(57)【要約】  ビューの解像度を劣化させることなく改善された三次元効果をどのように提供するべきかという問題に対処する自動立体視表示装置が開示される。自動立体視表示装置は、表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段、画像形成手段に位置決めされて配置され、ビュー形成素子のアレイを持つビュー形成手段を有し、ビュー形成素子はそれぞれ、異なる方向でユーザの方へ投影される複数のビューに表示ピクセルのグループの出力を集中させるように設定可能であり、当該装置はさらに、ビュー形成手段に位置決めされて配置されるビュー偏向手段を有し、ビュー偏向手段は、複数のビューがユーザの方へ投影される方向を選択可能に変更するように配置される。ビュー偏向手段は、第１の偏光方向を持つ光に対する第１の屈折率及び第２の偏光方向を持つ光に対する第２の屈折率を持つ少なくとも一つの複屈折プリズムを含む。
2011502271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動立体視表示装置に用いられる配置であって、前記装置は、表示を生成するための表示ピクセルのアレイを含む画像形成手段を有し、前記配置は、
前記画像形成手段に位置決めされてビュー形成素子のアレイを持つビュー形成手段であって、異なる方向でユーザの方へ投影される複数のビューに前記表示ピクセルのグループの出力を集中させるように前記ビュー形成素子がそれぞれ設定可能であるビュー形成手段、及び
前記ビュー形成手段に位置決めされて配置されるビュー偏向手段を有し、前記ビュー偏向手段は、前記複数のビューがユーザの方へ投影される方向を選択可能に変更し、
前記ビュー偏向手段は、第１の偏光方向を持つ光に対する第１の屈折率及び第２の偏光方向を持つ光に対する第２の屈折率を持つ少なくとも一つの複屈折プリズムを有し、前記ビュー偏向手段はさらに、第１又は第２の偏光方向を持つ表示光を前記複屈折プリズムに提供するための、前記複屈折プリズムに位置決めされる偏光スイッチを有する配置。
【請求項２】
前記偏光スイッチが、伝播する光の偏光方向を第１の方向から第２の方向へ選択可能に変更する切り替え可能な偏光回転器を有する、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
前記切り替え可能な偏光回転器が透明電極間に配置される液晶材料を有する、請求項２に記載の配置。
【請求項４】
前記少なくとも一つの複屈折プリズムが、当該プリズムへと光を受け入れるための第１表面、及び、当該プリズムから出るように光を透過させるための第２表面を有し、当該プリズムの第１表面及び第２表面が鋭角を定める、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の配置。
【請求項５】
前記少なくとも一つの複屈折プリズムは、当該プリズムの第２表面に隣接して配置されるそれぞれの接続材料層を備える、請求項４に記載の配置。
【請求項６】
前記接続材料層は、それぞれの複屈折プリズムより光学的に等方性である、請求項５に記載の配置。
【請求項７】
前記接続材料層は、第１の偏光方向及び第２の偏光方向を持つ光に対して同じ屈折率を持ち、前記接続材料層の屈折率は、実質的に、第１の屈折率又は第２の屈折率のいずれかである、請求項５又は請求項６に記載の配置。
【請求項８】
前記接続材料層が第２のプリズムを定め、当該第２のプリズムが、前記複屈折プリズムの第２表面に隣接して設けられる第１表面、及び、前記複屈折プリズムの第１表面に平行に配置される第２表面を有する、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の配置。
【請求項９】
各々が鋸歯配置を持つ複屈折プリズム及び第２のプリズムのアレイを有する請求項８に記載の配置。
【請求項１０】
前記ビュー形成手段が、実質的に一定の角度で分離される方向に前記複数のビューを投影するように設定可能であり、前記ビュー偏向手段が、前記複数のビューが実質的に一定の角度で投影される方向を選択可能に変更する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の配置。
【請求項１１】
前記ビュー形成手段によって投影される複数のビューの間の角度が、前記複数のビューが前記ビュー偏向手段によって変更される角度の実質的に２倍である、請求項１０に記載の配置。
【請求項１２】
ビュー形成素子のアレイがレンチキュラレンズのアレイを有し、前記ビュー形成手段が、前記レンチキュラレンズの平面又は前記レンチキュラレンズの凸面に隣接して配置される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の配置。
【請求項１３】
表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段、及び
前記画像形成手段に位置決めされて設けられた請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の配置、
を有する自動立体視表示装置。
【請求項１４】
複数のビューのための表示データで前記画像形成手段を駆動し、異なる方向に前記複数のビューを投影するように前記ビュー偏向手段を制御する駆動手段をさらに有する、請求項１３に記載の自動立体視表示装置。
【請求項１５】
前記駆動手段が、第１及び第２の複数のビューのための表示データで前記画像形成手段を駆動し、第１及び第２の複数のビューを異なる方向に投影するように前記ビュー偏向手段を制御する、請求項１４に記載の自動立体視表示装置。
【請求項１６】
前記駆動手段が、
駆動サイクルの第１部分において、第１の複数のビューのための画像データの第１フレームで前記画像形成手段を駆動し、前記複数のビューが第１の複数の方向においてユーザの方へ投影されるように前記ビュー偏向手段を制御し、
駆動サイクルの第２部分において、第２の複数のビューのための画像データの第２フレームで前記画像形成手段を駆動し、前記複数のビューが、第１の複数の方向とは異なる第２の複数の方向においてユーザの方へ投影されるように前記ビュー偏向手段を制御する、
請求項１４に記載の自動立体視表示装置。
【請求項１７】
表示データの第１及び第２フレームが同一である、請求項１６に記載の自動立体視表示装置。
【請求項１８】
前記ビュー形成手段が、前記画像形成手段と前記ビュー偏向手段との間に配置され、前記ビュー形成手段と前記ビュー偏向手段との間の間隔Sdeflectionが、
2011502271.tif 000011
であり、m及びnは正の整数、Pは前記画像形成手段の水平反復ピッチ、Xshift, viewは連続するビューのXviewの値の間の差、Xviewはビューを生成する表示ピクセルの中央と関連するビュー形成素子の軸との間の水平距離、Slenticularは前記画像形成手段と前記ビュー形成手段との間の間隔である、請求項１３から請求項１７のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
【請求項１９】
前記ビュー形成手段が前記画像形成手段と前記ビュー偏向手段との間に配置され、前記画像形成手段と前記ビュー形成手段との間の間隔が、前記ビュー形成手段と前記ビュー偏向手段との間の間隔の２倍である、請求項１３から請求項１８のいずれか一項に記載の自動立体視表示装置。
【請求項２０】
請求項１３に記載の自動立体視表示装置を駆動する方法であって、
表示データで前記画像形成手段を駆動し、
前記ビュー形成手段により形成される前記複数のビューがユーザの方へ投影される方向を変更するように前記ビュー偏向手段を制御する方法。
【請求項２１】
プログラム可能装置が請求項２０に記載の方法を実行することを可能にするコンピュータプログラム。
【請求項２２】
請求項１３に記載の自動立体視表示装置のための駆動装置であって、
表示データで前記画像形成手段を駆動する駆動手段、及び
前記ビュー形成手段により形成される前記複数のビューがユーザの方へ投影される方向を変更するように前記ビュー偏向手段を制御する偏向制御部、
を有する駆動装置。
【請求項２３】
表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段、
前記画像形成手段上に位置決めされて配置され、ビュー形成素子のアレイを持つビュー形成手段であって、前記ビュー形成素子がそれぞれ、異なる方向においてユーザの方へ投影される複数のビューに前記表示ピクセルのグループの出力を集中させるように設定可能であるビュー形成手段、及び
前記ビュー形成手段上に位置決めされて配置され、前記複数のビューがユーザの方へ投影される方向を選択可能に変更するビュー偏向手段を有し、
前記ビュー形成手段と前記ビュー偏向手段との間の間隔Sdeflectionが、
2011502271.tif 000012
であり、m及びnは正の整数、Pは前記画像形成手段の水平反復ピッチ、Xshift, viewは連続するビューのXviewの値の間の差、Xviewはビューを生成する表示ピクセルの中央と関連するビュー形成素子の軸との間の水平距離、Slenticularは前記画像形成手段と前記ビュー形成手段との間の間隔である、自動立体視表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示ピクセルのアレイを持つ表示パネルのような画像形成手段及びビュー形成手段を有する自動立体視表示装置に関する。ビュー形成手段は、画像形成素子の上に配置されるレンズ形素子のアレイであることができ、それを通して表示ピクセルを見ることができる。本発明はさらに、自動立体視表示装置を駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の自動立体視表示装置は、GB2196166Aに記載されている。この既知の装置は、表示を生成する画像形成素子としての機能を果たす表示ピクセルのロウ及びカラムアレイを持つ二次元液晶ディスプレイパネルを含む。互いに平行して延在する細長いレンズ形素子のアレイが、表示ピクセルアレイの上に横たわり、ビュー形成素子としての機能を果たす。表示ピクセルは、ユーザすなわち観察者によって、これらのレンズ形素子を通して観察される。
【０００３】
レンズ形素子は、各々が細長い半円柱状のレンズ素子からなる素子のシートとして提供される。レンズ形素子は、表示パネルのカラム方向に延在し、各々のレンズ形素子は、表示ピクセルの二つ以上の隣接したカラムからなるそれぞれのグループの上に横たわる。
【０００４】
例えば、各々のレンチキュラが表示ピクセルの二つのカラムに関連付けられる配置において、各々のカラム中の表示ピクセルは、それぞれの二次元副画像の垂直スライスを提供する。レンチキュラシートは、これらの二つのスライス及び他のレンチキュラと関連した表示ピクセルカラムからの対応するスライスを、シートの前にいるユーザの左目及び右目に向けて、ユーザは一つの立体画像を観察する。
【０００５】
他の配置において、各々のレンチキュラは、ロウ方向の三つ以上の隣接した表示ピクセルのグループと関連している。各々のグループ中の表示ピクセルの対応するカラムは、それぞれの二次元副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。ユーザの頭が左右に動かされると、一連の連続した異なる立体視が知覚され、例えば、見回したような印象を与える。
【０００６】
上述の装置は、有効な三次元表示装置を提供する。しかしながら、いうまでもなく、立体視を提供するために、装置の水平解像度を犠牲にする必要がある。例えば、表示ピクセルの600のロウ及び800のカラムのアレイを有する表示パネルは、４つのビューの自動立体視表示を提供することができ、各々のビューは、表示ピクセルの600のロウ及び200のカラムのアレイを有する。垂直解像度と水平解像度との間のこの相当な差は好ましくない。
【０００７】
さらに、ディスプレイの観察角度とディスプレイ中の三次元深さの感じ方との間にはトレードオフがあることも分かる。特に、広い観察角度を持つディスプレイを提供するために、大きい角度(例えば60°)にわたって、投影されるビューを分配することが必要である。しかしながら、そのようなディスプレイは、奥行きをほとんど感じない深みのない三次元画像を提供する。対照的に、良好な奥行きを伴う現実的な三次元画像を提供するためには、投影されるビューの全てを小さな視角中に集中させることが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、良好な画像解像度、広い視野角及び奥行きの良好な感じ方を持つディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、独立請求項によって定義される。従属請求項は、有利な実施の形態を定義する。
【００１０】
本発明の一態様によれば、自動立体視表示装置に用いられる配置が提供される。自動立体視装置は、マルチビュー自動立体視表示装置であることができる。
【００１１】
使用中に、ビュー偏向手段が、ビュー形成手段によって形成される複数のビューがユーザ又は観察者の方へ投影される方向を変える。特に、複屈折プリズムにおけるビューの屈折は、表示光の偏光方向に応じて変化する。偏光スイッチを備えたビュー偏向手段は、偏光スイッチが非常に薄く及び/又は一定の厚さを持つように形成されることができるので、高いスイッチング速度が可能であることが見いだされた。
【００１２】
各々のビューは一般的に、偏向されていないビューの間の実質的に暗い角度を満たすように偏向される。典型的な偏向角は、約0.5度である。このようにして、暗い角度の影響を低減するためにディスプレイをデフォーカス(defocus)する必要性は、低減又は排除されることができる。多くの場合、画像形成手段は、表示光を与えるピクセル及びピクセルを区切る暗領域で構成される。暗領域は、黒いマスクによって形成されることができる。ビュー形成手段は、さらに、暗角度と呼ばれる角度で、ビュー間のこれらの暗領域を画像化する。暗角度の影響は、観察者によって観察されるビューを分離する暗帯によるダークバンディング(dark banding)としても一般的に知られている。ダークバンディングを低減する一つの態様は、ビュー形成手段からちょっと焦点をずらして画像形成手段を配置し、それにより、観察者によって観察される画像を幾分ぼやけさせ、暗帯を不鮮明にすることである。
【００１３】
画像形成手段がビュー偏向手段の動作と同期して第１及び第２の複数のビューのためのデータによって順次駆動される場合、ビューの数は、いかなる解像度の損失も伴わずに事実上２倍にされることができる。画像形成手段が同じ複数のビューのためのデータによって常に駆動される場合、各々のビューの角度は増加することができ、上で述べたように、暗い角度の影響を低減するためにディスプレイをデフォーカス(defocus)する必要性が低減又は排除されることができる。
【００１４】
偏光スイッチは、透過する光の偏光方向を第１の方向から第２の方向に選択可能に変えるように配置される切替可能な偏光回転器から成ることができる。この場合には、偏光スイッチはさらに、偏光回転器が第１の偏光方向を持つ光を供給されるように、表示光を偏光させるための手段を有する。しかしながら、この偏光手段は、画像形成手段及び/又はビュー形成手段の機能的部分を構成することができる。
【００１５】
切替可能な偏光回転器は、透明電極間に配置される液晶材料を含むことができる。そして、ツイステッドネマチック(TN)又は任意の他の種類の液晶材料であることができる液晶材料の変形を誘発するために、電圧が電極にわたって印加される。電極に電圧を印加することにより、表示光の偏光方向が液晶材料によって回転させられる程度が変化する。
【００１６】
少なくとも一つの複屈折プリズムは、プリズムに光を受け取るための第１表面及びプリズムから光を外へ送る第２表面を有することができ、プリズムの第１表面及び第２表面は、鋭角を定める。この鋭角は、例えば1°〜3°の範囲であることができる。
【００１７】
複屈折プリズムは、プリズムの第２表面に近接して配置されるそれぞれの接続材料層を備えていることができる。接続材料層は複屈折プリズムより光学的に等方性であり、ビュー形成手段によってビューが偏向される程度は、複屈折プリズム及び接続層の間の所与の偏光の光に対する屈折率の差によって決まる。これは、材料の選択による偏向の設定を可能にする。
【００１８】
接続材料層は、第２のプリズムを定めることができ、第２のプリズムは、複屈折プリズムの第２表面に隣接して設けられる第１表面及び複屈折プリズムの第１表面と平行に配置される第２表面を持つ。
【００１９】
長所として、接続材料層は第１及び第２の偏光方向を持つ光に対して同じ屈折率を持ち、接続材料層の屈折率は、実質的に、第１又は第２屈折率のいずれかである。この構成により、ビュー偏向手段は、偏向を引き起こさない状態と偏向を引き起こす状態との間で切り替え可能である。
【００２０】
複屈折プリズム及び第２のプリズムのアレイは、各々が鋸歯配置を持ち、それぞれの層の厚さを最小化するように提供されることができる。プリズムは、ビュー形成素子に位置合わせされてもされなくてもよい。
【００２１】
ビュー形成手段は、実質的に一定の角度で分離される方向に複数のビューを投影するように設定可能である。さらに、ビュー偏向手段は、実質的に一定の角度で複数のビューが投影される方向を選択可能に変えるように配置されることができる。またさらに、ビュー形成手段によって投影されるビュー間の角度は、好ましくは、複数のビューがビュー偏向手段によって変えられる角度の倍の角度である。この好ましい配置は、ビューの数が２倍にされて、視野全体にわたって等しい角度で分配される表示装置のための配置を提供する。
【００２２】
ビュー形成素子のアレイは、レンチキュラレンズのアレイか、又は、透過スリットのアレイを持つバリア層を有する。レンチキュラレンズの場合、ビュー形成手段は、レンチキュラレンズの平らな面に隣接して、又は、レンチキュラレンズの凸形の面に隣接して配置されることができる。
【００２３】
ビュー偏向手段の複数のものは、表示装置によって提供されるビューの数を３倍に又はさらに多く増加させるために、直列に積み重ねられることができる。しかしながら、そのような配置は、単一のビュー偏向手段を含む配置より高速な切り替え時間を必要とする。
【００２４】
本発明の別の態様では、表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段、及び、当該画像形成手段に位置決めされた上述の配置を有する自動立体視表示装置が提供される。画像形成手段は、液晶ディスプレイ(LCD)パネル、LEDピクセルベースの表示パネル、CRTパネル又は任意の他の表示パネルからなることができる。LCD及びLEDパネルは、それらが全面的に平らであるので有利である。加えて、LEDパネルは、LEDの低電力及び高効率によって省エネルギーの選択肢であることができる。この表示装置は、マルチビュー自動立体視表示装置であることができる。
【００２５】
他の態様によれば、表示装置は、異なる方向に第１及び第２の複数のビューを投影するためにビュー偏向手段の制御に同期して第１及び第２の複数のビューのための表示データで画像形成手段を駆動するように配置される駆動手段をさらに有することができる。
【００２６】
より詳しくは、駆動手段は、駆動サイクルの第１の部分において、第１の複数のビューのための表示データのフレームで画像形成手段を駆動し、複数のビューが第１の複数の方向においてユーザの方へ投影されるようにビュー偏向手段を制御し、駆動サイクルの第２の部分において、第２の複数のビューのための表示データのフレームで画像形成手段を駆動し、複数のビューが第１の複数の方向と異なる第２の複数の方向においてユーザの方へ投影されるようにビュー偏向手段を制御するように配置されることができる。
【００２７】
代わりに、表示装置の駆動手段は、複数のビューのための表示データで画像形成手段を駆動して、異なる方向に複数のビューを投影するためにビュー偏向手段を制御するように配置されることができる。その場合、駆動手段は、駆動サイクルの第１の部分において、複数のビューのための表示データのフレームで画像形成手段を駆動して、複数のビューが第１の複数の方向においてユーザの方へ投影されるようにビュー偏向手段を制御し、駆動サイクルの第２の部分において、複数のビューのための表示データの同じフレームで画像形成手段を駆動して、複数のビューが第１の複数の方向と異なる第２の複数の方向においてユーザの方へ投影されるようにビュー偏向手段を制御するように配置されることができる。
【００２８】
駆動手段は、集積回路の形をとることができ、あるいはチップ又は小型コンピュータ内に含まれることができる。集積回路、チップ又はコンピュータは、例えば標準的な電子回路及び/又は半導体方法を用いて作成されることができる。
【００２９】
ビュー形成手段は、画像形成手段とビュー偏向手段との間に配置されることができ、ビュー形成手段とビュー偏向手段との間の間隔Sdeflectionは次の式によって与えられる。
2011502271.tif 000003
ここで、m及びnは正の整数、Pは画像形成手段の水平反復ピッチ、Xshift,viewは、連続したビューのXviewの値の間の差であり、Xviewはビューを生成するピクセルの中央と関連するビュー形成素子の軸との間の水平距離であり、Sviewformは画像形成手段とビュー形成手段との間の間隔である。水平反復ピッチは、赤、緑及び青のピクセルからなる繰り返しトリプレット(triplet)となるべく配置される一つのカラー画像形成手段のピクセルピッチの３倍である。
【００３０】
実際的な表示装置において、ビュー形成手段とビュー偏向手段との間の間隔Sdeflectionは必然的なものである。ほとんどの構成において、この間隔は、偏向されないビューと偏向されるビューが不規則な間隔で配置される原因となる。しかしながら、ビュー形成手段とビュー偏向手段との間に現実の有意な間隔Sdeflectionが存在する場合であっても、上述の式に従うパラメータを持つ表示装置は、均等な間隔の角度分布及び均等な間隔のピクセル構造を持つビューを提供することが可能である。
【００３１】
画像形成手段とビュー形成手段との間の間隔Sviewformは、ビュー形成手段とビュー偏向手段との間の間隔Sdeflectionの整数倍、例えば５倍となるように配置されることができる。この場合には、上述の式に従って、m及びnをゼロに設定して、ビュー偏向手段によって提供される偏向は、適度に小さな装置厚を提供しつつ、有意な収差を回避するように最小化されることができる。この式は、代わりに、製造されることができる最小値Sdeflectionを代入することによって、最小の実際的な装置厚を与えるために用いられることができる。
【００３２】
本発明の別の態様では、本発明によるマルチビュー自動立体視表示装置を駆動するための方法が提供される。
【００３３】
本発明はさらに、プログラム可能装置が本発明による駆動方法のステップを実行することを可能にするコンピュータプログラム製品を提供する。本発明は、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、上述の方法の全てのステップを実行するように適合したコンピュータプログラムコード手段として実施されることができる。
【００３４】
コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体上で実施されることができる。
【００３５】
本発明の別の態様では、本発明によるマルチビュー自動立体視表示装置のための駆動装置が提供される。この駆動装置はICチップ又は小型コンピュータの形態を持つことができ、例えば標準的な半導体方法を用いて製造される。
【００３６】
本発明の別の態様では、マルチビュー自動立体視表示装置が提供され、当該装置は、
表示を生成するための表示ピクセルのアレイを持つ画像形成手段、
画像形成手段上に位置決めされて配置され、ビュー形成素子のアレイを持つビュー形成手段であって、前記ビュー形成素子がそれぞれ、表示ピクセルのグループの出力を異なる方向においてユーザの方へ投影される複数のビューに集中させるように設定可能であるビュー形成手段、及び
ビュー形成手段上に位置決めされて配置されるビュー偏向手段であって、複数のビューがユーザの方へ投影される方向を選択可能に変更するように配置されるビュー偏向手段を有し、
ビュー形成手段とビュー偏向手段との間の間隔Sdeflectionは、
2011502271.tif 000004
であり、ここで、m及びnは正の整数、Pは画像形成手段の水平反復ピッチ、Xshift, viewは連続したビューのXviewの値の間の差であって、Xviewはビューを生成するピクセルの中央と関連するビュー形成素子の軸との間の水平距離であり、Slenticularは画像形成手段とビュー形成手段との間の間隔である。水平反復ピッチは、赤、緑及び青のピクセルからなる繰り返しトリプレット(triplet)となるべく配置される一つのカラー画像形成手段のピクセルピッチの３倍である。この実施の形態は、第１及び第２の偏波光を提供する偏光スイッチから独立して用いられることができる。
【００３７】
米国特許番号6,064,424は、細長いレンズ形素子が表示パネルのカラム方向に対してある角度で傾斜することを除いては上述の装置と同様の自動立体視表示装置を開示する。レンズ形素子を傾斜させることによって、さもなければ必要とされる水平解像度の減少のいくらかは垂直解像度へ移される。したがって、装置によって表示されるビューの数を増加させるために垂直解像度及び水平解像度の両方を「消費」することが可能になる。しかし、広い視野角及び/又は奥行きの良好な認識を持つ表示を得るために解像度を犠牲にすることが依然として必要である。
【００３８】
本発明の実施の形態は、単に一例として、添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】既知の自動立体視ディスプレイ装置の模式斜視図。
【図２】図1に示されるディスプレイ装置の模式断面図。
【図３】他の既知の自動立体視ディスプレイ装置の模式断面図。
【図４】本発明による自動立体視ディスプレイ装置の模式斜視図。
【図５Ａ】図4に示されるディスプレイ装置の要素の動作を説明するために使用される模式断面図。
【図５Ｂ】図4に示されるディスプレイ装置の要素の動作を説明するために使用される模式断面図。
【図６Ａ】図4に示されるディスプレイ装置の動作を説明するために使用される模式断面図。
【図６Ｂ】図4に示されるディスプレイ装置の動作を説明するために使用される模式断面図。
【図７Ａ】図4に示されるディスプレイ装置の動作をさらに説明するために使用される、視野角に対する光強度のプロット。
【図７Ｂ】図4に示されるディスプレイ装置の動作をさらに説明するために使用される、視野角に対する光強度のプロット。
【図８】図4に示されるディスプレイ装置の動作をさらに説明するために使用される、視野角に対する光強度の他のプロット。
【図９】図4に示されるディスプレイ装置の入射角度に対するビュー偏向のプロット。
【図１０】図4に示されるディスプレイ装置の詳細な設計を説明するために使用される模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、画像形成素子及びビュー形成素子を持つタイプの自動立体視ディスプレイ装置を提供する。このディスプレイは、マルチビュー自動立体視ディスプレイであることができる。この装置は、異なるビューのための情報によって各々のピクセルを順次駆動するように配置されるチップ又はコンピュータ内に組み込まれる集積回路の形の駆動手段を含む。異なるビューは、表示ピクセルの駆動に同期してビュー偏向手段を切り替えることによって、異なる方向に投影される。それによって、異なるビューは、異なる方向にビュー偏向手段によって順次投影される。
【００４１】
図1は、既知のマルチビュー自動立体視ディスプレイ装置1の模式斜視図である。既知の装置1は、表示を生成する画像形成手段としての機能を果たすアクティブマトリクスタイプの液晶表示パネル3を含む。
【００４２】
表示パネル3は、ロウ及びカラムとして配置される表示ピクセル5の直交するアレイを持つ。明確にするため、少数の表示ピクセル5のみが図に示される。実際には、表示パネル3は、表示ピクセル5の約千のロウ及び数千のカラムを含む場合がある。
【００４３】
液晶表示パネル3は間隔を置いて配置された一組の透明なガラス基板を含み、その間に位置合わせされたツイステッドネマチック又は他の液晶材料が設けられる。基板は、それらの対向する面上に透明なインジウムスズ酸化物(ITO)電極のパターンを持つ。さらに偏光層が、基板の外側表面に設けられる。
【００４４】
各々の表示ピクセル5は、基板上の対向する電極を含み、それらの間に液晶材料が介在する。表示ピクセル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定される。表示ピクセル5は、間隙によって互いから間隔を置いて整然と配置される。
【００４５】
各々の表示ピクセル5は、薄膜トランジスタ(TFT)又は薄膜ダイオード(TFD)のようなスイッチング素子に結合される。表示ピクセルは、スイッチング素子にアドレス指定信号を供給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法は当業者に知られている。
【００４６】
表示パネル3は、この場合には、表示ピクセルアレイ領域の上に延在する平面バックライトからなる光源7によって照らされる。光源7からの光は表示パネル3を通して導かれ、それぞれの表示ピクセル5は、光を変調して表示を生成するように駆動される。
【００４７】
ディスプレイ装置1はさらに、表示パネル3の表示側の上に配置されるレンチキュラシート9を含み、それはビュー形成機能を実行する。レンチキュラシート9は、互いに平行して延在するレンズ形素子11のロウを含み、明確性のために、それらのうちの一つのみが誇張された大きさで示される。レンズ形素子11は、ビュー形成機能を実行するビュー形成素子としての機能を果たす。
【００４８】
レンズ形素子11は凸形の円柱状レンズの形であり、それらは、表示パネル3からディスプレイ装置1の前にいるユーザの目まで、異なる画像すなわちビューを提供する光出力指向手段としての機能を果たす。図1に示されるレンズ形素子11の円柱状表面は、表示パネル3から離れる方を向く。しかしながら、他の配置では、レンズ形素子11の円柱状表面は、表示パネル3の方へ向くことができる。
【００４９】
図1に示される自動立体視ディスプレイ装置1は、異なる方向においていくつかの異なるそれぞれのビューを提供することが可能である。特に、各々のレンズ形素子11は、各々のロウ中の表示ピクセル5の小さいグループの上に横たわる。レンズ形素子11は、いくつかの異なるビューを形成するように、グループの各々の表示ピクセル5を異なる方向に投影する。ユーザの頭が左右に動くと、ユーザの目は、いくつかのビューから異なるビューをかわるがわる受け取る。
【００５０】
図2は、上述のようなレンチキュラタイプのイメージング装置の動作原理を示し、光源7、表示パネル3及びレンチキュラシート9を示す。この配置は、異なる方向に各々投影される３つのビューを提供する。表示パネル3の各々のピクセルは、一つの特定のビューのための情報によって駆動される。
【００５１】
図3は、バリアタイプのイメージング装置の動作原理を示す。バリアタイプの装置は、レンチキュラタイプの装置と同様に、光源7及び表示パネル3を含む。しかしながら、バリアタイプ配置は、レンチキュラシートの代わりに、複数の狭いスリット15を定めるバリア装置13を備える。図に示されるように、バリアタイプ配置は、複数のビューを提供するビュー形成素子としての動作において、レンチキュラタイプ配置と実質的に同じ態様で動作する。ここに示した例では、二つのビューが提供される。
【００５２】
図4は、本発明によるマルチビュー自動立体視ディスプレイ装置101の模式斜視図である。装置101は、図1及び2に示される装置1に似ている。特に、装置101は、画像形成機能を実行する表示パネル103、ピクセル105を持つ表示パネル103のための光源107、及びビュー形成機能を実行するレンチキュラシート109を有する。これらの要素は、レンズ形素子の円柱状表面111が表示パネル3の方を向くことを除いて、図1を参照して上述された要素と同一である。
【００５３】
図4を参照すると、本発明による装置101がさらに、レンチキュラシート109上に位置決めされて配置されるビュー偏向層117を含むことが分かる。ビュー偏向層117は、レンズ形素子111によって形成される複数のビューがユーザの方へ投影される方向を選択可能に変更するために配置される。装置101はさらに、表示パネル103を駆動するため、及び、ビュー偏向層117を切り替えるための表示ドライバ119を含む。
【００５４】
ビュー偏向層117の構造は、図5A及び5Bに詳細に示されて、これらの図はその作動原理を示す。ビュー偏向層117は、互いに接触して配置される複屈折プリズム117a及び光学的等方プリズム117bのアレイを含む。プリズム117a, 117bのそれぞれのアレイは、表示領域上に配置され、各々は「鋸歯」パターンを定める。
【００５５】
プリズム117a, 117bは、レンチキュラシート109からの表示光が、複屈折プリズム117aの中にその第１表面を通して入り、複屈折プリズム117aからその第２表面を通して出て行くように配置される。複屈折プリズム117aの第１表面は、レンチキュラシート109の面に平行であるように配置され、複屈折プリズム117aの第２表面は、第１表面に対して2°の鋭角を定めるように配置される。
【００５６】
プリズム117a, 117bはさらに、複屈折プリズム117aからの表示光が、複屈折プリズム117aの第２表面と接触して配置される等方性プリズム117bにその第１表面を通して直接入るように配置される。表示光は、等方性プリズム117bからその第２表面を通して出て行き、ユーザの方へ投影される。等方性プリズム117bの第２表面は、複屈折プリズム117aの第１表面に平行であるように配置される。
【００５７】
プリズム117a, 117bは、それらに入射する表示光の偏光方向に依存して、それらの境界において表示光を選択的に屈折させるように配置される。したがって、ビュー偏向層117はさらに、第１又は第２の方向に偏光する表示光をプリズム117a, 117bに選択可能に供給するために、レンチキュラシート109とプリズム117a, 117bとの間に設けられる偏光スイッチ117cを含む。
【００５８】
偏光スイッチ117cは、一組の透明な基板の間にはさみ込まれるツイステッドネマチック液晶材料の層を含む。基板の各々は、基板間に液晶材料を位置合わせするための透明なアライメント層、及び、電極全体に電圧波形を印加するための透明な電極を備える。適切なアライメント層及び電極層は、当業者に知られている。偏光スイッチ117cはさらに、液晶セルに偏光した光を供給するために、液晶セルの下にある偏光層を含む。ここに示した例では、偏光層は表示パネル3の機能的要素であり、一致して偏光した表示光を出力する。
【００５９】
使用中に、ビュー偏向層117は、レンズ形素子111によって形成される複数のビューを断続的に偏向させるように切り替えられる。図5Aに示される状態において、位置合わせされた液晶材料のよじれをほどく(untwist)ように、電圧波形が偏光スイッチ117cの電極全体に印加される。この状態において、スイッチ117cの液晶材料は、第１の偏光方向を持つレンチキュラシート109からの表示光の偏光方向を変更しない。第１の偏光方向を持つ表示光に対する複屈折プリズム117aの屈折率は、等方性プリズム117bの屈折率と同じである。このように、プリズム117aと117bとの間の境界における屈折はなく、ビューはわずかな側方のシフトを伴ってユーザの方へ投影されるが、角偏向はない。
【００６０】
図5Bに示される状態において、偏光スイッチ117cの電極全体の電圧波形は取り除かれて、位置合わせされた液晶材料をその本来のよじれた構造に戻す。この状態において、液晶材料は、表示光の偏光方向を第１の方向から第２の方向へと回転させる。回転された第２の偏光方向を持つ表示光に対する複屈折プリズム117aの屈折率は、等方性プリズム117bの屈折率と異なる。このように、プリズム117aと117bとの間の境界における表示光の屈折があり、ビューは、わずかな側方のシフト及び角偏向を伴ってユーザの方へ投影される。
【００６１】
偏向されないビューは、図6A(断面図)及び図7A(視野角Aに対する光強度Iのプロット)に示される。偏向されたビューは、図6B(断面図)及び図7B(視野角Aに対する光強度Iのプロット)に示される。偏向されないビュー及び偏向されたビューは、図8中に組み合わせられて示される。これらの図から分かるように、偏向されたビューは、偏向されていないビューの間の暗い角度を満たし、ユーザの目による統合化をシミュレートするようにビューが互いの上に重畳されるときに、暗い角度は排除され、ディスプレイ装置は、ユーザに自然な見回す観察体験を提供する。したがって、ビューの間の暗い角度を隠すためにディスプレイ装置の焦点をぼかす従来の方法は必要ない。図に示される状態の各々は、４つのメインビューを提供し、これらのビューは、このメインビューの両側に繰り返される。
【００６２】
表示ドライバ119は、複数のビューのための情報で表示パネル103を順次駆動して、偏向しない状態と偏向する状態との間でビュー偏向層117を切り替えるように配置される。表示ドライバ119は、図5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7Bを参照して以下で説明される特定の駆動技術を用いてこの駆動を実行するように配置される。
【００６３】
図5A, 6A及び7Aは駆動サイクルの前半の間の装置101を示し、そして図5B, 6B及び7Bは駆動サイクルの後半の間の装置を示す。
【００６４】
駆動サイクルの前半において、表示ドライバ119は、偏光スイッチ117cの電極全体に電圧波形を印加する。この状態において、上述のように、ビュー偏向層117はレンチキュラシート109によって形成されるビューを偏向させず、したがって、図6A及び7Aに示されるように、ビューは第１の複数の方向に投影される。
【００６５】
偏光スイッチ117cの電極全体に電圧波形を印加するのと実質的に同時に、表示ドライバ119は、第１の４つのビュー(すなわちビュー1, 2, 3, 4)のための情報で表示パネル103を駆動する。４つの異なるビューのための出力は、従来の態様でレンチキュラシート109によって異なる方向に投影され、これらの出力は偏向されずにビュー偏向層117を通過する。
【００６６】
図6B及び7Bを参照して、駆動サイクルの後半において、表示ドライバ119は、偏光スイッチ117cの電極全体から電圧波形を取り除く。この状態において、図6B及び7Bに示されるように、レンチキュラシートによって形成されるビュー及びビューは、したがって、第２の複数の方向に投影される。したがって、ビュー偏向層117は、ビューを偏向させる状態になる。
【００６７】
偏光スイッチ117cの電極から電圧波形を取り除くのと実質的に同時に、表示ドライバ119は、第２の４つのビュー(すなわち第１の４つのビュー1, 2, 3, 4とは異なるビュー1', 2', 3', 4')のための情報で表示パネル103を駆動する。これらの４つの更なるビューのための出力は、レンチキュラシート109によって異なる方向に投影されるが、それらがユーザの方へ投影される前に、ビュー偏向層117がビューを偏向させる。
【００６８】
したがって、駆動サイクルの全体にわたって、表示パネル103は駆動されて、８つの異なるビューのための出力を提供する。これらのビューは、図8に示されるように異なる方向に投影される。
【００６９】
当業者ならば周知のように、どの時点においても、ビューの半分のための情報が、装置101によって投影されている。しかしながら、装置のフレームレートが十分に高いならば、８つのビューのうちのどれが観察されていたとしても、ユーザはいかなる画面のちらつきにも気がつかない。
【００７０】
表示パネル103は、適切な周波数のフレームレートを持つ液晶ディスプレイ装置であることができる。そのような周波数は、例えば60ヘルツや、80, 100, 120ヘルツのようなさらに高い周波数を含む。そのようなフレームレートは、例えば、光学補償複屈折(OCB)液晶効果を用いて達成されることができ、その詳細は当業者に知られている。液晶ディスプレイは、ビュー偏向手段117の偏光スイッチ117cに供給されることができる偏光された表示光を提供する。
【００７１】
異なるビューのための情報を順次出力するように表示パネル103を用いることにより、ビューの数を増加させるための多くの従来の技術に比べて、各々のビューの解像度は低下しないことが理解される。
【００７２】
図9は、上述の装置101について、表示光の入射角度IAに対するビュー偏向層によって提供される偏向角度DAのプロットを示す。見て分かるように、偏向角度は、広い範囲の入射角度に対して実質的に一定のままである。したがって、表示装置101は、均等に離間する偏向されていないビュー及び偏向されたビューを提供することができる。
【００７３】
図10は、装置の詳細な設計を説明するために用いられる表示装置101の模式図である。
【００７４】
本発明の実際的な実施の形態において、ビュー偏向層117は、ビュー形成機能を提供するレンズ形素子111の円柱状表面から、若干の距離Sdeflectionによって常に分離される。この間隔Sdeflectionは、表示光のある程度の側方のシフトを引き起こす。結果的に、偏向されたビューによって定められる仮想ピクセルが、偏向されていないビューのピクセルの間に等しく均等に間隔を置いて配置されるように見える実際的な配置を提供することは難しい。
【００７５】
図10を参照して、隣接した非偏向ビュー間の角度は、表示パネル103の隣接したピクセル間のシフトXshift,view、及び表示パネル103とレンズ形素子111との間の間隔Sviewformによって定められる。Xshift, viewは、連続したビューのXviewの値の間の差であり、Xviewは、ビューを生成するピクセルの中央と関連するビュー形成素子の軸との間の水平距離である。
【００７６】
図から、この配置は、ゼロのSdeflectionに対して、偏向角度が(n+1/2)Xshift,view(nは正の整数)のシフトに対応する場合、等しく均等に間隔を置いて配置される偏向されたビューを提供することが明確に分かる。
【００７７】
均等に間隔を置いて配置されたビューの角度分布と同様に、ユーザによって見られるとき、ビューのピクセル構造は規則正しく間隔を置いて配置されなければならない。これは、偏向されたビューの仮想ピクセルが、偏向されていないビューのピクセル間の中央において観察されるときに、達成されることができる。ピクセルピッチPを持つ配置では、これは、(m+1/2)Pのピクセル位置のシフトに対応する。
【００７８】
Sdeflectionがゼロ以外である実際的な実施の形態に対して、偏向されたビューの仮想ピクセルの位置が図から分かる。仮想シフトX(Sdeflection+Sviewform)が、ピクセルシフトX(Sviewform)に関連していることがわかる。
2011502271.tif 000005
又は
2011502271.tif 000006
この式に(n+1/2)Xshift,view及び(m+1/2)Pを代入することによって、n及びmの各々の組み合わせに対する偏向器のための最適の距離は、
2011502271.tif 000007
であることが分かる。
【００７９】
1/6のスラントを有するレンズ形素子を持つ９ビューシステムの典型的な配置に対して、シフトXshift,viewがピッチPの1/6に等しいことが示されることができる。したがって、
2011502271.tif 000008
である。
【００８０】
上述の式は、例えば、最も小さい可能な偏向角度を提供するように配置を最適化するために用いられることができる。有意な収差を回避するために、光線の偏向は、可能な限り小さくなる(すなわちn=0)ように選択されなければならない。さらに、配置全体を薄く維持するために、Sdeflectionが小さいことが好ましい。n=0に対して、最も小さいスタックはm=0で見いだされる。この特定の場合において、Sdeflectionのための式は、
2011502271.tif 000009
と変形される。
【００８１】
配置はさらに、薄いスタックを提供するために最適化されることができる。最小の実際的な間隔Sdeflection,min及び事前に決められた間隔Slenticularを代入することによって、
2011502271.tif 000010
となる。
【００８２】
n(n=1,2,3,4...)ごとに、mのための対応する最小値が計算されることができ、それは、mminを超える最初の整数として見いだされる。
【００８３】
本発明の好ましい実施の形態が上で説明された。しかしながら、さまざまな変更及び改造が、本発明の範囲内において行われることができることが当業者によって理解される。
【００８４】
例えば、上で記載された実施の形態は、ビュー形成手段としてレンチキュラシートを用いる。しかしながら、透過スリットのアレイを持つバリア層のような他のビュー形成手段が用いられることができる。
【００８５】
上記の実施の形態において、偏光スイッチ及びビュー偏向手段の複屈折プリズムのアレイが、ビュー形成手段上に一緒に提供される。しかしながら、偏光スイッチ及びプリズムのアレイは、画像形成手段の上の任意の位置に設けられることができる。偏光スイッチ及びプリズムは、互いから分離されることもでき、すなわち、２つの別個のレイヤとして提供されることができる。
【００８６】
上記の実施の形態における画像形成手段は、液晶ディスプレイパネルである。しかしながら、他の形式の画像形成手段が用いられることができる。画像形成手段が偏光した表示光を出力しない場合、ビュー偏向手段は、偏光スイッチの下にある偏光層を備えなければならない。
【００８７】
上記の実施の形態において、表示装置によって提供されるビューの数は、異なるビューのためのデータで画像形成手段を順次駆動することによって増やされる。他の実施例では、表示装置によって提供されるビューの数は増加しないが、各々のビューの角度はビューの間の(さもなければ)暗い角度を満たすように増加する。そのような実施の形態は、暗い角度を隠すための表示装置のデフォーカスの必要性を有利に回避する。
【００８８】
上述の実施の形態は、本発明を制限ではなく説明し、当業者であれば、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多くの他の実施の形態を設計することができることに留意すべきである。請求項において、括弧の間の任意の参照符号は、請求の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。「有する」「含む」等の用語は、請求の範囲に挙げられた要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。単数形の要素は、そのような要素が複数存在することを除外しない。いくつかの手段を列挙している装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの全く同一のアイテムによって実施されることができる。ある手段が相互に異なる従属請求項中に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが利用できないわけではない。
【図１】
2011502271.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2011502271.tif 000019
【図６Ｂ】
2011502271.tif 000020
【図７Ａ】
2011502271.tif 000021
【図７Ｂ】
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【図８】
2011502271.tif 000023
【図９】
2011502271.tif 000024
【図１０】
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【国際調査報告】
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