(57)【要約】【課題】ＲＧＢの混色における色割れ等を生じることなく高精細な立体像を表示再生できる立体画像再生装置を堤供することを目的とする。【解決手段】立体画像を形成する視差画像群を、アレイ状に配置された複数の小領域を用いて表示する表示手段と、前記表示手段に対向配置され、複数のピンホール又はマイクロレンズが前記小領域に対応してアレイ状に配置されたアレイ板とを具備し、前記表示手段に表示された視差画像群の光が前記アレイ板を通じて射出されることにより前記立体画像が再生される立体画像再生装置において、前記小領域は、それぞれ色が異なる少なくとも３つのサブピクセルからなるピクセルに相当し、前記サブピクセルは、異なる色のサブピクセル同士が隣り合うように配置される。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体画像を形成する視差画像群を、アレイ状に配置された複数の小領域を用いて表示する表示手段と、前記表示手段に対向配置され、複数のピンホール又はマイクロレンズが前記小領域に対応してアレイ状に配置されたアレイ板とを具備し、前記表示手段に表示された視差画像群の光が前記アレイ板を通じて射出されることにより前記立体画像が再生される立体画像再生装置において、
前記小領域は、それぞれ色が異なる少なくとも３つのサブピクセルからなるピクセルに相当し、
前記サブピクセルは、異なる色のサブピクセル同士が隣り合うように配置されることを特徴とする立体画像再生装置。
【請求項２】
前記サブピクセルが長手方向を有する矩形からなり、異なる色のサブピクセル同士が該矩形の辺を共有して隣り合うように配置されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像再生装置。
【請求項３】
前記複数のピンホール又はマイクロレンズに代えて、複数のスリットまたはレンチキュラーシートを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の立体像を再生する立体画像再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体表示は、アミューズメント、インターネットショッピング、携帯端末、医療、バーチャルリアリティ、広告看板など様々な分野で利用されることが想定されており、日々研究開発が進められている。立体表示を可能にする方法の１つとして、右目用および左目用の平面画像をディスプレイに表示するステレオスコープ方式が知られている。ステレオスコープ方式は、右目用の平面画像を観察者が右目のみで観察し、左目用の平面画像を観察者が左目のみで観察することを前提とした立体視を可能にする。
【０００３】
ステレオスコープ方式では、右目用の平面画像を観察者が右目のみで観察し、左目用の平面画像を観察者が左目のみで観察することができるように、例えば観察者が偏向めがねを着用する必要がある。またステレオスコープ方式は、観察方向を一方向に限定した立体視であり、多方向からの観察を考慮した立体像を再生できない。例えば、観察者が表示像の側面や上面を覗き込んでも、これに応じた像が表示されるわけではなく、リアリティさに欠けるという問題がある。
【０００４】
またステレオスコープ方式は、焦点位置がディスプレイ面にあり、この焦点位置と注視物体のある輻輳位置との間に空間的ずれが生じ、いわゆる焦点調節と輻輳距離の不一致が生じることから、再現空間に対して観察者が違和感を覚えて疲労しやすいという問題もある。
【０００５】
これらの問題を解決する立体表示方法として、多数の視差画像を用いて立体像を構築し再生する方法があり、例えば特開平１０−２３９７８５号公報、特開２００１−５６４５０号公報等に記載のインテグラルフォトグラフィ法がある。
【０００６】
インテグラルフォトグラフイ法という用語は、立体像表示方法としての厳密な意味が正確には確立されていないが、光線再生法とほぼ同一の原理に基づいている。例えばピンホールアレイ板を用いる方法がインテグラルフォトグラフィとして古くから知られるが、これを光線再生法と呼ぶこともある。以下の説明においては、概念的に光線再生法をも含むものの総称として、インテグラルフォトグラフィ法という用語を用いる。
【０００７】
図１５は、このインテグラルフォトグラフイ法を応用した立体画像再生装置の従来例を横から見た図である。同図に示すように、液晶ディスプレイ等からなる表示装置１２０１と、２次元配列されたピンホールを有するアレイ板１２０２とから構成された簡単な光学系により、自然な立体像を再生できるというものである。
【０００８】
表示装置１２０１上に、多数のパターン（多視点画像という）をピンホールの一つ一つに対応して表示する。この多視点画像は、角度によって微妙に見え方の違う視差画像群を構成する。多視点画像から発せられた光が、対応するピンホールを通過した後、集光されることによって、アレイ板１２０２の前面に空間３次元領域を有する実像１２０４が形成される。これが、インテグラルフォトグラフィ法による立体像の表示原理である。
【０００９】
図１５に示すように、表示装置１２０１上の多視点画像からアレイ板１２０２のピンホールを通して観察者１２０５に向かう視差画像光線群が集光され、実像１２０４が形成される。また同様に３次元虚像１２０３も形成される。このようにインテグラルフォトグラフィ法は、簡単な構成で自然な立体像を形成することができる。また、インテグラルフォトグラフィ法では、偏光めがねが不要であり、空間３次元領域相当の立体像を再生しているので、観察者が観察方向を変えると、それに応じて、観察者に見える立体像も変化する。したがって、ステレオスコープ方式による立体視よりも現実感のある立体像を再生できる。
【００１０】
再生された立体像の各点から発する光線の量、すなわち視差情報量は、各ピンホールに対応した多視点画像の量で決まる。すなわち、多視点画像を増やすことで自然な運動視差が得られる。また、ピンホール数はすなわち立体像の平面画素数を意味する。高精細でかつ自然な運動視差を有する立体像を再生するためには、画像表示素子として高精細ディスプレイが必要となる。このような画像表示素子として、近年、高精細化が著しい液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が用いられている。
【００１１】
通常のカラー液晶ディスプレイは、空間的にＲＧＢ３原色（サブピクセル）を配置し、空間混色によりその他の色を表示する原理である。このようなＲＧＢ３原色のサブピクセルを用いる液晶ディスプレイでは、立体像再生のための表示において、非立体像表示の場合に比べて解像度が大幅に低下する。
【００１２】
例えばＸＧＡ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ａｒｒａｙ：画素数；１０２４×７６８、画素ピッチ；１５０μｍ）方式のＬＣＤを３次元映像再生装置に適用した場合、ピンホールひとつ当たりの水平方向の光線数を１０本とすると、立体画像再生装置としては水平方向の画素数が１０２、画素ピッチが１．５ｍｍと粗いものになってしまう。このような立体像の再生に固有の解像度の問題を解決することが必須とされている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＲＧＢ方式のカラー液晶ディスプレイ等を用いた立体像の再生において、非立体像の表示再生の場合よりも解像度が低下する問題に対処でき、しかもＲＧＢの混色が良好であって、いわゆる色割れを生じないような立体画像再生装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、立体画像を形成する視差画像群を、アレイ状に配置された複数の小領域を用いて表示する表示手段と、前記表示手段に対向配置され、複数のピンホール又はマイクロレンズが前記小領域に対応してアレイ状に配置されたアレイ板とを具備し、前記表示手段に表示された視差画像群の光が前記アレイ板を通じて射出されることにより前記立体画像が再生される立体画像再生装置において、前記小領域は、それぞれ色が異なる少なくとも３つのサブピクセルからなるピクセルに相当し、前記サブピクセルは、異なる色のサブピクセル同士が隣り合うように配置されることを特徴とする。
【００１５】
なお、前記サブピクセルが長手方向を有する矩形からなり、異なる色のサブピクセル同士が該矩形の辺を共有して隣り合うように配置される構成としてもよい。
【００１６】
（作用）
上記本発明の構成によれば、水平方向の画素密度を高めることができると共に、垂直方向の画素密度が極端に低下することがない。また、水平方向に視点が移動した場合、異なる色の絵素が目に入ることから色割れをほぼ完全に抑制できる。また、静止して注視している場合でも右目と左目に入る光線は一般に異なる色となり、やはり、色割れをほぼ完全に抑制できる。
【００１７】
複数のピンホール或いはマイクロレンズに代えて、スリットアレイ或いはレンチキュラーシートを具備する構成としても良い。この場合は垂直方向の視差情報を放棄することになるが、垂直方向画素数は多くなるため高精細な再生像を得ることができる。こうすることにより人間の眼には色分離がほとんど判別できなくなり、極めて高精細な立体像を再現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の立体画像再生装置を詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る立体画像再生装置の概略構成を示す図である。液晶ディスプレイ１５０１は、ＲＧＢ３原色のサブピクセルが後述のようにマトリクス平面状に配置されたカラー液晶表示画面を有する。この液晶ディスプレイ１５０１は駆動装置１５０５により電気的に駆動され、表示画面の各列に視差情報が表示される。液晶ディスプレイ１５０１の背面側にはバックライト１５０３が配置されており、このバックライト１５０３から発せられた光は液晶ディスプレイ１５０１の表示画面を照らす。
【００２０】
１５０２はピンホールアレイ板であり、バックライト１５０３とは反対側、つまり液晶ディスプレイ１５０１の表示画面と観察者との間の位置に配置されている。このピンホールアレイ板１５０２の各ピンホール１５０９から出射する光線群により三次元実像１５０６が再生され、観察眼１５０８により認識される。また、ピンホールアレイ板１５０２から実像１５０６とは逆方向に光線を辿っていくことにより、三次元虚像１５０７を再生することもできる。さらに、ピンホールアレイ板１５０２の前後に連続的に三次元像を再生させることも可能である。なお、ピンホール１５０９に代えて公知のマイクロレンズアレイ１５１２としてもよい。
【００２１】
このような立体画像再生装置において、ＲＧＢの混色において色割れのない、自然で高精細な立体像を再生することができるよう、本実施形態は以下の構成を有している。
【００２２】
図２は、図１に示した立体画像再生装置と立体画像との位置関係を上から見た図である。観察者１５０８から見てピンホールアレイ板１５０２の後ろ側に配置される液晶ディスプレイ１５０１は、角度に応じて微妙に見え方の違う視差画像群、すなわち多視点画像を表示する。この多視点画像から発せられた光は、いずれかのピンホール１５０９を通って多数の視差画像光線群となり、これらが集光されて実像１５０６（立体像）が再生される。
【００２３】
多視点画像を平面的に表示する液晶ディスプレイ１５０１において、その最小の駆動単位はＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各サブピクセルである。Ｒ，Ｇ，Ｂの３つのサブピクセルによって色を再現することができる。
【００２４】
各サブピクセルは、各々からピンホール１５０９の中心を通る直線が、表示空間上の立体像と交わる点の輝度及び色の情報を表示する。ここで、同一のピンホール１５０９を通る同一サブピクセルからの直線が「立体像と交わる点」は一般には複数あるが、表示点は観察者側に最も近い点とする。例えば図２において、Ｐ２よりも観察眼１５０８に近い点Ｐ１を表示点とする。
【００２５】
各サブピクセルの表示輝度値は、各サブピクセルからピンホール１５０９の中心を通る直線が表示すべき立体像と交わる点についてのＲ，Ｇ，Ｂの輝度に基づいて算出する。具体的には、２４ビットの色数表示の場合、Ｒのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＲ成分（０から２５５のいずれかの数値）とし、Ｇのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＧ成分（０から２５５のいずれかの数値）とし、Ｂのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＢ成分（０から２５５のいずれかの数値）とすることで立体像の色を再現することができる。
【００２６】
図３は、図１に示した立体画像再生装置の液晶ディスプレイにおけるピクセル配置を正面から見た概略図である。
【００２７】
この図に示されるように、サブピクセル配列には水平方向及び垂直方向に沿って番号（添え字）が付されており、これらはサブピクセル配列に対応する視差（視点といっても良い）を表している。１つのサブピクセルの横幅は５０μｍ、縦の長さは１５０μｍである。水平方向については１から１０番目までの視差をそれぞれのサブピクセルに周期的に割り振っている。垂直方向については１から５番目までの視差を各サブピクセルに周期的に割り振っている。
【００２８】
ここで、本実施形態の構成では、液晶ディスプレイ１５０１におけるサブピクセルの配置を図３のように規則的なものとしている。すなわち、それぞれ第１の赤い絵素（Ｒ）、第２の緑の絵素（Ｇ）及び第３の青の絵素（Ｂ）からなる三種のサブピクセルが、同じ色の絵素のサブピクセル同士が辺を共有して隣り合うことのないように配置されている。なお、第１の赤い絵素（Ｒ）、第２の緑の絵素（Ｇ）及び第３の青の絵素（Ｂ）の３つのサブピクセルにより色を再現することができる。
【００２９】
このような液晶ディスプレイ１５０１について、例えば図４のような幅５０μｍ、長さ１５０μｍの矩形ピンホール１５０９からなるピンホールアレイ板１５０２を通して同液晶ディスプレイ１５０１からの光線を射出させることにより、これらの光線群で新しい発光点群を形成することができる。
【００３０】
本構成によれば、水平方向の画素密度を高めることができると共に、垂直方向の画素密度が極端に劣化することがない。また、水平方向に視点が移動した場合、異なる色の絵素が目に入るため色割れをほぼ完全に抑制できる。また、静止して注視している場合でも右目と左目に入る光線が異なる色となることから、やはり、色割れをほぼ完全に抑制できる。
【００３１】
なお、図５は図１のピンホールアレイ板１５０２に代えてスリットアレイ板１５１０を配置した場合を示す図である。図６はこのスリットアレイ板１５１０を正面から見た概略図である。スリットアレイ板１５１０を用いる場合、垂直方向の視差はあえて放棄する。スリットアレイ板はピンホールアレイ板よりも製作が容易であり、ピンホールアレイ板と同様に色分離のない自然で高精細な立体像を再生できる。なお、スリットアレイ板に代えてレンチキュラーシート１５１３を用いてもよい。
【００３２】
以上説明した第１実施形態の構成によると、ＲＧＢ３原色のサブピクセルをそれぞれ矩形状とし、これを長手方向に沿って垂直方向縦に並べる構成としていることから、それぞれ正方形をなすＲＧＢ３原色のサブピクセルを垂直方向に沿って配置してピクセルマッピングを縦長にする場合に比べ、水平方向の画素密度を向上できる。
【００３３】
ここで、ＲＧＢの混色が不十分であることによる色割れについて説明する。一般に、色割れはピクセルサイズが比較的大きい場合に顕著となる。例えば、図７に示すようにＲ，Ｇ，Ｂのサブピクセルを長手方向に縦に並べてピクセル（トリプレットと呼ぶ）としている液晶ディスプレイ１５２０から所望の色、輝度の光線が図８に示すようなスリットアレイ板１５２１を介して出射される場合、Ｒ，Ｇ，Ｂのトリプレットからなるピクセルが極端な縦長となることから、例えばピクセルの長手方向の長さが５００μｍを越えるような場合に、所望の色ではなく分離されたＲ，Ｇ，Ｂの色が観測される。
【００３４】
しかしながら図３のような配置とした本実施形態ではこのような色割れが生じることがない。
【００３５】
（第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態に係る液晶ディスプレイを示す図である。この第２実施形態の液晶ディスプレイ１５３０は、図３との比較から明らかであるがピクセル配置方法が第１実施形態の液晶ディスプレイ１５０１のものとは異なっている。ピクセル配置以外については第１実施形態のものと同様である。図３の配置では、同一色のサブピクセルが右肩下がりの斜線状配置となっているが、図９の配置では、同一色のサブピクセルを図に示すようにＶ字状に配置するものとしている。
【００３６】
但し、この第２実施形態の図９のようなピクセル配置においても、第１実施形態と同様に同じ色のサブピクセル同士が辺を共有して隣り合うことのないように配置されている。
【００３７】
そして図１０のように幅５０μｍ、長さ１５０μｍの矩形ピンホールを備えたピンホールアレイ板１５３１を通じて光線を射出させることにより、これらの光線群で新しい発光点群を形成することができる。
【００３８】
このような第２実施形態によれば、光線数が大幅に増大し、色分離のない自然な高精細立体像が再生可能となる。
【００３９】
図１１は図９のピクセル配置に対し図１０のピンホールアレイ板１５３１に代えてスリットアレイ板１５３２を用いた場合を示している。この場合、垂直視差が放棄されることになるが、やはり色分離のない自然で高精細な立体像を再生できる。
【００４０】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態に係る液晶ディスプレイを示す図である。この第３実施形態の液晶ディスプレイ１５３３は、図３および図９との比較から明らかであるがピクセル配置方法が第１実施形態の液晶ディスプレイ１５０１のもの及び第２実施形態の液晶ディスプレイ１５３０のものとは異なっている。ピクセル配置以外については第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
【００４１】
そして図１３のように幅５０μｍ、長さ１５０μｍの矩形ピンホールを備えたピンホールアレイ板１５３４を通じて光線を射出させることにより、これらの光線群で新しい発光点群を形成することができる。
【００４２】
このような第３実施形態によっても、光線数が大幅に増大し、色分離のない自然な高精細立体像が再生可能となる。
【００４３】
なお図１４は図１２のピクセル配置に対し図１３のピンホールアレイ板１５３４に代えてスリットアレイ板１５３５を用いた場合を示している。この場合、垂直視差が放棄されることになるが、やはり色分離のない自然で高精細な立体像を再生できる。
【００４４】
本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。例えば、表示デバイスとして上述した液晶ディスプレイの他に、プラズマディスプレイや有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：エレクトロルミネセンス）ディスプレイなどの自発光型のディスプレイを用いることも可能である。また、ピクセル配置は上述したものに限定されず、例えば図１に示した配置を左右反転したものとしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＲＧＢ方式のカラー液晶ディスプレイ等を用いた立体像の再生において、非立体像の表示再生の場合よりも解像度が低下する問題に対処でき、しかもＲＧＢの混色が良好であって、いわゆる色割れを生じないような立体画像再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る立体画像再生装置の概略構成を示す図
【図２】立体画像再生装置と立体画像との位置関係を上から見た図
【図３】図１に示した立体画像再生装置の液晶ディスプレイにおけるピクセル配置を正面から見た概略図
【図４】図３のピクセル配置に組み合わされるピンホールアレイ板を正面から見た概略図
【図５】図１のピンホールアレイ板に代えてスリットアレイ板を配置した場合を示す図
【図６】図３のピクセル配置に組み合わされるスリットアレイ板を正面から見た概略図
【図７】ＲＧＢ混色時における色割れを説明するための図であって、ピクセル配置を示す図
【図８】ＲＧＢ混色時における色割れを説明するための図であって、図７のピクセル配置に組み合わせたスリットアレイ板を示す図
【図９】本発明の第２実施形態に係る液晶ディスプレイを示す図であって、そのピクセル配置を正面から見た概略図
【図１０】図９のピクセル配置に組み合わされるピンホールアレイ板を正面から見た概略図
【図１１】図９のピクセル配置に対し図１０のピンホールアレイ板に代えてスリットアレイ板を用いた場合を示す図
【図１２】本発明の第３実施形態に係る液晶ディスプレイを示す図であって、そのピクセル配置を正面から見た概略図
【図１３】図１２のピクセル配置に組み合わされるピンホールアレイ板を正面から見た概略図
【図１４】図１２のピクセル配置に対し図１３のピンホールアレイ板に代えてスリットアレイ板を用いた場合を示す図
【図１５】従来の立体画像再生装置を説明するための図
【符号の説明】
１５０１…液晶ディスプレイ
１５０２…ピンホールアレイ板
１５０３…バックライト
１５０４…バックライト用電源
１５０５…駆動装置
１５０６…再生された三次元実像
１５０７…再生された三次元虚像
１５０８…観察眼
１５０９…ピンホール
１５１１…スリット
１５１２…マイクロレンズアレイ
１５１３…レンチキュラーシート
１５１０…スリットアレイ板
１５２０…液晶ディスプレイ
１５２１…スリットアレイ板
１５３０…液晶ディスプレイ
１５３１…ピンホールアレイ板
１５３２…スリットアレイ板
１５３３…液晶ディスプレイ
１５３４…ピンホールアレイ板
１５３５…スリットアレイ板
１２０１…液晶ディスプレイ
１２０２…ピンホールアレイ板
１２０３…三次元虚像
１２０４…三次元実像
１２０５…観察眼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004040722.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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