(57)【要約】  立体ディスプレイデバイスは、画素化画像源と光学要素を含む。画素化画像源は画素平面に沿って配置され、一セットの画素と画素化画像源の残余の部分を実質的に充填する暗領域を含む。画素は、画素平面に沿う画素ピッチに対する画素サイズとして定義され且つ１／Ｎの値を有する画素デューティファクタを有する画素アレイに配置される。光学要素は、画素平面と観察者平面との間に配置され、観察者平面上に画素投影の投影アレイを形成するように構成される。投影アレイは、観察者平面に沿う画素投影ピッチに対する画素投影サイズとして定義される投影デューティファクタを有する。投影デューティファクタは、画素投影の二つの隣接するものが観察者平面上で接するように実質的に１に等しい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体ディスプレイデバイスにおいて、
画素化画像源であって、画素平面に沿って配置され且つ一セットの画素と前記画素化画像源の残余の部分を実質的に充填する暗領域を備え、画素アレイに配置された前記画素が前記画素平面に沿って画素ピッチに対する画素サイズとして定義され且つ１／Ｎの値を有する画素デューティファクタを有する前記画素化画像源と、
前記画素平面と観察者平面との間に配置される光学要素であって、前記光学要素は前記観察平面上に画素投影の投影アレイを形成するように構成され、前記投影アレイは前記観察者平面に沿う画素投影ピッチに対する画素投影サイズとして定義された投影デューティファクタを有する前記光学要素と、
を備え、
前記投影デューティファクタは、二つの隣接する画素投影が前記観察者平面上で互いに接するように実質的に１に等しい立体ディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記光学要素が第１の光学層と第２の光学層を含み、前記第１の光学層が、一体化された一列の円柱レンズを含む、請求項１に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項３】
前記画素デューティファクタが１／２に実質的に等しく、前記第２の光学層を含まない前記第１の光学層が、前記画素投影の第１の投影アレイを形成するように構成され、且つ前記第１の投影アレイの前記投影デューティファクタが１／２に実質的に等しい、請求項２に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項４】
前記画素サイズが、自然数によって分割されたレンズ表面に沿う前記円筒レンズの一つの長さに実質的に等しい、請求項２に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項５】
更に、前記画素化画像源と前記観察者平面との間に配置された第３の光学層を備え、前記第３の光学層が、前記第２の光学層と接触しており且つ前記第２の光学層の屈折率に類似する屈折率を有する、請求項２に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記第１の光学層と前記第２の光学層は単一片に一体化される、請求項２に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記第２の光学層が、前記第１の光学層よりも前記観察者平面により近く配置される、請求項２に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記暗領域が反射性であるように構成される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項９】
前記光学要素が、一体化された一列の光学ユニットを含み、各光学ユニットが対称的な半分を有し、前記対称的な半分の各々が、前記円筒レンズ同士の前記光軸が所定の間隔ｄｙだけ離間されるように円筒レンズの部分断面として整形される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の立体ディスプレイデバイス。
【請求項１０】
画素化画像源であって、画素平面に沿って配置され且つ一セットの画素と前記画素化画像源の残余の部分を実質的に充填する暗領域を備え、前記画素が前記画素平面に沿って画素ピッチに対する画素サイズとして定義され且つ１／Ｎの値を有する画素デューティファクタを有する画素アレイに配置された前記画素化画像源を含む立体ディスプレイデバイスを動作させる方法において、前記方法は、
一列の円筒レンズを含む第１の光学層を提供するステップであって、前記第１の光学層が、それ自体によって、観察者平面上に画素投影の投影アレイを形成するように構成され、前記投影アレイが前記観察者平面に沿う画素投影ピッチに対する画素投影サイズとして定義されると共に１／Ｎの値を有する投影デューティファクタを有する前記ステップと、
前記画素平面と前記観察者平面との間に第２の光学層を提供するステップであって、前記第２の光学層が、前記第１の光学層と共に、前記投影デューティファクタが実質的に１に等しいように調節するように構成される前記ステップを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１１年１１月２３日に出願された米国仮出願第６１／５６３２２２号の米国法典第３５編第１１９条に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を参照によって本書に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は立体ディスプレイデバイスに関し、より詳細には、立体ディスプレイデバイスにおいて生じる視覚的欠陥を低減するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
立体ディスプレイデバイスは、観察者（視聴者）が特別なヘッドギアやメガネを使用することなく三次元（３−Ｄ）の映りを生み出す。立体ディスプレイデバイスを可能とする種々の方法が存在するが、これらの方法は、通常、観察者が被り且つ全ての角度から長時間の間観察者が明瞭に満足のいく品質の３−Ｄ画像を見ること困難にする等の幾つかの視覚的欠陥を伴う。従って、立体ディスプレイデバイスの既存の技術に存在する欠点を改良する必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一例示的態様では、立体ディスプレイデバイスは、画素化された画像源と光学要素を含む。画素化画像源は、画素平面に沿って配置され、且つ一セットの画素と画素化画像源の残余の部分を実質的に充填する暗領域を含む。これらの画素は、画素平面に沿う画素ピッチに対する画素サイズとして定義され且つ１／Ｎの値を有する画素デューティファクタを有する画素アレイに配置される。光学要素は、画素平面と観察者平面との間に配置され且つ観察者平面上に画素投影の投影アレイを形成する。投影アレイは、観察者平面に沿う画素投影ピッチに対する画素投影サイズとして定義される投影デューティファクタを有する。投影デューティファクタは、二つの隣接する画素投影が観察者平面上で互いに接するように実質的に１に等しい。
【０００５】
本態様の一例では光学要素は第１の光学層と第２の光学層を含む。第１の光学層は一体化された一列の円柱レンズを含む。
【０００６】
本態様の他の例では、画素デューティファクタは実質的に１／２に等しい。第２の光学層を伴わない第１の光学層は画素投影の第１の投影アレイを形成するように構成され、且つ第１の投影アレイの投影デューティファクタは実質的に１／２に等しい。
【０００７】
本態様の更に他の例では、第２の光学層は一体化された一列の同一プリズムを含む。
【０００８】
本態様の更に他の例では、これらのプリズムの各々は二つの対称的な半分を含む。
【０００９】
本態様の更に他の例では、第１の光学層と第２の光学層は、画素投影の各々が中心を有する第１の投影成分と中心を有する第２の投影成分を含む第２の投影アレイを共に形成するように構成される。第１と第２の投影成分の各々は、第１の投影アレイにおける画素投影サイズに長さが等しく、第１の投影成分と第２の投影成分の中心は第１の投影アレイにおける画素投影サイズに等しい距離だけ互いから変位される。
【００１０】
本態様の更に他の例では、対称的な半分の各々は式θ＝Ｗ／（（ｎ−１）＊Ｄ）によって決定されるプリズム角度θを形成する。Ｗは第１の投影方向における画素投影サイズであり、ｎは第２の光学層の屈折率であり、及びＤは視距離である。
【００１１】
本態様の更に他の例では、画素サイズは、自然数によって分割されたレンズ平面に沿う円柱レンズの一つの長さに実質的に等しい。
【００１２】
本態様の更に他の例では、立体ディスプレイデバイスは、更に、画素化画像源と観察者平面との間に配置された第３の光学層を含む。この第３の光学層は第２の光学層と接触しており、且つ第２の光学層の屈折率と同様な屈折率を有する。
【００１３】
本態様の更に他の例では、第１の光学層と第２の光学層は単一片に一体化される。
【００１４】
本態様の更に他の例では、第２の光学層は第１の光学層よりも観察者平面により近くに配置される。
【００１５】
本態様の更に他の例では、第１の光学層は第２の光学層よりも観察者平面により近くに配置される。
【００１６】
本態様の更に他の例では、第１の光学層は第２の光学層の上に成形される。
【００１７】
本態様の更に他の例では、暗領域は反射性であるように構成される。
【００１８】
本態様の更に他の例では、光学要素は、一体化された一列の光学ユニットを含む。各光学ユニットは、対称的な半分を含んでいる。対称的な半分の各々は、円柱レンズの光軸が所定の間隔ｄｙだけ離間されるように円柱レンズの部分セクションとして整形される。
【００１９】
本態様の更に他の例では、所定の間隔ｄｙは式ｄｙ＝Ｆ＊Ｗ／Ｄによって決定される。Ｆは非分割状態における円柱レンズの焦点距離であり、Ｗは非分割状態における円柱レンズによって観察者平面上に形成された画素投影のサイズであり、Ｄは視距離である。
【００２０】
他の例示的態様では、立体ディスプレイデバイスを動作させるための方法は、画素平面に沿って配置される画素化画像源を含み、一セットの画素とその画素化画像源の残余の部分を実質的に充填する暗領域を含む。これらの画素は、画素平面に沿う画素ピッチに対する画素サイズとして定義され且つ１／Ｎの値を有する画素デューティファクタを有する画素アレイに配置される。本方法は、一列の円柱レンズを含む第１の光学層を提供するステップであって、前記第１の光学層がそれ自体によって観察者平面上に画素投影の投影アレイを形成するように構成され、前記投影アレイが前記観察者平面に沿う画素投影ピッチに対する画素投影サイズとして定義され且つ１／Ｎに等しい値を有する投影デューティファクタを有するステップと、前記画素平面と前記観察者平面との間に第２の光学層を提供するステップであって、前記第２の光学層が、前記第１の光学層と共に、投影デューティファクタを実質的に１に等しくなるように調節するように構成されるステップを備える。
【００２１】
本態様の一例では、第２の光学層は光を屈折させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
これらの態様及び他の態様は、以下の詳細な記述を添付の図面を参照して読むと、より良好に理解される。
【図１Ａ】従来の円柱レンズとその従来の円柱レンズによって形成される画素投影の概略平面図である。
【図１Ｂ】第１の光学層と第２の光学層を含む光学要素と光学要素によって形成された画素投影の概略平面図である。
【図２Ａ】第１の光学層と第２の光学層の光学ユニットの第１の例示的実施形態からの光線を従来の円柱レンズからの光線と比較して示す概略平面図である。
【図２Ｂ】光学要素の第１の例示的実施形態における第２の光学層の光学ユニットの概略平面図である。
【図３】光学要素の第２の例示的実施形態の概略平面図である。
【図４】光学要素の第３の例示的実施形態の光学ユニットの概略平面図である。
【図５Ａ】画素化画像源の第１の実施形態の概略図である。
【図５Ｂ】画素化画像源の第２の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施例は、例示的実施形態が示される添付の図面を参照して以降でより十分に記述される。可能な限り、同一又は類似の部分を示すために全図面を通して同一の参照番号を使用する。しかしながら、態様は様々な形式で具体化されてよいものであり、本書で説明した実施形態に制限されるものと解釈されないものとする。
【００２４】
さて、図１Ａを参照すると、従来の立体ディスプレイデバイス１０内の幾つかのコンポーネントの平面図が概略的に示されている。従来の立体ディスプレイデバイス１０は、ガラスカバー（図示せず）のようなスクリーン、画素平面１２ａに沿って配置された画素化画像源１２、光学平面１４ａに沿って矢印で示される一列の円柱レンズ１４、及び観察者の目が配置され且つ光学平面１４ａから所定の視距離Ｄにある観察者平面１６ａに沿って形成された一セットの画素投影１６を含んでもよい。立体ディスプレイデバイス１０は、観察者が視距離Ｄで３−Ｄの最良の映りを体験し得るように構成されるが、３−Ｄのその映りが他の視距離でも体験され得る。
【００２５】
図５Ａと図５Ｂは、図１Ａの画素化画像源１２の二つの例示的実施形態の概略正面図である。画素化画像源１２は矩形状であり且つ液晶ディスプレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等の一部分である背景を有してもよい。画素化画像源１２は、赤Ｒ、緑Ｇ及び青Ｂの色を有する画素１８のアレイ及び黒色外表面に起因する等の暗領域２０を形成する背景の残余の部分を含むことができる。画素１８又は暗領域２０のいずれによっても充填されない背景内に他の領域があってもよいが、画素１８のアレイ以外の背景の部分は暗領域２０で実質的に充填される。暗領域２０は反射外表面を含んでもよい。その暗領域によって占有されるエリアに対する画素によって占有されるエリアの比率は実施形態によって変わってもよく、例えば、１：１（図５Ａ）又は１：２（図５Ｂ）であってもよい。本実施形態では、画素１８は形状が矩形であるが、これは画素化画像源１２の他の実施形態では異なっていてもよい。
【００２６】
画素１８は、マトリックスに類似する行列の画素アレイ２２に配置される。画素１８の配置は画素平面に沿う画素ピッチに対する画素のサイズとして定義される画素デューティファクタによって表される。図１Ａと図１Ｂに示されるように上から見ると、画素サイズは、画素１８が画素平面１２ａに沿って延出する長さであり、画素ピッチは画素平面１２ａに沿う二つの隣接する画素１８の中心間の距離である。このように、図５Ａにおける画素デューティファクタは、画素サイズがＷｏであり画素ピッチが２Ｗｏであるので、１／２であり、図５Ｂにおける画素デューティファクタは、画素サイズがＷｏであり画素ピッチが３Ｗｏであるので、１／３である。従って、画素デューティファクタを表す一つの方法は１／Ｎであり、そこでは、Ｎは正の数又は自然数である。
【００２７】
図１Ａにおいて、円柱レンズ１４は、画素化画像源１２からある距離に配置され、画素投影１６は円柱レンズ１４から所定の距離Ｄにある観察者平面１６ａ上に形成される。隣接する画素１８から発する光線２４は所与の円柱レンズ１４を通り、観察者平面１６ａ上の隣接する画素投影１６を形成する。画素化画像源１２の画素１８と同様に、観察者平面１６ａ上の画素投影１６の配置は、画素投影ピッチに対する画素投影サイズとして定義される投影デューティファクタの点からも表されることができる。図１Ａにおける画素化画像源１２の場合、従来の円筒レンズ１４によって生成された画素投影１６は、各々が観察者平面１６ａに沿って長さＷを有する二つの隣接する画素投影１６の中心同士が２Ｗだけ分離されるように、１／２の投影デューティファクタを有する画素投影１６の第１の投影アレイ２６を形成する。
【００２８】
図１Ａの第１の投影アレイ２６において、観察者（視聴者）の位置と画素投影Ｗのサイズによって、観察者の目が画素投影１６同士間に形成され且つ観察者がスクリーンの暗化を体験するギャップ２８に配置されることができる。本開示は、観察者が体験する暗化の影響を減少させる多くの方法を記述する。
【００２９】
図１Ｂは上述の暗化の影響を回避するための立体ディスプレイデバイス１００の例示的実施形態を示す。その構成は、光学要素１１０が従来の円筒レンズ１４の代わりに使用されることを除いて、画素化画像源１１２、画素平面１１２ａ上の画素１１８及び観察者平面１１６ａ上の画素投影１１６を有する図１Ａと類似している。光学要素１１０は、画素平面１１２ａと観察者平面１１６ａとの間の光学平面１１４ａに沿って延出し、以下で詳細に記述される第１の光学層１１０ａと第２の光学層１１０ｂを含むことができる。第１の光学層１１０ａは３−Ｄの映りを生成することを主に担当し、一体化された一列の円柱レンズ１１４であってもよいが、他の構成（例えば、平行障壁、立体ディスプレイ、電子ホログラフィックディスプレイ、明視野ディスプレイ）もまた想定することができる。第１の光学層１１０ａと第２の光学層１１０ｂを通過する光線は、画素投影１１６の第２の投影アレイ１２６が観察者平面１１６ａ上に形成されるように曲げられる。円柱レンズ１４によって単独で形成された元の画素投影１６の代わりに、各画素投影１１６は、観察者平面１１６ａに沿う長さＷを有する二つの投影成分１１７（即ち、第１の投影成分１１７ａと第２の投影成分１１７ｂ）を含む。更に、第１の投影成分１１７ａと第２の投影成分１１７ｂは、観察者平面１１６ａに沿う互いに反対方向へＷ／２の距離だけ元の画素投影１６の中心からオフセットとなる。これはまた隣接する画素１１８から発され且つ第１の光学層１１０ａと第２の光学層１１０ｂの同じ組み合わせを通る光線１２４に対しても生じ、図１Ａの構成において画素投影１６同士間に存在するギャップ２８は投影成分１１７と観察者平面１１６ａに沿って互いに周辺が接する隣接画素投影１１６によって実質的に充填される。
【００３０】
図１Ｂの第２の投影アレイ１２６において、投影デューティファクタは、画素投影サイズが２Ｗ（即ち、観察者平面１１６ａに沿う第１の投影成分１１７ａと第２の投影成分１１７ｂの長さの合計）であり且つ画素投影ピッチも２Ｗ（各画素投影１１６の中心が第１の投影成分１１７ａと第２の投影成分１１７ｂの境界に位置するので）であるために、１又は実質的に１に等しい。
【００３１】
図１Ｂにおいて１の投影デューティファクタが画素デューティファクタ１／２を有する画素アレイ２２に対して得られたが、例えば、光学要素１１０又は第２の光学層１１０ｂの適切な構成によって１／Ｎ（例えば、図５Ｂでは１／３）の画素デューティファクタを有する画素アレイ２２に対して１の投影デューティファクタを得ることも可能であることに留意すべきである。
【００３２】
図１Ｂの第２の光学層１１０ｂは、一体化された一列のプリズム１１１であり得る。図２Ａは第２の光学層１１０ｂに対する光学ユニット１１３の例示的実施形態による画素からの光線に対する効果を示す。図２Ｂに平面図が示されているこの光学ユニット１１３は、プリズム１１１が二つの対称的半分１１１ａを含むように図示の５角形横断面を有する円柱構造であってもよい。横断面はプリズムの角度（図２Ｂ）がθ＝Ｗ／（（ｎ−１）＊Ｄ）であるように整形され、Ｗは第１の投影アレイ２６における画素投影サイズであり、ｎは第２の光学層の屈折率であり、Ｄは光学平面１１４ａから観察者平面１１６ａまでの測定された視距離である。Ｄは、光学平面１１４ａと光学平面１１４ａに近接する平面との間の距離がＤの値に比較して概ね無視できるので、第１の光学層１１０ａに近接する平面、第２の光学層１１０ｂから測定され得ることに留意すべきである。
【００３３】
光学要素が少なくとも二つの別個の光学層を含む場合、図３に示されるように、光学層の種々の配置が可能である。第２の光学層１１０ｂは図１Ｂの実施形態において観察者平面１１６ａのより近くに配置されているが、第１の光学層２１０ａ（例えば、円柱レンズ２１４）が第２の光学層２１０ｂ（例えば、プリズム２１１）よりも観察者平面１１６ａのより近くにある光学要素２１０を具体化することが可能である。更に、第２の光学層２１０ｂは外気に単に囲まれてもよいが、第２の光学層２１０ｂ即ちプリズム２１１を、図３に示されるように、第３の光学層２１０ｃに接触するように配置することも可能である。第３の光学層２１０ｃは、エポキシ及び／又はプリズム２１１の屈折率に近似する屈折率を有する材料から作られてよい。そのような屈折率を有する材料の使用によって、プリズム２１１の表面の粗さによって引き起こされる周囲光の反射や光の散乱のような現象を制御するのに役立つ。図３の光学要素において、三つの光学層２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃは、例えば、構成がオーバーモールドによって達成されることができるように互いに重なって配置される。勿論、観察者平面１１６ａ上に投影成分１１７の望ましい配置を得るために、追加の光学層を使用する場合、プリズムの角度θを再構成することが必要な場合もある。
【００３４】
第１の光学層１１０ａとして円柱レンズ１１４と第２の光学層１１０ｂとしてプリズム１１１を有する実施形態では、円筒レンズ１１４は、光学表面１１４ａに沿う円柱レンズ１４の長さとプリズム１１の長さの比率が略自然数であるように寸法が決められる。図３において、例えば、この比率は約４である。もしこの比率が自然数に等しいならば、第１の投影成分１１７ａと第２の投影成分１１７ｂとの間の全体的に均質な出力分布を得ることができる。この比率が自然数に等しくない場合、出力における最大の変動は全光学ユニット１１３の数の１から２倍以上に等しい。例えば、円柱レンズ当り１０．５個のプリズムがある場合、最大の出力変動は、プリズムの一個の対を構成しないファセットと１０個のプリズムの２０対のファセットがあるので、１から２０に及ぶ。更に、プリズム１１１は、小さな傾きが分離の角度を大きくは変化させず、且つ位相差が最大出力変動を変化させないので、レンチキュラーレンズに関して正確に位置合わせされる必要はない。用語“レンチキュラーレンズ”は凸状断面を有する一列の円筒レンズを意味することを意図している。
【００３５】
光学要素３１０の他の例示的実施形態は、他の隣接する光学ユニット３１３から隔離された図４に示される一体化された一列の光学ユニット３１３を介して形成されえる。図４の光学ユニット３１３は二つの対称的な半分３１３ａを含み、それらの各々は、円柱レンズがレンズの光軸３０７に平行で円柱に沿って延出する平面を横切るように切断されたように整形される全体の円柱レンズの部分断面である。これらの半分３１３ａの光軸３０７は、式ｄｙ＝Ｆ＊Ｗ／Ｄによって決定される間隔ｄｙだけ互いに離間され、Ｆは全体の円筒レンズの焦点距離であり、Ｗは全体の円筒レンズ（即ち、第１の投影アレイ２６における画素投影１６のサイズ）だけ観察者平面上に形成された画素投影の長さであり、Ｄは光学平面１１４ａから観察者平面１１６ａまでの視距離である。
【００３６】
図４の光学要素は、円筒レンズ１１４と図２の光学ユニット１１３のプリズム１１１の機能を一タイプの材料よりなる単一の光学層を有する光学ユニット３１３に組み合わされる。
【００３７】
当業者にとって請求項の発明の精神と範囲から離れることなく種々の変更及びバリエーションが可能であることは明白である。
【図１Ａ】
2015505978.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
2015505978.tif 000011
2015505978.tif 000012
2015505978.tif 000013
2015505978.tif 000014
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