(57)【要約】【課題】パララックスバリアを用いながら、解像度も明るさも損なうことのない立体画像表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】パララックスバリア４を透光した右眼用画像と左眼用画像を、プリズム列６とソレノイドアクチュエータの移動機構１２を用いて各々右眼と左眼方向に偏向し、プリズム列７とソレノイドアクチュエータの移動機構１３を用いて各眼へ集束する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
視差画像を短冊状に分割し、分割された視差画像を二つおきに入れ替えて合成した合成画像を左右の視差画像毎に生成する合成画像生成手段と、
左右の視差画像毎に生成された前記合成画像を時間的に交互に表示する表示手段と、
遮光部と透光部とを所定のピッチで交互に並べ、前記表示手段からの光線が入射するパララックスバリアと、
前記パララックスバリアの前記透光部を出射した光線を偏向する偏向手段と、
前記偏向手段を出射した光線を観察者の方向に集束させる集束手段と、
左右の視差画像毎に生成された前記合成画像の表示を切替るタイミングに合わせて、前記偏向手段及び前記集束手段の各々を移動させる移動機構、または、前記パララックスバリアを移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
前記偏向手段と前記集束手段はプリズム列であることを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記パララックスバリアの基板はガラスまたは樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１または２記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記移動機構はソレノイドアクチュエータを用いていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体表示装置、特に特殊な眼鏡を使用する必要のない、いわゆる裸眼式立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶を中心とする表示デバイスやコンピュータによるディジタル信号処理技術などの進歩により、物体を立体的に見せる立体表示装置の研究開発が活発化し、応用も急速に進展している。
【０００３】
立体表示装置については、以前から多くの表示方式が提案されているが、眼鏡など必要としない立体表示方式と特別な眼鏡を必要とする立体表示方式に大別できる。
【０００４】
眼鏡なし立体表示方式は、これまでに数多く提案されている。代表的な方式としては、パララックスバリアといわれる、右眼と左眼に投射される光線を部分的な遮光領域を用いて分離する手法のほか、レンチキュラレンズ方式といわれる、光線を光の屈折方向を制御することで左右に分割する手法などがある。これらはいずれも立体写真の分野で使われていたが、最近では立体テレビに応用する研究が活発化し、高画質な立体動画像表示ができるようになった。
【０００５】
中でも、パララックスバリア方式は、装置構成が簡易であることから注目されている。従来のパララックスバリア方式立体表示装置は、表示装置とパララックスバリアから構成される。パララックスバリアは、ガラス板上に黒色のストライプを印刷し、光を透過させる領域と遮断する領域とからなる構造になっている。表示装置には合成画像が表示される。この合成画像は両眼視差情報を有する右眼用画像と左眼用画像をパララックスバリアのストライプの数に応じて、画面の上下方向に長いストライプ状の画像に分割した後抽出し、それらを交互に再配列することにより作成される。パララックスバリアは、右眼の位置からは右眼用画像のみが、左眼の位置からは左眼用画像のみが見えるように、パララックスバリアのストライプピッチが幾何学的に決定されている。観察者がこのようなパララックスバリア方式立体表示装置を観察すると、右眼では右眼用画像のみを、左眼では左眼用画像のみを見ることになり、これらの画像を融合することによって立体感のある画像を観察することができる。
【０００６】
このようなパララックスバリア方式立体表示装置では、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体視が可能である。しかし、観察者と表示装置の間にパララックスバリアを配置するため、解像度が低下し、また画面が暗くなるという問題点がある。
【０００７】
そこで、この問題を改善するために、図４や図５に示す表示装置が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
図４に示す２枚のパララックスバリアを組み合わせる方法においては、第１のパララックスバリア１０４を、移動機構１０６を用いて同図（ａ），（ｂ）のように移動させ、第１のパララックスバリア１０４と第２のパララックスバリア１０５とで、右眼１０２にのみ入射させる表示装置１０１の右眼用画像と、左眼１０３にのみ入射させる表示装置１０１の左眼用画像とに分ける。この時、表示装置１０１に左右の視差画像に相当する画像を表示させることで、立体表示画像を得る。
【０００９】
図５に示す２枚の偏光板と偏向回転複スリットを組み合わせる方法においては、第１の偏光回転複スリット１０９と第２の偏光回転複スリット１１０の２枚偏光回転複スリットと、偏光板１１１，１１２を組み合わせ、偏光回転複スリットの一方を表示装置１０１の画面の画像に同期させて移動させる。右眼用画像と左眼用画像とを時間的に交互に表示させることで、立体表示画像を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−４３５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
２枚のパララックスバリアを組み合わせる方法では、図４の斜線部のようにバリアで遮られてしまう部分があるため、解像度は半分、明るさも半分になってしまう。
【００１２】
また、２枚の偏光板と偏光回転複スリットを組み合わせる方法では、偏光板を使用しているため、透過率が低くなり、画像が暗くなってしまう。一定の範囲内であれば、表示装置の輝度を上げて明るくすることもできるが、消費電力の増加を招いてしまう。
【００１３】
本発明は、パララックスバリアを用いながら、解像度も明るさも損なうことのない立体画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１５】
１．視差画像を短冊状に分割し、分割された視差画像を二つおきに入れ替えて合成した合成画像を左右の視差画像毎に生成する合成画像生成手段と、
左右の視差画像毎に生成された前記合成画像を時間的に交互に表示する表示手段と、
遮光部と透光部とを所定のピッチで交互に並べ、前記表示手段からの光線が入射するパララックスバリアと、
前記パララックスバリアの前記透光部を出射した光線を偏向する偏向手段と、
前記偏向手段を出射した光線を観察者の方向に集束させる集束手段と、
左右の視差画像毎に生成された前記合成画像の表示を切替るタイミングに合わせて、前記偏向手段及び前記集束手段の各々を移動させる移動機構、または、前記パララックスバリアを移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする立体表示装置。
【００１６】
２．前記偏向手段と前記集束手段はプリズム列であることを特徴とする前記１記載の立体表示装置。
【００１７】
３．前記パララックスバリアの基板はガラスまたは樹脂フィルムであることを特徴とする前記１または２記載の立体表示装置。
【００１８】
４．前記移動機構はソレノイドアクチュエータを用いていることを特徴とする前記１から３のいずれか１項に記載の立体表示装置。
【発明の効果】
【００１９】
パララックスバリアの欠点である、パララックスバリアにより遮蔽されてしまい、影になる部分（例えば、右眼用画像を左眼に届かなくするために遮蔽されている部分）を光線の向きを変えるプリズム列によって、必要とする方向に曲げることにより無駄な画像部分をなくすことで、解像度も明るさも損なうことのない立体画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態にかかる立体表示装置１の原理説明図である。
【図２】実施形態にかかる合成画像の像状態の概要説明図である。
【図３】ソレノイドアクチュエータの概要図を示す。
【図４】従来のパララックスバリア２枚構成の立体表示装置の原理説明図である。
【図５】従来の偏光回転複スリットを用いた立体表示装置の原理説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面により説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限られるものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２２】
〔立体表示原理〕
図１は実施形態にかかる立体表示装置１の原理説明図である。図２は、合成画像の像状態の概要説明図である。図３は、ソレノイドアクチュエータの概要説明図である。
【００２３】
本発明の立体表示装置１は、表示装置２、画像処理回路３、パララックスバリア４、プリズム列６，７、パララックスバリアを移動させる移動機構１２等からなる。
【００２４】
表示装置２は例えば液晶表示素子であり、コンピュータ等の映像信号により所定の画像を表示する。
【００２５】
画像処理回路３は、表示装置２に表示させる合成画像を生成する合成画像生成手段である。
【００２６】
パララックスバリア４は、ガラス基板、または樹脂フィルム上に透光部と遮光部とが所定のピッチで並べられてなる。
【００２７】
プリズム列６は、所定の頂角をなす斜面６１，６２を有するプリズムが複数個並列されたプリズムアレイである。プリズム列６をなす一つのプリズムの幅は、パララックスバリア４の透光部と遮光部を合わせた幅と同じ幅に設定されている。プリズム列６は、各斜面に入射する光毎に出射する方向を傾ける偏向手段である。
【００２８】
プリズム列７は、プリズム列６と同様に、所定の頂角をなす斜面７１，７２を有するプリズムが複数個並列されたプリズムアレイである。プリズム列７は、斜面７１，７２に入射する光を観察者８の方へ集束する集束手段である。
【００２９】
移動機構１２、１３は、各々プリズム列６，７を２点間で周期的に位置決めするアクチュエータを有する移動手段である。
【００３０】
次いで、立体表示装置１の動作について説明する。立体表示装置１の表示面には所定の画像が形成される（詳しくは後述する）。画像の各点からの光線は、パララックスバリア４、プリズム列６，７を経て、観察者８の右眼９または左眼１０に入射する。パララックスバリア４とプリズム列６，７との位置関係によって、画像の各点からの光線は、右眼９または左眼１０のいずれか一方にのみ入射する。
【００３１】
図１（ａ）は、画像の各点からの光線を右眼９にのみ入射させる場合の光線図であり、図１（ｂ）は、画像の各点からの光線を左眼１０にのみ入射させる場合の光線図である。
【００３２】
図１（ａ）の配置の場合から具体的に説明する。表示装置２（表示手段）は、ペアとなる液晶の画素Ａｎ，Ｂｎ（ｎは自然数）を有する。ｎの最大値をｍとする。Ａｎを出射した光線をＳＡｎ、Ｂｎを出射した光線をＳＢｎと表す。
【００３３】
画素Ａ１，Ｂ１〜Ａｍ，Ｂｍは、各視差画像の各々について、短冊状に分割された画像である。分割された短冊を二つおきにＡｎ，Ｂｎなる一対の画像とする。Ａｎに対してＢｎは入れ替わった画像である（詳細は後述する）。
【００３４】
画素Ａｎ，Ｂｎからは、発散した光線が出射し、その発散光の中で、観察者８の方向へ出射し、パララックスバリア４の透光部４２に入射する光線に着目する。空間的に離れている画素Ａｎ，Ｂｎを出射した光線ＳＡｎ、ＳＢｎは透光部４２において交わる。透光部４２を出射した光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、空間的にそのまま離間していく。
【００３５】
プリズム列６は、パララックスバリア４に近接されつつ観察者８側に配置される。プリズム列６は、パララックスバリア４に近接しているので、光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、プリズム列６の同じ斜面に入射する。図１（ａ）で示されているように、斜面６２に入射した光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、屈折により右眼９の方向へ出射する。プリズム列６の斜面６２を出射した光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、プリズム列７に入射する。プリズム列７は、離間しつつ進行する光線ＳＡｎ、ＳＢｎの光線方向を観察者８の方向に合わせる機能を有する。従って、離間しつつ進行する光線ＳＡｎ、ＳＢｎを、プリズムの頂点を挟んだ斜面７１，７２に入射させる。プリズムの頂点を挟んだ斜面７１，７２を出射した光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、右眼９に入射する。
【００３６】
図１（ｂ）の配置の場合には、移動機構１２を用いて、斜面６１と斜面６２の位置が逆になるようにプリズム列６を移動させる。かかる位置にプリズム列６を移動させると、光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、プリズム列６の斜面６１に入射し、屈折により左眼１０の方向へ偏向される。プリズム列６の斜面６１を出射した光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、プリズム列７に入射する。プリズム列７に到達した光線ＳＡｎ、ＳＢｎの位置は、図１（ａ）の場合とは異なっている。光線ＳＡｎ、ＳＢｎの位置がプリズムの頂点を挟んだ斜面７１，７２に各々入射するように、移動機構１３を用いてプリズム列７を移動させる。プリズム列７を移動させる移動量は、本光学系の諸元に応じて適宜設計して得ることができる。プリズム列７は上記のように、離間しつつ進行する光線ＳＡｎ、ＳＢｎを、観察者８の方向に合わせる機能を有する。従って、プリズムの頂点を挟んだ斜面７１，７２を出射した光線ＳＡｎ、ＳＢｎは、左眼１０に入射する。
【００３７】
表示装置２に表示させる画像について説明する。表示装置２には画像処理回路３で生成された合成画像を表示する。図２は、合成画像の像状態の概要説明図である。本立体表示装置１においては、パララックスバリア４において、光線ＳＡｎ、ＳＢｎが交わり、離間しつつ進行し、プリズム列７によって観察者８の方向へ偏向される。従って、画素Ａｎ，Ｂｎの配置が入れ替わった状態の画像が眼に入射する。そのため、正常な画像を表示装置２上に表示させても、人間の眼には正常な画像として認識することができない。そこで、図２に示すように、画像処理回路３は画素Ａｎ，Ｂｎに入れ替わった画像を生成し、表示装置２に表示させる。ｎの増加、減少に伴って、二つおきに画素Ａｎ，Ｂｎに入れ替わった画像を生成する。画素Ａｎ，Ｂｎに入れ替わった画像を表示させると、光線ＳＡｎ、ＳＢｎがパララックスバリア４に入射して像が入れ替わった配置となり、眼には、正常な画像として入射することとなる。
【００３８】
以上のように、プリズム列６，７を移動機構１２，１３を用いて移動させることで、画素Ａｎ，Ｂｎから出射する光線ＳＡｎ、ＳＢｎの方向を右眼９あるいは左眼１０の方向へ偏向制御することができる。従って、右眼９あるいは左眼１０の方向へ偏向制御するタイミングに合わせて、右眼９、左眼１０に入射させる画素Ａｎ，Ｂｎの集合体で構成される右眼用視差画像、左眼用視差画像を表示装置２上に表示させることで、立体画像表示を実現できる。従来の立体表示装置に比べて、プリズム列６，７を用いることで、遮光していた光を利用できるので明るさが倍増するとともに解像度が向上する。
【００３９】
なお、左眼用画像と右眼用画像の切替速度はちらつき感をもたない程度に高速であることが好ましい。フレーム周波数を６０Ｈｚ以上にすることが好ましく、９０Ｈｚ以上にすることがより好ましく、１２０Ｈｚ以上にするとさらに好ましい。切替速度が遅いと、ちらつきにより頭が痛くなったり、気分が悪くなる場合があり、長時間の視聴には向かない。また、上記の説明では、パララックスバリア４を固定してプリズム列６，７を移動させたが、パララックスバリア４を移動させ、プリズム列６，７を固定させていてもよい。
【００４０】
〔パララックスバリア〕
パララックスバリアは一般的にガラス基板から製造されており、製造方法としては、レーザを利用する方法と印刷技術を利用する方法とがある。基板にガラスを用いるパララックスバリアをガラスパララックスバリアとも称する。レーザを利用する方法は、ガラス基板上に高解像感光乳剤を膜厚２〜３μｍにわたって塗布し、光を遮蔽する機能を有するバリアを形成する部分にレーザビームを照射して黒化させ、黒化していない部分の高解像感光乳剤を除去するという手順が採られる。また、印刷技術を利用する方法では、プリント配線板における導体の印刷と同様の手法が用いられる。
【００４１】
本発明は、上記いずれの方法で製造したガラス製パララックスバリアを用いることも可能であるが、左眼用画像と右眼用画像の切替え時に移動させることを考慮した場合は、より軽量である樹脂フィルムであることが好ましい。また、樹脂フィルムを用いることにより、装置全体の軽量化が図れ、大画面サイズ化に適している。
【００４２】
樹脂フィルム製パララックスバリアの材料としては、平面状の表示装置形状に対応できるものが好ましく、フィルムの材質は、有機樹脂、例えばＰＥＴ、ポリカーボネート、あるいはシリコーンなど無機の樹脂が好ましく、必要に応じて、屈折率やその分散特性、透過率特性、偏光等を制御できるような光学機能を有するフィラーを含有していてもよい。
【００４３】
本発明において、樹脂フィルム製パララックスバリアを用いた場合には、熱や湿度によるフィルムの伸びにより、画素位置とバリア位置にズレが生じてくる場合がある。このような時のために、光学フィルムが所定サイズになるように張力を加える不図示の張力調整機構を付与してもよい。張力調整機構としては、圧電アクチュエータを用いることが好ましい。
〔移動機構〕
本発明において、移動機構とは、右眼用画像と左眼用画像を切替える時に、表示装置に対して平行方向にパララックスバリア４やプリズム列６，７を移動させるものである。画像の切替えは、瞬時に行えることが望ましい。従って、移動機構としては、２点間の位置決めを瞬時に切替えできるアクチュエータが好適であり、この観点からソレノイドアクチュエータを採用した。
【００４４】
図３にソレノイドアクチュエータの概要図を示す。ソレノイドアクチュエータは電磁力で磁性体を駆動するものである。具体的には、磁性体である鉄心３２の周辺に、コイル３１を鉄心３２に僅かに間隙をおいて設け、図示しない電源から電力を供給することで、コイル２１の中心に磁界を発生させ、その磁界により鉄心３２を駆動する。図３（ａ）は、ソレノイドアクチュエータに電力を供給していない状態を表し、図３（ｂ）は、ソレノイドアクチュエータに電力を供給している状態を表す。ソレノイドアクチュエータに電力を供給している場合、鉄心３２はこの磁界による力と鉄心３２の後端に配したばね３３が伸びる力と均衡する位置まで駆動される。図示しない電源からの電力供給をストップすると、ばね３３の力により元に位置まで移動させられる。鉄心３２の先端にパララックスバリアを固定することで、パララックスバリアを２点間で高速に移動し、位置決めすることができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
表示装置２は、サイズ４０インチ、解像度１９２０×１０８０の液晶ディスプレイを使用する。表示装置２は、観察者８から１ｍｍ離れた位置に設ける。厚さ０．５ｍｍのガラス板（比重２．５）に所定のバリアを印刷したパララックスバリア４とプリズム列６を所定のピッチになるよう並べている。
【００４６】
パララックスバリア４とプリズム列６のサイズは液晶ディスプレイと同じにした。
【００４７】
表示装置２の前に３ｍｍ離してパララックスバリア４を配置し、プリズム列６をパララックスバリア４にほぼ近接させ、プリズム列７をプリズム列６から３ｍｍ離して配置した。
【００４８】
プリズム列６の斜面６１を出射した光線が、左眼１０に方向へ偏向されるように、左眼１０の軸１０ａから離れるに従い斜面６１の傾斜角を大きく設定している。同じく、プリズム列６の斜面６２を出射した光線が、右眼９に方向へ偏向されるように、右眼９の軸９ａから離れるに従い斜面６２の傾斜角を大きく設定している。
【００４９】
プリズム列７の斜面７１，７２は、プリズム列６から入射する光線ＳＡｎ、ＳＢｎの真ん中の光線に対象になるように、プリズム列７をなすプリズムの各斜面７１，７２が設定されている。
【００５０】
移動機構として、プリズム列６、７の各々にソレノイドアクチュエータを接続した。
【００５１】
表示装置２に入力する映像を検出し、右眼用画像と左眼用画像が切り替わる１２０Ｈｚのタイミングでソレノイドアクチュエータを駆動させた。
（実施例２）
厚さ１０μｍ銀塩マスクフィルムにパターン露光、現像したパララックスバリア４を使用した。その他の構成は、実施例１と同じである。
（比較例１）
特許文献１に記載のパララックスバリア２枚構成の立体表示装置を採用した。実施例１で作成したパララックスバリア２枚を表示装置２に近いバリアを第１パララックスバリア、観察者８に近いバリアを第２パララックスバリアとして、それぞれのストライプが平行になるように表示装置２の前に配置した。
【００５２】
第１パララックスバリアのバリアピッチは４５０μｍ、第２パララックスバリアのバリアピッチは４４８．６５μｍである。
【００５３】
観察者８の位置は第１パララックスバリアから１ｍとし、第１と第２パララックスバリアの間は３ｍｍ。移動機構は実施例１と同じソレノイドアクチュエータを使用。表示装置に入力する映像を検出し、右眼用画像と左眼用画像が切り替わる１２０Ｈｚのタイミングでソレノイドアクチュエータを駆動させ、パララックスバリアをピッチの半分だけ移動させた。
（比較例２）
特許文献１に記載の偏光回転複スリットを用いた立体表示装置を採用した。樹脂フィルムで作成された偏光板２枚と２つの偏光回転複スリットを使用した。表示装置２に近い偏光板を第１偏光板、次に第１偏光回転複スリット、これに対向するように第２偏光回転複スリットを配置した。その他の条件は実施例１と同じにした。
【００５４】
以上の実施例１，２、比較例１，２の立体表示装置について、以下の評価を行った。
（明るさ）
右眼用画像を表示、かつ、右眼に画像が入るようにパララックスバリア４とプリズム列６，７を移動させた時に、右眼９における画像の輝度をコニカミノルタセンシング（株）輝度計ＬＳ−１００で測定した。実施例１の輝度を１とした相対評価の結果を示す。
（解像度）
表示装置２に４５、５７、７２、８６、１００、１２９、１４３ポイントの大きさの文字を表示し、右眼に画像が入るようにパララックスバリア４とプリズム列６，７を移動させた時に、右眼で観察した。観察可能最小ポイントを結果に示す。得られた結果を次の表にまとめた。
【００５５】
【表１】
2011075802.tif 000003
【００５６】
この結果より、本発明のパララックスバリア４とプリズム列６，７を組み合わせた方法では明るく、解像度の劣化がない。また、パララックスバリア４をフィルムで作製することにより、パララックスバリア４を移動させる力が１／１００にも小さくなり、装置を小型化にすることができることが分かった。
【符号の説明】
【００５７】
１  立体表示装置
２  表示装置
３  画像処理回路
４  パララックスバリア
６，７  プリズム列
８  観察者
９  右眼
１０  左眼
１２，１３  移動機構
【図１】
2011075802.tif 000004
【図２】
2011075802.tif 000005
【図３】
2011075802.tif 000006
【図４】
2011075802.tif 000007
【図５】
2011075802.tif 000008