JP4393496B2

JP4393496B2 - 立体映像表示装置

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Publication number: JP4393496B2
Application number: JP2006260831A
Authority: JP
Inventors: 首達夫最; 島理恵子福
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: US20080074490A1; JP2008083195A

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。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（要素画像表示部）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が比較的容易に実現できる方式として知られている。

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。インテグラルフォトグラフィーは、インテグラルイメージング、インテグラルビデオグラフィなどとも呼ばれる場合がある。

ＩＰ方式でも多眼方式でも、通常は視距離が有限であるため、その視距離における透視投影画像が実際に見えるように表示画像を作成する。水平視差のみで垂直視差のないＩＰ方式（１次元ＩＰ方式）では、視差バリアの水平方向ピッチが要素画像表示部のサブ画素の水平方向ピッチの整数倍である場合は平行光線の組があるため（以下、平行光線１次元ＩＰとも云う）、垂直方向がある一定視距離の透視投影であり水平方向が平行投影である画像を画素列ごとに分割し表示面に表示される画像形式である視差合成画像に合成することにより、正しい投影の立体像が得られる。具体的な方法は、非特許文献１に開示されている。多眼方式では、単純な透視投影による画像を分割配置することにより、正しい投影の立体像が得られる。

なお、垂直方向と水平方向で投影方法あるいは投影中心距離を異ならせるような撮像装置は、特に平行投影の場合に被写体と同サイズのカメラあるいはレンズが必要となるため、実現が困難である。したがって、撮像により平行投影データを得るためには、透視投影の撮像データから変換する方法が現実的であり、ＥＰＩ（エピポーラ面）を用いた補間による方法である光線空間法などが知られている。

平行光線１次元ＩＰ方式は、非特許文献１に開示されているように、２眼方式や多眼方式に比べ、視域が広く運動視差が連続的であり、自然で見やすいというメリットがある。

２眼方式や多眼方式は最も単純な立体画像表示であるため画像フォーマットが単純で、各視点画像はすべて同一サイズであり、２眼方式なら２枚、９眼方式なら９枚の視差成分画像を画素列毎に分割して、要素画像表示部に表示される画像形式である視差合成画像に合成すればよい。平行光線１次元ＩＰ方式では、同一解像度相当の多眼方式に比較し、視差成分画像の枚数が多く、各視差成分画像のサイズ（使用する水平範囲）も視差方向により異なる。コンピュータグラフィクス（ＣＧ）の場合、画像処理速度はカメラ数にも依存する。また、実写の場合、実カメラ数が多いと撮像装置コストが高くなる。実カメラ数を減らし視点間補間カメラ数を増やす場合にも処理負荷が高くなる。
SID04 Digest 1438 (2004)

上述のように、従来の平行光線１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置にあっては、必要視点数が多いことによる処理速度低下に問題がある。

この発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、１次元ＩＰ方式において、画質を損なうことなく処理速度の低下を抑制できる立体映像表示装置および表示方法を提供することにある。

本発明の第１の態様による立体映像表示装置は、
表示面内に画素がマトリクス状に配列された要素画像表示部と、要素画像表示部に対向して設置され略垂直方向に直線状に延びる光学的開口部が略水平方向に周期的に並ぶ光線制御素子と、を備え、前記要素画像表示部の高さをＨ、画素の総列数を２ｍ、ｎを整数とした場合、光線制御素子の水平ピッチが画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−１）／ｍ倍より短く、かつｎ列毎の画素からの光線群が収束する光線制御素子面からの距離Ｌ’が、３Ｈ〜６Ｈの範囲にある標準視距離Ｌより長く、標準視距離Ｌに相当する透視投影であるｎ＋２視点以上の多視点画像が要素画像表示部の各要素画像に分割配置されることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様による立体映像表示装置は、表示面内に画素がマトリクス状に配列された要素画像表示部と、要素画像表示部に対向して設置され略垂直方向に直線状に延びる光学的開口部が略水平方向に周期的に並ぶ光線制御素子と、を備え、前記要素画像表示部の高さをＨ、画素の総列数を２ｍ、ｎを整数とした場合、光線制御素子の水平ピッチが画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−１）／ｍ倍より短く、かつｎ列毎の画素からの光線群が収束する光線制御素子面からの距離Ｌ’が、３Ｈ〜６Ｈの範囲にある標準視距離Ｌより長く、垂直方向が前記標準視距離Ｌに相当する透視投影であり、水平方向が前記距離Ｌ’に相当する透視投影であるｎ視点の多視点画像が要素画像表示部の各要素画像に分割配置されることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様による立体映像表示装置は、表示面内に画素が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略垂直方向に直線状に延びる光学的開口部が略水平方向に周期的に並ぶ光線制御素子と、を備え、前記要素画像表示部の高さをＨ、前記画素の総列数を２ｍ、ｎを整数とした場合、前記光線制御素子の水平ピッチが前記画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−１）／ｍ倍より短く、かつｎ列毎の前記画素からの光線群が収束する前記光線制御素子面からの距離Ｌ’が６Ｈより長いことを特徴とする。

本発明によれば、１次元ＩＰ方式において、画質を損なうことなく処理速度の低下を抑制することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態に係る立体映像表示装置を詳細に説明する。なお本明細書において「画素」とは、要素画像表示部の表示面の１フレームで独立に輝度を制御できる最小単位を示しており、通常の直視透過型液晶パネルでは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のサブ画素に相当する。

図１は、この発明の一実施形態による立体映像表示装置の水平断面および観察位置を表す概念図である。図１においては、視差数（ｎ）は１２である。立体映像表示装置は、表示面内に画素３３５がマトリクス状に配列された要素画像表示部３３１と、要素画像表示部３３１に対向して設置され略垂直方向に直線状に延びるシリンドリカルレンズが略水平方向に周期的に並ぶレンチキュラー板（光線制御素子）３３２とを備えている。

厳密な平行光線１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置では、画面両端におけるレンズの位置は３３２ａに示されており、レンズ水平ピッチは画素幅の１２倍である。ｎ列毎の画素からの光線群は平行光線であるため、収束する距離は無限遠である。これに対し、本実施形態の立体映像表示装置においては、レンズ３３２の水平ピッチはほぼ１２画素分であるがそれよりわずかに短く、画面両端において２画素分ずれた位置にレンズ端がある。すなわち、視差数をｎ、画素の総列数を２ｍとした場合、光線制御素子３３２の水平ピッチが画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−２）／ｍ倍である。ｎ列毎の画素からの光線群が収束する距離は、図中のＬ’である。要素画像表示部３３１の高さをＨとした場合、視距離Ｌが標準的なディスプレイと同様に３Ｈ〜６Ｈであるとすれば（例えば、ＣＣＩＲ勧告５００−２参照）、Ｌ’はＬより大きい。ｎ列毎の画素からの光線群がＬにおいて収束する場合は多眼方式であり、画面両端におけるレンズ位置（レンズ水平ピッチの上限）は３３２ｂとなる。すなわち、多眼方式では、本実施形態の立体映像表示装置より短いレンズピッチである。なお、視距離は光線制御素子面を基準とするが、厳密には光線制御素子のレンズ主平面３３６である。ただし視距離に比べると、光線制御素子面とレンズ主平面の位置の違いは無視できるほど小さく、同じとみなしてよい。

ここで、平行光線１次元ＩＰ方式の必要カメラ数について図２乃至図４を用いて説明する。図２乃至図４は、それぞれ本実施形態の立体映像表示装置、厳密な平行光線１次元ＩＰの立体映像表示装置（比較例）、多眼方式の立体映像表示装置（比較例）を、表示面、視域３８１および光線を示す平面図で表した図である。厳密平行光線１次元ＩＰ方式→本実施形態→多眼方式の順で画素ピッチに対するレンズピッチが短くなり、ｎ画素置きの画素列からの光線群が収束していく。斜線部３８１は視域であり、実線はｎ画素置きの画素列からの光線群すなわち１カメラに対応する光線群である。平行光線群に近い光線群の場合は、カメラとの対応がつくようにカメラ付近からカメラに収束するように描かれている。カメラ４２９のうち、黒い四角で表される「必要カメラ」は、対応する光線が一部でも視域に含まれるカメラである。白い四角で表される「削減カメラ」は、対応する光線が視域に含まれないカメラである。

一般に、平行光線１次元ＩＰ方式の必要カメラ数は、最端要素画像において対応レンズからはみだしている画素数が、視域の片側で増えるカメラ数となることから、その２倍（両側分）を視差数に加えた数となる。ただし、最端要素画像が視差数より１多い画素列数となっている要素画像で、画面から１画素以上はみ出している場合は、はみだした画素数−１が片側で増えるカメラ数である。なお、要素画像の配置は、画面中心を基準とし、左右対称である。画素幅を単位とした要素画像平均ピッチをＰｅとし、ＩＮＴ（ａ）をａを超えない整数（この場合ａ≧０に限定される）を表す関数とすると、必要カメラ数は
ＩＮＴ（ＩＮＴ（ｍ／Ｐｅ）×（Ｐｅ−ｎ）＋０．５）×２＋ｎ
となる。レンズ主平面と画素の間の空気換算距離をｇ（図１に示す）とすると、要素画像平均ピッチ（画素幅単位）は
Ｐｅ＝ｎ（Ｌ＋ｇ）／Ｌ
である。なお、レンズ方向が斜めに傾いたレンチキュラー板の場合、画素数は実効値（例えば傾き角ｔａｎ^−１（１／４）の１６視差であれば２ｍは実画素数の４／３倍）として計算できる。ただし視差数は整数に限定している。

上記式からわかるように、カメラ数は対称性により２個ずつ増減する。カメラ数が少なくとも２個減るためには、Ｐｅがわずかに変わることによりＩＮＴ（ｍ／Ｐｅ）×（Ｐｅ−ｎ）が１以上減少すればよい。ＩＮＴ（ｍ／Ｐｅ）は、レンズ数の半数であり、これはＰｅが０．１％〜０．３％程度変化しても変わらないとみなせることから、結局Ｐｅのわずかな変化によりＩＮＴ（ｍ／Ｐｅ）×Ｐｅが１以上減少すればよいことになる。しかし、これは画面中心から画素数単位で測ったレンズ端位置に相当する。したがって、レンズ端位置が１画素以上画面中心方向にシフトするようにレンズピッチが短くなれば、カメラ数は２以上減ることになる。これはすなわちレンズの水平ピッチが画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−１）／ｍ倍より小さいことに相当する。

このようにレンズピッチを短くしてカメラ数を減少させていくと、図４に示す多眼の場合が最もカメラ数が少なくなる。しかし多眼では視距離Ｌの位置３４３付近で光線分布が均一でないためモアレが発生しやすく運動視差の連続性も損なわれるなどの問題が発生し、平行光線１次元ＩＰ方式の立体映像の特徴が失われる。したがって、多眼の場合のレンズピッチによるレンズ端３３２ｂより、本実施形態のレンズ端３３２は外側となり、ｎ列毎の画素からの光線群が収束する光線制御素子面からの距離が多眼の場合の最も大きい値６Ｈよりさらに長くなる。すなわち標準的な視距離において多眼のような特性を示す立体像になることはない。

図２のような本実施形態の立体映像表示装置の場合、図３のような厳密な平行光線１次元ＩＰ方式の場合と同様な水平方向が平行投影の画像を各視差成分画像（カメラ画像）として用いると、立体像に歪が発生する。この歪は、飛び出し部分が拡大され奥行き部分が縮小されるような、立体感が強調される歪とは逆で、立体感を低減させるものであり、好ましくない。したがって、各視差成分画像（カメラ画像）は、３Ｈ〜６Ｈの視距離に相当する透視投影の画像を用いればよく、これにより立体感が強調される歪が程よく入ることになる。ＣＧにおいても実写においても、単純な透視投影の画像が使用できるため、処理負荷がかからず、好都合である。

図５は、本実施形態の立体映像表示装置の場合においても、歪のない立体像を得たい場合の画像作成・表示方法を説明する図である。垂直方向が３Ｈ〜６Ｈの視距離Ｌに相当する透視投影（カメラ位置４２９に相当）であり、水平方向がｎ列毎の画素からの光線群が収束する距離Ｌ’に相当する透視投影（カメラ位置４３０に相当）であるｎ視点の多視点画像を、多眼方式の場合と同様に各要素画像に分割配置すればよい。この場合はカメラ数が多眼方式と同数にまで低減されるが、垂直方向と水平方向で投影方法を変える必要があり、ＣＧの場合は投影処理における対応またはモデル変形が必要となり、実写の場合はＥＰＩ利用の補間処理などが必要となる。

図６は、本実施形態の具体例を、厳密な平行光線１次元ＩＰ方式（図７、比較例）、多眼方式(図８、比較例)と比較して説明する水平断面図である。図９（ａ）は対応する表である。１２視差の場合、平行光線１次元ＩＰ方式（図７）では、画面両端のレンズに対応する視差番号（カメラ番号）の最大範囲は−９〜９（０は除く）であり、１８カメラが必要となっている。図６では、本実施形態の立体映像表示装置により、図９（ａ）の表中のレンズピッチ比０．９９９２までレンズピッチを短くした場合であり、画面両端のレンズに対応する視差番号（カメラ番号）の最大範囲は−７〜７（０は除く）であり、１４カメラまで減少している。図８の多眼の場合は、カメラ数は１２であり、図９（ａ）において、レンズピッチ比０．９９８８に相当する。

図９（ｂ）は、本実施形態におけるレンズ傾き角ｔａｎ^−１（１／４）の１６視差の立体映像表示装置におけるカメラ数低減の例を示す表である。視距離を３Ｈあるいはそれ以下の近距離に設定した場合、平行光線１次元ＩＰ方式においては特にカメラ数が増加し、この例では視差数の倍以上の３６カメラが必要となっている。レンズピッチを短くしていくことにより、カメラ数が減少するが、多眼の場合とのほぼ中間の２６カメラ程度になるようにレンズピッチを設定すると、カメラ数低減効果が十分であり、多眼の特性に近くなる悪影響も抑制できるため、望ましいといえる。

実際の処理速度向上、例えば動画のフレームレートの違いを体感するためには、２０％以上のフレームレート差が必要とみなせることから、カメラ数が２０％以上減るレンズピッチに設定することが望ましい。また、プラスチック製のレンチキュラー板を用いる場合、温度変化（熱膨張）によるピッチ変動も考慮し、標準的な使用温度で本実施形態の範囲とし、想定使用温度の下限近傍で多眼のレンズピッチ以上とすることが望ましい。

光線制御素子の光学的開口は、垂直でなく斜めやジグザグや階段形状でもよく、また表示装置の画素配列がデルタ配列であってもよい。その場合においても、本実施形態のようなレンズピッチ設定により、カメラ数の低減が可能であり、本実施形態のような適切な投影方法を用いることにより立体像の歪も抑制される。

次に、ＩＰ方式の視差画像配置を用いた立体映像表示について図１０乃至図２３を用いて説明する。この図１０乃至図２３に示す立体映像の表示は、図１乃至図９を参照して説明した表示装置および表示方法と組み合わせて実現される。ここでは、図１乃至図９とは異なる１８視差（ｎ＝１８）の場合の実施形態の説明図となっている。

図１０（ａ）は、光線制御素子としてのレンチキュラーシート３３４の斜視図であり、図１０（ｂ）は、光線制御素子としてのスリット３３３の斜視図である。

図１１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。必要に応じ拡散シート３０１が平面画像表示部３３１とレンチキュラー板（光線制御素子）３３２の間に設けられている。想定視距離上の視点３４３から見ると、水平方向の視角３４１および垂直方向の視角３４２の範囲に立体映像が観察されるが、視差は水平方向のみである。

図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１１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り、図１２（ａ）に平面画像表示部３３１、視差バリア３３２の正面図、図１２（ｂ）に立体映像表示装置の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。立体映像表示装置は、液晶表示素子などの平面画像表示部（要素画像表示部）３３１及び光学的開口を有する光線制御素子３３２を備えている。図１０（ａ）、（ｂ）に示すような垂直方向に光学的開口が直線状に伸び水平方向に周期的に配列される形状のレンチュキュラーシート３３４或いはスリット３３３で構成され、投射型の場合は曲面鏡アレイなどで構成される。ここでは、要素画像表示部３３１の画素数は、正方形となる最小単位の画素群で数えた場合の一例として横方向（水平方向）が１９２０であり、縦方向（垂直方向）が１２００であり、各最小単位の画素群は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素を含んでいるものとする。

図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、視差バリア３３２と視距離面３４３との間の視距離Ｌ、視差バリアピッチＰｓ、視差バリア３３２（厳密にはその主平面）と要素画像表示部３３１との間のギャップ（視差バリアギャップ）ｄが定められれば、要素画像のピッチＰｅが視距離面３４３上の視点からアパーチャ中心を表示素子上に投影した間隔により決定される。符号３４６は、視点位置と各アパーチャ中心とを結ぶ線を示し、視域幅Ｗは表示部３３１の表示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。

１次元ＩＰ方式においては、この直線３４６は、表示部の表示面上では各画素の中心を通るとは限らない。これに対し、多眼方式では、視点位置と各アパーチャの中心とを結ぶ線は、画素中心を通り、光線軌跡に一致している。アパーチャの水平ピッチＰｓが画素ピッチＰｐの整数倍の場合（厳密な平行光線１次元ＩＰ）では、要素画像のピッチＰｅは、画素ピッチＰｐの整数倍から大きめにずれた端数を伴っている。アパーチャの水平ピッチＰｓが画素ピッチＰｐの整数倍でない場合（例えば本発明の構成）でも、一般的に１次元ＩＰでは、要素画像のピッチＰｅは、画素ピッチＰｐの整数倍からずれた端数を伴うこととなる。これに対し多眼では要素画像のピッチＰｅは画素ピッチＰｐの整数倍となる。

図１４（ａ）、１４（ｂ）は、本発明の一実施形態による１次元ＩＰ方式の視差画像と立体画像の構成方法を示している。表示される物体（被写体）４２１は、実際に立体映像表示装置の光線制御素子が置かれる面と同じ位置にある投影面４２２に投影される。

図１４（ａ）においては通常の透視投影になるように、投影面４２２と平行で正面（上下方向の中央）にありかつ視距離面内にある投影中心線４２３上の一点（カメラ位置）に向かう投影線４２５に沿って投影される。この投影法により、投影面上に、透視投影された被写体の像４２４が作成される。カメラごとに操作を繰り返し、標準視距離Ｌに相当する透視投影であるｎ＋２視点以上の多視点画像が得られる。なお、通常の透視投影しか使えないときに、立体像の歪を抑制する必要性が高い場合は、ＣＧモデルを変形させた上でこの投影法を用いればよい。ｚ方向に反比例して、飛び出し領域のｘ方向を縮小、奥行き領域のｘ方向を拡大する変形方法となる。

図１４（ｂ）においては垂直方向と水平方向で距離の異なる透視投影になるように、投影面と平行で正面（上下方向の中央）にありかつ視距離面内にある垂直方向投影中心線４２３および投影面と平行で垂直方向に延びかつ視距離面より遠くにある水平方向投影中心線４２３ａに向かう投影線４２５に沿って投影される。投影線は、垂直方向は垂直方向投影中心線４２３において交わり、水平方向は水平方向投影中心線４２３ａにおいて交わる。この投影法により、投影面上に、特殊な透視投影された被写体の像４２４が作成される。カメラごとに操作を繰り返し、垂直方向が前記標準視距離Ｌに相当する透視投影であり、水平方向が前記距離Ｌ’に相当する透視投影であるｎ視点の多視点画像が得られる。

図１５に示すように、投影面上に透視投影された一方向分の画像（視差成分画像）は、垂直方向に画素１列ごとに分割され、要素画像表示部の表示面に、光線制御素子の光学的開口ピッチの間隔（一定数の画素列間隔）をおいて分割配置される。この際にＲＧＢの画素は縦方向に並べ替えられる。以上の操作を他の投影方向（カメラ）についてもそれぞれ繰り返し、表示面の視差合成画像全体が完成する。投影方向は、視距離により数１０方向が必要である。視距離７００ｍｍで厳密な平行光線１次元ＩＰの場合、要素画像幅は１８．０５サブ画素幅であるが、本発明によりレンズピッチを縮小し、要素画像幅を１８．０３６サブ画素幅とした。この場合、図１４（ａ）の方法であればカメラ数は３４から３０に減少し、図１４（ｂ）の方法であればカメラ数は１８である。投影された画像（視差成分画像）は、図１４（ａ）の方法の場合、それぞれ必要な範囲の列のみ作成すればよく、必要な範囲は、図１３に示されている。各投影方向は視差番号（カメラ番号）に対応するが、各方向は等角度ではなく、視距離面上で等間隔になるようにする。すなわちカメラを投影中心線上で等間隔に平行移動（向きは一定）して撮影することに相当する。図２３は、立体映像表示方法における撮像の概略を示している。等間隔に水平方向に並べられたカメラ４２９は投影面４２２に対し撮像されるように調整される。

図１６は、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表示面の前面に、光線制御素子として光学開口が垂直方向に延びるシリンドリカルレンズからなるレンチキュラーシート３３４が配置されている。なお光学開口は斜めや階段状であってもよい。表示面には、縦横比が３：１の画素３４が、横方向および縦方向にそれぞれ直線状にマトリクス状に並び、各画素は同一行および列内で横方向に赤、緑、青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。

図１７は、画素配列の平面図の例を示している。−９から９までの数字は、視差番号を表しており、隣接視差番号は隣接列に割当てられている。画素行の縦周期は、画素の横周期Ｐｐの３倍である。図１７に示される表示画面では、１８列６行の画素３４で１実効画素４３（この１実効画素４３は、図１６において黒枠で示されている）あるいは１８列３行の画素で１実効画素が構成される。このような表示部の構造では、水平方向に１８視差を与える立体映像表示が可能となる。この表示構造では、多眼式の場合は１８眼となり、要素画像ピッチが１８画素ピッチであり、かつ光線制御素子の横ピッチが１８画素ピッチより小さくなる。

ＩＰ方式の場合は、例えば１８画素ピッチが視差バリアピッチＰｓに等しく平行光線の組ができるような設計においては１８画素幅よりわずかに大きい間隔（例えば１８．０５）で要素画像境界が生じることから、実効画素の幅は、表示面内の位置により１８列分或いは１９列分となる。すなわち、要素画像ピッチの平均値が１８画素幅より大きく、かつ光線制御素子の横ピッチが１８画素幅である。本発明においては、平行光線１次元ＩＰと多眼との中間である１８．０３６に設定するため、再生される光線は厳密な平行光線ではないが、一部の実効画素の幅は１９列となる。実効画素の幅が１９列分の場合の例を図１８に示す。なお、図１４（ｂ）の方法であれば、すべて図１７のような１８列周期構造として扱う。

図１９或いは図２０は、立体映像表示装置の表示部の水平断面を概略的に示したものである。ここに示すようにスリット３３３又はレンチキュラーシート３３４のレンチキュラーレンズの水平方向のピッチＰｓ（周期）は、整数画素幅に対し０．１％程度小さく定められている。即ち、各スリット３３２間の中心を通る中心軸３５１又は隣接するレンチキュラーレンズの境界を通る基準軸３５２は、画面中央部においてはほぼ画素境界を通るが、図１や図６に示すように、画面の左右端に近づくにつれ徐々にずれていく。中心軸３５１或いは基準軸３５２間に相当する領域には、ほぼ整数個の画素が配置され、中心軸３５１或いは基準軸３５２の水平方向のピッチＰｓ（周期）は、一定に定められている。ここに示す例では、このピッチＰｓは、１８画素幅に対し０．１％程度小さい値に定められている。要素画像表示部の表示面３３１と視差バリア３３２、３３４との間のギャップｄ（空気換算ギャップｄ’は図１のｇに相当）は、ガラス基板或いはレンズ材質の屈折率を考慮して実効的に約２ｍｍに定められている。なお、符号３４３は視距離面を示し、符号３６３は視差成分画像の番号を示す。

図２１は、本発明の一実施形態（図１４（ａ）の方法）によるＩＰ方式における立体映像表示装置の要素画像表示部の表示面内における画像の配置方法を、表示部を正面から見た概念図として示している。要素画像表示部の表示面は、各アパーチャ（光線制御素子の開口部）に対応する要素画像３７０に分けられ、要素画像は、ＩＰ方式においてそれぞれ１８列又は１９列の画素列から構成されている。視差割り当て可能な画素列の合計数は５７６０列、アパーチャ数は３２０（図２１において、符号３６４で示す領域に記述されるアパーチャ番号の範囲は、＃−１６０〜＃−１、＃１〜＃１６０）であり、アパーチャピッチＰｓは、１８画素幅とほぼ等しいが、０．１％程度短い。各画素列３６５には、対応する視差番号（この例では、視差番号−１５〜−１、１〜１５の３０方向分）が符号３６３で示す領域に項目として示されている。アパーチャ番号＃１の要素画像は、視差番号−９〜−１、１〜９の１８視差の列からなり、アパーチャ番号＃−１５９の要素画像は、視差番号−１５〜−１、１〜３の１８視差の列からなる。要素画像幅が１８画素列の幅よりわずかに大きいため、要素画像境界を最も近い画素列境界に合わせる（通常のＡ−Ｄ変換方法）とすると、アパーチャに対する画素列数は、大部分のアパーチャにおいて１８列であるが、１９列になっているアパーチャも出てくる（図１７および図１８）。１９列になるアパーチャ番号を境に、アパーチャ内の視差番号範囲が１つずつシフトされている。

図１３において、各方向の視差画像の配置が開始・終了されるレンズ番号（表中３Ｄ画素番号）が示されている。この表には、対応する要素画像表示部の画素（通常の液晶パネルにおけるサブ画素）の列番号も示されている。

図２２は、本発明の一実施形態（図１４（ｂ）の方法）によるＩＰ方式における立体映像表示装置の要素画像表示部の表示面内における画像の配置方法を、表示部を正面から見た概念図として示している。要素画像表示部の表示面は、各アパーチャ（光線制御素子の開口部）に対応する要素画像３７０に分けられ、要素画像は、ＩＰ方式においてそれぞれ１８列の画素列から構成されている。視差割り当て可能な画素列の合計数は５７６０列、アパーチャ数は３２０（図２２において、符号３６４で示す領域に記述されるアパーチャ番号の範囲は、＃−１６０〜＃−１、＃１〜＃１６０）であり、アパーチャピッチＰｓは、１８画素幅とほぼ等しいが、０．１％程度短い。各画素列３６５には、対応する視差番号（この例では、視差番号−９〜−１、１〜９の１８方向分）が符号３６３で示す領域に項目として示されている。すべてのアパーチャ番号＃１の要素画像は、視差番号−９〜−１、１〜９の１８視差の列からなる。

以上のように、本発明の一実施形態によれば、１次元ＩＰ方式において、必要カメラ数が数台から１０台程度（数割）低減し、処理負荷が数割軽減する。特に必要画素数限定レンダリングが不可能な３Ｄ−ＣＧソフトウェアの場合や視距離が近い場合に効果が大きい。厳密な平行光線でなくなることによる副作用である歪は、通常の透視投影画像をそのまま使う場合にはかえって歪が軽減される。

尚、この発明は、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。

この発明の一実施形態による１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置および表示方法を示す水平断面図である。この発明の一実施形態による１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置および表示方法を示す平面図である。この発明の比較例による厳密な平行光線１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置および表示方法を示す平面図である。この発明の比較例による多眼方式の立体映像表示装置および表示方法を示す平面図である。この発明の一実施形態による１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置および表示方法を示す平面図である。この発明の一実施形態による１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置および表示方法を示す水平断面図である。この発明の比較例による厳密な平行光線１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置および表示方法を示す水平断面図である。この発明の比較例による多眼方式の立体映像表示装置および表示方法を示す水平断面図である。この発明の一実施形態によるカメラ数低減を説明する表である。この発明の一実施形態にかかる光線制御素子を概略的に示す斜視図である。この発明の一実施形態による立体映像表示に使用される立体映像表示装置の概略を示す斜視図である。この発明の一実施形態による立体映像表示に使用される立体映像表示装置における要素画像ピッチＰｅと視差バリアピッチＰｓとギャップｄと視距離Ｌと視域幅Ｗの関係を示す模式図である。この発明の一実施形態による立体映像表示装置および表示方法における各視差成分画像のデータ範囲と視差合成画像内の配置位置を示す表である。この発明の一実施形態による各視差成分画像の投影方法を示す模式図である。この発明の一実施形態による画像構成方法を示す模式図である。この発明の一実施形態による立体映像表示に使用される立体映像表示装置の画素配列を概略的に示す斜視図である。この発明の一実施形態による立体映像表示に使用される立体映像表示装置の画素配列および視差画像配置を概略的に示す正面図である。この発明の一実施形態による立体映像表示に使用される立体映像表示装置の画素配列および視差画像配置を概略的に示す正面図である。この発明の一実施形態にかかる１次元ＩＰ方式の画素と要素画像と視差バリアの位置関係を示す模式図である。この発明の一実施形態にかかる１次元ＩＰ方式の画素と要素画像とレンチキュラー板の位置関係を示す模式図である。この発明の一実施形態にかかる１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置の画像配置方法を示す模式図である。この発明の一実施形態にかかる１次元ＩＰ方式の立体映像表示装置の画像配置方法を示す模式図である。この発明の一実施形態による立体映像表示方法におけるカメラ配置を示す平面図である。

符号の説明

３４画素
３５ブラックマトリクス
４３立体映像表示時の実効画素
３０１拡散シート
３３１要素画像表示部
３３２視差バリア
３３３スリット
３３４レンチキュラー板
３３５画素
３３６レンズ主平面
３４１水平方向の視角
３４２垂直方向の視角
３４３視距離面
３４６視点とアパーチャ中心を結ぶ線
３６３視差成分画像の番号
３６４アパーチャの番号
３６５表示装置の表示面上の画素列
３７０要素画像
３８１視域
４２１表示される物体（被写体）
４２２投影面
４２３投影中心線
４２４投影面上に投影された被写体
４２５投影線
４２９カメラ
４３０カメラ

Claims

表示面内に画素が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略垂直方向に直線状に延びる光学的開口部が略水平方向に周期的に並ぶ光線制御素子と、を備え、
前記要素画像表示部の高さをＨ、前記画素の総列数を２ｍ、ｎを整数とした場合、前記光線制御素子の水平ピッチが前記画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−１）／ｍ倍より短く、
かつｎ列毎の前記画素からの光線群が収束する前記光線制御素子面からの距離Ｌ’が、３Ｈ〜６Ｈの範囲にある標準視距離Ｌより長く、
前記標準視距離Ｌに相当する透視投影であるｎ＋２視点以上の多視点画像が前記要素画像表示部の各要素画像に分割配置されることを特徴とする立体映像表示装置。
表示面内に画素が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略垂直方向に直線状に延びる光学的開口部が略水平方向に周期的に並ぶ光線制御素子と、を備え、
前記要素画像表示部の高さをＨ、前記画素の総列数を２ｍ、ｎを整数とした場合、前記光線制御素子の水平ピッチが前記画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−１）／ｍ倍より短く、
かつｎ列毎の前記画素からの光線群が収束する前記光線制御素子面からの距離Ｌ’が、３Ｈ〜６Ｈの範囲にある標準視距離Ｌより長く、
垂直方向が前記標準視距離Ｌに相当する透視投影であり、水平方向が前記距離Ｌ’に相当する透視投影であるｎ視点の多視点画像が前記要素画像表示部の各要素画像に分割配置されることを特徴とする立体映像表示装置。
表示面内に画素が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略垂直方向に直線状に延びる光学的開口部が略水平方向に周期的に並ぶ光線制御素子と、を備え、
前記要素画像表示部の高さをＨ、前記画素の総列数を２ｍ、ｎを整数とした場合、前記光線制御素子の水平ピッチが前記画素の水平ピッチのｎ×（ｍ−１）／ｍ倍より短く、
かつｎ列毎の前記画素からの光線群が収束する前記光線制御素子面からの距離Ｌ’が６Ｈより長いことを特徴とする立体映像表示装置。