JP2012018245A - 立体画像表示装置及び立体画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比して、フラットパネルディスプレイに必要な解像度を低下させることができるようにする。
【解決手段】フラットパネルディスプレイの前面に配置したレンチキュラレンズ又はパララックスバリアを介して出射し、右眼用及び左眼用の視点群を形成して多視点の立体画像を表示する立体画像表示装置に適用する。レンチキュラレンズの同一のシリンドリカルレンズ、又はパララックスバリアの同一の開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群との間に、隣接するシリンドリカルレンズ、又は隣接する開口を介して視点群を形成する右眼用及び左眼用の画素群を設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、立体画像表示装置及び立体画像表示方法に関し、例えば超多眼表示方式による立体画像の表示に適用することができる。本発明は、右眼用画素群及び対応する左眼用画素群の間に、隣接する画素群を配置することにより、右眼近傍領域及び左眼近傍領域に限って視点を形成し、従来に比して、フラットパネルディスプレイに必要な解像度を低下させることができるようにする。

従来、調節輻輳矛盾に起因する眼精疲労を防止して自然な立体画像を表示する方法として、超多眼表示方式の立体画像表示装置が知られている。

ここで、超多眼表示方式では、例えば液晶表示パネル等のフラットパネルディスプレイの前面にシリンドリカルレンズによるレンチキュラレンズを配置し、このレンチキュラレンズにより水平方向に連続する各画素の出射光を水平方向に連続する各視点に順次循環的に振り分ける。これにより超多眼表示方式の立体画像表示装置では、右眼及び左眼にそれぞれ選択的に対応する画像を提供し、さらに視点の変化により左眼及び右眼に提供する画像が変化し、３次元物体形状等を表示する。

この種の立体画像表示装置に関して、Y.Takaki, O.Yokoyama, and G.Hamagishi, "Flat-panel display with slanted pixel arrangement for 16-View display," Proc. SPIE 7237, 08-1-8(2009)には、いわゆる斜め色画素配置により視点間のクロストークを低減する方法が提案されている。

特開２００９−４８１３４号公報

Y.Takaki,O.Yokoyama,andG.Hamagishi,"Flat-panel display with slanted pixel arrangement for 16-Viewdisplay," Proc. SPIE 7237, 08-1-8(2009)

ところでこの種の立体画像表示装置において、眼精疲労をなくし、かつ、滑らかな運動視差を実現するためには、非常に多くの視点を瞳孔径以下の間隔で高密度に発生させることが必要である。しかしながらこの種の画像表示装置では、視点数と解像度とがトレードオフの関係にあることから、視点数を増大させると解像度が低下することになる。従って解像度を向上するためには、結局、フラットパネルディスプレイを極めて高精細に作製することが必要になる問題がある。

本発明では、上述の課題に鑑みてなされたものであり、従来に比して、フラットパネルディスプレイに必要な解像度を低下させることができる立体画像表示装置及び立体画像表示方法を提供することにある。このため本発明は、以下の技術的事項から構成される。

（１）請求項１の発明は、
フラットパネルディスプレイに順次設定した右眼用の画素群と左眼用の画素群からの出射光を、前記フラットパネルディスプレイの前面に配置したレンチキュラレンズ又はパララックスバリアを介して出射し、右眼用及び左眼用の視点群を形成して多視点の立体画像を表示する立体画像表示装置において、
前記レンチキュラレンズの同一のシリンドリカルレンズ、又は前記パララックスバリアの同一の開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群との間に、前記同一のシリンドリカルレンズに隣接するシリンドリカルレンズ、又は前記同一の開口に隣接する開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群を設定した
ことを特徴とする立体画像表示装置。

（２）請求項２の発明は、
観察者の観察位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記右眼用及び左眼用の画素群の位置を前記観察者の位置に対応する位置に補正する補正手段とをさらに備える
ことを特徴とする（１）に記載の立体画像表示装置。

（３）請求項３の発明は、
フラットパネルディスプレイに順次設定した右眼用の画素群と左眼用の画素群からの出射光を、前記フラットパネルディスプレイの前面に配置したレンチキュラレンズ又はパララックスバリアを介して出射し、右眼用及び左眼用の視点群を形成して多視点の立体画像を表示する立体画像表示方法において、
前記レンチキュラレンズの同一のシリンドリカルレンズ、又は前記パララックスバリアの同一の開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群との間に、前記同一のシリンドリカルレンズに隣接するシリンドリカルレンズ、又は前記同一の開口に隣接する開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群を設定する
ことを特徴とする立体画像表示方法。

（４）請求項４の発明は、
観察者の観察位置を検出し、
当該検出結果に基づいて、前記右眼用及び左眼用の画素群の位置を前記観察者の位置に対応する位置に補正する
ことを特徴とする（３）に記載の立体画像表示方法。

本発明によれば、右眼用画素群及び対応する左眼用画素群の間に、隣接する画素群を配置することにより、右眼近傍領域及び左眼近傍領域に限って視点を形成することができ、これにより従来に比して、フラットパネルディスプレイに必要な解像度を低下させることができる。

従来の立体画像表示装置の説明に供する断面図である。 本発明に係る立体画像表示装置の説明に供する断面図である。 図２とは異なる形態についての説明に供する断面図である。 第１の実施の形態に係る立体画像表示装置について、レンチキュラレンズの説明に供する断面図である。 図４の続きの図である。 本発明の第１の実施の形態に係る立体画像表示装置の特性を示す図表である。 本発明の第２の実施の形態に係る立体画像表示装置を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施形態の一例について説明する。

（１）原理
図１は、従来の超多眼表示方式に係る立体画像表示装置の説明に供する断面図である。この図１は、水平方向に延長する平面によりフラットパネルディスプレイ２を切り取った断面図である。この立体画像表示装置１では、右眼用及び左眼用の画素群４Ｒ、４Ｌが順次交互にフラットパネルディスプレイ２に設けられる。ここで各画素群４Ｒ、４Ｌは、当該立体画像表示装置１の各視点に対応する画素を順次配置して構成される。この立体画像表示装置１では、シリンドリカルレンズによるレンチキュラレンズ３がフラットパネルディスプレイ２の前面に設けられ、各画素群４Ｒ、４Ｌを構成する画素からの出射光が、このレンチキュラレンズ３により対応する視点に順次循環的に振り分けられる。なおこれによりこの場合、フラットパネルディスプレイ２では、矢印により示すように、同一のシリンドリカルレンズを介して左右の視点群を形成する右眼及び左眼の対応する画素群４Ｒ、４Ｌが隣接して配置される。

従来の立体画像表示装置１では、この視点群を、左右の眼を含む連続した領域に形成し、右眼及び左眼の中心付近であっても、立体視できるようにする。このため立体視可能な水平方向の領域幅は、両眼の間隔の約２倍以上とされる。従って両眼間隔が６３〔ｍｍ〕である場合、この領域幅は１２６〔ｍｍ〕以上となり、平均瞳孔径５〔ｍｍ〕により順次連続する視点をこの領域に発生させる場合、２５個以上の視点が必要になる。従ってフラットパネルディスプレイ２には、１つの視点に係る解像度の２５倍以上の高解像度が求められることになる。

しかしながら立体視に必要な視点形成を、両眼近傍の領域に限り、眼に見えない領域には視点形成を行わないようにすれば、視点数を低減することができ、フラットパネルディスプレイ２に求められる解像度を低減することができる。本願にあっては、係る着想によりフラットパネルディスプレイ２に必要な解像度を低減する。

ここで図１との対比により図２に示すように、同一のシリンドリカルレンズを介して左右の視点群を形成する画素群４Ｌ及び４Ｒ（図２では矢印により対応関係を示す画素群である）の間に、当該シリンドリカルレンズに隣接するシリンドリカルレンズを介して、左右の視点群を形成する画素群を配置する。なおこの画素群の配置は、フラットパネルディスプレイ２の駆動の制御により、さらにはフラットパネルディスプレイ２に供給する画像データの設定により実行することができる。

ここでこの間に配置する画素群を２ｎ個とする。なおここでｎは自然数であり、図２は、ｎ＝１の場合の例である。図３は、ｎ＝２の場合の例であり、同一のシリンドリカルレンズを介して左右の視点群を形成する画素群４Ｌ及び４Ｒを図２の場合と同様に矢印により示す。

左右の眼に関して、視点群を作成する領域の水平方向の幅（視域幅）をｗとする。フラットパネルディスプレイ２における１つの画素群４Ｌ又は４Ｒがこの視域幅ｗに対応する領域であることから、２ｎ個の画素群により形成される領域幅は２ｎｗとなる。従ってこの左右の眼の間の領域幅２ｎｗの領域では、立体視に係る対応する視点群が形成されないことになる。これによりこの場合、それぞれ右眼及び左眼の近傍領域についてのみ、立体視に係る視点群を形成し、フラットパネルディスプレイ２の解像度を低減することができる。しかしてこの２ｎｗの領域幅は、図２の例では２ｗとなり、図３の例では４ｗとなる。

すなわちこれら図２及び図３の例では、両眼の間隔は、２ｎｗ＋ｗで表され、この間隔を６３〔ｍｍ〕とすると、左右の視域幅ｗは、２ｎｗ＋ｗ＝６３とおいてこれを解くことにより、次式により表される。

従ってこの視域幅ｗの領域にＶ個の視点を対応させる場合には、視点間隔ｖは、次式により表される。

従ってｎを大きくすれば、視点間隔ｖを小さくすることができ、超多眼状態を実現することができる。これら図２〜図３の例では、フラットパネルディスプレイ２の前面にレンチキュラレンズを配置して各画素からの出射光を選択的に出力する場合を例に説明したが、レンチキュラレンズに代えてパララックスバリアを配置する場合にも広く適用することができる。

（２）第１の実施の形態
この実施の形態は、上述した原理に基づき、両眼近傍の領域に限り視点群を形成し、眼に見えない領域では視点形成を行わないようにする。なおこの実施の形態に係る立体画像表示装置は、図２に示す構成によりフラットパネルディスプレイ２の前面にレンチキュラレンズ３を配置して構成される。またｎ＝１により画素群を設定した。

ここでフラットパネルディスプレイ２の画素ピッチをｐとする。また図４及び図５に示すように、レンチキュラレンズ３と観察者との間の間隔をＤ、レンチキラレンズ３からフラットパネルディスプレイ２の表面までの距離をｄとする。ここで視点数がＶであることから１つの画素群の幅はＶｐで表され、この１つの画素群による領域が幅ｗの領域に対応するように設定される。これにより図４においてハッチングにより示す１つのシリンドリカルレンズについて形成される２つの三角形は、相似形状であると言え、この２つの三角形に関して、次式の関係式が成立する。

また図４との対比により図５に示すように、連続する２つの画素群に係る幅２Ｖｐの領域に関して、フラットパネルディスプレイ２の表面を底辺とする三角形（図５においてハッチングにより示す三角形）と、この三角形と頂点が同一であって、底面がレンチキュラレンズのレンズ面である三角形との間にも相似関係が成立し、この三角形に関して次式の関係式が成立する。なおここでＰは、レンチキュラレンズ３のレンズピッチであり、この相似関係に係る１方の三角形の底辺の長さである。

これによりこの（３）式及び（４）式を解くと、レンチキュラレンズ３のレンズピッチＰは、次式により表される。

またこれによりレンチキュラレンズ３の焦点距離ｆは、次式により表される。

この実施の形態では、この（５）式及び（６）式の関係を満足するようにレンチキュラレンズ３を作製した。なお実用上十分な特性を確保できる場合には、従来のレンチキュラレンズ３をそのまま使用してもよい。

図６は、作成した立体画像表示装置による視点発生の確認に供した測定結果を示す図表である。この図６の測定結果は、直径１〔ｍｍ〕のピンホールを用いて入射光を遮光するようにして、電動ステージにより光パワーメータを水平方向に平行移動して測定した結果である。図６（Ａ）は、左眼用視点に係る測定結果であり、図６（Ｂ）は、右眼用視点に係る測定結果である。なおここで、この図６の測定結果は、いわゆる斜め色画素配置によるフラットパネルディスプレイ２を使用し、視点数は左右それぞれ８視点（Ｖ＝８）である。従って左右の視域幅ｗは、２１〔ｍｍ〕であり、視点間隔ｖは、２．６〔ｍｍ〕である。この図６の測定結果によれば、右眼及び左眼の近傍領域に、設計通りに、視点が密に形成されていることが判る。

この実施の形態によれば、右眼用画素群及び対応する左眼用画素群の間に、隣接する画素群を配置することにより、右眼近傍領域及び左眼近傍領域に限って視点を形成することにより、従来に比して、フラットパネルディスプレイに必要な解像度を低下させることができる。

（３）第２の実施の形態
ところで上述の実施の形態のように、右眼近傍領域及び左眼近傍領域に限って視点を形成する場合、視域幅ｗが小さくなる。従って、眼を移動させることができる範囲が小さくなり、頭を移動させると、正常に立体画像を視聴できなくなる。そこでこの実施の形態では、観察者の観察位置を検出し、検出結果に基づいて、右眼用及び左眼用の画素群の位置を観察者の位置に対応する位置に補正する。

ここで図７は、この第２の実施の形態に係る立体画像表示装置を示すブロック図である。この立体画像表示装置３１において、撮像装置３２は、例えばビデオカメラであり、フラットパネルディスプレイ２側からフラットパネルディスプレイ２の正面方向を撮影することにより、立体画像を観察する観察者の顔を撮影して撮影結果をビデオデータにより出力する。

視点追跡部３３は、この撮像装置３２の撮像結果を処理し、フラットパネルディスプレイ２の正面、中心位置を規準にして観察者の視点の位置を追跡する。この実施の形態において、視点追跡部３３は、続く画像合成部３４と共にコンピュータにより構成される。なお簡易的な視点追跡手法として、視点追跡部３３は、パターンマッチングの手法により観察者の顔を検出し、この検出結果より右目及び左目の中心座標を検出して視点を追跡することもできる。

画像合成部３４は、フラットパネルディスプレイ２で立体表示に供する画像を画像合成して出力する。この処理において、画像合成部３４は、視点追跡部３３の検出結果に基づいて、フラットパネルディスプレイ２で表示する右眼用及び左眼用の画素群の位置を、観察者の位置に対応する位置に補正する。より具体的に、画像合成部３４は、フラットパネルディスプレイ２の中央を基準にして左右方向への観察者の視点移動を１視点単位で判定し、例えばこの図において観察者の視点が画面の上方向に１視点分、移動すると、フラットパネルディスプレイ２で表示する画像を１画素分、下方向に移動させる。またこれとは逆に、観察者の視点が画面の下方向に１視点分、移動すると、フラットパネルディスプレイ２で表示する画像を１画素分、上方向に移動させる。これによりこの立体画像表示装置３１は、右眼近傍領域及び左眼近傍領域に限って視点を形成することにより、視域幅が小さくなる場合にあっても、十分に広い範囲で立体画像を表示できるようにする。

以上の構成によれば、右眼近傍領域及び左眼近傍領域に限って視点を形成するようにしてフラットパネルディスプレイの解像度を低減する場合であっても、十分に広い範囲で立体画像を表示することできる。

なお本発明は、上述の実施の形態に限定されるものでは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態に種々の変形を加えた形態とすることができる。

具体的に、上述の実施の形態においては、レンチキュラレンズを使用して立体画像を表示する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レンチキュラレンズに代えてパララックスバリアを使用する場合にも広く適用することができる。なおこの場合、レンチキュラレンズを構成する各シリンドリカルレンズが、パララックスバリアの各開口に対応することになる。従ってパララックスバリアの同一の開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群との間に、この同一の開口に隣接する開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群を設定することにより、上述の実施の形態と同様にフラットパネルディスプレイの解像度を低減することができる。

また上述の実施の形態においては、いわゆる斜め色画素配置によるフラットパネルディスプレイを使用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、通常のマトリックス画素配置によるフラットパネルディスプレイを使用する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施の形態においては、本発明を超多眼方式による立体画像表示装置に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、通常の多眼方式による立体画像表示装置にも広く適用することができる。

１、１１、２１、３１ 立体画像表示装置
２ フラットパネルディスプレイ
３ レンチキュラレンズ
４Ｌ、４Ｒ 画素群
３２ 撮像装置
３３ 視点追跡部
３４ 画像合成部

Claims (4)

1. フラットパネルディスプレイに順次設定した右眼用の画素群と左眼用の画素群からの出射光を、前記フラットパネルディスプレイの前面に配置したレンチキュラレンズ又はパララックスバリアを介して出射し、右眼用及び左眼用の視点群を形成して多視点の立体画像を表示する立体画像表示装置において、
   前記レンチキュラレンズの同一のシリンドリカルレンズ、又は前記パララックスバリアの同一の開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群との間に、前記同一のシリンドリカルレンズに隣接するシリンドリカルレンズ、又は前記同一の開口に隣接する開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群を設定した
   ことを特徴とする立体画像表示装置。
2. 観察者の観察位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記右眼用及び左眼用の画素群の位置を前記観察者の位置に対応する位置に補正する補正手段とをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. フラットパネルディスプレイに順次設定した右眼用の画素群と左眼用の画素群からの出射光を、前記フラットパネルディスプレイの前面に配置したレンチキュラレンズ又はパララックスバリアを介して出射し、右眼用及び左眼用の視点群を形成して多視点の立体画像を表示する立体画像表示方法において、
   前記レンチキュラレンズの同一のシリンドリカルレンズ、又は前記パララックスバリアの同一の開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群との間に、前記同一のシリンドリカルレンズに隣接するシリンドリカルレンズ、又は前記同一の開口に隣接する開口を介して視点群を形成する右眼用の画素群と左眼用の画素群を設定する
   ことを特徴とする立体画像表示方法。
4. 観察者の観察位置を検出し、
   当該検出結果に基づいて、前記右眼用及び左眼用の画素群の位置を前記観察者の位置に対応する位置に補正する
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体画像表示方法。

Images