請求の範囲の限定事項によって、複数の発明が記載され、このような特許請求の範囲は、発明およびその均等物を規定し、保護する。特許請求の範囲の広さは、本開示に照らし合わせて実態に基づいて考察されるべきであり、記載された見出しによって制限されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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