JP2004177709A - Stereoscopic picture display device and stereoscopic picture display method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily display a full-motion moving picture and to obtain a stereoscopic picture having high resolution. <P>SOLUTION: The stereoscopic picture display device is equipped with a display surface 2 having a curved surface in a projected state as seen from an observer, a bundle-of-rays allotting means 32 provided on the front or the back of the display surface, having a curved surface where a plurality of aperture parts 32a are formed or lenses are formed in an array state and allotting the bundle of rays from a plurality of pixels on the display surface to the respective aperture parts or lenses, and two-dimensional pattern display means 2 and 20 for displaying a two-dimensional pattern on the display surface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立体画像を表示することが可能な立体画像表示装置及び立体画像の表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次元平面表示装置を用いて立体画像を表示する手法はこれまでに数多く提案されている。例えば、偏光など光学的分離手段を用いて右眼用の画像と左目用の画像を時間的あるいは空間的に重畳して表示するステレオスコープ（２眼式）が良く知られている。ステレオスコープは左右両眼の視差画像、即ち２視差のみの画像を表示するため、視点を変えても画像が変化せず運動視差を生じないこと、輻輳と調節が自然視と矛盾する視野闘争の問題などが指摘されている。
【０００３】
ステレオスコープに対し、多数の視差画像を表示するインテグラルフォトグラフィ法（以下ＩＰ法）或いは光線再生法と呼ばれる、立体像を何らかの方法で記録しこれを立体像として再生する方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。インテグラルフォトグラフィ法は、例えば図３８に示すように、ある観察方向から見た場合の画像情報を２次元画像表示装置２３０に多数表示しておき、表示面の前面に設けたスリット、ピンホール、マイクロレンズ、あるいはレンチキュラーレンズなどの開口部２３２ａと遮蔽部２３２ｂとを有するアレイ板２３２越しに画像を観測者１００が観察することで、観察方向に応じた立体画像９９が表示されるものである。あるいは、透過型ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のように背面に光源を設けて透過表示を行なう表示装置を用いる場合は、開口部と遮蔽部を有するアレイを光源側に設け、光線発生方向を特定の方向に制限することにより観察方向に応じた立体画像を表示する場合もある。ＩＰ法は多視差表示が可能なため、運動視差が生じるに留まらず、立体像を再生する光線が、実物体が実際に配置された場合と同様の経路を辿るため、闘争視野の問題も生じない点で優れている。
【０００４】
ところで、視差画像を作成し開口部越しに各画素情報として視差画像を表示する方法には、大別して立体像を再生する光線を画素側から発生させることによって画像マッピングを行なう方法と、観測者の視点位置から画素に向けて光線を逆トレースすることにより画像マッピングを行なう方法の２種類が挙げられる。ここでは、前者の方法を用いて画像マッピングする場合をＩＰ法とし、後者の方法を多視差のステレオスコープ、パララックスバリア法と呼んで区別することにする。ＩＰ法を用いた画像マッピングの一例を図３９に示す。スリット部２３２に多数並んでいるスリット２３２ａの列（スリット番号Ａ〜Ｅ）に対し、複数列の画素７からなる画素の組１６が割り当てられている。図３９では、１つのスリットについて３つの画素が割り当てられており（視差番号１〜３）、観測者３００はスリット部２３２越しに各々の画素７を観察することになる。ここで、スリット列と画素列のピッチを一定とし、画素ピッチと視差数の積をＰｌ、スリットのピッチをＰｓとする。ここで、Ｐｌ＝Ｐｓとすると、画素を光源としてスリット２３２ａを通過する光線３１０は、同じ視差番号を持つ画素について平行となるため、光線群として３種類の光線方向（α、β、γ）に分類される。光線３１０と仮想的に配置されたオブジェクト２９９が交差する点における、オブジェクト２９９の観測者３００側から見た側のテクスチャ、即ちカラー信号値を光線が出射した画素に表示することで、画像マッピングが行なわれる。ここで、光線群の数は画素列の数に等しく、図３９では３つの画素が１つの組となっているため視差数は３である。従って、３方向の平行な光線群を、スリット２３２ａの中央部を通過するように発生させ、オブジェクトとの交点を求めることになる。これは、３つの視線方向から平行投影によって得られた３種類の平面画像を合成することに相当する。この画像マッピングによって得られる表示画像のスリット番号と視差番号、光線方向の対応を図４０に示す。各スリット番号における視差番号と光線方向番号は、１とα、２とβ、３とγのように固定的な対応関係となっている。
【０００５】
一方、パララックスバリア法による画像マッピングの一例を図４１に示す。この方法においては、観測者３００の視点位置３１２（α’、β’、γ’）を初めに与え、視点位置３１２から光線を実際の進行方向とは逆向きに発生させて、スリット２３２ａを通過し画素７の列に至る放射状の光線群とオブジェクトの交点から、画素に表示すべきカラー信号値が求められる。従って、得られる３種類の平面画像は、α’、β’、γ’の視点位置から透視投影で見た画像である。図４２に表示画像のスリット番号と視差番号、視点位置の対応を示す。各画素からある視点位置に向けて発生する光線の方向は平行ではなく、視点位置を等ピッチに設定することでスリットの設置位置とスリットピッチが決定される。このとき、視点位置に集光する条件からＰｓ＜Ｐｌとなっていることが特徴である。
【０００６】
以上のように、平面型表示装置を用いてＩＰ法により立体画像を表示させる方法は、Ｐｓ＝Ｐｌの条件下で、平行投影による画像マッピングが特徴であるといえる。なお、ここでは簡単の為に１次元方向に視差情報を有する場合について説明したが、画面の上下左右即ち２次元方向に視差情報を有する場合においても同様である。２次元視差情報を扱う場合は、図３８、図４１におけるスリット２３２はピンホール、図４０、図４２における短冊状の視差情報が並んだ表示画像は上下方向にも視差情報を有する２次元配列からなる。
【０００７】
一方、立体画像を３６０°方向全周囲について立体画像の視認が可能な全周囲型の立体画像表示を得ようとする試みが幾つか行われている。ＩＰ法に基づき、電気的に立体画像を表示する方式としては、例えば、１次元ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）アレイを円筒型スリットの内部で機械的に走査する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
また、曲率を有する画像シートにレンチキュラーレンズ板を取り付けたレンチキュラーディスプレイ装置（例えば、特許文献３参照）が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２３９７８５号公報
【特許文献２】
特開２００１−５６４５０公報
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｄ−ＩＩ ＮＯ．６ （２００１） ｐｐ．１００３−１０１１
【特許文献３】
特開平１１−１０９２８７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来、提案された第１の方式では、ＬＥＤアレイを用いるため、低い解像度の立体画像しか得られないという問題が生じる。また、機械的走査を用いるので６０Ｈｚ表示のフルモーション動画表示は走査周波数が高くなり実現が困難である。例えば、１フレームを表示するのに１回転の走査を必要とすると、６０Ｈｚ表示を実現するには３６００ｒｐｍの回転速度が必要となる。また、仮に回転機構部に複数のＬＥＤアレイを設けることによって、１フレーム表示に要する回転角を１回転以下としたとしても、ＬＥＤアレイ間の位置決め精度あるいは発光タイミングの制御、安定な回転速度の維持が求められるなど、解決すべき課題は多い。また、円筒形状以外の走査、例えば球面形状での走査は表示位置に対し角速度の変化が生じるため、上記課題の解決が難しいという問題が生じる。
【００１１】
また、従来提案された第二の方式では、画像シートは印刷画像であり、固定画像表示にしか対応していない。例えば、第二の方式を発展させ、画像表示装置を用いてカラー表示を行なう場合、ＲＧＢの三原色カラー画素を空間的に並列配置する必要があるが、上記従来例においては、画素配列と画像データの関係が規定されておらず、具体的な画像作成方法も開示されていない。
【００１２】
更には、後述するように、曲率を有する立体画像表示装置においては、表示画像を作成する際の画像マッピングにおいて、光線方向あるいは視線方向が視差の周期を持たないため、平面型の場合に比べ撮影コストあるいは計算コストが非常に大きくなるという課題を有する。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、表示すべき立体画像の画像マッピングが効率的に行なえ、フルモーション動画表示が容易な立体画像表示装置を提供し、更には視点位置を変えても立体画像が破綻せず、高い解像度で立体画像を表示することができる立体画像の表示方法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】
本発明の一態様による立体画像表示装置は、観測者から見て凸状の曲面を有する表示面と、表示面の前面あるいは背面に設けられ、複数の開口部が形成されるかあるいはレンズがアレイ状に形成された曲面を有し、前記開口部あるいは前記レンズのそれぞれに前記表示面の複数の画素からの光線束が割り当てられる光線束割り当て手段と、２次元パターンを前記表示面に表示する２次元パターン表示手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
なお、前記表示面及び２次元パターン表示手段が直視型の２次元マトリクス表示デバイスであり、前記表示面及び前記光線束割り当て手段が円筒状を成していても良い。
【００１６】
なお、前記２次元パターン表示手段の曲率半径をｒ、前記画素ピッチをＰ_ｐ、前記光線束割り当て数をｎ、前記複数の開口部あるいはレンズアレイを有する曲面と前記２次元パターン表示手段間の距離をｄ、Ｓ_ｒｍｉｎを次式で表される値とすると、
【数２】

立体画像の表示位置は、前記曲率中心から前記立体画像までの距離は、Ｓ_ｒｍｉｎ以下となるように表示されることが望ましい。
【００１７】
加えて、前記立体画像の表示位置を前記曲率中心からｄ＋ｒ−１／｛１／［ｄｎ（１＋ｄ／ｒ）］−１／（Ｌ−ｄ−ｒ）｝以上の距離に表示することが望ましい。
【００１８】
なお、前記２次元パターン表示手段の曲率半径をｒ、前記画素ピッチをＰ_ｐ、前記光線束割り当て数をｎ、前記複数の開口部あるいはレンズアレイを有する曲面と前記２次元パターン表示手段間の距離をｄ、ｉ、ｊを自然数とするとき、ｄとｒの比ｄ／ｒがｓｉｎ［（ｉ・ｎ＋ｊ）Ｐ_ｐ／ｒ］／ｓｉｎ（ｉ・ｎ・Ｐ_ｐ／ｒ）−１の値に設定されることが望ましい。
【００１９】
なお、前記表示面が透過型スクリーン、２次元パターン表示手段が投影型表示装置であり、前記表示面及び前記光線束割り当て手段が半球状を成していても良い。
【００２０】
更に、前記表示面と前記２次元パターン表示手段における座標が正射影の関係にあることが望ましい。
【００２１】
なお、前記表示面の法線方向を中心として所定の角度範囲内にのみ画像が表示されるよう、表示面の前面あるいは背面に視角制限手段を設けても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明の構成は以下に述べる実施形態にとどまるものではなく、実施形態において述べた構成の各部をさまざまに組み合わせた形態をとることが可能であることはいうまでもない。また、説明の簡略化のため、複数の図に渡って同一部材については同一の番号を付与した。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による立体画像表示装置の構成を図１に示す。本実施形態の立体画像表示装置は、表示面が円筒形状の曲面を有する２次元画像表示デバイス２と、柱状光源２０と、透明なパイプ形状部材３０と、スリット部３２とを備えている。本実施形態においては、２次元画像表示デバイス２として、透過型液晶表示装置（以下、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）ともいう）が用いられる。ＬＣＤ２の円筒の中心軸に沿ってバックライトとなる柱状光源２０が設置され、ＬＣＤ２を背面から照明する。また、ＬＣＤ２の表示面の前面にはこの表示面を取り囲むように透明なパイプ形状部材３０が設けられている。このパイプ形状部材３０の外周にはスリット部３２が印刷されている。なお、パイプ形状部材３０は、ＬＣＤ２の曲率を保持する役割も担っている。スリット部３２は、開口部となるスリット３２ａと、遮光部３２ｂとから構成される。本実施形態においては、スリット部３２を介してＬＣＤ２に仮想表示されたオブジェクト９９を観察することにより立体画像を視認することが可能となる。
【００２４】
図１に示した第１実施形態の立体画像表示装置の断面を図２に示す。ＬＣＤ２は通常の平面状のＬＣＤと同様、２枚の透明基板４、８のうち、少なくとも一方の明基板に画素構造が形成されており、透明基板間に液晶層６が挟持されている。透明基板４、８の前後には偏光板１０ａ、１０ｂが貼り付けられている。ＬＣＤ２は可撓性を有し、丸めることによって円筒形状としているため、画像を表示できない継ぎ目１４が発生する。図２では１枚のＬＣＤを円筒状に加工したため、継ぎ目１４は一箇所となっているが、複数箇所の継ぎ目を許容すればパネルを複数枚繋ぎ合わせ、大きな曲率半径を得ることも可能である。なお、ＬＣＤ２を駆動する駆動ドライバに信号を供給するための配線は、円筒の上部あるいは下部から引き出されており（図示せず）、継ぎ目１４の部分に相当する端面には配線引き出し部を設けない。このような構造はＬＣＤ２の紙面に対して垂直方向に配列している行方向配線（ゲート線）を選択する駆動ドライバ（Ｙドライバ）に低温ポリシリコン薄膜トランジスタを用いることで可能となる。
【００２５】
可撓性を有するＬＣＤ２の断面構造の一例を図３に示す。透明基板４は、ガラス基板４ａと透明ポリマー基板４ｂとの２層構造であり、透明基板８は、ガラス基板８ａと透明ポリマー基板８ｂとの２層構造となっている。ガラス基板４ａ、８ａの厚みは１００μｍ程度以下に薄型化されている。
【００２６】
本構造のＬＣＤ２の形成は、まず、通常の厚さ０．７ｍｍ〜１．１ｍｍを有するガラス基板８ａ上に、通常のＬＣＤ形成プロセスに従って薄膜トランジスタ７ａ、画素開口部を形成する透明画素電極７ｂを有する画素構造７を形成する。そして、画素構造７が形成されたガラス基板８ａと図示しない透明対向電極が形成されたガラス基板４ａとをスペーサ５によりギャップを均一に保ちつつ周辺部を紫外線硬化樹脂により接着する。続いて、液晶材料を注入、封止して液晶層６をガラス基板４ａ、８ａ間に設ける。その後、ガラス基板４ａ、８ａを片面ずつ厚さが１００μｍ程度以下となるように物理的あるいは化学的に研磨し、支持基板として複屈折性の小さい透明なポリマー基板４ｂ、８ｂをそれぞれ貼り付ける。この製造プロセスに従えば、通常の画素形成プロセスを適用可能なので、ポリマー基板上に低温プロセスで直接画素を形成するよりも良好な薄膜トランジスタ特性、高い精細度を得ることが可能である。この図３に示すＬＣＤ２は、矢印１２に示すように、偏光板１０ｂ側からバックライト（図示せず）からの照明光束が入射し、ポリマー基板８ｂ、ガラス基板８ａ、液晶層６、ガラス基板４ａ、ポリマー基板４ｂ、偏光板１０ａを通過する。
【００２７】
このように構成されたＬＣＤ２の画素７とスリット部３２のスリット開口部３２ａの位置及びバックライト（図示せず）から照明光として出射する光束１８の対応関係を図４に示す。図４では簡単のために、画素開口部即ち透明画素電極７ｂの光透過領域を近似的に画素７と同一視して扱うことにする。本実施形態においては、スリット部３２の各開口部３２ａに対して５個の画素７が割り当てられる。したがって、画素７に表示される画像情報は５視差数毎にスリット部３２のスリット開口部３２ａ越しに観察される。このため、スリット開口部３２ａに割り当てられる５個の画素７の組１６において、画素７を透過する各光束はスリット開口部３２ａの中央部を通過するように画像情報が各光束に対応する画素に割り当てられることが望ましい。特に、スリット部３２のスリット開口部３２ａを透過する光束１８のうち、中央の画素１７の開口部を透過する光束１８ａは表示面の曲率中心を透過するようにする。ＬＣＤ２の画素７とスリット開口部３２ａの位置関係を全周囲のスリット開口部にわたって同一とするためには、スリット開口部３２ａのピッチＰ_ｓと、画素ピッチＰ_ｐと視差数ｎの積で各々描かれる弧の曲率中心及び弧の成す角が一致していることが必要である。弧の成す角が一致する条件から、スリット開口部３２ａのピッチＰ_ｓと画素ピッチＰ_ｐの関係は、スリット部３２の曲率半径をＲ、画素７の曲率半径をｒとすると、
Ｐ_ｓ／Ｒ＝（ｎ×Ｐ_ｐ）／ｒ （１）
となる。スリットが画素に対し観測者側に位置する場合、Ｐ_ｓ＞ｎ×Ｐ_ｐ（＝Ｐｌ）となっていることが特徴である。
【００２８】
次に、本実施形態の立体画像表示装置において、画像が立体的に視認できる表示範囲を、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の立体画像表示装置および観察者１００を上面からみた模式図である。図５から分かるように、観察者１００と立体画像表示装置の曲率中心とを結ぶ直線３５と、上記曲率中心とスリット部３２のある特定のスリット開口部３２ａの中心とを結ぶ直線３６とのなす角をΦ、直線３６と、上記スリット開口部３２ａの中心と観察者１００とを結ぶ直線３７とのなす角をθとする。観察者１００が意図しない画像を見ることなく立体表示像を正しく観察できる範囲Ｓ_ｒは、直線３７がスリット開口部３２ａに対応する画素の組を横切る条件を満たす複数のスリット開口部３２ａの中で方位角Φが最大となるスリット開口部３２ａを選び出し、直線３５に対して直交し曲率中心を通る直線と直線３７の交点と曲率中心間の距離として求められる。この条件において、全周囲方向から立体表示像を観察しても立体画像表示装置の曲率中心から半径Ｓ_ｒ内に矛盾なく表示することができる。図５から分かるように、立体画像表示装置の曲率中心から観測者１００までの視距離をＬ、立体像の最大表示見込み角をψとすると、
ψ＝２（θ−Φ） （２）
Ｓ_ｒ＝Ｌ・ｔａｎ（ψ／２） （３）
の関係が得られる。半径Ｓ_ｒには最大値が存在し、この最大値は視距離Ｌに依存していて、視距離Ｌが無限大の場合に表示半径Ｓｒは最小値Ｓ_ｒｍｉｎとなり、Φ＝θとなるので、画素３０６の曲率半径をｒとして
Ｓ_ｒｍｉｎ＝ｒ・ｓｉｎθ （４）
となる。従って、立体表示像を破綻無く表示させるためには、立体表示像の表示位置を曲率中心からＳ_ｒｍｉｎ以下とすることが必要である。
【００２９】
一方、本実施形態における立体表示像は、２次元画像表示デバイスにおけるスリット３２を基準として前後に最大の表示解像度が得られる限界距離が存在する。本実施形態においては、スリット３２の奥側に立体表示像を示すことになる。この関係を図６に示す。２次元マトリクス表示デバイス２とスリット部３２の曲率中心は一致しており、画素７の曲率半径をｒ、スリット部３２の曲率半径をＲとする。また、画素７とスリット部３２間のギャップをｄとする。即ち、
Ｒ＝ｒ＋ｄ （５）
である。図６では、Ｒ、ｒ≫Ｐ_ｐ、Ｐ_ｓであるため、平面的に近似して図示した。スリット部３２を基準に表示像９９までの距離をＳ_ｄ、観測者１００と表示像９９の位置間の距離をｚとおく。
【００３０】
ここで、観測者１００が距離ｚにある表示像９９を観察した場合に視認できる最大解像度は、スリットピッチＰ_ｓを用いて、
ｚ／（（Ｌ−Ｒ）／２Ｐ_ｓ） （６）
となる。
【００３１】
一方、２次元マトリクス表示デバイス２が表示像９９の位置において表示可能な最大解像度は、表示像９９がスリット３２面を基準として画素７の像が表示像９９の位置に拡大表示されていると見なせるので、
Ｓ_ｄ／（ｄ／（２Ｐ_ｐ）） （７）
となる。表示解像度限界距離Ｓ_ｄｍａｘは、（６）と（７）が等しくなる条件から、
ｚ／（（Ｌ−Ｒ）／（２Ｐ_ｓ））＝Ｓ_ｄｍａｘ／（ｄ／２Ｐ_ｐ） （８）
となる。（８）式をスリット開口部３２ａの表示ナイキスト周波数（Ｌ−Ｒ）／２Ｐ_ｓと画素ピッチの表示ナイキスト周波数ｄ／２Ｐ_ｐの比、
Ｄ＝ｄＰ_ｓ／（Ｌ−Ｒ）Ｐ_ｐ （９）
を用い、更にｚを消去して整理すると、
Ｓ_ｄｍａｘ＝Ｄ（Ｌ−Ｒ）／（１−Ｄ） （１０）
となる。
【００３２】
なお、（１０）式を書き直すと
１／Ｓ_ｄｍａｘ＝１／［ｄｎ（１＋ｄ／ｒ）］−１／（Ｌ−ｄ−ｒ） （１１）
となる。したがって、表示像９９の表示距離Ｓ_ｄは、スリット３２の位置を基準としてＳ_ｄｍａｘ以下の表示距離とすることが望ましい。即ち、曲率中心を基準に取ると、立体表示像の表示半径をＲ−Ｓ_ｄｍａｘ以上とすることで、最大の表示解像度で表示可能となる。
【００３３】
以上より、Ｓ_ｄｍａｘ＋Ｓ_ｒｍｉｎ＞Ｒの条件を満たす場合、曲率中心を基準に
Ｒ−Ｓ_ｄｍａｘ≦Ｓ≦Ｓ_ｒｍｉｎ （１２）
で規定される距離の範囲内に表示像９９を表示することで、立体画像表示装置の全周囲にわたって、立体表示が破綻することなく最大の表示解像度で立体像が表示可能となる。
【００３４】
次に、図７を用いて本実施形態の表示特性及びピクセルマッピングの方法について詳細を述べる。立体画像表示装置及び観測者１００はｘｙ平面内に位置しているものとし、簡単のためｚ方向（紙面に対し垂直な方向）については考えない。ｚ方向に視差を与えるなどして３次元座標での取り扱いを行なう場合は、以下の取り扱いを円筒座標系に拡張することで容易に関係式を得ることができる。
【００３５】
ここで、スリット部３２上のスリット開口部Ｑ（Ｘ、Ｙ）を考える。曲率中心（原点）と開口部Ｑとを結ぶ直線を考え、この直線と２次元画像表示デバイス２との交点をＰ（ｘ，ｙ）とすると、Ｐ点はスリット開口部Ｑの法線方向から観察した場合の視差画像情報を与える画素である。即ち、視差数をｎとした場合に、画素Ｐは、スリット開口部Ｑに対応する（スリット開口部Ｑ越しに観察すべき）画素群の中心に位置している。同様に、スリット開口部Ｑに対応する画素群中の任意の画素をＰ’（ｘ’，ｙ’）とする。これらＱ，Ｐ，Ｐ’は図７より
Ｑ（Ｘ，Ｙ）＝（Ｒ・ｃｏｓφ，Ｒ・ｓｉｎφ） （１３）
Ｐ（ｘ，ｙ）＝（ｒ・ｃｏｓφ，ｒ・ｓｉｎφ） （１４）
Ｐ’（ｘ’，ｙ’）＝（ｒ・ｃｏｓ（φ＋ｄφ），ｒ・ｓｉｎ（φ＋ｄφ）） （１５）
で与えられる。また、Ｐ’（ｘ’，ｙ’）において表示すべき画素情報は、線分Ｐ’Ｑを延長して立体像と交差するＳ（ｘ’’，ｙ’’）の輝度、色度情報となる。もしも、立体像と交差しない場合は背景色を表示する。画素Ｐ’において表示された画素情報は、線分Ｐ’Ｑが観測者１００の位置する方向であるｘ軸と交わる位置、Ｌ（ｘ_Ｌ，０）において観測することができる。ｘ_ＬはＰ’、Ｑからｘ_Ｌ＝（Ｘ・ｙ’−ｘ’・Ｙ）／（ｙ’−Ｙ） （１６）
として与えられる。
【００３６】
（３）式で定義される立体像の表示可能半径Ｓ_ｒは、スリット開口部３２ａに対応する画素群の中で最も外側に位置する画素Ｐ’（ｘ’，ｙ’）について、最長の視距離ｘ_Ｌを与えるスリット位置Ｑを求めることによって得られる。画素ピッチをＰ_ｐとすると、
ｄφ＝（ｎ−１）×Ｐ_ｐ／（２ｒ） （１７）
であり、Ｓ_ｒｍｉｎは視距離が無限遠、すなわちｙ’＝Ｙの場合に与えられる。
従って、（１５）、（１７）式より
Ｒ・ｓｉｎφ_０＝ｒ・ｓｉｎ（φ_０＋（ｎ−１）・Ｐ_ｐ／（２ｒ）） （１８）
を満たすφ_０を用いて
Ｓ_ｒｍｉｎ＝Ｒ・ｓｉｎφ_０ （１９）
となる。ここで、φ_０は（１８）式から与えられ、変数を整理すると
【数３】

となる。実際にはスリットピッチは有限であるから、角度φ_０以下の範囲でφ_０に最も近いスリットの位置からＳ_ｒｍｉｎが与えられることになる。
【００３７】
次に、本実施形態における画像マッピングの方法について説明する。本実施形態において立体画像として表示されるオブジェクトは、２次元マトリクス表示デバイス２の内側、曲率中心からＳ_ｒｍｉｎの範囲内に位置する。従って、スリット開口部３２ａと画素７の中心を結ぶ直線を曲率中心方向に延長し、表示オブジェクトと交差する表面テクスチャを画素の表示画像情報として表示することになる。同様に直線をスリット開口部３２ａから外部に向けて延長した方向が、光線出射方向であり、表示画像情報を視認できる視線方向となる。
【００３８】
一例として、視差数をｎ＝３、スリット番号をＡ〜Ｌとし、対応する光線（視線）方向番号をα１、α２、α３、β１、・・・とした図７の条件を考える。図８に２次元マトリクス表示デバイス２における表示画像のスリット番号と視差番号、光線（視線）方向の対応関係を示す。従来技術の平面型立体画像表示装置の場合である図３６および図３８と比較すると、平面型の場合は視差数ｎと同数の光線方向、あるいは視線方向から観測したｎ枚の画像を周期的に選択、合成すれば良いのに対し、本実施形態においては、一般的に光線（視線）方向は全て異なっており、視差数に対する周期性は無い。
【００３９】
従って、本実施形態においては、ｎ×スリット数本分の線状光線を発生させて交差判定を行なう必要がある。これは、カメラ撮影あるいはＣＧ画像レンダリングの際に、カメラ位置あるいは視点位置を画素毎に変える必要があることを意味しており、必要なカメラ台数（撮影回数）が飛躍的に増加、あるいは補間画像生成、ＣＧレンダリングの計算コストが平面型に比べて著しく大きいことを示唆している。
【００４０】
これらの問題を軽減するための、望ましい実施形態の一例を図９に示す。図７と同様の視差数において、スリット部３２と画素７間の距離ｄを所定の条件に設定することで、スリット番号の異なる画素間において光線方向を一致させることができる。この例では、隣接するスリット間において、視差番号が１個ずれた画素の光線方向が互いに平行光となっている。図１０に、表示画像のスリット番号と視差番号、光線方向の対応関係を示す。例えば、光線方向αはスリット番号Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、それぞれ視差番号１、２、３と異なる位置の画素に割り当てられる。このような条件とすることで、画像マッピングにおける光線（視点）方向数を一般条件の１／３に減らすことが可能となり、計算処理に必要なコストを大幅に低減することが可能となる。
【００４１】
上の望ましい条件が成り立つｄの条件を、より一般化した図１１を用いて説明する。図１１において、ｍ番のスリット開口部と曲率中心を通る直線を基準に取りｍ_ｋとする。ｋは画素番号を表し、画素番号は左右に±１、±２、・・・と数えていくものとする。ここで、ｍ番のスリット開口部からｉ番目のスリット開口部に対応する画素番号ｊからの光線方向（ｍ＋ｉ）_ｊがｍ_ｋに平行となる条件を考える。
【００４２】
スリット間の開き角をφ_ｓ、画素間の開き角をｄφ_ｐとすると、幾何学的条件から
Ｒｓｉｎ（ｉ・φ_ｓ）＝ｒｓｉｎ（ｉ・φ_ｓ＋ｊ・ｄφ_ｐ） （２１）
ｄφ_ｐ＝Ｐ_ｐ／ｒ （２２）
が成り立つ。Ｐ_ｐは画素ピッチである。一方、視差数をｎとすると、
φｓ＝ｎ×ｄφ_ｐ （２３）
であるから、（５）、（２１）、（２２）、（２３）式を用いて、求めるｄの２次元マトリクス表示デバイス２の曲率半径ｒに対する条件は、
ｄ／ｒ＝ｓｉｎ［（ｉ・ｎ＋ｊ）Ｐ_ｐ／ｒ］／ｓｉｎ（ｉ・ｎ・Ｐ_ｐ／ｒ）−１（２４）
と表される。このときの画像マッピングの対応関係を図１２に示す。図９、図１０に示したようにｉ＝ｊ＝１のとき、（２３）式は
ｄ／ｒ＝ｓｉｎ［（ｎ＋１）・Ｐ_ｐ／ｒ］／ｓｉｎ（ｎ・Ｐ_ｐ／ｒ）−１（２５）
となる。
【００４３】
ところで、カラー表示可能な直視型の２次元マトリクス表示デバイスは、画素はＲＧＢ三原色のカラーフィルタ配列構造を有しており、空間並列混色によりカラー表示を行なう。これらＲＧＢの色を有する画素（ここではサブピクセルと呼ぶことにする）毎に視差画像情報を与える画像マッピングを行なうことも可能である。縦ストライプ配列の２次元マトリクス表示デバイスにこのような画像マッピングを行なう際、ｉとｊの条件を
ｎ・ｉ＋ｊ≠３ｍ ｍ：自然数 （２６）
とすることが望ましい。例えば、視差数ｎ＝３、ｉ＝ｊ＝１の場合における画像マッピング例を図１３（ａ）に示す。光線方向番号αはスリット番号Ａの画素番号１、Ｂ−２、Ｃ−３に割り当てられるが、各々の画素におけるカラーフィルタ色はＲ、Ｇ、Ｂと全て異なる色となるため、視差画像情報をサブピクセル毎に割り当てることにより生じる色割れの視認性を抑制することができる。比較のため、平面型立体画像表示装置において、ＩＰ法による画像マッピングの例を図１３（ｂ）に示した。平面型の場合は常にｊ＝０となり、同じ視差番号の画素に同一の光線方向が割り当てられるため、ｎ＝３とすると、α方向に割り当てられる画素は全てＲ色となるため、色が大きく割れて視認されてしまうことが分かる。
【００４４】
（実施例）
本実施形態における実施例として、具体的数値設計例を述べる。まず、２次元画像表示デバイス２の直径２・ｒを４００ｍｍに設定し、画素ピッチＰ_ｐを０．０５ｍｍ、標準視距離Ｌを１ｍとした。このとき、ギャップｄの条件をｒの２．５％（５ｍｍ）から１０％（２０ｍｍ）に設定した場合について、（１１）式を用いて最大解像度が得られる立体像の表示距離、曲率中心からの距離Ｒ−Ｓ_ｄｍａｘを計算し、視差数ｎに対する関係として図１４に示した。また、（２０）式から立体像が破綻しない表示半径条件、Ｓ_ｒｍｉｎを同様に図１５に示した。
【００４５】
図１４、図１５の結果及び（１２）式の条件から、立体像が破綻せずに最大解像度で表示可能な条件を示すと図１６のようになる。従って、例えばｄ／ｒ＝２．５％（ｄ＝５．０ｍｍ）、ｎ＝３０とすれば、立体像の好ましい表示範囲は曲率中心から１５〜３０ｍｍの位置となる。以上説明したような方法でピクセルマッピングを行い、画像の表示を行えば立体画像表示が可能となる。そして本実施形態によれば、２次元画像表示デバイスとして、表示面が円筒形状の液晶表示装置が用いられているため、フルモーション動画表示が容易で、かつ解像度の高い立体画像を得ることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による立体画像表示装置を、図１７を参照して説明する。図１７は第２実施形態の立体画像表示装置の断面図である。この第２実施形態の立体画像表示装置は、第１実施形態の立体画像表示装置に視野角制限フィルム４０を新たに設けた構成となっている。この視野角制限フィルム４０は、スリット部３２の前面に設けられている。
【００４７】
図１８に示すように、画面周辺部を観た場合、スリット部３２のスリット開口部３２ａに対応する画素群１６の隣接画素４２がスリット部３２のスリット開口部３２ａから見えてしまう場合が生じる。この場合、画像に跳び（フリッピング）が観測されることになる。従来の平面型の立体画像表示装置においては、表示面に対し垂直近傍から観ることで、フリッピングを回避できるが、本実施形態においては、表示面が曲面形状であるため画像の周辺部に常にフリッピングが生じてしまう。本実施形態においては、視野角制限フィルム４０を設けることにより、図１９に示すように隣接画素４２からの光束４４が視野角制限フィルム４０に吸収されるため、フリッピングによる画像劣化を生じない。
【００４８】
図２０に視野角制限フィルム４６の構造を示す。透明媒体中に短冊状の遮光性スリット４８が複数並列配置された構造となっている。視野角制限フィルムの厚みＳ_ｄ及び遮光性スリット４８のピッチＳ_ｗの寸法比を調整することで、所望の視野角を設定することができる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、視野角制限フィルム４０の位置はスリット部３２の前面、すなわちスリット部３２の光出射面に設けたが、この光出射面に限らず、スリット部３２と画素開口部７ｂの間、または画素開口部７ｂの光入射面側に配置することも可能である。
【００５０】
以上説明したように、この第２実施形態の立体画像表示装置によれば、画像の周辺部にフリッピングが生じるのを防止することができる。また、この第２実施形態も、第１実施形態の場合と同様に、２次元画像表示デバイスとして、表示面が円筒形状の液晶表示装置が用いられているため、フルモーション動画表示が容易で、かつ解像度の高い立体画像を得ることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による立体画像表示装置について図２１を参照して説明する。図２１は本実施形態による立体画像表示装置の構成を示す断面図である。本実施形態の立体画像表示装置は、第１実施形態の立体画像表示装置の外周に透明な円筒状の保護カバー５０を設けた構成となっている。保護カバー５０は、立体画像表示装置に観測者１００を所定の視距離以下に近づけさせないためのものである。この保護カバー５０を設けたことにより、視距離が短いことに由来する、表示周辺部での画像フリッピングを防止する効果が得られる。保護カバー５０の半径は、図５における角度θがフリッピングを生じる角度よりも小さな値に制限するように設定される。更に、表示可能半径Ｓ_ｒ、最大表示解像度限界距離Ｓ_ｄｍａｘの観点から、保護カバー半径の条件を更に限定することも可能である。例えば、表示可能半径Ｓ_ｒを最大化するためには、（１６）式で与えられる視距離ｘ_Ｌの近傍で且つ視距離ｘ_Ｌよりも大きく設定すると良い。
【００５２】
以上説明したように、この第３実施形態によれば、表示周辺部での画像フリッピングを防止することができる。また、この第３実施形態も、第１実施形態の場合と同様に、２次元画像表示デバイスとして、表示面が円筒形状の液晶表示装置が用いられているため、フルモーション動画表示が容易で、かつ解像度の高い立体画像を得ることができる。
【００５３】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による立体画像表示装置の構成について図２２を参照して説明する。図２２は、本実施形態による立体画像表示装置の構成を示す斜視図である。本実施形態の立体画像表示装置は、第１実施形態における円筒型立体画像表示装置の外周の一部を用いて構成されている。ピクセルマッピング及び絵の表示方法は第１実施形態で説明した方法を円筒の一部の領域に適用すれば良い。例えば、ＬＣＤからなる２次元画像表示デバイス２およびスリット部３２を２次元画像表示デバイスの曲率中心で切断することで半円筒状、視域１８０°の立体画像表示装置が得られる。切断平面位置は任意に設定できるので、任意の視域、曲率を持つ凸型の立体画像表示装置を得ることが可能である。
【００５４】
この実施形態も、第１実施形態の場合と同様に、表示面が凸形状の液晶表示装置が用いられているため、フルモーション動画表示が容易で、かつ解像度の高い立体画像を得ることができる。
【００５５】
なお、第１乃至第４実施形態において、２次元画像表示デバイス２に対して観測者１００側に設けられているスリット部３２を光源２０側に配置することも可能である。この場合、各曲率半径はｒ＞Ｒとなり、（５）式は
ｒ＝Ｒ＋ｄ （２７）
となる。以降の議論は観測者１００側にスリット部３２を設けた場合と同様である。
【００５６】
また、上下方向にも視差を与える場合は、上下方向視差数と画素ピッチの積を上下方向のピッチとするピンホールとすれば良い。上下方向の視差に対する表示特性は平面型立体画像表示装置と同様の議論が成り立つ。
【００５７】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による立体画像表示装置を図２３および図２４を参照して説明する。図２３は、本実施形態による立体画像表示装置の構成を示す断面図である。本実施形態による立体画像表示装置は、第１実施形態の立体画像表示装置において、スリット部３２の代わりに、レンチキュラーレンズアレイ５２をＬＣＤ２の光源２０側に設けた構成となっている。図２３に示す立体画像表示装置の一部分を拡大した拡大図を図２４に示す。レンチキュラーレンズアレイ５２は光源（図示せず）からの光を画素開口部７に集光する機能を有する。レンチキュラーレンズアレイ５２を用いることで、光源からの光を効率良く画素開口部に導くことが可能となり、輝度を向上させることが可能となる。レンチキュラーレンズ５２のピッチは、レンチキュラーレンズ５２の焦点距離をｆとすると、画素ピッチＰ_ｐと視差数ｎの積から
Ｐ_ｐ×ｎ×（ｒ−ｆ）／ｒ （２８）
で与えられる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、レンチキュラーレンズアレイ５２を用いることで、光源からの光を効率良く画素開口部に導くことが可能となり、輝度を向上させることが可能となる。また、本実施形態の立体画像表示装置も第１実施形態の場合と同様に、２次元画像表示デバイスとして、表示面が円筒形状の液晶表示装置が用いられているため、フルモーション動画表示が容易で、かつ解像度の高い立体画像を得ることができる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、光源２０側にレンチキュラーレンズ５２を設けたが、画素７に光が集光される条件を満たせば観測者側に設けても構わない。また、上下方向にも視差を与える場合は、上下方向視差数と画素ピッチの積を上下方向のピッチとするレンズアレイとすれば本実施形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態による立体画像表示装置を図２５および図２６を参照して説明する。図２５は、本実施形態の立体画像表示装置の構成を示す断面図である。本実施形態の立体画像表示装置は、第１実施形態の立体画像表示装置において、２次元画像表示デバイスとして、ＬＣＤ２の代わりに、可撓性を有する有機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）６０を用いた構成となっている。自発光型の有機ＬＥＤ６０を用いることで、光源を省略することが出来、画素精細度を保ったまま構造を簡略化することが可能である。また、偏光板を利用しないため表示輝度効率に優れている。
【００６１】
図２６は可撓性を有する有機ＬＥＤ６０の断面構造を示した図である。各画素７に有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光層６２がＲＧＢパターンとして形成され、発光された光１２が画素開口部７ｂから出射する。有機ＥＬ発光層６２、画素構造７は先に述べたＬＣＤの場合と同様、ガラス基板４ａ、８ａ間に形成後、物理的あるいは化学的研磨により薄型化され、強度を維持するポリマー基板層４ｂ、８ｂが接着されることにより可撓性を有することが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、スリット部３２が設けられているがスリット部３２の代わりに、第５実施形態で述べたレンチキュラーレンズアレイをスリット部３２の位置に設けても良い。この場合、レンチキュラーレンズのピッチ、集光条件は第５実施形態と同様である。また、上下視差を設ける場合は、ＬＣＤを用いた実施形態と同様、上下視差数と画素ピッチに応じたピンホールアレイ、またはレンズアレイを配置すれば良い。
【００６３】
この第６実施形態によれば、２次元画像表示装置として、表示面が円筒形状の有機ＬＥＤが用いられているため、フルモーション動画表示が容易で、かつ解像度の高い立体画像を得ることができる。
【００６４】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態による立体画像表示装置を、図２７乃至図３６を参照して説明する。図２７（ａ）は、本実施形態による立体画像表示装置の画像表示部の外観を示し、図２７（ｂ）は、本実施形態による立体画像表示装置の構成を模式的に示した断面図である。本実施形態では、３６０°全周、上下１８０°方向から立体画像が観測可能な半球型立体画像表示装置を提供する。表示スクリーン面７０は光散乱透過特性を有し、曲率中心方向から投影される画像をスクリーン外部から観察可能な透過散乱型スクリーンである。表示スクリーン面７０に所定の立体画像情報を投影像として結像させ、ピンホール７２越しに投影像を観察することで、曲率中心付近に立体画像を観察することができる。投影光学系の投影レンズ系に魚眼レンズ７４を用いることで、平面型の２次元画像表示デバイス７６に表示した画像情報を半球形状の表示スクリーン面７０に結像することが可能となる。
【００６５】
以下、魚眼レンズ７４を用いて立体画像を表示するためのピクセルマッピングの方法について述べる。
【００６６】
魚眼レンズ７４を用いて平面像を半球上に投影する場合、レンズ設計により複数の射影方法をとることが出来る。例えば、図２８は正射影に基づく射影を示した図である。３次元座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）７８において、半径Ｒを有する半球上の座標は球面座標系を用いて
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ｒｓｉｎθｃｏｓφ，Ｒｓｉｎθｓｉｎφ，Ｒｃｏｓθ） （２９）
と表わされる。正射影の場合、２次元座標系（ｘ，ｙ）において原点からの距離Ｒ’は
Ｒ’＝ｋ・Ｒｓｉｎθ （３０）
として射影され、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は２次元座標系（ｘ，ｙ）８０上に
（ｘ，ｙ）＝（Ｒ’ｃｏｓφ， Ｒ’ｓｉｎφ） （３１）
として射影されることになる。ここで、ｋは倍率を表わす。正射影に従う魚眼レンズは、像面照度が角度θによらずほぼ一定であるため、画像を投影表示する魚眼レンズとして好適である。
【００６７】
その他の射影方法として、等距離射影、立体射影、等立体角射影に従う魚眼レンズが設計可能であるが、
等距離射影： Ｒ’＝ｋＲθ （３２）
立体射影： Ｒ’＝２ｋＲｔａｎ（θ／２） （３３）
等立体角射影： Ｒ’＝２ｋＲｓｉｎ（θ／２） （３４）
の通りであり、射影方法に応じて（３０）式を上記の座標変換式に変更すれば平面座標系と球面座標系の対応関係を得ることが可能である。
【００６８】
以上の関係を用い、下記の手順に従うことにより、表示スクリーン面７０に表示すべき画像情報と２次元マトリクス表示デバイス上の表示位置との関係、ピンホール７２の位置を決定することが可能となる。
【００６９】
図２９は２次元画像表示デバイス上の２次元座標系（ｘ，ｙ）において、ｘ軸方向にｉ番目、ｙ方向にｊ番目となる視差の中心に位置する画素８２の位置を示した図である。画素８２の座標は
（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＝（ｒ_ｉｊｃｏｓφ_ｉｊ，ｒ_ｉｊｓｉｎφ_ｉｊ） （３５）
で表わされる。なお、図２９では便宜上、原点に視差中心となり、表示面の天頂に投影される画素８４を配置した。
【００７０】
画素（ｉ，ｊ）は、図３０に示すように、半径Ｒを有する球状スクリーンに倍率１／ｋ、正射影で投影される。（３０）式から
θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｒ_ｉｊ／ｋＲ） （３６）
であり、投影位置Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は
Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ｒｓｉｎθｃｏｓφ_ｉｊ，Ｒｓｉｎθｓｉｎφ_ｉｊ，Ｒｃｏｓθ）＝（ｒ_ｉｊｃｏｓφ_ｉｊ／ｋ，ｒ_ｉｊｓｉｎφ_ｉｊ／ｋ，Ｒｃｏｓθ） （３７）
で与えられる。
【００７１】
更に、中心視差を与える画素（ｉ，ｊ）の周辺に位置し、周辺視差を与える画素の投影位置Ｐ’も（３５）〜（３７）式を用いて同様に計算可能である。
【００７２】
一方、ピンホール位置は、ピンホール−投影面間距離をｄとすればピンホール形成面の半径はｄ＋Ｒであり、ピンホールは中心視差となる画素の投影位置Ｐと曲率中心（原点）を結ぶ延長線上に設けるべきであるから、ピンホール位置Ｑ（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）は、
Ｑ（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）＝（（Ｒ＋ｄ）ｓｉｎθｃｏｓφ_ｉｊ，
（Ｒ＋ｄ）ｓｉｎθｓｉｎφ_ｉｊ，（Ｒ＋ｄ）ｃｏｓθ）＝（（Ｒ＋ｄ）ｒ_ｉｊｃｏｓφ_ｉｊ／ｋＲ，
（Ｒ＋ｄ）ｒ_ｉｊｓｉｎφ_ｉｊ／ｋＲ，（Ｒ＋ｄ）ｃｏｓθ） （３８）
として与えられる。
【００７３】
各画素に表示すべき画素情報は、第１実施形態において述べたように、線分ＰＱ、あるいは線分Ｐ’Ｑを延長して３次元表示物体の表面との交点を求め、この交点における輝度・色度情報を表示すれば良い。
【００７４】
図３１は２次元マトリクス表示デバイス上に千鳥状に配列された正方画素７を用いて、中心視差画素９０とその周辺視差画素群９２をグルーピングして１つのピンホール７２に割り当てた例を示す。図３１では１９視差をマッピングした例である。中心視差画素間距離をＤ_ｐ、周辺視差画素群の範囲を中心視差画素から最も遠い周辺視差画素中央部までの距離Ｒ_ｐとすると、
Ｄ_ｐ＞２Ｒ_ｐ （３９）
となる条件が望ましい。表示スクリーン面上に投影された像とピンホール間で、半径Ｒ_ｐを超える範囲が視認されないよう視野制限手段を設けることで、フリッピングの生じない良好な立体画像表示が得られる。図３２に、図３１における各画素を表示スクリーン面上に投影した場合の中心視差画素９０と周辺視差画素群９２の投影像、ピンホール７２、光線群９４の関係を模式的に示す。図３２は２次元マトリクス表示デバイス上の中心画素９０近傍での領域における歪みの少ない像を近似的に図示したもので、表示デバイス周辺部に向かうにつれ像の歪みは大きくなる。
【００７５】
一方、図３３は、正方配列の正方画素７を用いて、中心視差画素９０とその周辺視差画素群９２をグルーピングして１つのピンホール７２に割り当てた例を示す。図３３は１３視差でマッピングした例である。このマッピング例の場合、画素を稠密にグルーピングしているが、（３９）式の条件を満たさないので周辺視差画素群９２の境界領域付近でフリッピングあるいはクロストークを生じることになる。
【００７６】
一方、図３４に示すグルーピング方法においては、（３９）式の関係を満たしている反面、表示に寄与しない画素９６が発生する。このように、正方配列の場合は、クロストークと画素の有効利用率がトレードオフになるため、画像の内容、精細度、パネルの表示位置によって稠密性を優先するか、クロストーク抑制を優先するかが選択される。なお、千鳥状配列と正方配列を比較して分かるように、千鳥状配列の方が稠密であり球面投影に適しているといえる。
【００７７】
図３５は、本実施形態を実現するための投影光学系の一例を示した図である。図３５においては、２次元画像表示デバイスに透過型ＬＣＤ１１２を３枚用いたことを特徴としている。白色光源１２０からの照明光を集光レンズ１１８により集光、均一化し、ダイクロイックプリズム１１４およびミラー１１６を用いて三原色光に分解、各表示画像を合成して魚眼レンズ１１０で球面スクリーン（図示せず）に投影している。
【００７８】
図３６は、反射型２次元画像表示デバイス１２２を用いて本実施形態を実現する投影光学系の一例である。図３６においては、白色光源１２０からの照明光を集光レンズ１１８により集光、均一化し、カラーホイール１２２により三原色を時系列的に分割・照明し、照明色に同期して反射型２次元画像表示デバイス１２４に画像を表示することによりカラー画像を表示する時分割カラー表示を行なっている。このような表示法が可能な反射型２次元画像表示デバイスとしては機械的に反射光の角度を制御するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ
Ｄｅｖｉｃｅ）が挙げられる。
【００７９】
この第７実施形態によれば、フルモーション動画表示が容易で、かつ解像度の高い立体画像を得ることができる。また、３６０°全周、上下１８０°方向から立体画像が観測可能な立体画像表示装置を得ることができる。
【００８０】
なお、上記第１乃至第７実施形態においては、表示像９９は虚像であるため、その表示位置を直接的に計測することはできない。しかしながら、多視差表示に由来する運動視差を利用し、三角測量に基づく距離計測法を適用することで、正しく立体表示された表示像９９の表示位置を物理的に正確に測定することが可能である。
【００８１】
表示像９９中の一点９９ａの表示位置について、スリット位置３２を基準とする表示距離Ｓを求める方法として、図３７を参照して２例を説明する。簡単のために、カメラ１０１は立体画像表示装置の曲率中心から点９９ａを結ぶ延長線上に設置することにし、スリット３２の曲率半径Ｒ、曲率中心からカメラまでの距離は既知（距離Ｌ）であるとする。なお、説明の簡単のため、立体画像表示装置におけるスリット３２以外の部品については図示省略した。
【００８２】
例１）カメラの向きを変更することなく、撮像方向に対して垂直方向に距離ｗだけシフトさせる（図３７中▲１▼）。点９９ａがψ_１ 方向に観測された場合、幾何学的関係から
Ｓ＝ｗ／ｔａｎψ_１ ＋Ｒ−Ｌ （４０）
が求める表示距離Ｓである。
【００８３】
例２）立体画像表示装置の曲率中心を回転軸としてカメラをφ度回転させるか、もしくはカメラを固定し立体画像表示装置をφ度回転させる（図３７中▲２▼）。このとき、点９９ａがψ_２ 方向に観測された場合、余弦定理を用いて、
Ｓ＝Ｒ−Ｌ［ｃｏｓ φ−ｃｏｓ ψ_２ｃｏｓ （ψ_２ ＋φ）］／［ｓｉｎ （ψ_２ ＋φ）］^２ （４１）
が求める表示距離Ｓとなる。
【００８４】
このように、立体画像表示装置のスリットピッチや画素ピッチなどの詳細が不明であっても、運動視差を利用して立体表示像の表示位置を測定することが可能である。
【００８５】
また、スリットピッチ、画素ピッチなどが既知であり、表示オブジェクトの三次元情報に対する画像信号がどの画素に与えられるかが分かっている場合は、同一画像信号が表示される画素の位置とスリット開口部との関係から上記幾何学条件を求めることは容易である。また、上記の例は円筒切断面に対して適用した例であるが、立体画像表示装置が球面状をなしている場合であっても、球面曲率中心と観測方向を含む切平面を考えれば、同様の議論が成り立つことは言うまでもない。
【００８６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、表示すべき立体画像の画像マッピングが効率的に行なえ、フルモーション動画表示が容易な立体画像を、視点位置を変えても立体画像が破綻しないように、且つ高い解像度で表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による立体画像表示装置の構成を示す斜視図。
【図２】第１実施形態による立体画像表示装置を上方から見た断面図。
【図３】可撓性を有する透過型ＬＣＤの断面図。
【図４】ＬＣＤ画素開口部とスリット開口部位置及び光束の対応関係を示した図。
【図５】第１実施形態において得られる表示範囲を説明する図。
【図６】第１実施形態による立体画像表示装置におけるパラメータと立体画像の表示位置との関係を示す図。
【図７】第１実施形態における表示特性を説明するための図。
【図８】図７における画像マッピングを説明する図。
【図９】第１実施形態における、画像マッピングに望ましい構成条件の一例を示す図。
【図１０】図９における画像マッピングを説明する図。
【図１１】スリット開口部と画素の位置関係を示す図。
【図１２】図９における画像マッピングを説明する図。
【図１３】図９においてＲＧＢサブピクセルに視差画像情報を割り当てた場合と、平面型立体画像表示装置においてＲＧＢサブピクセルに視差画像情報を割り当てた場合の画像マッピングを比較した図。
【図１４】本発明の第１の実施形態による一実施例において、視差数ｎと、立体画像の表示すべき範囲の関係を示した図。
【図１５】本発明の第１の実施形態による一実施例において、視差数ｎと、立体画像が破綻しない表示半径の関係を示した図。
【図１６】本発明の第１の実施形態による一実施例において、視差数ｎと、立体画像が破綻せずに最大解像度で表示可能半径の関係を示した図。
【図１７】本発明の第２実施形態による立体画像表示装置の構成を示す断面図。
【図１８】フリッピングの問題を説明する図。
【図１９】第２実施形態においてフリッピング解消の効果を説明する図。
【図２０】視野角制限フィルムの構成を示す斜視図。
【図２１】本発明の第３実施形態による立体画像表示装置の構成を示す断面図。
【図２２】本発明の第４実施形態による立体画像表示装置の構成を示す斜視図。
【図２３】本発明の第５実施形態による立体画像表示装置の構成を示す断面図。
【図２４】第５実施形態における、画素近傍の拡大図。
【図２５】本発明の第６実施形態による立体画像表示装置の構成を示す断面図。
【図２６】第６実施形態に用いられる可撓性を有する有機ＬＥＤの断面図。
【図２７】本発明の第７実施形態による立体画像表示装置の構成を示す図。
【図２８】第７実施形態において正射影に基づく表示面と２次元マトリクス表示デバイス面上の座標対応関係を示した図。
【図２９】第７実施形態において２次元マトリクス表示デバイス面上の画素の位置を示した図。
【図３０】第７実施形態において表示面上の投影位置を示した図。
【図３１】第７実施形態において２次元マトリクス表示デバイスの画素配列（千鳥配列）を示した図。
【図３２】図３２に示す画素グルーピングにおいて、投影スクリーン面上での投影像とピンホールの位置関係を示す図。
【図３３】第７実施形態において２次元マトリクス表示デバイスの画素配列（正方配列）を示した図。
【図３４】正方配列画素について、所定の画素グルーピングの一例を示す図。
【図３５】第７実施形態において、投影光学系の一具体例の構成を示す図。
【図３６】第７実施形態において、投影光学系の他の具体例の構成を示す図。
【図３７】表示像の表示位置を求める方法を説明する図。
【図３８】平面型の表示装置を用いて立体画像を表示する場合の原理図。
【図３９】従来の立体画像表示装置において、ＩＰ法に基づく表示原理を示す図。
【図４０】図３９における画像マッピングを説明する図。
【図４１】従来の平面型立体画像表示装置において、パララックスバリア法に基づく表示原理を示す図。
【図４２】図４１における画像マッピングを説明する図。
【符号の説明】
２ ２次元画像表示デバイス
４ 透明基板
４ａ ガラス基板
４ｂ 透明ポリマー基板
５ スペーサ
６ 液晶層
７ 画素構造（画素）
７ａ 薄膜トランジスタ
７ｂ 透明画素電極（画素開口部）
８ 透明基板
８ａ ガラス基板
８ｂ 透明ポリマー基板
１０ａ 偏光板
１０ｂ 偏光板
１４ 継ぎ目
１６ スリット開口部に対応する画素群
１７ 中央画素
１８ 光束
２０ 柱状光源
３０ パイプ形状部材
３２ スリット部
３２ａ スリット開口部
３２ｂ 遮光部
９９ 立体画像[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional image display device capable of displaying a three-dimensional image and a method of displaying a three-dimensional image.
[0002]
[Prior art]
Many methods for displaying a stereoscopic image using a two-dimensional planar display device have been proposed so far. For example, a stereoscope (binocular system) that superimposes and displays a right-eye image and a left-eye image temporally or spatially using an optical separation unit such as polarized light is well known. The stereoscope displays parallax images of the left and right eyes, that is, images of only two parallaxes. Therefore, even if the viewpoint is changed, the image does not change and no motion parallax occurs, and convergence and accommodation are contradictory to natural vision. Problems have been pointed out.
[0003]
A method of recording a stereoscopic image by some method and reproducing the stereoscopic image as a stereoscopic image, which is called an integral photography method (hereinafter, referred to as an IP method) or a light beam reproduction method for displaying a large number of parallax images on a stereoscope, is known. (See, for example, Patent Documents 1 and 2). In the integral photography method, for example, as shown in FIG. 38, a large number of image information when viewed from a certain observation direction is displayed on the two-dimensional image display device 230, and slits and pinholes provided on the front surface of the display surface are provided. When the observer 100 observes an image through an array plate 232 having an opening 232a such as a micro lens or a lenticular lens and a shielding part 232b, a stereoscopic image 99 corresponding to the observation direction is displayed. . Alternatively, in the case of using a display device such as a transmissive LCD (Liquid Crystal Display) which is provided with a light source on the back surface and performs transmissive display, an array having an opening and a shielding portion is provided on the light source side, and the light generation direction is specified. In some cases, a stereoscopic image corresponding to the viewing direction is displayed by restricting the direction. Since the IP method enables multi-parallax display, not only does motion parallax occur, but light rays for reproducing a stereoscopic image follow the same path as when a real object is actually arranged, thus causing a problem of a conflicting visual field. Excellent in none.
[0004]
By the way, a method of creating a parallax image and displaying a parallax image as each pixel information through an opening is roughly classified into a method of performing image mapping by generating light rays for reproducing a stereoscopic image from a pixel side, and a method of observing an observer. There are two types of methods for performing image mapping by performing reverse tracing of light rays from a viewpoint position to pixels. Here, the case where image mapping is performed using the former method will be referred to as the IP method, and the latter method will be referred to as a multi-parallax stereoscope or parallax barrier method for distinction. FIG. 39 shows an example of image mapping using the IP method. A set 16 of pixels composed of a plurality of rows of pixels 7 is assigned to rows (slit numbers A to E) of the slits 232a arranged in a large number in the slit section 232. In FIG. 39, three pixels are assigned to one slit (parallax numbers 1 to 3), and the observer 300 observes each pixel 7 through the slit portion 232. Here, the pitch between the slit row and the pixel row is fixed, the product of the pixel pitch and the number of parallaxes is Pl, and the pitch of the slit is Ps. Here, assuming that Pl = Ps, the light ray 310 passing through the slit 232a using the pixel as a light source is parallel with respect to the pixel having the same parallax number, so that the light ray group has three types of light directions (α, β, γ). being classified. Image mapping is performed by displaying the texture of the side of the object 299 viewed from the observer 300 side, that is, the color signal value at the pixel where the light ray is emitted, at the point where the light ray 310 and the virtually arranged object 299 intersect. Done. Here, the number of light ray groups is equal to the number of pixel rows, and in FIG. 39, the number of parallaxes is three because three pixels form one set. Therefore, a group of parallel rays in three directions is generated so as to pass through the center of the slit 232a, and the intersection with the object is obtained. This corresponds to combining three types of planar images obtained by parallel projection from three viewing directions. FIG. 40 shows the correspondence between the slit number, the parallax number, and the ray direction of the display image obtained by this image mapping. The parallax number and the ray direction number in each slit number have a fixed correspondence such as 1 and α, 2 and β, and 3 and γ.
[0005]
On the other hand, FIG. 41 shows an example of image mapping by the parallax barrier method. In this method, the viewpoint position 312 (α ′, β ′, γ ′) of the observer 300 is given first, and a light ray is generated from the viewpoint position 312 in a direction opposite to the actual traveling direction and passes through the slit 232a. The color signal value to be displayed on the pixel is determined from the intersection of the object and the radial ray group reaching the row of the pixels 7. Accordingly, the three types of obtained planar images are images viewed in perspective projection from the viewpoint positions of α ′, β ′, and γ ′. FIG. 42 shows the correspondence between the slit number of the display image, the parallax number, and the viewpoint position. The directions of the light rays generated from each pixel toward a certain viewpoint position are not parallel, and the setting positions of the slits and the slit pitch are determined by setting the viewpoint positions at equal pitches. At this time, the characteristic is that Ps <Pl from the condition of condensing light at the viewpoint position.
[0006]
As described above, the method of displaying a stereoscopic image by the IP method using the flat display device can be said to be characterized by image mapping by parallel projection under the condition of Ps = Pl. Here, for the sake of simplicity, the case where the parallax information is provided in the one-dimensional direction has been described. When two-dimensional disparity information is handled, the slit 232 in FIGS. 38 and 41 is a pinhole, and the display image in which strip-shaped disparity information in FIGS. 40 and 42 is arranged is a two-dimensional array having disparity information also in the vertical direction. Become.
[0007]
On the other hand, several attempts have been made to obtain an omnidirectional stereoscopic image display in which the stereoscopic image can be visually recognized in the entire 360 ° direction. As a method of electrically displaying a three-dimensional image based on the IP method, for example, a method of mechanically scanning a one-dimensional LED (Light Emitting Diode) array inside a cylindrical slit has been proposed (for example, a non-light emitting diode (LED) method). Patent Document 1).
[0008]
Also, a lenticular display device in which a lenticular lens plate is attached to an image sheet having a curvature (for example, see Patent Document 3) is disclosed.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-10-239785
[Patent Document 2]
JP 2001-56450 A
[Non-patent document 1]
IEICE Transactions, Vol. J84-D-II NO. 6 (2001) pp. 1003-1011
[Patent Document 3]
JP-A-11-109287
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, in the first method proposed, since an LED array is used, there is a problem that only a low-resolution stereoscopic image can be obtained. Further, since mechanical scanning is used, full-motion moving image display of 60 Hz display has a high scanning frequency and is difficult to realize. For example, if one rotation of scanning is required to display one frame, a rotation speed of 3600 rpm is required to achieve 60 Hz display. Further, even if the rotation angle required for displaying one frame is reduced to one rotation or less by providing a plurality of LED arrays in the rotation mechanism, control of positioning accuracy between the LED arrays or emission timing, and maintenance of a stable rotation speed are performed. There are many issues that need to be solved, such as Further, since scanning other than the cylindrical shape, for example, scanning in a spherical shape causes a change in angular velocity with respect to the display position, there is a problem that it is difficult to solve the above problem.
[0011]
In the second method proposed in the related art, the image sheet is a print image, and only supports fixed image display. For example, when the second method is developed and color display is performed using an image display device, it is necessary to spatially arrange the three primary color pixels of RGB in parallel. Is not specified, and no specific image creation method is disclosed.
[0012]
Furthermore, as will be described later, in a stereoscopic image display device having a curvature, in image mapping at the time of creating a display image, the light ray direction or the line-of-sight direction does not have a period of parallax, so that imaging is performed in comparison with a planar type. There is a problem that the cost or the calculation cost becomes very large.
[0013]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a three-dimensional image display device that can efficiently perform image mapping of a three-dimensional image to be displayed and that can easily display a full-motion moving image. It is an object of the present invention to provide a stereoscopic image display method that can display a stereoscopic image at a high resolution without changing the stereoscopic image even when the image is changed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A stereoscopic image display device according to one embodiment of the present invention includes a display surface having a convex curved surface as viewed from an observer, and a front surface or a rear surface of the display surface, in which a plurality of openings are formed or lenses are arranged in an array. Means for allocating light beams from a plurality of pixels on the display surface to each of the aperture or the lens, the light beam allocating means having a curved surface formed in a shape of a circle, and displaying a two-dimensional pattern on the display surface. And a dimensional pattern display means.
[0015]
The display surface and the two-dimensional pattern display means may be a direct-view type two-dimensional matrix display device, and the display surface and the light flux allocating means may have a cylindrical shape.
[0016]
The radius of curvature of the two-dimensional pattern display means is r, and the pixel pitch is P _p , The number of allocated light fluxes is n, and the distance between the curved surface having the plurality of openings or lens arrays and the two-dimensional pattern display means is d, S _rmin Is the value represented by the following equation:
(Equation 2)

The display position of the stereoscopic image is such that the distance from the center of curvature to the stereoscopic image is S _rmin It is desirable that the information be displayed as follows.
[0017]
In addition, it is desirable to display the display position of the stereoscopic image at a distance of d + r−1 / {1 / [dn (1 + d / r)] − 1 / (L−d−r)} or more from the center of curvature.
[0018]
The radius of curvature of the two-dimensional pattern display means is r, and the pixel pitch is P _p Where n is the number of light beams allocated and d is the distance between the curved surface having the plurality of apertures or lens arrays and the two-dimensional pattern display means d, i, and j are natural numbers. Is sin [(i · n + j) P _p / R] / sin (inP _p / R) -1.
[0019]
The display surface may be a transmissive screen, the two-dimensional pattern display means may be a projection display device, and the display surface and the light beam allocating means may have a hemispherical shape.
[0020]
Further, it is desirable that the coordinates of the display surface and the coordinates of the two-dimensional pattern display means have an orthographic relationship.
[0021]
A viewing angle limiting means may be provided on the front or back of the display surface so that the image is displayed only within a predetermined angle range around the normal direction of the display surface.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the configuration of the present invention is not limited to the embodiment described below, and it goes without saying that various combinations of the components of the configuration described in the embodiment can be adopted. For simplification of description, the same members are given the same numbers in a plurality of drawings.
[0023]
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of the stereoscopic image display device according to the first embodiment of the present invention. The three-dimensional image display device of the present embodiment includes a two-dimensional image display device 2 having a display surface having a cylindrical curved surface, a columnar light source 20, a transparent pipe-shaped member 30, and a slit portion 32. In the present embodiment, a transmissive liquid crystal display device (hereinafter, also referred to as an LCD (Liquid Crystal Display)) is used as the two-dimensional image display device 2. A columnar light source 20 serving as a backlight is provided along the central axis of the cylinder of the LCD 2 and illuminates the LCD 2 from the back. A transparent pipe-shaped member 30 is provided on the front surface of the display surface of the LCD 2 so as to surround the display surface. A slit 32 is printed on the outer periphery of the pipe-shaped member 30. Note that the pipe-shaped member 30 also plays a role of maintaining the curvature of the LCD 2. The slit section 32 includes a slit 32a serving as an opening and a light shielding section 32b. In the present embodiment, a stereoscopic image can be visually recognized by observing the object 99 virtually displayed on the LCD 2 via the slit section 32.
[0024]
FIG. 2 shows a cross section of the stereoscopic image display device of the first embodiment shown in FIG. The LCD 2 has a pixel structure formed on at least one of the bright substrates of the two transparent substrates 4 and 8 like a normal planar LCD, and a liquid crystal layer 6 is sandwiched between the transparent substrates. Polarizing plates 10a and 10b are attached before and after the transparent substrates 4 and 8, respectively. Since the LCD 2 has flexibility and is formed into a cylindrical shape by being rounded, a seam 14 where an image cannot be displayed occurs. In FIG. 2, since one LCD is processed into a cylindrical shape, the seam 14 is formed at one place. However, if a plurality of seams are allowed, a plurality of panels can be connected to obtain a large radius of curvature. . The wiring for supplying a signal to the drive driver for driving the LCD 2 is drawn from the upper or lower part of the cylinder (not shown), and no wiring lead portion is provided on the end face corresponding to the joint 14. . Such a structure can be realized by using a low-temperature polysilicon thin film transistor as a drive driver (Y driver) for selecting a row wiring (gate line) arranged in a direction perpendicular to the paper surface of the LCD 2.
[0025]
FIG. 3 shows an example of a cross-sectional structure of the LCD 2 having flexibility. The transparent substrate 4 has a two-layer structure of a glass substrate 4a and a transparent polymer substrate 4b, and the transparent substrate 8 has a two-layer structure of a glass substrate 8a and a transparent polymer substrate 8b. The thickness of the glass substrates 4a and 8a is reduced to about 100 μm or less.
[0026]
In forming the LCD 2 having this structure, first, a thin film transistor 7a and a transparent pixel electrode 7b for forming a pixel opening are formed on a glass substrate 8a having a normal thickness of 0.7 mm to 1.1 mm according to a normal LCD forming process. The pixel structure 7 is formed. Then, the glass substrate 8a on which the pixel structure 7 is formed and the glass substrate 4a on which the transparent counter electrode (not shown) is formed are bonded to each other with an ultraviolet curing resin while maintaining a uniform gap by the spacer 5. Subsequently, a liquid crystal material is injected and sealed, and a liquid crystal layer 6 is provided between the glass substrates 4a and 8a. Thereafter, the glass substrates 4a and 8a are physically or chemically polished so that the thickness of each of the glass substrates 4a and 8a is about 100 μm or less, and transparent polymer substrates 4b and 8b having small birefringence are attached as support substrates. According to this manufacturing process, since a normal pixel forming process can be applied, it is possible to obtain better thin film transistor characteristics and higher definition than forming pixels directly on a polymer substrate by a low-temperature process. In the LCD 2 shown in FIG. 3, an illuminating light beam from a backlight (not shown) is incident from the polarizing plate 10b side as shown by an arrow 12, and the polymer substrate 8b, the glass substrate 8a, the liquid crystal layer 6, and the glass substrate 4a , The polymer substrate 4b and the polarizing plate 10a.
[0027]
FIG. 4 shows the correspondence between the pixels 7 of the LCD 2 configured as described above, the positions of the slit openings 32a of the slit portions 32, and the light beams 18 emitted as illumination light from a backlight (not shown). In FIG. 4, for the sake of simplicity, the pixel aperture, that is, the light transmission area of the transparent pixel electrode 7b is treated as being approximately the same as the pixel 7. In the present embodiment, five pixels 7 are assigned to each opening 32 a of the slit 32. Therefore, the image information displayed on the pixel 7 is observed through the slit opening 32a of the slit 32 at every five parallaxes. For this reason, in the set 16 of five pixels 7 assigned to the slit opening 32a, each light flux transmitted through the pixel 7 passes through the center of the slit opening 32a so that the image information is transmitted to the pixel corresponding to each light flux. It is desirable to be assigned. In particular, of the light beam 18 transmitted through the slit opening 32a of the slit portion 32, the light beam 18a transmitted through the opening of the central pixel 17 is transmitted through the center of curvature of the display surface. In order to make the positional relationship between the pixel 7 of the LCD 2 and the slit opening 32a the same over the entire slit opening, the pitch P of the slit opening 32a is required. _s And the pixel pitch P _p It is necessary that the center of curvature of the arc drawn by the product of the number of parallaxes and the angle formed by the arc coincide with each other. From the condition that the angles formed by the arcs match, the pitch P of the slit opening 32a is determined. _s And pixel pitch P _p The relationship is that if the radius of curvature of the slit portion 32 is R and the radius of curvature of the pixel 7 is r,
P _s / R = (n × P _p ) / R (1)
It becomes. When the slit is located on the observer side with respect to the pixel, P _s > N × P _p (= Pl).
[0028]
Next, a display range in which an image can be visually recognized in the stereoscopic image display device of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of the stereoscopic image display device and the observer 100 of the present embodiment as viewed from above. As can be seen from FIG. 5, a straight line 35 connecting the observer 100 to the center of curvature of the stereoscopic image display device and a straight line 36 connecting the center of curvature to the center of a specific slit opening 32a of the slit 32 are formed. The angle between the angle Φ and the straight line 36 connecting the center of the slit opening 32a and the observer 100 is θ. The range S in which the stereoscopic display image can be correctly observed without the observer 100 seeing an unintended image _r Selects a slit opening 32a having the largest azimuth angle Φ among a plurality of slit openings 32a satisfying a condition that the straight line 37 traverses a set of pixels corresponding to the slit opening 32a, and orthogonally intersects the straight line 35. It is obtained as the distance between the intersection of the straight line passing through the center of curvature and the straight line 37 and the center of curvature. Under this condition, even if the stereoscopic display image is observed from all directions, the radius S from the center of curvature of the stereoscopic image display device is _r Can be displayed without inconsistency. As can be seen from FIG. 5, when the viewing distance from the center of curvature of the stereoscopic image display device to the observer 100 is L, and the maximum display angle of the stereoscopic image is ψ,
ψ = 2 (θ-Φ) (2)
S _r = L tan (ψ / 2) (3)
Is obtained. Radius S _r Has a maximum value, and this maximum value depends on the viewing distance L. When the viewing distance L is infinite, the display radius Sr becomes the minimum value S _rmin And Φ = θ, so that the radius of curvature of the pixel 306 is r.
S _rmin = R · sin θ (4)
It becomes. Therefore, in order to display a stereoscopic display image without failure, the display position of the stereoscopic display image is set at S from the center of curvature. _rmin It is necessary to:
[0029]
On the other hand, the stereoscopic display image in the present embodiment has a limit distance at which the maximum display resolution is obtained before and after the slit 32 in the two-dimensional image display device. In the present embodiment, a stereoscopic display image is shown behind the slit 32. FIG. 6 shows this relationship. The centers of curvature of the two-dimensional matrix display device 2 and the slit section 32 coincide with each other, and the radius of curvature of the pixel 7 is r, and the radius of curvature of the slit section 32 is R. Further, the gap between the pixel 7 and the slit 32 is d. That is,
R = r + d (5)
It is. In FIG. 6, R, r≫P _p , P _s Therefore, the drawing is approximated in plan view. The distance from the slit section 32 to the display image 99 is represented by S _d The distance between the observer 100 and the position of the display image 99 is set as z.
[0030]
Here, the maximum resolution that can be visually recognized when the observer 100 observes the display image 99 at the distance z is the slit pitch P _s Using,
z / ((LR) / 2P _s ) (6)
It becomes.
[0031]
On the other hand, the maximum resolution that the two-dimensional matrix display device 2 can display at the position of the display image 99 can be considered that the image of the pixel 7 is enlarged and displayed at the position of the display image 99 based on the slit 32 surface. So
S _d / (D / (2P _p )) (7)
It becomes. Display resolution limit distance S _dmax From the condition that (6) and (7) are equal,
z / ((LR) / (2P _s )) = S _dmax / (D / 2P _p ) (8)
It becomes. The expression (8) is calculated by changing the display Nyquist frequency (LR) / 2P of the slit opening 32a. _s And Nyquist frequency of pixel pitch d / 2P _p The ratio of
D = dP _s / (LR) P _p (9)
And further erasing z and rearranging,
S _dmax = D (LR) / (1-D) (10)
It becomes.
[0032]
By the way, rewriting equation (10)
1 / S _dmax = 1 / [dn (1 + d / r)]-1 / (Ldr) (11)
It becomes. Therefore, the display distance S of the display image 99 _d Is based on the position of the slit 32 _dmax It is desirable to set the following display distance. That is, taking the center of curvature as a reference, the display radius of the stereoscopic display image is represented by R-S _dmax With the above, display can be performed at the maximum display resolution.
[0033]
From the above, S _dmax + S _rmin When the condition of> R is satisfied, based on the center of curvature
R-S _dmax ≦ S ≦ S _rmin (12)
By displaying the display image 99 within the range of the distance specified by the formula (3), the stereoscopic image can be displayed at the maximum display resolution over the entire periphery of the stereoscopic image display device without breaking the stereoscopic display.
[0034]
Next, the display characteristics and the method of pixel mapping of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. It is assumed that the stereoscopic image display device and the observer 100 are located in the xy plane, and do not consider the z direction (a direction perpendicular to the paper surface) for simplicity. When handling in three-dimensional coordinates by giving parallax in the z-direction or the like, a relational expression can be easily obtained by extending the following handling to a cylindrical coordinate system.
[0035]
Here, the slit opening Q (X, Y) on the slit 32 is considered. Considering a straight line connecting the center of curvature (origin) and the opening Q, and assuming that the intersection of this straight line and the two-dimensional image display device 2 is P (x, y), the point P is from the normal direction of the slit opening Q. These pixels provide parallax image information when observed. That is, when the number of parallaxes is n, the pixel P is located at the center of the pixel group corresponding to the slit opening Q (to be observed through the slit opening Q). Similarly, an arbitrary pixel in the pixel group corresponding to the slit opening Q is defined as P ′ (x ′, y ′). These Q, P and P 'are from FIG.
Q (X, Y) = (R · cos φ, R · sin φ) (13)
P (x, y) = (r · cos φ, r · sin φ) (14)
P ′ (x ′, y ′) = (r · cos (φ + dφ), r · sin (φ + dφ)) (15)
Given by The pixel information to be displayed at P ′ (x ′, y ′) includes the luminance and chromaticity information of S (x ″, y ″) that intersects the three-dimensional image by extending the line segment P′Q. Become. If it does not intersect with the three-dimensional image, the background color is displayed. The pixel information displayed in the pixel P ′ is a position where the line segment P′Q intersects with the x-axis which is the direction in which the observer 100 is located, L (x _L , 0). x _L Is x from P ', Q _L = (Xy'-x'Y) / (y'-Y) (16)
Given as
[0036]
Displayable radius S of a stereoscopic image defined by equation (3) _r Is the longest viewing distance x for the pixel P ′ (x ′, y ′) located at the outermost position in the pixel group corresponding to the slit opening 32a. _L Is obtained by finding the slit position Q that gives Pixel pitch is P _p Then
dφ = (n-1) × P _p / (2r) (17)
And S _rmin Is given when the viewing distance is infinity, that is, when y ′ = Y.
Therefore, from equations (15) and (17),
R sinφ ₀ = R · sin (φ ₀ + (N-1) · P _p / (2r)) (18)
Satisfy φ ₀ Using
S _rmin ＝ R ・ sinφ ₀ (19)
It becomes. Where φ ₀ Is given by equation (18).
[Equation 3]

It becomes. Actually, since the slit pitch is finite, the angle φ ₀ Φ in the following range ₀ From the position of the slit closest to _rmin Will be given.
[0037]
Next, an image mapping method according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, an object displayed as a stereoscopic image is S _rmin Located within the range. Therefore, a straight line connecting the slit opening 32a and the center of the pixel 7 is extended in the direction of the center of curvature, and a surface texture intersecting with the display object is displayed as display image information of the pixel. Similarly, the direction in which the straight line is extended from the slit opening 32a to the outside is the light emitting direction, which is the viewing direction in which the display image information can be visually recognized.
[0038]
As an example, consider the condition in FIG. 7 in which the number of parallaxes is n = 3, the slit numbers are A to L, and the corresponding light ray (sight line) direction numbers are α1, α2, α3, β1,. FIG. 8 shows the correspondence between the slit number, the parallax number, and the light ray (line of sight) direction of the display image on the two-dimensional matrix display device 2. Compared with FIGS. 36 and 38 which are the case of the conventional planar stereoscopic image display device, in the case of the planar type, n images periodically observed from the same number of ray directions as the number of parallaxes n or the line of sight are periodically displayed. In contrast, in the present embodiment, light rays (viewing directions) are generally all different, and there is no periodicity with respect to the number of parallaxes.
[0039]
Therefore, in the present embodiment, it is necessary to perform intersection determination by generating linear light beams for n × several slits. This means that it is necessary to change the camera position or the viewpoint position for each pixel at the time of camera shooting or CG image rendering, and the number of required cameras (the number of times of shooting) increases dramatically, or the interpolation image This suggests that the calculation cost of generation and CG rendering is significantly higher than that of the planar type.
[0040]
FIG. 9 shows an example of a preferred embodiment for reducing these problems. With the same number of parallaxes as in FIG. 7, by setting the distance d between the slit portion 32 and the pixel 7 under a predetermined condition, the light beam directions can be matched between pixels having different slit numbers. In this example, between the adjacent slits, the light ray directions of the pixels whose parallax numbers are shifted by one are parallel to each other. FIG. 10 shows the correspondence between the slit number, the parallax number, and the ray direction of the display image. For example, the ray direction α is assigned to pixels at positions different from the parallax numbers 1, 2, and 3 in the slit numbers A, B, and C, respectively. Under such conditions, the number of light ray (viewpoint) directions in image mapping can be reduced to ３ of the general condition, and the cost required for calculation processing can be significantly reduced.
[0041]
The condition of d that satisfies the above desirable condition will be described with reference to FIG. 11 which is more generalized. In FIG. 11, a straight line passing through the m-th slit opening and the center of curvature is taken as a reference. _k And k represents a pixel number, and the pixel numbers are counted as ± 1, ± 2,. Here, the ray direction (m + i) from the pixel number j corresponding to the i-th slit opening from the m-th slit opening _j Is m _k Consider the condition parallel to.
[0042]
The opening angle between slits is φ _s , The opening angle between pixels is dφ _p Then, from the geometric condition,
Rsin (i · φ _s ) = Rsin (i · φ _s + J · dφ _p ) (21)
dφ _p = P _p / R (22)
Holds. P _p Is the pixel pitch. On the other hand, if the number of parallaxes is n,
φs = n × dφ _p (23)
Therefore, using the equations (5), (21), (22), and (23), the condition for the radius of curvature r of the two-dimensional matrix display device 2 to be obtained is as follows:
d / r = sin [(i · n + j) P _p / R] / sin (inP _p / R) -1 (24)
It is expressed as FIG. 12 shows the correspondence of the image mapping at this time. As shown in FIGS. 9 and 10, when i = j = 1, equation (23) becomes
d / r = sin [(n + 1) · P _p / R] / sin (n · P _p / R) -1 (25)
It becomes.
[0043]
By the way, in a direct-view type two-dimensional matrix display device capable of color display, pixels have a color filter array structure of three primary colors of RGB, and perform color display by spatial parallel color mixture. It is also possible to perform image mapping that gives parallax image information for each pixel having these RGB colors (herein referred to as sub-pixels). When such image mapping is performed on a two-dimensional matrix display device having a vertical stripe arrangement, the conditions of i and j are set as follows.
n · i + j ≠ 3mm m: natural number (26)
It is desirable that For example, FIG. 13A shows an example of image mapping when the number of parallaxes is n = 3 and i = j = 1. The ray direction number α is assigned to the pixel numbers 1, B-2, and C-3 of the slit number A. However, since the color filter colors in each pixel are all different from R, G, and B, the parallax image information is It is possible to suppress the visibility of color breakup caused by assigning each sub-pixel. For comparison, FIG. 13B shows an example of image mapping by the IP method in the flat panel stereoscopic image display device. In the case of the planar type, j = 0 is always set, and the same ray direction is assigned to the pixels having the same parallax number. If n = 3, all the pixels assigned in the α direction become R color, so that the color is largely broken. It can be seen that they are visually recognized.
[0044]
(Example)
As an example of the present embodiment, a specific numerical design example will be described. First, the diameter 2 · r of the two-dimensional image display device 2 is set to 400 mm, and the pixel pitch P _p Was set to 0.05 mm, and the standard visual distance L was set to 1 m. At this time, in the case where the condition of the gap d is set from 2.5% (5 mm) to 10% (20 mm) of r, the display distance and the center of curvature of the stereoscopic image at which the maximum resolution can be obtained using Expression (11). Distance RS _dmax Was calculated and shown in FIG. 14 as a relationship with the number of parallaxes n. From the equation (20), the display radius condition under which the stereoscopic image does not break down, S _rmin Is also shown in FIG.
[0045]
From the results of FIGS. 14 and 15 and the condition of equation (12), FIG. 16 shows a condition under which a stereoscopic image can be displayed at the maximum resolution without breaking down. Therefore, if d / r = 2.5% (d = 5.0 mm) and n = 30, for example, the preferable display range of the stereoscopic image is a position 15 to 30 mm from the center of curvature. If pixel mapping is performed by the method described above and an image is displayed, a stereoscopic image can be displayed. According to the present embodiment, since a liquid crystal display device having a cylindrical display surface is used as the two-dimensional image display device, a full-motion moving image can be easily displayed and a high-resolution stereoscopic image can be obtained. .
[0046]
(2nd Embodiment)
Next, a stereoscopic image display device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view of the stereoscopic image display device according to the second embodiment. The three-dimensional image display device of the second embodiment has a configuration in which a viewing angle limiting film 40 is newly provided in the three-dimensional image display device of the first embodiment. The viewing angle limiting film 40 is provided on the front surface of the slit 32.
[0047]
As shown in FIG. 18, when viewing the peripheral portion of the screen, there is a case where the adjacent pixels 42 of the pixel group 16 corresponding to the slit openings 32 a of the slit portions 32 are visible from the slit openings 32 a of the slit portions 32. In this case, jumping (flipping) is observed in the image. In the conventional flat type stereoscopic image display device, the flipping can be avoided by viewing the display surface from the vicinity perpendicular to the display surface. However, in the present embodiment, since the display surface has a curved shape, the flipping is always performed on the peripheral portion of the image. Will occur. In the present embodiment, by providing the viewing angle limiting film 40, the light beam 44 from the adjacent pixel 42 is absorbed by the viewing angle limiting film 40 as shown in FIG. 19, so that image deterioration due to flipping does not occur.
[0048]
FIG. 20 shows the structure of the viewing angle limiting film 46. It has a structure in which a plurality of strip-shaped light shielding slits 48 are arranged in parallel in a transparent medium. Viewing angle limiting film thickness S _d And the pitch S of the light shielding slits 48 _w By adjusting the dimensional ratio, a desired viewing angle can be set.
[0049]
In the present embodiment, the position of the viewing angle limiting film 40 is provided on the front surface of the slit portion 32, that is, on the light emitting surface of the slit portion 32. However, the present invention is not limited to this light emitting surface. 7b, or on the light incident surface side of the pixel opening 7b.
[0050]
As described above, according to the stereoscopic image display device of the second embodiment, it is possible to prevent the occurrence of flipping in the peripheral portion of the image. Also, in the second embodiment, as in the first embodiment, a liquid crystal display device having a cylindrical display surface is used as a two-dimensional image display device, so that full-motion moving image display is easy. In addition, a high-resolution stereoscopic image can be obtained.
[0051]
(Third embodiment)
Next, a three-dimensional image display device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a sectional view showing the configuration of the stereoscopic image display device according to the present embodiment. The three-dimensional image display device of the present embodiment has a configuration in which a transparent cylindrical protective cover 50 is provided on the outer periphery of the three-dimensional image display device of the first embodiment. The protective cover 50 is for preventing the observer 100 from approaching the stereoscopic image display device below a predetermined viewing distance. By providing the protective cover 50, an effect of preventing image flipping in a display peripheral portion due to a short viewing distance can be obtained. The radius of the protective cover 50 is set so that the angle θ in FIG. 5 is limited to a value smaller than the angle at which flipping occurs. Furthermore, the displayable radius S _r , Maximum display resolution limit distance S _dmax In view of the above, the condition of the protective cover radius can be further limited. For example, the displayable radius S _r To maximize the viewing distance x given by equation (16) _L And the viewing distance x _L It is good to set larger than.
[0052]
As described above, according to the third embodiment, it is possible to prevent image flipping in a display peripheral portion. Also in the third embodiment, as in the first embodiment, a liquid crystal display device having a cylindrical display surface is used as a two-dimensional image display device, so that full-motion moving image display is easy, In addition, a high-resolution stereoscopic image can be obtained.
[0053]
(Fourth embodiment)
Next, the configuration of a stereoscopic image display device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a perspective view illustrating the configuration of the stereoscopic image display device according to the present embodiment. The stereoscopic image display device of the present embodiment is configured using a part of the outer periphery of the cylindrical stereoscopic image display device of the first embodiment. The method described in the first embodiment may be applied to a partial area of the cylinder for the pixel mapping and the picture display method. For example, by cutting the two-dimensional image display device 2 composed of an LCD and the slit portion 32 at the center of curvature of the two-dimensional image display device, a three-dimensional image display device having a semicylindrical shape and a viewing zone of 180 ° is obtained. Since the position of the cutting plane can be set arbitrarily, it is possible to obtain a convex stereoscopic image display device having an arbitrary viewing zone and curvature.
[0054]
In this embodiment, as in the case of the first embodiment, since a liquid crystal display device having a convex display surface is used, a full-motion moving image can be easily displayed and a high-resolution stereoscopic image can be obtained. .
[0055]
In the first to fourth embodiments, the slit portion 32 provided on the observer 100 side with respect to the two-dimensional image display device 2 can be arranged on the light source 20 side. In this case, each radius of curvature is r> R, and equation (5) is
r = R + d (27)
It becomes. The following discussion is the same as the case where the slit section 32 is provided on the observer 100 side.
[0056]
In addition, when the parallax is also provided in the vertical direction, a pinhole having a product of the number of vertical parallaxes and the pixel pitch in the vertical direction may be used. As for the display characteristics with respect to the vertical parallax, the same discussion as that of the flat panel stereoscopic image display device holds.
[0057]
(Fifth embodiment)
Next, a stereoscopic image display device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the stereoscopic image display device according to the present embodiment. The stereoscopic image display device according to the present embodiment has a configuration in which the lenticular lens array 52 is provided on the light source 20 side of the LCD 2 instead of the slit portion 32 in the stereoscopic image display device of the first embodiment. FIG. 24 is an enlarged view in which a part of the stereoscopic image display device shown in FIG. 23 is enlarged. The lenticular lens array 52 has a function of condensing light from a light source (not shown) on the pixel opening 7. By using the lenticular lens array 52, it is possible to efficiently guide the light from the light source to the pixel openings, and to improve the luminance. When the focal length of the lenticular lens 52 is f, the pitch of the lenticular lens 52 is a pixel pitch P _p And the disparity number n
P _p × n × (rf) / r (28)
Given by
[0058]
As described above, according to the present embodiment, by using the lenticular lens array 52, light from the light source can be efficiently guided to the pixel openings, and the luminance can be improved. Further, the stereoscopic image display device of the present embodiment also uses a liquid crystal display device having a cylindrical display surface as a two-dimensional image display device as in the case of the first embodiment, so that full-motion moving image display is easy. And a high-resolution stereoscopic image can be obtained.
[0059]
In the present embodiment, the lenticular lens 52 is provided on the light source 20 side. However, the lenticular lens 52 may be provided on the observer side as long as the condition for condensing light on the pixel 7 is satisfied. In the case where parallax is also provided in the vertical direction, the same effect as in the present embodiment can be obtained by using a lens array in which the product of the number of vertical parallaxes and the pixel pitch is the vertical pitch.
[0060]
(Sixth embodiment)
Next, a stereoscopic image display device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the stereoscopic image display device according to the present embodiment. The three-dimensional image display device according to the present embodiment has a configuration in which a flexible organic LED (Light Emitting Diode) 60 is used instead of the LCD 2 as the two-dimensional image display device in the three-dimensional image display device according to the first embodiment. It has become. By using the self-luminous organic LED 60, the light source can be omitted, and the structure can be simplified while maintaining the pixel definition. Further, the display luminance efficiency is excellent because a polarizing plate is not used.
[0061]
FIG. 26 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the organic LED 60 having flexibility. An organic EL (Electro Luminescence) light emitting layer 62 is formed in each pixel 7 as an RGB pattern, and emitted light 12 is emitted from the pixel opening 7b. The organic EL light emitting layer 62 and the pixel structure 7 are formed between the glass substrates 4a and 8a and then thinned by physical or chemical polishing after being formed between the glass substrates 4a and 8a, as in the case of the LCD described above. 8b can be made flexible by bonding.
[0062]
Although the slit 32 is provided in the present embodiment, the lenticular lens array described in the fifth embodiment may be provided at the position of the slit 32 instead of the slit 32. In this case, the pitch of the lenticular lens and the light collecting conditions are the same as in the fifth embodiment. When providing vertical parallax, a pinhole array or a lens array according to the number of vertical parallaxes and the pixel pitch may be arranged as in the embodiment using an LCD.
[0063]
According to the sixth embodiment, as the two-dimensional image display device, an organic LED having a cylindrical display surface is used, so that a full-motion moving image can be easily displayed and a high-resolution stereoscopic image can be obtained. .
[0064]
(Seventh embodiment)
Next, a stereoscopic image display device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 27A shows the appearance of the image display unit of the stereoscopic image display device according to the present embodiment, and FIG. 27B is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the stereoscopic image display device according to the present embodiment. is there. In the present embodiment, a hemispherical stereoscopic image display device capable of observing a stereoscopic image from 360 ° all around and 180 ° vertically is provided. The display screen surface 70 is a transmission / scattering screen that has light scattering / transmission characteristics and allows an image projected from the center of curvature to be observed from outside the screen. By forming predetermined stereoscopic image information as a projected image on the display screen surface 70 and observing the projected image through the pinhole 72, a stereoscopic image can be observed near the center of curvature. By using the fish-eye lens 74 as the projection lens system of the projection optical system, it becomes possible to form image information displayed on the planar type two-dimensional image display device 76 on the hemispherical display screen surface 70.
[0065]
Hereinafter, a pixel mapping method for displaying a stereoscopic image using the fisheye lens 74 will be described.
[0066]
When projecting a plane image onto a hemisphere using the fisheye lens 74, a plurality of projection methods can be adopted depending on the lens design. For example, FIG. 28 is a diagram illustrating projection based on orthographic projection. In a three-dimensional coordinate system (X, Y, Z) 78, coordinates on a hemisphere having a radius R are calculated using a spherical coordinate system.
(X, Y, Z) = (R sin θ cos φ, R sin θ sin φ, R cos θ) (29)
Is represented by In the case of orthographic projection, the distance R ′ from the origin in the two-dimensional coordinate system (x, y) is
R ′ = k · Rsin θ (30)
And the coordinates (X, Y, Z) are represented on a two-dimensional coordinate system (x, y) 80.
(X, y) = (R'cosφ, R'sinφ) (31)
Will be projected as Here, k represents a magnification. A fisheye lens that follows orthographic projection is suitable as a fisheye lens that projects and displays an image because the image plane illuminance is almost constant regardless of the angle θ.
[0067]
As other projection methods, equidistant projection, stereoscopic projection, fisheye lens according to equal solid angle projection can be designed,
Equidistant projection: R '= kRθ (32)
Stereographic projection: R '= 2 kRtan (θ / 2) (33)
Equi-solid angle projection: R '= 2 kR sin (θ / 2) (34)
If the equation (30) is changed to the above coordinate conversion equation according to the projection method, it is possible to obtain the correspondence between the plane coordinate system and the spherical coordinate system.
[0068]
By using the above relationship and following the procedure below, the relationship between the image information to be displayed on the display screen surface 70 and the display position on the two-dimensional matrix display device, and the position of the pinhole 72 can be determined. .
[0069]
FIG. 29 is a diagram showing the position of the pixel 82 located at the center of the parallax, i-th in the x-axis direction and j-th in the y direction, in the two-dimensional coordinate system (x, y) on the two-dimensional image display device. is there. The coordinates of the pixel 82 are
(X _i , Y _j ) = (R _ij cosφ _ij , R _ij sinφ _ij ) (35)
Is represented by In FIG. 29, for convenience, a pixel 84 which is the parallax center at the origin and is projected on the zenith of the display surface is arranged.
[0070]
As shown in FIG. 30, the pixel (i, j) is projected on a spherical screen having a radius R at a magnification of 1 / k in an orthogonal projection. From equation (30)
θ = arcsin (r _ij / KR) (36)
And the projection position P (X, Y, Z) is
P (X, Y, Z) = (R sin θ cos φ _ij , R sin θ sin φ _ij , Rcos θ) = (r _ij cosφ _ij / K, r _ij sinφ _ij / K, Rcos θ) (37)
Given by
[0071]
Further, the projection position P ′ of the pixel that is located around the pixel (i, j) that gives the center parallax and gives the peripheral parallax can be calculated in the same manner using the equations (35) to (37).
[0072]
On the other hand, if the distance between the pinhole and the projection plane is d, the radius of the pinhole formation surface is d + R, and the pinhole connects the projection position P of the pixel, which is the center parallax, to the center of curvature (origin). Since the pinhole position Q (X ′, Y ′, Z ′) should be provided on an extension line,
Q (X ′, Y ′, Z ′) = ((R + d) sin θ cos φ _ij ,
(R + d) sin θ sin φ _ij , (R + d) cos θ) = ((R + d) r _ij cosφ _ij / KR,
(R + d) r _ij sinφ _ij / KR, (R + d) cos θ) (38)
Given as
[0073]
As described in the first embodiment, the pixel information to be displayed in each pixel is obtained by obtaining the intersection with the surface of the three-dimensional display object by extending the line segment PQ or the line segment P′Q, and obtaining the luminance at this intersection. -Display chromaticity information.
[0074]
FIG. 31 shows an example in which square parallax pixels 90 and peripheral parallax pixel groups 92 are grouped and assigned to one pinhole 72 using square pixels 7 arranged in a staggered manner on a two-dimensional matrix display device. FIG. 31 shows an example in which 19 parallaxes are mapped. The distance between the central parallax pixels is D _p The distance R from the center parallax pixel to the center of the peripheral parallax pixel farthest from the center parallax pixel. _p Then
D _p > 2R _p (39)
The following conditions are desirable. The radius R between the image projected on the display screen surface and the pinhole _p By providing the field-of-view restricting means so that the range exceeding is not visually recognized, a favorable stereoscopic image display free from flipping can be obtained. FIG. 32 schematically shows the relationship between the projected image of the central parallax pixel 90 and the peripheral parallax pixel group 92, the pinhole 72, and the ray group 94 when each pixel in FIG. 31 is projected on the display screen surface. FIG. 32 schematically shows an image with little distortion in a region near the center pixel 90 on the two-dimensional matrix display device. The distortion of the image increases toward the periphery of the display device.
[0075]
On the other hand, FIG. 33 shows an example in which a square parallax pixel 90 and its peripheral parallax pixel group 92 are grouped and assigned to one pinhole 72 using square pixels 7 in a square array. FIG. 33 is an example of mapping with 13 parallaxes. In the case of this mapping example, pixels are densely grouped, but because the condition of Expression (39) is not satisfied, flipping or crosstalk occurs near the boundary region of the peripheral parallax pixel group 92.
[0076]
On the other hand, in the grouping method shown in FIG. 34, although the relationship of the expression (39) is satisfied, a pixel 96 which does not contribute to the display is generated. As described above, in the case of the square arrangement, since the crosstalk and the effective utilization rate of the pixel are traded off, priority is given to the denseness or the suppression of the crosstalk depending on the content of the image, the definition, and the display position of the panel. Is selected. As can be seen by comparing the staggered arrangement and the square arrangement, it can be said that the staggered arrangement is denser and more suitable for spherical projection.
[0077]
FIG. 35 is a diagram showing an example of a projection optical system for realizing the present embodiment. FIG. 35 is characterized in that three transmissive LCDs 112 are used for a two-dimensional image display device. The illumination light from the white light source 120 is condensed and uniformed by a condenser lens 118, decomposed into three primary color lights using a dichroic prism 114 and a mirror 116, and each display image is synthesized, and a spherical screen (not shown) is formed by a fisheye lens 110. Projected on.
[0078]
FIG. 36 is an example of a projection optical system that realizes the present embodiment using the reflection type two-dimensional image display device 122. In FIG. 36, the illumination light from the white light source 120 is condensed and uniformed by the condenser lens 118, and the three primary colors are divided and illuminated in time series by the color wheel 122, and the reflection type two-dimensional image is synchronized with the illumination color. A time-division color display for displaying a color image by displaying an image on the display device 124 is performed. As a reflection type two-dimensional image display device capable of such a display method, a DMD (Digital Micromirror) that mechanically controls the angle of reflected light is used.
Device).
[0079]
According to the seventh embodiment, a full-motion moving image can be easily displayed and a high-resolution stereoscopic image can be obtained. Further, it is possible to obtain a three-dimensional image display device capable of observing a three-dimensional image from all directions around 360 ° and 180 ° up and down.
[0080]
In the first to seventh embodiments, since the display image 99 is a virtual image, its display position cannot be directly measured. However, by utilizing the motion parallax derived from the multi-parallax display and applying the distance measurement method based on triangulation, it is possible to physically and accurately measure the display position of the display image 99 that is displayed stereoscopically correctly. is there.
[0081]
With respect to the display position of one point 99a in the display image 99, two examples will be described with reference to FIG. 37 as a method of obtaining the display distance S based on the slit position 32. For simplicity, the camera 101 is installed on an extension line connecting the center of curvature of the stereoscopic image display device to the point 99a, and the radius of curvature R of the slit 32 and the distance from the center of curvature to the camera are known (distance L). And For the sake of simplicity, components other than the slit 32 in the stereoscopic image display device are not shown.
[0082]
Example 1) The camera is shifted by a distance w in the direction perpendicular to the imaging direction without changing the direction of the camera ((1) in FIG. 37). Point 99a is ψ ₁ When observed in the direction, from the geometric relationship
S = w / tanψ ₁ + RL (40)
Is the display distance S required.
[0083]
Example 2) The camera is rotated by φ degrees around the center of curvature of the stereoscopic image display device as a rotation axis, or the camera is fixed and the stereoscopic image display device is rotated by φ degrees ((2) in FIG. 37). At this time, the point 99a becomes ψ ₂ When observed in the direction, using the cosine theorem,
S = RL [cos φ-cos ψ ₂ cos (ψ ₂ + Φ)] / [sin (ψ ₂ + Φ)] ² (41)
Is the desired display distance S.
[0084]
As described above, even if details such as the slit pitch and the pixel pitch of the stereoscopic image display device are unknown, it is possible to measure the display position of the stereoscopic display image using the motion parallax.
[0085]
Also, if the slit pitch, pixel pitch, etc. are known and it is known to which pixel the image signal for the three-dimensional information of the display object is given, the position of the pixel where the same image signal is displayed and the slit opening It is easy to find the above geometric condition from the relationship with Although the above example is an example applied to a cylindrical cutting plane, even when the stereoscopic image display device has a spherical shape, considering a cutting plane including a spherical curvature center and an observation direction, It goes without saying that a similar argument holds.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, image mapping of a stereoscopic image to be displayed can be efficiently performed, and a stereoscopic image for which full-motion moving image display is easy, so that the stereoscopic image is not broken even when the viewpoint position is changed, In addition, it can be displayed at a high resolution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a stereoscopic image display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of the stereoscopic image display device according to the first embodiment as viewed from above.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a transmission type LCD having flexibility.
FIG. 4 is a diagram showing a correspondence relationship between an LCD pixel opening, a slit opening, and a light flux.
FIG. 5 is a diagram illustrating a display range obtained in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between parameters and a display position of a stereoscopic image in the stereoscopic image display device according to the first embodiment.
FIG. 7 is a view for explaining display characteristics in the first embodiment.
FIG. 8 is a view for explaining image mapping in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a desirable configuration condition for image mapping according to the first embodiment.
FIG. 10 is a view for explaining image mapping in FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram showing a positional relationship between a slit opening and a pixel.
FIG. 12 is a view for explaining image mapping in FIG. 9;
FIG. 13 is a diagram comparing image mapping when parallax image information is allocated to RGB sub-pixels in FIG. 9 and when parallax image information is allocated to RGB sub-pixels in the flat panel stereoscopic image display device.
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between the number of parallaxes n and a range in which a stereoscopic image is to be displayed in one example according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between the number of parallaxes n and a display radius at which a stereoscopic image does not break down in one example according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating a relationship between the number of parallaxes n and a radius that can be displayed at the maximum resolution without breaking a stereoscopic image in an example according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a stereoscopic image display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 18 illustrates a problem of flipping.
FIG. 19 is a view for explaining the effect of eliminating flipping in the second embodiment.
FIG. 20 is a perspective view showing a configuration of a viewing angle limiting film.
FIG. 21 is a sectional view showing a configuration of a stereoscopic image display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a perspective view showing a configuration of a stereoscopic image display device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a sectional view showing the configuration of a stereoscopic image display device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is an enlarged view of the vicinity of a pixel in the fifth embodiment.
FIG. 25 is a sectional view showing the configuration of a stereoscopic image display device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a flexible organic LED used in the sixth embodiment.
FIG. 27 is a diagram showing a configuration of a stereoscopic image display device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a view showing a coordinate correspondence relationship between a display surface based on orthographic projection and a two-dimensional matrix display device surface in the seventh embodiment.
FIG. 29 is a diagram showing positions of pixels on a two-dimensional matrix display device surface according to the seventh embodiment.
FIG. 30 is a diagram showing a projection position on a display surface in the seventh embodiment.
FIG. 31 is a diagram showing a pixel arrangement (staggered arrangement) of a two-dimensional matrix display device in a seventh embodiment.
32 is a diagram showing a positional relationship between a projected image and a pinhole on a projection screen surface in the pixel grouping shown in FIG. 32.
FIG. 33 is a diagram illustrating a pixel array (square array) of a two-dimensional matrix display device according to a seventh embodiment.
FIG. 34 is a diagram showing an example of predetermined pixel grouping for square array pixels.
FIG. 35 is a diagram showing a configuration of a specific example of a projection optical system in a seventh embodiment.
FIG. 36 is a diagram showing a configuration of another specific example of the projection optical system in the seventh embodiment.
FIG. 37 is a view for explaining a method of obtaining a display position of a display image.
FIG. 38 is a principle diagram in the case of displaying a stereoscopic image using a flat display device.
FIG. 39 is a diagram showing a display principle based on the IP method in a conventional stereoscopic image display device.
FIG. 40 is a view for explaining image mapping in FIG. 39;
FIG. 41 is a diagram showing a display principle based on a parallax barrier method in a conventional flat panel stereoscopic image display device.
FIG. 42 is a view for explaining image mapping in FIG. 41;
[Explanation of symbols]
2 2D image display device
4 Transparent substrate
4a Glass substrate
4b Transparent polymer substrate
5 Spacer
6 Liquid crystal layer
7. Pixel structure (pixel)
7a Thin film transistor
7b Transparent pixel electrode (pixel opening)
8 Transparent substrate
8a glass substrate
8b Transparent polymer substrate
10a Polarizing plate
10b Polarizing plate
14 seams
16 Pixel group corresponding to slit opening
17 center pixel
18 luminous flux
20 pillar light source
30 pipe-shaped members
32 slit
32a slit opening
32b Shading part
99 3D image

Claims (8)

観測者から見て凸状の曲面を有する表示面と、
前記表示面の前面あるいは背面に設けられ、複数の開口部が形成されるかあるいはレンズがアレイ状に形成された曲面を有し、前記開口部あるいは前記レンズのそれぞれに前記表示面の複数の画素からの光線束が割り当てられる光線束割り当て手段と、
２次元パターンを前記表示面に表示する２次元パターン表示手段と、
を備えていることを特徴とする立体画像表示装置。A display surface having a convex curved surface as viewed from an observer,
A plurality of pixels on the display surface are provided on the front surface or the back surface of the display surface, and have a curved surface in which a plurality of openings are formed or lenses are formed in an array. Ray bundle assigning means to which the ray bundle from is assigned;
Two-dimensional pattern display means for displaying a two-dimensional pattern on the display surface;
A stereoscopic image display device comprising: 前記表示面及び２次元パターン表示手段が直視型の２次元マトリクス表示デバイスであり、前記表示面及び前記光線束割り当て手段が円筒状を成していることを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。2. The three-dimensional image according to claim 1, wherein the display surface and the two-dimensional pattern display unit are a direct-view type two-dimensional matrix display device, and the display surface and the light flux allocating unit are cylindrical. Display device. 前記２次元パターン表示手段の曲率半径をｒ、前記画素ピッチをＰ_ｐ、前記光線束割り当て数をｎ、前記複数の開口部あるいはレンズアレイを有する曲面と前記２次元パターン表示手段間の距離をｄ、ｉ、ｊを自然数とするとき、ｄとｒの比ｄ／ｒがｓｉｎ［（ｉ・ｎ＋ｊ）Ｐ_ｐ／ｒ］／ｓｉｎ（ｉ・ｎ・Ｐ_ｐ／ｒ）−１の値に設定されたことを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。The radius of curvature of the two-dimensional pattern display means is r, the pixel pitch is P _p , the number of ray bundles is n, and the distance between the curved surface having the plurality of openings or lens arrays and the two-dimensional pattern display means is d. , i, when the natural number j, the ratio d / r of the d and r are set to the value of _{sin [(i · n + j} ) P p / r] / sin (i · n · P p / r) -1 The stereoscopic image display device according to claim 1, wherein: 前記表示面が透過型スクリーン、２次元パターン表示手段が投影型表示装置であり、前記表示面及び前記光線束割り当て手段が半球状を成していることを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。2. The stereoscopic image according to claim 1, wherein the display surface is a transmission screen, the two-dimensional pattern display means is a projection display device, and the display surface and the light beam allocating means form a hemisphere. Display device. 前記表示面と前記２次元パターン表示手段における座標が正射影の関係にあることを特徴とする請求項４記載の立体画像表示装置。5. The three-dimensional image display device according to claim 4, wherein the coordinates of the display surface and the coordinates of the two-dimensional pattern display means are in an orthographic relationship. 前記表示面の法線方向を中心として所定の角度範囲内にのみ画像が表示されるよう、表示面の前面あるいは背面に視角制限手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の立体画像表示装置。The stereoscopic image display according to claim 1, wherein a viewing angle limiting means is provided on a front surface or a back surface of the display surface so that an image is displayed only within a predetermined angle range around a normal direction of the display surface. apparatus. 請求項１記載の立体画像表示装置において、前記２次元パターン表示手段の曲率半径をｒ、前記画素ピッチをＰ_ｐ、前記光線束割り当て数をｎ、前記複数の開口部あるいはレンズアレイを有する曲面と前記２次元パターン表示手段間の距離をｄ、Ｓ_ｒｍｉｎを次式で表される値とすると、

立体画像の表示位置は、前記曲率中心から前記立体画像までの距離は、Ｓ_ｒｍｉｎ以下となるように表示されることを特徴とする立体画像の表示方法。2. The three-dimensional image display device according to claim 1, wherein the curvature radius of the two-dimensional pattern display means is r, the pixel pitch is P _p , the number of light fluxes is n, and the curved surface has the plurality of openings or lens arrays. _Assuming that the distance between the two-dimensional pattern display means is d and S _rmin is a value represented by the following equation:

A display method of a three-dimensional image, wherein a display position of the three-dimensional image is displayed such that a distance from the center of curvature to the three-dimensional image is _Srmin or less. 前記立体画像の表示位置は前記曲率中心からｄ＋ｒ−１／｛１／［ｄｎ（１＋ｄ／ｒ）］−１／（Ｌ−ｄ−ｒ）｝以上の距離に表示することを特徴とする請求項７記載の立体画像の表示方法。The display position of the stereoscopic image is displayed at a distance of d + r-1 / {1 / [dn (1 + d / r)]-1 / (L-dr)} or more from the center of curvature. 7. The method for displaying a stereoscopic image according to item 7.

Images