JP4272816B2 - 自動立体画像のための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、スクリーン上に画像を自動立体表示するための方法であって、観察の右眼のための画像情報と左眼のための画像情報とがスクリーン上にセグメントに分かれて介在（インターリーブ）し合って表示され、かつ、バリアが、左右の眼に対して、左右それぞれの眼に関する画像情報のみが眼に見えるように配置される方法に関する。
【０００２】
かかる方法は、例えば、コンピュータのユーザに対して、見掛け上３次元の画像をコンピュータスクリーン上に表示するために用いられる。
【０００３】
画像の自動立体表示の基本的な原理は、画像を複数の部分的な画像で表示することから成る。各画像は、同一の対象物を異なる観察方向からスクリーン上に、同時に表示する（空間分割多重化）、または、変化する像のシーケンスを高速度で時間をずらして表示する（時間分割多重化）。そして、各画像は、スクリーンを適切な観察方向から観察したときにのみ見ることができる。像が一人のユーザにより固定された観察位置からのみ観察されているならば、そのユーザの左眼および右眼のための画像情報に対応する半分の像を２つ示せば十分である。
【０００４】
幾つかの知られたシステムにおいては、左眼と右眼のそれぞれのための画像情報は、適切な眼鏡、例えばシャッター眼鏡または偏光眼鏡を用いて分離される。しかし、これらのシステムは、ユーザがこれらの眼鏡をかけることにより何らかの影響をうけるという不利点を有する。一方、自動立体視のための方法または装置は、「何も装着していない眼」(“unarmed eye”)で空間的な印象を知覚することができるという利点を有する。この場合、いわゆるパララックス（視差）バリア（以下、「バリア」と略する）が、右眼のための半分像が左眼には見えず、左眼のための半分像が右眼には見えないことを保証する。バリアは、例えば、レンズラスタもしくはプリズムラスタ、またはアパーチャ（開口）ラスタにより形成されることができ、スクリーンの前に配置される。幾つかの状況下において、例えば、透過光液晶表示スクリーン、または後方投影(rear projection)スクリーンを用いる場合、開口ラスタをスクリーンの後ろに配置することもできる。
【０００５】
特定のピクセルラスタを有するラスタスクリーンをスクリーンとして用いる知られた自動立体視法、例えば、慣用の陰極線受像管または液晶（ＬＣＤ）スクリーンを用いる場合、および、右眼と左眼のそれぞれのための半分の画像が互いにセグメントに分かれて介在し合う自動立体視法において、セグメントは、概して、単一のスクリーンピクセルの幅を有する。したがって、もしスクリーンセルのピクセルに連続的に番号を付けると、例えば、奇数番号のピクセルは全て、左眼のための半分の像を形成し、偶数番号のピクセルは全て、右眼のための半分の像を形成する。これらの知られたシステムは、基本的に、観察位置の変化に非常に敏感に反応する。もしユーザが頭を片側にわずかでも動かせば、または、もし観察距離がわずかでも変化すれば、スクリーンピクセルと観察者の眼との適切な配置が失われ、それにより、像の３次元的な印象もまた失われる。
【０００６】
ＤＥ１９５００６９９Ａ１は、上記のタイプの方法を開示している。この方法において、観察位置はヘッドラッキング（追従）システムまたはアイトラッキングシステムを用いて連続的に監視されており、観察位置が変化した場合、バリアは自動的に調節される。例えば、プリズムラスタとして構成されたバリアの場合、この調節は、バリアが機械的に移動されることにより行われる。もしバリアがラインシャドウ(line shadow)ラスタ液晶ディスプレイにより形成されるならば、この調節は、この液晶ディスプレイに適切にトリガをかけることにより電気的に行うこともできる。しかし、この知られた方法の場合にも、明確なチャネル分離が達成されるようにバリアを構成および調節するための高い精度が必要とされる。特別に、現時点で汎用のコンピュータスクリーンの多くにおいて、特に陰極線受像管の場合に、スクリーン面は完全に平坦ではなくわずかに湾曲しているという問題がある。この湾曲は歪みをもたらし、歪みはバリアを適切に調節することによってでは制御することは困難である。さらなる問題は、ヘッドまたはアイトラッキングシステムと、ヘッドまたはアイトラッキングシステムの出力に連結されたバリア調節システムとが、所定の遅延を伴って動作するため、観察者が移動すると３次元画像再生の質をずっと維持することができないということにある。
【０００７】
より早い優先日を有し、ＷＯ９８／５３６１６として後に公開された本出願人の国際特許出願において、スクリーン上で互いに介在し合うセグメントが、各々、数個のピクセルの幅を有する方法が既に提示されている。これは、チャネル分離が正確でないときでも、セグメントの端にあるピクセルのみがクロストークによる影響を受けるため、全体的には、観察者の位置の変化に対するより大きい許容度が達成されるという利点を有する。さらに、観察距離における変化を非常に迅速に補正し、しかもこの補正は、セグメントの幅が観察距離に対応して適合されるために機械的に移動可能な部品を有さずに行われる可能性が存在する。同様に、セグメント幅を適切に選択することにより、スクリーンの湾曲により生じる影響を補正することが可能である。これにより、自動立体視装置を用いて既存のコンピュータスクリーンを安価に改良する有利な可能性が生じる。
【０００８】
上記のより早い出願においては、眼に見えないセグメントの幅が、眼に見えるセグメントの幅を犠牲にして拡大し、これにより一定の「安全距離」を達成し、それによりチャネルの明確な分離を達成することも既に提示されている。
【０００９】
本発明の目的は、観察者の位置の変更に対する許容度をさらに増大することにある。
【００１０】
この目的は、請求項１の冒頭部分に記載された方法であって、一方の目のための各セグメントにおいて、このセグメントに割り当てられた画像情報に加え、画像情報の一部のコピーが表示され、この画像情報が、このセグメントに隣接するセグメントの１つまたは両方に割り当てられることを特徴とする方法により達成される。
【００１１】
したがって、この解決策においては、各セグメントに与えられる情報は、また、ライン方向において互いに隣接した数個のピクセルからなる。したがって、前記出願において提示されたシステムの利点は、本発明の目的に適用される。しかし、本発明の解決策の特徴は、所定の時間にスクリーン上に与えられた情報がある程度重複（冗長化）しているということにある。これらの方法により、観察位置がある範囲内で変化しても、バリアを調節せずに正確で完全な画像情報を観察者の各眼に提供することが可能である。
【００１２】
本発明の有利な展開が従属請求項から理解される。
【００１３】
また、本発明の方法に関し、観察者の頭または眼の位置は、好ましくは探知されて、バリアおよび／またはスクリーン内容が自動的に適合される。先に記載したシステムの重複性（冗長性）により、この適合において回避不能な時間の遅れが生じても、情報の一時的な損失は生じない。適合プロセスは、ある程度はバックグラウンドにおいても生じ、それは観察者には見えないため、観察者がより速く頭を動かした場合でも一定の良好な質が保証される。
【００１４】
本発明の方法を実行するための装置、およびこの装置の有利な具体例は、装置の請求項の目的である。
【００１５】
レンズラスタ、例えば、鉛直方向に延在するシリンドリカルレンズの形態を有するバリアを用いることは、高い光強度が得られかつバリアのための高価な駆動システムが不要であるという利点を有する。この場合、観察者の位置変更への適応は、スクリーン上に提示される画像情報の適合のみにより行われる。
【００１６】
シリンドリカルレンズは、ある程度の非点収差を生じる。しかし、本発明のシステムにおいては、これは不利点ではなく利点であることが分かる。なぜなら、これらの手段により、収束調節問題として知られる問題を回避しまたは少なくとも緩和することが可能であるからである。すなわち、この問題は、人間の視覚系が、左眼および右眼のそれぞれのための半分像の異なる視差によってだけでなく、像に焦点を合わせるのに必要な眼のレンズの調節により対象物を見て、対象物の特定の点からの距離に関する情報を得るということにある。もし、視差により、対象物の点がスクリーンの面より前または後ろに存在するように見えるならば、これら２つの距離に関する情報は矛盾し、それゆえ視覚系を混乱させる。先に述べた非点収差により、不明確でない距離情報は、眼のレンズの調節からは導かれ得ないため、前記矛盾は解決または緩和される。
【００１７】
シリンドリカルレンズを用いるさらなる効果は、スクリーンの可視部が、観察者にとってはライン方向に拡大されて見えるということにある。したがって、スクリーン上に示される画像は、この拡大倍率分だけ最初に圧縮されていなければならない。ラスタスクリーンの解像度に限界があるため、これは必然的に、ライン方向における解像度のある程度の損失を生じる。本発明のさらなる展開に従えば、少なくとも、カラーピクセルをライン方向にずらして配置したカラースクリーンの場合には、解像度のこの損失を補償する可能性をもたらす。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、また、画像がカラースクリーン上に、カラーピクセルをライン方向にずらした状態で表したときに解像度をライン方向において増大するための方法にある。この方法において、隣接する３つのカラートリプレットのための画像情報が、時分割多重化法によりスクリーン上に示され、かつ、３つのカラーピクセルが、結合されてカラートリプレットを形成する。これら３つのトリプレットは、それぞれ、１つのカラーピクセル分だけ互いにずれて配置される。
【００１９】
慣用的に、各々の場合において、隣接する３つのカラーピクセル、すなわち、３つの基本色の各々が、カラートリプレットを、このトリプレットにより示される像点の陰影が正確に再生されることができるように示すために用いられる。
【００２０】
しかし、これらの３色の同一のカラーピクセルが、カラートリプレットの時間オフセット再生のために常に用いられるわけではなく、その代わり、３色のカラーピクセルの群は常に１色ピクセル分ずれており、連続的に再生される３つのカラートリプレットの中央もまた、適切な状態で互いにずれている。それゆえ、３色のカラーピクセルに含まれる空間情報は失われない。したがって、空間情報をシリンドリカルレンズを補助として再び拡大した後も、空間情報は再度利用可能となる。
【００２１】
この方法は、請求項１の明確な特徴と組合せることにおいて特に適している。しかし、この方法をこれらの特徴とは独立に用いて利益を得ることもできる。
【００２２】
以下に、本発明の具体例を、図面を用いてさらに詳細に説明する。
【００２３】
像の自動立体表示のための装置が図１に示されている。この装置は、コンピュータシステム１０と、コンピュータシステムのグラフィックカード１４により制御されるスクリーン１２、例えばＣＲＴ（ブラウン管）またはＬＣＤ（液晶表示）スクリーンと、ヘッドトラッキングシステムまたはアイトラッキイングシステム１６と、バリア１８とを含む。バリア１８は、示した具体例において、スクリーン１２の前にスクリーン１２から所定の距離にて配置されている。バリア１８は、例えば、レンズラスタシートであり得る。あるいは、バリアは、透明なストリップと不透明なストリップとを交互に有するパターンを適切なコントロールシステムにより発生することができる液晶表示スクリーンにより形成されてもよい。バリア１８が液晶表示スクリーンである場合、コンピュータシステム１０は、この液晶表示スクリーンを制御するための駆動システム２０をさらに含む。
【００２４】
本発明の機能の原理を図２〜４を用いて説明するために、最初にバリア１８が複数の鉛直なシリンドリカルレンズ２２を有するレンズラスタであるものとする。レンズラスタ１８は、スクリーン１２の前に、スクリーン１２から決められた距離を有して配置されている。スクリーン１２は、図２および３において、数個のゾーンＲ，ＬおよびＺに分割されたバーにより示されている。観察者の左眼および右眼の位置が、それぞれＬＡおよびＲＡの記号で示されている。
【００２５】
スクリーン１２上のゾーンＲは、その各々が、１つのシリンドリカルレンズ２２を通じて右眼ＲＡにより拡大されて見られるゾーンである。これと同様に、左眼ＬＡはゾーンＬを拡大した状態でスクリーン上に知覚する。ゾーンＺは、左眼にも右眼にも知覚することができない中間ゾーンである。
【００２６】
図２および３において、レンズラスタ１８の面に、さらに一連のダイアフラム２４が示されている。これらのダイアフラム２４の間にスロット２６が形成されている。ダイアフラムとスロットは、それぞれ、マスクの垂直ストリップの透明および不透明を示しており、これは、レンズラスタ１８と同一のゾーンＲ，ＬおよびＺのパターンを生じる。
【００２７】
図２および３において、スクリーン１２の右半分のためのレンズラスタ１８のビーム路が、それぞれの図に示されている。ここで、左眼から放射される視覚射線が点線で示され、右眼から放射される視覚射線は実線で示されている。図２および３において、スクリーンの右半分のために、マスク２４，２６の等価なビーム路が示されている。このビーム路は単に幾何学的関係をより明確に示すものである。それゆえ、シリンドリカルレンズの屈折特性は、ここでは考慮される必要がない。
【００２８】
示された具体例において、スクリーン１２は平坦であると見なす。このような環境において、ダイアフラム２４は全て同一の幅を有し、ダイアフラム２４の間に形成されたスロット２６もまた互いに同一の幅を有する。もしスクリーン１２が湾曲しているならば、スクリーン上のゾーンＲ，ＬおよびＺのパターンは、スロットおよびダイアフラムの幅を変更し又はシリンドリカルレンズ２２の形状寸法を変更することにより、スクリーンが平坦である場合と同一の形態をとり得るであろう。１次元においてのみ湾曲しているスクリーンの場合、シートにより形成されたレンズラスタ１８もまた、この湾曲に対処し得る。個々のシリンドリカルレンズ２２の焦点距離は、それぞれの光軸に沿って測定されたレンズラスタとスクリーンとの距離に随意に適合されるべきである。
【００２９】
示された具体例において、ダイアフラム２４の幅と、スロット２６の幅との比率は２：１である。１つのダイアフラム２４の幅と１つのスロット２６の幅との合計を、ダイアフラムラスタのピッチ寸法とする。このピッチ寸法は、レンズラスタ１８のピッチ寸法、すなわち１つのシリンドリカルレンズ２２の幅と等しい。ピッチ寸法を１つのスロット２６の幅で割ると、得られる値は、示された具体例において３である。この値をダイアフラムラスタの「選択数」とする。ダイアフラムラスタとレンズラスタとが同等であるため、レンズラスタ１８の選択数はダイアフラム２４の選択数に応じて決めることができる。示された具体例において、レンズラスタの選択数の値もまた３である。これらの環境下では、スクリーン上の不可視ゾーンＺの合計幅は、ラインの長さの正確に１／３であり、すなわち、スクリーンラインの１／３が観察者には完全に見えない。
【００３０】
図２において、観察距離Ａ、すなわちレンズラスタ１８の面と左右の眼ＬＡ，ＲＡの面との距離は、ゾーンＲとゾーンＬがスクリーン上で重ならない最大可能値を有する。観察距離がさらに大きくなると、完全なチャネル分離は、もはや保証され得ない。なぜなら、重なりゾーンに横たわるスクリーンピクセルは、右眼に見えるだけでなく左眼にも見えるであろうからである。
【００３１】
図３において、観察距離Ａは最小可能値を有する。観察距離がさらに小さくなると、ゾーンＬとゾーンＲとはスクリーン上で再び重なる。レンズラスタまたは概してバリア１８の選択数が大きくなると、ゾーンＺの幅もまた大きくなり、それに対応して、チャネル分離に影響を与えずに観察距離Ａが変化することができる範囲が大きくなる。
【００３２】
もし、図３に示した状態から出発して、観察距離Ａが再び拡げられると、ゾーンＬとゾーンＲとは再び離れ、それにより、新しい中間ゾーンがゾーンＬとＲの間に形成され、かつ、最初から存在している中間ゾーンＺは縮小する。観察距離が最大値と最小値の中間の最適な観察距離Ａ_０であるとき、各ゾーンＬおよびＲの正確に半分の幅を有する（選択番号が３の場合）中間ゾーンが存在する。中間ゾーンは、各々、隣接する２つのゾーンＬとＲの間に存在する。この状態は図４に詳細に図示されている。
【００３３】
さらに、図４には、スクリーン１２上に再生される画像情報が、単一のピクセルＬ１１〜Ｌ２０およびＲ１１〜Ｒ２０により示されている。Ｌから始まる参照符号は、左眼のための画像情報を含むピクセルを示し、Ｒから始まる参照符号は、右眼のための画像情報を示す。左眼のための画像情報と右眼のための画像情報とが互いにセグメントに分かれて介在し合っていることが分かる。セグメント２８，３０，３２および３４は、それぞれ、関連するピクセルの周囲のボールド体の境界線により識別され、図中、それぞれ６つのピクセルを有する。しかし実際には、１つのセグメントのピクセルの個数は、６よりかなり多いことがある。理想的には、セグメントの位置は、レンズラスタ１８の位置と、左眼および右眼ＡＬ，ＡＲの位置とにより、Ｌゾーンの各々がＬピクセルのセグメントの中央に位置し、Ｒゾーンの各々がＲピクセルセグメントの中央に位置するように決定される。しかし、セグメントはＬゾーンおよびＲゾーンを超えて中間ゾーンＺに延在し、互いに対してギャップを有さずに存在する。選択数３に対応して、各セグメントのピクセルの１／３は、当該観察者の眼には見えない。図４において用いられた観察距離においては、各セグメントの中程に位置する４つのピクセルは見えるが、セグメントの端に位置する２つのピクセルは見えない。
【００３４】
眼の位置ＬＡおよびＲＡにて、当該観察者の眼に見えるこれらのピクセルは、図４において、それぞれ１つのバーに示されている。例えば、左眼ＬＡは、セグメント２８のうちの４つの中間ピクセルＬ１２〜Ｌ１５と、セグメント３２のうちの４つの中間ピクセルＬ１６〜Ｌ１９とを見る。シリンドリカルレンズ２２の拡大作用により、４つのピクセルのこれらのピクセルのシーケンスは、それぞれ、ギャップを有さずに結合しているように見える。
【００３５】
図４は、走査ラインの一部のみを示す。したがって、左眼ＬＡは、各々の場合に、図４に示されていないさらなるセグメントの中間の４つのピクセルも見る。この様子は、図４の底部に、破線で示されたピクセルＬ１１およびＬ２０により記されている。
【００３６】
セグメント２８は、その右端のゾーンＺ内に不可視のピクセルＬ１６を含む。このピクセルは、セグメント３２にある次のゾーンＬの第１の可視ピクセルＬ１６と同一の画像情報を示す。同様に、ゾーン２８の左端の不可視ピクセルＬ１１は、その前のＬセグメントの最後の可視ピクセル（図４には示されていない）と同一の画像情報を含む。逆に、セグメント３２は、その左端に、セグメント２８の最後の可視ピクセルＬ１５のコピーを含み、かつ、右端には、セグメント３２の次のＬセグメントのピクセル２０のコピーを含む。スクリーン１２に示された画像情報は、例えばピクセルＬ１５およびＬ１６が２度現れるということにおいて重複している。
【００３７】
同様に、右眼のためのピクセルＲ１５およびＲ１６もまた、セグメント３０および３４に２度現れる。この重複の意味は図５において理解されることができる。図５では、観察者が観察者の頭を幾分横方向に移動すると、両眼ＬＡおよびＲＡの位置が少し左に移動されることが示されている。これに対応して、スクリーン１２上の可視ゾーンは右に移動されている。したがって左眼ＬＡは、もはやセグメント３２のピクセルＬ１６を知覚できない。しかしそのかわりに、左眼ＬＡは、今度はセグメント２８の右端にある、セグメント３２のＬ１６と同一のピクセルＬ１６を見る。同様に、右眼ＲＡには、もはやセグメント３４のピクセルＲ１６が見えない。そのかわりに、右眼ＲＡは、今度はセグメント３０のピクセルＲ１６を見る。同様に、もはや眼に見えないピクセルＬ１２およびＲ１２に代わって、その前のセグメント（図示せず）の、前記Ｌ１２およびＲ１２に対応するピクセルが見られる。観察位置は変わっても、両眼は、このようにして、図４と変わらない同一のピクセルのシーケンスを知覚する。この様子が、図５の下部にバーで図示されている。
【００３８】
もちろん、ユーザが頭を右側に動かしたときにも、上記のように左側に動かしたときと同様の対応がなされる。したがって、ユーザは、視覚位置を、限られた領域内で横方向に、空間的知覚の質に影響を与えずに変更することができる。こうしてユーザは、バリアの調節、およびスクリーン上に示される画像情報が変更されなくても、幾分かの移動の自由を得る。バリアの選択数が大きくなると、得られる運動の自由も大きくなる。１つのセグメントに対するピクセルの数がより多くなりかつ選択数が変わらないときは、重複ピクセルの数は、それに対応して多くなる。
【００３９】
図５に示した状態において、もし、ユーザが頭をさらに左に動かせば、左眼は、実際には右眼のためにあるＲ１１およびＲ１５も知覚し、空間的知覚の質に影響を与えるであろう。しかし、ユーザの横向き移動がアイトラッキングシステム１６により検知されるため、ユーザの移動許容度は、スクリーン上に示される内容（コンテンツ）が変更されるという事実により、さらに拡大されることになる。
【００４０】
スクリーンの新しい内容が図５のバー１２’に示されている。セグメント２８’，３０’，３２’および３４’は、眼の動きに対応して１ピクセル分だけ右に移動されたことがわかる。しかし一方で、セグメントの内容は、ピクセルＬ１２，１３などが前と同じ位置にあるように変更された。セグメント２８の左端の不可視ピクセルＬ１１のみが、新しいセグメント２８’にはもはや含まれていない。その代わり、新しいセグメント２８’は、その右端に、前の内容ではセグメント３２のみに含まれていた不可視ピクセルＬ１７を含む。こうして、ピクセルＬ１７はここで重複ピクセルとなった。図の説明では、各セグメントの情報内容は、セグメントの移動方向と反対の方向に「スクロール」される。その結果、中間に位置する４つのピクセルは各セグメントにおいて再び見えるようになり、不可視ピクセルに対する状況は図４における状況と同等である。それゆえ、ユーザは、頭をさらに左に動かすことができ、それでもなお、変更されない同一の空間像を知覚することになる。図５に示した順応プロセスは、ユーザがさらに頭を動かすことに応じて何度でも繰り返されることができる。スクリーンの内容は、各々の場合に、不可視の中央ゾーンＺにおいてのみ変化するため、順応プロセスがユーザの実際の眼の移動よりも必然的に幾分遅れるということが画質には全く影響を与えない。
【００４１】
ユーザが観察距離Ａを変更すると、これは、スクリーン上の可視ゾーンの位置にも幾分かの影響をもたらす。特に、図２と図３とを比較すると、ゾーンＲ，ＬおよびＺがライン方向に延長されていることが分かる。しかし、この影響は、頭の移動距離に対して、頭を横方向に移動させたときのゾーンの横方向移動と比較して、程度がかなり低いと言える。したがって、観察距離の僅かな変化は、著しい影響を画質に与えない。さらに、本発明の方法の範囲において、セグメントの幅、すなわち１つのセグメントに対するピクセルの個数を観察距離の変化に適合させる可能性が存在する。この場合にも、不可視の中間ゾーンは、上記の方法と同様に、重複ピクセルにより埋め合わされることができる。しかし、観察距離が最適でない場合には、ゾーンＬまたはＲの各々の側にある２つの中間ゾーンＺはもはや同一の幅を有さず、それゆえ、セグメントの一端の、重複ピクセルのために用いることができる空間は縮小し、最終的にこの空間は、最大観察距離または最小観察距離にてゼロに減少するということから、ある程度の制限が生じる。
【００４２】
セグメント幅を観察距離に適合させるために必要な、観察距離に関する情報は、ヘッドトラッキングシステムまたはアイトラッキングシステムにより提供されることができる。
【００４３】
スクリーン１２に示される内容を観察者の頭の横方向の移動に対応して変更する代わりに、レンズラスタ１８を機械的に調節することも、もちろん可能である。この場合、本発明の重複スクリーン表示は特に有利である。なぜなら、レンズラスタの機械調節中には、通常、より大きい時間の遅れが生じることが期待されるからである。
【００４４】
あるいは、レンズラスタ１８は、フレネルレンズまたはホログラフィック光学素子により形成されることもできる。
【００４５】
図６および７は、レンズラスタの代わりにダイアフラムラスタ１８’を用いた、ＷＯ９８／５３６１６に記載された方法と類似の具体例を示す。ダイアフラムラスタはファインピクセルラスタを有するＬＣＤフィルタにより形成される。このファインピクセルラスタのピクセルは透明と不透明とを遷移することができ、それゆえ、ダイアフラム２４およびスロット２６の可変パターンを形成することができる。この場合、シリンドリカルレンズの拡大作用がないため、関連する半分の像の半分より少ない部分がそれぞれの眼に見える。したがって、画像情報の完全な再生のためには時分割多重化が用いられなくてはならない。時分割多重サイクルは３つの位相を含み、これらの位相は、循環して交互に変わる。対応するスクリーン内容は、図６および７において１２，１２”および１２’”と記号が付けられている。
【００４６】
図６は、時分割多重サイクルの第１の位相を示す。ダイアフラム２４およびスロット２６は、左眼が、セグメント２８のピクセルＬ２〜Ｌ５とセグメント３２のピクセルＬ１４〜Ｌ１７とを見えるようにし、かつ、右眼が、セグメント３０のピクセルＲ２〜Ｒ５とセグメント３４のピクセルＲ１４〜Ｒ１７とを見えるようにしている。異なるセグメントから始まるこれら４つのピクセルの群は、各々、拡大されずに知覚されるため、ギャップを有するシーケンスを形成する。このシーケンスは、図６の下部に、実線で描かれたピクセルにより示されている。ピクセルのシーケンスの間に存在するギャップは、サイクルの第２位相においては図６に破線で描かれたピクセルにより埋め合わされ、第３位相においては図７に破線で描かれたピクセルにより埋め合わされる。したがって、眼の慣性により、ピクセルのシーケンスが連続する印象が生じる。
【００４７】
図７は、サイクルの第２位相におけるダイアフラムラスタ１８’の状態を示す。ダイアフラム２４およびスロット２６は、ここではピッチ寸法の１／３だけ右側にずれている。この位相において、セグメント２８”，３０”および３２”は図７のスクリーンに示されている（スペースの都合上、セグメント３４”は図示せず）。サイクルの第３位相のためのセグメント２８’”および３０’”は破線で示されている。ダイアフラムラスタ１８’は、第３位相において再びピッチ寸法の１／３だけ移動される。
【００４８】
ピクセルをセグメント内に重複して配置することは、先に記載した具体例の配置に対応している。例えば、第１位相において、ピクセルＬ５およびＬ６は、セグメント２８の右端にて再生される。それらはセグメント２８”における最初の２つのピクセルと同一の画像情報を含み、この画像情報は第２位相において見える。
【００４９】
スクリーン１２がカラースクリーンであるならば、「ピクセル」として先に記載した対象物はカラートリプレットに替えられる。これらのトリプレットは、それぞれ、基本色である赤、緑および青の３つのカラーピクセルにより形成される。典型的なＣＲＴまたはＬＣＴのカラースクリーンの場合、カラーピクセルは細長いコラムの形状を有する。これらのコラムは、図８の上部に示すように、シーケンスＲ-Ｇ-Ｂ-Ｒ-Ｇ…として周期的に一列に配置される。かかる３つのカラーピクセルは、各々トリプレットを形成し、このトリプレットは、画像情報に関するユニットとみなされる。なぜなら、カラーピクセルの明度の関係は、当該カラー画像素子の陰影を決定するからである。
【００５０】
図８の上部に、３つの隣接したカラートリプレット３６，３８および４０が、通常のカラースクリーン上に現れる状態で示されている。しかし、もし図２〜５に示した方法を用いる場合には、画像は、シリンドリカルレンズ２２を用いて３倍の倍率でライン方向に拡大されることになり、画像情報は、完全な像がスクリーン上に再生されることができるように、予めこの倍率で圧縮しておかなくてはならない。スクリーンの解像度がカラートリプレットの大きさにより決定されるため、この画像変換は、基本的には情報の損失をもたらす。しかし、図８は、スクリーンの個々のカラーピクセルを巧みにコントロールすることによりこの情報の損失を回避し、または少なくとも緩和することができる方法を示す。これは、陰極線管の場合には、電子ビームの適切な変調により可能であり、ＬＣＤスクリーンの場合には、個々のＬＣＤ素子を適切にコントロールすることにより可能である。
【００５１】
３つのトリプレット３６，３８，４０に最初から含まれていた画像情報は、図８において、番号１１，１２および１３を有する３色の画素を示す。この画画像情報は、スクリーン上に、図８の下部に示したような３つの位相から成るサイクルを有する時分割多重化法により再生される。位相１において、３つのカラーピクセルＢＲＧが結合されてトリプレット４２を成している。トリプレット４２の中央は、トリプレット３８の左端のカラーピクセルＲの位置を示す。したがって、画像１１の色情報は、トリプレット４２において完全に再生される。
【００５２】
位相２において、画像１２の色情報は、カラーピクセルＲＧＢを含むトリプレット４４において再生され、トリプレット４４の中心は、トリプレット３８の中央のカラーピクセルＧの位置に対応している。
【００５３】
最後に、位相３において、画像１３の情報は別のトリプレット４６において再生される。トリプレット４６は、カラーピクセルＧＲＢにより形成され、トリプレット４６の中心は、トリプレット４０の右端のカラーピクセルＢの位置に対応している。
【００５４】
これら３つの位相を有するサイクルが速いシーケンスで繰り返されると、観察者は、画像が最初の幅の１／３の詳細部を損失せずに圧縮されているという印象をうける。画像がシリンドリカルレンズ２２を通して見られるときには、画像は再びもとの寸法に拡大される。
【００５５】
この方法では、シリンドリカルレンズの拡大作用によりカラーピクセルのラスタが一層粗く見えるようになることを防止できないことは明らかである。しかし、元の３つの像点１１，１２，１３の２つを単純に抑制することと比較して、または、これらの像点の情報内容を計算もしくは加算平均することと比較して、像の詳細がより豊富に得られる。
【００５６】
以下に、実際に用いられる装置の異なる具体例の本質的なデータを示す。各々の例において、レンズラスタがバリアとして用いられる。レンズラスタの分割（個々のシリンドリカルレンズの幅）が、この場合は可変でないため、観察距離の上限および下限は、それぞれ、ユーザの両眼間の距離に依存する。具体例において、両眼間の距離は６５ｍｍとする。
【００５７】
１５”ＬＣＤスクリーン
スクリーンは、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）構造のＬＣＤスクリーンであり、対角線が３８ｃｍ、最大解像度が１０２４×７６８ピクセルの可視スクリーンを有する。そして、単一のカラートリプレットは０．２５ｍｍの幅を有する。以下のデータが適用される
選択数：３．０
レンズラスタのピッチ：１５．０ｍｍ
スクリーンとレンズラスタとの距離：６０ｍｍ
最大観察距離：７２０ｍｍ
最小観察距離：３３０ｍｍ
シリンドリカルレンズの拡大作用により、カラートリプレットの明確な幅は０．７５ｍｍである。これは、慣用的なテレビ受像管の解像度に対応する。しかし、主観的に知覚される解像度は、このテレビ受像管の解像度よりも、特に、図８に示された方法を用いるとかなり高くなる。
【００５８】
２１”ＣＲＴスクリーン
スクリーン装置として、対角線が５３ｃｍのスクリーンを有する陰極線カラー画像管が用いられる。解像度は１４１０×１０５４ピクセルであり、これは、０．２８ｍｍの個々のカラートリプレットの幅に対応する。
選択数：２．２
レンズラスタのピッチ：１１．０ｍｍ
スクリーンとレンズラスタとの距離：６０ｍｍ
最大観察距離：７２０ｍｍ
最小観察距離：５９０ｍｍ
カラートリプレットの明確な幅：０．６２ｍｍ
倍率１／２．２により画像を水平方向に圧縮することにより、有効解像度は６４０×１０５４ピクセルとなる。
【００５９】
４０”後方投影スクリーン
対角線が１０１．６ｃｍ、解像度が１２１８×１０２４ピクセルの可視スクリーンを有する後方投影スクリーンをスクリーンとして用いる。
選択数：３．０
レーザラスタのピッチ：１５．０ｍｍ
スクリーンとレンズラスタとの距離：１００ｍｍ
最大観察距離：１，２００ｍｍ
最小観察距離：５５０ｍｍ
ピクセルの幅は０．６７ｍｍであり、倍率３により拡大された後、約２ｍｍとなる。しかし、後方投影の原理により、ピクセルラスタは、観察者に知覚されることができない。
【００６０】
各々の場合において、知られたヘッドトラッキングシステムもしくはアイトラッキングシステム、または随意に改良された凝視トラッキングシステムが、上記の認識のために用いられることができる。凝視トラッキングシステムにおいては、観察者によりその時に固定されるスクリーン上の点もまた検知される。
【００６１】
最も簡単な場合において、スクリーン上に表示される対象物の３次元画像は、測定される観察位置に依存しない。しかし、画像内容を、測定される観察位置の関数として動的に変更することも可能であり、したがって、実際の対象物を異なる位置から見ることによる、遠近法における変化のシミュレートすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の装置のブロック図である。
【図２】 図２は、本発明の装置の光学特性を説明するための図である。
【図３】 図３は、図２は、本発明の装置の光学特性を説明する図である。
【図４】 図４は、本発明の方法の第１具体例を説明する図である。
【図５】 図５は、本発明の方法の第１具体例を説明する図である。
【図６】 図６は、本発明の方法の第２具体例を説明する図である。
【図７】 図７は、本発明の方法の第２具体例を説明する図である。
【図８】 図８は、空間分解能を増大させるための方法を説明する図である。

Claims (8)

1. 画像をスクリーン（１２）上に立体表示するための方法であって、観察者の右眼（ＲＡ）および左眼（ＬＡ）のための画像情報がスクリーン上にセグメントとして介在し合って示され、かつ、バリア（１８；１８’）がそれぞれ、左右の眼に対し、左右の眼のそれぞれに関連する画像情報のみが眼に見えるように配置されており、
   各眼の各セグメント（２８）において、セグメントに割当てられた画像情報（Ｌ１２〜Ｌ１５；Ｌ２〜Ｌ５）に加えて、画像情報の一部（Ｌ１１，Ｌ１６；Ｌ１，Ｌ６）のコピーが与えられ、該コピーが、前記セグメントに隣接するセグメント（３２：２８”）の１つまたは両方に割り当てられる方法。
2. 観察者の頭または眼の位置が連続的に求められ、かつ、スクリーン（１２）に対するバリア（１８；１８’）の位置および／またはスクリーン上に示される画像情報の位置が、既に求められた観察位置の関数として変更される請求項１に記載の方法。
3. 観察者の頭の横方向の移動が分かったときに、バリア（１８；１８’）が、静止状態に維持され、かつ、セグメント（２８，３０，３２，３４）間の境界がスクリーン（１２）上で移動され、スクリーン上の画像情報が、セグメント境界周辺の、両眼に不可視のゾーン（Ｚ）においてのみ変更される請求項２に記載の方法。
4. レンズラスタ（１８）がバリアとして用いられ、レンズラスタの個々のレンズ（２２）が、スクリーン上に表示される像を、少なくともライン方向において特定の倍率で拡大し、かつ、左眼および右眼のためのそれぞれ介在し合う画像情報がスクリーン上に、この特定の倍数によりライン方向に圧縮された形態で示される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 画像がカラースクリーン上に、カラーピクセル（Ｒ，Ｇ，Ｂ）がライン方向にずれて配置された状態で配置され、
   色つきの像点を形成する隣接する３つのカラートリプレット（４２，４４，４６）のための画像情報が、時分割多重化法によりスクリーン上に示され、前記３つのカラーピクセルが結合されてカラートリプレットを示し、前記３つのカラーピクセルは、それぞれ、１つのカラーピクセル分だけ互いにずれて配置される請求項４に記載の方法。
6. 画像の自動立体表示のための装置であって、コンピュータ（１０）により制御されかつ、観察者の右眼（ＲＡ）および左眼（ＬＡ）のための、コンピュータ（１０）により制御される画像情報をセグメントとして介在し合って示すスクリーン（１２）と、
   レンズラスタ（１８）の形態を有するバリアであって、スクリーン（１２）の前に、各眼に対してそれぞれ、各眼に関連する画像情報のみが見えるように配置され、レンズラスタ（１８）の個々のレンズ（２２）が、左眼に見える１つのセグメント（２８，３２）と右眼に見える１つのセグメント（３０，３４）を正確に画成するバリアとを有し、
   ライン方向のセグメント（２８，３２，３０，３４）の幅が、それぞれ、数個のスクリーンピクセル（Ｌ１２〜Ｌ１５，Ｌ１６〜Ｌ１９，Ｒ１２〜Ｒ１５，Ｒ１６〜Ｒ１９）に対応し、
   各眼の各セグメント（２８）において、セグメントに割当てられたスクリーンピクセル（Ｌ１２〜Ｌ１５）に加えて、スクリーンピクセルの一部（Ｌ１１，Ｌ１６）のコピーが与えられ、該コピーが、前記セグメントに隣接するセグメント（３２）の１つまたは両方に割り当てられる
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法を実行するための装置。
7. レンズラスタ（１８）とスクリーン（１２）の距離と、レンズ（２２）の画像形成特性とは、相互に介在し合うセグメント（２８，３０，３２，３４）がそれぞれスクリーン上で、両眼に不可視の中間ゾーン（Ｚ）により互いに分離されるように特定の観察距離（Ａ_０）に調節されている請求項６に記載の装置。
8. コンピュータ（１０）に連結されたヘッドトラッキングシステムまたはアイトラッキングシステム（１６）が、観察者により与えられる観察位置を求め、かつ示された画像情報を前記観察位置に適合させる請求項７に記載の装置。

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