JP4197716B2 - 立体映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体映像表示装置に関する。

動画表示が可能な立体視画像表示装置、所謂、３次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。近年、特にフラットパネルタイプで、且つ、専用の眼鏡等を必要としない方式の要望が高くなっている。このタイプの立体動画表示装置のうち、ホログラフィの原理を利用する方式はフルカラー動画の実現が難しいが、直視型或いは投射型の液晶表示装置やプラズマ表示装置などのような画素位置が固定されている表示パネル（表示装置）の直前に表示パネルからの光線を制御して観察者に向ける光線制御素子を設置する方式はフルカラー動画の実現が比較的易しい。

光線制御素子は、一般的にはパララクスバリア或いは視差バリアとも称せられ、光線制御素子上の同一位置でも角度により異なる画像が見えるように光線を制御している。具体的には、左右視差（水平視差）のみを与える場合には、スリット或いはレンチキュラーシート（シリンドリカルレンズアレイ）が用いられ、上下視差（垂直視差）も含める場合には、ピンホールアレイ或いはレンズアレイが用いられる。視差バリアを用いる方式にも、さらに２眼式、多眼式、超多眼式（多眼式の超多眼条件）、インテグラルフォトグラフィー（以下、ＩＰとも云う）に分類される。これらの基本的な原理は、１００年程度前に発明され立体写真に用いられてきたものと実質上同一である。

このうちＩＰ方式は、視点位置の自由度が高く、楽に立体視できるという特徴がある。水平視差のみで垂直視差のない１次元ＩＰ方式では、非特許文献１に記載されているように、解像度の高い表示装置の実現も比較的容易である。これに対し、２眼方式や多眼方式では、立体視できる視点位置の範囲、すなわち視域が狭く、見にくいが、立体画像表示装置としての構成としては最も単純であり、表示画像も簡単に作成できる。

このようなスリットやレンチキュラーシートを用いた直視型裸眼立体表示装置においては、光線制御素子の開口部の周期構造と平面表示装置の画素の周期構造が干渉することによるモアレや色モアレが発生しやすい。その対策として、光線制御素子の開口部の延びる方向を斜めに傾ける方法、例えば斜めレンズが知られているが、立体画像表示時の縦線がギザギザに表示され、特に文字表示品位が低い。光線制御素子の開口部の延びる方向を傾けない、垂直レンズにおいては、文字表示品位は問題ないが、色モアレを解消するためには要素画像表示部のカラー配列をモザイク配列あるいは横ストライプ配列にする必要があり、モアレを解消するためには要素画像表示部とレンチキュラーシートの間に拡散フィルムを追加するなどの方法により隣接サブ画素からの光線を適度に融合させる必要がある（特許文献１）。しかし、拡散フィルムを追加すると、外光が散乱され、明コントラストが低下する。垂直レンズの場合において隣接サブ画素からの光線を適度に融合させる方法として、サブ画素配列をデルタ配列にする方法（特許文献２）、あるいは隣接画素が重なるように平行四辺形型のサブ画素開口部にする方法（特許文献３）、さらに縦方向のサブ画素開口率合計値を一定にする方法（特許文献４）が知られている。しかしモアレを解消するだけでなく、１次元ＩＰ方式のような、連続的な運動視差を実現するためには、従来の方法ではサブ画素からの光線の融合が不十分である。
特開２００５−８６４１４ 特登３０２７５０６ 特表平１０−５０５６８９ 特登３５２５９９５ ＳＩＤ０４ Ｄｉｇｅｓｔ １４３８ （２００４）

上述のように、光線制御素子を垂直に設置した従来の立体映像表示装置にあっては、表示妨害となるモアレが発生しやすく、連続的な運動視差が得られにくい。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、光線制御素子を垂直に設置した立体映像表示装置において、表示妨害となるモアレが発生せず、運動視差の連続性が高い立体映像表示装置を提供することにある。

本発明による立体映像表示装置は、色成分を持つサブ画素からなる画素が縦方向および横方向にマトリクス状に配列された要素画像表示部と、前記要素画像表示部に対向して設置された、縦方向に延びる直線状光学的開口部が横方向に配列された光線制御素子とを有し、横方向に隣接するサブ画素の開口部が、横方向の位置によらず常に、２サブ画素について重なり合い、開口率の縦成分の合計値が一定であることを特徴とする。

本発明によれば、光線制御素子を垂直に設置した立体映像表示装置において、表示妨害となるモアレが発生せず、運動視差の連続性が向上し、総合的な立体映像の画質が向上する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る立体映像表示装置を詳細に説明する。

図１は、本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列の例を示している。サブ画素３行４列分の領域を示しており、補助線として正方形の升目を描いているが、網掛け部が開口部（同一の網掛けは同一の色成分）、無地の部分が遮光部（ブラックマトリクス）を表している。縦配線（信号線配線）に相当する遮光部は、行ごとに（列方向に）ジグザグ形状をとっており、各行において、サブ画素の横周期にあたる幅（補助線として描かれている升目の１つ分）を完全に横断する形状である。このような開口部形状により、横方向に隣接するサブ画素の開口部が、横方向の位置によらず常に、２サブ画素分について重なり合う。さらに、図１の下部に示した、各サブ画素の開口率の縦成分（垂直開口率）９０の合計値が横方向位置によらず一定である。横方向に隣接するサブ画素の開口部が横方向の位置によらず常に２サブ画素分について重なり合い、かつ、各サブ画素の開口率の縦成分（垂直開口率）９０の合計値が横方向位置によらず一定である、という条件を満たすには、サブ画素形状のアスペクトが横：縦＝１：Ｎのとき、左右に隣接する２サブ画素開口部間の縦配線は、垂直方向となす角θが、θ＞ａｔａｎ（１／Ｎ）を満たす略直線である必要がある。図１においてはＮ＝３である。また、前記の条件を満たすには、サブ画素開口部の各頂点は、左右に隣接するサブ画素開口部のいずれかの頂点と同一垂直線上に乗り、かつ、左右方向第２隣接サブ画素開口部の最端部同士が垂直線上に乗る必要がある。また、カラー配列はモザイク配列である。このような構造により、隣接サブ画素の光線は適度に融合し、モアレや色モアレは発生せず、運動視差の連続性が高くなる。

図２は、本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列の別の例を示している。この例においては、各サブ画素の開口率の縦成分９０が、横方向位置に対して単調に増減する。運動視差の連続性を高めるには、図１よりもこの構成が適しているが、サブ画素開口部の形状の設計における制約はやや大きくなる。

図３は、本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列のまた別の例を示している。この例においては、カラー配列が横ストライプカラー配列である点のみが図２と異なる。横ストライプカラー配列であっても立体表示性能はモザイク配列と変わらないが、光線制御素子を取り外すなど無効化し、要素画像表示部のみを通常の平面映像表示装置として使用する場合、モザイク配列のほうが高い解像度で表示できる。

図４は、本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列のさらに別の例を示している。この例においては、縦配線（信号線配線）に相当する遮光部が行ごと（列方向）にジグザグ形状をとっていない点のみが図２と異なる。このような構造であっても立体表示性能は図２の例と変わらないが、縦配線が鋸歯状となり引き回し距離が長くなるため、配線抵抗による信号遅延を考慮したＴＦＴアレイ構造の設計に制約が出るため、ジグザグ形状をとっているほうが好ましい。

図５は、本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列のさらに別の例を示している。この例においては、縦配線（信号線配線）に相当する遮光部が列方向にジグザグ形状をとるが、１行内でジグザグ形状をとっている点のみが図１と異なる。このような「く」の字状のサブ画素開口部形状は、一般的な液晶表示装置（ＬＣＤ）のうちＩＰＳ（ＦＦＳ）型やＭＶＡ（ＰＶＡ）型に採用されているが、本発明によるサブ画素開口部形状は、横方向に隣接するサブ画素の開口部が横方向の位置によらず常に２サブ画素分について重なり合い、かつ、各サブ画素の開口率の縦成分（垂直開口率）９０の合計値が横方向位置によらず一定であるという特徴を持つ。このような「く」の字型構造は、図１乃至図４の構造の２行分を縦方向に１／２に縮小した形状とみなすことができるため、同様に本発明の目的を満たす。さらに一般化してＭ行分を縦方向に１／Ｍにした多重折れ曲がり構造であっても、同様に本発明の目的を満たす。このように一般化した場合は、サブ画素形状のアスペクトが横：縦＝１：Ｎのとき、左右に隣接する２サブ画素開口部間の縦配線は、垂直方向となす角θが、θ＞ａｔａｎ（Ｍ／Ｎ）を満たす略直線がＭ本ジグザグ上に連なったものである必要がある。図５の例ではモザイクカラー配列を示しているが、横ストライプ配列であってもよい。

図６は、本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列のさらに別の例を示している。この例においても図５と同様、縦配線（信号線配線）に相当する遮光部が列方向にジグザグ形状をとるが、１行内でジグザグ形状をとっている。各サブ画素の開口率の縦成分９０が、横方向位置に対して単調に増減する点は図３と同様である。「く」の字状のサブ画素開口部形状の中央部が分離されている形状であるが、画素電極（透明電極）は分離されず連続していてもよい。図５の例では横ストライプカラー配列を示しているが、モザイクカラー配列であってもよい。

図７は、比較例による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列の例を示している。この例においては、縦配線（信号線配線）に相当する遮光部は、行ごと（列方向）にジグザグ形状をとっているが、各行において、サブ画素の横周期にあたる幅（補助線として描かれている升目の１つ分）を完全に横断しておらず、横方向に隣接するサブ画素の開口部が、一部においてのみ２サブ画素について重なり合っているにすぎない。すなわち、サブ画素形状のアスペクトが横：縦＝１：Ｎのとき、左右に隣接する２サブ画素開口部間の縦配線は、垂直方向となす角θが、θ＞ａｔａｎ（１／Ｎ）を満たさない略直線になっている。各サブ画素の開口率の縦成分９０の合計値は横方向位置によらず一定であるが、サブ画素の開口部が重なり合わない部分がある。このような開口部形状では、モアレはほぼ解消するが、隣接サブ画素の光線の融合が不完全であり、特に視差数が小さい場合などにおいて、運動視差の連続性は不十分となる。

図８は、比較例による立体映像表示装置の要素画像表示部の一部分の拡大図であり、サブ画素の開口部形状３４およびカラー配列の例を示している。この例においては、縦配線（信号線配線）に相当する遮光部は、行ごと（列方向）にジグザグ形状をとっておらず直線状であり、横方向に隣接するサブ画素の開口部がまったく重なり合っていない。各サブ画素の開口率の縦成分９０は、サブ画素の合計値が横方向位置によらず一定になっていない。このままではモアレが発生するため、隣接サブ画素の光線を融合させるために拡散フィルムを追加する方法もあるが、その場合は外光も散乱されるため、明コントラストが低下し、表示画質が低下する。

次に、１次元ＩＰ方式や多眼方式による立体映像表示について図９〜図１３を用いて説明する。

図９は、立体映像表示装置の全体を概略的に示す斜視図である。立体映像表示装置は、色成分を持つサブ画素からなる画素が縦方向および横方向にマトリクス状に配列された要素画像表示部１０と、要素画像表示部１０に対向して設置された光線制御素子２０とを備えている。要素画像表示部１０は、図１〜図６に示したサブ画素開口部形状およびカラー配列を有する高精細液晶パネルモジュールである。要素画像表示部１０は、サブ画素開口部形状およびカラー配列が前述の条件を満たすものであれば、プラズマ表示パネル、有機ＥＬ表示パネル、電界放出型表示パネルなどであってもよく、種類は問わない。光線制御素子２０は、縦方向に延びる直線状光学的開口部が横方向に配列されている。光線制御素子２０は、一例としては、図１０に示すように、レンチキュラーシート３３４であってよい。また光線制御素子２０は、別の例としては、図１１に示すように、スリットアレイ３３３であってよい。光線制御素子２０の水平ピッチＰｓは、１次元ＩＰ方式の場合は要素画像表示部１０のサブ画素の行方向のピッチの整数倍に一致し、多眼方式の場合は要素画像表示部１０のサブ画素の行方向のピッチの整数倍よりわずかに（０．５％程度）短い。この立体映像表示装置では、観察者の想定位置４４において、水平視角４１と垂直視角４２の範囲で、光線制御素子２０の前面及び背面の近傍に立体映像を観察できる。

図１２は、図９に示した立体映像表示装置の表示部を基準にして垂直面内及び水平面内における光線再生範囲を概略的に示す展開図である。図１２（ａ）に要素画像表示部１０および光線制御素子２０の正面図、図１２（ｂ）に立体映像表示装置の要素画像配置を示す平面図、図１２（ｃ）に立体映像表示装置の側面図を示す。図１２において、光線制御素子２０と視距離面４３との間の視距離Ｌ、光線制御素子水平ピッチＰｓ、光線制御素子と画素面とのギャップｄが定められれば、要素画像水平ピッチＰｅが視距離面４３上の視点からアパーチャ（またはレンズ主点）中心を要素画像表示面（サブ画素面）上に投影した間隔により決定される。符号４６は、視点位置と各アパーチャ中心（レンズ主点）とを結ぶ線を示し、視域幅Ｗはサブ画素面上で要素画像同士が重なり合わないという条件から決定される。平行光線の組を持つ条件の１次元ＩＰ方式の場合は、要素画像の水平ピッチの平均値がサブ画素水平ピッチの整数倍よりわずかに大きく、かつ光線制御素子の水平ピッチがサブ画素水平ピッチの整数倍に等しい。多眼方式の場合は、要素画像の水平ピッチがサブ画素水平ピッチの整数倍に等しく、かつ光線制御素子の水平ピッチがサブ画素水平ピッチの整数倍よりわずかに小さい。

図１３は、本発明による立体映像表示装置の一部分の構成を概略的に示す斜視図である。液晶パネルなどの平面状の要素画像表示部の前面に、シリンドリカルレンズアレイ（レンチキュラーシート）２０１が配置されている場合を示している。図９に示されるように要素画像表示部には、縦横比が３：１のサブ画素３１が横方向及び縦方向に夫々直線状にマトリクス状に配置され、各サブ画素３１は、行方向および列方向に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）が交互に並ぶように配列されている。この色配列は、一般にモザイク配列と呼ばれる。サブ画素３１の開口部形状は、図１〜図６の形状であるとする。９列３行のサブ画素３１で立体映像表示時の１実効画素３２（黒枠で示されている）が構成される。このような表示部の構造では、立体表示時画素が２７サブ画素からなることから、１視差に３色成分が必要であるとすると、水平方向に９視差を与える立体画像・映像表示が可能となる。なお、実効画素とは立体表示時の解像度を決定する最小単位のサブ画素群をさし、要素画像とは１つのレンズに対応する視差成分画像の集合をさす。したがってシリンドリカルレンズを使用する構成の立体映像表示装置の場合は、１つの要素画像は、縦方向に並ぶ多数の実効画素を含む。

以上の構成により、光線制御素子を垂直に設置した立体映像表示装置において、表示妨害となるモアレが発生せず、運動視差の連続性が向上し、総合的な立体映像の画質が向上する。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列の例である。 本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列の別の例である。 本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列のまた別の例である。 本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列のさらに別の例である。 本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列のさらに別の例である。 本発明による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列のさらに別の例である。 比較例による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列の例である。 比較例による立体映像表示装置の要素画像表示部のサブ画素の開口部形状およびカラー配列の別の例である。 本発明による立体映像表示装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。 本発明による立体映像表示装置に光線制御素子として用いられるレンチキュラーシートを概略的に示す斜視図である。 本発明による立体映像表示装置に光線制御素子として用いられるスリットアレイを概略的に示す斜視図である。 本発明による立体映像表示装置の全体構成を概略的に示す展開図である。 本発明による立体映像表示装置の一部の構成を概略的に示す斜視図である。

符号の説明

１０ 要素画像表示部
２０ 光線制御素子
３１ サブ画素
３２ 立体映像表示時の実効画素
３４ サブ画素の開口部
４１ 水平視角
４２ 垂直視角
４３ 視距離面
４４ 観察者の想定位置
４６ 視点とアパーチャ中心を結ぶ線
９０ 垂直開口率
２０１ レンチキュラーシートの一部
３３３ スリットアレイ
３３４ レンチキュラーシート

Claims (5)

1. 色成分を持つサブ画素からなる画素が縦方向および横方向にマトリクス状に配列された要素画像表示部と、
   前記要素画像表示部に対向して設置された、縦方向に延びる直線状光学的開口部が横方向に配列された光線制御素子とを有し、
   横方向に隣接するサブ画素の開口部が、横方向の位置によらず常に、２サブ画素について重なり合い、開口率の縦成分の合計値が一定であることを特徴とする立体映像表示装置。
2. 前記サブ画素のカラー配列がモザイク配列であることを特徴とする請求項１記載の立体映像表示装置。
3. 前記サブ画素のカラー配列が横ストライプ配列であることを特徴とする請求項１記載の立体映像表示装置。
4. 前記各サブ画素の開口率の縦成分が、横方向位置に対し単調に増減することを特徴とする請求項１乃至３記載の立体画像表示装置。
5. 前記要素画像表示部の、縦方向の配線に対応する遮光部が、サブ画素列方向にジグザグ形状をとっていることを特徴とする請求項１乃至４記載の立体画像表示装置。

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