JP4345467B2 - ３次元映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、特殊なめがねを使用することなく立体映像表示が可能な、パララックス・バリア方式による立体映像表示装置に関するものであり、特にパララックス・バリア方式の３次元映像表示装置において観察されることが多いモアレを低減して、映像の表示品位を維持しようとするものである。

従来のめがねを使用しない立体映像表示装置としては、その一つとしてパララックス・バリア方式が提案されている。この方式は、図８の原理図に示したように、縦縞状のきわめて細いスリット開口８１ａ裏側の所定の距離Ｄだけ離れた位置に、観察者の左右両眼８２ａ、８２ｂが見るべき右画像８３ａおよび左画像８３ｂを、ステレオグラム表示面８０上に交互に縦縞状に配置することにより立体表示する。複数のスリット開口８１ａを有するプレートはパララックス・バリア８１と呼ばれる。図８はこのパララックス・バリア８１を通して、視点Ｃから左右画像８３ａ、８３ｂを立体視する原理を示しており、一般にパララックス・ステレオグラムと呼ばれるものである。なお、Ａはバリア・ストライプの遮光幅、Ｂは開口幅である。

しかし、パララックス・ステレオグラムが収める情報は、左右２眼分で平面画像の２倍に過ぎないし、視点の移動にも制約がある。このため、図９に示すようなパララックス・パノラマグラムと言われる連続的な３次元映像表示が可能な方式が提案されている。この方式は、パララックス・ステレオグラムにおいて、パララックス・バリア８１の開口８１ａの開口比を例えば１／6乃至１／１０ぐらいに縮小して、画像表示面８０に多方向から撮像した連続映像を配置する。こうすると、図示のように方向分解数が６〜１０の連続的３次元映像が得られるものである。

そして、このパララックス・ステレオグラム方式において、３次元映像表示装置と２次元映像表示装置との両立性をもたせるため、パララックス・バリア８１を透過型液晶素子などを使用することにより電子的に発生させ、バリアの形状や位置、濃度などを使用目的に応じて電子的に可変制御できるようにした３次元映像表示装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。

ところで、このような従来のパララックス・バリア方式による３次元映像表示装置であって、映像の前にバリアを配置するものにおいては、図５のようにパララックス・バリア５１の開口５２がバリアの上端から下端に達する長いスリットであるため、水平方向の解像度の低下があり、映像の表示品位が低下する問題があった。

そこで、水平方向の解像度の低下を抑え、より高画質な表示を可能にすることを目的とした、いわゆる斜めバリア方式と呼ばれているものも知られている。これは図６に示すように、パララックス・バリア６１に短い長方形の開口６２を階段状に形成するものである。
特許２８５７４２９号公報（第２頁−３頁，第２図、第３図、第９図）

以上のようにパララックス・バリア方式は様々な開発がされてはいるが、このパララックス・バリア方式の大きな課題の一つに干渉縞の発生が知られており、干渉縞の発生をどのように防ぐかが課題となっている。本願の発明者は、種々検討を行った結果、パララックス・バリア方式による３次元映像表示装置における干渉縞の発生原因の一つには、バリアの開口から各画素を仕切るブラックマトリクスが観察されることに起因していることがわかった。

通常パララックス・バリア方式による３次元映像表示装置の場合、その構造上の理由から３次元映像を認識できるエリアが限られている。このエリア内であれば、観察者はバリアの開口を介して各画素に表示された右眼用の映像を右目で、左眼用の映像を左眼で観察するのでモアレは発生し難い。

このエリアは３次元映像表示装置ごとに異なっており、また空間的なものであるため、観察者がすぐにそのエリアに気付くとは限らず、また常にそのエリアにいるとも限らない。したがって観察者の観察位置がこのエリアから少しでも外れると、バリアの開口を介して観察していた映像のバランスが崩れてしまう。通常画像表示セルを構成している複数の画素は、互いの画素同士を仕切るためにブラックマトリクスと呼ばれる遮光パターンが形成されており、観察していた映像のバランスが崩れることによって図７に示すようなブラックマトリクス７２が開口を介して観察者の目に観察されてしまう。そしてこの観察されるブラックマトリクス７２は３次元表示装置全体として均一に観察者に見えるのではなく、開口７１ａや７１ｃのようにブラックマトリクス７２の占める割合が多い場所や、反対に開口７１ｂのようにブラックマトリクス７２の占める割合が少ない或はブラックマトリクスが存在しない場所が混在してしまう。

そしてブラックマトリクス７２の占める割合が多い開口部と少ない開口部とで明暗の差が大きく発生し、そのために強いモアレが生じることになる。特に３次元映像を認識できるエリアはそれほど広くはなく、顔を左右に振っただけでもそのエリア外となることもあるので、強いモアレは観察者に意識され易く、表示品位の低下につながる。

そこで、本発明者は種々検討の結果、開口部からブラックマトリックスが観察された場合、開口部ごとのブラックマトリックスの占有面積があまり変わらなければ、モアレを低減できることに着目し、ブラックマトリックスの占有面積の差ができるだけ小さくなるようなモアレ対策を施した３次元映像表示装置として、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、前記の問題点を解決することを課題とし、パララックス・バリア方式による３次元映像表示装置において、モアレ対策を施したものを提供することを目的とするものである。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。

すなわち、本願の請求項１にかかる発明は、視差のある映像を交互に並べて表示する画像表示セルを備える映像表示器と、該画像表示セルの前面に所定距離を置いて配置された、略長方形状の複数の開口を有し開口以外の部分で光を遮断するパララックス・バリアを備え、該パララックス・バリアによって左右の目に画像表示セルの異なる映像を認識させることで立体的な映像を提供する３次元映像表示装置において、該パララックス・バリアの各開口の短辺中央部が開口内部に入り込んだ形状に形成されたことを特徴とする。

また請求項２の発明は、請求項１の3次元映像表示装置において、前記パララックス・バリアの開口の短辺は中央部が開口内部に入り込んだ三角形に形成されたものであることを特徴とする。

また請求項３の発明は、請求項１の3次元映像表示装置において、前記パララックス・バリアの各開口の短辺は中央部が開口内部に入り込んだ略半円形状に形成されたものであることを特徴とする。

また請求項４の発明は、請求項１の３次元映像表示装置において、前記パララックス・バリアの各開口の短辺は中央部が開口内部に入り込んだ矩形状に形成されたものであることを特徴とする。

また請求項５の発明は、請求項１〜４の３次元映像表示装置において、前記パララックス・バリアが液晶パララックス・バリアであることを特徴とする。

また請求項６の発明は、請求項1〜５の3次元映像表示装置において、前記パララックス・バリアの開口のピッチが不規則であることを特徴とする。

本発明の請求項1、また請求項2〜４の発明によれば、モアレを低減し、映像の表示品位の高い３次元映像表示装置を提供することができる。

また請求項５の発明によれば、２次元表示と３次元表示が電子的に選択でき、また開口の形状も
任意に形成できるる利点がある。

また請求項６の発明によれば、より映像の表示品位の高い３次元映像表示装置を提供できる。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための３次元映像表示装置を例示するものであって、本発明をこの３次元映像表示装置に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求範囲記載の技術的思想を共通するものに均しく適用し得るものである。
添付の図面において、図１は、本発明に係る３次元映像表示装置の実施例１の模式的断面図である。図１の実施例において、３次元映像表示装置は、偏光板２１、パララックス・バリアを電子的に発生させる透過型液晶素子などによるバリアセル１２、スペーサーガラス１１、偏光板２８と１、液晶画像表示セル１０及び偏光板８からなっている。

バリアセル１２は、上側ガラス基板２２、共通電極２３、スペーサー２４と液晶層２５、画素電極２６、下側ガラス板２７を順次重ねて構成されたもので、３次元表示の場合には上記両電極間に選択的に電圧を印加することにより液晶層２５の液晶分子の配向を変え、任意の形状のバリアを発生することができる。電圧印加制御はマイクロコンピュータ等の電子回路で得られる。２次元映像表示の場合には、電子回路はバリアの発生を停止し、その映像表示領域の全域にわたり無色透明にするよう制御される。

スペーサーガラス１１には、偏光板２８と１が重ねられ、その前後には空気の層が設けられている。このスペーサ―ガラス１１は液晶画像表示セル１０とバリアセル１２との距離を調整するために用いるものであり、３次元映像表示装置の大きさによっては用いないこともある。

液晶画像表示セル１０は、上側ガラス基板２、共通電極３、スペーサー４、液晶５、画素電極６を設けた下側ガラス基板７の順に配列構成され、バリアセル１２の後方にスペーサーガラス１１を介して所定距離を離して配置される。

液晶画像表示セル１０には、３次元映像表示の際にバリアセル１２の発生するバリアに対応して右目用の画像と左眼用の画像とが交互に表示される。偏光板８の背後にはバックライト９が照明器として備えられ、照明光が液晶画像表示セル１０を透過して映像光が観察者の左右の目に導かれ立体像を提供する。

図２は本発明におけるバリアの開口の１実施例の模式的説明図である。

バリアセル１２によるパララックス・バリア１３の各開口１４は、液晶画像表示セル１０における一つの画素と略同程度の大きさをしており、その形状も一つの画素に対応し巨視的にみたときには略長方形をなすものである。そして微視的にみると各開口１４の短辺中央部が開口内部に入り込んだ形状に形成されている。開口１４の短辺１４ｂ中央部は、長辺１４ａの端よりも開口１４内部に入り込んで開口の中央部で開口の長さを狭めている。

そして、本発明の３次元映像表示装置においては、具体的には例えば図２ｂに示すように、パララックス・バリア１３の各開口１４が基本的には略長方形をなすものであり、パララックス・バリア１３の各開口１４は、その短辺１４ｂの中央部が開口１４内部に入り込んだ三角形状に形成されたものである。このような形状の開口１４によると、観察者の観察位置が移動し、開口１４からブラックマトリックス１５が視認される状況になっても、各開口１４におけるブラックマトリクス１５の占める割合の差が減少するので、それだけ各開口１４を比較したときの明暗の差も少なくなり、モアレを低減することができる。

つまり、一番大きな明暗の差は、開口１４にブラックマトリクス１５が位置していないものと（このときが一番明）、開口１４の中心にブラックマトリクス１５が位置したもの（このときが一番暗）ものとによってきまってくる。そして開口１４のエッジによりブラックマトリクス１５が隠れる割合によって明暗の状態も変化していく。このとき各開口１４の形状を上記のようにすることで、短辺側の中心付近のブラックマトリクス１５の占める割合を減少させることができるので、結果的に明暗の差が小さくなる。したがってそれだけモアレを低減することが可能となる。

なお、図２ａのパララックス・バリアは、均一の開口が規則的に配列された斜めバリア方式のものである。このような斜めバリア方式は、水平方向における解像度の劣化を抑えるのに効果的である。また図２ａでは水平方向の４画素に一つの割合で開口１４を形成しており、所謂多眼式の３次元映像表示装置の場合を示している。

また、図３は開口１４の他の実施例２の模式的説明図である。

図２とは異なる点は２つ有り、１つはパララックス・バリア１３の各開口１４の短辺１４ｃの中央部が開口１４内部に入り込んだ略半円形状に形成されていることである。このような開口形状によっても、実施例１のものと同様にモアレを低減することが可能となる。

そしてもう１つは、１対の開口部と遮光部の配列ピッチに不規則な部分が存在しており、左右方向にも上下方向にも一定ではないことである。図３ｂに、点線で示された均一な長方形の開口が規則的に配列された従来の斜めバリア方式のものと比較して、実線により本実施形態の開口を重ねて示した。液晶画像表示セル１０における複数の画素がマトリクス状に等ピッチで形成されているため、従来開口１４も左右方向、上下方向とも一定のピッチで配列されていたが、本実施形態では開口をやや小さくして、その角を従来の開口の角に一致する位置に設けている。従来の開口に対する本発明の開口１４の相対位置は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示したように４通りで、これによって配列ピッチが一定でなくなっている。このため、異なる開口を通過した光が干渉し難くなり、干渉縞の発生が押さえられる。なお配列ピッチをずらす度合いは、開口を通過する光の波長に応じて定めるのが効果的である。また必ずしもパララックス・バリア全体にわたって開口１４のピッチを変える必要はないが、干渉縞の発生を抑える上でできるだけ広範囲にわたって開口１４のピッチを変えたほうが好ましい。

図４は開口１４のさらに他の実施例３の模式的説明図である。

本発明の３次元映像表示装置における前記パララックス・バリアの各開口１４の形状は、図４のように全体的には略長方形をなすものであり、その開口の短辺１４ｄは中央部が開口内部に入り込んだ矩形状に形成されたもので、開口１４がおおよそＨ字状に形成されたものである。このような形状によっても実施例１のようなモアレを低減することが可能となる。

図１０は開口１４のさらに他の実施例４の模式的説明図である。

実施例４は実施例１から３のような所謂斜めバリアと呼ばれるパララックス・バリア１３ではなく、ストライプ状に形成されたバリア１３´である。つまり開口１４がストライプ状に長く形成されている。このような開口１４であっても、液晶画像表示セル１０における１つの画素に略対応するピッチで短辺１４ｅの中心付近の開口面積を低減する形状となっているため他の実施例と同様モアレを低減することが可能となる。

パララックス・バリアの開口を以上のような各種の形状に構成することにより、観察者の観察位置の移動により開口部からブラックマトリックスか観察される状態になったとしても、各開口におけるブラックマトリックスの占める面積の差を小さくすることができるので、モアレを低減することができる。

以上は、画像表示セルが、透過型液晶画像表示セルの場合について説明したが、有機または無機EL画像表示セル、プラズマディスプレイ画像表示セルなど他の画像表示セルであっても差し支えなく、視差のある映像を交互に並べて表示する画像表示セルを備える映像表示器であれば、いずれであるかを問わない。なお有機または無機EL画像表示セル、プラズマディスプレイ画像表示セルなど自発光型の画像表示セルの場合においては、バックライト９などの照明器を備える必要が無いことは言うまでもない。

また、以上に説明した本発明の３次元映像表示装置においては、パララックス・バリアが液晶パララックス・バリアであっても、固定型の金属バリア等であってもかまわない。しかし、パララックス・バリアが液晶パララックス・バリアであると、２次元表示と３次元表示が電子的に選択できる利点があるので好ましい。

以上のような効果を有する本発明の３次元映像表示装置は、コンピュータ端末用や産業用、医学用、放送用などの幅広い分野での３次元映像表示装置として有用である。

本発明に係る３次元映像表示装置の模式的断面図である。 本発明に係る開口の１実施例の模式的説明図である。 本発明に係る開口の他の実施例の模式的説明図である。 本発明に係る開口のさらに他の実施例の模式的説明図である。 従来のパララックス・バリアの説明図である。 斜めバリア方式のパララックス・バリアの説明図である。 従来の開口におけるブラックマトリックスの視認状況の説明図である。 パララックス・ステレオグラムの原理を示す平面図である。 パララックス・パノラマグラムの原理を示す平面図である。 本発明に係る開口のさらに他の実施例の模式的説明図である。

符号の説明

１２ バリアセル
１３ パララックス・バリア
１４ 開口
１５ ブラックマトリクス

Claims (6)

1. 視差のある映像を交互に並べて表示する画像表示セルを備える映像表示器と、該画像表示セルの前面に所定距離を置いて配置された、略長方形状の複数の開口を有し開口以外の部分で光を遮断するパララックス・バリアを備え、該パララックス・バリアによって左右の目に画像表示セルの異なる映像を認識させることで立体的な映像を提供する３次元映像表示装置において、該パララックス・バリアの各開口の短辺中央部が開口内部に入り込んだ形状に形成されたことを特徴とする３次元映像表示装置。
2. 前記パララックス・バリアの開口の短辺は中央部が開口内部に入り込んだ三角形に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の３次元映像表示装置。
3. 前記パララックス・バリアの各開口の短辺は中央部が開口内部に入り込んだ略半円形状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の３次元映像表示装置。
4. 前記パララックス・バリアの各開口の短辺は中央部が開口内部に入り込んだ矩形状に形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の３次元映像表示装置。
5. 前記パララックス・バリアが液晶パララックス・バリアであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の３次元映像表示装置。
6. 前記パララックス・バリアの開口のピッチが不規則であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の３次元映像表示装置。

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