JP2004110032A - オートステレオスコピックディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】　実際の映像が表示されているか否かを問わず、オートステレオスコピックディスプレイに対する観察者の位置を判定する。
【解決手段】　本発明によるオートステレオスコピックディスプレイは、映像ディスプレイと、信号ディスプレイと、視差光学装置とを備え、該視差光学装置は、該映像ディスプレイと連係して、視領域に複数の右目および左目視域を形成する第１の部位と、該信号ディスプレイと連係して、該視領域の少なくとも１つの第１の部分にてみえる第１の信号映像と、該視領域の少なくとも１つの第２の部分にてみえる第２の信号映像とを形成する第２の部位とを有し、該第１の部位は、第１の方向の第１のピッチを有する視差素子のアレイを含み、該第２の部位は、該第１の方向の該第１のピッチの１．５倍と実質的に等しい第２のピッチを有する視差素子のアレイを含む。
【選択図】　図５

Description

　本発明は、オートステレオピックディスプレイに関する。このようなディスプレイは、オートステレオスコピック３次元（３Ｄ）ディスプレイを含み得、例えば、３Ｄテレビジョン、医用画像、コンピュータゲーム、電話通信、科学分野での視覚化、仮想現実感およびオフィスオートメーション機器において用いられ得る。

　公知のタイプのオートステレオスコピック３Ｄディスプレイは、添付の図面の図１に示される。ディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の形態の空間光変調器（ＳＬＭ）２の背面に配置される拡散バックライト１を備える。ＳＬＭ２は、例えば、特許文献１に開示されるように、画素（ピクセル）のアレイを備える。この開示において、ピクセルは列で構成されて、隣接し合う列が横方向または水平方向に実質的に互いに連結される。

　例えば、図１に図示されるようなレンチキュラースクリーンの形態の視差光学装置３は、ＳＬＭ２の前面に配置される。視差光学装置３の各視差素子６は、ＳＬＭ２のピクセル列のそれぞれの対と位置合わせされる。ピクセル列は、観察者の左右の目にそれぞれ左右の２次元（２Ｄ）映像の一つおきの垂直ストリップを表示するように制御される。例えば、４で示されたピクセルは左目の映像の要素を表示し、これに対して、５で示されたピクセルは右目の映像の要素を表示する。

　ピクセル４および５を含む列からの光は、第１のローブ７において関連する視差素子６によって撮像される。８および９で示される隣接するピクセル列からの光は、視差素子６によって、隣接するローブ１０および１１の中にそれぞれ撮像される。さらに、１２および１３で示される次の列からの光は、視差素子６によって、さらなるローブ１４および１５の中に撮像される。

　観察者のそれぞれの目が、ディスプレイ全体にわたって同じ映像を見るような視点修正ディスプレイ（ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ　ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ　ｄｉｓｐｌａｙ）を提供するために、視差光学装置３の視差素子のピッチが、ＳＬＭ２のピクセル列のピッチの２倍よりもわずかに小さい。あるいは、視差光学装置は、拡散バックライト１とＳＬＭ２との間に配置され得、この場合、視差光学装置の視差素子のピッチは、ピクセル列のピッチの２倍よりもわずかに大きい。

　これは、いくつかのローブに繰返される視域を生成する。観察者の左右の目がローブの１つの左右の視域にそれぞれ配置される場合、ディスプレイ全体の中で、左目は、左目で見るように意図された２Ｄ映像のみを見、右目は、右目で見るように意図された２Ｄ映像のみを見る。視域の最も幅広い部分は、ビューイングウィンドウと呼ばれ、１６で示される共通平面に位置している。ビューイングウィンドウ１６は、ディスプレイから所定の視距離を置いて形成される。

　観察者の左右の目が左右の目の視域にそれぞれ留まる場合、観察者は、ディスプレイをオルソスコピックに見て、正しい３Ｄ映像を見る。このような視域は、オルソスコピック視域と呼ばれ得、オルソスコピックビューイングのためのビューイングウィンドウの位置は１７〜２１で示される。しかしながら、観察者の左の目が右の視域に位置し、右の目が左の視域に位置する場合、観察者は、シュードスコピック映像を見る。シュードスコピックビューイングウィンドウ位置は、図１において２２〜２５で示される。シュードスコピック映像は問題を引き起こす。なぜなら、これらの映像は、深さ情報が虚偽的または誤っているにもかかわらず、特定の深さを有するように見えることがよくあるからである。従って、観察者が間違った位置にいることが常に明らかであるとはいえない。さらに、シュードスコピックビューイングは、頭痛および他の目の疲れの症状を引き起こすことが知られている。

　さらに、ビューアが横方向に移動すると、目は、例えば、右目で見られるコンテンツが左目のローブの重要な部分を含む位置に移動し得る。これは、再び、頭痛および他の目の疲れの症状を引き起こすことが知られる非理想的なビュー位置に至る。

　非特許文献１は、観察者が添付の図面の図１に示されるタイプのオートステレオスコピック３Ｄディスプレイの適切な視領域を見出すことを支援するための３Ｄ指標を開示する。このインジケータは、添付の図面の図２に示され、前部スリット２７が設けられ、発光ダイオード（ＬＥＤ）２８〜３２を含む遮光ボックス２６を備える。ＬＥＤ２８、３０および３２は緑色の光を発し、これに対してＬＥＤ２９および３１は赤色の光を発する。スリット２７の大きさ、および、スリット２７に対するＬＥＤ２８〜３２の形状寸法は、観察者の目がオルソスコピック位置１７〜２１に配置される場合、ＬＥＤ３２〜２８からの光は、それぞれ、スリット２７を通して見られ得る。従って、観察者の目がオルソスコピック位置１７〜２１の１つにある場合、緑色ＬＥＤのみ、または、赤色ＬＥＤのみがみえる。観察者が、オルソスコピック位置から移動して離れた場合、緑色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤの両方からの光がみえる。従って、観察者は、インジケータのスリット２７を通して単色の光のみを見ることができる位置にいなければならない。

　インジケータは、オートステレオスコピックディスプレイとは別個のデバイスとして製作され、従って、単一の色のみがみえる領域がビューイングウィンドウ内のオルソスコピック位置と正確に位置合わせすることを確実にするために、製造中、正確な位置合わせを必要とする。このような位置合わせは、時間がかかり、かつ、厄介であり、従って、製造のコストおよび複雑さが実質的に増加する。さらに、インジケータの光学系は、ディスプレイそれ自体の光学系とは異なる。従って、インジケータは、ビューイングウィンドウを含む平面、およびこの平面に非常に近いオルソスコピック視位置のみを正確に識別する。観察者が、この平面のかなり外側に移動した場合、インジケータは、観察者がオルソスコピック位置にいるか、または非オルソスコピック位置にいるかをもはや正しい指標を提供しない。さらに、インジケータの光学系とディスプレイの光学系との間に相違があるために、インジケータは、ディスプレイ光学系の性能に依存しない指標を提供する。従って、インジケータがディスプレイと正確に位置合わせされた場合であっても、実際には、観察者が不適切な視位置にいるというようにディスプレイ光学系が不完全である場合、観察者は、オルソスコピック位置にいるという誤った指標を受け取り得る。

　特許文献２は、視差バリアタイプのオートステレオスコピックディスプレイを開示する。ビューアが、オルソスコピック視領域の外へ移動した場合、ビューアにみえる映像は変化する。横方向の移動は、知覚された映像を暗くし、これに対して、縦方向の移動は、映像に垂直のストライプが重ねられるという結果をもたらす。これらの映像の変化は、ディスプレイの視差バリア構造に起因する。

　特許文献３は、さらに、ビューアがオルソスコピック視領域の外側へ移動した場合、知覚された映像が変化するオートステレオスコピックディスプレイを開示する。この場合、知覚された映像は、ビューアがシュードスコピックビューイングを回避するために、オルソスコピック視域から去るとすぐにモノスコピックになる。

　特許文献４および特許文献５は、添付の図面の図３および図４に示されるようなオートステレオスコピック３Ｄディスプレイを開示する。このディスプレイは、図４に示されるビューア位置インジケータ（ＶＰＩ）構成を含む点で、図１に示されるものとは異なる。この構成は、バックライト１の一部、ＳＬＭ２の一部および視差光学装置３の一部を含む。図３に示されるように、ＳＬＭ２は、隣接するピクセル列の対と光学的に位置合わせされた各視差素子６とともにピクセルの一つおきの列上のインターレースされた垂直ストリップとしての２つの２Ｄステレオスコピック映像を表示するための映像部２ａを有する。左右の視域は、ローブ７、１０、１１、１４および１５に形成されるが、オルソスコピック視位置１７、１９および２１のみが、観察者によって用いられるように意図される。従って、図１に示されるオルソスコピック位置１８および２０は使用されることが意図されない。

　ビューア位置インジケータ構成は、バックライト１の上部ストリップ、ＳＬＭ２のピクセルの１つ以上の上部行を含む信号伝達部２ｂ、および視差光学装置３の上部３ａによって形成される。図４に示されるピクセルは、図３に示されるピクセルの２倍の広がり、および２倍のピッチを有する３０および３１といったピクセルとして機能するように水平の対で動作され、かつステレオスコピック映像を表示するために用いられる。視差光学装置３の上部３ａは、視差素子３２が、図３に示される視差素子６の２倍の水平ピッチを有する部位を含む。３０等のピクセル（影なしで示される）は、明るい映像を提供するように制御され、暗い映像を提供するように制御される３１等のピクセル（影付きで示される）と横方向に交互になる。特に、ピクセル３０は実質的に透明であり、これに対して、ピクセル３１は実質的に不透明である。

　各視差素子３２は、それぞれの視差素子６と位置合わせされる。ピクセル３０および３１ならびに視差素子３２は連係して、ローブ１０および１１に明るい映像を、かつローブ７、１４および１５に暗い映像を提供する。従って、観察者がビューイングウィンドウ１６におけるオルソスコピック位置１７、１９および２１に位置する場合、ビューア位置指標構成は暗く見える。観察者が１９等のオルソスコピック位置から２３等のシュードスコピック位置に移動すると、ビューア位置指標構成からの光が、例えば、観察者の右目にみえ、従って、その観察者が、オルソスコピック位置からシュードスコピック位置に移動したことを観察者に示す。片方の目のみが、ビューア位置指標構成からの光を見る場合、脳は、これを映像データとして記録する。従って、ディスプレイが機能するために、観察者の両目が構成からの光を見ることは必要とされない。従って、ビューア位置指標構成からの光が見えない位置に移動した場合、この観察者は、１７、１９および２１に示されるもののようなオルソスコピック位置に留まる。
欧州特許出願公開第０６２５８６１号明細書 英国特許出願第２２５２１７５号明細書 国際公開第９４／２４６０１号パンフレット 欧州特許出願公開第０８６０７２８号明細書 英国特許出願第２３２１８１５号 Ｅ．Ｎａｋａｙａｍａら、「プロシーディングス　オブ　サード　インターナショナル　ディスプレイ　ワークショップ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｔｈｉｒｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）、１９９６年１１月２７〜２９日、インターナショナル　カンファレンス　センター、コーベ、ジャパン（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｃｅｎｔｒｅ、Ｋｏｂｅ、Ｊａｐａｎ）」、１９９６年、第２巻

　本発明によるオートステレオスコピックディスプレイは、映像ディスプレイと、信号ディスプレイと、視差光学装置とを備えるオートステレオスコピックディスプレイであって、該視差光学装置は、該映像ディスプレイと連係して、視領域に複数の右目および左目視域を形成する第１の部位と、該信号ディスプレイと連係して、該視領域の少なくとも１つの第１の部分にてみえる第１の信号映像と、該視領域の少なくとも１つの第２の部分にてみえる第２の信号映像とを形成する第２の部位とを有し、該第１の部位は、第１の方向の第１のピッチを有する視差素子のアレイを含み、該第２の部位は、該第１の方向の該第１のピッチの１．５倍と実質的に等しい第２のピッチを有する視差素子のアレイを含む。

　前記少なくとも１つの第１の部分は、オルソスコピック視域を含んでもよい。

　前記少なくとも１つの第２の部分は、前記オルソスコピック視域に隣接するシュードスコピック視域を含んでもよい。

　前記第１の信号映像および前記第２の信号映像の一方は明るい映像であり、該第１の信号映像および該第２の信号映像の他方は暗い映像であってもよい。

　前記第１の信号映像は、第１の色の信号映像であり、前記第２の信号映像は、該第１の色とは異なった第２の色の信号映像であってもよい。

　前記映像ディスプレイおよび前記信号ディスプレイは、共通ディスプレイの第１の部位および第２の部位をそれぞれ含んでもよい。

　前記共通ディスプレイは、光源と、光透過型および透過反射型空間光変調器の一方とを備えてもよい。

　前記空間光変調器は、液晶デバイスを含んでもよい。

　前記映像ディスプレイと前記第１の部位とが連係して、ローブごとに前記視域の２つを有する複数のローブにて該視域を形成してもよい。

　前記視差光学装置はレンズアレイを備えてもよい。

　前記レンズアレイは、レンチキュラースクリーンを備えてもよい。

　前記視差光学装置は、ホログラム光学素子のアレイを備えてもよい。

　前記視差光学装置は、視差バリアを備えてもよい。

　前記視差バリアの前記第１の部位は、第１の幅の複数のスリットを備え、該視差バリアの前記第２の部位は、該第１の幅の複数のスリットを備えてもよい。

　前記視差バリアの前記第１の部位は、第１の幅の複数のスリットを備え、該視差バリアの前記第２の部位は、該第１の幅よりも小さい第２の幅の複数のスリットを備えてもよい。

　前記視差バリアは複数の視差素子を備え、前記第２の部位の該視差素子の一つおきの素子は、前記第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向で、前記第１の部位の該視差素子のそれぞれの素子と位置合わせされてもよい。

　前記視差光学装置は、非オートステレオスコピックディスプレイモードの場合、除去可能であってもよい。

　前記視差バリアは、第１の層と除去可能な第２の層とを含み、該第１の層は、第１の偏光を有する光を供給するためのバリア領域と、少なくとも、該第１の偏光と実質的に直交する第２の偏光を有する光を供給するための開口部領域とを備え、該第２の層は、該第２の偏光の光を通過させるための偏光子を備えてもよい。

　前記映像ディスプレイおよび前記信号ディスプレイは、前記第１の偏光の光を供給するように構成され、前記バリア領域は、該第１の偏光の光を通過させるように構成され、前記開口部領域は、該第１の偏光の光を、少なくとも部分的に、該第２の偏光の光に変換するように構成されてもよい。

　前記第１の層は半波長板であり、前記バリア領域は、前記第１の偏光と平行の光軸を有し、前記開口部領域は、該第１の偏光に対して４５°で位置合わせされた光軸を有してもよい。

　前記信号ディスプレイは、前記映像ディスプレイによって表示された各３次元映像の横方向の広がりに対応する、横方向の広がり全体にわたって活性であるように構成されてもよい。

　本発明によると、映像ディスプレイ、信号ディスプレイおよび視差光学装置を備えるオートステレオスコピックディスプレイが提供される。視差光学装置は、映像ディスプレイと連係して、視領域において複数の左右の目の視域を形成する第１の部位と、信号ディスプレイと連係して、視領域の少なくとも１つの第１の部分においてみえる第１の信号映像と、視領域の少なくとも１つの第２の部分においてみえる第２の信号映像とを形成する第２の部位とを有している。この第１の部位は、第１の方向の第１のピッチを有する視差素子のアレイを含み、第２の部位は、第１の方向の第１のピッチの１．５倍と実質的に等しい第２のピッチを有する視差素子のアレイを含む。

　従って、実際の映像が表示されているか否かを問わず、オートステレオスコピックディスプレイに対する観察者の位置を観察者が判定することを可能にする構成を提供することが可能である。特に、第１および第２の信号映像を見ることによって、観察者は、視領域の第１の部分にいるか、第２の部分にいるかを判定し得る。指標は、特許文献４における指標によって提供されるよりも高い空間周波数を有するので、指標パターンが見えることは少ない。ディスプレイが、３Ｄモードと２Ｄモードとの間で機械的または電気的に切り換え可能である場合、２Ｄモードの指標パターンの任意の残留視認性（ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）もまた低減される。ピクセル化された（ｐｉｘｅｌｌａｔｅｄ）ディスプレイについては、指標を提供するために、より多くのピクセルが用いられるので、より明るい指標が提供され得る。

　少なくとも１つの第１の部分は、オルソスコピック視域を含み得る。少なくとも１つの第２の部分は、オルソスコピック視域に隣接するシュードスコピック視域を含み得る。従って、観察者が、オルソスコピック視領域に位置するか否かを判定することが可能である。

　第１の信号映像および第２の信号映像は、様々な態様で異なり得る。例えば、第１の信号映像および第２の信号映像のうちの一方は明るい映像であり、第１の映像および第２の映像のうちの他方は暗い映像であり得る。別の例において、第１の信号映像は第１の色であり得、第２の信号映像は、第１の色とは異なった第２の色であり得る。

　第１の部位および第２の部位を有する視差光学装置を用いることによって、視差光学装置の製造中に、位置合わせが自動的に提供される。さらに、映像ディスプレイおよび信号ディスプレイは、共通ディスプレイの第１の部位および第２の部位をそれぞれ含み得る。従って、第１の部位および第２の部位の位置合わせは、製造中に達成され得、従って、位置合わせを達成するための調整は、オートステレオスコピックディスプレイの組立て中には必要とされない。

　共通ディスプレイは、様々な態様で実施され得る。例えば、共通ディスプレイは、液晶デバイス等の光透過型または透過反射型空間光変調器と、光源とを備え得る。本発明は、透過型または透過反射型液晶ディスプレイデバイスにおいて用いられ得る。

　代替案として、共通ディスプレイは、発光ディスプレイを備え得る。

　映像ディスプレイおよび第１の部位は連係して、ローブごとに２つの視域を有する複数のローブにおいて視域を形成し得る。ローブごとの視域の数を最小限にすることによって、向上された３Ｄ映像の解像度、および、場合によっては、向上された明るさが達成され得る。

　視差光学装置は、様々な態様で実施され得る。例えば、視差光学装置は、レンチキュラースクリーンといったレンズアレイを備え得る。代替案として、視差光学装置は、ホログラフィックィ光学素子のアレイを備え得る。さらなる代替案として、視差光学装置は、視差バリアを備え得る。視差バリアの第１の部位は、第１の幅の複数のスリットを備え得、視差バリアの第２の部位は第１の幅の複数のスリットを備え得る。代替案として、視差バリアの第１の部位は、第１の幅の複数のスリットを備え得、視差バリアの第２の部位は、第１の幅よりも少ない第２の幅の複数のスリットを備え得る。

　第２の部位の一つおきの視差素子は、第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向に、第１の部位のそれぞれの視差素子と位置合わせされ得る。

　視差光学装置は、非オートステレオスコピックディスプレイモードについて、（例えば、機械的に）除去可能であり得る。このような構成は、全解像度２Ｄビューイングモードを提供するために用いられ得る。あるいは、視差光学装置は、例えば、ＥＰ０　８３３　１８３号に開示されるように、２Ｄモードに電気的にスイッチング可能であり得る。このような電気的にスイッチング可能な視差バリアは、ビューア位置指標をオンまたはオフに切替えるように構成され得、従って、ビューア位置指標が必要とされない場合、３Ｄ映像を表示するために一層多くのディスプレイが用いられ得る。

　視差光学装置が視差バリアとして実施される際に、視差バリアは、第１の層および除去可能な第２の層を含み得、第１の層は、第１の偏光を有する光を通過させるのためのバリア領域と、少なくとも、第１の偏光に対して実質的に直交する第２の偏光を有する光を供給するための開口部領域を備え、第２の層は、第２の偏光の光を通過させるための偏光子（ｐｏｌａｒｉｓｅｒ）を備える。第２の層は、ディスプレイが３Ｄモードである場合、第１の偏光の光を吸収し、第２の偏光の光を透過する出力偏光子として機能する。第１の層は、オートステレオスコピックディスプレイの残り部分に対して、正確に位置決めされて固定され得る。オートステレオスコピックモードと非オートステレオスコピックモードとの間のスイッチングは、第２の層を除去することによって、および取り替えることによって達成され得、このスイッチングは、ディスプレイの残り部分に対して角度による位置決めのみを必要とし、従って、許容要求基準を低減するので、可動素子を位置合わせする難しさが低減または回避され得る。

　映像ディスプレイおよび信号ディスプレイは、第１の偏光の光を供給するために構成され得、バリア領域は、第１の偏光の光を通過するように構成され得、開口部領域は、第１の偏光の光を、少なくとも部分的に、第２の偏光の光に変換するように構成され得る。第１の層は、半波長板であり得、バリア領域は、第１の偏光と平行の光軸を有し得、開口部領域は、第１の偏光に対して４５°に位置合わせされた光軸を有し得る。バリア領域における偏光回転子（ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ　ｒｏｔａｔｏｒ）といったデバイスの使用を回避することによって、バリア領域からの光の抑制が可視スペクトルにわたって最大化され得る。これにより、ビュー間のクロストークを最小化することが可能になる。

　信号ディスプレイは、映像ディスプレイによって表示された３次元映像の横方向の広がり、または各３次元映像に対応する横方向の広がり全体にわたって活性であるように構成され得る。このような構成は、ディスプレイの縦方向のビューイング自由度（ｖｉｅｗｉｎｇ　ｆｒｅｅｄｏｍ）が最適に示されることを可能にする。

　本発明は、例として、添付の図面を参照してさらに記載される。

　本発明によるオートステレオスコピックディスプレイは、映像ディスプレイおよび信号ディスプレイを提供するように制御されるＳＬＭを備える。視差光学装置は、映像ディスプレイと連係して複数のビューイングウィンドウを形成する第１の部位を有する。視差光学装置の第２の部位は、観察者にみえる第１の映像および第２の映像を形成して、観察者が所望のオルソスコピック視域と、シュードスコピック位置などの所望でない視位置とを区別することを可能にする。第２の部位における視差素子のピッチは、第１の部位における視差素子のピッチの１．５倍である。これにより、実際の映像が表示されているか否かを問わず、オートステレオスコピックディスプレイに対する観察者の位置を判定することができる。

　同様の参照符号は、図面全体にわたって同様の部分を示す。

　図５は、図３および図４に示されるものとは異なるオートステレオスコピックディスプレイのＶＰＩ部を示す。ここでは、視差光学装置３の上部３ａの視差素子３２のピッチは、図３に示される視域を形成する視差光学装置３の一部である視差素子６のピッチの１．５倍と等しい。これは、図３における素子６のピッチの２倍である、図４における素子３２のピッチとは対照的である。

　これは、視差バリアの形態の視差光学装置について図６に図式的に図示される。バリアスリット３２およびＳＬＭ２のピクセルの横方向の位置は、（ａ）ディスプレイの映像表示および生成部に関して、（ｂ）図４に示されるＶＰＩに関して、および（ｃ）図５に示されるＶＰＩに関して図示される。（ｂ）および（ｃ）において、バリアのＶＰＩ部のスリットと連係して、通常の指標を観察者に提供する赤色ピクセルは影付きにされている。従って、図６（ｃ）において、ディスプレイにわたって二つおきのピクセルが、位置指標を提供するように照射され、色フィルタパターンは、これらのピクセルのすべてが赤色であるようなものである。従って、観察者が中央オルソスコピック視領域１９から離れる場合、このディスプレイは、観察者にみえる赤色の指標を提供する。

　ディスプレイは、中央オルソスコピック視領域１９から見られるように意図され、観察者は、通常、ディスプレイの中央領域を基準としてディスプレイを見る。中央オルソスコピック視領域に隣接するのは、２つのシュードスコピック領域２３および２４である。観察者が、これらのシュードスコピック領域内へと移動した場合、この観察者は、ＶＰＩからの指標を見て、このディスプレイを見るために不正確な位置にいることを知る。

　図３および図４に示されるディスプレイの場合のように、ユーザが正しいオルソスコピック視領域にいる場合、このユーザに明瞭な指標を提供するために、オルソスコピック領域１８および２０の使用は断念される。領域１８および２０における場合、観察者は、正しくない視領域にいることをこの観察者に知らせるＶＰＩからの指標を見る。

　図５に示される構成において、観察者がシュードスコピック領域２２および２５にいる場合、この観察者に指標は提供されない。さらに、観察者がオルソスコピック視領域１７および２１にいる場合、観察者にみえる指標が提供される。しかしながら、通常、ディスプレイの中央領域から見られることが意図される典型的なディスプレイの場合、シュードスコピック視領域２２および２５は、通常、ディスプレイの中心に対する垂直線から約３０°ずれている。従って、このような位置は、ディスプレイの正しい視位置ではないことが観察者に明らかである。ＶＰＩは、中央オルソスコピック領域１９における正しいオルソスコピックビューイングの確実な指標を提供し、従って、観察者が隣接するシュードスコピック視領域２３および２４を避けることを可能にする。

　図４および図６（ｂ）に示された既知のＶＰＩ構成と比較すると、図５および図６（ｃ）に図示された構成は、より高い空間周波数を有する指標を提供し、従って、ＶＰＩを形成する素子のパターンはあまり見えない。２Ｄモードの動作にスイッチング可能であるディスプレイの場合、ＶＰＩパターンが２Ｄモードにおいて特定の残留視認性を有し得る可能性がある。本構成は、このようなアーテファクトを見えなくする。さらに、所与の大きさのＶＰＩに対して、より多くのピクセルが照射される。これにより、より多くの光が生成されるので、シュードスコピック領域２３および２４におけるＶＰＩ指標は、より明るくなり、従って、正しくない位置の観察者に警告する際に、より有効である。

　図７は、ＳＬＭがＬＣＤ２を含み、視差光学装置がレンチキュラースクリーン３を含むディスプレイの特定の構成を図示する。図８の構成は、レンチキュラースクリーン３が、視差光学装置を構成する視差バリアに置き換えられた点で図７のものとは異なる。視差バリア３は、ＬＣＤ２の出力側に図示されているが、ＬＣＤ２とバックライト１との間に代替的に配置され得る。この場合、視差バリア３のピッチは、視点修正を提供するために、ピクセル列のピッチの２倍よりもわずかに大きい。

　ホログラム光学素子といった、視差光学装置３の他の形態が可能である。

　図９は、観察者の移動の許容可能な範囲を図示する。上述のように、素子１、２および３を備えるディスプレイは、左右の視域３５および３６が形成される視点が修正されたタイプのものである。このディスプレイは、ビューイングウィンドウを形成する最も幅の広い横方向の広がりが、観察者の平均的眼間距離（ｉｎｔｅｒｏｃｕｌａｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）と実質的に等しいピッチを有するような視域を形成するように構成される。観察者の左右の目が視域３５および３６のそれぞれの範囲内に留まる場合、観察者は、所望の３Ｄ映像を見る。少なくとも片方の目がその視域から外側に移動するように横方向または縦方向に観察者が移動すると、観察者は、所望でない映像を見ることになる。例えば、上述のように、ビューイングウィンドウを含む平面において観察者が横方向に移動すると、観察者の左右の眼それぞれによって左右の映像が見られるシュードスコピックビューイングをもたらす。

　図９の下部は、ビューア位置指標構成の視点が修正されたゾーン３７の形成を図示する。観察者の両眼は、オルソスコピック映像をみるために、ゾーン３７内になければならない。ＳＬＭ２のピクセル、ならびに視差光学装置３の素子６および３２の構成は、ゾーン３７が、オルソスコピック視域３５および３６の隣接する対と横方向および縦方向に位置合わせされるようになっている。観察者が、暗いゾーン３７内に留まり、ビューア位置指標構成からの光がどちらかの眼に見えない場合、観察者は、使用が意図される中央オルソスコピック視域に位置する。ディスプレイ１、２および３に対して横方向または縦方向に、あるいは横方向および縦方向の両方に移動した結果として、観察者が暗いゾーン３７の外側に移動した場合、光は観察者に見える。

　例えば、近点３８および遠点３９は、図９に示され、観察者の最も近いオルソスコピック視位置および最も遠いオルソスコピック視位置を表す。ディスプレイに近づくか、またはディスプレイから離れる移動により、観察者はゾーン３７の外側に移動し、観察者はビューア位置指標構成からの光を見る。図９の上部に示されるように、このような移動は、観察者を意図されたオルソスコピック視域の外側に行かせる。従って、ビューア位置指標構成は、意図した中央オルソスコピック視域の外側への任意の移動した観察者に対する明瞭な指標を提供する。観察者は、意図されたオルソスコピック視域からさらに離れて移動すると、ビューア位置指標構成の領域にわたってより多くの光が見られる。従って、これは、観察者が３Ｄ映像のオルソスコピックビューイングのための正しい位置に付くことを支援する。

　ＳＬＭ２および視差光学装置３の異なった部分を用いて、ビューア位置指標構成を提供することによって、このような構成は、オートステレオスコピックディスプレイのかさを増加させることがなく、わずかな追加コストをともなうか、あるいは追加コストなしで提供され得る。ビューア位置指標構成がディスプレイの残り部分と位置合わせされるために、製造中の位置合わせ工程は必要とされない。なぜなら、位置合わせは、ＳＬＭ２および視差光学装置３のそれぞれにおいて許容誤差にあることが保証されているからである。同様に、位置合わせ不良は、オートステレオスコピックディスプレイを使用する間は生じ得ない。さらに、ディスプレイ部分およびビューア位置指標構成部分の実質的に同じビューイング性能が提供される。従って、ビューイングウィンドウの質を低下させる収差、焦点はずれ、散乱、および他の効果は、同様に、ビューア位置指標構成の性能に影響を及ぼす。位置指標は、ディスプレイの領域内に提供され、従って、観察者に容易に見える。

　ビューア位置指標構成は、さらなる電力または接続を必要としない。さらに、この構成は、小型のハンドヘルドデバイスまたはラップトップタイプのディスプレイに容易に組込まれ得る。

　図１０は、ストリップ形状のビューア位置指標構成４２について異なった可能な位置を図示する。この構成は、上述のように、かつ、図１０の左上に図示されるように、ディスプレイの上部に配置された水平ストリップを含み得る。図１０の右上部分は、ディスプレイの底部における代替的位置を図示する。図１０の左下部分はディスプレイの対向する側部における垂直ストリップを図示する。図１０の右下部分は、上部水平ストリップおよび下部水平ストリップと、対向する側部における垂直ストリップとを組み合わせた構成を図示する。観察者が正しくない視位置にいる兆候があることを最大限に認識させるための、好適な構成は、図１０の左上および右上の部分にて図示されるような水平ストリップである。後述されるように、観察者がビューイングウィンドウの平面にいない場合、ストリップ４２は、その幅に沿って異なった地点を照射する。

　図１１は、上述のように、オートステレオスコピックディスプレイの形態のディスプレイを有するラップトップコンピュータ６０を図示する。ディスプレイは、図５に示されたタイプの視差バリアの形態で視差光学装置３を含む。図１１の上部は、オートステレオスコピック３Ｄモードでのディスプレイの使用を図示する。視差バリアは、アタッチメント６１に配置されて、ディスプレイ内でＳＬＭのピクセルと正しく位置決めされる。例えば、バリアは、熱膨張係数が、ＳＬＭを形成するＬＣＤのガラスの熱膨張係数と十分に近いガラスまたはアクリル基板上に製作され得る。バリア開口部は、露光または現像された写真乳剤から製作され得る。このような露光は、フラットベッドレーザ走査装置を用いて０．１μｍの許容差で製造され得る。

　図１１の下部は、視差バリア３がアタッチメント６１から除去され、例えば、ディスプレイの背面の適切なレセプタクルまたはポーチに格納される２Ｄモードを図示する。これは、ＳＬＭの全空間解像度が２Ｄモードで用いられることを可能にする。

　全解像度２Ｄモードの場合に視差バリアを除去するか、または使用不能にすることを可能にするための、他の構成が可能である。例えば、バリアは、ディスプレイの上部に蝶番で留められ得るか、または、必要に応じて、ＳＬＭ２の前面に引き降ろされ得る巻き上げブラインド上に位置し得る。あるいは、半波長板の９０度偏光回転子のアレイ（半波長板であり得る）が、例えば、ＳＬＭ２の出力偏光子に取付けられ得る層、または、出力偏光子の近くに取付けられ、かつディスプレイと位置合わせされる分離シートへのパターニングによって提供され得る。２Ｄモードでは、これは見ることができない。しかしながら、さらなる偏光子をディスプレイの前面に配置することによって、９０度の回転子を有する領域は光を透過し、これに対して、このような回転子を有しない領域は光を消して、視差バリアを形成する。そのさらなる偏光子は、パターニングされる必要がないので、ディスプレイとの位置合わせはあまり重要でない。このような偏光層は、除去可能な視差バリアよりロバストに製作され得、熱膨張差の影響を受けない。位置合わせ許容差は、バリアそれ自体の位置合わせと比較して、著しく低減される。

　このタイプの構成は、図１２ａに示される。視差光学装置３は、偏光に影響を及ぼさない部位６４と、半波長板として機能するストリップ形状部位６５とを有する基板を備える。３Ｄモードでは、直線偏光シート６６が基板を覆って配置される。ＳＬＭ２からの偏光された光は、変化せずに領域６４を通過するが、半波長板６５を通過する光は、９０度回転された偏光ベクトルを有する。領域６４を通過する光が消され、半波長板６５を通過する光が透過するように、偏光シート６６の偏光方向は、入来する光の偏光の方向と直交する。ディスプレイが、全解像度２Ｄモードで動作することが必要とされる場合、偏光シート６６が除去されて、ＳＬＭ２からのすべての光が透過される。

　半波長板等の９０度回転子は、特定の波長に対して最適化される傾向がある。従って、３Ｄモードでは、スリットを通って透過された光が、わずかに着色され得る。単層リターダ素子は、この用途に対して適切であり得るが、多層リターダ構造を用いることによって着色性能（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が改善され得る。スリット間の領域を通って透過される任意の光によって、所望でない映像のクロストークがもたらされる。しかしながら、スリット間の領域に偏光変調が用いられないので、ほとんどの光は、良好な広帯域吸収特性を有し得る偏光シート６６によって吸収される。従って、ディスプレイクロストークが最小化され得る。

　図１２ｂは、図１２ａに示されるものと同様のタイプの構成を図示する。しかしながら、部位６４および６５は、すべて、半波長板を備えるが、その光軸は異なった態様で位置合わせされる。入力偏光子６３は、基準方向（水平）に対して４５°偏光する軸で示される。入力偏光子６３は、通常、ＬＣＤとして実施された場合、ＳＬＭ２の出力偏光子によって構成される。部位６４の光軸は、４５°で位置合わせされ、従って、入力偏光子からの光の偏光ベクトルと平行である。従って、部位６４は、偏光への影響を実質的に有さないので、部位６４を通過する光は、出力偏光子６６によって吸収される。この出力偏光子６６の偏光軸は１３５°で位置合わせされている。

　部位６５の光軸は、９０°で位置合わせされ、従って、部位６５を通過する光の偏光ベクトルは１３５°に変更されて、出力偏光子によって透過される。従って、適切な位置の出力偏光子を用いて、３Ｄビューイングを提供するために視差バリアが用いられる。出力経路から出力偏光子を除去することによって、全解像度２Ｄモードが提供される。

　一つおきの部位６５は、６５’で示されるように、下方に広がり、３Ｄモードのバリア部３ａを形成して、ビューア位置指標を提供する。しかしながら、出力偏光子が除去される場合、ＳＬＭの全体が２Ｄ映像を表示するために利用可能である。

　図１３は、３Ｄモードと２Ｄモードとの間のスイッチングの別の構成を図示する。ＳＬＭ２は、両頭矢印６８によって図示される偏光方向を有する入力偏光子６７、液晶ピクセル層６９、および両頭矢印７１によって示される偏光方向を有する出力偏光子７０を備えるＬＣＤを含む。波長板基板７２は、出力偏光子７０に隣接して配置され、ストリップ形状の半波長板７３を支持する透明基板を備える。基板７２は、視差光学装置３の一部を形成し、また、視差光学装置３は、広域スイッチング可能偏光変調器７４、および両頭矢印７６によって示される偏光方向を有する出力偏光子７５を備える。

　図１３に図示される３Ｄモードにおいて、ＳＬＭ２からの出力光は、両頭矢印７７によって示される方向に偏光されている。波長板７３を通過する光は、両頭矢印７８によって示される方向に向くように、９０°回転された偏光方向を有している。波長板７３間の基板７２を通過する光は影響を受けない。出力偏光子７５が偏光７８を有する光を通過させるが、偏光７７を有する光を消すように、例えば、ツイストネマチックセルまたはパイセルを備え得る偏光変調器７４は、偏光に影響が及ぼされないように制御される。従って、視差光学装置３は、視差バリアとして機能する。

　図１４は、全解像度２Ｄモードでの動作を図示する。このモードで、偏光変調器７４の活性層７９が制御されて、入来する光の偏光が４５°回転される。活性層７９は、偏光を４５°回転させることによって、または、４分の１波長位相シフトを付与することによってこれを達成し得る。従って、波長板７３を含む基板７２のすべての部分からの光は、偏光子７５の偏光軸７６に４５°の偏光方向で、または、円偏光で出力偏光子７５に入射する。従って、出力偏光子７５は、基板７２のすべての領域からの光を、実質的に同じで比較的小さい減衰で透過し、視差光学装置は実質的に消える。

　上述の構成において、ＳＬＭ２のピクセルの行のいくつかは、位置指標を提供するために用いられる。これにより、解像度および３Ｄ映像の映像サイズがいくらか損失される。しかしながら、これは、特に、位置指標のためのさらなるピクセルを提供することによって回復され得、例えば、ある色と黒色との間のスイッチングのみが可能であり得る。あるいは、３Ｄ映像と位置インジケータとの間の時間多重化（ｔｉｍｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が可能であり得る。このようなピクセルと関連する処理エレクトロニクス（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）要件は少なく、従って、ドライバにかかるコストは実質的に影響を受ける必要がない。このようなピクセルに関するデータは、動作モードごとに固定されるので、これらのピクセルを制御するために薄膜トランジスタ等のデバイスは必要とされない。

　図１５は、ピクセルが列で構成されるが、その列は、ＳＬＭのブラックマスクの連続的垂直ストリップによって横方向に分離されている、ＳＬＭ２を用いる効果を図示する。図１５の上部は、ビューイングウィンドウ１６が、もはや横方向に連続しないが、垂直ブラックマスクストリップが投影される８３といった垂直ストリップによって分離されることを図示する。したがって、許容視域３５ａおよび３６ａは、図９に示される視域３５および３６よりも空間的に制限される。しかしながら、図１５の下部に示されるように、同じ効果がビューア位置指標構成に存在し、従って、ビューイングウィンドウの平面により近い、近点３８ａおよび遠点３９ａを有する低減された視点修正ゾーン３７ａが生成される。低減されたゾーン３７ａは、低減されたゾーン３５ａおよび３６ａに対応するので、正しいビューア位置指標がこの実施形態に与えられる。

　ビューア位置指標構成におけるピクセルのすべては、ビューア位置指標を提供するための照射ウィンドウを生成するために用いられ得る。従って、比較的明るい指標が提供され得る。

　上述したように、図９は、ディスプレイ１、２、３が全幅３Ｄ映像を表示する場合に縦方向のビューイング自由度を図示する。しかしながら、視域の縦方向の広がりは、３Ｄ映像の横方向の大きさがディスプレイ１、２、３の幅よりも小さい場合に拡大される。これは、図１６に図示される。図１６において、３Ｄ映像は、１１５で示されるように横方向に制限されて、視域３５’および３６’は、実質的により長い。この場合、新しい近点３８’は、図９に示される近点３８よりもディスプレイ１、２、３に近い。同様に、新しい遠点３９’は、図９に示される遠点３９よりもディスプレイ１、２、３から遠い。

　増加された縦方向の移動の自由度を有するビューアに正しい指標を提供するために、ビューア位置指標を提供するディスプレイの一部は、３Ｄ映像の横方向の広がり１１５の横方向に外側のすべての領域において黒色にされ得る。従って、図１６に示されるように、例えば、ビューア位置指標を提供するピクセルの部位１１６のみが用いられる。これにより、図１６に示されるように、視点修正ゾーン３７’は、視域３５’および３６’と一致する。従って、ゾーン３７’は、表示された映像と同じ縦方向のビューイング自由度を有する。

　１つ以上が表示されている場合の３Ｄ映像、または３Ｄ映像のすべての横方向の広がり１１５は、映像ディスプレイを制御するためのコントローラによって決定され得、かつ視位置指標幅計算ルーチンに供給され得、従って、活性指標の横方向部位１１６は、表示された３Ｄ映像の横方向の全広がりと一致する。図１７に示されるように、ディスプレイ１、２、３は、３Ｄ映像が表示されているいくつかの領域１１７を有し得る。ビューイング自由度の正しい指標を提供するために、ビューア位置指標を提供するディスプレイの活性部分の幅全体は、１１８で示されるとおりである。活性部分は、３Ｄ映像の最左の境界の横方向の位置から最右の境界へ連続的に広がる。従って、ディスプレイの最適なビューイング自由度が、すべての映像に対して達成され得る。

　本発明は、透過型空間光変調器を組込むディスプレイに関して上に記載された。本発明は、透過反射型空間光変調器を組込むディスプレイにもまた適用され得る。

図１は、公知のオートステレオスコピック３Ｄディスプレイの水平断面に関する図式的な断面図である。 図２は、公知の観察者位置インジケータの水平断面に関する図式的な断面図である。 図３は、別の公知のオートステレオスコピック３Ｄディスプレイの異なった高さでの水平断面に関する図式的な断面図である。 図４は、別の公知のオートステレオスコピック３Ｄディスプレイの異なった高さでの水平断面に関する図式的な断面図である。 図５は、本発明の実施形態を構成するオートステレオスコピック３Ｄディスプレイの１部分の水平断面に関する断面図である。 図６は、図３、図４および図５の視差素子／ピクセルの関係を示す図である。 図７は、レンチキュラースクリーンディスプレイを図示する図式的な断面図である。 図８は、前方視差バリアディスプレイが図示された図式的な断面図である。 図９は、視域の形成を図示する平面図である。 図１０は、図３および図４に示されるタイプのオートステレオスコピック３Ｄディスプレイの可能なセンサ位置を図示する。 図１１は、除去可能な視差バリアを有する図３および図５に示されるタイプのディスプレイを備えるラップトップコンピュータを図示する。 図１２ａは、３Ｄモードと２Ｄモードとの間をスイッチングするための第１の構成を図示する。 図１２ｂは、３Ｄモードと２Ｄモードとの間をスイッチングするための第２の構成を図示する。 図１３は、３Ｄモードおよび２Ｄモードで動作する第３の構成の図式的な断面図である。 図１４は、３Ｄモードおよび２Ｄモードで動作する第３の構成の断面図である。 図１５は、ブラックマスクの連続ストリップによって横方向に分離されるピクセル列の効果を図示する図９と類似の図である。 図１６は、図９と類似であるが、表示された３Ｄ映像の低減された横方向の広がりに起因して縦方向の見る自由度が増加することを示す図である。 図１７は、図１６に図示されるように動作する場合の、ディスプレイの外観を図示する。

Claims (21)

1. 　映像ディスプレイと、信号ディスプレイと、視差光学装置とを備えるオートステレオスコピックディスプレイであって、該視差光学装置は、該映像ディスプレイと連係して、視領域に複数の右目および左目視域を形成する第１の部位と、該信号ディスプレイと連係して、該視領域の少なくとも１つの第１の部分にてみえる第１の信号映像と、該視領域の少なくとも１つの第２の部分にてみえる第２の信号映像とを形成する第２の部位とを有し、該第１の部位は、第１の方向の第１のピッチを有する視差素子のアレイを含み、該第２の部位は、該第１の方向の該第１のピッチの１．５倍と実質的に等しい第２のピッチを有する視差素子のアレイを含む、オートステレオスコピックディスプレイ。
2. 　前記少なくとも１つの第１の部分は、オルソスコピック視域を含む、請求項１に記載のディスプレイ。
3. 　前記少なくとも１つの第２の部分は、前記オルソスコピック視域に隣接するシュードスコピック視域を含む、請求項２に記載のディスプレイ。
4. 　前記第１の信号映像および前記第２の信号映像の一方は明るい映像であり、該第１の信号映像および該第２の信号映像の他方は暗い映像である、請求項１に記載のディスプレイ。
5. 　前記第１の信号映像は、第１の色の信号映像であり、前記第２の信号映像は、該第１の色とは異なった第２の色の信号映像である、請求項１に記載のディスプレイ。
6. 　前記映像ディスプレイおよび前記信号ディスプレイは、共通ディスプレイの第１の部位および第２の部位をそれぞれ含む、請求項１に記載のディスプレイ。
7. 　前記共通ディスプレイは、光源と、光透過型および透過反射型空間光変調器の一方とを備える、請求項６に記載のディスプレイ。
8. 　前記空間光変調器は、液晶デバイスを含む、請求項７に記載のディスプレイ。
9. 　前記映像ディスプレイと前記第１の部位とが連係して、ローブごとに前記視域の２つを有する複数のローブにて該視域を形成する、請求項１に記載のディスプレイ。
10. 　前記視差光学装置はレンズアレイを備える、請求項１に記載のディスプレイ。
11. 　前記レンズアレイは、レンチキュラースクリーンを備える、請求項１０に記載のディスプレイ。
12. 　前記視差光学装置は、ホログラム光学素子のアレイを備える、請求項１に記載のディスプレイ。
13. 　前記視差光学装置は、視差バリアを備える、請求項１に記載のディスプレイ。
14. 　前記視差バリアの前記第１の部位は、第１の幅の複数のスリットを備え、該視差バリアの前記第２の部位は、該第１の幅の複数のスリットを備える、請求項１３に記載のディスプレイ。
15. 　前記視差バリアの前記第１の部位は、第１の幅の複数のスリットを備え、該視差バリアの前記第２の部位は、該第１の幅よりも小さい第２の幅の複数のスリットを備える、請求項１３に記載のディスプレイ。
16. 　前記視差バリアは複数の視差素子を備え、前記第２の部位の該視差素子の一つおきの素子は、前記第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向で、前記第１の部位の該視差素子のそれぞれの素子と位置合わせされる、請求項１３に記載のディスプレイ。
17. 　前記視差光学装置は、非オートステレオスコピックディスプレイモードの場合、除去可能である、請求項１に記載のディスプレイ。
18. 　前記視差バリアは、第１の層と除去可能な第２の層とを含み、該第１の層は、第１の偏光を有する光を供給するためのバリア領域と、少なくとも、該第１の偏光と実質的に直交する第２の偏光を有する光を供給するための開口部領域とを備え、該第２の層は、該第２の偏光の光を通過させるための偏光子を備える、請求項１３に記載のディスプレイ。
19. 　前記映像ディスプレイおよび前記信号ディスプレイは、前記第１の偏光の光を供給するように構成され、前記バリア領域は、該第１の偏光の光を通過させるように構成され、前記開口部領域は、該第１の偏光の光を、少なくとも部分的に、該第２の偏光の光に変換するように構成される、請求項１８に記載のディスプレイ。
20. 　前記第１の層は半波長板であり、前記バリア領域は、前記第１の偏光と平行の光軸を有し、前記開口部領域は、該第１の偏光に対して４５°で位置合わせされた光軸を有する、請求項１９に記載のディスプレイ。
21. 　前記信号ディスプレイは、前記映像ディスプレイによって表示された各３次元映像の横方向の広がりに対応する、横方向の広がり全体にわたって活性であるように構成される、請求項１に記載のディスプレイ。

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