JPWO2010147089A1

JPWO2010147089A1 - ３次元ディスプレイの光学特性評価装置および３次元ディスプレイの光学特性評価方法

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Publication number: JPWO2010147089A1
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Inventors: 堀越　力; 力堀越; 雅史壷井; 真治木村
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Abstract

【課題】光学特性の評価を３Ｄディスプレイの種類に依存せずに可能とする３次元ディスプレイの光学特性評価装置１および３次元ディスプレイの光学特性評価方法を提供する。【解決手段】眼間輝度解析部３０が輝度分布画像に基づき観察者の両眼間で知覚される輝度を解析することにより立体視判定画像を生成すると、立体視判定部４０はこの立体視判定画像に基づき立体視可能領域を判定する。このことは、２眼方式、多眼方式、インテグラル方式等の３Ｄディスプレイの種類にかかわらず適用することができる。したがって、本実施形態の３次元ディスプレイの光学特性評価装置１および３次元ディスプレイの光学特性評価方法によれば、光学特性の評価を３Ｄディスプレイの種類に依存せずに行うことができる。

Description

本発明は、３次元ディスプレイの光学特性評価装置および３次元ディスプレイの光学特性評価方法に関するものである。

３次元ディスプレイ（以下、「３Ｄディスプレイ」ともいう。）の光学特性を評価するためには、スコープなどを用いて３Ｄディスプレイ上の例えば数箇所の計測点から放射される光線の分布状態を計測することが知られている。具体的には、計測点からの放射角度方向の輝度分布を計測する方式が一般的である。

ところで、３Ｄディスプレイは、観察者が立体映像を知覚しているか否かが重要であるため、３Ｄディスプレイからの物理的な光線分布を計測するだけではなく、人が立体を知覚できるか否かを合わせて評価しなければならない。つまり、観察者の目に正確に光が投射されているか否かが、３Ｄディスプレイの光学特性を評価する上での一つの判断基準となる。そのため、３Ｄディスプレイの光学特性を評価するにあたっては、観察者の左右の目のそれぞれに対応する映像がクリアな映像として見えているか否かが、ポイントの一つとなる。一般には、左右の目に入るべき光を完全に分離することは難しく、望ましくない光が漏れ光（クロストーク）として目に入ってくる。つまり、観察者の目に、本来見えるべきではない映像の漏れ光がクロストークとして入ってくる。このクロストークの量は立体知覚の品質に影響を及ぼすため、立体視を矛盾無く知覚できるか否かの判定として、左右それぞれの目に入ってくる望ましい光とそうでない光の輝度コントラストを基準に３Ｄディスプレイの光学特性を評価することができる。例えば非特許文献１に記載の技術では、左右の目の３Ｄコントラストの積を用いて、３Ｄディスプレイの光学特性を評価する手法が提案されている。

また、例えば非特許文献２に記載されているように、３Ｄディスプレイとして、２眼方式、多眼方式、インテグラル方式等の様々な手法が提案されている。２眼方式や多眼方式の３Ｄディスプレイでは、右目用および左目用の映像があらかじめ決められているため、上述した３Ｄコントラストに基づき、３Ｄディスプレイの光学特性を評価することができる。

Pierre M. Boher, Thibault Bignon, Thierry R. Leroux, "A new way to characterize auto-stereoscopic 3D displays using Fourier optics instrument," EI09, 7237-37 (2009) Taira K., Hamagishi G., Izumi K., Uehara S., Nomura T., Mashitani K., Miyazawa A., Koike T., Yuuki A., Horikoshi T., Hisatake Y., Ujike H. and Nakano Y., "Variation of Autostereoscopic displays and their measurements," IDW08, 3D2-2, 1103-1106 (2008)

しかし、インテグラル方式の３Ｄディスプレイの場合、２眼方式や多眼方式の３Ｄディスプレイとは異なり、視点という概念が存在しない。つまり、インテグラル方式の３Ｄディスプレイは、左右の目の映像という意味づけはなく、物体から発される光線を忠実に再現することを目指した３Ｄディスプレイである。そのため、インテグラル方式の３Ｄディスプレイの光学特性を評価するにあたっては、従来の３Ｄコントラストを適用することができないという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、光学特性の評価を３Ｄディスプレイの種類に依存せずに可能とする３Ｄディスプレイの光学特性評価装置および３Ｄディスプレイの光学特性評価方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の３次元ディスプレイの光学特性評価装置は、３次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する輝度計測手段と、前記輝度計測手段により計測された輝度データに基づき、前記光線の前記放射角度方向の輝度分布状態を解析し、前記光線の輝度分布画像を生成する輝度分布解析手段と、前記輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成する眼間輝度解析手段と、前記立体視判定画像に基づき、前記３次元ディスプレイの前の領域であって前記放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する立体視判定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の３次元ディスプレイの光学特性評価方法は、輝度計測手段が、３次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する輝度計測ステップと、輝度分布解析手段が、前記輝度計測手段により計測された輝度データに基づき、前記光線の前記放射角度方向の輝度分布状態を解析し、前記光線の輝度分布画像を生成する輝度分布解析ステップと、眼間輝度解析手段が、前記輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成する眼間輝度解析ステップと、立体視判定手段が、前記立体視判定画像に基づき、前記３次元ディスプレイの前の領域であって前記放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する立体視判定ステップと、を備えることを特徴とする。

このような本発明の３次元ディスプレイの光学特性評価装置および３次元ディスプレイの光学特性評価方法によれば、眼間輝度解析手段が輝度分布画像に基づき観察者の両眼間で知覚される輝度を解析することにより立体視判定画像を生成すると、立体視判定手段はこの立体視判定画像に基づき立体視可能領域を判定する。このことは、２眼方式、多眼方式、インテグラル方式等の３Ｄディスプレイの種類にかかわらず適用することができる。したがって、本発明の３次元ディスプレイの光学特性評価装置および３次元ディスプレイの光学特性評価方法によれば、光学特性の評価を３次元ディスプレイの種類に依存せずに行うことができる。

前記輝度分布解析手段は、前記３次元ディスプレイの全ての視点において、各視点ごとの前記輝度分布状態を解析し、前記各視点ごとの前記輝度分布画像を生成する、ことが好ましい。

このように各視点ごとの輝度分布画像を生成することにより、３次元ディスプレイの全ての視点において光学特性の評価を行うことができる。

前記眼間輝度解析手段は、前記輝度分布解析手段が生成した前記各視点ごとの前記輝度分布画像のうち、前記観察者の眼間距離に相当する２つの輝度分布画像を抽出し、当該抽出した前記２つの輝度分布画像を用いて、前記観察者の前記両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、前記立体視判定画像を生成する、ことが好ましい。

各視点ごとの輝度分布画像のうちで抽出された観察者の眼間距離に相当する２つの輝度分布画像は、それぞれ観察者の右目および左目に相当する。

前記輝度分布解析手段は、前記３次元ディスプレイの全ての視線方向において、各視線方向ごとの前記輝度分布状態を解析し、前記各視線方向ごとの前記輝度分布画像を生成する、ことが好ましい。

このように各視線方向ごとの輝度分布画像を生成することにより、３次元ディスプレイの全ての視線方向において光学特性の評価を行うことができる。

前記眼間輝度解析手段は、前記輝度分布解析手段が生成した前記各視線方向ごとの前記輝度分布画像のうち、前記観察者の眼間距離に相当する２つの輝度分布画像を抽出し、当該抽出した前記２つの輝度分布画像を用いて、前記観察者の前記両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、前記立体視判定画像を生成する、ことが好ましい。

各視線方向ごとの輝度分布画像のうちで抽出された観察者の眼間距離に相当する２つの輝度分布画像は、それぞれ観察者の右目および左目に相当する。

前記輝度のコントラスト比は、前記観察者の右目および左目において、入るべき光と入るべきではない光との比である、ことが好ましい。

本発明においては、観察者の右目および左目において入るべき光と入るべきではない光との比を３次元ディスプレイの光学特性評価の判断基準とすることが好ましい。

前記輝度のコントラスト比の値は、前記観察者の右目に入るべき光が前記右目に入り且つ前記観察者の左目に入るべき光が前記左目に入った場合には、符号の変化を伴わず、前記観察者の右目に入るべき光が前記観察者の左目に入った場合、または前記観察者の左目に入るべき光が前記観察者の右目に入った場合には、符号の変化を伴う、ことが好ましい。

この発明により、逆視を考慮した、輝度のコントラスト比の値を計算できる。

前記立体視判定手段は、前記立体視判定画像において前記輝度のコントラスト比が所定の閾値を越える部分に相当する前記一定の領域を前記立体視可能領域として判定する、ことが好ましい。

適切な閾値を設定することにより、立体視可能領域であるか否かの判断を容易に行うことができる。

前記輝度分布画像および前記立体視判定画像は、前記３次元ディスプレイの表示面に直交する面上の前記領域における輝度分布を示す画像である、ことが好ましい。

本発明において、輝度分布画像および立体視判定画像は、３次元ディスプレイの表示面に直交する面、特に３次元ディスプレイが通常の使用態様により設置された場合に地面に水平の面に対応する。そして、立体視判定手段は、この立体視判定画像に基づき、特に３次元ディスプレイが通常の使用態様により設置された場合に３次元ディスプレイの前の領域であって３次元ディスプレイから放射される光線の放射角度方向上の領域について、立体視可能領域であるか否かの判定を行うことができる。

本発明によれば、光学特性の評価を３Ｄディスプレイの種類に依存せずに可能とする３次元ディスプレイの光学特性評価装置および３次元ディスプレイの光学特性評価方法を提供することができる。

第１実施形態にかかる光学特性評価装置１の構成概要図である。光学特性評価装置１のハードウェア構成図である。光学特性評価装置１の動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１０２にて、輝度計５８が３Ｄディスプレイ６０上の所定の計測点６１から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する態様を示す図である。ステップＳ１０３にて生成された輝度分布画像の一例を示す図である。ステップＳ１０５で抽出された２つの輝度分布画像を示す図である。ステップＳ１０５にて生成された立体視判定画像の一例（２眼方式および多眼方式の場合）を示す図である。ステップＳ１０５にて生成された立体視判定画像（インテグラル方式の場合）の一例を示す図である。逆視を考慮した場合の、視線方向の採番の仕方を示す図である。逆視を考慮した場合に求めた立体視判定画像の一例を示す図である。逆視を考慮した場合に、ディスプレイ６０から一定距離だけ離れた位置で輝度コントラストを抽出した結果を示す図である。第１実施形態におけるローブ領域を説明するための図である。第２実施形態にかかる視野角特性検証装置Ａ１の構成概要図である。視野角特性検証装置Ａ１のハードウェア構成図である。視野角特性検証装置Ａ１の動作を示すフローチャートである。輝度分布検査部Ａ１１０による輝度計測処理を説明するための図である。輝度分布検査部Ａ１１０が求めた輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）の一例を示す図である。ローブ検出部Ａ１２０がローブおよびローブに属する領域を検出する様子を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明にかかる３次元ディスプレイの光学特性評価装置および３次元ディスプレイの光学特性評価方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
（光学特性評価装置１の構成）
まず、本発明の第１実施形態に係る光学特性評価装置１の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、光学特性評価装置１の構成概要図である。図１に示すように、光学特性評価装置１は、機能的な構成要素として、輝度計測部１０（特許請求の範囲における「輝度計測手段」に相当）、輝度分布解析部２０（特許請求の範囲における「輝度分布解析手段」に相当）、眼間輝度解析部３０（特許請求の範囲における「眼間輝度解析手段」に相当）、および立体視判定部４０（特許請求の範囲における「立体視判定手段」に相当）を備えて構成される。

輝度計測部１０は、３Ｄディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測するものである。輝度分布解析部２０は、輝度計測部１０により計測された輝度データに基づき、光線の放射角度方向の輝度分布状態を解析し、光線の輝度分布画像を生成するものである。眼間輝度解析部３０は、輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成するものである。立体視判定部４０は、立体視判定画像に基づき、３Ｄディスプレイの前の領域であって放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定するものである。

図２は、光学特性評価装置１のハードウェア構成図である。図２に示すように、光学特性評価装置１は、物理的には、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２及びＲＡＭ５３等の主記憶装置、キーボード及びマウス等の入力デバイス５４、３Ｄディスプレイ等の出力デバイス５５、他の装置との間でデータの送受信を行うための通信モジュール５６、ハードディスク等の補助記憶装置５７などを含む通常のコンピュータシステムとして構成される。更に、光学特性評価装置１は輝度計５８を含む。この輝度計５８は図１の輝度計測部１０に相当するものである。光学特性評価装置１の各機能は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ５１の制御の元で入力デバイス５４、出力デバイス５５、通信モジュール５６、輝度計５８を動作させると共に、主記憶装置５２，５３や補助記憶装置５７におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

（光学特性評価装置１の動作）
以下、光学特性評価装置１の動作（特許請求範囲の「３次元ディスプレイの光学特性評価方法」に相当）について図３のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、２眼方式および多眼方式の３Ｄディスプレイについて先に説明し、インテグラル方式の３Ｄディスプレイについては項目（インテグラル方式）において別途説明する。２眼方式および多眼方式の３Ｄディスプレイにおいては視点の概念があるが、インテグラル方式の３Ｄディスプレイにおいては視点の概念がないからである。

（２眼方式および多眼方式）
以下、２眼方式および多眼方式の３Ｄディスプレイの場合の光学特性評価装置１の動作について、図３のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、図３に示す処理を行うための前提となる事項について説明する。第１実施形態では、Ｎ視点の映像を提示できる２眼方式または多眼方式の３Ｄディスプレイを用いることとする。つまり、第１実施形態の２眼方式または多眼方式の３Ｄディスプレイにおける視点の最大数はＮである。最初に評価用画像を用意する。具体的には、１視点のみが全画面白（全白）の画像、他の視点の画像全てが全画面黒（全黒）の画像となるような評価用画像を視点の数だけ用意する。第１実施形態での視点の最大数がＮであるため、Ｎ枚の評価用画像１〜Ｎを準備する。つまり、
評価用画像１：視点１のみ全白、２〜Ｎ視点の画像は全黒
評価用画像２：視点２のみ全白、視点１および視点３〜Ｎの画像は全黒
・・・
評価用画像ｋ：視点ｋのみ全白、視点１〜（ｋ？１）および（ｋ＋１）〜Ｎの画像は全黒
・・・
評価用画像Ｎ：視点Ｎのみ全白、視点１〜（Ｎ−１）の画像は全黒
となる。

次に、各評価用画像ｋ（ｋ＝１〜Ｎ）を、順次３Ｄディスプレイに提示する（ステップＳ１０１）。そして、評価用画像ｋを提示した状態で、輝度計測部１０が３Ｄディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する（ステップＳ１０２、特許請求の範囲の「輝度計測ステップ」に相当）。

例えば、図４に示すように、３Ｄディスプレイ６０の所定の計測ポイント６１から発する光線の輝度分布を求めるために、３Ｄディスプレイ６０の前面において、一定距離を置いて円周上に移動可能な輝度計５８を位置Ａから位置Ｂ、位置Ｂから位置Ｃのように移動させ、各位置での輝度を計測する。実際は輝度計５８を一定間隔（例えば１度間隔）で移動させながら、各位置での計測ポイント６１の輝度を計測する。

次に、一つの評価用画像ｋに対して全ての位置での計測結果を合成し、計測ポイント６１から放射される光線の輝度分布画像を生成する（ステップＳ１０３、特許請求の範囲の「輝度分布解析ステップ」に相当)。

図５は、ステップＳ１０３にて生成された評価用画像ｋにおける輝度分布画像の一例を示す。図５に示す輝度分布画像８０では、白い部分が高輝度部分を意味し、黒い部分は低輝度部分を意味する。そのため、高輝度部分での光線が観察者７０の目に入るときのみ、観察者７０は３Ｄディスプレイ６０上の輝点を知覚することができる。言い換えれば、高輝度部分以外の位置に観察者７０の目が置かれても、観察者７０は３Ｄディスプレイ６０上の光を知覚することはできない。また、輝度分布画像８０は、３Ｄディスプレイ６０の表示面６２に直交する面上の、特に３Ｄディスプレイ６０の中央水平面を横切る２次元平面上の、３Ｄディスプレイ６０の前の領域であって図５においては３Ｄディスプレイ６０と観察者７０との間の領域における輝度分布を示す画像である。なお、図５において、３Ｄディスプレイ６０の表示面６２はＹＺ面上にあり、輝度分布画像８０はＸＹ面上における輝度分布を示す。

次に、３Ｄディスプレイの全ての視点において、各視点ごとの輝度分布状態を解析し、つまり上述のステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の処理を視点の数Ｎだけ繰り返し、各視点ごとの輝度分布画像（Ｎ枚）を生成する（ステップＳ１０４)。

次に、眼間輝度解析部３０が、輝度分布解析部２０がステップＳ１０４にて生成した各視点ごとの輝度分布画像のうち、観察者の眼間距離（左右の目の間の距離、約６．５ｃｍ）に相当する２つの輝度分布画像を抽出し、当該抽出した２つの輝度分布画像を用いて、観察者の両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、立体視判定画像を生成する。ここで、「輝度のコントラスト比」とは、観察者の右目および左目において、入るべき光と入るべきではない光との比である（ステップＳ１０５、特許請求の範囲の「眼間輝度解析ステップ」に相当)。

以下、ステップＳ１０５についてより詳細に説明する。例えば、視点１と視点２で観察者が立体視を行う場合には、視点１の画像が観察者の右目で観察され、且つ視点２の画像が観察者の左目で観察されるときに、観察者の立体視が可能となる。なお、「立体視」とは観察者が３Ｄディスプレイを通じて立体で知覚することをいい、「両眼視」ともいう。図６は、ステップＳ１０５で抽出された２つの輝度分布画像８１，８２を示す。図６（Ａ）が観察者の右目で観察される視点１の画像に相当する輝度分布画像８１であり、図６（Ｂ）が観察者の左目で観察される視点２の画像に相当する輝度分布画像８２である。

ここでは、観察者の眼間距離が輝度分布画像上ではｅ画素に対応するとする。つまり、視点１の輝度分布画像８１の任意の画素（ｉ，ｊ）に観察者の右目をおいたときに、観察者の左目は、物理的には、（ｉ＋ｅ，ｊ）に配置される。そのため、視点２の輝度分布画像８２の画素（ｉ＋ｅ，ｊ）の値が、左目で視点２の画像を観察したときの光線輝度に対応する。つまり、右目で観察される視点１の輝度を輝度分布画像８１の（ｉ，ｊ）の値とし、左目で観察する視点２の画像の輝度を輝度分布画像８２の（ｉ＋ｅ，ｊ）の値とした上で、２つの値の積を「眼間輝度」として定義することができる。

実際は、漏れ光を考慮するために、双方の目に入るべき光と、そうでない光の比、すなわち輝度のコントラストを定義し、その積を用いる。例えば、視点１の画像を見ている右目には、視点２の画像の光が漏れ光として存在する。つまり、右目が（ｉ，ｊ）の位置にあるとき、視点２の輝度分布画像８２の（ｉ，ｊ）の画素値が視点１の右目への漏れ光となる。また、視点２を見ている左目にも、同様に右目の漏れ光が、視点１の輝度分布画像８１から得ることができる。つまり、観察者の右目における視点１の輝度Ｉ₁、および観察者の左目における視点２の輝度Ｉ₂を対象としたときの両眼間の輝度コントラストは、次の式（１）で定義することができる。

式（１）において、輝度分布画像における右目の座標が（ｉ，ｊ）、左目の座標が（ｉ＋ｅ，ｊ）であるとき、観察者は眼間の中央の位置（ｉ＋ｅ／２，ｊ）で観察したこととして、両眼間の輝度コントラストの値としては、（ｉ＋ｅ／２，ｊ）の位置を基準として算定する。なお、両眼間の輝度コントラストの定義は、上記の式（１）に限定されるものではない。例えば、分母を目に到達し得る光の総和としても良い（後述の式（４）参照）。

眼間輝度解析部３０は以上で説明した処理を輝度分布画像の全ての画素位置（ｉ，ｊ）について行い、つまり輝度分布画像上の全ての位置における両眼間の輝度コントラストを求め、その結果をまとめて合成することにより、立体視判定画像を生成する。

図７は、以上説明したステップＳ１０５にて生成された立体視判定画像の一例を示す図である。図７（Ａ）は２眼方式における立体視判定画像の一例であり、図７（Ｂ）は５眼方式における立体視判定画像の一例である。図７に示す立体視判定画像９１，９２では、白い部分が輝度コントラストの高い部分を意味し、黒い部分は輝度コントラストの低い部分を意味する。そのため、輝度コントラストの高い部分に観察者７０の目（右目７１および左目７２、図６参照）が位置するときに、より具体的には輝度コントラストの高い部分に観察者７０の目７１，７２の中央が位置するときに、観察者７０は３Ｄディスプレイ６０上の輝点を知覚することができる。言い換えれば、輝度コントラストの高い部分以外の位置に観察者７０の目７１，７２が置かれても、３Ｄディスプレイ６０上の光を知覚することはできない。また、立体視判定画像９１，９２は、図５に示した輝度分布画像８０と同様に、３Ｄディスプレイ６０の表示面６２に直交する面上の、特に３Ｄディスプレイ６０の中央水平面を横切る２次元平面上の、３Ｄディスプレイ６０の前の領域であって、３Ｄディスプレイ６０と観察者７０との間の領域における輝度コントラストを示す画像である。

なお、図７においては、図５または図６で示した３Ｄディスプレイ６０や観察者７０の目７１，７２は省略しているが、図５または図６と同様に、３Ｄディスプレイ６０の表示面６２はＹＺ面上にあり、立体視判定画像９１，９２はＸＹ面上における輝度コントラストの分布を示す。また、図７は、３Ｄディスプレイ６０を真上から見た状態を表している。このとき、立体視判定画像９１，９２のサイズは、Ｄ画素（３Ｄディスプレイ６０から観察者７０に向かう方向）ｘＷ画素（水平方向）となる。なお、ＤとＷの実空間での距離を予め測っておくことで、立体視判定画像９１，９２や輝度分布画像８０の各画素と、実際にディスプレイ６０を観察したときの実空間の位置とをマッチングさせることができる。仮に、Ｄ画素がディスプレイ６０の観察距離２００［ｃｍ］に相当する場合、立体視判定画像９１，９２や輝度分布画像８０のＤ方向の一画素の幅は２００／Ｄ［ｃｍ］に対応することになる。また、仮に、横方向のサイズＷ画素が実空間で１００［ｃｍ］を表すとしたときには、横方向の一画素の幅は１００／Ｗ［ｃｍ］に相当する。また、観察者の目７１，７２は任意の位置に置くことができるため、眼間輝度解析の結果で得られる画像である立体視判定画像９１，９２も、図５に示した輝度分布画像８０と同じ座標系で表されることになる。

次に、図３に戻り、立体視判定部４０が、上述したステップＳ１０５にて作成した立体視判定画像に基づき、３Ｄディスプレイの前の領域であって放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する。より具体的には、立体視判定部４０は、立体視判定画像において輝度のコントラスト比が所定の閾値を越える部分に相当する一定の領域を立体視可能領域として判定する。例えば、図７に示した一例においては、輝度のコントラスト比が所定の閾値を越える部分が白く表示されており、当該白い部分が立体視可能領域として判定される（ステップＳ１０６、特許請求の範囲の「立体視判定ステップ」に相当)。

以上、２眼方式および多眼方式の３Ｄディスプレイについて説明した。以上の説明では、計測ポイントが一箇所の例（図４の計測ポイント６１）を示したが、複数箇所の計測ポイント（例えばＭ箇所）で計測を行っても良い。例えば、Ｍ＝３の場合は、左右端と中央の３箇所を計測ポイントとすることが考えられる。この場合には、各計測ポイント毎に、上述したステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を繰り返し行うことで、それぞれの解析の結果で得られたＭ種類の立体視判定画像が生成される。これらの立体視判定画像において、例えば各画素の最小値あるいは平均値等を用いて、複数計測箇所の結果を合成した、新しい立体視判定画像を求める方法が考えられる。そして、この新しい立体視判定画像の各画素の値が、あらかじめ設定された所定の閾値以上か否かで、立体視可能か否かを判定することができる。

（インテグラル方式）
引き続き、インテグラル方式の３Ｄディスプレイの場合の光学特性評価装置１について説明する。インテグラル方式の３Ｄディスプレイでは、２眼方式や多眼方式とは異なり、「視点」の概念がない。その代わり、「視線方向」の概念が用いられる。

インテグラル方式の３Ｄディスプレイの場合の光学特性評価装置１は、２眼方式や多眼方式に比べて、「視点」の概念と「視線方向」の概念の違い以外には、基本的には同一である。つまり、以下に別途記載する内容以外は、上述した（２眼方式および多眼方式）の項目で記載した内容と同じことがインテグラル方式の３Ｄディスプレイにおいても同様にいえる。すなわち、インテグラル方式の３Ｄディスプレイの場合の光学特性評価装置１において、輝度計測部１０は、３Ｄディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する。輝度分布解析部２０は、輝度計測部１０により計測された輝度データに基づき、光線の放射角度方向の輝度分布状態を解析し、光線の輝度分布画像を生成する。具体的に、輝度分布解析部２０は、３Ｄディスプレイの全ての視線方向において、各視線方向ごとの輝度分布状態を解析し、各視線方向ごとの輝度分布画像を生成する。眼間輝度解析部３０は、輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成する。具体的に、眼間輝度解析部３０は、輝度分布解析部２０が生成した各視線方向ごとの輝度分布画像のうち、観察者の眼間距離に相当する２つの輝度分布画像を抽出し、当該抽出した２つの輝度分布画像を用いて、観察者の両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、立体視判定画像を生成する。立体視判定部４０は、立体視判定画像に基づき、３Ｄディスプレイの前の領域であって放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する。

以下、インテグラル方式の３Ｄディスプレイに特に関連する内容について記載する。インテグラル方式の３Ｄディスプレイは、同時に複数の視線方向の画像を高密度に提示できるという点が特徴である。つまり、インテグラル方式の３Ｄディスプレイの場合、３Ｄディスプレイまでの観察距離に依存せずに、当該視線方向の画像が同じ方向であれば、どの距離であっても観察できることになる。任意の視線方向の組み合わせが可能であるため、例えばＮ個の視線方向の光線を有するインテグラルタイプの３Ｄディスプレイ場合、両眼視差を発生させる視線方向の組み合わせは、つまり立体視を成立させる可能性のある視線方向の組み合わせは、_NＣ₂通り存在する。

輝度コントラストを求めるには、まず、個々の視線方向の組み合わせ（_NＣ₂通り）それぞれにおいて、２眼方式の場合と同様に輝度コントラストの積を求める。視線方向の組み合わせにより、立体視可能領域は異なる。インテグラル方式の３Ｄディスプレイは、これら各組み合わせ領域の和が３Ｄディスプレイの立体視可視領域となる。輝度最大の視線方向の映像が見えると仮定し、その他の光を漏れ光として、インテグラル方式への適応を考えると、以下のようになる。つまり、ある視線方向ｋｋの画像を右目で観察し、左目で視線方向ｎｎの画像を観察するとき、右目では視線方向ｋｋの画像以外の光は漏れ光となる。また、左目では、視線方向ｎｎの画像以外の全ての光が漏れ光となる。以上を数式で表現すると、輝度コントラストとして次の式（２）が定義できる。

この式（２）を用いて、立体視判定画像９１を求めた結果が、図８であり、モノクロ２５６階調で明暗を示している。高輝度の部分（白い部分）が上記の式（２）で求めた輝度コントラストの値が高い領域であり、当該白い部分を立体視（両眼視）が可能な領域として判定することができる。なお、図８に示す立体視判定画像９３から所定の閾値輝度以上（例えば、１２５階調以上）の領域を立体視可能領域（両眼視可能領域）として判定することができる。

以上、インテグラル方式の３Ｄディスプレイについて説明した。以上の説明では、計測ポイントが一箇所の例を示したが、複数箇所の計測ポイント（例えばＭ箇所）で計測を行っても良い。これにより、より正確な可視領域を求めることができる。複数箇所を計測した場合は、前述した２眼方式の例と同様に、例えば各画素での最小値を選択するようにしてもよい。この場合の輝度コントラストの値を下記の式（３）により求めることができる。

（逆視）
引き続き、「逆視」について説明する。例えばインテグラル方式の３Ｄディスプレイにおいては、上述したように、仮にＮ個の視線方向の光線を有する場合、両眼視差を発生させる視線方向の組み合わせは、つまり立体視を成立させる可能性のある視線方向の組み合わせは、_NＣ₂通り存在する。ここで、右目用の画像を左目に投影し、左目用の画像を右目に投影した場合、「逆視」と呼ばれる状態になってしまい、正確な立体視ができない状態となる。そこで、第１実施形態では、この「逆視」を立体視可否判断の考慮対象に含めるために、視線方向の採番の仕方に注目した。

図９は、第１実施形態における視線方向の採番の仕方を示す図である。第１実施形態では、図９に示すように、ディスプレイ６０に向かって、左から順番に採番する。これにより、観察者の左目に視線方向ｎｎの画像が入り、右目に視線方向ｋｋの画像が入るとき、ｎｎ、ｋｋの数値が、ｎｎ＜ｋｋであれば、正常な立体視ができ得る組み合わせであり、両眼視差が成立する視線方向画像の組み合わせであれば立体視が可能となる。一方で、ｎｎ＞ｋｋであれば、「逆視」、あるいは二重像として観察されてしまう視線方向画像の組み合わせであると判断されることになる。なお、ｎｎ＝ｋｋの場合は、左右の目に同じ画像が見えている状態であり、立体ではなく、単なる２次元画像を観察している状態となる。

（「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方、その１）
以下、「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方（その１）について説明する。Ｎ個の視線方向の画像を有するインテグラル方式の３Ｄディスプレイの場合、視線方向の組み合わせは_NＣ₂通りあり、これら全ての組み合わせについて、以下のステップＳ２０１〜Ｓ２０４により輝度分布画像および立体視判定画像を求める。

（ステップＳ２０１）
輝度分布画像および立体視判定画像が占める領域（図６や図７に示したようなＤ×Ｗに相当する領域）の個々の画素において、最大輝度で入射する光線を検出する。

（ステップＳ２０２）
当該画素に入射する全ての光線の輝度の総和を算出し、上記ステップＳ２０１で検出した最大輝度との比（以下、「輝度値」という。）を求める。

（ステップＳ２０３）
全ての画素について上記ステップＳ２０２の輝度値を算出し、算出した輝度値に基づき、輝度分布画像を生成する。このとき、各画素には、輝度値の算出値及び最大輝度を入射した視線方向の番号が保持される。

（ステップＳ２０４）
各画素の位置（ｉ，ｊ）に順次、観察者の右目を配置する。観察者の眼間距離がｅ画素に対応するならば、左目は（ｉ＋ｅ，ｊ）に配置されることになる。上記ステップＳ２０３で求めた輝度分布画像から、観察者の両目の位置に対応する輝度値をそれぞれ取り出し、立体視判定のための演算処理（上記のステップＳ１０５で式（１）に基づき両眼間の輝度コントラストの値を演算したような処理）を行った結果を、立体視判定画像の（ｉ＋ｅ／２，ｊ）の位置に代入する。このとき、左右の目に対応する画素に登録されている視線方向の番号であるｎｎ（左目）やｋｋ（右目）を取り出し、ｎｎ≦ｋｋの場合は、上記の処理結果を正の値のままとし、ｎｎ＞ｋｋの場合は、上記の処理結果の値に負の符号を付与する。つまり、上記の処理結果の値（立体視判定画像の（ｉ＋ｅ／２，ｊ）の位置に記録される両眼間の輝度コントラスト比の値）は、観察者の右目に入るべき光が右目に入り且つ観察者の左目に入るべき光が左目に入った場合には、符号の変化を伴わないが、観察者の右目に入るべき光が観察者の左目に入った場合、または観察者の左目に入るべき光が観察者の右目に入った場合には、符号の変化を伴う。これにより、逆視を考慮した、両眼間の輝度コントラスト比の値を計算できる。

立体視判定画像の全ての位置に対して同様の処理を行うことにより、立体視判定画像を完成できる。なお、上記の立体視判定演算処理の例として、左右の目の輝度値の相乗平均を用いた場合、（ｉ＋ｅ／２，ｊ）の位置に代入される両眼間の輝度コントラストの値を次の式（４）で表すことができる。
ただし、式（４）において、Ｉ_kk ^right（ｉ，ｊ）は（ｉ，ｊ）の相当する位置において視線方向ｋｋの画像が右目に入る場合の輝度値を表し、Ｉ_nn ^left（ｉ＋ｅ，ｊ）は（ｉ＋ｅ，ｊ）の相当する位置において視線方向ｎｎの画像が左目に入る場合の輝度値を表し、Ｎは視線方向の総数を表す。

以上、「Ｎ個の視線方向の画像を有するインテグラル方式の３Ｄディスプレイの場合」を一例として説明したが、「２眼方式および多眼方式の３Ｄディスプレイの場合」についても、同様のことが言える。この場合、上記のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の説明において、「Ｎ個の視線方向の画像」を「Ｎ個の視点画像」と置き換える。

図１０は、上記のステップＳ２０１〜Ｓ２０４により求めた立体視判定画像の一例を示す。図１０（Ａ）は２眼方式の場合の立体視判定画像９４を、図１０（Ｂ）は多眼方式の例として５眼方式の場合の立体視判定画像９５を、図１０（Ｃ）は３０個の視線方向の画像を有するインテグラル方式の場合の立体視判定画像９６をそれぞれ示す。輝度の高い部分（白い部分）は立体視が成立している領域を表し、黒い部分は「逆視」が生じている領域を表す。図１０（Ａ）の立体視判定画像９４に示すように、２眼ディスプレイの場合には、立体視領域（白い領域）と逆視領域（黒い領域）が小まめに交互に現れている。また、図１０（Ｂ）の立体視判定画像９５に示すように、５眼ディスプレイの場合には、２眼タイプに比べて、立体視領域（白い領域）が広く確保され、逆視領域は立体視領域の間に小さく現れていることが確認できる。また、図１０（Ｃ）の立体視判定画像９６に示すように、インテグラル型のディスプレイの場合には、２眼や多眼タイプに比べて更に広範囲な立体視領域（白い部分）が実現できていることがわかる。

図１１は、ディスプレイ６０から一定距離だけ離れた位置で輝度コントラストを抽出した結果を示す。図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）に示した２眼方式の場合の立体視判定画像９４から、ある観察位置（線９４Ｂで示す断面位置、この例においてはディスプレイ６０から６０ｃｍ離れた位置に相当する）における輝度コントラストの変動を抽出することを示し、この抽出の結果が図１１（Ｂ）にグラフ９４Ａとして示されている。同様に、図１１（Ｃ）のグラフ９５Ａは同じ観察位置で図１０（Ｂ）に示した５眼方式の場合の立体視判定画像９５の輝度コントラストの変動を示しており、図１１（Ｄ）のグラフ９６Ａは同じ観察位置で図１０（Ｃ）に示したインテグラル方式の場合の立体視判定画像９６の輝度コントラストの変動を示している。なお、図１１（Ｂ）〜（Ｄ）において、横軸は観察位置（横軸の中央がディスプレイ６０の正面中央位置に対応）を示し、縦軸は輝度コントラスト値を示している。

図１１（Ｂ）に示すグラフ９４Ａでは、輝度コントラスト値が高い領域と低い領域が交互に現れている。つまり、クリアな立体視画像が観察できる領域と、逆視領域が交互に現れていることがこのグラフから把握できる。図１１（Ｃ）に示すグラフ９５Ａでは、グラフ９４Ａに比べて輝度コントラストの値が高い部分が平坦になっており（９５Ｂの部分）、立体視可能な領域の方が逆視領域の出現頻度よりも多くなっていることがわかる。図１１（Ｄ）に示すグラフ９６Ａでは、グラフ９５Ａに比べて輝度コントラストの値が高い部分が更に平坦になっており（９６Ｂの部分）、立体視可能な領域の方が逆視領域の出現頻度よりも更に多くなっていることがわかる。つまり、インテグラル方式の場合は、観察位置を変えても逆視にならず、異なる視線方向の３Ｄ表示が滑らかに切り替わっている。言い換えれば、運動視差が実現できていることがわかる。このように、第１実施形態によれば、輝度コントラストの変動グラフの変動幅、および変動の頻度から、３Ｄディスプレイの見え方の特徴を評価することが可能となる。

（「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方、その２）
以下、「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方（その２）について説明する。下記の手順において、ステップＳ３０１、ステップＳ３０５およびステップＳ３０６は、前述したステップＳ２０１、ステップＳ２０３およびステップＳ２０４と実質的に同じ手順である。下記のステップＳ３０１〜Ｓ３０６の手順と、上記のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の手順との違いは、「立体視判定画像を作成するにあたって、所望の光とそうでない光をどのように解釈するか」の違いであるといえる。すなわち、上記のステップＳ２０１〜Ｓ２０４の手順では、「所望の光」は、ディスプレイ表面に分布する光線のうち、最も強い輝度を持つ光線のみであり、その他の光は全て所望としない漏れ光であると定義している。一方、下記のステップＳ３０１〜Ｓ３０６の手順では、最も強い輝度を持つ光線のみならず、特定の条件を満たす光線であればそれらの全てを「所望の光」と定義している。以下、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６の手順について詳細に説明する。

（ステップＳ３０１）
輝度分布画像および立体視判定画像が占める領域（図６や図７に示したようなＤ×Ｗに相当する領域）の個々の画素において、最大輝度で入射する光線を検出する。

（ステップＳ３０２）
１〜Ｎ個の視線方向それぞれについて、各画素におけるローブ領域を定義する。ここで、「ローブ領域」とは、輝度分布画像（例えば図５を参照）において各光線が占める領域（白い部分）のことをいう。図１２は、ステップＳ３０２における「ローブ領域」についてより具体的に説明するための図である。図１２には、７つのローブ領域が定義されている。各ローブ領域は、ディスプレイ６０の正面に最も近いものを「ローブ０」と採番し、且つディスプレイ６０に向かって右に行くほど高い値を持つように採番し、更にディスプレイ６０に向かって左に行くほど低い値を持つように採番する。

各ローブ領域に属する画素は、下記の式（５）の境界条件を満たす画素である。すなわち、予め設定した閾値Ｔｈ、当該ローブ中の最大輝度値Ｌｍａｘ、および輝度分布画像全体における最小輝度値Ｌｍｉｎをパラメータとして、下記の式（５）の境界条件を満たす輝度値Ｌ（ｉ、ｊ）を有する画素は、当該ローブ領域に属する画素といえる。なお、図１２には、ローブ０中の最大輝度値Ｌｍａｘ、および輝度分布画像全体における最小輝度値Ｌｍｉｎが例示されている。なお、「ローブ領域」に対するより詳細な説明は後述の第２実施形態で行う。

（ステップＳ３０３）
各画素について、上記ステップＳ３０１で検出された最大輝度の光線と同一の番号が採番されたローブに属する輝度値の合計を求める。

（ステップＳ３０４）
各画素について、当該画素に入射する全ての光線の輝度の総和を算出し、上記ステップＳ３０３で算出された同一ローブの合計輝度値との比（以下、「輝度値」という。）を求める。

（ステップＳ３０５）
全ての画素について上記ステップＳ３０４の輝度値を算出し、算出した輝度値に基づき、輝度分布画像（上述したステップＳ２０３における「輝度分布画像」に相当するもの）を生成する。このとき、各画素には、輝度値の算出値及び最大輝度を入射した視線方向の番号が保持される。

（ステップＳ３０６）
各画素の位置（ｉ，ｊ）に順次、観察者の右目を配置する。観察者の眼間距離がｅ画素に対応するならば、左目は（ｉ＋ｅ，ｊ）に配置されることになる。上記ステップＳ３０５で求めた輝度分布画像から、観察者の両目の位置に対応する輝度値をそれぞれ取り出し、立体視判定のための演算処理（上記のステップＳ１０５で式（１）に基づき両眼間の輝度コントラストの値を演算したような処理）を行った結果を、立体視判定画像の（ｉ＋ｅ／２，ｊ）の位置に代入する。このとき、左右の目に対応する画素に登録されている視線方向の番号であるｎｎ（左目）やｋｋ（右目）を取り出し、ｎｎ≦ｋｋの場合は、上記の処理結果を正の値のままとし、ｎｎ＞ｋｋの場合は、上記の処理結果の値に負の符号を付与する。つまり、上記の処理結果の値（立体視判定画像の（ｉ＋ｅ／２，ｊ）の位置に記録される両眼間の輝度コントラスト比の値）は、観察者の右目に入るべき光が右目に入り且つ観察者の左目に入るべき光が左目に入った場合には、符号の変化を伴わないが、観察者の右目に入るべき光が観察者の左目に入った場合、または観察者の左目に入るべき光が観察者の右目に入った場合には、符号の変化を伴う。これにより、逆視を考慮した、両眼間の輝度コントラスト比の値を計算できる。

立体視判定画像の全ての位置に対して同様の処理を行うことにより、立体視判定画像を完成できる。なお、上記の立体視判定演算処理の例として、左右の目の輝度値の相乗平均を用いた場合、（ｉ＋ｅ／２，ｊ）の位置に代入される両眼間の輝度コントラストの値を上述した式（４）で表すことができる。

（光学特性評価装置１の作用及び効果）
続いて、第１実施形態にかかる光学特性評価装置１の作用及び効果について説明する。第１実施形態の光学特性評価装置１によれば、眼間輝度解析部３０が輝度分布画像に基づき観察者の両眼間で知覚される輝度を解析することにより立体視判定画像を生成すると、立体視判定部４０はこの立体視判定画像に基づき立体視可能領域を判定する。このことは、２眼方式、多眼方式、インテグラル方式等の３Ｄディスプレイの種類にかかわらず適用することができる。したがって、第１実施形態によれば、光学特性の評価を３Ｄディスプレイの種類に依存せずに行うことができる。また、観察者が実際に３Ｄディスプレイを見てから判断することではなく、光学測定データのみから立体視可能領域を判定することができる。

また、第１実施形態によれば、各視点ごとの輝度分布画像を生成することにより、３Ｄディスプレイの全ての視点において光学特性の評価を行うことができる。

また、第１実施形態によれば、各視線方向ごとの輝度分布画像を生成することにより、３Ｄディスプレイの全ての視線方向において光学特性の評価を行うことができる。

［第２実施形態］
引き続き、本発明の別の側面を第２実施形態として説明する。以下で説明する第２実施形態は、第１実施形態の項目「「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方、その２」で説明した内容と実質的に共通する。例えば、下記の説明における「輝度分布上の山に応じた所定の領域」とは第１実施形態における「ローブ領域」のことである。

（視野角特性検証装置Ａ１の構成）
まず、本発明の第２実施形態に係る視野角特性検証装置Ａ１の構成について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、視野角特性検証装置Ａ１の構成概要図である。図１３に示すように、視野角特性検証装置Ａ１は、機能的な構成要素として、輝度分布検査部Ａ１１０、ローブ検出部Ａ１２０、および視野角特性検証部Ａ１３０を備えて構成される。

輝度分布検査部Ａ１１０は、３次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測し、３次元ディスプレイの各視点ごとの、放射角度に対する輝度分布を検査するものである。ローブ検出部Ａ１２０は、輝度分布が複数の山と谷からなる曲線を成した場合に、各視点ごとの輝度分布において、輝度分布上の山に応じた所定の領域を検出するものである。視野角特性検証部Ａ１３０は、任意の放射角度に対して、当該任意の放射角度が各視点ごとのローブ内に属するか否かを判断し、属した場合の輝度値の合計と属していない場合の輝度値の合計との比である許容輝度コントラストを求め、当該許容輝度コントラストに基づき、３次元ディスプレイの視野角特性を検証するものである。

図１４は、視野角特性検証装置Ａ１のハードウェア構成図である。図１４に示すように、視野角特性検証装置Ａ１は、物理的には、ＣＰＵ（Ａ１１）、ＲＯＭ（Ａ１２）及びＲＡＭ（Ａ１３）等の主記憶装置、キーボード及びマウス等の入力デバイスＡ１４、ディスプレイ等の出力デバイスＡ１５、他の装置との間でデータの送受信を行うための通信モジュールＡ１６、ハードディスク等の補助記憶装置Ａ１７などを含む通常のコンピュータシステムとして構成される。更に、視野角特性検証装置Ａ１は輝度計Ａ１８を含む。この輝度計Ａ１８は図１３の輝度分布検査部Ａ１１０に相当するものである。視野角特性検証装置Ａ１の各機能は、ＣＰＵ（Ａ１１）、ＲＯＭ（Ａ１２）、ＲＡＭ（Ａ１３）等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ（Ａ１１）の制御の元で入力デバイスＡ１４、出力デバイスＡ１５、通信モジュールＡ１６、輝度計Ａ１８を動作させると共に、主記憶装置Ａ１２，Ａ１３や補助記憶装置Ａ１７におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

（視野角特性検証装置Ａ１の動作）
以下、視野角特性検証装置Ａ１の動作について図１５のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、図１５に示す処理を行うための前提となる事項について説明する。第２実施形態では、インテグラル式のような、複数の視点画像を同一の眼に観察させることを想定するタイプの３Ｄディスプレイに対して視野角特性を検証することとする。この３Ｄディスプレイは、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイの表面に、レンズのような光学素子やパララックスバリアなどの遮蔽物を配置したものであり、空間的に異なる位置に少なくとも２つの視点画像を表示する類のものである。また、第２実施形態では、Ｎ視点の映像を提示できる３Ｄディスプレイを用いることとする。つまり、第２実施形態の３Ｄディスプレイにおける視点の最大数はＮである。最初に評価用画像（以後、「検査用画像」ともいう。）を用意する。具体的には、１視点のみが全画面白（全白、点灯）の画像、他の視点の画像全てが全画面黒（全黒、非点灯）の画像となるような検査用画像を視点の数だけ用意する。第２実施形態では視点の最大数がＮであるため、Ｎ枚の検査用画像１〜Ｎを準備する。つまり、
検査用画像１：視点１に対する視点画像のみ全白（点灯）、視点２〜Ｎに対する視点画像は全黒（非点灯）
検査用画像２：視点２に対する視点画像のみ全白（点灯）、視点１および視点３〜Ｎに対する視点画像は全黒（非点灯）
・・・
検査用画像ｎ：視点ｎに対する視点画像のみ全白（点灯）、視点１〜（ｎ−１）および視点（ｎ＋１）〜Ｎに対する視点画像は全黒（非点灯）
・・・
検査用画像Ｎ：視点Ｎに対する視点画像のみ全白（点灯）、視点１〜（Ｎ−１）に対する視点画像は全黒（非点灯）

次に、各検査用画像ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を、順次３Ｄディスプレイに提示する（ステップＳ４０１）。そして、検査用画像ｎを提示した状態で、輝度分布検査部Ａ１１０が３Ｄディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する（ステップＳ４０２）。

例えば、図１６に示すように、３ＤディスプレイＡ２０の所定の計測点Ａ２１から発する光線の輝度分布を求めるために、３ＤディスプレイＡ２０の前面において、一定距離を置いて円周上に移動可能な輝度計Ａ１８を位置Ａから位置Ｂに移動させながら、各位置での輝度を計測する。実際は、十分な精度の輝度分布が得られるよう、輝度計Ａ１８を一定間隔（例えば１度間隔）で移動させながら、各位置での計測点Ａ２１の輝度を計測する。また、第２実施形態では、輝度分布検査部Ａ１１０は、３ＤディスプレイＡ２０の表示面Ａ２２に直交する面Ａ２３（仮想の面）に沿って放射される光線の当該放射角度方向θでの輝度を計測する。面Ａ２３は、例えば、３ＤディスプレイＡ２０を地面（図１６ではＹＺ面）に垂直（図１６ではＸＹ面）に設置した場合には、地面に水平の面（図１６ではＹＺ面）である。すなわち、輝度分布検査部Ａ１１０は、３ＤディスプレイＡ２０の視点数Ｎに対して、ｎ（１〜Ｎ）番目の検査用画像を表示した際の、３ＤディスプレイＡ２０の表示面Ａ２２の計測点Ａ２１（Ｘ、Ｙ）から発せられる光線の、水平方向の輝度値を検査する。「水平方向」とは、図１６でいうと、面Ａ２３上の方向である。なお、図１６において、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）を上から見た図である。

次に、一つの検査用画像ｎに対して全ての位置での輝度計測結果を元に、計測点Ａ２１から放射される光線の輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）を求める（ステップＳ４０３）。これにより得られる輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）は、通常図１７のような態様となる。図１７に示されるように、輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）は複数の山と谷からなる曲線を成す。一般的に３Ｄディスプレイの正面部（θが小さい）に位置する山が最も高く、周辺部（θが大きい）に向かうに従って低くなる。なお、以上のような輝度計測方法以外に、例えば下記の参考文献１に記載されたような装置を用いることで、輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）を一度に計測することも可能である。
＜参考文献１＞
“VCMaster3D:A New Fourier Optics Viewing Angle Instrument for Characterization of Autostereoscopic 3D Displays”, Thierry Leroux他, SID 09 DIGEST, pp.115-118

次に、ローブ検出部Ａ１２０が、輝度分布検査部Ａ１１０による輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）から、ローブを検出する（ステップＳ４０４）。ローブとは、下記の参考文献２に記述された”Ｌｏｂｅ”のコンセプトと同様のものである。図１８に示されるように、輝度分布曲線Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）のうち、山型となる部分で最も正面方向（θ＝０）に近いものをメインローブ（Ｍａｉｎｌｏｂｅ）といい、それ以外の山型部分をサイドローブ（Ｓｉｄｅｌｏｂｅ）という。図示はしないが、視点画像を変化させたとき、同じローブは徐々に角度が変化した方向で連続的に現れる。各ローブ間の角度については、３Ｄディスプレイの設計値によって異なる。このローブにより、３Ｄディスプレイ観察時の繰り返し画像が発生することとなり、その３Ｄディスプレイで立体映像を観察できる領域（視域）が決まる。
＜参考文献２＞
“MeThodology of Optical Measurement for Autostereoscopic Displays", Proc. of IDW'08, pp.1107-1110

また、ローブ検出部Ａ１２０は、下記の数式（６）を満たすθの範囲を求め、当該θに対応する領域を「ローブに属する領域」として検出する。

（ただし、Ｌ（θ）は放射角度θでの輝度値であり、Ｌｍａｘは山における最大輝度値であり、Ｌｍｉｎは該山に隣り合う二つの谷における最小輝度値のうち小さい値であり、Ｔｈは所定の閾値である。）

図１８に示されるように、３Ｄディスプレイの正面部に位置する最も高い山における最大輝度値Ｌｍａｘ、該山に隣り合う二つの谷における最小輝度値のうち小さい値Ｌｍｉｎ、および所定の閾値Ｔｈを用いて、上記の数式（６）を満たすθの範囲に相当する領域がメインローブに属する領域Ｍ１として表示されている。

ここで、Ｔｈはローブの境界を規定する閾値を表しており、例えば０．１や０．０５などの数値を選択する。このＴｈの値としては、３Ｄディスプレイの設計要素や光学的装置構成を元にした値を選択してもよい。例えば、レンチキュラーレンズを液晶パネルの前面に配置することで視差情報を表示するような方式の３Ｄディスプレイの場合、パララックスバリアを用いた３Ｄディスプレイに比べ、光源から発せられた光に対して遮蔽領域がほとんどないため、全体的な明るさが向上する。これとともに、レンズ収差の影響などにより、ローブ検出部Ａ１２０で検出された各ローブは比較的広く、かつローブを構成する輝度分布の山型が比較的なだらかな曲線を描く傾向がある。よって、バリアを用いた３Ｄディスプレイの特性評価でのＴｈの値に比べて小さい値を選択することで、なだらかな曲線のなるべく多くの領域をローブとして選択し、レンズ収差の影響や全体的に分布する光の明るさを考慮したＴｈの値とすることが好ましい。また、Ｔｈの値として、人間の視覚認知能力の程度を考慮した値を選択してもよい。例えば、ヒトの桿体細胞の検知限界を基準に、一定の光量以下の領域はローブ領域に属しないとするような設定方法などが考えられる。更に、前述したような３Ｄディスプレイの設計要素や光学的装置構成と、ヒトの認知機能との双方を元に、Ｔｈの値を設定するようにしても良い。

次に、図１５に示されるように、３Ｄディスプレイの全ての視点において、各視点ごとの輝度分布を検査し且つ上記の数式（６）を用いてローブに属する領域を検出する（ステップＳ４０５）。つまり上述のステップＳ４０１〜ステップＳ４０４の処理を視点の数だけ繰り返すこととなり、輝度分布検査部Ａ１１０は、３次元ディスプレイの総視点数Ｎに対して、Ｎ種類の検査用画像を用い、３次元ディスプレイの各視点ごとの、放射角度θに対する輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）を検査する。また、ローブ検出部Ａ１２０は各視点ごとの輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）に対してローブに属する領域を検出する。

次に、視野角特性検証部Ａ１３０が、任意の放射角度θに対して、当該任意の放射角度θが各視点ごとのローブ内に属するか否かを判断し、属した場合の輝度値の合計と属していない場合の輝度値の合計との比である許容輝度コントラストを求め（ステップＳ４０６）、当該許容輝度コントラストに基づき、３次元ディスプレイの視野角特性を検証する（ステップＳ４０７）。３Ｄディスプレイの表示面上の計測点（Ｘ、Ｙ）における許容輝度コントラストは、以下の数式（７）を用いて計算することができる。

ここで、ＬｉおよびＬｊは輝度分布検査部Ａ１１０により計測された輝度分布であって、ｉ∈ｌとは、検査用画像ｉを点灯させたときのディスプレイ表面の点（Ｘ、Ｙ）における角度θが、ローブｌ内に含まれているということを示している。一方、
とは、検査用画像ｊを点灯させたときのディスプレイ表面の点（Ｘ、Ｙ）における角度θが、ローブｌ内に含まれていないということを示している。

なお、任意の放射角度θに対して、当該任意の放射角度θが任意のローブ内に属するか否かの判断は、前述したステップＳ４０４の処理においてローブ検出部Ａ１２０が検出した「ローブに属する領域」に当該任意の放射角度θが含まれるか否かを、視野角特性検証部Ａ１３０が判断することで行われる。または、視野角特性検証部Ａ１３０が上記の数式（６）を直接利用し、判断対象となる任意の放射角度θが数式（６）を満たすか否かを確認することによって行うこともできる。

以上説明したような方法で得られる許容輝度コントラストＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ）は、検査用画像１〜Ｎをそれぞれ点灯した際のディスプレイ表面の位置（Ｘ、Ｙ）における任意の放射角度θでの輝度のうち、同一ローブに属する輝度値の合計と、それ以外の輝度値の合計の比となる。このように計算された許容輝度コントラストＣｌの値が高ければ、ディスプレイ位置（Ｘ、Ｙ）を角度θ方向から観察したときの輝度情報は、その多くがインテグラル式の設計思想において悪影響を及ぼさない視点画像からなるものであることがいえる。一方、許容輝度コントラストＣｌの値が低ければ、悪影響を及ぼすクロストークを多く含んでいることを意味しており、結果として立体映像を表示した場合に映像のボケや逆視の原因となる映像が観察される要因となることを示している。

（第２実施形態の作用および効果）
続いて、第２実施形態にかかる視野角特性検証装置Ａ１の作用及び効果について説明する。第２実施形態の視野角特性検証装置Ａ１では、インテグラル式のような複数の視点画像を同一の眼に観察させることを想定するタイプの３次元ディスプレイにおいて、隣接視点画像同士の重なり合いのうち、観察される立体映像に悪影響を及ぼす重なりと、必ずしも悪影響を及ぼさない重なりを区別することで、３次元ディスプレイの光学特性を検査する。隣接視点画像同士の重なり合いが、悪影響を及ぼすものであるか否かは、重なり合う視点画像同士が繰り返し画像の原因となる、異なるローブに属しているか否かによって判断される。

具体的に、輝度分布検査部Ａ１１０は、３次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度値を元に、３次元ディスプレイの各視点ごとの、放射角度に対する輝度分布を検査する。ローブ検出部Ａ１２０は、輝度分布検査部Ａ１１０により検査された光の輝度分布を元に、繰り返し画像の原因となるローブを求める。ここで、「ローブ」とは、放射角度に対する輝度分布が複数の山と谷からなる曲線を成した場合に、当該山に応じた所定の領域をいう。視野角特性検証部Ａ１３０は、上記ローブに基づき、輝度分布検査部Ａ１１０により検査された輝度分布のうち、悪影響を及ぼす光と、必ずしも悪影響を及ぼさない光の比率を許容輝度コントラストとして算出する。そして、視野角特性検証部Ａ１３０は、当該算出した許容輝度コントラストに基づき、３次元ディスプレイの視野角特性を検証する。以上により、インテグラル式のような、複数の視点画像を同一の眼に観察させることを想定するタイプの３Ｄディスプレイにおいて、その設計思想を考慮した視野角特性の検証装置および方法を提供することが可能となる。

また、第２実施形態によれば、輝度分布検査部Ａ１１０は、３次元ディスプレイの表示面に直交する面（例えば３次元ディスプレイを地面に垂直に設置した場合には、地面に水平の面など）上で放射される光線の当該放射角度方向の輝度を計測する。これにより、３次元ディスプレイの使用態様に合わせた輝度計測が可能となる。

また、第２実施形態によれば、３次元ディスプレイの総視点数Ｎに対してＮ種類の検査用画像を用いることにより、３次元ディスプレイの各視点ごとの輝度分布を適切に検査することができる。

また、第２実施形態によれば、視点ｎに対する視点画像のみが点灯し、それ以外に対する視点画像は全て非点灯されている検査用画像ｎを用いることにより、３次元ディスプレイの各視点ごとの輝度分布を適切に検査することができる。

また、第２実施形態によれば、上記の数式（６）を用いることにより、ローブに属する領域の検出を適切に行うことができる。

また、第２実施形態によれば、閾値Ｔｈを３次元ディスプレイの設計要素や光学的装置構成に基づき適宜調整することにより、ローブに属する領域検出の精度を高めることができる。

また、第２実施形態によれば、閾値Ｔｈを人間の視覚認知能力の程度に合わせて適宜調整することにより、ローブに属する領域検出の精度を高めることができる。

（他の実施態様、その１）
以上、本発明の好適な第２実施形態について説明したが、本発明の第２実施形態が上記の態様に限定されないことは言うまでもない。上記説明においては、ディスプレイ上の位置（Ｘ，Ｙ）の１点のみから輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）を検出し、許容輝度コントラストＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ）を算出した。通常、（Ｘ，Ｙ）の１点は、ディスプレイ中心部（ディスプレイ表面の幅をＷ、高さをＨとした場合、(Ｘ，Ｙ)＝(Ｗ／２，Ｈ／２)となる点）などを計測点として採用する。この１点のみの計測により算出された許容輝度コントラストＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ）により、検査対象の立体ディスプレイの光学特性を検証しても良いが、ディスプレイ表面の複数の計測点に対して輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）を検査し、当該複数位置における許容輝度コントラストＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ）をそれぞれ求め、それら複数の許容輝度コントラストＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ）をもって立体ディスプレイの光学特性を検証しても良い。

すなわち、輝度分布検査部Ａ１１０が、３次元ディスプレイの複数の計測点に対して、前述した輝度計測処理および輝度分布検査処理を行い、ローブ検出部Ａ１２０が、当該複数の計測点に対して、前述した領域検出処理を行い、視野角特性検証部Ａ１３０が、当該複数の計測点に対して許容輝度コントラストを求め、当該複数の計測点に対して求められた当該許容輝度コントラストに基づき３次元ディスプレイの視野角特性を検証するようにしても良い。

複数点における許容輝度コントラストＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ）が求まれば、ディスプレイ表示面上のより多くの点における光学特性を考慮することができるので、より正確な立体ディスプレイの特性を評価することができる。また、観察者の位置を想定した場合にディスプレイの複数の点における輝度がどのような分布となるかをシミュレーションすることが可能になるため、ディスプレイを観察した場合に異なるローブに属する視点画像を同時に観察することによる画像のボケが生じる領域を客観的に定義することができ、これによって自然な立体映像を観察できる領域を検査することも可能となる。このような場合に、例えば、任意の観察位置からディスプレイの表示面を見たとき、輝度分布を検査したｍ箇所の計測点Ｐｍ[(Ｘ１，Ｙ１)，(Ｘ２，Ｙ２)，…，(Ｘ３，Ｙ３)]に対して計算した許容輝度コントラスト（例えばｍ箇所それぞれにおける許容輝度コントラストの平均値等）が一定の値以上である領域を、自然な立体映像を観察できる領域として認定することができる。

（他の実施態様、その２）
上記第２実施形態の説明においては、前述した図１６に示したように、輝度分布検査部Ａ１１０は地面に水平方向（図１６でいうと面Ａ２３上の方向であってＹＺ面）の輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）のみを検査した。しかし、これに限らず、輝度分布検査部Ａ１１０が、３次元ディスプレイの表示面および地面の両方に垂直の面の方向（図１６でいうとＸＺ面の方向）の輝度分布を更に検査するようにしても良い。これは、フラットパネルディスプレイの表面に、レンズやバリアを配置した構成の３Ｄディスプレイの中には、上記の第２実施形態の説明で示したような水平方向のみに視差をもつタイプの３Ｄディスプレイだけではなく、インテグラルフォトグラフィと言われる方式に代表されるような、垂直方向にも視差を有する方式もあるからである。このような垂直方向にも視差を有する方式の３Ｄディスプレイを対象とする場合には、前述したように輝度分布検査部Ａ１１０が輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ）を検査する代わりに、垂直方向の角度φ方向についても輝度値を計測し、輝度分布Ｌｎ（Ｘ，Ｙ，θ，φ）を検査するようにすることが好ましい。そして、ローブ検出部Ａ１２０や視野角特性検証部Ａ１３０においても、角度方向をθ方向のみではなくφ方向についても第２実施形態で前述した処理と同様の処理を行うことで、最終的に許容輝度コントラストＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ，φ）を求めることができ、このＣｌ（Ｘ，Ｙ，θ，φ）の値をもって立体ディスプレイの光学特性を示すことができる。

（他の実施態様、その３）
上記第２実施形態の説明においては、許容輝度コントラストは、あるローブに属する輝度分布の合計と、属さない輝度分布の合計の比で求めた。すなわち、以下の数式（７）で示される。

しかし、これに限らず、あるローブに属する輝度分布の合計と、ローブに属するか否かに関わらないすべての輝度分布の合計の比を用いて、許容輝度コントラストを求めることもできる。すなわち、以下の数式（８）で示されるＣ’を、許容輝度コントラストとしてもよい。

ここで、ＬｉおよびＬｊは輝度分布検査部Ａ１１０により計測された輝度分布であって、ｉ∈ｌとは、検査用画像ｉを点灯させたときのディスプレイ表面の点（Ｘ、Ｙ）における角度θが、ローブｌ内に含まれているということを示している。一方、式中の分母は、１〜Ｎまでのすべての検査用画像を計測した結果の合計である。このような式によって許容輝度コントラストを計算することで、許容輝度コントラストのとりうる数値を０以上１以下の値とすることができ、異なる特性を持ったディスプレイ同士の特性比較をより容易に行うことができるようになる。

１…光学特性評価装置、１０…輝度計測部、２０…輝度分布解析部、３０…眼間輝度解析部、４０…立体視判定部、５８…輝度計、６０…３Ｄディスプレイ、６１…計測ポイント、６２…表示面、７０…観察者、７１…右目、７２…左目、８０，８１，８２…輝度分布画像、９１，９２，９１…立体視判定画像。

Ａ１…視野角特性検証装置、Ａ１１０…輝度分布検査部、Ａ１２０…ローブ検出部、Ａ１３０…視野角特性検証部、Ａ１８…輝度計、Ａ２０…ディスプレイ、Ａ２１…計測点、Ａ２２…ディスプレイＡ２０の表示面。

Claims

３次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する輝度計測手段と、
前記輝度計測手段により計測された輝度データに基づき、前記光線の前記放射角度方向の輝度分布状態を解析し、前記光線の輝度分布画像を生成する輝度分布解析手段と、
前記輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成する眼間輝度解析手段と、
前記立体視判定画像に基づき、前記３次元ディスプレイの前の領域であって前記放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する立体視判定手段と、
を備えることを特徴とする３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記輝度分布解析手段は、
前記３次元ディスプレイの全ての視点において、各視点ごとの前記輝度分布状態を解析し、前記各視点ごとの前記輝度分布画像を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記眼間輝度解析手段は、
前記輝度分布解析手段が生成した前記各視点ごとの前記輝度分布画像のうち、前記観察者の眼間距離に相当する２つの輝度分布画像を抽出し、
当該抽出した前記２つの輝度分布画像を用いて、前記観察者の前記両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、前記立体視判定画像を生成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記輝度分布解析手段は、
前記３次元ディスプレイの全ての視線方向において、各視線方向ごとの前記輝度分布状態を解析し、前記各視線方向ごとの前記輝度分布画像を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記眼間輝度解析手段は、
前記輝度分布解析手段が生成した前記各視線方向ごとの前記輝度分布画像のうち、前記観察者の眼間距離に相当する２つの輝度分布画像を抽出し、
当該抽出した前記２つの輝度分布画像を用いて、前記観察者の前記両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、前記立体視判定画像を生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記輝度のコントラスト比は、前記観察者の右目および左目において、入るべき光と入るべきではない光との比である、
ことを特徴とする請求項３または請求項５に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記輝度のコントラスト比の値は、
前記観察者の右目に入るべき光が前記右目に入り且つ前記観察者の左目に入るべき光が前記左目に入った場合には、符号の変化を伴わず、
前記観察者の右目に入るべき光が前記観察者の左目に入った場合、または前記観察者の左目に入るべき光が前記観察者の右目に入った場合には、符号の変化を伴う、
ことを特徴とする請求項６に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記立体視判定手段は、
前記立体視判定画像において前記輝度のコントラスト比が所定の閾値を越える部分に相当する前記一定の領域を前記立体視可能領域として判定する、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
前記輝度分布画像および前記立体視判定画像は、前記３次元ディスプレイの表示面に直交する面上の前記領域における輝度分布を示す画像である、
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の３次元ディスプレイの光学特性評価装置。
輝度計測手段が、３次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する輝度計測ステップと、
輝度分布解析手段が、前記輝度計測手段により計測された輝度データに基づき、前記光線の前記放射角度方向の輝度分布状態を解析し、前記光線の輝度分布画像を生成する輝度分布解析ステップと、
眼間輝度解析手段が、前記輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成する眼間輝度解析ステップと、
立体視判定手段が、前記立体視判定画像に基づき、前記３次元ディスプレイの前の領域であって前記放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する立体視判定ステップと、
を備えることを特徴とする３次元ディスプレイの光学特性評価方法。