JP2012128351A - 裸眼立体ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンドリカルレンズ１２ａ〜１２ｃを通して二次元ディスプレイ１１を視聴したときの解像度の劣化を抑制する。
【解決手段】裸眼立体ディスプレイ装置は、異なる色の色画素１３が水平方向に周期的に配列され、同じ色の色画素１３が垂直方向に配列された二次元ディスプレイ１１と、二次元ディスプレイ１１の上に配置され、色画素１３がそれを通して拡大されて観察され、且つ互いに平行に配列された複数のシリンドリカルレンズ１２ａ〜１２ｃとを備える。色画素１３の水平方向ＨＬの画素ピッチをpxとし、シリンドリカルレンズ１２ａ〜１２ｃのレンズピッチをLとし、垂直方向ＶＬに対するシリンドリカルレンズ１２ａ〜１２ｃの境界線ＢＬ１〜ＢＬ３の傾斜角をθとし、mが正の整数である場合、px、L、及びθは、（１）式を満たしている。(3m-2)・px/cosθ ＜ L ＜ (3m-1)・px/cosθ ・・・（１）
【選択図】図２

Description

本発明は、１次元方向に視差を持つ裸眼立体ディスプレイ装置に関する。

レンチキュラーレンズ、スリット型のバリア、レンズアレイ等の特殊な光学部材を用いて、印刷面や液晶パネル等の表示装置の映像を複数の視点方向に分割させ、視聴位置によって表示映像を変化させる技術が知られている。特に、右目と左目に、同一のオブジェクトに対し特定の視差を持った異なる表示映像（視差映像）が入力されるように設定する。これにより、眼鏡をかけずに立体視が可能な立体映像表示装置（以後、「裸眼立体ディスプレイ装置」という）が実現可能である。なお、本出願において、視差映像を分割する方向は主に水平方向に１次元とする。

裸眼立体ディスプレイ装置にて立体視を行う場合は、立体視可能な視聴範囲を拡大するため、また、長時間の視聴に耐えうる自然な立体感、滑らかな運動視差を得るために、視差映像をより多くの方向に細かく分割して、視点の数を増やす要求がある。

また、最近では視差映像による立体視を、アイキャッチ、視認性向上を目的としてデジタルサイネージ、カーナビゲーション等に応用することが検討されている。これらの応用を考えた場合、低解像度の表示装置を用いた場合であっても、できるだけ細かく視差映像を分割して、自然な立体視を実現することが求められる。

これに対しては、空間上に視聴者の目の位置を想定し視点を分割するのではなく、なるべく細かく視点を分割し、視聴者はその何れかを見る、という考え方（多眼式）が有効である。しかし、レンチキュラーレンズもしくはスリット型のバリアを用いて１次元方向に分割を行う多眼式において、視差映像の分割数を多くすると、分割を行った方向の解像度が著しく低下してしまう。つまり、水平方向に視差映像を分割した場合、水平方向と垂直方向で解像度が異なるという課題が発生する。

一方、立体視に特化し、色画素配列や基盤ガラス等を、前記の光学部材にあわせて最適に設計することで、上記の課題を解決することも考えられる。しかし、２次元表示との共存やコストの面で、すでに広く普及しているＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の色画素からなり、同色の色画素が垂直方向に規則正しく配列している表示装置を用いた裸眼立体ディスプレイ装置が必要とされている。

これに対し、特許文献１では、レンチキュラーレンズを画素配列に対して傾けることで、水平方向の画素のみではなく、垂直方向の画素も用いて一つの３次元画素を構成している。これにより、３次元表示の水平方向の解像度の低下を抑え、水平方向及び垂直方向の解像度のバランスを向上できることが報告されている。

また、特許文献２では、レンチキュラーレンズの二次元ディスプレイに対する傾斜角を工夫し、水平方向に対して３種類の色画素を均等に使用している。これにより、水平方向に異なる色画素、例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)がストライプ状に垂直配列された表示装置を利用する場合であっても、色ムラ、輝度ムラが低減できることが報告されている。

さらに、特許文献３では、同色の色画素が水平方向に一列に並ぶように、レンチキュラーレンズの二次元ディスプレイに対する傾斜角およびレンズピッチを工夫している。これにより、水平方向の解像度が低下した場合でも色むらが発生しないことが記載されている。

特開平９−２３６７７７号公報 特開２００５−３０９３７４号公報 特開２００８−２２８１９９号公報

裸眼立体ディスプレイ装置において、視差映像の分割数を増やすには、二次元ディスプレイの画素ピッチに対してレンズピッチを大きくすることが有効である。しかし、レンズの拡大効果によりレンズピッチに比例して色画素が大きく見えるため、視差映像の解像感を損ねるという課題があった。

さらに、解像感の高い３次元映像を得るために、画素ピッチの小さな高解像度の二次元ディスプレイを用いることが有効である。しかし、コストを抑えた、画素ピッチの大きい低解像度の二次元ディスプレイを用いた場合であっても、長時間の視聴に耐えうる自然さに加え、視差を有する３次元映像だけでなく、視差を持たない２次元の映像に関しても高い解像感を維持したいという要求がある。しかし、レンチキュラーレンズを斜めに傾けた場合、画素ピッチが大きいほど、レンズの拡大効果によって大きく拡大される。よって、視認される色画素は大きくなるため、同様に解像感を損ねてしまう。

また、ゲーム機等の玩具や個別商品向けデジタルサイネージ、パチンコ機、スロットマシーン、その他の表示端末向けに、小型の裸眼立体ディスプレイ装置が求められている。これらの小型の裸眼立体ディスプレイ装置に関しても、前述と同様に、視差を有する３次元映像だけでなく、視差を持たない２次元の映像に関しても高い解像感を維持したいという要求がある。しかし、小型の裸眼立体ディスプレイほど近くで視聴する機会が多いため、拡大された色画素の単位をより視認しやすくなり、解像感を損ねてしまう。

一方で、レンチキュラーレンズのレンズピッチと傾斜角によっては、次のような課題もあった。この課題について、図５を用いて説明する。Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の３種類の異なる色の色画素が水平方向ＨＬに周期的に配列され、同じ色の色画素が垂直方向ＶＬに配列された二次元ディスプレイ上に、複数のレンチキュラーレンズがその境界線ＢＬ１、ＢＬ２を傾けて配列されている。レンチキュラーレンズによって拡大されたＲ、Ｇ、Ｂ各々の同色の色画素２３が斜め方向に連結している。結果的に、これらの連結した同色の色画素２３は周期性を持って視認されるので、解像感を損ねてしまう。なお、図５では、Ｒ(赤)の色画素２３にのみハッチングを付しているが、Ｂ(青)及びＧ(緑)についても、同様に、同色の色画素２３が斜め方向に連結してしまう。

なお、特許文献３では、この連結方向が水平方向であることが記載されている。この場合、拡大された色画素２３の大きさに対して十分離れた位置から視聴する場合は問題ない。しかし、前述のように、画素ピッチの大きい低解像度の二次元ディスプレイや小型の二次元ディスプレイを近くから視聴する場合、拡大された色画素２３を色画素２３単位で個別に視認しやすくなる。このとき、拡大された色画素２３が連結して周期性をもっていると、モアレのように見えて解像感を損ねてしまう、という課題があった。

本発明は上記課題に鑑みて成されたものである。すなわち、本発明は、その一態様として、異なる色の色画素（１３）が水平方向に周期的に配列され、同じ色の色画素（１３）が垂直方向に配列された二次元ディスプレイ（１１）と、二次元ディスプレイ（１１）の上に配置され、色画素（１３）がそれを通して拡大されて観察され、且つ、互いに平行に配列された複数のシリンドリカルレンズ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・・）と、を備える裸眼立体ディスプレイ装置であって、色画素（１３）の水平方向（ＨＬ）の画素ピッチをpxとし、シリンドリカルレンズ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・・）のレンズピッチをLとし、垂直方向（ＶＬ）に対するシリンドリカルレンズ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・・）の境界線（ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３、・・・）の傾斜角をθとし、mが正の整数である場合、px、L、及びθは、（１）式を満たしていることを要旨とする。

(3m-2)・px/cosθ ＜ L ＜ (3m-1)・px/cosθ ・・・（１）

本発明の一態様において、px、L、及びθは、（２）式をさらに満たしていることが好ましい。

L = (3m-3/2)・px/cosθ ・・・（２）

本発明の裸眼立体ディスプレイ装置によれば、シリンドリカルレンズを通して拡大された二次元ディスプレイの同色の色画素は連結されず、デルタ配列に近い画素配列になる。よって、シリンドリカルレンズを通して二次元ディスプレイを視聴したときの解像度の劣化を抑制することができる。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態に関わる裸眼立体ディスプレイ装置の全体構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の領域ＭＥを拡大した平面図である。 図２は、レンズ境界線ＢＬ１〜ＢＬ３付近に位置する色画素１３及び、シリンドリカルレンズ１２を通じて拡大表示された色画素２３を示す平面図である。 図３は、視差を持たない２次元映像として、Ｒ(赤)の色画素のみを最大輝度で点灯し、Ｇ(緑)及びＢ(青)を最小輝度で非点灯とした場合をシミュレートした映像を示す平面図であり、図３（ａ）は、px、L、及びθが（１）式を満たしていない場合を示し、図３（ｂ）は、px、L、及びθが（１）式を満たしている場合を示す。 図４（ａ）は、水平画素ピッチpx、レンズピッチL、及び傾斜角θが、（１）式のみを満たす場合の拡大された色画素２３の配置例を示す平面図であり、図４（ｂ）は、水平画素ピッチpx、レンズピッチL、及び傾斜角θが、（１）式及び（２）式を同時に満たす場合の拡大された色画素２３の配置例を示す平面図である。 図５は、シリンドリカルレンズにより拡大された同色の色画素２３が斜め方向に連結し、周期性を持って視認される場合を示す平面図である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の実施の形態に関わる裸眼立体ディスプレイ装置の構成を説明する。本発明の実施の形態に関わる裸眼立体ディスプレイ装置は、垂直方向ＶＬ及び水平方向の各々に所定のピッチで色画素１３が配列された二次元ディスプレイ１１と、二次元ディスプレイ１１の表示面上に配置されたレンチキュラーシート１４とを備える。レンチキュラーシート１４は、互いに平行に且つ１次元方向に配列された複数のシリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・・からなる。色画素１３は、複数のシリンドリカルレンズ１２を通して視認される。シリンドリカルレンズ１２の境界線ＢＬ１〜ＢＬ４は、互いに平行な直線を成し、二次元ディスプレイ１１の垂直方向ＶＬに対して傾斜している。その傾斜角を「θ」とする。

図１（ｂ）の垂直方向及び水平方向に配列された複数の矩形は、それぞれ二次元ディスプレイ１１の色画素１３を示している。二次元ディスプレイ１１において、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の３種類の異なる色の色画素１３が水平方向に周期的に配列され、同じ色の色画素が垂直方向に配列されている。なお、シリンドリカルレンズ１２の境界線ＢＬ１〜ＢＬ４に垂直な方向のレンズピッチ（以後、単に「レンズピッチ」という）を「L」とする。また、色画素１３の水平方向の画素ピッチ（以後、「水平画素ピッチ」という）を「px」とし、色画素１３の垂直方向の画素ピッチ（以後、「垂直画素ピッチ」という）を「py」とする。以後の説明において、py/px＝３とするが、py/pxは３以外の数値であってもよい。例えば、二次元ディスプレイ１１の水平画素ピッチpx及び垂直画素ピッチpyをそれぞれpx=0.1mm、py=0.3mmとする。シリンドリカルレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・・は、境界線ＢＬ１〜ＢＬ４に垂直な方向にのみにパワーを有する。

ある方向から、シリンドリカルレンズ１２を通して二次元ディスプレイ１１の色画素１３を見ると、シリンドリカルレンズ１２の境界線ＢＬ１、ＢＬ２から等距離にある色画素１３のみが拡大されて見える。見ることができる色画素１３の境界線ｂｌ１、ｂｌ２からの距離は、見る方向に応じて変化する。見ることができる色画素２３は、シリンドリカルレンズ１２のレンズピッチLの方向（パワー方向）にレンズピッチLと同じ大きさまで拡大されて表示される。詳細には、どの色画素も最大輝度で点灯している場合(白映像)、色画素２３は、図２に示すように、境界線ＢＬ１、ＢＬ２に平行な方向及び垂直な方向にそれぞれpx/sinθ及びLの方形状に拡大されて見えることになる。

このとき、水平画素ピッチpx、レンズピッチL及び傾斜角θが（１）式を満たすことにより、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）それぞれについて、同色の色画素２３は、繋がらずに、デルタ配列に近い画素配列となる。よって、解像感の高い２次元映像が得られる。

特に、レンズピッチLが大きい場合、シリンドリカルレンズ１２の拡大作用により、色画素２３が大きくなるため、Ｒ、Ｇ、Ｂの色画素２３の一つ一つを認識しやすくなってしまう。しかし、（１）式によりpx、L、θを規定することにより、シリンドリカルレンズ１２越しに視認される二次元ディスプレイ１１の同色の色画素２３がデルタ配列となり、解像感の高い２次元映像が得られる。

(3m-2)・px/cosθ ＜ L ＜ (3m-1)・px/cosθ （ｍは正の整数） ・・・（１）

例えば、傾斜角θ、レンズピッチLを、θ=11.77°、L=0.779mmに設定する。この場合、m=3で（１）式を満たす。よって、シリンドリカルレンズ１２を通して拡大表示された同色の色画素２３はデルタ配列と同様になり、レンズの拡大作用によって色画素が拡大された場合であっても、解像感の高い映像が得られる。

図３は、視差を持たない２次元映像として、Ｒ(赤)の色画素１３のみを最大輝度で点灯し、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の色画素１３を最小輝度で非点灯とした場合をシミュレートした映像を示す。図３（ａ）は、px、L、及びθが（１）式を満たしていない、すなわち（１）式を満たすmが存在しない例として、θ=11.77°、L=0.664mmのレンチキュラーレンズを使用した場合の２次元映像を示す。レンズの拡大効果により拡大された同色（ここでは赤色のみ）の色画素２３は連結され、同色の色画素２３に周期性が現れているのが分かる。よって、２次元映像の解像感を損ねてしまう。

一方、図３（ｂ）は、px、L、及びθが（１）式を満たしている例として、θ=11.77°、L=0.779mmのレンチキュラーレンズ１２を使用した場合の２次元映像を示す。この場合、m=3となり、px、L、及びθは、（１）式にしたがって設定されている。レンズピッチLが大きいにもかかわらず、レンズの拡大効果により拡大された同色（ここでは赤色のみ）の色画素２３はそれぞれ分離して配置され、デルタ配列を成しているのが分かる。これにより、解像感が高い２次元映像となる。すなわち、レンズの拡大効果により色画素２３を個別に視認しやすい場合であっても、比較的解像感の高い２次元映像が得られる。

さらに、px、L、及びθは、（１）式のみならず、（２）式をもおおよそ満たしていることが望ましい。

L = (3m-3/2)・px/cosθ ・・・（２）

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

水平画素ピッチpx、レンズピッチL、及び傾斜角θが、（１）式を満たすことにより、シリンドリカルレンズ１２を通して拡大された二次元ディスプレイ１１の同色の色画素２３は連結されず、デルタ配列に近い画素配列になる。よって、シリンドリカルレンズ１２を通して二次元ディスプレイ１１を視聴したときの解像度の劣化を抑制することができる。色画素１３の画素ピッチが大きく、安価な二次元ディスプレイ１１や解像度の低い二次元ディスプレイ１１を視聴する場合や、小型の二次元ディスプレイ１１を近くから視聴する場合など、シリンドリカルレンズ１２によって拡大された色画素２３を色画素単位毎に視認しやすい場合に、特に有効である。

図４（ａ）は、水平画素ピッチpx、レンズピッチL、及び傾斜角θが、（１）式のみを満たす場合の拡大された色画素２３の配置例を示す。（１）式のみを満たす場合、同色の色画素２３は結合していないが、同じシリンドリカルレンズ１２内で隣接する同色の色画素２３ｂ、２３ｃ間の中央からオフセットした位置に、隣接するシリンドリカルレンズ１２の同色の色画素２３ａが配置される。よって、矢印Ｙａに示す方向に若干の周期性を持ってしまう場合がある。

これに対して、図４（ｂ）は、水平画素ピッチpx、レンズピッチL、及び傾斜角θが、（１）式及び（２）式を同時に満たす場合の拡大された色画素２３の配置例を示す。（１）式及び（２）を同時に満たす場合、同じシリンドリカルレンズ１２内で隣接する同色の色画素２３ｂ、２３ｃ間のちょうど中央に、隣接するシリンドリカルレンズ１２の同色の色画素２３ｄが配置される。これにより、同色の色画素２３の配置に周期性が最も感じにくく、周波数特性の面内均一性が高くなる。よって、拡大された二次元ディスプレイ１１の同色の色画素２３は結合しないだけでなく、さらに、同色の色画素２３をもっとも周期性を持たずに視認させることができるので、より解像感の劣化を抑制することができる。

上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

二次元ディスプレイ１１として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル及びカラーＬＣＤ表示装置を例示したが、これ以外の二次元ディスプレイ、例えば、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ、電子ペーパー、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイなどを用いても構わない。

実施の形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の色画素１３が水平方向に周期的に配列された二次元ディスプレイ１１を用いた場合を説明している。しかし、さらにＹ（黄）を加えた４色、或いはそれ以上の異なる種類の色画素１３を、水平方向に周期的に配列した場合においても、本発明を適用可能である。

１１ 二次元ディスプレイ
１２、１２ａ〜１２ｃ シリンドリカルレンズ
１３ 色画素
２３ 拡大された色画素
ＢＬ１〜ＢＬ４ 境界線
ＨＬ 水平方向
L レンズピッチ
px 水平画素ピッチ（水平方向の画素ピッチ）
py 垂直画素ピッチ（垂直方向の画素ピッチ）
ＶＬ 垂直方向
θ 傾斜角

Claims (2)

1. 異なる色の色画素が水平方向に周期的に配列され、同じ色の色画素が垂直方向に配列された二次元ディスプレイと、
   前記二次元ディスプレイの上に配置され、色画素がそれを通して拡大されて観察され、且つ、互いに平行に配列された複数のシリンドリカルレンズと、を備え、
   色画素の水平方向の画素ピッチをpxとし、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチをLとし、垂直方向に対するシリンドリカルレンズの境界線の傾斜角をθとし、mが正の整数である場合、
   (3m-2)・px/cosθ ＜ L ＜ (3m-1)・px/cosθ ・・・（１）
   前記px、L、及びθは、（１）式を満たしていることを特徴とする裸眼立体ディスプレイ装置。
2. L = (3m-3/2)・px/cosθ ・・・（２）
   前記px、L、及びθは、（２）式を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の裸眼立体ディスプレイ装置。