JP5766649B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。

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三次元映像表示装置が要望されている。このタイプの三次元映像表示装置の一つは、直視型または投影型の液晶表示部又はプラズマ表示部等のような表示パネル（表示部）に対向して光線制御部が設置され、表示部からの光線が制御されて観察者に向けられる方式である。

光線制御部は、光線制御部上の同一位置について観察する角度に応じた映像が見えるような機能を有する。左右視差（水平視差）のみを与える場合の具体例は、スリット（視差バリア）またはシリンドリカルレンズのような直線状の光線制御素子が、水平方向に周期的に設けられた構造であり、代表的なものとして、バリアまたはレンチキュラーシートが知られている。表示部の各画素には、光線制御素子を経由して観察される方向に応じた色と輝度情報（視差画像）が表示され、ひとつの開口部に対応した視差画像の集合は要素画像と呼ばれる。観察者は、開口部を経由して観察位置に応じた映像を見ると表現してもよいし、光線制御素子を経由して射出された光線が三次元画像を成すと表現してもよい。

表示部と光線制御部とを組み合わせた方式は、視差（異なる方向から見ることによる見え方の差）の数や設計指針などによって、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・イメージング（以下、「ＩＩ」と呼ぶ）式等に分類される。２眼式は２枚の視差画像により両眼視差を与えて立体視させるが、それ以外の方式は程度の差はあれ運動視差を与えることから、その映像は、２眼式の「立体映像」と区別して「三次元映像」と呼ばれる。光線制御素子を経て視差画像を観察するという前述の手法の基本的な原理は、公知のインテグラル・フォトグラフィ（ＩＰ）の原理と実質的に同一である。

上述の方式のうち、例えばＩＩ方式は、視差を増やすことにより視点位置の自由度を高め、比較的広い範囲で立体視できる（視域が広い）という特徴がある。視差の数は、要素画像を構成する画素数に応じて増やすことができるが、表示部の解像度には上限があることから、光線制御素子を設ける間隔が大きくなり、三次元映像の解像度が低下してしまう。

三次元映像の解像度の低下を抑制する目的で、視差を提示する方向を水平方向のみに限定し、垂直方向（上下方向）には視差を提示しない一次元の直視型裸眼三次元表示装置が知られている。一次元の直視型裸眼三次元表示装置においては、水平方向のみ解像度が低下するという課題や、光線制御素子の周期構造と、表示部にマトリクス状に配列された画素（開口部と遮光部）の周期構造が光学的に干渉することによりモアレが発生するという課題が知られている。従来、解像度バランスの改善を目的に光線制御素子を傾ける技術や、モアレを効果的に解消することを目的に光線制御素子を傾ける技術などが知られている。

特許第３９４０４５６号公報 特許第４２７１１５５号公報

ところで、一次元の直視型裸眼三次元表示装置においては、光線制御素子越しに観察される色の配列（色配列）によっては、画質が低下するという問題がある。例えば水平方向に同色が並ぶ色配列の場合、同色の縞が水平方向に発生し、画質が低下してしまう。本発明が解決しようとする課題は、画質を向上させることが可能な画像表示装置を提供することである。

実施形態の画像表示装置は、表示部と光線制御部とを備える。表示部は、それぞれが異なる色の複数のサブ画素を有する画素が、第１方向と、第１方向に直交する第２方向とに沿ってマトリクス状に配列され、互いに視差を有する複数の視差画像を表示する。光線制御部は、表示部と対向して配置され、第２方向に対して９０度よりも小さい角度で傾けられた方向に延び、第１方向に第１ピッチ、第２方向に第２ピッチの光線制御素子が、周期的に配列され、表示部からの光線の方向を制御可能である。そして、画素の第１方向および第２方向の各々のピッチは等しく、第１ピッチおよび第２ピッチは、光線制御素子越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形の外周の長さを示す外周値を、視差数の１／２乗で除算した値である評価値が３．５以下になる値であり、かつ、第１ピッチは、画素が有するサブ画素の第１方向に沿った数をｓとしたときに、各画素の第１方向および第２方向の各々のピッチを示す第３ピッチの５／ｓ倍以上の値である。外周値は、第３ピッチを１として定義される値である。

第１実施形態の画像表示装置の構成例を示す図。 第１実施形態の表示部と光線制御素子の一部を拡大して示す図。 第１実施形態の表示部と光線制御素子の水平断面の一部を示す図。 レンズ越しに観察される色配列を説明するための図。 レンズ越しに観察される色配列の一例を説明するための図。 レンズ越しに観察される色配列の一例を説明するための図。 レンズ越しに観察される最近傍の同色を結ぶ三角形の例を示す図。 各評価値に対応する第１ピッチと第２ピッチの組をプロットした図。 各種条件における色配列の具体的な態様を示す図。 水平視差を分離できる条件を説明するための図。 モアレが発生する第１ピッチと第２ピッチの組をプロットした図。 第２実施形態の画像表示装置の構成例を示すブロック図。 光線制御素子の断面の一例を示す図。 ２モードの各々におけるレンズピッチの選択例を説明するための図。 ２モードの各々におけるレンズピッチの選択例を説明するための図。 ２モードの各々におけるレンズピッチの選択例を説明するための図。 ２モードの各々におけるレンズピッチの選択例を説明するための図。 ２モードの各々におけるレンズピッチの選択例を説明するための図。 ２モードの各々におけるレンズピッチの選択例を説明するための図。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る画像表示装置の実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施形態の画像表示装置は、例えばＩＩ方式や多眼方式等を採用可能な一次元の直視型裸眼三次元表示装置であり、互いに視差を有する複数の視差画像を表示することにより、視聴者に三次元映像を観察させることが可能なものである。画像表示装置の例としては、例えば視聴者が裸眼で三次元映像を観察可能なＴＶ、ＰＣ、スマートフォン、デジタルフォトフレームなどが挙げられる。なお、以下の各実施形態では、同一の符号を付した要素は同様の機能を有するものとして、重複する説明を適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の画像表示装置１００の概略図である。図１に示すように、画像表示装置１００は、表示部１と、光線制御部２とを備える。光線制御部２は、表示部１と対向する位置に配置され、表示部１の各サブ画素からの光線の出射方向を制御する。図１の例では、光線制御部２は、表示部１の前面に配置される。また、光線制御部２は、第２方向（垂直方向）に対して９０度よりも小さい角度θで傾けられた方向に直線状に延び、第２方向と直交する第１方向（水平方向）に第１ピッチＬ１、第２方向に第２ピッチＬ２の光線制御素子３が周期的に配列されて構成される。上記角度θはａｒｃｔａｎ（Ｌ１／Ｌ２）で表される。以下の説明では、第２ピッチＬ２と第１ピッチＬ１との比の値で表される傾き係数ｎ（＝Ｌ２／Ｌ１）を、光線制御素子３の傾きを示すパラメータとして用いる。

なお、図１の例では、光線制御部２は、光線を出射するための光線制御素子３として機能するシリンドリカルレンズが複数配列されたレンチキュラーシートであるが、これに限らず、例えば光線制御部２は、光線制御素子３として機能するスリットが複数配列されたパララックスバリアであってもよい。

図２は、表示部１と光線制御部２の一部を拡大して示す図である。図２の破線６は、光線制御素子３として機能するシリンドリカルレンズの稜線を示す。図２に示すように、表示部１には、画素４が、第１方向と第２方向に沿ってマトリクス状に配列される。一般的に、画素４は略正方形である。以下では、画素４の第１方向および第２方向の各々の幅をｐｐと表記する。見方を変えれば、表示部１において、画素４は、第１方向にピッチｐｐ、第２方向にピッチｐｐで周期的に配列されると捉えることもできる。なお、画素４のピッチｐｐは、請求項の「第３ピッチ」に対応する。以下の説明では、画素４のピッチｐｐを第３ピッチｐｐと表記する場合がある。

各画素４は、それぞれが異なる色の複数のサブ画素５を有する。図２の例では、画素４は、Ｒ（赤）のサブ画素５ａと、Ｇ（緑）のサブ画素５ｂと、Ｂ（青）のサブ画素５ｃとから構成されるが、これに限られるものではない。図２の例では、各サブ画素５は、第１方向の辺の長さと第２方向の辺の長さとの比が１：３の長方形であり、第１方向にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の順で繰り返し配列され、第２方向に同一の色成分が配列される（「縦ストライプ配列」）。また、各サブ画素５には、光線制御部２を介して表示部１を観察した方向に応じた視差画像が表示される。これによって、視聴者の視点位置に応じて、視聴者の一方の眼と他方の眼には、異なる視差画像が観察される。

図３は、表示部１と光線制御部２の水平断面の一部を拡大した概略図である。図３の例では、表示部１に並んでいる複数のサブ画素５のうちのひとつから出た光が、光線制御部２（ここではレンズ）を介して向かう方向が制御される範囲と主光線を実線７で示し、隣接するサブ画素５からの光については主光線のみを破線８で示す。光の射出方向に応じた視差画像をサブ画素５に表示することで、レンズが、観察方向に応じて画素情報（視差画像）が切り替わる三次元表示装置の画素として振舞うことがわかる。表現を変えれば、レンズ越しに射出された光線が、三次元映像を再生する。

図４は、光線制御部２を介して観察される色の配列（色配列）を説明するための図である。図４の破線６は、光線制御素子３が相対する位置を示している。図４の例では、光線制御素子３の第１ピッチ（第１方向の幅）Ｌ１が１．６６×ｐｐ、第２ピッチ（第２方向の幅）Ｌ２が４．０×ｐｐに設定されている。したがって、傾き係数ｎは、１．６６／４．０（≒５．０／１２．０）と表される。光線制御素子３がシリンドリカルレンズの場合、光線制御素子３に一致した位置のサブ画素５の色が、レンズの稜線６と垂直な方向に引き伸ばされて見える。図４（ｂ）では、シリンドリカルレンズ越しに、サブ画素５のうちの一色（この例ではＲ（赤））が引き伸ばされて見える様子が示されている。他の色については、相対位置が維持されたまま、引き伸ばされて見える位置がずれるだけなので、割愛する。

ここで、本明細書における視差数（視差画像の数）についても説明する。図４の破線６（光線制御素子３が相対する位置）は、視聴者の観察位置によって左右（第１方向）にずれるが、これは上下（第２方向）にずれることと等価である。すなわち、光線制御素子３越しに、表示部１に表示される画像を観察することで、三次元映像の解像度は１／Ｌ２に低下する（例えばＬ２＝１（単位はｐｐ）ならば、光線制御素子３越しに観察される周期は、ＲＧＢの各サブ画素５ａ，５ｂ，５ｃの第２方向のピッチｐｐに一致するので、解像度は低下しない）とともに、互いに異なるＬ２個の方向に、それぞれ映像を表示することができる。すなわち、視差数をＮと表記すると、Ｎ＝Ｌ２となる。

図５は、図４の例とは異なる条件の下で観察される色配列を説明するための図である。図５の例では、光線制御素子３の第１ピッチＬ１が１．０×ｐｐ、第２ピッチＬ２が２．４×ｐｐに設定されている。したがって、傾き係数ｎは、１．０／２．４（≒５．０／１２．０）と表される。つまり、図４の例とは、角度θが等しく、第１ピッチＬ１が異なる。図５（ｂ）には、シリンドリカルレンズ越しに、サブ画素５のうちの一色（この例ではＲ）が引き伸ばされて見える様子を例示している。つまり、図５（ｂ）からも理解されるように、図５の条件（Ｌ１＝１．０×ｐｐ、Ｌ２＝２．４×ｐｐ、傾き係数ｎ＝１．０／２．４）では、シリンドリカルレンズ越しに観察される同色が水平方向（第１方向）に並ぶ色配列となることが分かる。したがって、図５の条件では、同色の縞が水平方向に発生し、画質が低下してしまう。

図６は、図４および図５の例とは異なる条件の下で観察される色配列を説明するための図である。図６の例では、光線制御素子３の第１ピッチＬ１が１．６６×ｐｐ、第２ピッチＬ２が７．０×ｐｐに設定されている。したがって、傾き係数ｎは、１．６６／７．０（≒５．０／２１．０）と表される。つまり、図４の例とは、角度θが異なり、第１ピッチＬ１が等しい。図６（ｂ）には、シリンドリカルレンズ越しに、サブ画素５のうちの一色（この例ではＲ）が引き伸ばされて見える様子を例示している。図６（ｂ）からも理解されるように、図６の条件（Ｌ１＝１．６６×ｐｐ、Ｌ２＝７．０×ｐｐ、傾き係数ｎ＝１．６６／７．０）では、シリンドリカルレンズ越しに観察される同色が右下がりに並ぶ色配列となることが分かる。

以上のように、光線制御部２を介して観察される色配列は、第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせに応じて変化するが、光線制御部２を介して観察される同色の配列（分布）を等方的（デルタ配列的）にすることができれば、一次元の直視型裸眼三次元表示装置の画質を大幅に改善することができる。図５で示したように、第１ピッチＬ１が第３ピッチ（画素４のピッチ）ｐｐの整数倍だと水平に同色が並ぶことから、同色の配置が等方的にならないことは容易に理解できる。これを踏まえると、ｐを自然数としたときに、第１ピッチＬ１を第３ピッチｐｐの整数倍からずらせば（例えばＬ１＝ｐｐ×（ｐ＋０．５））、近傍の同色の配置をより等方的に（デルタ配列的に）できると予測される。

以下に説明するように、本実施形態では、等方性を評価する手法を考案し、等方性に優れた色配列を実現可能な第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２（視差数Ｎ）の組み合わせを選択する。ここで等方性が高いとは、光線制御素子３越しに観察されるＲＧＢの各色の配列が偏りなく分布することを意味する。つまり、光線制御素子３越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶことで得られる三角形が正三角形に近いことが好ましい。これは、解像度が低いディスプレイで、表示特性を改善するためにデルタ配列を採用することと同じ考え方である。

したがって、本実施形態では、画像表示装置１００の画質を改善することを目的として、第１ピッチＬ１および第２ピッチＬ２は、複数の視差画像が表示部１に表示された場合に光線制御素子３越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形が正三角形に近くなる値である。以下、具体的な内容を説明する。

図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、光線制御素子３越しに観察される同色（この例ではＲ）を有するサブ画素のうち、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶことで４種類の三角形（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）が得られる。ここで、本実施形態では、最近傍の４つの同色を有するサブ画素を結んだ四角形の面積はＮ（単位はｐｐ^２）になることを見出した。これは、この四角形が、三次元映像の画素であり、画素サイズがＮ倍になると、同時に解像度が１／Ｎに低下することと符合する。したがって、上記４種類の三角形の面積は、前述した四角形の半分であることから、全てＮ／２であり、より正三角形に近くする場合は、外周が最短になればよい。本実施形態では、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形のうち最も外周が短い三角形を抽出し、抽出した三角形の外周値を用いて、レンズ設計における等方性の評価を行う。より具体的には以下のとおりである。

図７の例では、第１方向をｘ方向、第２方向をｙ方向とすると、図７に示す（１）のｘｙ座標は（０，０）で表され、（２）のｘｙ座標は（０，−Ｌ２）で表され、（３）のｘｙ座標は（１，−ｎ）、（４）のｘｙ座標は（ＲＯＵＮＤＵＰ（Ｌ１，０），−（ＲＯＵＮＤＵＰ（Ｌ１，０）−Ｌ１）×ｎ）で表される。ＲＯＵＮＤＵＰは、数値を切り上げて指定桁数に変換する関数であり、ＲＯＵＮＤＵＰ（数値、桁数）という形式で表される。また、図７に示す（５）のｘｙ座標は、（３）のｘｙ座標＋｛（４）のｘｙ座標−（１）のｘｙ座標｝で表され、図７に示す（６）のｘｙ座標は、２×（４）のｘｙ座標で表される。これらの値を用いて、（１）と（２）と（３）とを結ぶ三角形Ｔ１、（１）と（３）と（４）とを結ぶ三角形Ｔ２、（１）と（３）と（５）とを結ぶ三角形Ｔ３、および、（３）と（４）と（６）とを結ぶ三角形Ｔ４の各々の外周値を求め、そのうちの最短の外周値を用いて等方性の評価を行う。なお、サブ画素中における、三角形の頂点に対応する位置の決め方は様々であり、例えばサブ画素の重心が三角形の頂点に対応する形態でもよいし、サブ画素の頂点が三角形の頂点に対応する形態であってもよい。

ただし、視差数Ｎが大きくなると、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形の外周値も大きくなるので、異なるレンズ設計同士で比較することができない。そこで、本実施形態では、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形の外周値を視差数Ｎで規格化している。より具体的には、いかなる視差数Ｎであっても、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶことで得られる三角形の面積はＮ／２で表される点に着目し、三角形の外周値をＮ^１／２で除算することにより規格化できることを見出した。以上のように規格化された値を「評価値」と呼ぶ。図８は、三角形（最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形のうち外周値が最短の三角形）の外周値をＮ^１／２で除算することにより得られた評価値を、第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２との組み合わせに対してプロットした結果の一例を示す図である。図８の例では、評価値ごとに、当該評価値が得られる第１ピッチＬ１と第２ピッチとの組み合わせのプロット結果をつないで得られる等高線が示されており、各等高線に付された数値は、当該等高線に対応する評価値を指す。なお、図８の例では、評価値ごとに等高線の色が異なる。

図８の結果を踏まえ、各レンズ設計条件にて試作を行い、三次元映像について評価を行ったところ、評価値が３．５の場合は、光線制御素子３越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形は正三角形に近くなり、画像表示装置１００の画質を改善できることを見出した。また、評価値が３．４の場合は、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形は、評価値が３．５の場合よりも正三角形に近くなり、画質がより改善されることを見出した。また、評価値が３．３の場合は、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形は、評価値が３．４の場合よりも正三角形に近くなり、画質の劣化が認められなくなることを見出した。さらに、評価値が３．２５の場合は、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形は、評価値が３．３の場合よりも正三角形に近くなり（略正三角形となり）、画質がより改善されることを見出した。

すなわち、評価値が低いほど、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形は正三角形に近くなり、画像表示装置１００の画質を改善できる。図８からも理解されるように、等方性に優れた領域は、Ｌ１＝Ｎ^１／２、および、Ｌ１＝Ｎ^１／２／２の各々の近傍に離散的に発現する。

以上より、等方性に優れた色配列を実現するためには、評価値が３．５以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２（視差数Ｎ）の組み合わせを選択することが好ましい。また、評価値が３．４以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせを選択してもよい。また、評価値が３．３以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせを選択してもよい。評価値が３．３以下の場合、画質の劣化が認められなくなるので、画像表示装置１００の画質を大幅に改善することが可能になる。さらに、評価値が３．２５以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせを選択してもよい。評価値が３．２５以下の場合、光線制御素子３越しに観察される、最近傍の同色を結ぶ三角形は略正三角形となるので、画質の改善において格別に有効である。

以下、具体例を挙げて説明する。第１ピッチＬ１＝１．５５×ｐｐ、第２ピッチＬ２＝９．０×ｐｐの条件（評価値が３．３以下となる組み合わせ）で、画素４に焦点が一致するように設計したレンチキュラーシートを上記表示部１に重ねて観察したところ、図９（ａ）に示すように、等方性に優れた色配列になることが確認された。

また、第１ピッチＬ１＝２．８０×ｐｐ、第２ピッチＬ２＝９．０×ｐｐの条件（評価値が３．２５以下となる組み合わせ）で、画素４に焦点が一致するように設計したレンチキュラーシートを上記表示部１に重ねて観察したところ、図９（ｂ）に示すように、等方性に優れた色配列になることが確認された。

比較例として、第１ピッチＬ１＝２．０×ｐｐ、第２ピッチＬ２＝９．０×ｐｐの条件（評価値が３．５を超える組み合わせ）で、画素４に焦点が一致するように設計したレンチキュラーシートを上記表示部１に重ねて観察したところ、図９（ｃ）に示すように、同色が水平方向に並ぶ色配列（等方性が劣る色配列）になることが確認された。

以上のように、第１ピッチＬ１および第２ピッチＬ２が、光線制御素子３越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形が正三角形に近くなる（例えば評価値が３．５以下となる）値であることにより、等方性に優れた色配列を実現することができる。

ここで、水平視差を実現するためには、ひとつの光線制御素子３に対して、水平方向（第１方向）に少なくとも２以上のサブ画素５が必要になる。本実施形態のようにレンズを斜めにした場合は、一の視差画像を表示するサブ画素５からの光線に、他の視差画像を表示するサブ画素５からの光線が混入するクロストークが発生する。図１０（ａ）では、ひとつの画素が、第１方向（水平方向）に３つ並んだサブ画素５から構成される場合について例示している。図１０（ａ）に示すように、ひとつの光線制御素子３に対して水平方向に２つのサブ画素５が配置される構成では、クロストーク量が多すぎて視差画像の分離が不十分となる。

そこで、本実施形態では、ひとつの画素が有するサブ画素の第１方向（水平方向）に沿った数をｓとしたときに、ひとつの光線制御素子３に対して、視差を分離するための中央の１画素を含む５以上のサブ画素５が水平方向に配置される構成、つまり、第１ピッチＬ１がｐｐ×５／ｓ以上の構成を採用することにより、視差画像を十分に分離することが可能になることを見出した。例えば、ひとつの画素が、第１方向（水平方向）に３つ並んだサブ画素５から構成される場合、第１ピッチＬ１がｐｐ×５／３（≒１．６７×ｐｐ）以上の構成を採用することが好ましい。図１０（ｂ）に示すように、ひとつの光線制御素子３に対して、水平方向に５つのサブ画素５を配置する構成であれば、左右の視差画像を十分に分離することができる。

より好ましくは、ひとつの光線制御素子３に対して、７以上のサブ画素５が水平方向に配置される構成、つまり、第１ピッチＬ１がｐｐ×７／ｓ以上の構成を採用することにより、連続的な運動視差の提供も可能になる。例えば、ひとつの画素が、第１方向（水平方向）に３つ並んだサブ画素５から構成される場合、第１ピッチＬ１がｐｐ×７／３（≒２．３３×ｐｐ）以上の構成を採用することが好ましい。図１０（ｃ）に示すように、ひとつの光線制御素子３に対して、水平方向に７つのサブ画素５を配置する構成であれば、連続的な運動視差の提供も可能になる。なお、図１０の横軸は、観察角（表示部１の法線と観察方向とのなす角度）を示し、縦軸は輝度を示す。

次に、モアレの発生を回避するための条件を説明する。図１１は、モアレが発生する第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２との組み合わせをプロットした結果の一例を示す図である。図１１からも理解されるように、傾き係数ｎ＝整数、整数＋０．５、整数＋０．３３、整数＋０．６７の各条件で、モアレが発生し易くなる。そこで、本実施形態では、モアレの発生を回避するためには、傾き係数ｎは、ｎ×ｍ（ｍ＝１、２、３）が非整数となる値に設定することが好ましいことを見出した。

以上より、本実施形態の画像表示装置１００は、第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２が、光線制御素子３越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形が正三角形に近くなる（例えば上述の評価値が３．５以下となる）値であり、かつ、第１ピッチＬ１が第３ピッチ（画素４のピッチ）ｐｐの５／ｓ（ｓは１画素を構成するサブ画素の第１方向に沿った数）倍以上の値であるので、等方性に優れた色配列を実現しつつ水平視差を十分に分離することができる。これにより、画像表示装置１００の画質が向上する。さらに、第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２は、ｎ×ｍ（ｍ＝１、２、３）が非整数となる値であるので、モアレの発生を回避することも可能になる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、液晶のダイレクタを電気的に制御することでレンズ効果の変更やオンオフの切り替えを実現可能な液晶ＧＲＩＮ（gradient index）レンズアレイを、光線制御部として採用する点で第１実施形態と相違する。そして、第２実施形態では、屈折率分布が相違する第１モードおよび第２モードの各々において、当該モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズアレイの第１ピッチ（第１方向のピッチ）Ｌ１および第２ピッチ（第２方向のピッチ）Ｌ２は、光線制御素子（液晶ＧＲＩＮレンズ）越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形が正三角形に近くなる値である。これにより、第１モードおよび第２モードの各々において、等方性に優れた色配列を実現できる。以下、具体的に説明する。

図１２は、第２実施形態の画像表示装置２００の構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態の画像表示装置２００は、平面画像（２次元映像）も表示可能であり、３次元映像の表示と２次元映像の表示とを切り替えることもできる。

図１２に示すように、画像表示装置２００は、表示部１と、光線制御部１０と、電圧制御部３０と、表示制御部４０とを備える。視聴者Ｐは、光線制御部１０を介して表示部１に表示される視差画像を観察することで、三次元映像を認識することができる。

光線制御部１０は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する液晶ＧＲＩＮレンズアレイで構成され、表示部１から光線制御部１０へ入射する光線は、光線制御部１０の屈折率分布に応じた方向へ向かって出射する。光線制御部１０の具体的な構成については後述する。

電圧制御部３０は、光線制御部１０に印加する電圧を制御する。本実施形態では、電圧制御部３０は、３次元映像の表示の種類（光線制御部１０の屈折率分布の種類）を示すモードの指定入力を受け付け、受け付けた入力に応じてモードを設定する。そして、電圧制御部３０は、設定したモードに応じて、光線制御部１０に印加する電圧を可変に制御する。また、電圧制御部３０は、設定したモードを示すモード情報を表示制御部４０へ送る。ここでは、モードの一例として、第１モードと第２モードがある。第２モードは、第１モードよりも、視域角が大きく、かつ、視差数が多い。なお、視域角とは、視聴者が３次元映像を観察できる角度を示す。また、モードの設定方法は任意であり、例えば３次元映像の観察者の人数に応じてモードが自動的に切り替わる構成であってもよい。

表示制御部４０は、画像（例えば視差画像）を表示するように表示部１を制御する。本実施形態では、表示制御部４０は、電圧制御部３０から渡されたモード情報を参照して、当該モード情報で特定されるモードで表示すべき画像（例えば視差画像）を取得し、その取得した画像を表示するように表示部１を制御する。

図１３は、光線制御部１０の断面の一例を示す図である。図１３に示すように、光線制御部１０は、透明な第１基板１０１と、第１基板１０１と対向する透明な第２基板１０２と、第１基板１０１と第２基板１０２との間に挟持された液晶層１０７とを含む。第１基板１０１の液晶層１０７側の面には、複数の透明な第１電極１０３が形成される。各第１電極１０３は、第１基板１０１の液晶層１０７側の面において、第２方向と９０度よりも小さい角度θをなす方向に延びるように形成される。つまり、第１基板１０１の法線方向から観察した場合、各第１電極１０３は斜め方向に延在するように配置される。

各第１電極１０３は、誘電体層ＤＬで覆われ、当該誘電体層ＤＬの上面には複数の第２電極１０４が形成される。各第２電極１０４は、誘電体層ＤＬの上面において、第２方向と９０度以下の角度θをなす方向に延びるように形成される。図１３の例では、第１電極１０３と第２電極１０４は、同一のピッチ（第１方向の幅）で周期的に配置され、第１基板１０１の法線方向から観察した場合、隣り合う第２電極１０４の間に第１電極１０３が位置するように配置される。

第２基板１０２の液晶層１０７側の面には、全面にわたって透明な対向電極１０６が形成される。対向電極１０６は、複数の第１電極１０３および第２電極１０４の各々と対向する。第１電極１０３、第２電極１０４および対向電極１０６の各々に供給される電圧の値は、電圧制御部３０によって制御される。液晶層１０７は、液晶分子と、液晶分子を分散させるための分散媒とを含む。本実施形態では、液晶分子の一例として、一軸性複屈折を示す物質を用いている。

ここで、電極のパターンが固定されることを考慮すると、視差数Ｎを切り替える構成として最も簡単なのは、光線を出射するための光線制御素子として機能する液晶ＧＲＩＮレンズの傾きθ（＝ａｒｃｔａｎ（１／ｎ））を固定したまま、液晶ＧＲＩＮレンズの第１方向のレンズピッチ（第１ピッチＬ１）を変更する構成である。本実施形態において、電圧制御部３０は、第１モードの場合は、第２方向と角度θをなす方向に稜線が延伸し、第１方向のレンズピッチ（第１ピッチＬ１）がｌｐｃ＿１である第１レンズ１１０として作用する第１屈折率分布が第１方向に沿って周期的に分布するように、各電極に印加する電圧を制御する。図１３の例では、第１モードで形成される第１レンズ１１０は単レンズ（段差数が０のフレネルレンズであると捉えることもできる）であるが、これに限られるものではない。

また、電圧制御部３０は、第２モードの場合は、第２方向と角度θをなす方向に稜線が延伸し、第１方向のレンズピッチがｌｐｃ＿２（＞ｌｐｃ＿１）である第２レンズ１１１として作用する第２屈折率分布が第１方向に沿って周期的に分布するように、各電極に印加する電圧を制御する。図１３の例では、第２モードで形成される第２レンズ１１１は、段差数が１の（１段の）フレネルレンズであるが、これに限られるものではない。

図８からも理解されるように、傾き係数ｎが一定であれば、第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２との関係は直線で表すことができる。つまり、傾き係数ｎが一定であれば、第１ピッチＬ１の値に応じて、第２ピッチＬ２の値は一意に決まる。光線制御素子として機能する液晶ＧＲＩＮレンズの傾きを固定したまま視差数Ｎを変更（第１ピッチＬ１を変更）してモードを切り替え、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現するためには、傾き係数ｎが一定の条件で規定される直線（Ｌ１とＬ２との関係を示す直線）が、等方性に優れた２領域（例えば評価値が３．５以下となる領域）を横切るような条件を選択すればよい。

要するに、第１モードおよび第２モードの各々において、当該モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズの第１ピッチＬ１および第２ピッチＬ２は、当該モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズ（第１レンズ１１０または第２レンズ１１１）越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形が正三角形に近くなる値であることで、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現できる。例えば第１モードおよび第２モードにおいて、評価値が３．５以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせをそれぞれ選択することもできるし、評価値が３．４以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせをそれぞれ選択することもできるし、評価値が３．３以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせをそれぞれ選択することもできるし、評価値が３．２５以下となる第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせをそれぞれ選択することもできる。

また、例えば第１モードおよび第２モードの各々において、当該モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズの第１ピッチＬ１および第２ピッチＬ２は、当該モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズ越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形が正三角形に近くなる値であり、かつ、上述の第１実施形態と同様に、当該モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズの第１ピッチＬ１は、第３ピッチ（画素４のピッチ）ｐｐの５／ｓ（ｓは１画素を構成するサブ画素の第１方向に沿った数）倍以上（より好ましくは７／ｓ倍以上）であってもよい。これにより、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現しつつ水平視差を十分に分離することが可能になる。さらに、上述の第１実施形態と同様に、第１モードおよび第２モードの各々において、当該モードで形成される液晶ＧＲＩＮレンズの第１ピッチＬ１および第２ピッチＬ２は、ｎ×ｍ（ｍ＝１、２、３）が非整数となる値であってもよい。これにより、何れのモードにおいてもモアレの発生を回避することも可能になる。

以下、適宜に具体例を挙げながら説明する。例えば図１４に示すように、１．５≦ｎ≦３．０、および、１．６７＜Ｌ１≦３．５の設計条件では、１．５≦ｎ≦３．０の範囲内の何れかの値（ｎ＝一定）に対応する、Ｌ１とＬ２との関係を示す直線上の点のうち、評価値が３．５以下（例えば３．４以下でもよいし、３．３以下でもよい）となるＬ１とＬ２の組み合わせに対応する任意の２点を、第１モードおよび第２モードの各々における第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせとして選択することができる。また、この例では、各モードの第１ピッチＬ１は、画素を構成するサブ画素の第１方向の数が３の場合（ｓ＝３の場合）、第３ピッチｐｐの５／ｓ倍以上の値であるので、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現しつつ水平視差を分離することが可能になる。

いま、第１基板１０１上に形成される電極の第１方向（水平方向）の間隔Ｄ１（単位はｐｐ）を０．４５、第２方向（垂直方向）の間隔Ｄ２（単位はｐｐ）を１．２７３５、傾き係数ｎを２．７５に設計した液晶ＧＲＩＮレンズアレイ（光線制御部１０）を表示部１に重ねた構成を想定する。電極に印加する電圧を調整することで、ｎ＝２．７５のまま、第１ピッチＬ１＝１．８（＝Ｄ１×４）、第２ピッチＬ２（視差数Ｎ）＝４．９５の組み合わせ（図１４に示すＥ１）と、第１ピッチＬ１＝３．１５（＝Ｄ１×７）、第２ピッチＬ２＝８．６６の組み合わせ（図１４に示すＥ２）の２条件、すなわち、４．９５視差と８．６６視差の切り替え表示を実現したところ、いずれの条件においても等方性が優れていた。

また、例えば図１５に示すように、２．３≦ｎ≦５．０、および、２．３３＜Ｌ１≦４．３の設計条件では、２．３≦ｎ≦５．０の範囲内の何れかの値（ｎ＝一定）に対応する、Ｌ１とＬ２との関係を示す直線上の点のうち、評価値が３．５以下（例えば３．４以下でもよいし、３．３以下でもよい）となるＬ１とＬ２の組み合わせに対応する任意の２点を、第１モードおよび第２モードの各々における第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせとして選択することができる。また、この例では、各モードの第１ピッチＬ１は、画素を構成するサブ画素の第１方向の数が３の場合（ｓ＝３の場合）、第３ピッチｐｐの７／ｓ倍以上の値に設定されるので、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現しつつ連続的な運動視差の提供も可能になる。

いま、第１方向の電極間隔Ｄ１を１．３５、第２方向の電極間隔Ｄ２を４．５９、傾き係数ｎを３．４に設計した液晶ＧＲＩＮレンズアレイ（光線制御部１０）を表示部１に重ねた構成を想定する。電極に印加する電圧を調整することで、ｎ＝３．４のまま、第１ピッチＬ１＝２．７（＝Ｄ１×２）、第２ピッチＬ２（視差数Ｎ）＝９．１８の組み合わせ（図１５に示すＦ１）と、第１ピッチＬ１＝４．０５（＝Ｄ１×３）、第２ピッチＬ２＝１３．７７の組み合わせ（図１５に示すＦ２）の２条件、すなわち、９．１８視差と１３．７７視差の切り替え表示を実現したところ、いずれの条件においても等方性が優れていた。

また、例えば図１６に示すように、３．０≦ｎ≦６．８、および、３．３≦Ｌ１≦５．３の設計条件では、３．０≦ｎ≦６．８の範囲内の何れかの値（ｎ＝一定）に対応する、Ｌ１とＬ２との関係を示す直線上の点のうち、評価値が３．５以下（例えば３．４以下でもよいし、３．３以下でもよい）となるＬ１とＬ２の組み合わせに対応する任意の２点を、第１モードおよび第２モードの各々における第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせとして選択することができる。また、この例では、各モードの第１ピッチＬ１は、画素を構成するサブ画素の第１方向の数が３の場合（ｓ＝３の場合）、第３ピッチｐｐの７／ｓ倍以上の値に設定されるので、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現しつつ連続的な運動視差の提供も可能になる。

また、例えば図１７に示すように、３．０≦ｎ≦５．０、および、１．３≦Ｌ１≦５．２の設計条件では、３．０≦ｎ≦５．０の範囲内の何れかの値（ｎ＝一定）に対応する、Ｌ１とＬ２との関係を示す直線上の点のうち、評価値が３．５以下（例えば３．４以下でもよいし、３．３以下でもよい）となるＬ１とＬ２の組み合わせに対応する任意の２点を、第１モードおよび第２モードの各々における第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせとして選択することができる。これにより、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現することができる。

いま、第１方向の電極間隔Ｄ１を０．４４、第２方向の電極間隔Ｄ２を１．８６、傾き係数ｎを４．２に設計した液晶ＧＲＩＮレンズアレイ（光線制御部１０）を表示部１に重ねた構成を想定する。電極に印加する電圧を調整することで、ｎ＝４．２のまま、第１ピッチＬ１＝１．３３（＝Ｄ１×３）、第２ピッチＬ２（視差数Ｎ）＝５．６０の組み合わせ（図１７に示すＧ１）と、第１ピッチＬ１＝３．１１（＝Ｄ１×７）、第２ピッチＬ２＝１３．０７の組み合わせ（図１７に示すＧ２）の２条件、すなわち、５．６０視差と１３．０７視差の切り替え表示を実現したところ、いずれの条件においても等方性が優れていた。

また、例えば図１８に示すように、３．０≦ｎ≦６．８、および、１．３≦Ｌ１≦４．３の設計条件では、３．０≦ｎ≦６．８の範囲内の何れかの値（ｎ＝一定）に対応する、Ｌ１とＬ２との関係を示す直線上の点のうち、評価値が３．５以下（例えば３．４以下でもよいし、３．３以下でもよい）となるＬ１とＬ２の組み合わせに対応する任意の２点を、第１モードおよび第２モードの各々における第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせとして選択することができる。これにより、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現することができる。

いま、第１方向の電極間隔Ｄ１を１．３５、第２方向の電極間隔Ｄ２を７．０２、傾き係数ｎを５．２に設計した液晶ＧＲＩＮレンズアレイ（光線制御部１０）を表示部１に重ねた構成を想定する。電極に印加する電圧を調整することで、ｎ＝５．２のまま、第１ピッチＬ１＝１．３５（＝Ｄ１×１）、第２ピッチＬ２（視差数Ｎ）＝７．０２の組み合わせ（図１８に示すＨ１）と、第１ピッチＬ１＝４．０５（＝Ｄ１×３）と第２ピッチＬ２＝２１．０６の組み合わせ（図１８に示すＨ２）の２条件、すなわち、７．０２視差と２１．０６視差の切り替え表示を実現したところ、いずれの条件においても等方性が優れていた。

また、例えば図１９に示すように、５．０≦ｎ≦８．０、および、１．３≦Ｌ１≦２．７の設計条件では、５．０≦ｎ≦８．０の範囲内の何れかの値（ｎ＝一定）に対応する、Ｌ１とＬ２との関係を示す直線上の点のうち、評価値が３．５以下（例えば３．４以下でもよいし、３．３以下でもよい）となるＬ１とＬ２の組み合わせに対応する任意の２点を、第１モードおよび第２モードの各々における第１ピッチＬ１と第２ピッチＬ２の組み合わせとして選択することができる。これにより、何れのモードにおいても等方性に優れた色配列を実現することができる。

以上に説明したように、第２実施形態の画像表示装置は、表示部と、光線制御素子と、電圧制御部とを備える。光線制御素子は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層と、屈折率変調層に電圧を印加するのに用いられる複数の電極とを有し、表示部と対向して配置される。上述の実施形態では、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化する屈折率変調層として、液晶層１０７を用いた例について説明したが、これに限らず、例えば複屈折性のポリマーなどを屈折率変調層として用いることもできる。要するに、屈折率変調層は、印加される電圧に応じて屈折率分布が変化するものであればよい。

電圧制御部は、第１モードの場合は、第２方向に対して９０度以下の角度θで傾けられた方向に延びる第１レンズとして作用する第１屈折率分布が第１方向に周期的に分布するように、電極に印加する電圧を制御する。また、電圧制御部は、第１モードよりも視差数が多い第２モードの場合は、第２方向に対して９０度以下の角度θで傾けられた方向に延びるとともに第１レンズよりも第１方向のレンズピッチが大きい第２レンズとして作用する第２屈折率分布が第１方向に周期的に分布するように、電極に印加する電圧を制御する。

そして、第１モードおよび第２モードの各々において、当該モードで形成されるレンズの第１方向のピッチと第２方向のピッチは、当該モードで形成されるレンズ越しに観察される、最近傍の同色を有するサブ画素を結ぶ三角形が正三角形に近くなる値であればよい。これにより、第１モードおよび第２モードの各々において、等方性に優れた色配列を実現できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 表示部
２ 光線制御素子
３ 光線制御部
４ 画素
５ サブ画素
１０ 光線制御部
３０ 電圧制御部
４０ 表示制御部
１００ 画像表示装置
１０１ 第１基板
１０２ 第２基板
１０３ 第１電極
１０４ 第２電極
１０６ 対向電極
１０７ 液晶層
１１０ 第１レンズ
１１１ 第２レンズ
２００ 画像表示装置
Ｌ１ 第１ピッチ
Ｌ２ 第２ピッチ

Claims (6)

1. それぞれが異なる色の複数のサブ画素を有する画素が、第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向とに沿ってマトリクス状に配列され、互いに視差を有する複数の視差画像を表示する表示部と、
   前記表示部と対向して配置され、前記第２方向に対して９０度よりも小さい角度で傾けられた方向に延び、前記第１方向に第１ピッチ、前記第２方向に第２ピッチの光線制御素子が、周期的に配列され、前記表示部からの光線の方向を制御可能な光線制御部と、を備え、
   前記画素の前記第１方向および前記第２方向の各々のピッチは等しく、
   前記第１ピッチおよび前記第２ピッチは、前記光線制御素子越しに観察される、最近傍の同色を有する前記サブ画素を結ぶ三角形の外周の長さを示す外周値を、視差数の１／２乗で除算した値である評価値が３．５以下になる値であり、かつ、前記第１ピッチは、前記画素が有する前記サブ画素の前記第１方向に沿った数をｓとしたときに、各前記画素の前記第１方向および前記第２方向の各々のピッチを示す第３ピッチの５／ｓ倍以上の値であり、
   前記外周値は、前記第３ピッチを１として定義される値である、
   画像表示装置。
2. 前記第１ピッチおよび前記第２ピッチは、前記第２ピッチと前記第１ピッチとの比の値で表され、前記光線制御素子の傾きを示す傾き係数と、整数１ないし３の各々との乗算結果が非整数になる値である、
   請求項１の画像表示装置。
3. 前記第１ピッチおよび前記第２ピッチは、前記評価値が３．４以下になる値である、
   請求項１の画像表示装置。
4. 前記第１ピッチおよび前記第２ピッチは、前記評価値が３．３以下になる値である、
   請求項１の画像表示装置。
5. 前記第１ピッチおよび前記第２ピッチは、前記評価値が３．２５以下になる値である、
   請求項１の画像表示装置。
6. 前記第１ピッチは、前記第３ピッチの７／ｓ倍以上の値である、
   請求項１の画像表示装置。

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