JP2004184895A - 立体画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】立体画像表示装置における画面横方向視差数が不足し、画面縦方向と横方向の解像度バランスが悪い。
【解決手段】画像表示パネルと、スリットアレイなどの光学的画像選択手段との間に、光学的な画素シフト手段として、複屈折性を有する複屈折フィルム積層体を設けることにより、２行を１行にして表示して、横視差情報を倍増させる。
【選択図】 図２
【解決手段】画像表示パネルと、スリットアレイなどの光学的画像選択手段との間に、光学的な画素シフト手段として、複屈折性を有する複屈折フィルム積層体を設けることにより、２行を１行にして表示して、横視差情報を倍増させる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次元平面表示装置を用いて立体画像を表示する手法として、多数の視線方向からの画像を画像表示面に合成表示し、観測者の視点位置に応じて対応する画像を選択的に視認させる光学的画像選択手段を設けたインテグラルフォトグラフィ法（以下ＩＰ法）が提案されている。
【０００３】
図１６にＩＰ法の表示原理を示す。ここで、表示装置から観測者１５０２方向に向かってｚ軸、表示面内における横（左右）方向をｘ軸、縦（上下）方向をｙ軸にとることにする。即ち、図１６はｙ軸方向から見た上面図である。
【０００４】
立体画像表示装置１５００は、光学的画像選択手段として画素ピッチにほぼ等しい開口部をアレイ状に設けたスリットアレイ１０２を表示面の前面（観測者側）に配置した構造となっている。
【０００５】
画素１０４からスリットアレイ１０２の開口部を通過する光線を出射させ、仮想的に配置された表示オブジェクト１５０１の観測者に最も近い表面との交点を表示すべきオブジェクト位置１５０３として求め、表示オブジェクトの表面テクスチャを画素の表示情報１５０４として生成する。図１６においては、表示オブジェクトの交点と対応する表示情報を同じ記号で模式的に示した。
【０００６】
観測者１５０２は、スリットアレイ１０２越しに画素１０４を観察するため、視認できる画素１０４は一部に限定され、視点方向から見た画像のみが選択的に視認できる。
【０００７】
ＩＰ法による立体画像表示方式では、観測者が立体像を視認する視点範囲（視域）において、単位角あたりの視差数が多いほど、表示オブジェクトの視差情報を滑らかに表現できるため立体表示品位が向上する。一方、光学的画像選択手段のピッチ、例えばスリットピッチが細かいほど、ある視点において観測できる画像の解像度が高くなり、画像の表示品位が向上する。従って、スリットに割り当てることのできる画像枚数、即ち画素数が多く、スリットピッチが細かいことが望ましい。言い換えると、画像表示面における画素数が多く、且つ画素ピッチが細かいことが望ましい。
【０００８】
ところで、複屈折板を用いて、解像度の高い表示装置を提供するものがある。（特許文献１）ここでは、偏光を利用して表示装置からの光を複屈折板に通すことにより、右目用、左目用の光を選択的に出射させるものが立体用の画像表示装置の例として示されている。この他、光学ローパスフィルタとしての例が示される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１５２５７２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
立体画像表示装置における視差数は、画像表示面に対して縦（上下）方向よりも横（左右）方向の視差数の多さが重視される。その理由は、縦方向の視差情報は観測者の上下方向の運動視差に対応するために設けられるのに対し、横方向の視差情報は左右方向の運動視差に加えて、左右の眼に生じる両眼視差にも対応する必要があるためである。また、一般に観測者の運動範囲は上下方向よりも左右方向に広いという点も横方向の視差数の多さが重視される所以である。
【００１１】
しかるに、画像表示手段として用いられる画像表示パネルの精細度は、製造プロセスにより限界が生じる。また、通常の画像表示パネルにおいては、画像表示面縦方向と横方向において画素を等ピッチ、あるいはＲＧＢ三原色画素として縦横寸法比を３：１として形成されるため、画面縦方向と横方向の視差数を異なる値に設定すると、１画面あたりの画素数は縦方向と横方向において著しい差が生じてしまう。
【００１２】
例えば、横方向画素数１６００、縦方向画素数１２００、画面アスペクト比４：３の液晶パネルを画像表示手段に用いる場合において、横方向視差数を１６、縦方向視差数を４に設定すると１画面あたりの画素数は横方向画素数＝１６００／１６＝１００、縦方向画素数＝１２００／４＝３００となる。そのため、画面横方向に表示可能な空間周波数は、画面縦方向に対し１／４となってしまう。通常、２次元表示においては画面縦方向と横方向の表示空間周波数を一致させた画像フォーマット、あるいは横方向に空間周波数の高い画像フォーマットが採用されており、上記のように画面横方向と縦方向の空間周波数に著しい差が生じると、通常の２次元表示を立体表示に変換する場合などにおいてもサブサンプリングによる表示画像の劣化が生じ不都合である。
このように、従来の構成では画面縦方向の画素数に比べ、画面横方向の画素数が不足していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明の実施の形態は、複数の画素を複数行配列した画像表示手段と、前記画像表示手段上に離間して設けられ、前記画像表示手段上の画素を複数組に分け、前記画素からの光を選択的に透過させる画素選択手段と、前記画像表示手段と前記画素選択手段との間に設けられ、複屈折性を有し、前記画素の一部を光学的にシフトさせて、前記画像表示手段上の２つの前記行を対として１つの行とする画素シフト手段とを有することを特徴とする立体画像表示装置を提供する。
【００１４】
前記画素選択手段は、ピンホールアレイまたはレンズアレイであってもよい。
【００１５】
前記画素選択手段は、スリットまたはレンチキュラーレンズアレイであっても良い。
【００１６】
前記画素の前記複数組の境界部に位置する画素を黒表示とすることができる。
【００１７】
前記画像表示手段上の前記画素は、三原色デルタ配列をなし、縦方向には三原色を順次循環させて配置し、隣接するが前記対を成さない前記行同士では同色を隣接させてもよい。
【００１８】
前記画像表示手段上の前記画素は、三原色正方配列をなし、縦方向には三原色を順次循環させて配置し、同色同士を斜めストライプ配列としても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に基づく立体画像表示装置について詳細に説明する。但し、本発明の構成は以下に述べる実施形態にとどまるものではなく、発明の実施形態および実施例において述べた構成の各部をさまざまに組み合わせた形態をとることが可能であることはいうまでもない。また、説明の簡略化のため、複数の図に渡って同一部材については同一の番号を付与した。
（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の概要を説明するための図である。なお、図においては、表示装置から観測者方向に向かってｚ軸、表示面内における横（左右）方向をｘ軸、縦（上下）方向をｙ軸にとることにする。
【００２１】
立体画像表示装置は、画像表示手段、例えば、液晶表示装置１０１と、光学的画像選択手段として画素ピッチにほぼ等しい開口部をアレイ状に設けたスリットアレイ１０２を表示面の前面（観測者側）に配置した構造を基本とするが、これらの間に光学的画素位置シフト手段１０９を設けている。
【００２２】
画素１０４からスリットアレイ１０２の開口部を通過する光線を出射させ、表示オブジェクトの表面テクスチャを画素の表示情報として生成する。
【００２３】
図２は、光学的画素位置シフト手段の概要を示す図である。光源（図示省略）側を紙面左、観測者（図示省略）側を紙面右として、立体画像表示装置をｘ軸方向の側面からみた断面図である。本実施形態では、画像表示手段である透過型液晶パネル１０１と、光学的画像選択手段であるスリットアレイ１０２の間に、複屈折フィルム積層体１０３が光学的画素位置シフト手段として設けられた構造となっている。
【００２４】
透過型液晶パネル１０１の構造は、光透過基板１０５間に液晶層が挟持された画素１０４が形成され、基板の前後に偏光板１０６ａ、１０６ｂが設けられている。画素１０４では、画像情報に応じて電荷が画素毎に書き込み、保持されており、液晶の配向状態が電荷により制御されている。
【００２５】
複屈折フィルム積層体１０３は、偏光回転層１０８および複屈折フィルム１０９から成る。
【００２６】
複屈折フィルム１０９は、所定の方向に屈折率主軸を有する１軸性複屈折フィルムである。ポリカーボネートやＪＳＲ（株）製のアートン、高分子液晶ポリマー層を延伸配向処理することで、所望の光学特性を得ることができる。複屈折フィルム１０９の光学特性については後述するが、複屈折フィルム１０９の有する複屈折性により、入射光の偏光方向によって光の進行方向に差が生じる
複屈折フィルム１０９の液晶パネル１０１側には、偏光回転層１０８が設けられている。この偏光回転層１０８は、液晶パネル１０１の画素行に対応して、１行おきに設けられている。例えば、偏光回転層１０８は、液晶パネル１０１の偶数行目に対応する部分に設けられ、奇数行目にはない。
【００２７】
偏光回転層１０８はいわゆるλ／２波長フィルム層であり、可視光の１／２波長となる２００〜３００ｎｍのリタデーションを有する複屈折層が、ｘｙ軸を２分する４５°方向に位相軸を有する光学層である。
【００２８】
このような光学層は高分子ポリマー液晶など、複屈折性を有する光学ポリマーを光学的に等方的な透明基板上にずらし応力などによって配向処理することで複屈折性を持たせ、ＵＶ照射や熱的、パターニング処理によりストライプ状に複屈折層を残すよう加工することで形成することができる。
【００２９】
非偏光状態にある光源光１１１は入射側偏光板の偏光透過軸であるｙ軸方向成分のみが透過し、画素１０４に入射する。偏光光は画素１０４を透過する際に、液晶層の配向状態に従って偏光状態が変化し、出射側に設けられた偏光板１０６ｂの偏光透過軸であるｘ軸方向の偏光成分１１３のみが出射する。液晶層の配向変化は出射偏光成分１１３の透過強度を制御していることに他ならない。
【００３０】
偏光板１０６ｂを出射した偏光１１３のうち、画素ｉ＋１行とｉ＋３行を出射した偏光成分１１３ｂは、複屈折フィルム積層体１０３の光入射面に画素１行おきに設けられた偏光回転層１０８を透過し、偏光軸がｘ軸からｙ軸方向に９０°回転する。
【００３１】
画素ｉ行、ｉ＋２行を出射した光の偏光軸はｘ軸方向であり、複屈折フィルム１０９の常光線屈折率方位に一致しているため、入射光１１４ａは常光線として直進する。一方、偏光回転層１０８により９０°の回転操作を受けた画素ｉ＋１行、ｉ＋３行の出射成分はｙ軸方向に偏光軸を有している。このため、複屈折フィルム１０９内で、異常光線として光の進行方位がｙ軸方向にシフトする。即ち、複屈折フィルム１０９は、この入射偏光成分に対し光路を位置的にシフトさせて出射する光学シフト層の機能を有する。
【００３２】
２つの偏光成分は複屈折フィルム１０９を出射後、再びｚ軸方向に直進する。このため画素のｉ行とｉ＋１行、ｉ＋２行とｉ＋３行の出射光が各々合成され、スリットアレイ１０２に設けられた開口部を出射する。
【００３３】
この例では、スリットアレイ１０２と複屈折フィルム積層体１０３を支持するため、光学的に等方であるガラス基板（又はＰＭＭＡ、アートンなどのプラスチック基板）１１０が設けられている。
【００３４】
図３は、複屈折フィルム１０９の光学配置を示した図である。
【００３５】
複屈折フィルム１０９は１軸性の複屈折性を有しており、屈折率楕円体と屈折率の主軸を、常光線屈折率をｎｏ、異常光線屈折率をｎｅとして図中に示した。異常光線屈折率ｎｅの方位は、ｙｚ平面内にあり、ｚ軸に対して角度θを成している。ここで、フィルム厚をｄとする。
【００３６】
複屈折フィルム１０９に対して垂直に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光成分は屈折率ｎｅとなるため、常光線として電気変位ベクトルＤと電場ベクトルＥ（図示省略）方位は一致し、直進する。一方、ｙ軸方向の偏光成分は電気変位ベクトルＤは直進するのに対し、電場ベクトルＥの方向は、電気変位ベクトルＤを法線とする波面平面と屈折率楕円体との接点と楕円体中心を結ぶ方位、ｙｚ平面内にありｚ軸に対して角度αを成す方向に進行する。
θとαの関係は、
【００３７】
【数１】
で表される。従って、フィルム厚ｄにおける異常光線のシフト量ｐは、
【００３８】
【数２】
となる。
【００３９】
図４は、画素１０４の配列と画素の光学シフト方向をｚ軸方向、即ち、観察者から見た図である。
【００４０】
本実施形態においては、画素は１行おきに半画素ｘ軸方向にずれたデルタ配列構造を用いている。
【００４１】
複屈折フィルム積層体により、ｉ＋１行、ｉ＋３行の画素が光学的にｙ軸方向へ１画素分シフトする。即ち、ｉ行目とｉ＋１行目が重なり、ｉ＋２行目とｉ＋３行目が重なって見える。画素構造がデルタ配列となっているため、１軸方向の画素ずらし操作により、それぞれｉ行、ｉ＋２行の画素間に下の行の画素を重ね、補間表示することが可能となる。
【００４２】
図５は、本実施例における画素と画像情報の割り当て方法を模式的に示した図である。
【００４３】
比較のために、まず、図１４に従来の画素と画像情報の割り当て方法を示した。図１４においては、横方向視差数を４、縦方向視差数を０に設定した場合を示している。
【００４４】
ＩＰ方式においては、図１４の例では、対応する１つのスリットを通して４つの画素を見ることができるようにし、４画素を１組とする。この４つの画素は、４つの方向から見たときの映像情報の各１ドットに相当している。
【００４５】
ｉ行ｊ列、ｉ＋２行ｊ列の画素については第１の視差画像（番号１とする）に基づく画像情報を割り当て、以下列方向に４つの画像情報を割り当てている（番号１〜４）。これらの番号１〜４の画素が１組となり、４つの視差に対応する。
【００４６】
また、ｉ＋１行ｊ＋１列、ｉ＋３行ｊ＋１列の画素についてはｉ行ｊ列から半画素ずれた視線方向からの画像に基づく情報（１’）を割り当てている。画素の表示位置は変化しないので、それぞれの画素に表示する画像情報は各々の画素に割り当てられた画像について、画素の位置に相当する箇所をサンプリングした値である。
【００４７】
一方、図５においては、ｉ＋１、ｉ＋３行の画素はそれぞれｉ、ｉ＋２行の位置にシフトするため、シフト後の画素位置において画像情報をサンプリングしなくてはならない。例えば、ｉ＋１行ｊ＋１列の位置において表示される画像情報２は、ｉ行ｊ列とｉ行ｊ＋２列の画素境界位置においてサンプリングされた画像情報である。
【００４８】
即ち、番号１〜８の８つの画素を１組として、８つの視差に対応する画像を表示する。従って、図５において、ｉ行ｊ列〜ｉ＋１行ｊ＋７列が１組を成し、ｉ＋１行ｊ＋９列〜ｉ行ｊ＋１６列が１組を成す。
【００４９】
ここで、ｊ＋８列に存在する画素４０１は、ｊ列からｊ＋７列の画素群を用いて視差番号を割り当てたｋ番目の視差画像群と、ｊ＋９列以降から始まるｋ＋１番目の視差画素群の境界中央部に位置している。そのため、例えば画素４０１に第ｋ視差画像群に属する視差情報を与えると、第ｋ＋１視差画像群に対応するスリットアレイ開口部から画素４０１を観測した場合に、誤った画像情報（偽像）が表示されてしまう。このため、画素４０１に相当する視差画像境界部の画素列は図５に示したように黒表示とすることができる。
【００５０】
図６は、本実施例における透過型液晶パネルの表示駆動タイミング例を示した図である。
【００５１】
行方向の順次走査に対しては、ｉ行とｉ＋１行、ｉ＋２行とｉ＋３行が表示面では同一行に表示されるため、同時刻に走査されることが望ましい。ここでは、図に示すように、２ライン同時駆動を行なうために、ｉ行とｉ＋１行、ｉ＋２行とｉ＋３行には同一の走査開始信号が印加される。さらに、画素列方向に点順次走査を行なう場合には、ｉ行とｉ＋２行、ｉ＋１行とｉ＋３行は半画素ずれているため、クロックＣＬＫとその反転クロックを１組として用いることでクロック周波数の増大を防ぐことが可能となる。
【００５２】
本実施形態の構成において、スリットアレイ１０２を出射する光線の様子を図７に示す。また、従来の構成における様子を図１５に示す。ここでは、簡単のため、画素構造以外の液晶パネルの構成部材、複屈折フィルム積層体等は図示省略している。本実施例においては縦方向視差を設けていないため、光学的画像選択手段は開口部をスリット状としたスリットアレイであり、図１６と同様、開口部６０１が視線方向番号を割り当てた１組の画素群の中央部に位置している。
【００５３】
図１５は、やはり４画素を１組とし、横方向のみに視差を与えた例である。即ち、観察者が横方向に移動すると、４方向からの像を見ることができるが、縦方向には視差はなく、観察者が縦方向に移動しても画像に変化がない。
【００５４】
この場合、各行から出射した光が、各々、スリット１０２を通して観察者に届くことになる。４画素が１組となるので、４つの方向から見た場合の画像が表示される。
【００５５】
これに対して、図７に示すように、本実施形態によると、やはり横方向に４画素を１組とするが、画像シフト手段により、２つの行が重なるので、８つの画素を１組とすることができる。即ち、８方向の視線方向に対応した画像（１〜８）が、画素とスリット開口部を結ぶ線分上に光線として出射している。図１５と比較すると、縦方向の出射密度が１／２に減少するものの、ｉ行、１＋２行における横方向の光線本数が倍増していることが分かる。
【００５６】
図１５（従来例）の場合と図７（本実施形態）との表示精細度を比較すると、従来例の横方向視差数は１行あたり４であるが、上下の画素が１／２画素ずれており、視差情報が入れ子になっているため、実効的な視差数、画面上下方向の空間周波数は実効的にほぼ等しい。しかしながら、これらデルタ配列の画素にＲＧＢ三原色のカラー情報を与えた場合、従来の構成では画素が完全分離配置しているため、色が分離して見え易い。これに対し、本実施形態においては、ＲＧＢ三原色画素が重なり合って表示されるため、色の分離が認識されにくい、という利点が生じる。
【００５７】
図８に、本実施形態における望ましいカラーフィルタ配列の例を示す。
【００５８】
図８においては、ｉ＋１行とｉ＋２行のように、隣接する画素の色配列を一致させている（７０１）。また、縦方向には、カラー配列がＲＧＢとしてある（７０２）。
【００５９】
このような配列とすることで、シフト後の横方向カラー配列はＲＧＢ、ＲＧＢと入れ子構造になる。同時に、同一の視線方向における画像情報を表示する、縦方向画素のカラー配列もＲＧＢ、ＲＧＢと順次配列される。従って、行方向、列方向どちらの方向においてもカラーバランスに優れており、色の分離やカラーシフトを認識しにくくすることが可能となる。
【００６０】
以上、上記の説明においては、液晶パネル１０１の偏光板透過軸をｘ、ｙ軸方向としたが、実際には液晶の視野角依存性のため、偏光板透過軸をｘｙ軸に対し４５°方位とする例が多く見られる。この場合、出射側偏光板１０６ｂと複屈折フィルム積層体１０３間に、λ／２層を新たに設け、λ／２層の位相軸を出射側偏光板１０６ｂの偏光透過軸とｘ軸を２分する方位に配置することで、λ／２の出射偏光軸をｘ軸方向とすることができ、以降は上記と同じ構成で同様の効果が得られる。λ／２層は複屈折フィルム１０９と同様、ポリカーボネート、アートンなどを材質とする複屈折フィルムを用いることができる。
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態について図９〜図１３を用いて説明する。
【００６１】
図９は、第１の実施形態における図２と同様、立体画像表示装置をｘ軸方向の側面からみた部分断面図である。本実施形態では、画像表示手段として自発光型の有機ＥＬパネル８０１を、光学的画像選択手段としてレンチキュラーレンズアレイ８０２を用いている。有機ＥＬパネル８０１と、光学的画像選択手段であるレンチキュラーレンズアレイ８０２の間に、複屈折フィルム積層体１０３が光学的画素位置シフト手段として設けられている。複屈折フィルム積層体１０３において、実施形態１に示した機能を有する複屈折フィルム層が８０３、８０６の２層構造になっていることを特徴としている。
【００６２】
複屈折フィルム８０３、８０６は、屈折率主軸の向きが異なっており、ｙ軸方向に偏光軸を持つ１段目の複屈折フィルム８０３によりｘ軸方向の光学シフト、２段目の複屈折フィルム８０６によりｙ軸方向への光学シフトが生じる。
【００６３】
複屈折フィルム８０３と８０６の間にはλ／２複屈折フィルム８０４、８０５が２層設けられており、波長分散を低減するために、偏光回転操作を２回行なうことで９０°の偏光回転操作を行なう。
【００６４】
有機ＥＬパネル８０１は、発光層となる画素１０４を有しており、画像情報に応じて所定の光強度、色を有する光８０７を発光する。発光光８０７は非偏光であるので、基板の光出射側にｘ軸方向に偏光透過軸を有する偏光板１０６ｂが設けられており、出射光１１３はｘ軸方向に偏光軸を有する偏光光となる。
【００６５】
出射光１１３は、光学的画素位置シフト手段である複屈折フィルム積層体１０３に入射する。
【００６６】
ｉ行、ｉ＋２行の画素を出射した偏光１１３ａ、１１３ｃは、第１の実施形態と同様に、偏光回転層１０８によって９０°の偏光回転操作を受け、偏光軸がｙ軸方向に変換される。次段の複屈折フィルム８０３、８０６は、ｙ軸方向に偏光軸を持つ１段目の複屈折フィルム８０３によりｘ軸方向の光学シフト、２段目の複屈折フィルム８０６によりｙ軸方向への光学シフトが生じる。
【００６７】
複屈折フィルム８０３と８０６間にあるλ／２複屈折フィルム８０４、８０５の２層を用いた偏光回転操作の合成により９０°の偏光回転操作を行なう。
【００６８】
位相軸の方位はｘｙ軸面内において、ｘ軸から６７．５°、２２．５°の方位に設置することで、ｘ軸方向の偏光軸は光入射時に０°から複屈折フィルム８０３出射時に１３５°、複屈折フィルム８０６出射時に−９０°となり、ｙ軸方向の偏光軸は光入射時に９０°から４５°を経て０°に変換され、偏光軸方位の交換が行なわれる。このように、λ／２複屈折フィルム層を多段構成として９０°偏光回転操作を行なうことで、λ／２条件から外れた波長成分の位相補償が行なわれるため、λ／２層１段構成、４５°配置による偏光軸９０°回転操作よりも広帯域とすることができる。
【００６９】
図１０は、本実施形態における複屈折フィルム積層体１０３の複屈折フィルム８０３、８０６の光学配置を示した図である。
【００７０】
複屈折フィルム８０３では、ｘ軸方向の光学シフトを行なうために、異常光線屈折率ｎｅ１の方位は、ｘｚ平面内にあり、ｚ軸に対して角度θ１を成している。一方、複屈折フィルム８０６においては、実施例１と同様ｙ軸方向の光学シフトを行なうため、異常光線屈折率ｎｅ２の方位は、ｙｚ平面内にあり、ｚ軸に対して角度θ２を成している。
【００７１】
図１１は、本実施形態における画素と視線情報の割り当て方法を模式的に示した図である。
【００７２】
ここでは、説明の簡単のため、横方向視差数を４、縦方向視差数を０とする例を示す。また、画素配列は格子状をなしており、いわゆる正方配列を用いる。
【００７３】
ｉ＋１行、ｉ＋３行における画素は、複屈折フィルム８０３、８０６による２段階の画素シフトを受け、ｉ行、ｉ＋２行の画素間に移動して見える。即ち、ｉ行ｊ列の画素において表示される視線方向の画像情報１と、ｉ行ｊ＋１列の画素において表示される画像情報３の間に、ｉ＋１行ｊ列の画素において表示される画像情報２が重なり挿入される。従って、ｉ＋１行ｊ列の画素に表示するべき画像情報２は、ｉ行ｊ列とｉ行ｊ＋１列との画素境界においてサンプリングされた画像情報を表示することになる。
【００７４】
図１２は、レンチキュラーレンズアレイ８０２を出射する光線の様子を示した図である。簡単のため、図７と同様、画素構造以外の有機ＥＬパネルの構成部材、複屈折フィルム積層体等は図示省略している。
【００７５】
ここでは縦方向視差を設けていないため、光学的画像選択手段はレンチキュラーレンズアレイであり、レンズ中心が視差番号を割り当てた画素群の中央部に位置している。
【００７６】
８方向の視線方向に対応した画像（１〜８）が、画素とレンズ中心を結ぶ線分上に光線として出射している。
【００７７】
これを、画素シフトを行なわない従来例と比べると、視線方向１枚当たりの縦解像度は１／２となっているが、視線本数は４本から８本に倍増していることが分かる。
【００７８】
例えば、有機ＥＬパネルの横方向画素数を１６００、縦方向画素数を１２００とすると、従来構成では、横方向視差数４、視線方向あたりの表示画素数は４００×１２００となり、アスペクト比４：３のパネルについて横対縦の解像度比は１：４であるのに対し、本実施例では、横方向視差数が８に増加し、視線方向あたりの表示画素数は４００×６００、横対縦解像度比は１：２と、横方向と縦方向の解像度バランスが向上していることが分かる。
【００７９】
なお、実施形態１において述べたように、画素群の境界に位置する画素４０１には黒表示を行い、偽像の発生を防止できる。
【００８０】
図１３は、カラー画素を用いた場合における望ましいカラー配列を示した図である。
【００８１】
格子状にカラー配列が形成される場合、横方向の画素幅と縦方向の画素長を１：３として、縦ストライプ型の構造を取る場合が多い。本実施形態においては、ｉ＋１行の画素がｉ行の画素間に配置されるため、例えばｉ行ｊ列、ｉ＋１行ｊ列、ｉ行ｊ＋１列、ｉ＋１行ｊ＋１列の順にＲＧＢ三原色が入れ子構造を取ることが望ましい。また、列方向においても、ｉ行、ｉ＋２行、ｉ＋４行の順にＲＧＢ三原色が入れ子構造となっていることが望ましい。従って、このような画素配列は、図１３に示すような、行方向、列方向に隣接する画素の色が異なる、いわゆる斜めストライプ構造を取っていることが望ましい。
【００８２】
なお、以上の説明においては、説明の簡単のために縦方向の視差数を０としたため、光学的画像選択手段としてスリットアレイとレンチキュラーレンズアレイを挙げたが、縦方向に視差数を設けた場合は、これらはそれぞれピンホールアレイとレンズアレイとすれば良い。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の実施の形態によれば、立体画像表示装置において重要な横方向視差数を増大させ、視線あたりの画像における縦方向と横方向の解像度バランスを向上させることで、高品位な立体画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に関わる構成を側面から見た断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に関わる構成を側面から見た断面図
【図３】本発明の第１の実施形態における複屈折フィルムの光学配置を示した図
【図４】本発明の第１の実施例において画素配列と画素の光学シフト方向をｚ軸方向から見た図
【図５】本発明の第１の実施例において画素と画像情報の割り当て方法を模式的に示した図
【図６】本発明の第１の実施例において透過型液晶パネルの表示駆動タイミング例を示した図
【図７】本発明の第１の実施例においてスリットアレイを出射する光線の様子を示した図
【図８】本発明の第１の実施形態における望ましいカラーフィルタ配列の例を示した図
【図９】本発明の第２の実施形態に関わる構成を側面から見た断面図
【図１０】本発明の第２の実施形態において複屈折フィルム積層体の複屈折フィルムの光学配置を示した図
【図１１】本発明の第２の実施形態において画素と視線情報の割り当て方法を模式的に示した図
【図１２】本発明の第２の実施形態においてレンチキュラーレンズアレイを出射する光線の様子を示した図
【図１３】本発明の第２の実施形態における望ましいカラーフィルタ配列の例を示した図
【図１４】従来の構成において、画素と画像情報の割り当て方法を示した図
【図１５】従来の構成において、スリットアレイを出射する光線の様子を示した図
【図１６】ＩＰ法の表示原理を説明する図
【符号の説明】
１０１・・・透過型液晶パネル
１０２・・・スリットアレイ
１０３・・・複屈折フィルム積層体
１０４、４０１・・・画素
１０５・・・光透過基板
１０６ａ、１０６ｂ・・・偏光板
１０８、８０４、８０５・・・λ／２波長フィルム（偏光回転層）
１０９、８０３、８０６・・・複屈折フィルム（光学シフト層）
１１０・・・ガラス基板
１１１・・・光源光
１１２、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ・・・偏光光
１１４ａ、１１４ｂ・・・入射光
１１５・・・出射光
６０１・・・開口部
７０１・・・隣接画素の組
７０２・・・カラー配列の組
８０１・・・有機ＥＬパネル
８０２・・・レンチキュラーレンズアレイ
８０７・・・発光光
１５００・・・立体画像表示装置
１５０１・・・表示オブジェクト
１５０２・・・観測者
１５０３、１５０５・・・表示すべきオブジェクト位置
１５０４・・・表示情報
１５０６ａ、１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄ・・・視線方向
１５０７ａ、１５０７ｂ、１５０７ｃ、１５０７ｄ・・・表示画面上におけるオブジェクト情報表示位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次元平面表示装置を用いて立体画像を表示する手法として、多数の視線方向からの画像を画像表示面に合成表示し、観測者の視点位置に応じて対応する画像を選択的に視認させる光学的画像選択手段を設けたインテグラルフォトグラフィ法（以下ＩＰ法）が提案されている。
【０００３】
図１６にＩＰ法の表示原理を示す。ここで、表示装置から観測者１５０２方向に向かってｚ軸、表示面内における横（左右）方向をｘ軸、縦（上下）方向をｙ軸にとることにする。即ち、図１６はｙ軸方向から見た上面図である。
【０００４】
立体画像表示装置１５００は、光学的画像選択手段として画素ピッチにほぼ等しい開口部をアレイ状に設けたスリットアレイ１０２を表示面の前面（観測者側）に配置した構造となっている。
【０００５】
画素１０４からスリットアレイ１０２の開口部を通過する光線を出射させ、仮想的に配置された表示オブジェクト１５０１の観測者に最も近い表面との交点を表示すべきオブジェクト位置１５０３として求め、表示オブジェクトの表面テクスチャを画素の表示情報１５０４として生成する。図１６においては、表示オブジェクトの交点と対応する表示情報を同じ記号で模式的に示した。
【０００６】
観測者１５０２は、スリットアレイ１０２越しに画素１０４を観察するため、視認できる画素１０４は一部に限定され、視点方向から見た画像のみが選択的に視認できる。
【０００７】
ＩＰ法による立体画像表示方式では、観測者が立体像を視認する視点範囲（視域）において、単位角あたりの視差数が多いほど、表示オブジェクトの視差情報を滑らかに表現できるため立体表示品位が向上する。一方、光学的画像選択手段のピッチ、例えばスリットピッチが細かいほど、ある視点において観測できる画像の解像度が高くなり、画像の表示品位が向上する。従って、スリットに割り当てることのできる画像枚数、即ち画素数が多く、スリットピッチが細かいことが望ましい。言い換えると、画像表示面における画素数が多く、且つ画素ピッチが細かいことが望ましい。
【０００８】
ところで、複屈折板を用いて、解像度の高い表示装置を提供するものがある。（特許文献１）ここでは、偏光を利用して表示装置からの光を複屈折板に通すことにより、右目用、左目用の光を選択的に出射させるものが立体用の画像表示装置の例として示されている。この他、光学ローパスフィルタとしての例が示される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１５２５７２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
立体画像表示装置における視差数は、画像表示面に対して縦（上下）方向よりも横（左右）方向の視差数の多さが重視される。その理由は、縦方向の視差情報は観測者の上下方向の運動視差に対応するために設けられるのに対し、横方向の視差情報は左右方向の運動視差に加えて、左右の眼に生じる両眼視差にも対応する必要があるためである。また、一般に観測者の運動範囲は上下方向よりも左右方向に広いという点も横方向の視差数の多さが重視される所以である。
【００１１】
しかるに、画像表示手段として用いられる画像表示パネルの精細度は、製造プロセスにより限界が生じる。また、通常の画像表示パネルにおいては、画像表示面縦方向と横方向において画素を等ピッチ、あるいはＲＧＢ三原色画素として縦横寸法比を３：１として形成されるため、画面縦方向と横方向の視差数を異なる値に設定すると、１画面あたりの画素数は縦方向と横方向において著しい差が生じてしまう。
【００１２】
例えば、横方向画素数１６００、縦方向画素数１２００、画面アスペクト比４：３の液晶パネルを画像表示手段に用いる場合において、横方向視差数を１６、縦方向視差数を４に設定すると１画面あたりの画素数は横方向画素数＝１６００／１６＝１００、縦方向画素数＝１２００／４＝３００となる。そのため、画面横方向に表示可能な空間周波数は、画面縦方向に対し１／４となってしまう。通常、２次元表示においては画面縦方向と横方向の表示空間周波数を一致させた画像フォーマット、あるいは横方向に空間周波数の高い画像フォーマットが採用されており、上記のように画面横方向と縦方向の空間周波数に著しい差が生じると、通常の２次元表示を立体表示に変換する場合などにおいてもサブサンプリングによる表示画像の劣化が生じ不都合である。
このように、従来の構成では画面縦方向の画素数に比べ、画面横方向の画素数が不足していた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明の実施の形態は、複数の画素を複数行配列した画像表示手段と、前記画像表示手段上に離間して設けられ、前記画像表示手段上の画素を複数組に分け、前記画素からの光を選択的に透過させる画素選択手段と、前記画像表示手段と前記画素選択手段との間に設けられ、複屈折性を有し、前記画素の一部を光学的にシフトさせて、前記画像表示手段上の２つの前記行を対として１つの行とする画素シフト手段とを有することを特徴とする立体画像表示装置を提供する。
【００１４】
前記画素選択手段は、ピンホールアレイまたはレンズアレイであってもよい。
【００１５】
前記画素選択手段は、スリットまたはレンチキュラーレンズアレイであっても良い。
【００１６】
前記画素の前記複数組の境界部に位置する画素を黒表示とすることができる。
【００１７】
前記画像表示手段上の前記画素は、三原色デルタ配列をなし、縦方向には三原色を順次循環させて配置し、隣接するが前記対を成さない前記行同士では同色を隣接させてもよい。
【００１８】
前記画像表示手段上の前記画素は、三原色正方配列をなし、縦方向には三原色を順次循環させて配置し、同色同士を斜めストライプ配列としても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に基づく立体画像表示装置について詳細に説明する。但し、本発明の構成は以下に述べる実施形態にとどまるものではなく、発明の実施形態および実施例において述べた構成の各部をさまざまに組み合わせた形態をとることが可能であることはいうまでもない。また、説明の簡略化のため、複数の図に渡って同一部材については同一の番号を付与した。
（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の概要を説明するための図である。なお、図においては、表示装置から観測者方向に向かってｚ軸、表示面内における横（左右）方向をｘ軸、縦（上下）方向をｙ軸にとることにする。
【００２１】
立体画像表示装置は、画像表示手段、例えば、液晶表示装置１０１と、光学的画像選択手段として画素ピッチにほぼ等しい開口部をアレイ状に設けたスリットアレイ１０２を表示面の前面（観測者側）に配置した構造を基本とするが、これらの間に光学的画素位置シフト手段１０９を設けている。
【００２２】
画素１０４からスリットアレイ１０２の開口部を通過する光線を出射させ、表示オブジェクトの表面テクスチャを画素の表示情報として生成する。
【００２３】
図２は、光学的画素位置シフト手段の概要を示す図である。光源（図示省略）側を紙面左、観測者（図示省略）側を紙面右として、立体画像表示装置をｘ軸方向の側面からみた断面図である。本実施形態では、画像表示手段である透過型液晶パネル１０１と、光学的画像選択手段であるスリットアレイ１０２の間に、複屈折フィルム積層体１０３が光学的画素位置シフト手段として設けられた構造となっている。
【００２４】
透過型液晶パネル１０１の構造は、光透過基板１０５間に液晶層が挟持された画素１０４が形成され、基板の前後に偏光板１０６ａ、１０６ｂが設けられている。画素１０４では、画像情報に応じて電荷が画素毎に書き込み、保持されており、液晶の配向状態が電荷により制御されている。
【００２５】
複屈折フィルム積層体１０３は、偏光回転層１０８および複屈折フィルム１０９から成る。
【００２６】
複屈折フィルム１０９は、所定の方向に屈折率主軸を有する１軸性複屈折フィルムである。ポリカーボネートやＪＳＲ（株）製のアートン、高分子液晶ポリマー層を延伸配向処理することで、所望の光学特性を得ることができる。複屈折フィルム１０９の光学特性については後述するが、複屈折フィルム１０９の有する複屈折性により、入射光の偏光方向によって光の進行方向に差が生じる
複屈折フィルム１０９の液晶パネル１０１側には、偏光回転層１０８が設けられている。この偏光回転層１０８は、液晶パネル１０１の画素行に対応して、１行おきに設けられている。例えば、偏光回転層１０８は、液晶パネル１０１の偶数行目に対応する部分に設けられ、奇数行目にはない。
【００２７】
偏光回転層１０８はいわゆるλ／２波長フィルム層であり、可視光の１／２波長となる２００〜３００ｎｍのリタデーションを有する複屈折層が、ｘｙ軸を２分する４５°方向に位相軸を有する光学層である。
【００２８】
このような光学層は高分子ポリマー液晶など、複屈折性を有する光学ポリマーを光学的に等方的な透明基板上にずらし応力などによって配向処理することで複屈折性を持たせ、ＵＶ照射や熱的、パターニング処理によりストライプ状に複屈折層を残すよう加工することで形成することができる。
【００２９】
非偏光状態にある光源光１１１は入射側偏光板の偏光透過軸であるｙ軸方向成分のみが透過し、画素１０４に入射する。偏光光は画素１０４を透過する際に、液晶層の配向状態に従って偏光状態が変化し、出射側に設けられた偏光板１０６ｂの偏光透過軸であるｘ軸方向の偏光成分１１３のみが出射する。液晶層の配向変化は出射偏光成分１１３の透過強度を制御していることに他ならない。
【００３０】
偏光板１０６ｂを出射した偏光１１３のうち、画素ｉ＋１行とｉ＋３行を出射した偏光成分１１３ｂは、複屈折フィルム積層体１０３の光入射面に画素１行おきに設けられた偏光回転層１０８を透過し、偏光軸がｘ軸からｙ軸方向に９０°回転する。
【００３１】
画素ｉ行、ｉ＋２行を出射した光の偏光軸はｘ軸方向であり、複屈折フィルム１０９の常光線屈折率方位に一致しているため、入射光１１４ａは常光線として直進する。一方、偏光回転層１０８により９０°の回転操作を受けた画素ｉ＋１行、ｉ＋３行の出射成分はｙ軸方向に偏光軸を有している。このため、複屈折フィルム１０９内で、異常光線として光の進行方位がｙ軸方向にシフトする。即ち、複屈折フィルム１０９は、この入射偏光成分に対し光路を位置的にシフトさせて出射する光学シフト層の機能を有する。
【００３２】
２つの偏光成分は複屈折フィルム１０９を出射後、再びｚ軸方向に直進する。このため画素のｉ行とｉ＋１行、ｉ＋２行とｉ＋３行の出射光が各々合成され、スリットアレイ１０２に設けられた開口部を出射する。
【００３３】
この例では、スリットアレイ１０２と複屈折フィルム積層体１０３を支持するため、光学的に等方であるガラス基板（又はＰＭＭＡ、アートンなどのプラスチック基板）１１０が設けられている。
【００３４】
図３は、複屈折フィルム１０９の光学配置を示した図である。
【００３５】
複屈折フィルム１０９は１軸性の複屈折性を有しており、屈折率楕円体と屈折率の主軸を、常光線屈折率をｎｏ、異常光線屈折率をｎｅとして図中に示した。異常光線屈折率ｎｅの方位は、ｙｚ平面内にあり、ｚ軸に対して角度θを成している。ここで、フィルム厚をｄとする。
【００３６】
複屈折フィルム１０９に対して垂直に入射した光のうち、ｘ軸方向の偏光成分は屈折率ｎｅとなるため、常光線として電気変位ベクトルＤと電場ベクトルＥ（図示省略）方位は一致し、直進する。一方、ｙ軸方向の偏光成分は電気変位ベクトルＤは直進するのに対し、電場ベクトルＥの方向は、電気変位ベクトルＤを法線とする波面平面と屈折率楕円体との接点と楕円体中心を結ぶ方位、ｙｚ平面内にありｚ軸に対して角度αを成す方向に進行する。
θとαの関係は、
【００３７】
【数１】
【００３８】
【数２】
【００３９】
図４は、画素１０４の配列と画素の光学シフト方向をｚ軸方向、即ち、観察者から見た図である。
【００４０】
本実施形態においては、画素は１行おきに半画素ｘ軸方向にずれたデルタ配列構造を用いている。
【００４１】
複屈折フィルム積層体により、ｉ＋１行、ｉ＋３行の画素が光学的にｙ軸方向へ１画素分シフトする。即ち、ｉ行目とｉ＋１行目が重なり、ｉ＋２行目とｉ＋３行目が重なって見える。画素構造がデルタ配列となっているため、１軸方向の画素ずらし操作により、それぞれｉ行、ｉ＋２行の画素間に下の行の画素を重ね、補間表示することが可能となる。
【００４２】
図５は、本実施例における画素と画像情報の割り当て方法を模式的に示した図である。
【００４３】
比較のために、まず、図１４に従来の画素と画像情報の割り当て方法を示した。図１４においては、横方向視差数を４、縦方向視差数を０に設定した場合を示している。
【００４４】
ＩＰ方式においては、図１４の例では、対応する１つのスリットを通して４つの画素を見ることができるようにし、４画素を１組とする。この４つの画素は、４つの方向から見たときの映像情報の各１ドットに相当している。
【００４５】
ｉ行ｊ列、ｉ＋２行ｊ列の画素については第１の視差画像（番号１とする）に基づく画像情報を割り当て、以下列方向に４つの画像情報を割り当てている（番号１〜４）。これらの番号１〜４の画素が１組となり、４つの視差に対応する。
【００４６】
また、ｉ＋１行ｊ＋１列、ｉ＋３行ｊ＋１列の画素についてはｉ行ｊ列から半画素ずれた視線方向からの画像に基づく情報（１’）を割り当てている。画素の表示位置は変化しないので、それぞれの画素に表示する画像情報は各々の画素に割り当てられた画像について、画素の位置に相当する箇所をサンプリングした値である。
【００４７】
一方、図５においては、ｉ＋１、ｉ＋３行の画素はそれぞれｉ、ｉ＋２行の位置にシフトするため、シフト後の画素位置において画像情報をサンプリングしなくてはならない。例えば、ｉ＋１行ｊ＋１列の位置において表示される画像情報２は、ｉ行ｊ列とｉ行ｊ＋２列の画素境界位置においてサンプリングされた画像情報である。
【００４８】
即ち、番号１〜８の８つの画素を１組として、８つの視差に対応する画像を表示する。従って、図５において、ｉ行ｊ列〜ｉ＋１行ｊ＋７列が１組を成し、ｉ＋１行ｊ＋９列〜ｉ行ｊ＋１６列が１組を成す。
【００４９】
ここで、ｊ＋８列に存在する画素４０１は、ｊ列からｊ＋７列の画素群を用いて視差番号を割り当てたｋ番目の視差画像群と、ｊ＋９列以降から始まるｋ＋１番目の視差画素群の境界中央部に位置している。そのため、例えば画素４０１に第ｋ視差画像群に属する視差情報を与えると、第ｋ＋１視差画像群に対応するスリットアレイ開口部から画素４０１を観測した場合に、誤った画像情報（偽像）が表示されてしまう。このため、画素４０１に相当する視差画像境界部の画素列は図５に示したように黒表示とすることができる。
【００５０】
図６は、本実施例における透過型液晶パネルの表示駆動タイミング例を示した図である。
【００５１】
行方向の順次走査に対しては、ｉ行とｉ＋１行、ｉ＋２行とｉ＋３行が表示面では同一行に表示されるため、同時刻に走査されることが望ましい。ここでは、図に示すように、２ライン同時駆動を行なうために、ｉ行とｉ＋１行、ｉ＋２行とｉ＋３行には同一の走査開始信号が印加される。さらに、画素列方向に点順次走査を行なう場合には、ｉ行とｉ＋２行、ｉ＋１行とｉ＋３行は半画素ずれているため、クロックＣＬＫとその反転クロックを１組として用いることでクロック周波数の増大を防ぐことが可能となる。
【００５２】
本実施形態の構成において、スリットアレイ１０２を出射する光線の様子を図７に示す。また、従来の構成における様子を図１５に示す。ここでは、簡単のため、画素構造以外の液晶パネルの構成部材、複屈折フィルム積層体等は図示省略している。本実施例においては縦方向視差を設けていないため、光学的画像選択手段は開口部をスリット状としたスリットアレイであり、図１６と同様、開口部６０１が視線方向番号を割り当てた１組の画素群の中央部に位置している。
【００５３】
図１５は、やはり４画素を１組とし、横方向のみに視差を与えた例である。即ち、観察者が横方向に移動すると、４方向からの像を見ることができるが、縦方向には視差はなく、観察者が縦方向に移動しても画像に変化がない。
【００５４】
この場合、各行から出射した光が、各々、スリット１０２を通して観察者に届くことになる。４画素が１組となるので、４つの方向から見た場合の画像が表示される。
【００５５】
これに対して、図７に示すように、本実施形態によると、やはり横方向に４画素を１組とするが、画像シフト手段により、２つの行が重なるので、８つの画素を１組とすることができる。即ち、８方向の視線方向に対応した画像（１〜８）が、画素とスリット開口部を結ぶ線分上に光線として出射している。図１５と比較すると、縦方向の出射密度が１／２に減少するものの、ｉ行、１＋２行における横方向の光線本数が倍増していることが分かる。
【００５６】
図１５（従来例）の場合と図７（本実施形態）との表示精細度を比較すると、従来例の横方向視差数は１行あたり４であるが、上下の画素が１／２画素ずれており、視差情報が入れ子になっているため、実効的な視差数、画面上下方向の空間周波数は実効的にほぼ等しい。しかしながら、これらデルタ配列の画素にＲＧＢ三原色のカラー情報を与えた場合、従来の構成では画素が完全分離配置しているため、色が分離して見え易い。これに対し、本実施形態においては、ＲＧＢ三原色画素が重なり合って表示されるため、色の分離が認識されにくい、という利点が生じる。
【００５７】
図８に、本実施形態における望ましいカラーフィルタ配列の例を示す。
【００５８】
図８においては、ｉ＋１行とｉ＋２行のように、隣接する画素の色配列を一致させている（７０１）。また、縦方向には、カラー配列がＲＧＢとしてある（７０２）。
【００５９】
このような配列とすることで、シフト後の横方向カラー配列はＲＧＢ、ＲＧＢと入れ子構造になる。同時に、同一の視線方向における画像情報を表示する、縦方向画素のカラー配列もＲＧＢ、ＲＧＢと順次配列される。従って、行方向、列方向どちらの方向においてもカラーバランスに優れており、色の分離やカラーシフトを認識しにくくすることが可能となる。
【００６０】
以上、上記の説明においては、液晶パネル１０１の偏光板透過軸をｘ、ｙ軸方向としたが、実際には液晶の視野角依存性のため、偏光板透過軸をｘｙ軸に対し４５°方位とする例が多く見られる。この場合、出射側偏光板１０６ｂと複屈折フィルム積層体１０３間に、λ／２層を新たに設け、λ／２層の位相軸を出射側偏光板１０６ｂの偏光透過軸とｘ軸を２分する方位に配置することで、λ／２の出射偏光軸をｘ軸方向とすることができ、以降は上記と同じ構成で同様の効果が得られる。λ／２層は複屈折フィルム１０９と同様、ポリカーボネート、アートンなどを材質とする複屈折フィルムを用いることができる。
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態について図９〜図１３を用いて説明する。
【００６１】
図９は、第１の実施形態における図２と同様、立体画像表示装置をｘ軸方向の側面からみた部分断面図である。本実施形態では、画像表示手段として自発光型の有機ＥＬパネル８０１を、光学的画像選択手段としてレンチキュラーレンズアレイ８０２を用いている。有機ＥＬパネル８０１と、光学的画像選択手段であるレンチキュラーレンズアレイ８０２の間に、複屈折フィルム積層体１０３が光学的画素位置シフト手段として設けられている。複屈折フィルム積層体１０３において、実施形態１に示した機能を有する複屈折フィルム層が８０３、８０６の２層構造になっていることを特徴としている。
【００６２】
複屈折フィルム８０３、８０６は、屈折率主軸の向きが異なっており、ｙ軸方向に偏光軸を持つ１段目の複屈折フィルム８０３によりｘ軸方向の光学シフト、２段目の複屈折フィルム８０６によりｙ軸方向への光学シフトが生じる。
【００６３】
複屈折フィルム８０３と８０６の間にはλ／２複屈折フィルム８０４、８０５が２層設けられており、波長分散を低減するために、偏光回転操作を２回行なうことで９０°の偏光回転操作を行なう。
【００６４】
有機ＥＬパネル８０１は、発光層となる画素１０４を有しており、画像情報に応じて所定の光強度、色を有する光８０７を発光する。発光光８０７は非偏光であるので、基板の光出射側にｘ軸方向に偏光透過軸を有する偏光板１０６ｂが設けられており、出射光１１３はｘ軸方向に偏光軸を有する偏光光となる。
【００６５】
出射光１１３は、光学的画素位置シフト手段である複屈折フィルム積層体１０３に入射する。
【００６６】
ｉ行、ｉ＋２行の画素を出射した偏光１１３ａ、１１３ｃは、第１の実施形態と同様に、偏光回転層１０８によって９０°の偏光回転操作を受け、偏光軸がｙ軸方向に変換される。次段の複屈折フィルム８０３、８０６は、ｙ軸方向に偏光軸を持つ１段目の複屈折フィルム８０３によりｘ軸方向の光学シフト、２段目の複屈折フィルム８０６によりｙ軸方向への光学シフトが生じる。
【００６７】
複屈折フィルム８０３と８０６間にあるλ／２複屈折フィルム８０４、８０５の２層を用いた偏光回転操作の合成により９０°の偏光回転操作を行なう。
【００６８】
位相軸の方位はｘｙ軸面内において、ｘ軸から６７．５°、２２．５°の方位に設置することで、ｘ軸方向の偏光軸は光入射時に０°から複屈折フィルム８０３出射時に１３５°、複屈折フィルム８０６出射時に−９０°となり、ｙ軸方向の偏光軸は光入射時に９０°から４５°を経て０°に変換され、偏光軸方位の交換が行なわれる。このように、λ／２複屈折フィルム層を多段構成として９０°偏光回転操作を行なうことで、λ／２条件から外れた波長成分の位相補償が行なわれるため、λ／２層１段構成、４５°配置による偏光軸９０°回転操作よりも広帯域とすることができる。
【００６９】
図１０は、本実施形態における複屈折フィルム積層体１０３の複屈折フィルム８０３、８０６の光学配置を示した図である。
【００７０】
複屈折フィルム８０３では、ｘ軸方向の光学シフトを行なうために、異常光線屈折率ｎｅ１の方位は、ｘｚ平面内にあり、ｚ軸に対して角度θ１を成している。一方、複屈折フィルム８０６においては、実施例１と同様ｙ軸方向の光学シフトを行なうため、異常光線屈折率ｎｅ２の方位は、ｙｚ平面内にあり、ｚ軸に対して角度θ２を成している。
【００７１】
図１１は、本実施形態における画素と視線情報の割り当て方法を模式的に示した図である。
【００７２】
ここでは、説明の簡単のため、横方向視差数を４、縦方向視差数を０とする例を示す。また、画素配列は格子状をなしており、いわゆる正方配列を用いる。
【００７３】
ｉ＋１行、ｉ＋３行における画素は、複屈折フィルム８０３、８０６による２段階の画素シフトを受け、ｉ行、ｉ＋２行の画素間に移動して見える。即ち、ｉ行ｊ列の画素において表示される視線方向の画像情報１と、ｉ行ｊ＋１列の画素において表示される画像情報３の間に、ｉ＋１行ｊ列の画素において表示される画像情報２が重なり挿入される。従って、ｉ＋１行ｊ列の画素に表示するべき画像情報２は、ｉ行ｊ列とｉ行ｊ＋１列との画素境界においてサンプリングされた画像情報を表示することになる。
【００７４】
図１２は、レンチキュラーレンズアレイ８０２を出射する光線の様子を示した図である。簡単のため、図７と同様、画素構造以外の有機ＥＬパネルの構成部材、複屈折フィルム積層体等は図示省略している。
【００７５】
ここでは縦方向視差を設けていないため、光学的画像選択手段はレンチキュラーレンズアレイであり、レンズ中心が視差番号を割り当てた画素群の中央部に位置している。
【００７６】
８方向の視線方向に対応した画像（１〜８）が、画素とレンズ中心を結ぶ線分上に光線として出射している。
【００７７】
これを、画素シフトを行なわない従来例と比べると、視線方向１枚当たりの縦解像度は１／２となっているが、視線本数は４本から８本に倍増していることが分かる。
【００７８】
例えば、有機ＥＬパネルの横方向画素数を１６００、縦方向画素数を１２００とすると、従来構成では、横方向視差数４、視線方向あたりの表示画素数は４００×１２００となり、アスペクト比４：３のパネルについて横対縦の解像度比は１：４であるのに対し、本実施例では、横方向視差数が８に増加し、視線方向あたりの表示画素数は４００×６００、横対縦解像度比は１：２と、横方向と縦方向の解像度バランスが向上していることが分かる。
【００７９】
なお、実施形態１において述べたように、画素群の境界に位置する画素４０１には黒表示を行い、偽像の発生を防止できる。
【００８０】
図１３は、カラー画素を用いた場合における望ましいカラー配列を示した図である。
【００８１】
格子状にカラー配列が形成される場合、横方向の画素幅と縦方向の画素長を１：３として、縦ストライプ型の構造を取る場合が多い。本実施形態においては、ｉ＋１行の画素がｉ行の画素間に配置されるため、例えばｉ行ｊ列、ｉ＋１行ｊ列、ｉ行ｊ＋１列、ｉ＋１行ｊ＋１列の順にＲＧＢ三原色が入れ子構造を取ることが望ましい。また、列方向においても、ｉ行、ｉ＋２行、ｉ＋４行の順にＲＧＢ三原色が入れ子構造となっていることが望ましい。従って、このような画素配列は、図１３に示すような、行方向、列方向に隣接する画素の色が異なる、いわゆる斜めストライプ構造を取っていることが望ましい。
【００８２】
なお、以上の説明においては、説明の簡単のために縦方向の視差数を０としたため、光学的画像選択手段としてスリットアレイとレンチキュラーレンズアレイを挙げたが、縦方向に視差数を設けた場合は、これらはそれぞれピンホールアレイとレンズアレイとすれば良い。
【００８３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の実施の形態によれば、立体画像表示装置において重要な横方向視差数を増大させ、視線あたりの画像における縦方向と横方向の解像度バランスを向上させることで、高品位な立体画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に関わる構成を側面から見た断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に関わる構成を側面から見た断面図
【図３】本発明の第１の実施形態における複屈折フィルムの光学配置を示した図
【図４】本発明の第１の実施例において画素配列と画素の光学シフト方向をｚ軸方向から見た図
【図５】本発明の第１の実施例において画素と画像情報の割り当て方法を模式的に示した図
【図６】本発明の第１の実施例において透過型液晶パネルの表示駆動タイミング例を示した図
【図７】本発明の第１の実施例においてスリットアレイを出射する光線の様子を示した図
【図８】本発明の第１の実施形態における望ましいカラーフィルタ配列の例を示した図
【図９】本発明の第２の実施形態に関わる構成を側面から見た断面図
【図１０】本発明の第２の実施形態において複屈折フィルム積層体の複屈折フィルムの光学配置を示した図
【図１１】本発明の第２の実施形態において画素と視線情報の割り当て方法を模式的に示した図
【図１２】本発明の第２の実施形態においてレンチキュラーレンズアレイを出射する光線の様子を示した図
【図１３】本発明の第２の実施形態における望ましいカラーフィルタ配列の例を示した図
【図１４】従来の構成において、画素と画像情報の割り当て方法を示した図
【図１５】従来の構成において、スリットアレイを出射する光線の様子を示した図
【図１６】ＩＰ法の表示原理を説明する図
【符号の説明】
１０１・・・透過型液晶パネル
１０２・・・スリットアレイ
１０３・・・複屈折フィルム積層体
１０４、４０１・・・画素
１０５・・・光透過基板
１０６ａ、１０６ｂ・・・偏光板
１０８、８０４、８０５・・・λ／２波長フィルム（偏光回転層）
１０９、８０３、８０６・・・複屈折フィルム（光学シフト層）
１１０・・・ガラス基板
１１１・・・光源光
１１２、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ・・・偏光光
１１４ａ、１１４ｂ・・・入射光
１１５・・・出射光
６０１・・・開口部
７０１・・・隣接画素の組
７０２・・・カラー配列の組
８０１・・・有機ＥＬパネル
８０２・・・レンチキュラーレンズアレイ
８０７・・・発光光
１５００・・・立体画像表示装置
１５０１・・・表示オブジェクト
１５０２・・・観測者
１５０３、１５０５・・・表示すべきオブジェクト位置
１５０４・・・表示情報
１５０６ａ、１５０６ｂ、１５０６ｃ、１５０６ｄ・・・視線方向
１５０７ａ、１５０７ｂ、１５０７ｃ、１５０７ｄ・・・表示画面上におけるオブジェクト情報表示位置
Claims (5)
- 複数の画素を複数行配列した画像表示手段と、
前記画像表示手段上に離間して設けられ、前記画像表示手段上の画素を複数組に分け、前記画素からの光を選択的に透過させる画素選択手段と、
前記画像表示手段と前記画素選択手段との間に設けられ、複屈折性を有し、前記画素の一部を光学的にシフトさせて、前記画像表示手段上の２つの前記行を対として１つの行とする画素シフト手段と
を有することを特徴とする立体画像表示装置。 - 前記画素選択手段は、ピンホールアレイまたはレンズアレイであることを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
- 前記画素の前記複数組の境界部に位置する画素を黒表示とすることを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
- 前記画像表示手段上の前記画素は、三原色デルタ配列をなし、縦方向には三原色を順次循環させて配置し、隣接するが前記対を成さない前記行同士では同色が隣接することを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
- 前記画像表示手段上の前記画素は、三原色正方配列をなし、縦方向には縦方向には三原色を順次循環させて配置し、同色同士が斜めストライプ配列であることを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
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