JP2004537933A - 看取者追跡システムを備える自動立体画像表示システム - Google Patents
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Abstract
自動立体画像表示システムが、ピクセルを帯びる光ビームを、3D画像を表示するためのレンズのアレイを備えるレンチキュラスクリーンに放出する3D画像源を含むような表示装置を有し、上記画像源と上記レンチキュラスクリーンとの間には視差バリアが配置され、該視差バリアには上記光ビームを上記レンチキュラスクリーンのレンズのアレイに透過させる光透過性スリットのアレイが設けられている。該自動立体画像表示システムは、右目及び左目の位置を検出して上記表示装置をこれにより追従させる視点追跡器も有する。複数の観察者が3D画像を同時に、且つ、視点の移動及び/又は位置とは独立して知覚するのを可能にするために、上記視点追跡器は、前記視差バリアのスリットを制御して、前記光ビームの前記レンズへの入射を変化させることにより該レンズ内での屈折角に影響を与え、これにより前記左目及び右目視像のピクセルを帯びる出射光ビームを、前記観察者の目の位置に各々一致する少なくとも1つの別個の右目及び1つの別個の左目の視像焦点に収束させるために使用される。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は自動立体画像表示システムであって、3D画像の右目及び左目視界のピクセルを帯びる光ビームを、該3D画像を表示するためのレンズアレイを持つレンチキュラスクリーンに対して放出する画像源を含むような表示装置を有し、視差バリア(parallax barrier)が上記画像源と上記レンチキュラスクリーンとの間に配置され、該視差バリアには上記光ビームを上記レンチキュラスクリーンのレンズアレイに向かって透過させるための不透明領域により分離された光透過性スリットのアレイが設けられ、更に左目及び右目の位置を検出すると共に前記表示装置を斯かる位置に追従させる視点追跡器を有するような自動立体画像表示システムに関する。
【0002】
また、本発明は斯様な自動立体画像表示システムに使用する表示器にも関する。
【背景技術】
【0003】
このような自動立体画像表示システムは、種々の実施形態で既知であり、観察者により装着されるべき看取補助具の必要性なしに2つの人の目により覚知される3D視界又は画像の2つの異なる投射図の再生を狙いとしている。画像の立体視対とも呼ばれる3D視界の上記2つの異なる投射図は、脳が情景における種々の物体までの距離を評価するのを可能にし、3D的視界印象を提供する。しかしながら、今まで知られている自動立体画像表示システムは、異なる視界を目に供給するのに使用される方法に固有の種々の欠点を被る。
【0004】
例えば、米国特許第5991073号から既知の自動立体画像表示システムは、1つの目によりスクリーンの活性領域全体にわたり単一の二次元(2D)画像視界を見ることのできるような“看取領域”、即ち上記レンチキュラスクリーンの前の空間領域を形成する。観察者が右目Rが右看取領域内にあり、且つ、左目Lが左看取領域内にあるように位置すると、画像の立体視対が見られ、3D画像が知覚される。しかしながら、この既知の自動立体画像表示システムは、1人の観察者しか3D画像を正しく知覚することを可能にしない。更に、知覚される3D画像の輝度は、観察者数が増加すると減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、冒頭の段落で述べたような自動立体画像表示システムであって、複数の観察者が3D画像を同時に且つ視点の移動及び/又は位置とは独立に知覚することを可能にするような自動立体画像表示システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的は、本発明による自動立体画像表示システムによれば、前記視点追跡器が前記視差バリア(parallax barrier)のスリットを制御して、前記光ビームのレンズへの入射を変化させることにより該レンズ内での屈折角度に影響を与え、これにより、前記右目及び左目視界のピクセルを帯びる出力光ビームを、前記検出された右目及び左目位置に各々一致する少なくとも1つの明確な右目及び1つの明確な左目視界焦点に収束させることにより達成される。
【0007】
このような対策を適用することにより、前記視差バリアはレンチキュラスクリーンのレンズと共に、前記視点追跡器により前記光ビームの前記視差バリアのスリットを介しての前記レンチキュラスクリーンの個々のレンズへの透過を変化させるように制御されるような指向性光学系として機能し、かくして、左目及び右目視像の各々は、前記視点追跡器により検出される1以上の看取者又は観察者の対応する目に、これら目の位置及び結果としての(頭の)移動とは無関係に直接放射される。更に、上述したようなピクセルを帯びる光ビームが多くの看取領域にわたって広がるような従来の自動立体画像表示システムとは相違して、上記の右目及び左目視像のピクセルを帯びる光ビームは、本発明によれば観察者の右目及び左目に個別に1対1で各々焦点が合わされる。この3D画像の観察者個別的供給は、知覚される3D画像の輝度が観察者の人数に依存するのを防止する。
【0008】
本発明による自動立体画像表示システムの一実施例は、上記視差バリアのスリットがサブピクセル幅を有していることを特徴とする。この対策を適用することにより、上記視差バリアの個々のスリットを通過する光ビームが、各々、同一のピクセルの部分を帯びることになり、これにより、幾人かの観察者に同一のピクセル情報、従って同一の3D画像を同時に供給することが可能になる。
【0009】
本発明による自動立体画像表示システムの一実施例は、前記レンチキュラスクリーンのレンズが、前記視差バリアのスリットの幅より大幅に大きな幅を有していることを特徴とする。この場合、各レンズは幾人かの異なる観察者への幾つかの光ビームの屈折/収束のために同時に使用されるようになるので、結果として価格有効的な実施化となる。
【0010】
画像解像度の損失を防止するために、本発明による自動立体画像表示システムは、好ましくは、前記レンチキュラスクリーンのレンズがピクセル幅の略0.3ないし3倍に相当する幅を有していることを特徴とする。
【0011】
上記視差バリアのスリットと上記レンチキュラスクリーンのレンズとの適切な位置合わせは、本発明による自動立体画像表示システムによれば、前記視差バリアに、レンズ幅当たりに10ないし1000程度の個数のスリットが設けられることを特徴とすることより得られる。
【0012】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記レンチキュラスクリーンのレンズのアレイが、不透明な垂直方向のストライプにより互いに光学的に分離されたレンズの垂直方向の列を形成し、これらストライプの各々が当該レンチキュラスクリーンのレンズの幅より狭い幅を有していることを特徴とする。上記不透明な垂直方向ストライプは、上記レンズのリムにおいて光ビームの収差が発生するのを防止し、それでいて、出射光ビームの輝度をそのままに残存させる。というのは、斯かる出射ビームの殆どは斯かるレンズの中心部をから放出されるからである。更に、上記不透明垂直方向ストライプは、例えば上記レンズの列を相互に接着すること等により、当該レンチキュラスクリーンの構造を強化するために使用することができる。これらのリムは暗く塗装することにより、看取者側での光の反射を防止することができる。
【0013】
本自動立体画像表示システムは、好ましくは、前記レンチキュラスクリーンのレンズアレイ内のレンズが半球状の断面を有していることを特徴とする。これは、製造が容易であり、強固な構造を提供する。
【0014】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記画像源と前記視差バリアとの間にフレネルレンズが配設されることを特徴とする。この対策は、上記画像源が発散光を使用するのを可能にし、該光は次いで屈折されて結果としてコリメートされた光となる。
【0015】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記画像源が、コリメートされたバックライト源を有することを特徴とする。レンチキュラスクリーンに対する3D画像の右目及び左目視像のピクセルを帯びる光ビームの伝達にコリメートされた光を使用することにより、フレネルレンズの使用が冗長となる。
【0016】
斯様なコリメートされたバックライト源は、例えばレーザ光源から得ることができ、100度より大きな視野角を持つ所謂肉厚レンズを使用することを可能にする。
【0017】
また、本発明による自動立体画像表示システムの上記視差バリアは、LCD型又はポリマLC/ゲル型とすることができ、容易な実施化を可能にする。
【0018】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記レンチキュラスクリーンのレンズのアレイがレンズの垂直方向の列を備える水平方向拡散器を形成し、前記表示装置が上記水平方向拡散器を形成する前記レンチキュラスクリーンのレンズの幅と略等しい幅を持つレンズの水平方向の複数の列からなる垂直方向拡散器も有し、該垂直方向拡散器が前記水平方向拡散器の背後又は前側の何れかに配置されることを特徴とする。上記水平方向拡散器が上記追従される視差バリアとの組み合わせで、3D画像の2つの視像の選択的時間多重投射を得るための指向性光学系として使用される場合、上記垂直方向拡散器は固定とし、投射を垂直方向に狭めるために使用することができる。これにより、特定の垂直方向範囲内の視点に対する投射の輝度は、該特定の垂直方向範囲を超える視点に対する投射の輝度を犠牲にして増加される。好ましくは、この範囲は、全ての最もありそうな垂直方向視点位置を実質的にカバーするように選定される。
【0019】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記視点追跡器が異なる看取者の目の位置を検出し、前記レンチキュラスクリーンの個々のレンズが、上記検出された看取者の数により決まる複数のスリットから光ビームを入力することを特徴とする。検出される各目には、完全な画像の画像情報が供給されねばならない。上記視差バリアのスリットを通過する光ビームは、完全な画像を構成するピクセルのサンプルを帯びている。画像情報の損失を防止するために、1つの目に割り当てられるスリットの数Snは、上記バリアを介して上記レンチキュラスクリーンのレンズに透過される上記画像の各ピクセル当たり少なくとも1つのサンプルを有する程、充分でなければならない。このことは、N人の看取者に対する画像情報の損失は、上記視差バリアに2*N*Snのスリットが設けられれば、防止されることを意味する。この対策は、画像解像度の損失を防止しながら、全ての観察者に完全な3D画像を個別に供給するのを可能にする。
【0020】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記3D画像の右目及び左目視像が、前記画像源から時間多重的に放出されることを特徴とする。この実施例においては、上記視点追跡器は、好ましくは、一連のタイムフレーム内で周期的に発生する或るタイムフレーム内で、各目に関する視点検出及び表示追跡を実行する。これらの交互のタイムフレームは右目及び左目の視像データを収容し、一方においては知覚される画像のちらつきを防止すると共に、上記視点追跡器が通常の頭の動きに充分に追従するのを可能にする程充分に短く選定される。
【0021】
また、本発明による自動立体画像表示システムの一実施例は、前記視差バリアを制御して、1以上の所定の看取者へのピクセル伝達光ビームの透過を阻止する看取者選択手段を有することを特徴とする。この対策は、例えば非加入者が特定の支払請求3D画像又はビデオ画像へのアクセスを拒否され得るような有料TVシステム等に使用することができる。
【0022】
上記レンチキュラスクリーンを複数看取者、複数番組3D TVを表示するのに使用する実施例は、前記画像源が、異なる3D TV番組を時間多重化された3D画像で供給し、これら3D画像の各々が、前記視差バリアのスリットの調整により前記レンズへの光ビームの入射を変化させることによって前記視点追跡器により制御される前記レンズ内での屈折角によって、複数の看取者の右目及び左目視点に投射されることを特徴とする。
【0023】
本発明は、更に、本発明による上記自動立体画像表示システムに使用するための表示装置にも関する。
【0024】
本発明の上記目的及び特徴は、図面を参照してなされる好ましい実施例の以下の説明から一層明らかとなるであろう。尚、各図において同一の部分には同一の符号を付してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
図1は、本発明による自動立体画像表示システムのブロック図を示し、該システムは以下に詳述するように、n=1,2,…又はNの観察者に対して観察者毎及び画像選択的に、時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSS内のM個のオリジナルの3Dビデオ又はTV番組を表示することができる。該表示システムに入力される斯かるM個のオリジナルの3Dビデオ又はTV番組の各々は、例えば、2Dの左及び右目視界により形成されるK個のオリジナルの3D画像からなり、これらの2Dの左及び右目視界の各々は所定の看取者の対応する目において合焦される。
【0026】
このような時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSSは、3D画像IMijの2次元(2D)左目及び右目視界Vlij及びVrijのピクセルデータを帯びる視界フレーム対の周期的系列を有しており、ここで、i=1,2,…Kはビデオ番組jを構成するK個の3Dの系列内の番号であり、j=1,2,…Mは3DのTV番組の総数である。これら番組は、入力信号プロセッサ10を介して表示装置DDの画像源12に供給される。画像源12は入力信号プロセッサ10からの電気ピクセルデータを光ビーム又は光線により伝送される光学ピクセルデータに変換し、これら光ビームは当該画像源12の前方に位置される、所謂、指向性光学系14の後端に対して放出される。上記入力信号プロセッサ10は同時に前記左目及び右目視界Vlij及びVrijの視界インデックスデータi,jを指向性ドライバ16に供給して、表示装置DDの動作を画像源12に対する斯かる視界の供給に同期させる。
【0027】
また、当該自動立体画像表示システムは視点追跡器VTを有し、該視点追跡器は表示装置DDの看取範囲内の全看取者の目の個々のxyz座標を検出するための3Dの目の位置特定器(localisator)18を有している。このような視点追跡器VT自体は、例えばヨーロッパ特許第0946066号から既知である。3D目位置特定器18は視点制御信号発生器20に結合され、該発生器は視点指示制御信号を指向性ドライバ16に供給する。指向性ドライバ16は、前記視界インデックスデータi,jと上記視点指示制御信号とを用いて方向制御信号を発生し、該信号は表示装置DDの指向性光学系14に供給される。上記方向制御信号の制御の下で、指向性光学系14は、左目及び右目視像Vlij及びVrijのピクセルデータを帯びる光ビームを、上記ビデオ又はTV番組jを見ることを許可された所定の観察者又は看取者nの対応する目に合焦させる。更に詳細には、前記画像源12は光を特定の1つの方向のみに放出する(全ての光線は平行である)。該画像源12の前には指向性光学系14があり、該光学系は一人、数人又は全員の看取者の目に入力させるように上記光線の方向を変化させることができる。指向性ドライバ16は、上記目の各々に対して独立に、当該表示を見ることができるか否かを判断する。3D目位置特定器18は指向性ドライバ16に全ての目のxyz座標を供給するので、指向性光学系14は該指向性ドライバ16により適切に調整することができる。
【0028】
明瞭化のために、本発明を、図2A及び2Bを参照して、3人の観察者又は看取者VP1ないしVP3に対して伝達されるべき一連の3D画像IM1ないしIMKからなる単一の3Dビデオ又はTV番組に基づいて説明する。3D画像IM1〜IMKの各々が、画像源12により、前記時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSSの偶数タイムスロットt=0、2,4,…及び奇数タイムスロットt=1,3,5,…において各々発生する偶数及び奇数視像フレームの交互の順番で供給される2Dの左目及び右目視像Vl1〜VlK及びVr1〜VrKから各々なると仮定する。その場合、上記偶数タイムスロットにおいては、表示装置DDは左視像モードに設定され、図2Aに示すように、左目視像Vli(i=1〜K)のみを扱う。また、上記奇数タイムスロットにおいては、表示装置DDは右視像モードに設定され、図2Bに示すように、右目視像Vri(i=1〜K)のみを扱う。単一の3D画像IMK、即ちタイムスロット2(k−1)及び2k−1で各々発生する該画像の2Dの左目及び右目視像Vlk及びVrkの表示のために、指向性ドライバ16は指向性光学系12を制御して、上記偶数タイムスロット2(k−1)における上記左目視像Vlkのピクセルデータを帯びる全ての光ビームを観察者VP1〜VP3の左目視点に一致する左視焦点又は頂点に合焦させ、上記奇数タイムスロット2k−1における上記右目視像Vrkのピクセルデータを帯びる全ての光ビームを上記観察者VP1〜VP3の右目視点に一致する右視頂点に合焦させる。表示装置DDの左視像モードから右視像モードへの及びその逆への交互のスイッチングにおける、画像源12から上記指向性光学系への2Dの左目及び右目視像Vli及びVriの時間多重伝送との同期は、入力信号プロセッサ10により指向性ドライバ16へ供給される視像インデックスデータiを用いて達成される。上記左目及び右目視頂点を各看取者の目の実際の位置に動的に調整するために前記視点追跡器VTにより供給される前記視点指示制御信号を使用することにより、看取者VP1〜VP3の各人の目に対する全ての3D画像IM1〜IMKの2D右目及び左目視像Vl及びVrの正しい明確な焦点が得られ、結果として、全ての看取者VP1〜VP3の点において完全な3Dビデオ又はTV番組の正しい3D画像の知覚が、当該表示装置の看取範囲内において看取者の位置及び移動とは無関係に得られる。
【0029】
図3は、本発明による上記表示装置DDの一実施例を更に詳細に示している。画像源12は、画像面22と、画像レンズ24と、フレネルレンズ26とを含んでいる。画像面22は、2D左目及び右目視像Vli及びVriのピクセルを交互に帯びる光ビーム(拡散することができる)を、画像レンズ24及びフレネルレンズ26を介して指向性光学系14へ放出する。画像レンズ24は、画像面22から到来する上記光ビームをフレネルレンズ26に向かって光りビームの発散群に変換する。フレネルレンズ26は、上記画像面及び画像レンズ24からなる画像プロジェクタの上記発散光ビームを、コリメートされた光とも呼ぶ平行な光ビームに変換する。指向性光学系14は、光の下流方向に向かって順番に、視差バリア28と、円柱レンズの垂直方向列アレイを備え光を水平方向に拡散させることのできる水平拡散器として作用するレンチキュラスクリーン3と、該レンチキュラスクリーン30に対して直行して配置され、これにより光を垂直方向に拡散することができる垂直拡散器として機能する同様のレンチキュラスクリーン32とを有している。上記2つのレンチキュラスクリーン30及び32は、水平及び垂直拡散的には別個に動作し、各々がピクセル幅の大きさの程度の幅の列又は細条に配列されたレンズのアレイを有している。好ましくは、これらレンズの幅は、ピクセル幅の0.3〜1倍に相当するように選定される。各細条は光を拡散角内で拡散するが、該拡散角はレンチキュラスクリーン30の場合はレンチキュラスクリーン32のものよりも大きくすることができる。というのは、広い視野角は垂直方向におけるよりも水平方向の方が一層重要であるからである。垂直拡散レンチキュラスクリーン32は固定され、特定の垂直範囲内の視点に対する投射輝度を該特定の垂直範囲を超える視点に対する投射輝度を犠牲にして増加させるために使用することができる。好ましくは、この範囲は全てのもっともありそうは垂直視点を略カバーするように選定される。水平拡散レンチキュラスクリーン30と看取者との間に配置される代わりに、垂直拡散レンチキュラスクリーン32は、視差バリア28と水平拡散レンチキュラスクリーン30との間、又は視差バリア28及び水平拡散レンチキュラスクリーン30の両者の前に配置することもできる。レンチキュラスクリーン32の使用は任意選択的であるので、以下に述べる本発明の説明からは省略される。
【0030】
視差バリア28には垂直方向のスリットSのパターンが設けられ、これらスリットは光透過性であると共に、調整可能な不透明バリア領域により互いに分離されている。スリットSの幅は、ピクセルの幅より大幅に小さく選定され、ここではサブピクセル幅と呼ぶ。この小さな幅にも拘わらず、スリットを通過する各光ビームは単一ピクセルの完全なデータを伝送する。これにより、これらスリットはピクセルのサンプリングを実行する。前記レンズの幅のピクセル幅の0.3〜1倍での好ましい選択により、画像再生時における上記サンプル間の距離は、不所望な影響(例えば、モアレ)が生じるのを防止する程度に十分に小さくなる。視差バリア28のスリットSを介してレンチキュラスクリーン30のレンズアレイに透過される光ビームは、画像のピクセルに割り当てられた光ビームの群に分割することができる。斯様な各群における光ビームは、各々、1つの同一のピクセルの同じサンプルを帯びる。上記調整可能な不透明バリア領域は垂直スリットSが光を阻止するか又は光を伝送するかの何れかに制御することができ、これにより、水平拡散特性の制御を可能にすると共に、更にスリットSをレンチキュラスクリーン30のレンズと正確に整列させること、即ちフレネルレンズ26から入力されるコリメートされた光ビームの上記レンチキュラスクリーン30のレンズへの入射位置の正確な位置決め、を可能にする。好ましくは、上記視差バリアにはレンズ幅当たり10ないし1000の程度のスリットの数が設けられる、言い換えると、斯かるスリットのピッチはレンズ幅当たりのスリットの数が10ないし1000の程度となるように選定されるものとする。
【0031】
視差バリア28のスリットSが完全に開いている(全光が通過する)場合、フレネルレンズ26からのコリメートされた光は、レンチキュラスクリーン30の各円柱状レンズ内において全水平垂直方向に拡散される。これが、図4Aにレンチキュラスクリーン30の単一のレンズに関して示されている。この場合、全ての看取者は、これら看取者間の差別なく、3D画像IMkの2D左目及び右目視像Vlk及びVrkを見ることができ、結果として全体の2D画像表示が得られる(3D効果無し)。該表示された2D画像は、レンチキュラスクリーン300の位置から発するものとして知覚される。
【0032】
本発明による3D画像を表示するために、視差バリア28のスリットはレンチキュラスクリーン30のレンズに対して幅及び横方向位置が、該視差バリア28のスリットを介して通過するコリメートされた光ビームが対応するレンズに正しい入射スポットで入射して図4Bに示すように上記光ビームの特定の制御された屈折角βsを生じるように、調整される。
【0033】
3D画像の順次発生する左目及び右目視像のピクセルデータを帯びる光ビームが、これら左目及び右目視像を空間内の特定の方向に表示するために正しい屈折角で到達するのに要する固有のスリットパターン及び位置は、指向性ドライバ16において計算される。視差バリア28はフレネルレンズ26から入力される光ビームの幾つかを阻止し、3D画像は非常に特定な方向βsのみで見せられる。この方向においては、画像の強度即ち画像輝度は変化されない。上記計算は、視差バリア28のスリットに互いに平行な方向に入射する前記各群内での光ビームに基づくものである。
【0034】
直角入射角からのズレαLSは、上記所望の屈折角βsからのズレαsを、従って左目及び右目視像の焦点のボケ効果を引き起こす。斯様なズレは、小さい場合には、許容することができる。確度αsの大きさは、図7を参照して更に詳細に説明するように、入射光線の角度のバラツキαLS及び視差バリア28の解像度(スリットSの幅Δx)に依存する。
【0035】
上記ズレαLSが小さい場合は、視差バリア28の入射光ビームは該視差バリア28のスリットSに、この視差バリア28に対して直角な略平行な方向で入射する。拡散された各光ビームの角度βは、図4Aに示すように、レンチキュラスクリーン30のレンズに入射する対応する光ビームの[−1/2,1/2]内のサブピクセル位置xにより直接規定される。これらレンズの材質及び形状は、出力光ビームの角度が入射光ビームの位置xに如何に依存するかを記述する関数βs(x)を決定する。
【0036】
視差バリア28を介して任意の位置xにおいて入射する光ビームは阻止され得、これにより出力光ビームの方向βsを制御する。これは、看取者に対し、3D画像又は3Dビデオ若しくはTV番組の画像選択的な表示を可能にする。
【0037】
図5Aは、偶数タイムスロットにおいて発生し、各々が3D画像Vkの前記左目視像Vlkの共通ピクセルのサンプルを帯びる光ビームLBl1及びLBl2を透過させる視差バリア28のスリットSl1及びSl2を示している。指向性ドライバ16は視差バリア28の不透明バリア領域を制御し、これによりスリットSl1及びSl2を、レンズLへの光ビームLBl1及びLBl2の入射スポットが該レンズ内で屈折角βl1及びβl2を得るように正しく位置されるように制御し、かくして、出力光ビームLBl1及びLBl2が看取者VP1及びVP2の意図する左目視界位置に各々収束するようにさせる。図5Bは、奇数タイムスロットにおいて発生し、各々が3D画像Vkの前記右目視像Vrkの共通ピクセルのサンプルを帯びるコリメートされた光ビームLBr1及びLBr2を透過させる視差バリア28のスリットSr1及びSr2を示している。指向性ドライバ16は視差バリア28の不透明バリア領域を制御し、これによりスリットSr1及びSr2を、レンズLへの光ビームLBr1及びLBr2の入射スポットが該レンズ内で屈折角βr1及びβr2を得るように正しく位置されるように制御し、かくして、出力光ビームLBr1及びLBr2が看取者VP1及びVP2の意図する右目視界位置に各々収束するようにさせる。このような制御のために、指向性ドライバ16は正確な入射スポットを、とりわけ上記水平拡散器レンズの屈折関数(コリメートされた光線のサブピクセル位置の関数としての屈折角)に基づいて計算する。斯様な計算に要するパラメータは、なかでも、レンズ材質、レンズ形状及び屈折率であり、これらは一緒に上記屈折関数を決定する。所定の看取者(例えば、非加入者)を特定の画像(例えば、有料チャンネル)の視聴から除外するために、指向性ドライバ16は、1以上の所定の視点へのピクセル伝送光ビームの透過を阻止するように上記視差バリアを制御する看取者選択手段を有している。
【0038】
図6は、単眼視像の種々のピクセルを表示する場合の指向性光学系14の動作を示している。前述したように、指向性光学系14は、スリットの垂直パターンを有する上述した調整可能な視差バリア28と、該視差バリア28に整列されると共に光を水平方向に拡散することができる上記レンチキュラスクリーン30の線状レンズのアレイとを有している。該レンズアレイには、表示解像度に相当するピッチが付与されている。
【0039】
視差バリア28が特定の縞状スリットパターン、例えばスリットSi0〜Si2を呈する場合、光は該図6に示すように特定の制御された方向パターンのみに進行し、単一の視像の幾つかのピクセルを或る看取者に提供する。指向性ドライバ16は、意図する目の位置に収束するような出力光線を生じさせるのに要するバリアのパターンを計算する。一群の異なる画像が表示装置DDに順次伝送され、その際に、上記視差バリア28は斯かる画像の各々を特定の方向に指向させるように連続的に調整される。表示される画像の平均輝度は、異なる画像の数に等しい係数により減少される。
【0040】
図7は、本発明による自動立体画像表示装置に使用する画像源12の実施例を示し、画像面22と、視差バリア28及びレンチキュラスクリーン30を有する指向性光学系14に目の視像のピクセルを放射する画像レンズ24とを有している。図における点線は単一のピクセルに関係するような画像データを伝送する光ビームを示している。画像プロジェクタ22と画像レンズ24との間の領域νにおいて該画像レンズ24の面に直交する中心長軸から角度αILにわたり偏差するような伝搬方向を有する光ビームは、画像レンズ24内での屈折により、伝搬方向を変化して該画像レンズ24とスクリーンとの間の領域bではαLSの角度を形成する。上記指向性光学系14のレンズスクリーン30から発する光ビームは、所望の方向から出力角αsにわたりずれる(図4Bも参照)。ν≪bと選択することにより、角度αLSは非常に小さくなる:
【数1】
角度αLSが小さいか及び/又は視差バリア28のスリット解像度が高い(即ち、スリットSの幅Δxが小さい)程、出射光ビームの偏差角度αsが小さく、且つ、観察者の目におけるピクセル伝送光ビームの焦点のボケ効果が小さくなる。視野角の大きさαsは、入射光線の角度αLSの角度のバラツキ及び視差バリア28のスリット解像度に以下のように依存する:
【数2】
追加の項αlensは当該レンズの僅かな拡散特性をモデル化している。当該表示の全体の視野角は:
【数3】
となる。かくして、この全体の視野角内での独立した視像の数に関しては:
【数4】
となる。(2)式により与えられる各方向における光線の輝度は、
【数5】
に比例する。出射光の殆どは、レンチキュラスクリーン30の各レンズの比較的小さな領域から出力される。当該レンズの光が出力されない他の領域では、構造化の目的で接着剤を使用することができるか、又は看取者側での光の反射を防止するために暗塗料を使用することができる(同様の技術が現在のプロジェクション表示器においても使用されている)。
【0041】
本発明による自動立体画像表示システムにおいては、図3に、更には図4ないし図7に詳細に示されるように、複数の看取者に対する3D画像の左目及び右目視像の時間多重表示は、看取者の数とは無関係に、上記時間多重表示モードにより平均輝度を2だけの係数により減少させる。
【0042】
本発明による斯様な自動立体画像表示システムに関する実際の寸法は下記の通りである:
画像面22、画像レンズ24及びフレネルレンズ26に関しては、フィリップス社のLCOSシステムを利用することができ、該システムにおいては平行光源が使用されるので上記角度αILは非常に小さい。(1)式によれば、αLSは無視することができると思われる。表示装置DDのレンチキュラスクリーン30及び32に関しては、スクリーンサイズは1000x1000の解像度で1mx1mであり、平均看取距離dνは3mであり、目間距離deyeは6.5cmである。これは、1mm2のピクセルサイズとなる。
【0043】
レンチキュラスクリーン30及び32に使用することができるレンチキュラスクリーンは、フィリップス社により、かなりの大きさ(例えば、10ないし20インチ)で既に製造されており、1999年のSPIE会報3639の第84〜91頁におけるC. van Berkelによる“3D−LCD用の画像準備”等から既知のLCDのレンチキュラ表示器に使用されている。このアプリケーションにおいては、レンチキュラレンズは部分円柱の形状を有しており、小さな視野角のみを提供する。水平及び垂直拡散器として各々機能するレンチキュラスクリーン30及び32として使用するためには、完全な円柱等の如何なる形状も使用することができ、大幅に大きな視野角を提供することができる。完全な円柱形状レンズの場合、屈折関数は:
【数6】
により与えられる。ここで、nはレンズ材料の屈折率である。n≒1.5に対しては、全視野角γsは約180°であるが、その場合には、輝度の分布(5)は、かなり不均一(±2dB)となる。n≒2(クリスタル)と仮定し、最大値
【数7】
に設定する。この場合、各ピクセルの約10%は使用されず、上述したように、例えば製造目的又は構造強化のために使用することができる。また、この限定は極端な視点における輝度分布の不所望な増加を除去し、
【数8】
なる全体の視野角を残存させと同時に、この角度内での輝度を均一(±0.35%)にする。
【0044】
ピクセル数のピクセル当たり1/Δxなる所要の解像度倍に等しい垂直ストライプの寸法及び数を持つ視差バリア28に関しては、Δxの寸法即ち幅は、
【数9】
と規定される。目間距離及びレンチキュラスクリーン30及び32に対する看取者の距離は、最小の角度的視像解像度となる:
【数10】
(4)式によれば:
【数11】
となる。
【0045】
視差バリア28の実用的実施例は、フィリップス社のポリマLC/ゲル層に基づいて、かなりのサイズ(例えば、10〜20インチ)で実施することができ、高速度で透明及び不透明状態の間を電気的に切り換えることができる(2000年の第7回国際表示ワークショップのIDW00会報における、H. de Koning、G.C. de Vries、M.T. Johnson及びD.J. Broerによる“陰極線管の輝度コントラスト性能を改善するためのダイナミックコントラストフィルタ”におけるように)上記層においては、リソグラフィック工程により任意のパターンを作製することができる。この結果、約0.005ピクセル幅の大きさの程度とすることができるような高水平解像度が得られる。
【0046】
本発明による自動立体画像表示システムの上記実用的実施例の視差バリア28が完全に透明な状態にされる場合、当該システムは通常の2D画像プロジェクション表示システムとして機能する。視差バリア28及びレンチキュラスクリーン30は単一のフラットな装置を形成する。これは、既存のプロジェクション表示器及び既存のLCD(コリメートされたバックライトを備える)への容易な装着を可能にする。
【0047】
レンチキュラスクリーン30及び32における入射光は高度に調整(コリメート)されているので、これらレンチキュラスクリーン30及び32のレンズ形状の設計は高度の自由度で実施することができる。これらレンズは、例えば当該レンズに現在のレンチキュラ表示器において必要とされるような良好に規定された焦点距離fを割り当てるというような所謂薄型レンズ式に従う必要はない。唯一の要件は、βsを大幅に(理想的には、−90°〜+90°まで)変化させることができ、材料内で全く又は殆ど拡散が発生しない(αlens≒0)ということである。
【0048】
上述した実施例においては、円形のレンチキュラレンズが使用された。これらは、使用される材料に応じて容易に作製することができる(例えば、ガラスファイバ)。性能を改善するために、又は製造工程を簡単化するために、幾つかの他のタイプのレンズを使用することもできる。
【0049】
図8は、コリメートされたバックライト源34と、例えばLCDのような透過型画像表示スクリーン36との使用に基づく画像源12の他の実施例を示している。ここでは、コリメートされたバックライト源34が光ビームを透過型画像表示スクリーン36に伝送し、該スクリーンにおいて上記光ビームはピクセルデータにより変調される。コリメートされたバックライト源34は、レーザ装置、例えばフラッシュライトのような1方向のみに進む光を放出する指向性光源、又は通常の拡散光源(例えば、通常の電球、LED)と図3におけるフレネルレンズ26等のレンズとの組み合わせにより実施化することができる。視差バリア28(図示略)は、画像表示スクリーン36と看取者との間、又はバックライト源34と上記透過型画像表示スクリーン36との間の何れかに配置することができる。
【0050】
図9は、レンチキュラスクリーン30及び/又は32のレンズLのアレイに使用するレンズ形状の断面を示している。これらレンズの幅は、大きさの程度がピクセルの幅に相当するよう選定されている。実用的な値は、前述したように、ピクセル幅の約0.3〜1倍である。
【0051】
上記レンズの側部の或る部分は使用されないので、これら部分は、これらレンズを一緒に接着するために使用することができるか、又は製造工程においてそれ以外に使用することができる。この結果、当該レンチキュラスクリーンのレンズの有効領域を相互に分離するような不透明な接着ストライプが生じる。視野角の制限及び/又は輝度の損失を防止するために、これらの不透明接着ストライプはレンズ幅に比較して充分に小さく、好ましくは例えばレンズ幅の0〜20%に選定される。
【0052】
図10は、上記時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSSの信号フレーム構造を示し、3つの3Dビデオ又はTV番組の時間多重伝送のための連続したタイムスロットを有している。示された例においては、タイムスロットt1は3D画像IMi1(即ち、第1ビデオ又はTV番組の3D画像i)の二次元(2D)左目視像Vli1のピクセルデータを有し、次に3D画像IMi2(即ち、第2ビデオ又はTV番組の3D画像i)の二次元(2D)左目視像Vli2のピクセルデータを有するタイムスロットt2が後続し、次に3D画像IMi3(即ち、第3ビデオ又はTV番組の3D画像i)の二次元(2D)左目視像Vli3のピクセルデータを有するタイムスロットt3が後続する。タイムスロットt3には、上記3D画像IMi1の二次元(2D)右目視像Vri3のピクセルデータを有するタイムスロットt4が後続し、該タイムスロットt4には上記3D画像IMi2の二次元(2D)右目視像Vri2のピクセルデータを有するタイムスロットt5が後続し、次いで上記3D画像IMi3の二次元(2D)右目視像Vri3のピクセルデータを有するタイムスロットt6が後続する。タイムスロットt6には、次いで3D画像IM(i+1),1(即ち、前記第1ビデオ又はTV番組の3D画像(i+1))の二次元(2D)左目視像Vl(i+),1のピクセルデータを有するタイムスロットt7が後続し、次に3D画像IM(i+1),2(即ち、前記第2ビデオ又はTV番組の3D画像(i+1))の二次元(2D)左目視像Vl(i+1),2のピクセルデータを有するタイムスロットt8が後続し、次いでタイムスロットt9が後続し、等々となる。タイムスロットt1には、3D画像IM(i-1),3(即ち、前記第3ビデオ又はTV番組の3D画像(i−1))の二次元(2D)右目視像Vr(i-1),3のピクセルデータを有するタイムスロットt0が先行し、等々となる。
【0053】
本発明の範囲は、明示的に開示された上記実施例に限定されるものではない。本発明は、各々の新たな特徴及び特徴の各組み合わせで具現化される。また、如何なる符号も請求の範囲を限定するものではない。また、“有する”なる用語は、請求項に記載されたもの以外の他の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。単数表現の構成要素は、複数の斯様な構成要素の存在を排除するものではない。
【0054】
例えば、前記レンチキュラスクリーン30及び32のレンズアレイにおける個々のレンズの形状は、上述した円形又は半球形状とは断面が相違してもよい。幾らかの収差を生じるレンズさえも使用することができる。しかしながら、例えば140度なる大きさの程度の広い視野角のためには、好ましくは円形形状レンズ(ファイバ)を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】図1は、本発明による自動立体画像表示システムのブロック図を示す。
【図2A】図2Aは、本発明による立体画像表示システムに使用される表示装置の指向性光学系により得られる3D画像再生を示す。
【図2B】図2Bは、本発明による立体画像表示システムに使用される表示装置の指向性光学系により得られる3D画像再生を示す。
【図3】図3は、本発明による自動立体画像表示システムに使用される指向性光学系を示す。
【図4A】図4Aは、本発明による表示装置に使用されるレンチキュラスクリーンのレンズにおける光ビーム屈折を示す。
【図4B】図4Bは、本発明による表示装置に使用されるレンチキュラスクリーンのレンズにおける光ビーム屈折を示す。
【図5A】図5Aは、1つの同一のレンズを共用する異なる看取者に投射される種々の視界のピクセルを帯びる幾つかの光ビームの屈折を一層詳細に示す。
【図5B】図5Bは、1つの同一のレンズを共用する異なる看取者に投射される種々の視界のピクセルを帯びる幾つかの光ビームの屈折を一層詳細に示す。
【図6】図6は、本発明による自動立体画像表示システムにおいて単一の目の視界の種々のピクセルを表示する場合における上記指向性光学系の動作を示す。
【図7】図7は、本発明による表示装置に使用するためのリアプロジェクタを使用した画像源を更に詳細に示す。
【図8】図8は、一様に明るいコリメートされた光を空間的な輝度変化を伴うコリメートされた光に変換するLCDスクリーンを示す。
【図9】図9は、本発明による表示装置におけるレンチキュラスクリーンのレンズ形状の他の実施例を示す。
【図10】図10は、幾つかの3D画像の時間多重伝送のための順次のタイムスロットを有する信号フレーム構造を示す。
【0001】
本発明は自動立体画像表示システムであって、3D画像の右目及び左目視界のピクセルを帯びる光ビームを、該3D画像を表示するためのレンズアレイを持つレンチキュラスクリーンに対して放出する画像源を含むような表示装置を有し、視差バリア(parallax barrier)が上記画像源と上記レンチキュラスクリーンとの間に配置され、該視差バリアには上記光ビームを上記レンチキュラスクリーンのレンズアレイに向かって透過させるための不透明領域により分離された光透過性スリットのアレイが設けられ、更に左目及び右目の位置を検出すると共に前記表示装置を斯かる位置に追従させる視点追跡器を有するような自動立体画像表示システムに関する。
【0002】
また、本発明は斯様な自動立体画像表示システムに使用する表示器にも関する。
【背景技術】
【0003】
このような自動立体画像表示システムは、種々の実施形態で既知であり、観察者により装着されるべき看取補助具の必要性なしに2つの人の目により覚知される3D視界又は画像の2つの異なる投射図の再生を狙いとしている。画像の立体視対とも呼ばれる3D視界の上記2つの異なる投射図は、脳が情景における種々の物体までの距離を評価するのを可能にし、3D的視界印象を提供する。しかしながら、今まで知られている自動立体画像表示システムは、異なる視界を目に供給するのに使用される方法に固有の種々の欠点を被る。
【0004】
例えば、米国特許第5991073号から既知の自動立体画像表示システムは、1つの目によりスクリーンの活性領域全体にわたり単一の二次元(2D)画像視界を見ることのできるような“看取領域”、即ち上記レンチキュラスクリーンの前の空間領域を形成する。観察者が右目Rが右看取領域内にあり、且つ、左目Lが左看取領域内にあるように位置すると、画像の立体視対が見られ、3D画像が知覚される。しかしながら、この既知の自動立体画像表示システムは、1人の観察者しか3D画像を正しく知覚することを可能にしない。更に、知覚される3D画像の輝度は、観察者数が増加すると減少する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、冒頭の段落で述べたような自動立体画像表示システムであって、複数の観察者が3D画像を同時に且つ視点の移動及び/又は位置とは独立に知覚することを可能にするような自動立体画像表示システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的は、本発明による自動立体画像表示システムによれば、前記視点追跡器が前記視差バリア(parallax barrier)のスリットを制御して、前記光ビームのレンズへの入射を変化させることにより該レンズ内での屈折角度に影響を与え、これにより、前記右目及び左目視界のピクセルを帯びる出力光ビームを、前記検出された右目及び左目位置に各々一致する少なくとも1つの明確な右目及び1つの明確な左目視界焦点に収束させることにより達成される。
【0007】
このような対策を適用することにより、前記視差バリアはレンチキュラスクリーンのレンズと共に、前記視点追跡器により前記光ビームの前記視差バリアのスリットを介しての前記レンチキュラスクリーンの個々のレンズへの透過を変化させるように制御されるような指向性光学系として機能し、かくして、左目及び右目視像の各々は、前記視点追跡器により検出される1以上の看取者又は観察者の対応する目に、これら目の位置及び結果としての(頭の)移動とは無関係に直接放射される。更に、上述したようなピクセルを帯びる光ビームが多くの看取領域にわたって広がるような従来の自動立体画像表示システムとは相違して、上記の右目及び左目視像のピクセルを帯びる光ビームは、本発明によれば観察者の右目及び左目に個別に1対1で各々焦点が合わされる。この3D画像の観察者個別的供給は、知覚される3D画像の輝度が観察者の人数に依存するのを防止する。
【0008】
本発明による自動立体画像表示システムの一実施例は、上記視差バリアのスリットがサブピクセル幅を有していることを特徴とする。この対策を適用することにより、上記視差バリアの個々のスリットを通過する光ビームが、各々、同一のピクセルの部分を帯びることになり、これにより、幾人かの観察者に同一のピクセル情報、従って同一の3D画像を同時に供給することが可能になる。
【0009】
本発明による自動立体画像表示システムの一実施例は、前記レンチキュラスクリーンのレンズが、前記視差バリアのスリットの幅より大幅に大きな幅を有していることを特徴とする。この場合、各レンズは幾人かの異なる観察者への幾つかの光ビームの屈折/収束のために同時に使用されるようになるので、結果として価格有効的な実施化となる。
【0010】
画像解像度の損失を防止するために、本発明による自動立体画像表示システムは、好ましくは、前記レンチキュラスクリーンのレンズがピクセル幅の略0.3ないし3倍に相当する幅を有していることを特徴とする。
【0011】
上記視差バリアのスリットと上記レンチキュラスクリーンのレンズとの適切な位置合わせは、本発明による自動立体画像表示システムによれば、前記視差バリアに、レンズ幅当たりに10ないし1000程度の個数のスリットが設けられることを特徴とすることより得られる。
【0012】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記レンチキュラスクリーンのレンズのアレイが、不透明な垂直方向のストライプにより互いに光学的に分離されたレンズの垂直方向の列を形成し、これらストライプの各々が当該レンチキュラスクリーンのレンズの幅より狭い幅を有していることを特徴とする。上記不透明な垂直方向ストライプは、上記レンズのリムにおいて光ビームの収差が発生するのを防止し、それでいて、出射光ビームの輝度をそのままに残存させる。というのは、斯かる出射ビームの殆どは斯かるレンズの中心部をから放出されるからである。更に、上記不透明垂直方向ストライプは、例えば上記レンズの列を相互に接着すること等により、当該レンチキュラスクリーンの構造を強化するために使用することができる。これらのリムは暗く塗装することにより、看取者側での光の反射を防止することができる。
【0013】
本自動立体画像表示システムは、好ましくは、前記レンチキュラスクリーンのレンズアレイ内のレンズが半球状の断面を有していることを特徴とする。これは、製造が容易であり、強固な構造を提供する。
【0014】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記画像源と前記視差バリアとの間にフレネルレンズが配設されることを特徴とする。この対策は、上記画像源が発散光を使用するのを可能にし、該光は次いで屈折されて結果としてコリメートされた光となる。
【0015】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記画像源が、コリメートされたバックライト源を有することを特徴とする。レンチキュラスクリーンに対する3D画像の右目及び左目視像のピクセルを帯びる光ビームの伝達にコリメートされた光を使用することにより、フレネルレンズの使用が冗長となる。
【0016】
斯様なコリメートされたバックライト源は、例えばレーザ光源から得ることができ、100度より大きな視野角を持つ所謂肉厚レンズを使用することを可能にする。
【0017】
また、本発明による自動立体画像表示システムの上記視差バリアは、LCD型又はポリマLC/ゲル型とすることができ、容易な実施化を可能にする。
【0018】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記レンチキュラスクリーンのレンズのアレイがレンズの垂直方向の列を備える水平方向拡散器を形成し、前記表示装置が上記水平方向拡散器を形成する前記レンチキュラスクリーンのレンズの幅と略等しい幅を持つレンズの水平方向の複数の列からなる垂直方向拡散器も有し、該垂直方向拡散器が前記水平方向拡散器の背後又は前側の何れかに配置されることを特徴とする。上記水平方向拡散器が上記追従される視差バリアとの組み合わせで、3D画像の2つの視像の選択的時間多重投射を得るための指向性光学系として使用される場合、上記垂直方向拡散器は固定とし、投射を垂直方向に狭めるために使用することができる。これにより、特定の垂直方向範囲内の視点に対する投射の輝度は、該特定の垂直方向範囲を超える視点に対する投射の輝度を犠牲にして増加される。好ましくは、この範囲は、全ての最もありそうな垂直方向視点位置を実質的にカバーするように選定される。
【0019】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記視点追跡器が異なる看取者の目の位置を検出し、前記レンチキュラスクリーンの個々のレンズが、上記検出された看取者の数により決まる複数のスリットから光ビームを入力することを特徴とする。検出される各目には、完全な画像の画像情報が供給されねばならない。上記視差バリアのスリットを通過する光ビームは、完全な画像を構成するピクセルのサンプルを帯びている。画像情報の損失を防止するために、1つの目に割り当てられるスリットの数Snは、上記バリアを介して上記レンチキュラスクリーンのレンズに透過される上記画像の各ピクセル当たり少なくとも1つのサンプルを有する程、充分でなければならない。このことは、N人の看取者に対する画像情報の損失は、上記視差バリアに2*N*Snのスリットが設けられれば、防止されることを意味する。この対策は、画像解像度の損失を防止しながら、全ての観察者に完全な3D画像を個別に供給するのを可能にする。
【0020】
また、本発明による自動立体画像表示システムは、前記3D画像の右目及び左目視像が、前記画像源から時間多重的に放出されることを特徴とする。この実施例においては、上記視点追跡器は、好ましくは、一連のタイムフレーム内で周期的に発生する或るタイムフレーム内で、各目に関する視点検出及び表示追跡を実行する。これらの交互のタイムフレームは右目及び左目の視像データを収容し、一方においては知覚される画像のちらつきを防止すると共に、上記視点追跡器が通常の頭の動きに充分に追従するのを可能にする程充分に短く選定される。
【0021】
また、本発明による自動立体画像表示システムの一実施例は、前記視差バリアを制御して、1以上の所定の看取者へのピクセル伝達光ビームの透過を阻止する看取者選択手段を有することを特徴とする。この対策は、例えば非加入者が特定の支払請求3D画像又はビデオ画像へのアクセスを拒否され得るような有料TVシステム等に使用することができる。
【0022】
上記レンチキュラスクリーンを複数看取者、複数番組3D TVを表示するのに使用する実施例は、前記画像源が、異なる3D TV番組を時間多重化された3D画像で供給し、これら3D画像の各々が、前記視差バリアのスリットの調整により前記レンズへの光ビームの入射を変化させることによって前記視点追跡器により制御される前記レンズ内での屈折角によって、複数の看取者の右目及び左目視点に投射されることを特徴とする。
【0023】
本発明は、更に、本発明による上記自動立体画像表示システムに使用するための表示装置にも関する。
【0024】
本発明の上記目的及び特徴は、図面を参照してなされる好ましい実施例の以下の説明から一層明らかとなるであろう。尚、各図において同一の部分には同一の符号を付してある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
図1は、本発明による自動立体画像表示システムのブロック図を示し、該システムは以下に詳述するように、n=1,2,…又はNの観察者に対して観察者毎及び画像選択的に、時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSS内のM個のオリジナルの3Dビデオ又はTV番組を表示することができる。該表示システムに入力される斯かるM個のオリジナルの3Dビデオ又はTV番組の各々は、例えば、2Dの左及び右目視界により形成されるK個のオリジナルの3D画像からなり、これらの2Dの左及び右目視界の各々は所定の看取者の対応する目において合焦される。
【0026】
このような時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSSは、3D画像IMijの2次元(2D)左目及び右目視界Vlij及びVrijのピクセルデータを帯びる視界フレーム対の周期的系列を有しており、ここで、i=1,2,…Kはビデオ番組jを構成するK個の3Dの系列内の番号であり、j=1,2,…Mは3DのTV番組の総数である。これら番組は、入力信号プロセッサ10を介して表示装置DDの画像源12に供給される。画像源12は入力信号プロセッサ10からの電気ピクセルデータを光ビーム又は光線により伝送される光学ピクセルデータに変換し、これら光ビームは当該画像源12の前方に位置される、所謂、指向性光学系14の後端に対して放出される。上記入力信号プロセッサ10は同時に前記左目及び右目視界Vlij及びVrijの視界インデックスデータi,jを指向性ドライバ16に供給して、表示装置DDの動作を画像源12に対する斯かる視界の供給に同期させる。
【0027】
また、当該自動立体画像表示システムは視点追跡器VTを有し、該視点追跡器は表示装置DDの看取範囲内の全看取者の目の個々のxyz座標を検出するための3Dの目の位置特定器(localisator)18を有している。このような視点追跡器VT自体は、例えばヨーロッパ特許第0946066号から既知である。3D目位置特定器18は視点制御信号発生器20に結合され、該発生器は視点指示制御信号を指向性ドライバ16に供給する。指向性ドライバ16は、前記視界インデックスデータi,jと上記視点指示制御信号とを用いて方向制御信号を発生し、該信号は表示装置DDの指向性光学系14に供給される。上記方向制御信号の制御の下で、指向性光学系14は、左目及び右目視像Vlij及びVrijのピクセルデータを帯びる光ビームを、上記ビデオ又はTV番組jを見ることを許可された所定の観察者又は看取者nの対応する目に合焦させる。更に詳細には、前記画像源12は光を特定の1つの方向のみに放出する(全ての光線は平行である)。該画像源12の前には指向性光学系14があり、該光学系は一人、数人又は全員の看取者の目に入力させるように上記光線の方向を変化させることができる。指向性ドライバ16は、上記目の各々に対して独立に、当該表示を見ることができるか否かを判断する。3D目位置特定器18は指向性ドライバ16に全ての目のxyz座標を供給するので、指向性光学系14は該指向性ドライバ16により適切に調整することができる。
【0028】
明瞭化のために、本発明を、図2A及び2Bを参照して、3人の観察者又は看取者VP1ないしVP3に対して伝達されるべき一連の3D画像IM1ないしIMKからなる単一の3Dビデオ又はTV番組に基づいて説明する。3D画像IM1〜IMKの各々が、画像源12により、前記時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSSの偶数タイムスロットt=0、2,4,…及び奇数タイムスロットt=1,3,5,…において各々発生する偶数及び奇数視像フレームの交互の順番で供給される2Dの左目及び右目視像Vl1〜VlK及びVr1〜VrKから各々なると仮定する。その場合、上記偶数タイムスロットにおいては、表示装置DDは左視像モードに設定され、図2Aに示すように、左目視像Vli(i=1〜K)のみを扱う。また、上記奇数タイムスロットにおいては、表示装置DDは右視像モードに設定され、図2Bに示すように、右目視像Vri(i=1〜K)のみを扱う。単一の3D画像IMK、即ちタイムスロット2(k−1)及び2k−1で各々発生する該画像の2Dの左目及び右目視像Vlk及びVrkの表示のために、指向性ドライバ16は指向性光学系12を制御して、上記偶数タイムスロット2(k−1)における上記左目視像Vlkのピクセルデータを帯びる全ての光ビームを観察者VP1〜VP3の左目視点に一致する左視焦点又は頂点に合焦させ、上記奇数タイムスロット2k−1における上記右目視像Vrkのピクセルデータを帯びる全ての光ビームを上記観察者VP1〜VP3の右目視点に一致する右視頂点に合焦させる。表示装置DDの左視像モードから右視像モードへの及びその逆への交互のスイッチングにおける、画像源12から上記指向性光学系への2Dの左目及び右目視像Vli及びVriの時間多重伝送との同期は、入力信号プロセッサ10により指向性ドライバ16へ供給される視像インデックスデータiを用いて達成される。上記左目及び右目視頂点を各看取者の目の実際の位置に動的に調整するために前記視点追跡器VTにより供給される前記視点指示制御信号を使用することにより、看取者VP1〜VP3の各人の目に対する全ての3D画像IM1〜IMKの2D右目及び左目視像Vl及びVrの正しい明確な焦点が得られ、結果として、全ての看取者VP1〜VP3の点において完全な3Dビデオ又はTV番組の正しい3D画像の知覚が、当該表示装置の看取範囲内において看取者の位置及び移動とは無関係に得られる。
【0029】
図3は、本発明による上記表示装置DDの一実施例を更に詳細に示している。画像源12は、画像面22と、画像レンズ24と、フレネルレンズ26とを含んでいる。画像面22は、2D左目及び右目視像Vli及びVriのピクセルを交互に帯びる光ビーム(拡散することができる)を、画像レンズ24及びフレネルレンズ26を介して指向性光学系14へ放出する。画像レンズ24は、画像面22から到来する上記光ビームをフレネルレンズ26に向かって光りビームの発散群に変換する。フレネルレンズ26は、上記画像面及び画像レンズ24からなる画像プロジェクタの上記発散光ビームを、コリメートされた光とも呼ぶ平行な光ビームに変換する。指向性光学系14は、光の下流方向に向かって順番に、視差バリア28と、円柱レンズの垂直方向列アレイを備え光を水平方向に拡散させることのできる水平拡散器として作用するレンチキュラスクリーン3と、該レンチキュラスクリーン30に対して直行して配置され、これにより光を垂直方向に拡散することができる垂直拡散器として機能する同様のレンチキュラスクリーン32とを有している。上記2つのレンチキュラスクリーン30及び32は、水平及び垂直拡散的には別個に動作し、各々がピクセル幅の大きさの程度の幅の列又は細条に配列されたレンズのアレイを有している。好ましくは、これらレンズの幅は、ピクセル幅の0.3〜1倍に相当するように選定される。各細条は光を拡散角内で拡散するが、該拡散角はレンチキュラスクリーン30の場合はレンチキュラスクリーン32のものよりも大きくすることができる。というのは、広い視野角は垂直方向におけるよりも水平方向の方が一層重要であるからである。垂直拡散レンチキュラスクリーン32は固定され、特定の垂直範囲内の視点に対する投射輝度を該特定の垂直範囲を超える視点に対する投射輝度を犠牲にして増加させるために使用することができる。好ましくは、この範囲は全てのもっともありそうは垂直視点を略カバーするように選定される。水平拡散レンチキュラスクリーン30と看取者との間に配置される代わりに、垂直拡散レンチキュラスクリーン32は、視差バリア28と水平拡散レンチキュラスクリーン30との間、又は視差バリア28及び水平拡散レンチキュラスクリーン30の両者の前に配置することもできる。レンチキュラスクリーン32の使用は任意選択的であるので、以下に述べる本発明の説明からは省略される。
【0030】
視差バリア28には垂直方向のスリットSのパターンが設けられ、これらスリットは光透過性であると共に、調整可能な不透明バリア領域により互いに分離されている。スリットSの幅は、ピクセルの幅より大幅に小さく選定され、ここではサブピクセル幅と呼ぶ。この小さな幅にも拘わらず、スリットを通過する各光ビームは単一ピクセルの完全なデータを伝送する。これにより、これらスリットはピクセルのサンプリングを実行する。前記レンズの幅のピクセル幅の0.3〜1倍での好ましい選択により、画像再生時における上記サンプル間の距離は、不所望な影響(例えば、モアレ)が生じるのを防止する程度に十分に小さくなる。視差バリア28のスリットSを介してレンチキュラスクリーン30のレンズアレイに透過される光ビームは、画像のピクセルに割り当てられた光ビームの群に分割することができる。斯様な各群における光ビームは、各々、1つの同一のピクセルの同じサンプルを帯びる。上記調整可能な不透明バリア領域は垂直スリットSが光を阻止するか又は光を伝送するかの何れかに制御することができ、これにより、水平拡散特性の制御を可能にすると共に、更にスリットSをレンチキュラスクリーン30のレンズと正確に整列させること、即ちフレネルレンズ26から入力されるコリメートされた光ビームの上記レンチキュラスクリーン30のレンズへの入射位置の正確な位置決め、を可能にする。好ましくは、上記視差バリアにはレンズ幅当たり10ないし1000の程度のスリットの数が設けられる、言い換えると、斯かるスリットのピッチはレンズ幅当たりのスリットの数が10ないし1000の程度となるように選定されるものとする。
【0031】
視差バリア28のスリットSが完全に開いている(全光が通過する)場合、フレネルレンズ26からのコリメートされた光は、レンチキュラスクリーン30の各円柱状レンズ内において全水平垂直方向に拡散される。これが、図4Aにレンチキュラスクリーン30の単一のレンズに関して示されている。この場合、全ての看取者は、これら看取者間の差別なく、3D画像IMkの2D左目及び右目視像Vlk及びVrkを見ることができ、結果として全体の2D画像表示が得られる(3D効果無し)。該表示された2D画像は、レンチキュラスクリーン300の位置から発するものとして知覚される。
【0032】
本発明による3D画像を表示するために、視差バリア28のスリットはレンチキュラスクリーン30のレンズに対して幅及び横方向位置が、該視差バリア28のスリットを介して通過するコリメートされた光ビームが対応するレンズに正しい入射スポットで入射して図4Bに示すように上記光ビームの特定の制御された屈折角βsを生じるように、調整される。
【0033】
3D画像の順次発生する左目及び右目視像のピクセルデータを帯びる光ビームが、これら左目及び右目視像を空間内の特定の方向に表示するために正しい屈折角で到達するのに要する固有のスリットパターン及び位置は、指向性ドライバ16において計算される。視差バリア28はフレネルレンズ26から入力される光ビームの幾つかを阻止し、3D画像は非常に特定な方向βsのみで見せられる。この方向においては、画像の強度即ち画像輝度は変化されない。上記計算は、視差バリア28のスリットに互いに平行な方向に入射する前記各群内での光ビームに基づくものである。
【0034】
直角入射角からのズレαLSは、上記所望の屈折角βsからのズレαsを、従って左目及び右目視像の焦点のボケ効果を引き起こす。斯様なズレは、小さい場合には、許容することができる。確度αsの大きさは、図7を参照して更に詳細に説明するように、入射光線の角度のバラツキαLS及び視差バリア28の解像度(スリットSの幅Δx)に依存する。
【0035】
上記ズレαLSが小さい場合は、視差バリア28の入射光ビームは該視差バリア28のスリットSに、この視差バリア28に対して直角な略平行な方向で入射する。拡散された各光ビームの角度βは、図4Aに示すように、レンチキュラスクリーン30のレンズに入射する対応する光ビームの[−1/2,1/2]内のサブピクセル位置xにより直接規定される。これらレンズの材質及び形状は、出力光ビームの角度が入射光ビームの位置xに如何に依存するかを記述する関数βs(x)を決定する。
【0036】
視差バリア28を介して任意の位置xにおいて入射する光ビームは阻止され得、これにより出力光ビームの方向βsを制御する。これは、看取者に対し、3D画像又は3Dビデオ若しくはTV番組の画像選択的な表示を可能にする。
【0037】
図5Aは、偶数タイムスロットにおいて発生し、各々が3D画像Vkの前記左目視像Vlkの共通ピクセルのサンプルを帯びる光ビームLBl1及びLBl2を透過させる視差バリア28のスリットSl1及びSl2を示している。指向性ドライバ16は視差バリア28の不透明バリア領域を制御し、これによりスリットSl1及びSl2を、レンズLへの光ビームLBl1及びLBl2の入射スポットが該レンズ内で屈折角βl1及びβl2を得るように正しく位置されるように制御し、かくして、出力光ビームLBl1及びLBl2が看取者VP1及びVP2の意図する左目視界位置に各々収束するようにさせる。図5Bは、奇数タイムスロットにおいて発生し、各々が3D画像Vkの前記右目視像Vrkの共通ピクセルのサンプルを帯びるコリメートされた光ビームLBr1及びLBr2を透過させる視差バリア28のスリットSr1及びSr2を示している。指向性ドライバ16は視差バリア28の不透明バリア領域を制御し、これによりスリットSr1及びSr2を、レンズLへの光ビームLBr1及びLBr2の入射スポットが該レンズ内で屈折角βr1及びβr2を得るように正しく位置されるように制御し、かくして、出力光ビームLBr1及びLBr2が看取者VP1及びVP2の意図する右目視界位置に各々収束するようにさせる。このような制御のために、指向性ドライバ16は正確な入射スポットを、とりわけ上記水平拡散器レンズの屈折関数(コリメートされた光線のサブピクセル位置の関数としての屈折角)に基づいて計算する。斯様な計算に要するパラメータは、なかでも、レンズ材質、レンズ形状及び屈折率であり、これらは一緒に上記屈折関数を決定する。所定の看取者(例えば、非加入者)を特定の画像(例えば、有料チャンネル)の視聴から除外するために、指向性ドライバ16は、1以上の所定の視点へのピクセル伝送光ビームの透過を阻止するように上記視差バリアを制御する看取者選択手段を有している。
【0038】
図6は、単眼視像の種々のピクセルを表示する場合の指向性光学系14の動作を示している。前述したように、指向性光学系14は、スリットの垂直パターンを有する上述した調整可能な視差バリア28と、該視差バリア28に整列されると共に光を水平方向に拡散することができる上記レンチキュラスクリーン30の線状レンズのアレイとを有している。該レンズアレイには、表示解像度に相当するピッチが付与されている。
【0039】
視差バリア28が特定の縞状スリットパターン、例えばスリットSi0〜Si2を呈する場合、光は該図6に示すように特定の制御された方向パターンのみに進行し、単一の視像の幾つかのピクセルを或る看取者に提供する。指向性ドライバ16は、意図する目の位置に収束するような出力光線を生じさせるのに要するバリアのパターンを計算する。一群の異なる画像が表示装置DDに順次伝送され、その際に、上記視差バリア28は斯かる画像の各々を特定の方向に指向させるように連続的に調整される。表示される画像の平均輝度は、異なる画像の数に等しい係数により減少される。
【0040】
図7は、本発明による自動立体画像表示装置に使用する画像源12の実施例を示し、画像面22と、視差バリア28及びレンチキュラスクリーン30を有する指向性光学系14に目の視像のピクセルを放射する画像レンズ24とを有している。図における点線は単一のピクセルに関係するような画像データを伝送する光ビームを示している。画像プロジェクタ22と画像レンズ24との間の領域νにおいて該画像レンズ24の面に直交する中心長軸から角度αILにわたり偏差するような伝搬方向を有する光ビームは、画像レンズ24内での屈折により、伝搬方向を変化して該画像レンズ24とスクリーンとの間の領域bではαLSの角度を形成する。上記指向性光学系14のレンズスクリーン30から発する光ビームは、所望の方向から出力角αsにわたりずれる(図4Bも参照)。ν≪bと選択することにより、角度αLSは非常に小さくなる:
【数1】
角度αLSが小さいか及び/又は視差バリア28のスリット解像度が高い(即ち、スリットSの幅Δxが小さい)程、出射光ビームの偏差角度αsが小さく、且つ、観察者の目におけるピクセル伝送光ビームの焦点のボケ効果が小さくなる。視野角の大きさαsは、入射光線の角度αLSの角度のバラツキ及び視差バリア28のスリット解像度に以下のように依存する:
【数2】
追加の項αlensは当該レンズの僅かな拡散特性をモデル化している。当該表示の全体の視野角は:
【数3】
となる。かくして、この全体の視野角内での独立した視像の数に関しては:
【数4】
となる。(2)式により与えられる各方向における光線の輝度は、
【数5】
に比例する。出射光の殆どは、レンチキュラスクリーン30の各レンズの比較的小さな領域から出力される。当該レンズの光が出力されない他の領域では、構造化の目的で接着剤を使用することができるか、又は看取者側での光の反射を防止するために暗塗料を使用することができる(同様の技術が現在のプロジェクション表示器においても使用されている)。
【0041】
本発明による自動立体画像表示システムにおいては、図3に、更には図4ないし図7に詳細に示されるように、複数の看取者に対する3D画像の左目及び右目視像の時間多重表示は、看取者の数とは無関係に、上記時間多重表示モードにより平均輝度を2だけの係数により減少させる。
【0042】
本発明による斯様な自動立体画像表示システムに関する実際の寸法は下記の通りである:
画像面22、画像レンズ24及びフレネルレンズ26に関しては、フィリップス社のLCOSシステムを利用することができ、該システムにおいては平行光源が使用されるので上記角度αILは非常に小さい。(1)式によれば、αLSは無視することができると思われる。表示装置DDのレンチキュラスクリーン30及び32に関しては、スクリーンサイズは1000x1000の解像度で1mx1mであり、平均看取距離dνは3mであり、目間距離deyeは6.5cmである。これは、1mm2のピクセルサイズとなる。
【0043】
レンチキュラスクリーン30及び32に使用することができるレンチキュラスクリーンは、フィリップス社により、かなりの大きさ(例えば、10ないし20インチ)で既に製造されており、1999年のSPIE会報3639の第84〜91頁におけるC. van Berkelによる“3D−LCD用の画像準備”等から既知のLCDのレンチキュラ表示器に使用されている。このアプリケーションにおいては、レンチキュラレンズは部分円柱の形状を有しており、小さな視野角のみを提供する。水平及び垂直拡散器として各々機能するレンチキュラスクリーン30及び32として使用するためには、完全な円柱等の如何なる形状も使用することができ、大幅に大きな視野角を提供することができる。完全な円柱形状レンズの場合、屈折関数は:
【数6】
により与えられる。ここで、nはレンズ材料の屈折率である。n≒1.5に対しては、全視野角γsは約180°であるが、その場合には、輝度の分布(5)は、かなり不均一(±2dB)となる。n≒2(クリスタル)と仮定し、最大値
【数7】
に設定する。この場合、各ピクセルの約10%は使用されず、上述したように、例えば製造目的又は構造強化のために使用することができる。また、この限定は極端な視点における輝度分布の不所望な増加を除去し、
【数8】
なる全体の視野角を残存させと同時に、この角度内での輝度を均一(±0.35%)にする。
【0044】
ピクセル数のピクセル当たり1/Δxなる所要の解像度倍に等しい垂直ストライプの寸法及び数を持つ視差バリア28に関しては、Δxの寸法即ち幅は、
【数9】
と規定される。目間距離及びレンチキュラスクリーン30及び32に対する看取者の距離は、最小の角度的視像解像度となる:
【数10】
(4)式によれば:
【数11】
となる。
【0045】
視差バリア28の実用的実施例は、フィリップス社のポリマLC/ゲル層に基づいて、かなりのサイズ(例えば、10〜20インチ)で実施することができ、高速度で透明及び不透明状態の間を電気的に切り換えることができる(2000年の第7回国際表示ワークショップのIDW00会報における、H. de Koning、G.C. de Vries、M.T. Johnson及びD.J. Broerによる“陰極線管の輝度コントラスト性能を改善するためのダイナミックコントラストフィルタ”におけるように)上記層においては、リソグラフィック工程により任意のパターンを作製することができる。この結果、約0.005ピクセル幅の大きさの程度とすることができるような高水平解像度が得られる。
【0046】
本発明による自動立体画像表示システムの上記実用的実施例の視差バリア28が完全に透明な状態にされる場合、当該システムは通常の2D画像プロジェクション表示システムとして機能する。視差バリア28及びレンチキュラスクリーン30は単一のフラットな装置を形成する。これは、既存のプロジェクション表示器及び既存のLCD(コリメートされたバックライトを備える)への容易な装着を可能にする。
【0047】
レンチキュラスクリーン30及び32における入射光は高度に調整(コリメート)されているので、これらレンチキュラスクリーン30及び32のレンズ形状の設計は高度の自由度で実施することができる。これらレンズは、例えば当該レンズに現在のレンチキュラ表示器において必要とされるような良好に規定された焦点距離fを割り当てるというような所謂薄型レンズ式に従う必要はない。唯一の要件は、βsを大幅に(理想的には、−90°〜+90°まで)変化させることができ、材料内で全く又は殆ど拡散が発生しない(αlens≒0)ということである。
【0048】
上述した実施例においては、円形のレンチキュラレンズが使用された。これらは、使用される材料に応じて容易に作製することができる(例えば、ガラスファイバ)。性能を改善するために、又は製造工程を簡単化するために、幾つかの他のタイプのレンズを使用することもできる。
【0049】
図8は、コリメートされたバックライト源34と、例えばLCDのような透過型画像表示スクリーン36との使用に基づく画像源12の他の実施例を示している。ここでは、コリメートされたバックライト源34が光ビームを透過型画像表示スクリーン36に伝送し、該スクリーンにおいて上記光ビームはピクセルデータにより変調される。コリメートされたバックライト源34は、レーザ装置、例えばフラッシュライトのような1方向のみに進む光を放出する指向性光源、又は通常の拡散光源(例えば、通常の電球、LED)と図3におけるフレネルレンズ26等のレンズとの組み合わせにより実施化することができる。視差バリア28(図示略)は、画像表示スクリーン36と看取者との間、又はバックライト源34と上記透過型画像表示スクリーン36との間の何れかに配置することができる。
【0050】
図9は、レンチキュラスクリーン30及び/又は32のレンズLのアレイに使用するレンズ形状の断面を示している。これらレンズの幅は、大きさの程度がピクセルの幅に相当するよう選定されている。実用的な値は、前述したように、ピクセル幅の約0.3〜1倍である。
【0051】
上記レンズの側部の或る部分は使用されないので、これら部分は、これらレンズを一緒に接着するために使用することができるか、又は製造工程においてそれ以外に使用することができる。この結果、当該レンチキュラスクリーンのレンズの有効領域を相互に分離するような不透明な接着ストライプが生じる。視野角の制限及び/又は輝度の損失を防止するために、これらの不透明接着ストライプはレンズ幅に比較して充分に小さく、好ましくは例えばレンズ幅の0〜20%に選定される。
【0052】
図10は、上記時間多重複合入力ビデオストリーム信号VSSの信号フレーム構造を示し、3つの3Dビデオ又はTV番組の時間多重伝送のための連続したタイムスロットを有している。示された例においては、タイムスロットt1は3D画像IMi1(即ち、第1ビデオ又はTV番組の3D画像i)の二次元(2D)左目視像Vli1のピクセルデータを有し、次に3D画像IMi2(即ち、第2ビデオ又はTV番組の3D画像i)の二次元(2D)左目視像Vli2のピクセルデータを有するタイムスロットt2が後続し、次に3D画像IMi3(即ち、第3ビデオ又はTV番組の3D画像i)の二次元(2D)左目視像Vli3のピクセルデータを有するタイムスロットt3が後続する。タイムスロットt3には、上記3D画像IMi1の二次元(2D)右目視像Vri3のピクセルデータを有するタイムスロットt4が後続し、該タイムスロットt4には上記3D画像IMi2の二次元(2D)右目視像Vri2のピクセルデータを有するタイムスロットt5が後続し、次いで上記3D画像IMi3の二次元(2D)右目視像Vri3のピクセルデータを有するタイムスロットt6が後続する。タイムスロットt6には、次いで3D画像IM(i+1),1(即ち、前記第1ビデオ又はTV番組の3D画像(i+1))の二次元(2D)左目視像Vl(i+),1のピクセルデータを有するタイムスロットt7が後続し、次に3D画像IM(i+1),2(即ち、前記第2ビデオ又はTV番組の3D画像(i+1))の二次元(2D)左目視像Vl(i+1),2のピクセルデータを有するタイムスロットt8が後続し、次いでタイムスロットt9が後続し、等々となる。タイムスロットt1には、3D画像IM(i-1),3(即ち、前記第3ビデオ又はTV番組の3D画像(i−1))の二次元(2D)右目視像Vr(i-1),3のピクセルデータを有するタイムスロットt0が先行し、等々となる。
【0053】
本発明の範囲は、明示的に開示された上記実施例に限定されるものではない。本発明は、各々の新たな特徴及び特徴の各組み合わせで具現化される。また、如何なる符号も請求の範囲を限定するものではない。また、“有する”なる用語は、請求項に記載されたもの以外の他の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。単数表現の構成要素は、複数の斯様な構成要素の存在を排除するものではない。
【0054】
例えば、前記レンチキュラスクリーン30及び32のレンズアレイにおける個々のレンズの形状は、上述した円形又は半球形状とは断面が相違してもよい。幾らかの収差を生じるレンズさえも使用することができる。しかしながら、例えば140度なる大きさの程度の広い視野角のためには、好ましくは円形形状レンズ(ファイバ)を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】図1は、本発明による自動立体画像表示システムのブロック図を示す。
【図2A】図2Aは、本発明による立体画像表示システムに使用される表示装置の指向性光学系により得られる3D画像再生を示す。
【図2B】図2Bは、本発明による立体画像表示システムに使用される表示装置の指向性光学系により得られる3D画像再生を示す。
【図3】図3は、本発明による自動立体画像表示システムに使用される指向性光学系を示す。
【図4A】図4Aは、本発明による表示装置に使用されるレンチキュラスクリーンのレンズにおける光ビーム屈折を示す。
【図4B】図4Bは、本発明による表示装置に使用されるレンチキュラスクリーンのレンズにおける光ビーム屈折を示す。
【図5A】図5Aは、1つの同一のレンズを共用する異なる看取者に投射される種々の視界のピクセルを帯びる幾つかの光ビームの屈折を一層詳細に示す。
【図5B】図5Bは、1つの同一のレンズを共用する異なる看取者に投射される種々の視界のピクセルを帯びる幾つかの光ビームの屈折を一層詳細に示す。
【図6】図6は、本発明による自動立体画像表示システムにおいて単一の目の視界の種々のピクセルを表示する場合における上記指向性光学系の動作を示す。
【図7】図7は、本発明による表示装置に使用するためのリアプロジェクタを使用した画像源を更に詳細に示す。
【図8】図8は、一様に明るいコリメートされた光を空間的な輝度変化を伴うコリメートされた光に変換するLCDスクリーンを示す。
【図9】図9は、本発明による表示装置におけるレンチキュラスクリーンのレンズ形状の他の実施例を示す。
【図10】図10は、幾つかの3D画像の時間多重伝送のための順次のタイムスロットを有する信号フレーム構造を示す。
Claims (18)
- 3D画像の右目及び左目視像のピクセルを帯びる光ビームを、該3D画像を表示するためのレンズのアレイを備えるレンチキュラスクリーンに放出する画像源を含むような表示装置を有し、前記画像源と前記レンチキュラスクリーンとの間には視差バリアが配置され、該視差バリアには不透明領域により分離されて前記光ビームを前記レンチキュラスクリーンの前記レンズのアレイに透過させる光透過性スリットのアレイが設けられ、右目及び左目の位置を検出して前記表示装置をこれにより追従させる視点追跡器を有するような自動立体画像表示システムにおいて、
前記視点追跡器は前記視差バリアの前記スリットを制御して、前記光ビームの前記レンズへの入射を変化させることにより該レンズ内での屈折角に影響を与え、これにより前記左目及び右目視像のピクセルを帯びる出射光ビームを、前記検出された左目及び右目位置に各々一致する少なくとも1つの別個の右目及び1つの別個の左目の視像焦点に収束させることを特徴とする自動立体画像表示システム。 - 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記視差バリアの前記スリットがサブピクセル幅を有していることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記レンチキュラスクリーンの前記レンズが、前記視差バリアの前記スリットの幅より大幅に大きな幅を有していることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項3に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記レンチキュラスクリーンの前記レンズがピクセル幅の略0.3ないし3倍に相当する幅を有していることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記視差バリアには、レンズ幅当たりに10ないし1000程度の個数のスリットが設けられることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記レンチキュラスクリーンの前記レンズのアレイは不透明な垂直方向のストライプにより互いに光学的に分離された垂直方向のレンズの列を形成し、前記ストライプの各々は当該レンチキュラスクリーンの前記レンズの幅より狭い幅を有していることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記レンチキュラスクリーンの前記レンズのアレイ内のレンズは半球状の断面を有していることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項7に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記レンチキュラスクリーンの前記レンズのアレイ内の各レンズが、100度より大きな視野角を有していることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記画像源と前記視差バリアとの間にフレネルレンズが配設されていることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記画像源が、コリメートされたバックライト源を有していることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記視差バリアがLCD型のものであることを特徴とする自動立体画像システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記視差バリアがポリマLC/ゲル型のものであることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記レンチキュラスクリーンの前記レンズのアレイは垂直方向のレンズの列を備える水平方向拡散器を形成し、前記表示装置は前記水平方向拡散器を形成する前記レンチキュラスクリーンの前記レンズの幅と略等しい幅を持つレンズの水平方向の複数の列からなる垂直方向拡散器も有し、該垂直方向拡散器が前記水平方向拡散器の背後又は前側の何れかに配置されることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記視点追跡器は異なる看取者の目の位置を検出し、前記レンチキュラスクリーンの個々のレンズが、前記検出された看取者の数により決まる複数のスリットから光ビームを入力することを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記3D画像の右目及び左目視像が、前記画像源から時間多重的に放出されることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記視差バリアを制御して、1以上の所定の看取者へのピクセル伝達光ビームの透過を阻止する看取者選択手段を有することを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムにおいて、前記画像源は異なる3D TV番組を時間多重化された3D画像で供給し、これら3D画像の各々は、前記視差バリアの前記スリットの調整により前記レンズへの前記光ビームの入射を変化させることによって前記視点追跡器により制御される前記レンズ内での屈折角によって、複数の看取者の右目及び左目視点に投射されることを特徴とする自動立体画像表示システム。
- 請求項1に記載の自動立体画像表示システムに使用するための表示装置。
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