JP6755809B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は３次元画像を表示する表示装置に関する。

従来の３次元表示装置では、左眼用画像と右眼用画像が観察者の左右の眼に入射することにより、観察者に３次元画像を認識させる。

特表2014-515569号公報

従来の３次元表示装置では、左眼用画像と右眼用画像が左右の眼にそれぞれ入射するためには、観察者が所定位置に居る必要がある。観察者が所定位置以外に居る場合、右眼用画像の少なくとも一部が左眼に、左眼用画像の少なくとも一部が右眼に入射するので、観察者からは観察する画質が低下することがある。

本発明の目的は観察者が所定位置以外に居る場合においても高品位な画像を表示する表示装置を提供することである。

実施形態によれば、表示装置は、 右眼用画像と左眼用画像を表示する表示部を具備する。表示部の解像度は１インチ当たりＰ画素以上である。表示部で表示される右眼用画像と左眼用画像の画素ずれは０．０２１×Ｐ画素以下であり、１画素以上である。表示部の解像度は３００ｐｐｉ以上である。

図１は、パララックスバリア方式の３次元表示の一例を示す。 図２は、レンチキュラーレンズ方式の３次元表示の一例を示す。 図３は、画素密度と実物感の関係の一例を示すグラフである。 図４は、右眼用画像と左眼用画像の画素ずれを説明する。 図５は、実施形態の表示装置に使われるプリズム型フィルタの一例を示す。 図６は、図５のプリズム型フィルタを備える表示パネルの各ラインへ画像信号を供給する態様の例を説明する。 図７は、実施形態の表示装置に使われるプリズム型フィルタの他の例を示す。 図８は、図６のプリズム型フィルタの設計の一例を説明する。 図９は、図６のプリズム型フィルタの設計の一例を説明する。 図１０は、実施形態の表示装置に使われるプリズム型フィルタのさらに他の例を示す。 図１１は、実施形態の表示装置のサブ画素配列の一例とプリズム型フィルタの一例を示す。 図１２は、実施形態の表示装置の基本的な構成を示すブロック図である。 図１３は、実施形態の表示装置の具体的な構成を示すブロック図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、表示装置の例として液晶表示装置を説明するが、実施形態は液晶表示装置に限定されるものではなく、有機ＥＬ表示装置、電界放出表示装置（ＦＥＤ）等、その他の表示装置であってもよい。また、実施形態に係る表示装置は、特定の製品の表示装置に限らず、種々の製品に応用することができる。応用例は無限にあるが、いくつかの応用例を説明する。

応用例の一つは、自動車用の表示装置である。自動車は、運転席前方のダッシュボードに取り付けられたインストルメントパネルや、通常は運転席と助手席の中間の前方に設けられるカーナビゲーション用の表示パネルを含み、実施形態の表示装置はこれらのパネルに応用可能である。インストルメントパネルは、スピードメーター、タコメーター、ウォーニングランプ等のメーター類やアラーム（運転アシスト、自動運転の場合等）を表示する。さらに、インストルメントパネルは、画面の空いている部分を使って簡易的なカーナビゲーション画像（例えば、右折あるいは左折する曲がり角のみのナビゲーション等）を表示することもできる。さらに、カーナビゲーション用の表示パネルは、後方確認モニタとしても使用可能である。これらの表示部に３次元画像を表示すると、メーター類、アラームやナビゲーション画面の視認性が向上し、安全運転につながることが期待される。運転者のみならず、助手席の搭乗者も３次元画像を認識すると、運転者の見落とし等を補うことができる。なお、自動車に限らず、オートバイ、電車、飛行機、船舶等の移動体全般のインストルメントパネル等に応用可能である。

他の応用例は、医療用の表示装置である。内視鏡診断や開腹手術の際、体内あるいは患部を撮影し、撮影画像を複数の医師が見ながら、診断、手術を行っている。このような画像が３次元画像であると、微細な患部の前後関係が明確になり、内視鏡の操作や手術の効率が向上することが期待される。

さらなる応用例は、ゲーム機等のアミューズメント用の表示装置等がある。

［３次元画像］
実施形態の表示装置の具体例を説明する前に、３次元画像について説明する。３次元画像の表示方式として、パララックスバリア方式やレンチキュラー方式がある。いずれの方式でも、右眼からの視野の画像、すなわち右眼用画像及び左眼からの視野の画像、すなわち左眼用画像が撮影され、それらを交互あるいは同時に表示することにより、右眼用画像及び左眼用画像が右眼及び左眼にそれぞれ入射し、観察者に３次元画像を認識させるものである。

パララックスバリア方式では、図１に示すように、パララックスバリア１４が表示パネル１２と観察者１６の間で表示パネル１２と平行に配置される。パララックスバリア１４には、複数の細かいスリットが表示画面の縦方向に沿って設けられる。スリットは視差方向と交差する方向、好ましくは垂直方向である。観察者１６はパララックスバリア１４のスリットを介して表示パネル１２の表示画像を観察する。３次元画像を表示するための右眼用画像及び左眼用画像はそれぞれ縦（垂直方向）に分割され、縦長の短冊状の右眼用画像Ｉ_Ｒ、左眼用画像Ｉ_Ｌが生成される。表示パネル１２では、短冊状の右眼用画像、左眼用画像が交互に並べられてなる１枚の画像が表示される。スリットの周期は、観察者１６から見て短冊状の画像Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｒの周期と同じであり、スリットの開口幅は、観察者１６から見て短冊状の右眼用画像Ｉ_Ｒ、左眼用画像Ｉ_Ｌの幅と同じに見えるように設定されている。パララックスバリア１４と表示パネル１２との距離、パララックスバリア１４と観察者１６との距離は、表示パネル１２で表示される右眼用画像Ｉ_Ｒのみが観察者１６の右眼に入射し、左眼用画像Ｉ_Ｌのみが観察者１６の左眼に入射するように設計されている。このため、観察者１６が表示パネル１２の正面で、表示パネル１２から所定距離だけ離れた所定位置に居る場合は、図１（ａ）に示すように、右眼用画像Ｉ_Ｒと左眼用画像Ｉ_Ｌのみが観察者１６の右眼と左眼にそれぞれ入射し、観察者１６は、右眼の網膜に写った右眼用画像Ｉ_Ｒと、左眼の網膜に写った左眼用画像Ｉ_Ｌの違いである両眼網膜像差（disparity）を脳内で処理することにより、奥行きを認識し、３次元画像を認識することができる。両眼網膜像差は両眼視差と呼ばれることもある。なお、両眼視差は、対象と眼球位置で決まり視線方向によらないパララックス(parallax)を指す場合もあるが、本明細書では、両眼網膜像差を両眼視差と称する。

観察者１６の位置が所定位置からずれた、例えば図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）の位置から表示パネル１２に平行で横方向にシフトした場合、右眼用画像Ｉ_Ｒの一部と左眼用画像Ｉ_Ｌの一部が観察者１６の右眼に入射し、右眼用画像Ｉ_Ｒの残りの一部と左眼用画像Ｉ_Ｌの残りの一部が観察者１６の左眼に入射する。このため、観察者１６は、ぼやけている、あるいはぶれている２次元画像を認識するが、３次元画像を認識することができない。このように、右眼用画像Ｉ_Ｒの少なくとも一部が左眼に入射する、又は左眼用画像Ｉ_Ｌの少なくとも一部が右眼に入射することをクロストークと呼ぶ。このクロストークの割合が大きい程、３次元表示の表示品質が低下する。言い換えると、所定位置に居る観察者は３次元画像を認識できるが、同じ画面を見ている助手席の搭乗者、他の医師等は３次元画像を認識できず、ぼやけている、あるいはぶれている２次元画像しか認識できない。

さらに、観察者１６の位置がずれ、クロストークが増加すると、例えば図１（ｃ）に示すように、図１（ａ）の状態とは反対に、右眼用画像Ｉ_Ｒのみが観察者１６の左眼に入射し、左眼用画像Ｉ_Ｌのみが観察者１６の右眼に入射する。この場合は、視線の異なる画像を左右の眼で観察するので、３次元的に見えるが、２つの物体の前後関係が逆になり、いわゆる逆視となる。なお、観察者の位置ずれは、表示パネル１２に平行なシフトに限らず、表示パネル１２に交差する方向の移動や斜め方向の移動も含む。

レンチキュラー方式では、図２に示すように、パララックスバリアの代わりに、レンチキュラーレンズとよばれる縦方向に延びる半円筒型のレンズ１８を横に並べたものが表示パネル１２の表面に設置される。１つのレンチキュラーレンズ１８は１対の短冊状の右眼用画像Ｉ_Ｒ、左眼用画像Ｉ_Ｌを表示する垂直方向の画素列（カラム）に対応して設けられる。レンチキュラーレンズ１８の焦点位置は表示パネル１２の画像表示面である。レンチキュラーレンズ１８の光出射方向は、表示パネル１２で表示される右眼用画像Ｉ_Ｒのみが観察者１６の右眼に入射し、左眼用画像Ｉ_Ｌのみが観察者１６の左眼に入射するように設計される。このため、観察者１６が表示パネル１２の正面で、表示パネル１２から所定距離だけ離れた所定位置に居る場合は、図２（ａ）に示すように、右眼用画像Ｉ_Ｒと左眼用画像Ｉ_Ｌのみが観察者１６の右眼と左眼にそれぞれ入射し、観察者１６は、視野が異なる右眼用画像Ｉ_Ｒと左眼用画像Ｉ_Ｌとに基づいて３次元画像を認識することができる。

観察者１６の位置が所定位置からずれた、例えば図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）の位置から表示パネル１２に平行で横方向にシフトした場合、右眼用画像Ｉ_Ｒの一部と左眼用画像Ｉ_Ｌの一部が観察者１６の右眼に入射し、右眼用画像Ｉ_Ｒの残りの一部と左眼用画像Ｉ_Ｌの残りの一部が観察者１６の左眼に入射する。このため、観察者１６は、ぼやけている、あるいはぶれている２次元画像を認識するが、３次元画像を認識することができない。

さらに、観察者１６の位置がずれ、クロストークが増加した場合、例えば図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）の状態とは反対に、右眼用画像Ｉ_Ｒのみが観察者１６の左眼に入射し、左眼用画像Ｉ_Ｌのみが観察者１６の右眼に入射し、逆視となる。なお、観察者の位置すれは、表示パネル１２に平行なシフトに限らず、表示パネル１２に交差する方向の移動や斜め方向の移動も含む。

［絵画的手掛り］
人間が画像の奥行きを認識でき、３次元画像を認識できる要因は、両眼視差だけではない。一般には、(1)両眼視差、(2)運動視差（遠くのものはゆっくり動き、近くのものは早く動くことを利用する）、(3)絵画的手掛り（陰影、遠近法、大きさの比、実物感等）が総合的に作用して３次元画像として認識することが知られている。そのため、運動視差または絵画的手掛りがあれば、両眼視差が僅かであっても、３次元画像を認識可能である。本実施形態は、両眼視差が僅かな右眼用画像と左眼用画像及び絵画的手掛りを用いて３次元画像認識を可能とするものである。

図１（ｂ）や図２（ｂ）に示すように、観察者１６が所定位置からずれた場合、観察者は、３次元画像ではなく、２枚の右眼用画像と左眼用画像を認識する。右眼用画像と左眼用画像の両眼視差が僅かであれば、観察者は、図１（ｂ）や図２（ｂ）の場合に比べて、ぼやけが目立たない２次元画像を認識する。また、絵画的手掛りがあれば、図１（ｃ）や図２（ｃ）に示すように、観察者１６の位置が大きくずれて、右眼用画像Ｉ_Ｒのみが観察者１６の左眼に入射し、左眼用画像Ｉ_Ｌのみが観察者１６の右眼に入射しても、観察者は、前後関係を逆に認識（逆視）することなく、ぼやけていない、あるいはぶれていない２次元画像を観察者が認識することができる。また逆視は、両眼視差が少ないほど起こりにくくなる。

絵画的手掛りの例を説明する。ここでは、一例として、実物感を説明する。実物感とは、視覚の心理物理的な効果の１つであり、実物を見ているような感じの度合いである。実物感は映像パラメータの１つである空間解像度（あるいは画素密度）に関係することが知られている。空間解像度が高くなると、実物と映像が区別できなくなる。空間解像度は、水平方向の視野角１度当たりに見ることができる白黒２画素を一組とした組の数であり、cycles per degree：ｃｐｄで定義される。視力１．０の人が画素構造を検知できる画素密度の上限は３０ｃｐｄ（視野１度当たり６０画素）である。図３に示すように、２６ｃｐｄ，３０ｃｐｄ，４０ｃｐｄ，５０ｃｐｄ，８０ｃｐｄ，１５５ｃｐｄの６種類の画素密度の映像とその被写体（実物）の対を多数の評価者に提示し、どちらが本物に近く見えるかを多数の評価者に評価してもらった実験結果（平均値）が知られている。図３はＮＨＫ技研 Ｒ＆Ｄ Ｎｏ．１３７／２０１３．１の図２である。

この結果から、いずれの物体でも、画素密度が３０ｃｐｄ以上になると実物感が向上し、画素密度が６０ｃｐｄ以上になると実物感は略飽和することが分かる。このため、立体値を可能とする絵画的手掛りに相当する実物感を得るためには、表示装置の画素密度は６０ｃｐｄ以上とする必要があることが分かる。

画素密度は観察者の特性であるので、これを表示装置の特性である解像度（pixels per inch：ｐｐｉ）に変換する。車載用、医療用等の表示装置を考えると、表示画面までの視距離は約６０ｃｍである。６０ｃｍの視距離で６０ｃｐｄ以上の画素密度を達成するための表示装置の解像度（ｐｐｉ）の下限は以下により求められる。

６０ｃｍの視距離で６０ｃｐｄに必要な１画素の幅は、観察者１６を中心とする半径６０ｃｍの円周上での距離であり、三角関数を用いて以下のように求められる。

１画素の幅＝[ｔａｎ(1/60cpd) ｘ 60cm/ 2 ]ｃｍ
画素幅の逆数から１ｃｍ当たりの画素数が求められる。

１ｃｍ当たりの画素数＝１／[tan(1/60cpd) x 60cm / 2]
１inchは2.54ｃｍなので、１インチ当たりの画素数（ｐｐｉ）は次のように求められる。

１ｃｍ当たりの画素数＝１／[tan(1/60cpd) x 60cm / 2]ｘ２．５４≒２９１．０
このため、実施形態では、６０ｃｍの視距離で６０ｃｐｄ以上の画素密度を達成するために、表示装置の解像度は３００ｐｐｉ以上とする。なお、実物感が得られる解像度は、視距離によって変化する。観察者と表示装置が近く、視距離が小さい場合、実物感を得るために必要な解像度は大きくなり、反対に、観察者と表示装置が遠く、視距離が大きい場合、実物感を得るために必要な解像度は小さくなる。解像度はカラー画像の場合、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のサブ画素それぞれの解像度ではなく、複数のサブ画素を含む画素の解像度である。

［両眼視差］
次に、絵画的手掛り（実物感）とともに３次元画像認識の要因となる両眼視差を図４を参照して説明する。観察者が、両眼で１つの物体Ａを注視している場合、物体Ａの像は両眼の網膜の中心で作成される。この時、物体Ａより遠方の物体Ｂ（あるいは、図示していないが、より近接した物体）の像は両眼の網膜上で異なる位置に作成される。この網膜上の位置の差（画像の画素ずれとも称する）が両眼視差であり、奥行きの手がかりとなる。

前述したように３００ｐｐｉ以上の解像度になると実物感が向上するため、３次元画像として視認できる要素としての絵画的手がかりが向上する。このため、両眼視差δをより小さくしても、３次元画像として視認できることが実験してわかった。具体的には、６０ｃｍの視距離で３００ｐｐｉとした場合、両眼視差δは４．３ａｒｃ ｍｉｎ以下でも観察者は３次元画像を認識可能である。更に３ａｒｃ ｍｉｎ以下であれば、逆視の問題も起こらず３次元画像を認識することが可能である。６０ｃｍの視距離で解像度が３００ｐｐｉで両眼視差δが４．３ａｒｃ ｍｉｎ以下の場合、クロストークが生じても画質の低下は認識されず、通常の２次元画像として認識される。さらに３ａｒｃ ｍｉｎ以下にすることにより逆視の発生を防止でき、逆視の位置から観察しても良好な２次元画像が認識される。このため、実施形態の表示装置を車載用に適用した場合、運転席からは３次元画像、助手席からはぼやけていない、あるいはぶれていない良好な２次元画像が認識される。なお、パララックスバリアあるいはレンチキュラーレンズの配置を変えるともに、右眼用画像と左眼用画像を変えることにより、上とは逆に助手席からは３次元画像、運転席からはぼやけていない、あるいはぶれていない良好な２次元画像が認識されるようにすることもできる、実施形態の表示装置を医療用に適用した場合は、メインの観察者からは３次元画像、その他の観察者からは良好な２次元画像を認識される。この場合、表示装置に対するメインの観察者の位置は表示装置の正面に限らず、側面にずれた所定の位置でもよい。実施形態は、３次元画像を認識する観察者の位置を自由に設定することができ、それ以外の位置に居る観察者はぼやけていない、あるいはぶれていない良好な２次元画像を認識することができる。

δ＝３ａｒｃ ｍｉｎの場合、画面上の左眼用画像と右眼用画像のずれ幅ｄｉｓｐは次のようになる。

ｄｉｓｐ＝Ｅ−ｔａｎ［ａｒｃｔａｎ（Ｅ／２Ｄ）−δ／２］ｘ２Ｄ
＝０．０００８７４ｘＤ（ｍ）
Ｄ＝０．６ｍとすると、ｄｉｓｐ＝０．０００８７４ｘ０．６（ｍ）である。

解像度が３００ｐｐｉの表示装置の画面上で１画素の長さは２．５４／３００＝０．０８４６７（ｍｍ）である。従って、３００ｐｐｉの解像度の表示装置を用いた場合、３次元画像を認識可能とするためには、画面上での画像の画素ずれは（ｄｉｓｐ／０．０８４６７）ｘ１０００≒６．１９（画素）であることが分かる。３次元画像を認識可能な画素ずれは、解像度に応じて変化し、解像度を高くすると、大きくなる。そのため、３００ｐｐｉの解像度の表示装置を用いた場合、３次元画像を認識可能とする画面上での画像の画素ずれは、６．１９画素である。また解像度が３００ｐｐｉ以上になると、３次元画像を認識可能とする画素ずれは解像度に比例して６．１９画素以上になる。

実施形態では、６０ｃｍの視距離で実物感が得られる解像度が３００ｐｐｉの表示装置を用いて、表示画面上での画素ずれが６．１９画素より大きい６．３画素（＝０．０２１×３００）の左眼用画像と右眼用画像を表示することにより、３次元画像を認識可能とする。実施形態は、適切な場所では、３次元画像として認識することができ、そうでない場所でも違和感のない２次元画像として認識することができるため、特にメガネを使用しない裸眼立体ディスプレイに有効である。実施形態によれば、表示部の解像度は１インチ当たりＰ画素以上であり、表示部で表示される右眼用画像と左眼用画像の画素ずれは、０．０２１×Ｐ画素以下である。一方、立体として認知できる下限は２ａｒｃ ｓｅｃと言われている。このことから画素ずれの下限は０．０００２３ｘＰ画素となる。よって３００ｐｐｉの場合の画素ずれの下限は、０．０７以上（０．０００２３＊３００画素）と計算され、切り上げて１画素が下限となる。

［プリズム型フィルタ］
上述の説明では、右眼用画像が右眼に、左眼用画像が左眼に入射するための光学素子としてレンチュキラーレンズ（図２）、パララックスバリア（図３）を用いたが、これらの光学素子の変形例を説明する。例えば、１画素を構成する複数の色成分のサブ画素、例えばＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎にプリズムを配置したプリズム型フィルタを用いても、右眼用画像が右眼に、左眼用画像が左眼に入射することができる。

図５（ａ）は、表示部の１水平ライン毎に光出射方向が異なるプリズム２４ａ、２４ｂを配置した例を示す。図５（ａ）は２水平ラインしか示さないが、これらの２ラインのプリズム２４ａ、２４ｂが繰り返し配置される。例えば、表示パネル２２の奇数行のラインには、図５（ｂ）に示すような光が右眼方向に出射するプリズム型フィルタ２４ａが取り付けられ、表示パネル２２の偶数行のラインには図５（ｃ）に示すような光が左眼方向に出射するプリズム型フィルタ２４ｂが取り付けられる。プリズム型フィルタ２４ａの多数のプリズムからなり、多数のプリズムがＲ、Ｇ、Ｂの各サブ画素に対応して配置される。上述したパララックスバリア（のスリット）やレンチュキラーレンズは縦方向に配置されるので、右眼用画像及び左眼用画像はそれぞれ縦（垂直方向）に分割され、縦長の短冊状の右眼用画像Ｉ_Ｒ、左眼用画像Ｉ_Ｌが横（水平方向）に交互に並べられ１枚の画像が表示されるが、図５のようなプリズム２４ａ、２４ｂを用いる場合は、右眼用画像及び左眼用画像はそれぞれ横（水平方向）に分割され、横長の短冊状の右眼用画像、左眼用画像が縦（垂直方向）に交互に並べられ１枚の画像が表示される。

例えば、１画面の水平ラインがｎラインとすると、図６（ａ）に示すように、右眼用画像及び左眼用画像はそれぞれ横（水平方向）にｎ分割され、それぞれｎ本の水平な行の部分画像とされる。右眼用画像については奇数行の部分画像が表示パネル２２の奇数ラインＬ１，Ｌ３，…で表示され、偶数行の部分画像は表示されない。左眼用画像については偶数行の部分画像が表示パネル２２の偶数ラインＬ２，Ｌ４，…で表示され、奇数行の部分画像は表示されない。

あるいは、図６（ｂ）に示すように、右眼用画像及び左眼用画像はそれぞれ横（水平方向）に（ｎ／２）分割され、それぞれ（ｎ／２）本の水平な行の部分画像とされる。右眼用画像の第１行の部分画像が表示パネル２２の第１番目の水平ラインＬ１で表示され、左眼用画像の第１行の部分画像が表示パネル２２の第２番目の水平ラインＬ２で表示される。以下、同様に、右眼用画像の第２行の部分画像が表示パネル２２の第３番目の水平ラインＬ３で表示され、左眼用画像の第２行の部分画像が表示パネル２２の第４番目の水平ラインＬ４で表示される。

これにより、表示パネル２２で表示される右眼用画像、左眼用画像は、プリズム型フィルタ２４ａ、２４ｂにより光出射方向が制御されるので、右眼、左眼にそれぞれ入射し、観察者は３次元画像を認識可能である。

プリズム型フィルタを用いる第２例を図７に示す。ここでは、水平１ライン毎ではなく、図７（ａ）に示すように、１垂直カラム毎に光出射方向が異なるように構成されたプリズム型フィルタ３４が表示パネル３２に取り付けられる。１垂直カラムは１画素に相当し、１画素は複数の色成分のサブ画素からなる。例えば、プリズム型フィルタ３４は、奇数カラムでは右眼方向に光を出射し、偶数カラムでは左眼方向に光を出射するように構成される。図７（ｂ）は表示パネル３２の１水平ラインの断面図である。図５の場合と同様に表示パネル３２では、１画素はＲ、Ｇ、Ｂの３サブ画素からなる。

図５に示す例では、右眼用画像と左眼用画像を水平方向に分割し、水平な行の部分画像が生成され、表示行毎に右眼用部分画像と左眼用部分画像が選択的に表示されるが、図７に示す例では、右眼用画像と左眼用画像を垂直方向に分割し、垂直な列の部分画像が生成され、カラム毎に右眼用部分画像と左眼用部分画像が選択的に表示される。

フィルタの材料である樹脂あるいはガラスの屈折率ｎは光の波長により異なるので、プリズムは１画素毎ではなく、図７（ｂ）に示すように、３サブ画素毎に設け、プリズムの形状を屈折率に応じて変える。図７（ａ）では、便宜上、１画素（３サブ画素）に対応するプリズム型フィルタ３４は同じ形状として図示したが、実際には、図７（ｂ）に示すように、サブ画素毎にプリズム型フィルタ３４の形状が異なる。もし、Ｒ、Ｇ、Ｂの３サブ画素のプリズムの形状が同一であると、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の出射角度が異なり、観察者に入射する光を発する画素の位置がずれることになり、画質が劣化する。実施形態のように、屈折率に応じてサブ画素毎にプリズム型フィルタ３４の形状を設計すれば、これを補償することができる。図５のプリズム型フィルタ２４ａ、２４ｂもサブ画素毎に形状を設計することができる。

図８を参照して、図５、図７のＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎のプリズム型フィルタ２４ａ、２４ｂ、３４の屈折面角度（光を出射する屈折面と表示パネル３２のなす角度）φ_Ｒ、φ_Ｇ、φ_Ｂの求め方を説明する。図８（ａ）は左眼方向に光を出射する偶数カラムのプリズム型フィルタを示し、図８（ｂ）は右眼方向に光を出射する奇数カラムのプリズム型フィルタを示す。プリズム型フィルタ２４ａ、２４ｂ、３４は樹脂、例えばポリメタクリル酸メチル樹脂からなる。ポリメタクリル酸メチル樹脂のＲ、Ｇ、Ｂの光に対する屈折率をそれぞれｎ_Ｒ、ｎ_Ｇ、ｎ_Ｂとすると、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の光出射角度θ_Ｔは次のように表される。

ａｒｃｓｉｎ（ｎ_Ｃｓｉｎ（φ_Ｃ））−φ_Ｃ＝θ_Ｔ
屈折率ｎ_Ｃは光の波長毎の屈折率ｎ_Ｒ、ｎ_Ｇ、ｎ_Ｂからなり、ｎ_Ｒ＝１．４８８０、ｎ_Ｇ＝１．４９１３、ｎ_Ｂ＝１．４９７４である。屈折面角度φ_Ｃはφ_Ｒ、φ_Ｇ、φ_Ｂからなる。光出射角度θ_Ｔはθ_ＴＬ、θ_ＴＲ（それぞれ色毎に異なる）からなる。

これにより、ポリメタクリル酸メチル樹脂の屈折率ｎ_Ｃ、光出射角度θ_Ｔが決まると、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎のプリズムの屈折面角度φ_Ｒ、φ_Ｇ、φ_Ｂが求められる。これらの屈折面角度は、それぞれ波長λ_Ｒ＝６５５ｎｍ、λ_Ｇ＝５９０ｎｍ、λ_Ｂ＝４８５ｎｍの時のものである。

図９は、５５インチ（画面の水平寸法：１．２１８ｍ）のディスプレイを６０ｃｍの視距離で観察する場合の光出射角度θ_Ｔを示す。ディスプレイに６０ｃｍまで近づくことができ、周りからは８０°の角度まで見えることを想定すると、出射角度θの重心は、８０°と−４５．４°の平均である１７．３°である。

図５と図７のプリズム型フィルタは３次元画像の認識に関しては同じ効果を奏するが、製造のし易さを比べると、垂直方向に形状が揃っている図７のプリズム型フィルタの方が金型の加工が多少容易であるので、製造コストが低い。

波長毎の屈折率を考慮しないで、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素のプリズムの屈折面角度を同一とすると、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の出射角度にずれが生じ、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分画像間で観察者の網膜に届く光を発する画素の位置がずれる。このずれ量をポリメタクリル酸メチル樹脂を使ったプリズムで試算すると、例えば、屈折面角度φ＝１５．７°の時、ＲとＢの出射角度の差でおよそ０．１５９３１５°である。そのため、６０ｃｍの視距離で２０インチのＨＤディスプレイ（画面の水平寸法：４４．３ｃｍ）を観視した場合、表示画面上で７．２画素のずれとなり、画質が劣化する。プリズムに用いる樹脂を低波長分散（波長毎の屈折率の違いが少ない）の材料を選べば上記のずれを小さく、あるいは無くすこともできるが、こうした材料はコストが上がる。図８、図９に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎に屈折面角度φを最適化し、Ｒ、Ｇ、Ｂの光の出射角度θ_ＴＬ、θ_ＴＲを調整すると、低コストの樹脂を用いたプリズムであっても、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分画像間で観察者の網膜に届く光を発する画素の位置を同一にすることができる。

［サブ画素配列］
上述したように、表示装置の１画素は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３サブ画素からなり、通常は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３サブ画素（あるいはカラーフィルタ）が周期的に配列される。Ｒ、Ｇ、Ｂに対応するプリズムの屈折面角度は異なり、Ｒに対応するプリズムの屈折面角度が最も大きく、Ｂに対応するプリズムの屈折面角度が最も小さい。そのため、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素がこの順番に周期的に配列されると、図１０（ａ）に示すように、プリズムの屈折面角度はサブ画素毎に凹凸を繰り返す。このようにサブ画素毎に凹凸があるプリズム型フィルタは製造がやや困難である。

サブ画素の配列を、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｂ、Ｇ、Ｒ（２画素）を１周期とし、これを繰り返すと、製造が容易になる。

例えば、図１０（ｂ）に示すように、サブ画素の配列を、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｂ、Ｇ、Ｒを１周期とし、これを繰り返し、さらにＲ、Ｇ、Ｂの連続する３サブ画素及びＢ、Ｇ、Ｒの連続する３サブ画素において屈折面が連続するようにＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素に対応するプリズムの厚さをそれぞれ所定量増加する。Ｂサブ画素に対応するプリズムを最も厚くし、Ｒサブ画素に対応するプリズムを最も薄くする。これにより、プリズム型フィルタ３４Ａの屈折面角度は１周期の前半のＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素については略一定となり、１周期の後半のＢ、Ｇ、Ｒのサブ画素についても略一定となる。このため、プリズムの屈折面形状が６サブ画素（２画素）単位で変動し、凹凸の周期が長いので、図１０（ａ）に比べて製造が容易である。図１０（ｂ）に示したプリズム型フィルタの斜視図は、図７（ａ）と同じである。

図１０（ｃ）は、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素に対応するプリズムの厚さは図１０（ａ）と同じであり、サブ画素の配列を、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｂ、Ｇ、Ｒを１周期とし、これを繰り返したものである。これにより、プリズム型フィルタ３４Ｂの屈折面形状が６サブ画素単位で変動するともに、各プリズムの厚さが略均一であるので、図１０（ａ）に比べて製造が容易である。

上述の説明は、表示パネル２２、３２の各水平ラインは画素毎にＲ、Ｇ、Ｂの３サブ画素からなり、サブ画素の配列はいくつかの変形例を含むが、全水平ラインは同じサブ画素配列であることを想定した。

図１１（ａ）は、表示パネル全体のサブ画素の配列例を示す。各水平ラインのサブ画素の配列は、図１０（ｂ）、（ｃ）と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｂ、Ｇ、Ｒの６サブ画素が１周期とされ、これが繰り返されている。例えば、第１ラインでは、隣接する２画素の中の左側の画素では、Ｒ、Ｇ、Ｂのサブ画素がこの順番に左から配列され、隣接する２画素の中の右側の画素では、Ｂ、Ｇ、Ｒのサブ画素が左からこの順番に配列される。隣接する第２ラインでは、サブ画素の配列が１サブ画素分シフトしている。すなわち、第１ラインのＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素からなる１画素の下に位置する第２ラインの１画素はＲ、Ｒ、Ｇのサブ画素からなり、第１ラインのＢ、Ｇ、Ｒのサブ画素からなる１画素の下に位置する第２ラインの１画素はＢ、Ｂ、Ｇのサブ画素からなる。このため、同色のサブ画素は右上から右下の斜めに配列される。

図１１（ｂ）は図１１（ａ）の表示装置に使用されるプリズム型フィルタ３４Ｃの一例を示す斜視図である。１水平ラインのプリズム型フィルタは図１０（ｂ）または図１０（ｃ）に示す構成であり、水平ライン毎に１サブ画素だけずれて取り付けられる。図１１（ｂ）は図１０（ｂ）に示す１水平ラインのプリズム型フィルタが使用される例であるが、図１０（ｃ）に示す１水平ラインのプリズム型フィルタが使用されてもよい。このように、サブ画素の配列をライン毎にシフトすると、縦の輪郭成分と出射光成分との干渉を避けることができ、画質が向上する。第１ラインに対する第２ラインのシフト方向は図１１と逆の方向でも良く、シフト量は１サブ画素ではなく複数のサブ画素でも良い。

なお、図５、図７、図１０のサブ画素の配列、すなわちカラーフィルタの配列は、表示画面上での画素ずれが６．１９画素である左眼用画像と右眼用画像を表示する解像度が３００ｐｐｉの表示装置に限らず、画素ずれの大きい左眼用画像と右眼用画像に基づいて３次元表示する解像度の低い一般的な表示装置にも適用可能である。

［回路構成］
図１２は、３次元画像表示装置の基本的な構成を示すブロック図である。表示装置は、画像記憶部９２と、制御部９４と、裸眼立体ディスプレイ９６とからなる。裸眼立体ディスプレイ９６は、図５、図７、図１０または図１１に示すように左眼用画像を左眼に、右眼用画像を右眼に入射するような光学系を有しており、６０ｃｍの視距離で観察されることが想定され、３００ｐｐｉ以上の解像度を有する液晶ディスプレイあるいは有機ＥＬディスプレイからなる。パソコンあるいはカメラからの右眼用画像と左眼用画像が表示装置に入力され、両画像は画像記憶部９２に記憶される。画像記憶部９２に記憶される右眼用画像と左眼用画像の例は、視差の少ない３次元カメラにより撮影された画像、あるいはパソコンのグラフィックスコントローラにより生成された３次元画像である。後者の例は、自動車のスピードメータ等の画像である。右眼用画像と左眼用画像の画素ずれは、表示部の解像度をＰとすると、表示画面上で０．０２１×Ｐ画素である。制御部９４は、図５、図７、図１０または図１１に示すように左眼用画像と右眼用画像が横（水平方向）に交互に並ぶように裸眼立体ディスプレイ９６の各画素を駆動する。

図１３は、３次元画像表示装置の具体例のブロック図である。表示装置は、液晶表示パネル１３０と回路基板１０６とを備えている。液晶表示パネル１３０は、アレイ基板と対向基板間に挟持された液晶層（図示せず）と、マトリクス状に配置された複数の画素からなる表示部ＤＹＰと、バックライト光源（図示せず）を備えている。

表示部ＤＹＰは、透明絶縁基板（図示せず）と、透明絶縁基板上において複数の表示画素のそれぞれに対応してマトリクス状に配置された画素電極と、画素電極ＰＥが配列する行に沿って配置された複数の走査線ＧＬと、画素電極ＰＥが配列する列に沿って配置された複数の信号線ＳＬと、走査線ＧＬと信号線ＳＬとが交差する位置近傍に配置された画素電極ＰＥと、画素スイッチＳＷと、表示部ＤＹＰの周囲に配置された走査線駆動回路ＹＤおよび信号線駆動回路ＸＤと、を備えている。

図示しないが、透明絶縁基板上には、図５、図７、図１０または図１１に示すようなＲ、Ｇ、Ｂの色成分からなるカラーフィルタが設けられる。カラーフィルタの各色成分はそれぞれ１つの画素電極ＰＥに対応している。１つの画素電極ＰＥがサブ画素に対応し、３つの画素電極ＰＥが１つの画素に対応する。表示部ＤＹＰの画素解像度は３００ｐｐｉ以上である。

図示しないが、カラーフィルタの上には、図２に示すようなレンチキュラーレンズ１８あるいは図５、図７、図１０または図１１に示すようなプリズム型フィルタが設けられ、３次元画像を認識できるようになっている。あるいは、図１に示すように、表示装置と観察者の間にパララックスバリア１４を設けて、３次元画像を認識できるようにしてもよい。

画素スイッチＳＷは、ポリシリコン又はアモルファスシリコンの半導体層を有する薄膜トランジスタを含む。画素スイッチＳＷのゲート電極は対応する走査線ＧＬと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。画素スイッチＳＷのソース電極は対応する信号線ＳＬと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。画素スイッチＳＷのドレイン電極は対応する画素電極ＰＥと電気的に接続されている（あるいは一体に形成されている）。

走査線駆動回路ＹＤは、走査線ＧＬが延びた方向における表示部ＤＹＰの両側に配置され、複数の走査線ＧＬと電気的に接続している。走査線駆動回路ＹＤは、回路基板１０６から受信した垂直同期信号およびクロック信号に基づいて複数の走査線ＧＬに順次駆動信号を出力する。

信号線駆動回路ＸＤは、信号線ＳＬが延びた方向における表示部ＤＹＰの両側に配置され、複数の信号線ＳＬと電気的に接続している。信号線駆動回路ＸＤは、回路基板１０６から受信した映像信号を複数の信号線ＳＬに並列に出力する。

液晶表示パネル１３０の端部には、フレキシブル基板ＦＣの一端が電気的に接続されて
いる。フレキシブル基板ＦＣの他端には回路基板１０６が電気的に接続されている。回路基板１０６は、バッファメモリ１０８と、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１２０と、Ｄ／Ａ変換部（ＤＡＣ）１１４と、Ａ／Ｄ変換部（ＡＤＣ）１１２と、外部の左眼用画像・右眼用画像生成回路１０４との間で信号を送受信するインタフェース部（Ｉ／Ｆ）１１０と、制御部１１８とを備えている。

右眼からの視野の右眼用画像及び左眼からの視野の左眼用画像がステレオカメラ１０２で撮影される。左眼用画像・右眼用画像生成回路１０４はステレオカメラ１０２から出力される左眼用画像信号と右眼用画像信号を入力し、左眼用画像と右眼用画像を水平方向または垂直方向に分割し、水平ラインまたは垂直カラムの左眼用部分画像と右眼用部分画像を生成し、左眼用部分画像と右眼用部分画像を交互に組み合わせた画像を出力する。左眼用画像信号と右眼用画像信号の画素ずれは、表示画面上で０．０２１ｘＰ画素である。ここで、Ｐは表示装置の解像度（１インチ当たりの画素数）を示す。右眼用画像及び左眼用画像はステレオカメラ１０２から左眼用画像・右眼用画像生成回路１０４に入力するに限らず、サーバ、ホストデバイス等から左眼用画像・右眼用画像生成回路１０４に供給してもよい。

左眼用画像・右眼用画像生成回路１０４の出力画像信号はインタフェース部（Ｉ／Ｆ）１１０を介してバッファメモリ１０８に書込まれる。バッファメモリ１０８は例えば数フレームの画像信号を記憶可能な揮発性半導体メモリからなる。表示部ＤＹＰの表示周期に応じてバッファメモリ１０８から画像信号が１フレームずつ読み出され、画像信号は制御部１１８に供給される。

制御部１１８は、画像信号から同期信号を生成し、垂直同期信号を走査線駆動回路ＹＤへ出力するとともに、水平同期信号及び画像信号を信号線駆動回路ＸＤへ出力する。走査線駆動回路ＹＤと信号線駆動回路ＸＤは、画像信号と同期信号に基づいて、各画素スイッチＳＷを駆動して、複数種類の電位線のうちの選択された１種の電位線の階調電位が各画素電極ＰＥを介して対応する液晶層に対して供給されるように、表示駆動を行う。

走査線駆動回路ＹＤは水平ライン（行）方向に沿って延在する複数の走査線（ゲート線）ＧＬを用いて、複数の画素を水平ラインごとに順次選択することにより、駆動対象の画素電極ＰＥを線順次で選択する（線順次走査を行う）。

信号線駆動回路ＸＤは、垂直ライン（列）方向に沿って延在する複数の信号線（データ線）ＳＬを用いて、駆動対象の画素電極ＰＥに対して画像信号を供給する。信号線ＳＬには、ここでは２値のデジタルデータからなる１ビットの映像信号が供給される。これにより、各画素電極ＰＥに対応する液晶層が画像信号に応じて表示駆動される。

上記した表示装置の具体的な回路構成はあくまでも一例であり、これに何ら限定されない。例えば、実施形態は、例えば静電容量によりユーザの操作動作を検出するセンサ電極を内蔵する、所謂タッチパネル式の表示装置にも適用可能である。

実施形態によれば、以下の表示装置が提供される。

（１） 表示装置は、右眼用画像と左眼用画像を表示する表示部を具備する。表示部の解像度は１インチ当たりＰ画素以上である。表示部で表示される右眼用画像と左眼用画像の画素ずれは、０．０２１×Ｐ画素以下であり、１画素以上である。
（２） （１）の表示装置は、画素ずれが０．０２１×Ｐ画素以下であり、１画素以上である右眼用画像と左眼用画像とを記憶するメモリと、メモリから読み出した右眼用画像と左眼用画像を表示部で表示させる駆動回路をさらに具備する。
（３） （１）または（２）の表示装置において、表示部の解像度は３００ｐｐｉ以上である。
（４） （１）、（２）または（３）の表示装置は、右眼用画像が観察者の右眼に入射し、左眼用画像が観察者の左眼に入射するように、表示部から発せられた光の伝播を制御する光学素子をさらに具備する。
（５） （４）の表示装置において、光学素子は、レンチュキラーレンズまたはパララックスバリアまたはプリズムを具備する。
（６） （１）、（２）または（３）の表示装置において、
表示部の画素は、色の異なる複数のサブ画素を具備し、
表示装置は、複数のサブ画素の各々に設けられ、右眼用画像が観察者の右眼に入射し、左眼用画像が観察者の左眼に入射するように、複数のサブ画素の各々から発せられた光の向きを制御するプリズムをさらに具備し、
プリズムの形状は、複数のサブ画素毎に異なる。
（７） （６）の表示装置において、
プリズムは光の波長に応じて屈折率が異なる材料から形成され、
プリズムの形状は、複数のサブ画素から発せられた光に対する屈折率に応じている。
（８） （１）〜（７）のいずれかの表示装置において、
表示部の画素は、赤、緑、青の３サブ画素を具備し、
１水平ライン内の隣接する２画素は、赤、緑、青、青、緑、赤の順に配列される６サブ画素からなる。
（９） （８）の表示装置において、
第１水平ライン内の隣接する２画素は、赤、緑、青、青、緑、赤の順に配列される６サブ画素からなり、
第１水平ラインに隣接する第２水平ライン内の隣接する２画素は、赤、赤、緑、青、青、緑の順に配列される６サブ画素からなる。
（１０） 第１水平ラインと第２水平ラインとを含む表示装置であって、
第１水平ラインは右眼用画像を表示し、第２水平ラインは左眼用画像を表示する。
表示装置は、第１水平ラインで表示される画像は観察者の右眼へ入射し、第２水平ラインで表示される画像は観察者の左眼へ入射するように、表示部から発する光の向きを制御する光学素子を具備する。
（１１） （１０）の表示装置において、
光学素子は、水平ライン毎に光出射角度が異なるプリズムであり、
プリズムは１水平ラインの中のＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎に設けられ、サブ画素毎に形状が異なる。
（１２） 第１垂直カラムと第２垂直カラムとを含む表示装置であって、
第１垂直カラムは右眼用画像を表示し、第２垂直カラムは左眼用画像を表示する。
表示装置は、第１垂直カラムで表示される画像は観察者の右眼へ入射し、第２垂直カラムで表示される画像は観察者の左眼へ入射するように、表示部から発する光の向きを制御する光学素子を具備する。
（１３） （１２）の表示装置において、
光学素子は、垂直カラム毎に光出射角度が異なるプリズムであり、
プリズムは１水平ラインの中のＲ、Ｇ、Ｂのサブ画素毎に設けられ、サブ画素毎に形状が異なる。
（１４） （１１）または（１３）の表示装置において、
プリズムは光の波長に応じて屈折率が異なる材料から形成され、
プリズムの形状は、複数のサブ画素から発せられた光に対する屈折率に応じている。
（１５） （１０）、（１１）、（１２）、（１３）または（１４）の表示装置において、
赤、緑、青の３サブ画素から１画素が構成され、
１水平ライン内の隣接する２画素は、赤、緑、青、青、緑、赤の順に配列される６サブ画素からなる。
（１６） （１５）の表示装置において、
第１水平ライン内の隣接する２画素は、赤、緑、青、青、緑、赤の順に配列される６サブ画素からなり、
第１水平ラインに隣接する第２水平ライン内の隣接する２画素は、赤、赤、緑、青、青、緑の順に配列される６サブ画素からなる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、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。例えば、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み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幾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せてもよい。

１２…表示パネル、１４…パララックスバリア、１８…レンチキュラーレンズ、２４ａ，２４ｂ，３４…プリズム型フィルタ、１０２…カメラ、１０４…左眼用画像・右眼用画像生成回路、１０８…バッファメモリ。

Claims (8)

1. 右眼用画像と左眼用画像を表示する表示部を具備し、
   前記表示部の解像度は１インチ当たりＰ画素以上であり、
   前記表示部で表示される前記右眼用画像と前記左眼用画像の画素ずれは、０．０２１×Ｐ画素以下であり、１画素以上であり、
   前記表示部の解像度は３００ｐｐｉ以上である表示装置。
2. 前記画素ずれが０．０２１×Ｐ画素以下であり、１画素以上である前記右眼用画像と前記左眼用画像とを記憶するメモリと、
   前記メモリから読み出した前記右眼用画像と前記左眼用画像を前記表示部で表示させる制御部とをさらに具備する請求項１記載の表示装置。
3. 前記右眼用画像が観察者の右眼に入射し、前記左眼用画像が観察者の左眼に入射するように、前記表示部から発せられた光の伝播を制御する光学素子をさらに具備する請求項１又は請求項２記載の表示装置。
4. 前記光学素子は、レンチュキラーレンズまたはパララックスバリアまたはプリズムを具備する請求項３記載の表示装置。
5. 前記表示部の画素は、色の異なる複数のサブ画素を具備し、
   前記複数のサブ画素の各々に設けられ、前記右眼用画像が観察者の右眼に入射し、前記左眼用画像が観察者の左眼に入射するように、前記複数のサブ画素の各々から発せられた光の向きを制御するプリズムをさらに具備し、
   前記プリズムの形状は、前記複数のサブ画素毎に異なる請求項１又は請求項２記載の表示装置。
6. 前記プリズムは光の波長に応じて屈折率が異なる材料から形成され、
   前記プリズムの形状は、前記複数のサブ画素から発せられた光に対する屈折率に応じている請求項５記載の表示装置。
7. 前記表示部の画素は、赤、緑、青の３サブ画素を具備し、
   １水平ライン内の隣接する２画素は、赤、緑、青、青、緑、赤の順に配列される６サブ画素からなる請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の表示装置。
8. 第１水平ライン内の隣接する２画素は、赤、緑、青、青、緑、赤の順に配列される６サブ画素からなり、
   前記第１水平ラインに隣接する第２水平ライン内の隣接する２画素は、赤、赤、緑、青、青、緑の順に配列される６サブ画素からなる請求項７記載の表示装置。

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