JP2005091448A

JP2005091448A - 立体画像表示装置

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Publication number: JP2005091448A
Application number: JP2003321279A
Authority: JP
Inventors: Hideki Morishima; 英樹森島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】多視点の立体表示を行う際、立体画像中、隣り合う視点に対する視差画像の変化が激しい部分でも多重像として観察者に認識されず、隣り合う視点の視差画像の変化が緩やかな部分では、観察者の移動に伴う立体画像の変化が滑らかに行われる多視点の立体画像表示装置を提供すること
【解決手段】画像表示素子の各画素に複数の視点に対応した視差画像を表示し、該画像表示素子の前面又は後面に該各画素からの表示光が所定の観察面の該複数の視点位置に対応して導かれ、対応しない視点位置には、到達しないようにマスク部材を用いる立体画像表示装置において、前記マスク部材のマスク開口巾をマスク開口部が対応する画素に表示される視差画像の視差に応じて予め定められた方法で変化することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像表示装置に関し、特に視点数が２以上のテレビ、ビデオ、コンピューターモニタ、ゲームマシン等において多視点の立体表示を行うのに好適な立体画像表示装置に関するものである。

従来、立体画像表示装置として古くからパララックスバリア方式が用いられてきた。多視点の立体画像表示装置としてもパララックスバリアは、そのまま３視点以上の場合にも応用されてきた。又、画素配列とマスク開口部を千鳥状にして、水平方向の解像度劣化を抑えようとした特許文献１や特許文献２等も提案されている。これらの立体画像表示の根本原理は、パララックスバリア方式と同じである。

先ず、従来のパララックスバリア方式多眼立体画像表示装置の説明を行う。

図１５は従来のパララックスバリア方式を使った４眼式の立体画像表示装置の構成を示す斜視図である。ディスプレイ１の前面にパララックスバリア２が配置される。ディスプレイ１には図１６に示すように第１〜第４視点の視差画像を表示する画素がそれぞれ縦方向のストライプ状に並んでいる。視点１〜視点４に対応する画素をそれぞれＤ１〜Ｄ４で表す。

図１７はディスプレイ１の画素配列とパララックスバリア２の開口部の位置により観察面３で各視点の画素からの表示光が分離される原理を説明するための平面図である。

図１７で示されるように、各視点の視差画像を表示する画素からの表示光の内、パララックスバリア２の開口部を通る光のみが観察面３に届くため、観察者（不図示）は、観察面３の水平方向にそれぞれの視差画像の表示光がそれぞれの視点１〜４に対応する領域Ｅ１〜Ｅ４に分離されて届くため、４眼式の立体画像認識ができる。

パララックスバリアは、ディスプレイとして透過型のディスプレイを用いればディスプレイの後面に配置することもできる。

図１８はパララックスバリアを前面においた説明図である図１７のパララックスバリアを後面に対置した場合に対応する平面図である。

パララックスバリア２の後面に照明用のバックライトパネル４を配置し、その前面にパララックスバリア２及び透過型のディスプレイ１を配置してある。画素配列は、図１７とは逆の順番になっているが、パララックスバリア２の開口部を通った照明光だけが透過型ディスプレイ１の各画素を照明して観察面３に届くため、図１７の場合同様に観察面に位置する観察者に４眼の立体画像を認識させる。

特登録０３１３５１０７号特登録０３０９６６１３号

次に、パララックスバリアの開口の巾による隣り合う視点の表示光の混ざり等の影響について説明する。簡単のため、以後、パララックスバリアがディスプレイの前面に配置される場合のみを説明するが、パララックスバリアを透過型ディスプレイの後面に配置する場合も同様の影響がある。

図１９は図１７と同様な平面図であり、ディスプレイ１の第１〜第４までの視点の視差画像を表示する画素の内、隣り合う４つの画素、画素Ｄ１ア，画素Ｄ２ア，画素Ｄ３ア，画素Ｄ４アに注目し、画素Ｄ２アからの光線は画素中心から発してパララックスバリア２の開口の中心を通る光線だけでなく、画素の両端からでた光線も図示してある。画素及び開口が巾を持つことにより、１つの画素から出た表示光は、パララックスバリア２の開口を通ることにより制限されても観察面３において対応する視点の領域だけでなく隣接する他の視点の領域にも漏れ込む。

図１９の画素Ｄ２アから出た視点２に対応する表示光は、有限の巾を持つ開口２アを通って制限されても、観察面３上の視点２に対応する領域Ｅ２だけでなく隣接する視点１，視点３に対応する領域Ｅ１及びＥ３にも漏れ込む。逆に観察面３上の視点２の領域Ｅ２にも隣接する視点１及び視点３の視差画像を表示する画素Ｄ１及び画素Ｄ２等からの表示光が漏れ込んでくる。開口巾が大きい場合、観察面において隣接する領域に漏れ込む範囲が大きくなり、又、漏れ込む光量も大きくなる。

開口巾が小さい場合、観察面において隣接する領域に漏れ込む範囲は小さくなり、又、漏れ込む光量も小さくなる。視点２に関して考えると観察面３上の視点２に対応した領域に観察者のどちらかの眼、例えば右眼があるとき、観察者の右眼は、ディスプレイ１上に表示された視点２に対応する視差画像を表示する画素からの表示光を主に受けるが隣接した視点１及び視点３に対応する視差画像を表示する画素からの表示光も受け、多重像を視認することになる。

次に、近隣の視点の視差画像の視差が小さい場合の混ざり込みによる効果について説明する。

表示される視差画像の視差が大きくない場合、つまり隣接する視点に対する視差画像との差が大きくない場合、隣接する視点に対応する視差画像が重畳されて眼に入って多重像を観察しても重ね合わされる視差画像の差が小さいために、観察者は、多重像とは認識しない。又、観察者が観察面３上を水平方向に移動する場合を考える。

図１９の観察面３上の視点２に対応する領域Ｅ２に位置する観察者の右眼が水平方向に右側に移動するに連れ、観察者の右眼は、徐々に視点３に対応する画素からの表示光を多く受けるようになり、観察者の右眼が視点３に対応する観察面３上の領域Ｅ３に移動すると視点３に対応する画素からの表示光を視点２に対応する画素からの表示光よりも多く受けることになる。観察者は、この移動の際、視点２に対応する視差画像と視点３に対応する視差画像を滑らかに切り替えて認識し、自然な運動視差を体験することができる。又、観察者が観察面から外れて前後方向に移動したり、観察面から前後方向に外れて更に水平方向に移動した場合も同様の効果がある。

次に、近隣の視点の視差画像の視差が大きい場合の混ざり込みによる弊害について説明する。

つまり、表示される視差画像の視差が大きい場合、即ち隣接する視点に対する視差画像との差が大きい場合、隣接する視点に対応する視差画像が重畳されて眼に入ると観察者は、明らかな多重像を認識し、立体画像観察に支障を来す。

従来の多眼立体画像表示装置では、パララックスバリア又はマスクの開口巾は固定であり、開口巾を小さく設定すると多重像は生じないが、観察者が隣接する視点領域に移動する際に画像が急に切り替わり、不自然に感じる等の問題がある。

又、開口巾を大きく設定すると、視差が大きい画像が表示された場合、多重像を生じ立体画像に支障を来す場合がある。

本発明は上記の問題を解決することを目的とし、具体的には以下のような立体画像表示装置を提供することを課題とする。

（１）多視点の立体表示を行う際、立体画像中、隣り合う視点に対する視差画像の変化が激しい部分でも多重像として観察者に認識されず、隣り合う視点の視差画像の変化が緩やかな部分では、観察者の移動に伴う立体画像の変化が滑らかに行われる多視点の立体画像表示装置を提供すること。

（２）上記（１）の作用を持ち、更に、画面上での輝度さが目立たない視点の立体画像表示装置を提供すること。

上記課題を解決するために、本発明に係る立体画像表示装置は、画像表示素子の各画素に複数の視点に対応した視差画像を表示し、該画像表示素子の前面又は後面に該各画素からの表示光が所定の観察面の該複数の視点位置に対応して導かれ、対応しない視点位置には、到達しないようにマスク部材を用いる立体画像表示装置において、前記マスク部材のマスク開口巾をマスク開口部が対応する画素に表示される視差画像の視差に応じて予め定められた方法で変化することを特徴とする。

本発明によれば、多視点の立体表示を行う際、立体画像中、隣り合う視点に対する視差画像の変化が激しい部分でも多重像と観察者に認識されず、隣り合う視点の視差画像の変化が緩やかな部分では、観察者の移動に伴う立体画像の変化が滑らかに行われ、又、画面上での輝度バランスが自然に見える多眼立体画像表示装置を実現できる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１の構成を説明する斜視図である。図１は単純パララックスバリア方式であって、特に画素がカラー分割していない場合について示す。

画像表示手段としてのディスプレイ１が設けられ、その前面にマスク部材である液晶空間変調パネル２が観察者に向かってこの順番で配置される。液晶空間変調パネル２には、パララックスバリアに相当する開口パターンが形成され、４眼式の立体画像表示装置を構成する。画像データは、視差検知開口制御回路１０により各画素領域の視差が検知され、その大きさによって開口巾を視差検知開口制御回路１０によって液晶空間変調パネル２に形成される開口の巾は、該画素領域に対応して制御される。

４視点に対応する観察面３上の各視点に対する観察領域Ｅ１〜Ｅ４は、例えばＥ１〜Ｅ４までこの順で右から左に並ぶとする。

図２はディスプレイ１の各画素に４視点の画像情報をどのように表示するかを示す図である。Ｄ１〜Ｄ４までの符番は、Ｅ１〜Ｅ４まで視点に対応した画像情報を各画素がそれぞれ表示することを示す。

図３は本実施の形態を或る水平断面で切断した平面図であり、本実施の形態の働きを説明する図である。

第１〜第４の視点に対応する画素Ｄ１ア〜Ｄ４アの表示光は、それぞれ液晶空間変調パネル２に形成されるパララックスバリアの開口２−アを通って観察者に向かう。又、第１〜第４の視点に対応する別の画素Ｄ１エ〜Ｄ４エの表示光は、それぞれ液晶空間変調パネル２に形成されるパララックスバリアの開口２−エを通って観察者に向かう。画素Ｄ１ア〜画素Ｄ４アに表示される視差画像の視差は、視差検知開口制御回路１０により検知され、視差の大きさによって視差検知開口制御回路１０が判断した開口巾データを液晶空間変調パネル２に送り、この開口巾データに合った開口２アを液晶空間変調パネル２が形成する。

具体的には、開口２アを通る表示光を出す画素Ｄ１ア〜Ｄ４アの隣り合う視点に対応する画素ペアに表示される画像信号を比較し、その差が大きいもペアがあれば開口２アの開口巾を狭くし、どのペアの差も小さければ開口２アの開口巾を大きくする。開口巾を決定する方法は、色々考えられ観察者の好みによりプログラムできたり、パラメータの調整を行えるようにしても良い。同様に画素Ｄ１エから画素Ｄ４エに表示される視差画像の視差は、視差検知開口制御回路１０により検知され、視差の大きさによって視差検知開口制御回路１０が判断した開口巾データを液晶空間変調パネル２に送り、この開口巾データに合った開口２Ｂを液晶空間変調パネル２が形成する。図３では、一連の画素Ｄ１ア〜Ｄ４アの視差画像の視差が小さく、従って、開口２アの巾を大きく形成し、一連の画素Ｄ１エ〜Ｄ４エの視差画像の視差が大きく、従って、開口２−エの巾を小さく形成した場合の図である。

画像データは、刻々と変化するので検知開口制御回路１０は、表示画面前面に渡り、各画素領域の視差を刻々と検知し、対応する開口の開口巾データを液晶空間変調パネル２に送り、液晶空間変調パネル２の対応する位置の開口巾を刻々と変化させる。観察者は、画面全体に渡り多重象を認識することなく、又、画面上の視差が小さい部分で自然な運動視差を視認することができる。

次に、画素がカラー分割している場合について説明する。

表示ディスプレイ１がカラーディスプレイで、カラー表示を例えばｒ，ｇ，ｂの３種類のサブ画素により行う場合は、開口巾制御の方法が若干異なる。図４はこのようなカラーディスプレイ１の各サブ画素に、４視点の画像情報をどのように表示するかを示す図である。図の各サブ画素には視点を表すＤ１〜Ｄ４の符号と各サブ画素の表示色を表すｒ，ｇ，ｂの符号を併せて記してある。

図５は本実施の形態において表示ディスプレイ１がカラーディスプレイで、カラー表示をｒ，ｇ，ｂの３種類のサブ画素により行う場合の４眼式の立体画像表示装置を或る水平断面で切断した平面図である。

図５中の一連のサブ画素Ｄ１ｒ，Ｄ２ｇア，Ｄ３ｇア，Ｄ４ｒアは、それぞれ視点１，２，３，４に対応した画像信号を表示するｒ（赤），ｇ（緑），ｂ（青），ｒ（赤）のサブ画素でそれぞれのサブ画素からの表示光は開口２−アを通って観察者に向かう。同様に一連のサブ画素Ｄ１ｇイ，Ｄ２ｂイ，Ｄ３ｒイ，Ｄ４ｇイは、それぞれ視点１，２，３，４に対応した画像信号を表示するｇ（緑），ｂ（青），ｒ（赤），ｇ（緑）のサブ画素でそれぞれのサブ画素からの表示光は開口２−イを通って観察者に向かう。

更に、一連のサブ画素Ｄ１ｂウ，Ｄ２ｒウ，Ｄ３ｇウ，Ｄ４ｒウ，一連のサブ画素Ｄ１ｂエ，Ｄ２ｒエ，Ｄ３ｇエ，Ｄ４ｂエに一連のサブ画素Ｄ１ｇオ，Ｄ２ｂオ，Ｄ３ｒオ，Ｄ４ｇオについても同様で符番Ｄ以下の１〜４までの数字は、視点をｒ，ｇ，ｂはサブ画素の表示色を最後のカタカナは、表示光が透過する開口を表す。

図５に示すように、開口２−アに対応する一連のサブ画素Ｄ１ｒア，Ｄ２ｇア，Ｄ３ｂア，Ｄ４ｒアには、同一の表示色で隣接する視点のペアは含まれないため、この一連の画素の中で視差を比較することはできない。

開口２−アの巾を決めるためには次のようなことを考えれば良い。

先ず、開口２−アを表示光が通るサブ画素と同じ表示色で視点が隣接するサブ画素のうち一連のサブ画素Ｄ１ｒア，Ｄ２ｇア，Ｄ３ｂア，Ｄ４ｒアに近いサブ画素を考える。

例えば、Ｄ２ｇアに対しては、Ｄ１ｇイとＤ３ｇウ，Ｄ３ｂアに対してはＤ２ｂイとＤ４ｂウをこれらのサブ画素に表示される画像信号を比較し、その差が大きいものがあれば開口２−アの巾を小さくし、その差が大きいものがなければ開口２−アを大きくする。

以上説明したように同一表示色で隣接する視点の画像を表示すサブ画素のうち、開口巾を決定する開口の近傍のサブ画素のペアの視差を比較して開口巾を決定すれば良い。

＜実施の形態２＞
本実施の形態で各画素領域又はサブ画素領域に対応する開口の巾を制御すると開口巾が大きい画素領域又はサブ画素領域は観察者に明るく視認され、開口巾の小さい画素領域又はサブ画素領域は暗く視認される。本実施の形態は、開口巾の大きさにより該開口に対応する画素領域又はサブ画素領域の表示輝度を調節することにより、観察者が画面全体の明るさを不自然と感じることを防ぐものである。本実施の形態は、本発明の実施の形態１と共通点が多く、ここでは実施の形態１と異なる部分のみを重点的に説明する。

図６は本実施の形態を説明する斜視図である。

画像データは、視差検知開口制御回路１０と輝度調節回路１１に送られ、視差検知開口制御回路１０が各画素領域及びサブ画素領域に対応する開口巾を決定し、開口巾データを液晶空間変調パネル２に送る。開口巾データは、同時に輝度調節回路１１にも送られ、輝度調節回路１１は、開口巾データに対応して各開口に対応するディスプレイ１上の画素領域又はサブ画素領域の輝度を調節する。開口巾が大きい場合、輝度は低く、開口巾が小さい場合は輝度を高く設定する。

画像データは刻々と変化するので、検知開口制御回路１０は、各画素領域の視差を刻々と検知し、対応する開口の開口巾データを液晶空間変調パネル２に送り、液晶空間変調パネル２の対応する位置の開口巾を刻々と変化させるとともに、開口巾データは、輝度調整回路１１に送られ、輝度調整回路１１は、画像データに対して開口巾データによる輝度調整を刻々と行い、ディスプレイ１に送る。

ディスプレイ１としてパックライト光源と透過型ＬＣＤ等の透過型ディスプレイを用いる場合は、バックライトパネルを液晶空間変調パネル２の各開口に対応するディスプレイ１の画素領域又はサブ画素領域に対応して独立に光量を可変とするように領域分割し、各領域毎に照明光量を変えることにより、表示画面全体の輝度バランスを取っても良い。

図７はディスプレイ１として透過型ＬＣＤを用い、領域分割されたバックライトパネル１２により照明を行う本実施の１形態を示す斜視図である。

バックライトパネル１２は、既に説明したように液晶空間変調パネル２の各開口に対応するディスプレイ１の画素領域又はサブ画素領域に対応して独立に光量を可変とするように領域分割されており、視差検知開口制御回路１０からの開口巾データを受けた輝度調整回路１１がバックライトパネルの各領域の照明輝度を調整する。この形態の場合輝度調節回路１１は、画像データ自体の輝度データを変更する必要ながないため、輝度調節回路１１には画像データを送る必要はない。

＜実施の形態３＞
図８は本発明の実施の形態３の構成を示す斜視図である。本実施の形態は、実施の形態１と視差画像を表示する画素の配列及び開口の配列である。本実施の形態も４視点に対する多眼立体画像表示装置である。

図９はディスプレイ１の各画素に、４視点の画像情報をどのように表示するかを示す図である。

Ｄ1 〜Ｄ４までの符番は、Ｅ１〜Ｅ４まで視点に対応した画像情報を各画素がそれぞれ表示することを示す。本実施の形態では、各視点に対応する視差画像をディスプレイ画素の水平行を１つ上下する毎に同一視差信号を表示する画素が水平方向に１画素ずつずれることが実施の形態１，２と異なっている。

画素をこのように配置するのは、４視点立体画像表示する際に水平方向の解像度が２次元画像を表示する場合に比べ１／４に劣化するのを目立たなくするためである。画素配列は画素の４水平行で配列が元に戻り、以後繰り返しとなる。画素がこのように水平行を１つ上下する毎に同一視差信号を表示する画素がずれるため、パララックスバリアを形成する開口もずらす必要がある。

図１０は本実施の形態に用いられる開口パターンを示す図である。

ディスプレイ１の各水平行に対応してマスクパターンの水平行が対応し、視差画像を表示する画素が水平方向にずれるに応じてマスクの開口位置が水平方向にずれる。マスクの開口配列もマスクパターンの４水平行で元に戻り、以後繰り返される。

図１１〜図１４は本実施の形態のディスプレイ１の画素水平列を含む平面で切断した断面図であり、図１１〜図１４の画素に表示する視差画像はそれぞれ１画素ずつずれており、それに従って液晶空間変調パネル２に形成される開口位置もずれている。

図１１〜図１４に示すように、ディスプレイ１に表示する視差画像を１画素ずつずらしても、開口位置を各々ずらすことによって観察面３上では、対応する視点の領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４に対応する視差画像を表示する画素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の表示光が分離されて届くことが分かる。

本実施の形態では、実施の形態１，２と同様に、１つの開口に対応する画素領域の視差画像の視差の大きさを視差検知開口制御回路１０により検知し、開口の水平巾を調整する。本実施の形態においても、実施の形態１の図４及び図５で説明したようなカラーディスプレイをディスプレイ１に用いる場合は、実施の形態１で説明した方法と同じ方法で開口の水平巾を調整することができる。

本実施の形態では、既に説明したように、各視点に対応する視差画像をディスプレイ画素の水平行を１つ上下する毎に同一視差信号を表示する画素が水平方向に１画素ずつずれ、又、開口位置もずれる。このため、開口の上下方向の巾が大きいとディスプレイ１の該開口に対応する画素領域の上下の画素水平行からの表示光が該開口を通って観察領域に到達する。

表示画素の水平行が１行ずれると１画素分視点がずれるため、上記のように漏れ込んでくる表示光は、１視点ずれた視差画像であり、開口の水平巾が大きかった場合と同様な現象として観察者に認識される。つまり、この画素領域で視差が大きい場合、多重像として認識される。これを防ぐために開口の水平巾だけでなく、垂直方向の巾を視差検知開口制御回路１０により、開口の垂直方向の巾を調整するようにしても良い。

本実施の形態においても、実施の形態２で説明したものと同様な輝度調整機能を用いることができる。

以上実施の形態１〜３まで説明した方法は、図１８で説明したようなマスクを透過型ディスプレイの背面に配置する構成でも同様に実施することができる。

本発明は、特に視点数が２以上のテレビ、ビデオ、コンピューターモニタ、ゲームマシン等において多視点の立体表示を行うのに好適な立体画像表示装置に対して適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る多眼立体画像表示装置の斜視図である。本発明の実施の形態１の表示画素配列を示す図である。本発明の実施の形態１を説明する断面図である。本発明の実施の形態１の別形態の表示画素配列を示す図である。本発明の実施の形態１の別形態を説明する断面図である。本発明の実施の形態２に係る多眼立体画像表示装置の斜視図である。本発明の実施の形態２の別形態を示す斜視図である。本発明の実施の形態３に係る多眼立体画像表示装置の斜視図である。本発明の実施の形態３での表示画素配列を示す図である。本発明の実施の形態３のマスクパターンを示す図である。本発明の実施の形態３に係る多眼立体画像表示装置の断面図（１）である。本発明の実施の形態３に係る多眼立体画像表示装置の断面図（２）である。本発明の実施の形態３に係る多眼立体画像表示装置の断面図（３）である。本発明の実施の形態３に係る多眼立体画像表示装置の断面図（４）である。従来の多眼立体画像表示装置の斜視図である。従来の多眼立体画像表示装置の画素配列を示す図である。従来の多眼立体画像表示装置の断面図である。従来の多眼立体画像表示装置の別形態を示す断面図である。従来の多眼立体画像表示装置の説明用断面図である。

符号の説明

１ディスプレイ
２液晶空間変調パネル
３観察面
１０視差検知開口制御回路
１１輝度調節回路
１２バックライトパネル

Claims

画像表示素子の各画素に複数の視点に対応した視差画像を表示し、前記画像表示素子の前面又は後面に各画素からの表示光が所定の観察面の複数の視点位置に対応して導かれ、対応しない視点位置には到達しないようにマスク部材を用いる立体画像表示装置において、
前記マスク部材のマスク開口巾をマスク開口部が対応する画素に表示される視差画像の視差に応じて予め定められた方法で変化することを特徴とする立体画像表示装置。
マスク開口巾を変化させる予め定められた方法は、マスク開口部が対応する画素に表示される視差画像の視差が大きい場合は開口巾を小さく、視差画像の視差が小さい場合は開口巾を大きくするように定められた方法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。
前記マスク部材は、電気的に開口部の巾を変えられる部材により構成されることを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。
マスク開口巾を決める方法は、開口の略同一部分を透過する表示光を出す画素又はサブ画素のうち隣接する視点に対する表示を行う画素又はサブ画素のペアの画像信号を比較し、その差の大きい場合は開口巾を小さくし、どのペアの画像信号の差も大きくない場合は開口巾を大きく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。
マスク開口巾を決める方法は、隣接する開口を透過する表示光を出す画素又はサブ画素のうち隣接する視点に対する表示を行う画素又はサブ画素のペアの画像信号を比較し、その差の大きい場合は開口巾を小さくし、どのペアの画像信号の差も大きくない場合は開口巾を大きく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。
視差画像の視差により決定された開口巾により開口に対応する画素及びサブ画素の表示輝度を調整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。