JP3519268B2

JP3519268B2 - 立体表示装置

Info

Publication number: JP3519268B2
Application number: JP08309898A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　　剛; 治彦奥村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2004-04-12
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11281927A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭，医療分
野等において視差数の多い多眼式３次元表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】３次元表示装置としては左右眼に夫々の
視点からの画像( 以下、両眼視差画像と呼ぶ) を提示す
る二眼式が一般的である。二眼式では両眼視差から定ま
る輻輳角と表示像の焦点位置が異なるために生理的に不
自然さがあり、眼の疲労などが生じてしまう。従ってよ
り自然な立体視を実現するためには、より現実に近い立
体像を表示すれば良く、このために水平方向に100 程度
の視差数を実現する方法としてレーザ光を集束させた光
源を使う超多眼式が研究されており、リアルな立体画像
を実現している。しかし、集束化光源列をテレビとして
使用できるようにするためには画像装置のサイズをでき
るだけ小さくすることができず、また奥行き方向も半導
体レーザーの駆動回路などが存在するために大きくなっ
てしまうという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の３次元表示装置
は、半導体レーザーを光源として使用するために集束化
光源列をテレビとして使用した画像装置のサイズをでき
るだけ小さくすることができず、また奥行き方向も半導
体レーザーの駆動回路などが存在するために大きくなっ
てしまうという問題があった。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、よりリアルなカラー表示及び多視点画像( 視差数
少なくとも２枚以上) 表示を行うことで立体表示の可能
な画像表示装置のサイズ、特に奥行を小さいことを特徴
とする立体表示装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、第１の基板上にカソード電極を１次元或い
は２次元方向に配置した電界放出型のフィールドエミッ
ションカソード部と、このフィールドエミッションカソ
ード部上に形成されこのカソード部からの放出電子を制
御するゲート部と、前記第１の基板に対向する第２の基
板と、この第２の基板上に形成され前記フィールドエミ
ッションカソード部に対向するアノード電極および蛍光
体層と、前記蛍光体層で放出された光に指向性を持たせ
る光学素子とを具備することを特徴とする立体表示装置
を提供する事を特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に係る立体表示装置にあっ
ては、100[μｍ] 以下で形成されたフィールドエミッシ
ョン素子を1 画素内に多数配列したフィールドエミッシ
ョン光源( 以下、ＦＥＤと呼ぶ) を有し、前記ＦＥＤか
ら画像信号に応じて変調された光をマイクロレンズ等の
光学系によって平行光とし、更に回折格子もしくはホロ
グラフィック光学素子( 以下、ＨＯＥと呼ぶ) によって
指向性のある光とすることで多視点画像を生成すること
を基本的構成とする。

【０００７】本発明の第１の視点は、１画素内の微少領
域内にカソード電極及びゲート電極で構成された電界素
子を形成し、各電界素子が視差画像ドットとして機能を
満たすことで、１画素から少なくとも２つ以上の視差画
像、望ましくは１００枚以上の視差画像を表示すること
を特徴とした立体表示装置。

【０００８】本発明の第２の視点は、視差数を画像信号
の伝送能力もしくは表示装置での電気回路系またはカソ
ード電極線配線の時定数などによる書込み周期以上に必
要となる場合、少数の視差画像から前記視差画像と相関
のある補間視差画像を形成することを特徴とした立体表
示装置。

【０００９】本発明の第３の視点は、水平方向に対しあ
まり多く必要としない垂直方向の視差画像に対しても表
示が可能となるように、視差画像ドットを１画素内にマ
トリックス状に配列することによって、上下左右方向に
対して立体感を表示できることを特徴とした立体表示装
置。

【００１０】本発明の第４の視点は、単眼内に赤、緑、
青の３原色をほぼ同じに入射できるように、各色の画素
を最適に配列するもしくはＨＯＥによって制御すること
を特徴とする。例えば、水平方向ストライプを用いた場
合は垂直方向にある視域角で拡散性を持つＨＯＥを配置
することで上下方向に赤、緑、青の３原色が混色される
構成となる。また、垂直方向ストライプを用いた場合は
１画素内の視差画像ドットが垂直方向に多く配置される
が、指向性を持たせるＨＯＥによって垂直方向の視差画
像ドットを水平方向に指向性を持たせることによって水
平方向視差画像として表示することができる。

【００１１】本発明の第５の視点は、画像信号に応じ
て、もしくは観察者とパネルとの視距離に応じて、必要
な視差画像信号を求め、それ以外の視差画像については
補間して求めた視差画像信号に従って表示することによ
って、少ない画像データからよりリアルな表示を行うこ
とを特徴とした立体表示装置。また、実施例は、視差数
が多くなる場合においても信号として送られる視差画像
とは別に補間された視差画像を表示することによって擬
似的に視差画像数をおおくすることを目的とする。

【００１２】また、実施例は、1 画素内に水平方向のみ
ならず垂直方向に視差画像を表示できるように視差画像
表示ドットをマトリックス状に配列することによって、
上下方向での立体もより自然に行うことを目的とする。

【００１３】また、実施例は、単眼内に赤、緑、青の３
原色がほぼ同じに入射されるように画素配列を制御する
もしくはＨＯＥで制御することを目的とする。また、実
施例は、視差画像間で相関の低い視差画像、例えば両眼
視差画像、については画像信号として表示装置側に入力
し、前記視差画像間に表示するべき相関の高い画像につ
いては、前記視差画像の補間視差画像として表示装置側
で生成して表示を行うことを目的とする。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例を参照して説明する。（実施例１）本実施例を図１に沿って説明する。

【００１５】本発明の立体表示装置は、図１に示すよう
にＦＥＤ１０と、このＦＥＤ１０で照射される発光光を
平行光にするためのレンズ素子２４、例えばマイクロレ
ンズ，シリンドリカルレンズ、とこの平行光に指向性を
持たせるためのＨＯＥ２２、例えば回折格子，ホログラ
フィックとを中心に構成されている。

【００１６】さらに、本実施例の特徴であるＦＥＤ１０
を中心に詳細に説明する。まず、絶縁性のガラス等の材
料からなる背面板２１が配設されており、背面板２１の
内面上には多数の微少冷陰極すなわちエミッタ電極２８
が固定されている。エミッタ電極２８はＭｏ等の高融点
金属からなる導電性の基板から分離されて形成され、夫
々が視差画像ドットとして１画素内に多数配列される。
各エミッタ電極２８を包囲するように、基板２２上に形
成された絶縁膜を介してゲート電極２９が配設される。
ゲート電極２９はエミッタ電極２８から電子を引出する
ための機能を有する。他方、蛍光体層２５で発光した光
は透明電極層２４を透過後、基板としての機能をも有す
る上述したレンズ素子２３によって、夫々視差画像ドッ
トに対応して平行光となる。この場合、レンズ素子２３
は発光光が平行光となるように焦点距離が調整されてい
る。次に夫々の平行光に指向性を持たせるためにＨＯＥ
２２を通過させることになるが、隣接する視差画像ドッ
ト間では夫々の視差画像ドットの視差情報に対応してＨ
ＯＥの回折格子縞間隔が決められている。２６はカソー
ド電極を分離する絶縁膜である。

【００１７】ＨＯＥの作製方法はどのようなものであっ
てもよいが、例えば１［μｍ］以下の間隔で描画可能な
ＥＢ(Electron-beam) 装置を用いることができる。また
はホログラフィ作製技術によって１μｍ以下の精度でホ
ログラフィック光学素子を作製してもよい。

【００１８】次にこの実施例での立体表示装置で表示を
行う場合の視差画像数であるが、図３で説明する様に設
定することができる。図３で示した様に単眼４０の瞳孔
直径をｄとし、パネル４１の縦をｈ横をｗとする。観察
者が３ｈの位置でパネルを観察したとすると、瞳孔に入
射する視域θは、数１

【００１９】

【数１】となる。このθ内にｎ枚の視差画像を表示し、一画素で
γの視域を持たせるとすると、一画素内の視差画像ドッ
ト数ｍは、数２

【００２０】

【数２】となり、例えば対角１０インチのパネルを用いて、単眼
内の視差数ｎを２枚、視域γを４５°とすると、視差画
像ドット数ｍは１４０となる。数１，数２より視域を広
げるまたはパネルサイズを大きくするに従って視差画像
ドット数が多く必要になることが分かる。

【００２１】次に視差画像ドットのサイズについてであ
るが、パネルの仕様をＶＧＡ（６４０×３×４８０画素
数）とすると、画素のサイズは縦３００[ μｍ] ×横１
００μｍとなる。この領域内に１４０視差画像ドットを
形成する場合、視差画像ドットのサイズは１５μｍ角程
度で良い。この場合水平方向の視差画像を画素内に縦２
０個，横７個配列していることになる。

【００２２】縦方向の視差画像を設けることも同様にし
て行えるが、縦方向の視差画像数は横方向に比べ通常１
／２０程度で良い。このように表示装置または表示方式
に応じて縦と横の視差画像数を設定することができる。
上述した実施例によって以下の効果を奏する事ができ
る。

【００２３】即ち、視差数の多い立体表示を行うことが
できるため、単眼内に１枚より多い視差像（この場合２
枚が完全に単眼内に入らなくても１枚目と２枚目の一部
でもよい）入射することができるため、よりリアルな立
体視が可能となる。また、頭部を移動させた時に生じる
視差画像間での飛び現象(flipping)が生じないため、運
動視差も満足することができる。

【００２４】また、視差画像が多い場合に表示系への視
差画像を間引いて伝送し、表示処理系で間の視差画像を
補間することにより、画像データ量を削減することがで
きる。

【００２５】また、左右方向の立体感のみならず上下方
向の立体感を表示することができるため、頭部の傾きが
生じた場合においても立体感を損なわずに表示すること
ができる。この場合、上下方向の視差画像数は左右方向
の視差画像数に比べ少なくて済むため、データ量の大幅
な増加にはつながらない。

【００２６】また、多視差画像を有する赤、青、緑の３
原色が単眼内に合成されて入射されるため、自然なカラ
ー表示が可能となる。また、画像信号に応じて視差画像
数もしくは視差画像データを変換して表示を行うことに
よって、データ量を削減することができる。例えば画面
内一部に２次元画像を表示する場合においては２次元デ
ータについては視差画像データを共通とすることができ
る、また、平面画像の重ね合せを表示する場合などにお
いても視差画像数を削減することができる。

【００２７】さらに、光源に半導体レーザーを使用した
場合に比べて、ＦＥＤを使用しているために表示装置全
体の構成をコンパクトにすることができる。（実施例２）この実施例２を図２で説明する。この実施
例２が実施例１と異なる点は、ＦＥＤ１０の画素数を２
次元配列するのではなく、１次元配列してスキャンナー
３１、３２でＨＯＥ３３上に２次元画像を投影した点で
ある。その他の構成は実施例１と同様である。特に、ス
キャンナー３２は回転しており、ＨＯＥ３３上に画像
を走査する様になっている。図２では、３つの画像を表
示しているように表現しているが、実際はＶＧＡに対応
した複数の画像を表示している。

【００２８】この場合にも、実施例１と同様に光源にＦ
ＥＤを使用しているため表示装置全体の構成をコンパク
トにすることができると言う効果を奏する。その外の効
果についても実施例１と同様の効果を得ることができ
る。

【００２９】（実施例３）この実施例３が実施例１と異
なるのは、新たに補間手段を設けた点に有る。つまり、
実施例３は視差画像数が多い場合に視差画像間での相関
を取り、相関の多い視差画像間については画像数を間引
いて処理し、表示系に伝送する。表示系では前記間引か
れた視差画像に応じて間の視差画像を補間して補間視差
画像を形成するのである。

【００３０】表示原理を図４（ａ）、４（ｂ）、４
（ｃ）沿って説明する。この場合の補間手段であるが、
例えば対象物５０をカメラ５１のレンズの中心が視差方
向の直線上に並ぶように多視差画像５２を撮影し、各視
差画像を重ねるように撮影順に並べるＥＰＩ（Epipolar
-Plane Image）５４を用いる。この場合一枚の視差画像
は横をＸ軸、縦をＹ軸とし、撮影順に並べた視差画像方
向をＺ軸とする直行座標系であらわすと、図４（ｂ）図
示の様に対応点は直線上に並ぶ。これは視差画像間に差
が少ないため、線形性を有していることを示している。
このように直線の集まりで示される為、近景の陰に隠れ
てしまった遠景( 以下、この現象をオクルージョンと呼
ぶ) においても、近景，遠景に関わらず直線の式で表わ
せる。そのため、ある対応点についてのＺ座標を見た場
合においても図４( ｃ) 図示のように相関性が高い。そ
こで画像情報が大きく変わる境界点ｂ，ｃにおいては外
部からの画像情報を用い、相関性の高いａｂ間，ｂｃ
間，ｃｄ間については、ａとｂの画像情報に相関のある
画像情報、ｂとｃの画像情報に相関のある画像情報、ｃ
とｄの画像情報に相関のある画像情報を、夫々補間によ
って求め入力する。

【００３１】図５は具体的な装置構造を示したものであ
る。図５( ａ) 図示の様にＦＥＤパネル６０をゲート電
極駆動回路６１及びカソード電極駆動回路６２で駆動す
る様な全体構成になっている。この様なＦＥＤのパネル
構成を用いて、夫々のカソード電極線６４はカソード電
極駆動回路６２に接続し、ゲート電極線６３はゲート電
極駆動回路６１にそれぞれ接続する様になっている。隣
接カソード電極線６４間は例えば抵抗成分６５によって
電気的に接続されている。この場合、この抵抗成分６５
に電界効果トランジスタを用いることで夫々の抵抗成分
を可変とすることもできる。次にカソード電極駆動回路
６２内は、夫々のカソード電極線６４に対応するスイッ
チング素子６６を介して、データラッチ部６７と接続さ
れている。データラッチ部６７へは画像信号Ｓ１がシフ
トレジスタ部６８を介して視差画像信号Ｓ２が入力され
る。セレクト部６９は画像信号が入力されたカソード電
極線６３に対応するスイッチング素子６６を選択する。

【００３２】図５（ｂ）ではスイッチング素子ＳＷ１と
ＳＷ８が選択されており、その間のカソード電極線６３
へは抵抗成分によって分圧された電圧が印加された状態
を示している。

【００３３】また、以上の実施例では、図５では抵抗成
分によって分圧する方式を説明したが、容量成分によっ
て分圧することによって、電流の直流成分を軽減できる
ので、消費電力を削減できる。また、相関を取って間引
かれた画像信号がカソード電極駆動回路に入力されてい
てもよいし、カソード電極内に相関を取る処理部を具備
ることもできる。

【００３４】（実施例４）実施例４は、図６で示す様に
１画素７１内にマトリックス状に配列された視差画像ド
ット７２を有することによって、左右方向に１列に視差
画像ドット７２を形成することなく、マトリックス内の
上下方向にも左右方向に視差画像ドット７２を形成し、
ＨＯＥによって前記視差画像ドット７２を所望の領域へ
指向性を持たせることができる。図６では左右方向にの
み視差画像ドット７２を形成した場合を示しており、視
差画像ドット７２分の左右方向視差７３が形成されてい
る。これにより、１画素７１の大きさを長手方向に形成
することができるため、パネルサイズを所望の大きさに
設計することができる。その他の効果は実施例１と同様
の効果を得ることができる。

【００３５】（実施例５）実施例５は赤（Ｒ）、青
（Ｂ）、緑（Ｇ）の画素を有し、夫々に対応した視差画
像ドットが観察者の単眼内に同時にもしくは短期間ｔ(
頭部もしくは眼球運動によって瞳孔が移動する期間でな
おかつフリッカとして視認されない期間、すなわち２５
ms以下) に入射することができるようにする。頭部の運
動もしくは眼球運動による移動距離は瞳孔径よりも大き
いため、単眼内に入射する場合を考えればよい。

【００３６】図７に水平方向ストライプを用いた場合の
視差画像合成図を図８に垂直方向ストライプを用いた場
合の視差画像合成図をそれぞれ示しており、視差画像は
それぞれＨＯＥによって混色が行われるように指向性を
持たせている。実施例１から５について共通であるが、
パネルと視点間の距離を変えることによって視差画像サ
イズは変わるものとする。これによりパネル近傍で観察
した場合とパネルから離れた位置から観察した場合とで
は単眼内に入る視差数が異なってくるが、立体視という
点からもパネル近傍で観察した場合はより立体感が表現
でき、パネルから離れるに従って視差数は減るが両眼視
差が保証される領域内では立体視が満足される。同様に
カラー表示においてもパネルから離れたところで観察す
ることで混色は容易となるが、観察位置とパネル間距離
がパネル高の１倍以上の領域において単眼内で混色が行
われるものとする。以上で説明した実施例５の変形例と
して、垂直方向ストライプ、水平方向ストライプ以外
にデルタ配列等が考えられる。その構造上の特徴につい
て図９に沿って説明する。

【００３７】水平方向ストライプにおいては例えば図９
で示す様にカソード電極線１０５を水平方向に配置し、
ゲート電極線１０４を垂直方向に配置する構造とし、１
画素内に１００個のカソード電極（Ｐ１〜Ｐ１００）を
有する表示方式において、各カソード電極線に２０個の
視差画像ずつ配置するものとする。この場合、カソード
電極駆動回路内のラッチ回路（Ｌ１〜Ｌ５）へは相関の
高い画像がそれぞれ入力されることになる。よって、例
えば基本となる視差画像情報と近傍の視差画像ドット用
の差分信号を伝送する方式が容易にできる。例えば、ラ
ッチ回路Ｌ１についてはＰ１用視差画像情報とＰ２０用
視差画像情報を伝送し、その間の視差画像ドット（Ｐ２
〜Ｐ１９）の視差画像情報はＰ１用視差画像情報とＰ２
０用視差画像情報の中間調とすることもできる。また、
ＥＰＩ情報に基づき画像情報が大きく変わる視差画像ド
ットの情報を伝送し、その間は補間画像情報とすること
でデータ量を大幅に削減できる。

【００３８】次に垂直方向ストライプは図５（ｂ）で説
明した様にカソード電極線６４間に分圧のための抵抗成
分６５、もしくは容量成分を持たせることで視差画像ド
ット間の補間が行える。

【００３９】デルタ配列については視差画像単位での混
色となる為、色ずれが視認され難くできる。この実施例
４においても、実施例１と同様の効果を有する事は言う
までもない。

【００４０】（実施例６）実施例６を図１０に沿って説
明する。実施例６は相関のある画像信号については視差
画像データを間引いて表示を行う表示方式について、例
えば図１０（ａ）図示のように、表示領域１１０内に２
次元画像１１２と３次元画像１１１を同時に表示する場
合において、２次元画像については１画素内の視差画像
データを同じとし、３次元画像については異なる視差画
像データを伝送する。この場合２次元画像を表示する領
域については、１画素内の第１の視差画像ドットのデー
タを転送後は１画素内で同じデータを用いることができ
るため、データ転送を停止することができる。また、２
次元画像については見る方向に関わらず画像が同一とな
るため、情報の共有化が行える。また、図１０（ｂ）図
示のようにウィンドウ内に２枚以上の２次元画像を表示
し、夫々が３次元空間内で重なることなく並列に表示
し、且つ夫々の奥行間が異なる場合において、異なる視
差画像数を手前にあるものは奥にあるものより多くす
る、特にエッジ部において多くする、ことによって奥行
間は維持したまま２次元像を並列に表示することができ
る。但しこの場合エッジ部が複数に割れてみえない範囲
で行うものとする。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、よりリアルなカラー表
示及び多視点画像( 視差数少なくとも２枚以上) 表示を
行うことで立体表示が可能となり、且つ画像表示装置サ
イズ、特に奥行を小さいことを特徴とする立体表示装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る立体表示装置の構成概
略図

【図２】本発明の実施例２を説明する図

【図３】本発明の実施例１の多視差立体表示装置を説明
する図

【図４】本発明の実施例３に係る立体表示装置のＥＰＩ
方式を示す図

【図５】本発明の実施例３のＦＥＤ部にかかるアレイ構
成図

【図６】本発明の実施例４の立体表示装置の１画素内の
各視差画像ドットが対応する表示領域を示す構成図

【図７】本発明の実施例５の立体表示装置の水平方向ス
トライプ方式を示す図

【図８】本発明の実施例５の垂直方向ストライプ方式を
示す図

【図９】本発明の実施例５ののアレイ構成を示す図

【図１０】本発明の実施例６にかかる表示方法を説明す
る図

【符号の説明】

１０ＦＥＤ２２ＨＯＥ２３レンズ素子２４レンズ素子２５蛍光体層２６導電性の基板２８エミッタ電極２９ゲート電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０９Ｇ 3/22 Ｇ０９Ｇ 3/22 ＥＨ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/22 H04N 13/04 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板上にカソード電極を１次元或い
は２次元方向に配置した電解放出型のフィールドエミッ
ションカソード部と、このフィールドエミッションカソード部上に形成され、
このカソード部からの放出電子を制御するゲート部と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、この第２の基板上に形成され前記フィールドエミッショ
ンカソード部に対向するアノード電極および蛍光体層
と、前記蛍光体層で放出された光を平行光にする第１の光学
素子と、前記第１の光学素子を透過した光に指向性を持たせる第
２の光学素子と、を備える立体表示装置。
【請求項２】前記第１の光学素子はマイクロレンズであ
る、請求項１記載の立体表示装置。
【請求項３】前記第１の光学素子はシリンドリカルレン
ズである、請求項１記載の立体表示装置。