WO2014050819A1

WO2014050819A1 - 立体表示装置

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Publication number: WO2014050819A1
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Inventors: 岳洋村尾; 福島　浩
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Publication date: 2014-04-03
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Abstract

　広い領域にわたって、クロストークの少ない良好な立体画像が得られる立体表示装置を提供する。立体表示装置（１）は、画像を表示する表示パネル（１０）と、前記表示パネル（１０）に重ねて配置され、前記表示パネル（１０）に表示される画像を、右目用画像と左目用画像とに水平方向に分離するレンズシート（２０）と、前記表示パネル（１０）を制御する制御部と、観察者の位置情報を取得し、前記制御部へ供給する位置センサとを備える。前記表示パネル（１０）は、垂直方向に交互に配置される第１画素列（１１０）および第２画素列（１２０）を含む。前記制御部は、前記位置情報に応じて、前記第１画素列（１１０）および前記第２画素列（１２０）の一方に、前記右目用画像を構成する画素データと前記左目用画像を構成する画素データとを水平方向に交互に表示させる。

Description

立体表示装置

　本発明は、裸眼立体表示装置に関する。

　裸眼で観賞できる立体表示装置には、大別して視差バリア方式とレンチキュラレンズ方式とが知られている。これらの立体表示装置は、バリアまたはレンズによって光を分離して、左右の目に異なる画像を映すことで、観察者に立体感を与える。近年、市場に出ている裸眼立体表示装置は２視点の視差バリア方式とレンチキュラレンズ方式が主流となっている。

　このような２視点の立体表示装置は、設定された領域では良好な立体表示が得られるが、観察者が頭を動かすと、右目に映るべき画像と左目に映るべき画像とが混ざって二重に映る、クロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）と呼ばれる現象や、右目に映るべき画像が左目に映ってしまう、いわゆる逆視状態が発生する領域が存在する。そのため、観察者は、限られた領域からしか立体画像を観察することができない。この課題に対して多視点化技術や、観察者の頭の位置を検出し、その位置に合わせて画像を表示させるトラッキング技術が提案されているが、２視点の立体表示性能を維持しながら、広い角度範囲で立体画像を観察できる立体表示装置は存在しない。

　特許第２９５３４３３号公報に記載された立体表示装置は、表示装置と、視差画像分離手段とを有する。表示装置は、複数の右目用画素が特定の画素ピッチで水平方向に一直線上に並べられた第１の画素列と、複数の左目用画素が特定の画素ピッチで水平方向に一直線上に並べられた第２の画素列とを有する。第１の画素列と第２の画素列とは、右目用画素と左目用画素とが画素ピッチの１／２だけ水平方向にずれるように、垂直方向に交互に並べられる。

　特許第２９５３４３３号公報に記載された立体表示装置は、画素の開口率を高くするほど、立体画像を観察できる領域が狭くなるという問題がある。

　本発明の目的は、広い領域にわたって、クロストークの低く、かつ２次元表示時の表示品位を損なうことがない立体画像が得られる立体表示装置を提供することである。

　ここに開示する立体表示装置は、画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルに重ねて配置され、前記表示パネルに表示される画像を、右目用画像と左目用画像とに水平方向に分離するレンズシートと、前記表示パネルを制御する制御部と、観察者の位置情報を取得し、前記制御部へ供給する位置センサとを備える。前記表示パネルは、垂直方向に交互に配置される第１画素列および第２画素列を含む。前記第１画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記右目用画像と、前記第２画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記右目用画像とは、水平方向の位置が異なる。前記第１画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記左目用画像と、前記第２画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。前記制御部は、前記位置情報に応じて、前記第１画素列および前記第２画素列の一方に、前記右目用画像を構成する画素データと前記左目用画像を構成する画素データとを水平方向に交互に表示させる。

　本発明によれば、広い領域にわたって、クロストークの低い立体画像が得られる立体表示装置が得られる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置の構成を示す模式的断面図である。図２は、立体表示装置の機能的構成を示すブロック図である。図３は、レンズシートの詳しい構成、および表示パネルの画素配置を示す分解斜視図である。図４は、画素の詳しい構成を示す平面図である。図５は、各表示モードにおける立体表示装置の動作をまとめた表である。図６は、３次元表示モードにおける表示パネルの表示の態様を模式的に示した平面図である。図７は、表示パネルから出射される光を模式的に示す図である。図８は、立体表示装置の輝度の角度特性である。図９は、左目のクロストークＸＴ（Ｌ）および右目のクロストークＸＴ（Ｒ）の角度特性を示す図である。図１０は、２山のシリンドリカルレンズの効果を説明するための図である。図１１は、トラッキング３次元表示モード時の動作を説明するための図である。図１２は、トラッキング３次元表示モード時の動作を説明するための図である。図１３は、トラッキング３次元表示モード時の動作を説明するための図である。図１４は、立体表示装置のクロストークの角度特性を示す図である。図１５は、立体表示装置のトラッキング３次元表示モード時のクロストークの角度特性を示す図である。図１６は、立体表示装置の輝度の角度特性を示す図である。図１７は、本発明の実施形態にかかる立体表示装置の特性を、他の方式による立体表示装置と比較して示した表である。図１８は、本発明の第２の実施形態にかかる立体表示装置のレンズシートの詳しい構成、および表示パネルの画素配置を示す分解斜視図である。図１９は、本発明の第３の実施形態にかかる立体表示装置のレンズシートおよび表示パネルの画素配置を示す分解斜視図である。図２０は、本発明の第３の実施形態にかかる立体表示装置の表示パネルの画素の詳しい構成を示す平面図である。

　本発明の一実施形態にかかる立体表示装置は、画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルに重ねて配置され、前記表示パネルに表示される画像を、右目用画像と左目用画像とに水平方向に分離するレンズシートと、前記表示パネルを制御する制御部と、観察者の位置情報を取得し、前記制御部へ供給する位置センサとを備える。前記表示パネルは、垂直方向に交互に配置される第１画素列および第２画素列を含む。前記第１画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記右目用画像と、前記第２画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記右目用画像とは、水平方向の位置が異なる。前記第１画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記左目用画像と、前記第２画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。前記制御部は、前記位置情報に応じて、前記第１画素列および前記第２画素列の一方に、前記右目用画像を構成する画素データと前記左目用画像を構成する画素データとを水平方向に交互に表示させる（第１の構成）。

　上記の構成によれば、第１画素列から出射してレンズシートによって分離された右目用画像と、第２画素列から出射してレンズシートによって分離された右目用画像とは、水平方向の位置が異なる。同様に、第１画素列から出射してレンズシートによって分離された左目用画像と、第２画素列から出射してレンズシートによって分離された左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。制御部は、観察者の位置情報に応じて、第１画素列および第２画素列の一方を選択して画像を表示させる。すなわち、制御部は、右目用画像の位置が観察者の右目に近く、左目用画像の位置が観察者の左目の近くなるように、第１画素列および第２画素列の一方を選択する。これによって、広い領域にわたって、クロストークの低い立体画像が得られる

　上記第１の構成において、直方向に延伸した複数のシリンドリカルレンズを含み、前記複数のシリンドリカルレンズのそれぞれは、水平方向に所定の間隔だけ離れた２つのレンズ中心を有することが好ましい（第２の構成）。

　上記の構成によれば、シリンドリカルレンズの一方のレンズ中心を持つ部分によって分離される光と、他方のレンズ中心を持つ部分によって分離される光とが重なり合う。そのため、右目用画像および左目用画像のそれぞれにおいて、より広い範囲で高い輝度が得られ、クロストークを低減させることができる。換言すれば、クロストークが低い領域を広くすることができる。

　これによって、第１画素列のクロストークの低い領域と、第２画素列のクロストークの低い領域とを、それぞれ広くすることができる。そのため、第１画素列と第２画素列とを切り替える間の領域を、よりクロストークの低い状態にすることができる。

　上記第１または第２の構成において、前記第１画素列および前記第２画素列はそれぞれ、水平方向に所定の画素間隔で整列した複数の画素を含み、前記第１画素列の画素と前記第２画素列の画素とは、水平方向に前記画素間隔の半分だけずらして配置される構成としても良い（第３の構成）。

　上記第１または第２の構成において、前記レンズシートは、平面視において前記第１画素列に重なる第１レンズ列と、平面視において前記第２画素列に重なる第２レンズ列とを含み、前記第１レンズ列および前記第２レンズ列はそれぞれ、水平方向に所定のレンズ間隔で整列した複数のレンズを含み、前記第１レンズ列のレンズと前記第２レンズ列のレンズとは、水平方向に前記レンズ間隔の１／４だけずらして配置される構成としても良い（第４の構成）。

　上記第１または第２の構成において、前記第１画素列および前記第２画素列はそれぞれ、水平方向に所定の画素間隔で整列した複数の画素を含み、前記第１画素列の画素の開口部と前記第２画素列の画素の開口部とは、水平方向に前記画素間隔の半分だけずらして配置される構成としても良い（第５の構成）。

　上記第１～第５のいずれかの構成において、前記制御部は、表示モードとして２次元表示モードを有し、前記２次元表示モードでは、前記位置情報によらず前記第１画素列および前記第２画素列の両方に画像を表示させ、隣接する前記第１画素列と前記第２画素列とに同じ画像を表示させることが好ましい（第６の構成）。

　上述のように、第１画素列から出射してレンズシートによって分離された右目用画像および左目用画像と、第２画素列から出射してレンズシートによって分離された右目用画像および左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。したがって、第１画素列と第２画素列とを両方点灯させ、さらに第１画素列と第２画素列とに同じ画像を表示させることによって、これらが重なりあって、輝度分布をフラットにすることができる。上記の構成によれば、２次元表示モードにおいて、モアレの無い２次元画像を得ることができる。

　上記第１～第６のいずれかの構成において、前記表示パネルは、液晶表示パネルであっても良い（第７の構成）。

　［実施の形態］
　以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

　［第１の実施形態]
　図１は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置１の構成を示す模式的断面図である。立体表示装置１は、表示パネル１０と、レンズシート２０と、ＯＣＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｌｅａｒ　Ａｄｈｅｓｉｖｅ）３０と備えている。表示パネル１０とレンズシート２０とは重ねて配置され、ＯＣＡ３０によって貼り合わされている。

　表示パネル１０は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板１１と、ＣＦ（Ｃｏｌｏｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）基板１２と、液晶層１３と、偏光板１４および１５とを備えている。表示パネル１０は、ＴＦＴ基板１１およびＣＦ基板１２を制御して、液晶層１３の液晶分子の配向を操作する。表示パネル１０には、図示しないバックライトユニットから光が照射される。表示パネル１０は、液晶層１３ならびに偏光板１４および１５によって、画素ごとに光の透過量を調整して、画像を表示する。

　レンズシート２０は、表示パネル１０に表示される画像を、右目用画像と左目用画像とに分離する。レンズシート２０の詳しい構成は後述する。

　以下、図１に示すように、観察者９０と立体表示装置１とが真っ直ぐに向かい合ったときの、観察者９０の左目９０Ｌと右目９０Ｒとを結ぶ線分に平行な方向（図１のｘ方向）を、水平方向と呼ぶ。また、表示パネル１０の面内において水平方向と直交する方向（図１のｙ方向）を垂直方向と呼ぶ。

　図２は、立体表示装置１の機能的構成を示すブロック図である。立体表示装置１は、制御部４０と、位置センサ４１と、操作部４２とをさらに備えている。

　制御部４０は、表示パネル１０を制御して、表示パネル１０に画像を表示させる。制御部４０は、信号変換部４０１を含んでいる。

　立体表示装置１は、後述するように、複数の表示モードを有している。信号変換部４０１は、入力信号Ｖｉｎを表示モードに応じて変換し、出力信号Ｖｏｕｔとして表示パネル１０の表示駆動部１６に供給する。表示駆動部１６は、例えばゲートドライバおよびソースドライバである。

　位置センサ４１は、観察者９０の位置情報を取得する。位置センサ４１は例えば、カメラによって画像を取得し、画像処理によって観察者９０の目の位置を検出するアイトラッキングシステムである。位置センサ４１はあるいは、赤外線によって観察者９０の頭の位置を検出するヘッドトラッキングシステムであっても良い。位置センサ４１は、取得した位置情報を、制御部４０に供給する。

　操作部４２は、ユーザからの操作を受け付け、受け付けた情報を制御部４０に供給する。ユーザは、操作部４２を操作して、立体表示装置１の表示モードを切り替える。

　図３は、レンズシート２０の詳しい構成、および表示パネル１０の画素配置を示す分解斜視図である。

　図３に示すように、レンズシート２０は、垂直方向に沿って延伸した複数のシリンドリカルレンズ２１を含んでいる。複数のシリンドリカルレンズ２１は、水平方向にレンズ間隔Ｐで整列している。複数のシリンドリカルレンズ２１のそれぞれは、水平方向にレンズシフト量ｓだけ離れた２つのレンズ中心２１ａおよび２１ｂを有する、２山のシリンドリカルレンズである。より詳しくは、複数のシリンドリカルレンズ２１のそれぞれは、同一の曲率半径ｒを持った２つのレンズが重なった形状を有している。

　表示パネル１０は、垂直方向に交互に配置された、Ｕ列（第１画素列）１１０と、Ｂ列（第２画素列）１２０とを含んでいる。Ｕ列１１０は、水平方向に画素間隔ｐで整列した複数の画素１１１を含んでいる。同様に、Ｂ列１２０は、水平方向に画素間隔ｐで整列した複数の画素１２１を含んでいる。

　Ｕ列１１０の画素１１１とＢ列１２０の画素１２１とは、水平方向に画素間隔ｐの半分（ｐ／２）だけずらして配置されている。これによって、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される光と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される光とは、水平方向の位置が異なる。より具体的には、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像とは、水平方向の位置が異なる。同様に、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される左目用画像と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。

　なお、レンズ間隔Ｐは、画素間隔ｐの約２倍である。

　図４は、画素１１１および１２１の詳しい構成を示す平面図である。画素１１１は、垂直方向に整列したサブ画素１１１ａ、１１１ｂおよび１１１ｃを含んでいる。画素１２１も同様に、垂直方向に整列したサブ画素１２１ａ、１２１ｂおよび１２１ｃを含んでいる。なお、図４中のハッチングは、各サブ画素の色が異なることを模式的に表現したものであって、断面構造を示すものではない。

　例えば、サブ画素１１１ａおよび１２１ｂは赤色の光を透過し、サブ画素１１１ｂおよび１２１ｂは緑色の光を透過し、サブ画素１１１ｃおよび１２１ｃは青色の光を透過する。これら以外の領域は、ブラックマトリクスによって遮光されている。換言すれば画素１１１は、サブ画素１１１ａ、１１１ｂ、および１１１ｃに開口部を有し、画素１２１は、サブ画素１２１ａ、１２１ｂ、および１２１ｃに開口部を有している。

　以上、立体表示装置１の構成について説明した。次に、立体表示装置１の動作について説明する。

　図５は、各表示モードにおける立体表示装置１の動作をまとめた表である。立体表示装置１は、表示モードとして、２次元表示モードと、３次元表示モードと、トラッキング３次元表示モードとを有する。図５に示すように、制御部４０は、２次元表示モードでは、Ｕ列１１０およびＢ列１２０の両方を点灯させる。制御部４０は、３次元表示モードでは、Ｕ列１１０およびＢ列１２０のいずれか一方を点灯させる。そして、制御部４０は、トラッキング３次元表示モードでは、位置センサ４１から供給される位置情報に基づいて、Ｕ列１１０およびＢ列１２０のいずれか一方を点灯させる。

　［３次元表示モード］
　制御部４０は、３次元表示モードではＵ列１１０およびＢ列１２０のいずれか一方を点灯させる。図６は、３次元表示モードにおける表示パネル１０の表示の態様を模式的に示した平面図である。図６では、制御部４０は、Ｕ列１１０を点灯させ、Ｂ列１２０を非点灯にしている。制御部４０は、Ｕ列１１０の画素１１１に、右目用画像を構成する画素データ（Ｒ）と左目用画像を構成する画素データ（Ｌ）とを交互に表示させている。

　図７は、表示パネル１０から出射される光を模式的に示す図である。図７に示すように、レンズシート２０によって、表示パネル１０に表示された画像は、右目用画像と左目用画像とに水平方向に分離される。観察者９０が適切な位置で立体表示装置１を観察すると、右目９０Ｒには右目用画像が映り、左目９０Ｌには左目用画像が映る。観察者９０はこれによって、表示パネル１０に表示される画像を、立体画像として認識する。

　図７には、左目用画像の輝度Ａ_Ｌおよび右目用画像の輝度Ａ_Ｒの分布を、それぞれ破線および一点鎖線によって模式的に示している。図７では、左目９０Ｌの位置において左目用画像の輝度Ａ_Ｌが最大になり、右目９０Ｒの位置において右目用画像の輝度Ａ_Ｒが最大になっている。

　この位置から観察者９０が動くと、左目９０Ｌの位置では、左目用画像の輝度Ａ_Ｌが低下し、右目用画像の輝度Ａ_Ｒが増加する。同様に、右目９０Ｒの位置では、右目用画像の輝度Ａ_Ｒが低下し、左目用画像の輝度Ａ_Ｌが増加する。この結果、左目９０Ｌに右目用画像が混入し、右目９０Ｒに左目用画像が混入する。この現象はクロストークと呼ばれ、著しくなると立体感が損なわれるだけでなく、観察者９０に不快感を与える原因となる。

　図８を用いて、クロストークを定量的に定義する。図８は、立体表示装置１の輝度の角度特性である。輝度Ａ_Ｌは、右目用画像を黒表示、左目用画像を白表示にしたとき、角度θ＜０において観測される輝度である。輝度Ｂ_Ｒは、同じ画面において、角度θ＞０において観測される輝度である。輝度Ａ_Ｒは、右目用画像を白表示、右目用画像を黒表示にしたとき、角度θ＜０において観測される輝度である。輝度Ｂ_Ｌは、同じ画面において、角度θ＞０において観測される輝度である。輝度Ｃ_Ｌは、右目用画像および左目用画像の両方を黒表示にしたとき、角度θ＜０において観測される輝度である。輝度Ｃ_Ｒは、同じ画面において、角度θ＞０において観察される輝度である。

　このとき、左目のクロストークＸＴ（Ｌ）を、次の式で定義する。

　同様に、右目のクロストークＸＴ（Ｒ）を、次の式で定義する。

　図９は、左目のクロストークＸＴ（Ｌ）および右目のクロストークＸＴ（Ｒ）の角度特性を示す図である。左目用クロストークＸＴ（Ｌ）は、角度－θ_０において極小値を取り、角度－θ_０からずれるにしたがって大きくなる。同様に、右目用クロストークＸＴ（Ｒ）は、角度＋θ_０において極小値を取り、角度＋θ_０からずれるにしたがって大きくなる。

　図１０は、２山のシリンドリカルレンズ２１の効果を説明するための図である。既述のように、複数のシリンドリカルレンズ２１のそれぞれは、２つのレンズ中心２１ａおよび２１ｂを有する。この構成によれば、レンズ中心２１ａと、レンズ中心２１ｂがそれぞれの位置に焦点を持たせることができるため、左右の画像分離特性が向上する。これにより右目用画像および左目用画像のそれぞれにおいて、より輝度が得られるとともに、クロストークを低減させることができる。換言すれば、クロストークが低い領域を広くすることができる。

　［トラッキング３次元表示モード］
　制御部４０は、トラッキング３次元表示モードでは、位置センサ４１から供給される位置情報に基づいて、Ｕ列１１０およびＢ列１２０のいずれか一方を点灯させる。以下、図１１～図１３を用いて、トラッキング３次元表示モードにおける動作について説明する。

　図１１は、観察者９０が、クロストークの高い領域に移動した状態を示している。図１１では、制御部４０は、Ｕ列１１０を点灯させ、Ｂ列１２０を非点灯にしている。制御部４０は、Ｕ列１１０に、右目用画像を構成する画素データと左目用画像を構成する画素データとを交互に表示させている。

　制御部４０は、例えば、立体表示装置１の中心から観察者９０を結ぶ線分と、表示パネル１０の法線とのなす角度が所定値θ_１以上になると、Ｕ列１１０およびＢ列１２０の点灯状態を反転させる。すなわち、制御部４０は、図１２に示すように、Ｂ列１２０を点灯させ、Ｕ列１１０を非点灯にする。制御部４０はこのとき、Ｂ列１２０に、右目用画像を構成する画素データと左目用画像を構成する画素データとを交互に表示させる。

　既述のように、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。これらの画像は、より具体的には、水平方向に視点間距離の半分だけずれる。すなわち、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像の中心位置（最も輝度が高い位置）は、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像の中心位置と左目用画像の中心位置との中間になる。同様に、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される左目用画像の中心位置は、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像の中心位置と左目用画像の中心位置との中間になる。

　そのため、Ｕ列１１０を点灯させたときクロストークの高い領域は、Ｂ列１２０を点灯させたときはクロストークの低い領域となる。これによって、図１２では、観察者９０は、クロストークの低い領域にいることになる。

　このように、制御部４０は、観察者９０の位置に応じて、Ｕ列１１０およびＢ列１２０のうち、クロストークが低くなる方を点灯させる。これによって、広い領域にわたってクロストークを低くすることができる。

　図１３は、観察者９０が、図１２の状態からさらに同じ方向に移動した状態を示している。制御部４０は、例えば、立体表示装置１の中心から観察者９０を結ぶ線分と、表示パネル１０の法線とのなす角度が所定値θ_２以上になると、Ｕ列１１０およびＢ列１２０の点灯状態を再び反転させる。すなわち、制御部４０は、図１３に示すように、Ｕ列１１０を点灯させ、Ｂ列１２０を非点灯にする。制御部４０はこのとき、Ｕ列１１０に、右目用画像を構成する画素データと左目用画像を構成する画素データとを交互に表示させる。

　制御部４０はさらに、右目用画像を構成する画素データと左目用画像を構成する画素データとの順番を、図１１の状態から反転させる（左右画像スワップ）。これによって、逆視状態（右目９０Ｒに左目用画像が映り、左目９０Ｌに右目用画像が映る状態）を避けることができる。

　制御部４０は、このように、観察者９０の位置が一方向に移動する場合、Ｕ列１１０、Ｂ列１２０、Ｕ列１１０（左右画像スワップ）、Ｂ列１２０（左右画像スワップ）、Ｕ列１１０、Ｂ列１２０・・・という順番で表示させる。これによって、観察者９０が移動した際にも、クロストークの発生を抑制することができ、広い領域にわたってクロストークの低い良好な立体画像が得られる。

　［２次元表示モード］
　制御部４０は、２次元表示モードでは、Ｕ列１１０およびＢ列１２０の両方を点灯させる。制御部４０はこのとき、Ｕ列１１０の隣接する画素１１１に同じ画素データを表示させる。同様に、Ｂ列１２０の隣接する画素１２１に同じ画素データを表示させる。これによって、右目用画像と左目用画像は同じ画像になる。すなわち、右目９０Ｒと左目９０Ｌとには、同じ画像が映る。観察者９０はこれによって、表示パネル１０に表示される画像を、平面画像として認識する。

　制御部４０はさらに、２次元表示モードでは、隣接するＵ列１１０とＢ列１２０とに同じ画像を表示させる。既述のように、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される光と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される光とは、水平方向に視点間距離の半分だけずれる。そのため、Ｕ列１１０の輝度が低い領域は、Ｂ列１２０の輝度が高い領域となる。したがって、Ｕ列１１０とＢ列１２０とを両方点灯させ、さらに隣接するＵ列１１０とＢ列１２０とに同じ画像を表示させることによって、これらが重なり合って、フラットな輝度分布が得られる。これによって、モアレの無い２次元画像を得ることができる。

　以上、立体表示装置１の動作について説明した。以下、具体的な構成例を示して、立体表示装置１の効果を説明する。

　図１４および図１５は、立体表示装置１のクロストークの角度特性を示す図である。このデータは、パネルサイズ３．５インチ、画素間隔ｐ＝９６μｍ、レンズ間隔Ｐ＝１９１．８２μｍ、曲率半径ｒ＝１５４μｍ、レンズシフト量ｓ＝３８μｍの立体表示装置１によって得られた。

　図１４中、ＸＴ（Ｕ）はＵ列１１０だけを点灯させたときのクロストークの角度特性であり、ＸＴ（Ｂ）はＢ列１２０だけを点灯させたときのクロストークの角度特性である。図１４に示すように、ＸＴ（Ｕ）とＸＴ（Ｂ）とは、半周期分ずれた形状を有している。

　既述のように、制御部４０は、トラッキング３次元表示モードでは、観察者９０の位置に応じて、Ｕ列１１０およびＢ列１２０のうち、クロストークが低くなる方を点灯させる。したがって、トラッキング３次元表示モードにおけるクロストークＸＴ（Ｔ）の角度特性は、図１５に示すようになる。トラッキング３次元表示モードでは、図１５に示すように、広い領域にわたって、クロストークを低くすることができる。

　立体表示装置１は、トラッキングを、表示パネル１０の表示画像の切り替えによって行う。そのため立体表示装置１は、後述するバリア分割方式と比較して、トラッキングを高速に行うことができる。

　本実施形態にかかる立体表示装置１では、２つのレンズ中心２１ａおよび２１ｂを有する２山のシリンドリカルレンズ２１の効果によって、Ｕ列１１０のクロストークの低い領域と、Ｂ列１２０のクロストークの低い領域とが、それぞれ広くなっている。トラッキングと組み合わせることによって、全ての角度範囲にわたってクロストークの低い状態にすることができる。このように、立体表示装置１は、２山のシリンドリカルレンズ２１を備えることが好ましい。しかし、立体表示装置１は、２山のシリンドリカルレンズ２１に代えて、１つのレンズ中心を有するシリンドリカルレンズを備えたものであっても良い。

　図１６は、同じ立体表示装置１の輝度の角度特性を示す図である。図１６中、ＬＭ（Ｕ）はＵ列１１０だけを点灯させたときの輝度の角度特性を、ＬＭ（Ｂ）はＢ列１２０だけを点灯させたときの輝度の角度特性を、ＬＭ（２Ｄ）はＵ列１１０およびＢ列１２０の両方を点灯させたときの輝度の角度特性を、それぞれ示している。

　図１６に示すように、ＬＭ（Ｕ）とＬＭ（Ｂ）とは、半周期分ずれた形状を有している。Ｕ列１１０とＢ列１２０とを両方点灯させたＬＭ（２Ｄ）はこれらの重ね合わせであるため、フラットな角度特性が得られる。これによって、２次元表示モードでは、モアレの無い２次元画像が得られる。

　また、３次元表示モード（Ｕ列１１０およびＢ列１２０の一方を点灯）においても、２山のシリンドリカルレンズ２１の効果により、２次元表示モード時の８０％の輝度が得られている。

　図１７は、本実施形態にかかる立体表示装置１の特性を、他の方式による立体表示装置と比較して示した表である。「追随性」の欄には、トラッキング時の応答速度が十分であるかを記載している。「２Ｄ時品位」の欄には、２次元表示モード時の画質について記載している。「２Ｄ時解像度」の欄には、２次元表示モード時の解像度が、表示パネルの解像度の何分の１になるかを記載している。「２Ｄ時輝度」の欄には、２次元表示モード時の輝度が、表示パネルの輝度の何％になるかを記載している。「３Ｄ時解像度」の欄には、３次元表示モード時の解像度が、表示パネルの解像度の何分の１になるかを記載している。「３Ｄ時輝度」の欄には、３次元表示モード時の輝度が、表示パネルの輝度の何％になるかを記載している。「３Ｄ品位（ＸＴ）」の欄には、３次元表示モード時の画質について記載している。「ＸＴ領域」の欄には、クロストークの高い領域の有無について記載している。

　「Ｎ視点（固定レンズ）」方式は、視点を多視点化することにより、２視点間を補間する方式である。この方式では、２次元表示モード時および３次元表示モード時の両方において、解像度が１／Ｎになる。また、３次元表示モード時の画質も悪い。

　「Ｎ視点（ＳＷ－ＬＣＤ）」方式および「Ｎ視点（固定バリア）」方式は、バリアによって画像をＮ視点に分離する方式である。この方式では、解像度が１／Ｎになるのに加えて、バリアによって輝度が１００／Ｎ％になる。「Ｎ視点（ＳＷ－ＬＣＤ）」方式では、スイッチ液晶パネルによって、２次元表示モードと３次元表示モードとを切り替える。そのため、２次元表示モード時の輝度および解像度を１００％にすることができる。しかし、３次元表示モード時の輝度および解像度は１／Ｎのままである。

　「左右画像ＳＷＡＰ（ＳＷ－ＬＣＤ）」方式および「左右画像ＳＷＡＰ（固定レンズ）」方式は、観察者の位置をトラッキングして、右目用画像と左目用画像とを切り替える方式である。この方式によれば、逆視状態を避けることができる。しかし、クロストークの高い領域は必ず存在する。また、「左右画像ＳＷＡＰ（ＳＷ－ＬＣＤ）」方式は、バリアによって画像を分離するため、３次元表示モードでは輝度が半分になる。「左右画像ＳＷＡＰ（固定レンズ）」方式は、２次元表示モード時にも画像が分離され続けるため、モアレが発生する。そのため、２次元表示モードにおける画質が悪い。

　「バリア分割（ＳＷ－ＬＣＤ）」方式は、スイッチ液晶パネルの液晶分子を細かく制御して、観察者の位置に応じてバリアの位置を変える方式である。これによって、クロストークの高い領域を無くすことができる。しかし、液晶を駆動してバリアの位置を変えるため、応答速度は十分ではない。また、バリアによって画像を分離するため、３次元表示モードでは輝度が半分になる。

　本実施形態によれば、トラッキング３次元表示モードでは、広い領域にわたってクロストークを低くすることができる。トラッキングの応答速度も十分である。また、２次元表示モードでは、モアレの少ない２次元画像が得られる。さらに、３次元表示モードにおいても、表示パネル１０の輝度の８０％の輝度が得られる。

　立体表示装置１は、本実施形態のように、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像とが、それぞれ視点間距離の半分だけずれるように設計されることが好ましい。すなわち、立体表示装置１は、図１６に示すように、ＬＭ（Ｕ）とＬＭ（Ｂ）とが、半周期分ずれるように設計されることが好ましい。しかし、Ｕ列１１０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像とは、水平方向の位置が異なっていれば、一定の効果が得られる。

　［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態にかかる立体表示装置２は、立体表示装置１の表示パネル１０に代えて、表示パネル５０を備えている。立体表示装置２はさらに、立体表示装置１のレンズシート２０に代えて、レンズシート６０を備えている。図１８は、レンズシート６０の詳しい構成、および表示パネル５０の画素配置を示す分解斜視図である。

　表示パネル５０は、表示パネル１０と比較して、画素配置が異なっている。表示パネル５０では、Ｕ列１１０の画素１１１とＢ列１２０の画素１２１とは、水平方向の位置が揃っている。すなわち、表示パネル５０の画素配置は、マトリクス状の画素配置である。

　レンズシート６０は、平面視においてＵ列１１０に重なる第１レンズ列６１と、平面視においてＢ列１２０に重なる第２レンズ列６２とを含んでいる。すなわち、Ｕ列１１０から出射する光は第１レンズ列６１によって分離され、Ｂ列１２０から出射する光は第２レンズ列６２によって分離される。第１レンズ列６１および第２レンズ列６２はそれぞれ、水平方向に所定のレンズ間隔Ｐで整列した複数のシリンドリカルレンズ２１を含んでいる。

　第１レンズ列６１と第２レンズ列６２とは、水平方向にレンズ間隔Ｐの１／４だけずらして配置されている。これによって、Ｕ列１１０から出射してレンズシート６０によって分離される右目用画像および左目用画像と、Ｂ列１２０から出射してレンズシート６０によって分離される右目用画像および左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。

　これらの画像は、より具体的には、第１の実施形態と同様に、水平方向に視点間距離の半分だけずれる。本実施形態においても、トラッキング３次元表示モードでは、観察者９０の位置に応じてＵ列１１０およびＢ列１２０の一方を点灯させる。これによって、広い領域にわたってクロストークを低くすることができる。

　立体表示装置２の表示パネル５０の画素配置は、よく用いられるマトリクス状の画素配置である。したがって、立体表示装置１の表示パネル１０と比較して、量産性に優れる。

　［第３の実施形態］
　本発明の第３の実施形態にかかる立体表示装置３は、立体表示装置１の表示パネル１０に代えて、表示パネル７０を備えている。図１９は、レンズシート２０、および表示パネル７０の画素配置を示す分解斜視図である。

　表示パネル７０は、表示パネル１０のＵ列１１０に代えてＵ列７１０を含み、Ｂ列１２０に代えてＢ列７２０を含んでいる。Ｕ列７１０は、水平方向に画素間隔ｐで整列した複数の画素７１１を含んでいる。同様に、Ｂ列７２０は、水平方向に画素間隔ｐで整列した複数の画素７２１を含んでいる。

　Ｕ列７１０の画素７１１とＢ列７２０の画素７２１とは、水平方向の位置が揃っている。すなわち、表示パネル５０の画素配置は、マトリクス状の画素配置である。

　図２０は、画素７１１および７２１の詳しい構成を示す平面図である。画素７１１は、垂直方向に整列したサブ画素７１１ａ、７１１ｂおよび７１１ｃを含んでいる。画素７２１も同様に、垂直方向に整列したサブ画素７２１ａ、７２１ｂおよび７２１ｃを含んでいる。なお、図２０中のハッチングは、各サブ画素の色が異なることを模式的に表現したものであって、断面構造を示すものではない。

　例えば、サブ画素７１１ａおよび７２１ｂは赤色の光を透過し、サブ画素７１１ｂおよび７２１ｂは緑色の光を透過し、サブ画素７１１ｃおよび７２１ｃは青色の光を透過する。これら以外の領域は、ブラックマトリクスによって遮光されている。換言すれば画素７１１は、サブ画素７１１ａ、７１１ｂ、および７１１ｃに開口部を有し、画素７２１は、サブ画素７２１ａ、７２１ｂ、および７２１ｃに開口部を有している。

　サブ画素７１１ａ、７１１ｂ、および７１１ｃと、サブ画素７２１ａ、７２１ｂ、および７２１ｃとは、水平方向に画素間隔ｐの半分（ｐ／２）だけずらして配置されている。すなわち、Ｕ列７１０の画素７１１の開口部とＢ列７２０の画素７２１の開口部とは、水平方向に画素間隔ｐの半分（ｐ／２）だけずらして配置されている。これによって、Ｕ列７１０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像と、Ｂ列７２０から出射してレンズシート２０によって分離される右目用画像および左目用画像とは、水平方向の位置が異なる。

　これらの画像は、より具体的には、第１の実施形態と同様に、水平方向に視点間距離の半分だけずれる。本実施形態においても、トラッキング３次元表示モードでは、観察者９０の位置に応じてＵ列７１０およびＢ列７２０の一方を点灯させる。これによって、広い領域にわたってクロストークを低くすることができる。

　立体表示装置３の表示パネル７０の画素配置は、よく用いられるマトリクス状の画素配置であり、カラーフィルタの構成を変更するだけで良い。したがって、立体表示装置１の表示パネル１０と比較して、量産性に優れる。

　［その他の実施形態］
　以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

　上述の各実施形態では、表示パネルとして液晶表示パネルを用いた例を説明した。しかし、液晶表示パネルに代えて、プラズマ表示パネルや、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルを用いても良い。

　本発明は、立体表示装置として産業上の利用が可能である。

Claims

　画像を表示する表示パネルと、
　前記表示パネルに重ねて配置され、前記表示パネルに表示される画像を、右目用画像と左目用画像とに水平方向に分離するレンズシートと、
　前記表示パネルを制御する制御部と、
　観察者の位置情報を取得し、前記制御部へ供給する位置センサとを備え、
　前記表示パネルは、垂直方向に交互に配置される第１画素列および第２画素列を含み、
　前記第１画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記右目用画像と、前記第２画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記右目用画像とは、水平方向の位置が異なり、
　前記第１画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記左目用画像と、前記第２画素列から出射して前記レンズシートによって分離された前記左目用画像とは、水平方向の位置が異なり、
　前記制御部は、前記位置情報に応じて、前記第１画素列および前記第２画素列の一方に、前記右目用画像を構成する画素データと前記左目用画像を構成する画素データとを水平方向に交互に表示させる、立体表示装置。
　前記レンズシートは、垂直方向に延伸した複数のシリンドリカルレンズを含み、
　前記複数のシリンドリカルレンズのそれぞれは、水平方向に所定の間隔だけ離れた２つのレンズ中心を有する、請求項１に記載の立体表示装置。
　前記第１画素列および前記第２画素列はそれぞれ、水平方向に所定の画素間隔で整列した複数の画素を含み、
　前記第１画素列の画素と前記第２画素列の画素とは、水平方向に前記画素間隔の半分だけずらして配置される、請求項１または２に記載の立体表示装置。
　前記レンズシートは、平面視において前記第１画素列に重なる第１レンズ列と、平面視において前記第２画素列に重なる第２レンズ列とを含み、
　前記第１レンズ列および前記第２レンズ列はそれぞれ、水平方向に所定のレンズ間隔で整列した複数のレンズを含み、
　前記第１レンズ列のレンズと前記第２レンズ列のレンズとは、水平方向に前記レンズ間隔の１／４だけずらして配置される、請求項１または２に記載の立体表示装置。
　前記第１画素列および前記第２画素列はそれぞれ、水平方向に所定の画素間隔で整列した複数の画素を含み、
　前記第１画素列の画素の開口部と前記第２画素列の画素の開口部とは、水平方向に前記画素間隔の半分だけずらして配置される、請求項１または２に記載の立体表示装置。
　前記制御部は、表示モードとして２次元表示モードを有し、前記２次元表示モードでは、前記位置情報によらず前記第１画素列および前記第２画素列の両方に画像を表示させ、隣接する前記第１画素列と前記第２画素列とに同じ画像を表示させる、請求項１～５のいずれか一項に記載の立体表示装置。
　前記表示パネルは、液晶表示パネルである、請求項１～６のいずれか一項に記載の立体表示装置。