JP2016029419A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の視差画像を複数の方向に独立に提示するレンチキュラ方式の立体画像表示装置において、見かけ上の解像度の劣化を鉛直方向と水平方向とに分散させた場合、任意の一つの視差方向から観察される画像には横縞状の非表示領域が重畳されて見えてしまい、画質が劣化するという課題が生じていた。
【解決手段】画素から放射される光の鉛直方向指向性を制御し、かつレンチキュラレンズと略一致した平面上に鉛直方向のみに光を拡散させる縦方向拡散板を配置して見かけ上の画素の高さを拡大し、前記横縞状の非表示領域を解消する。
【選択図】図２１

Description

本発明は、複数の視差画像を複数方向に独立に提示可能な立体画像表示装置に関する発明である。

複数の視差画像を、複数の方向に独立に提示可能な立体画像表示装置は様々な方式のものが提案されている。一般には表示用画素が２次元マトリクス状に配置された２次元画像表示装置と、視差バリアやレンチキュラレンズなどの水平方向光指向性発生手段を組み合わせることでこれを実現する。

図１は上記方式の構成例を示している。１は表示用画素が２次元マトリクス状に配置された２次元画像表示装置、２は１の前面に配置され、１上の表示用画素から出た表示光に水平方向指向性を与える水平方向光指向性発生手段である。水平方向光指向性発生手段２としてよく用いられるのは、図２に示すようなスリット開口のアレイで構成される視差バリア３や、図３に示すようなシリンドリカルレンズアレイで構成されるレンチキュラレンズ４などである。次にレンチキュラレンズを用いて異なる複数の方向に異なる視差画像群を指向性をもって提示する「単純レンチキュラ方式」を、図４〜６を用いて説明する。

図4は画像表示装置１の正面図、図５は上記構成例の平面図である。図中、表示用画素に添付されている記号は、視差方向の番号と色画素の種類を示している。ここでは一般的なRGBストライプ配列の画像表示装置を用いており、R（赤）,G（緑）,B（青）は水平方向に繰り返し順次配列されている。以下、本明細書においては複数の視差方向のうち、i番目の方向に向かう表示光を表現する画素を視点ｉ対応画素と呼ぶことにする。図４〜６において視差方向は25の方向を想定しており、各方向から観察されるべき画素が水平方向に順次配列されている。個々の画素のピッチは水平方向がΔh、垂直方向がΔvとなっている。

図５のようにして、この状態の画像表示装置１にレンチキュラレンズ４を組み合わせた場合、レンズの結像作用により画素の水平方向位置に応じて25の異なる方向に画像表示光が分離される。この作用がすべてのシリンドリカルレンズと画素に対して働くため、画像表示装置１全体としては25の異なる方向に対応する視差画像を独立に提示することが可能になる。このように方向に応じて分離提示される視差画像を左右の眼で独立に観察すると、両眼視差により観察者は立体画像を認識することができる。つまり図５の構成で立体画像表示装置を実現することができる。

図６は25の異なる方向のうち第13の方向から画像表示装置を見た場合の画像の見え方を示している。視点13対応画素は、このシリンドリカルレンズにおいては「13R」つまり赤色の画素のみで構成されるので、ここでは「13R」のみが観察される。（その他の色画素「13G」「13B」は別のシリンドリカルレンズを通して観察される。）このとき第13の方向の観察者からは、もともと幅がΔh、高さがΔv程度であった画素が、高さはそのままで幅のみシリンドリカルレンズの幅PLに引き伸ばされた長方形画素が観察されることになる。この現象は他の方向から観察した場合にも発生するため、結局観察者は画像表示装置１の解像度が水平方向のみ劣化した画像を観察することになる。視差画像数をNとするとPLはおおよそN×Δh となるため、上記画像の水平方向の解像度劣化は1/Nとなる。したがって、視差画像数Nが大きな数となった場合、水平方向のみの解像度劣化が大きくなるため、再生される立体像の画質は著しく低下してしまう。

特許文献１、特許文献２ではこの問題点を解決するために、表示画素とレンチキュラレンズとの相対的位置関係を工夫している。図７は特許文献１において示された「斜めレンチキュラ方式」の説明図である。画像表示装置１上に2次元マトリクス状に配列された表示用画素の垂直配列ラインに対し、レンチキュラレンズ４の母線方向がαだけ傾いて配置されている。また、図４で示した「単純レンチキュラ方式」の構成とは異なり、視差画像数Nと同数の画素が水平方向に繰り返し配列されているわけではなく、N=ｍ×ｎなる関係を満たす自然数ｍとｎと色画素の種類数を表すｃとを用いて、水平方向ｃ×m個、鉛直方向ｎ個の画素マトリクスを構成し、このマトリクス内でN種類の視点対応画素が抜けなく重複なく配列されるように画素配置されている。

図７の構成例は視差画像数6の立体画像表示装置を示しており、水平方向3、垂直方向6の画素マトリクスを構成して６つの方向への視差画像情報を格納している。(RGB配置の色画素なので色画素数ｃ＝３となり、ｍ＝１、ｎ=６の関係が成り立っている。) そしてシリンドリカルレンズの傾いた母線上には同じ視点への対応画素が並ぶよう配置されている。例えば図７において視点３対応画素は図中点線で示したLines(3)上に並び、視点４対応画素は図中一点鎖線で示したLines(4)上に並ぶ。

このような配置の場合、垂直方向位置の異なる画素段であるａ〜ｆ段において、ａ、ｃ、ｅ段は視点１，３，５対応画素が配置され、ｂ、ｄ、ｆ段は視点２，４，６対応画素が配置される。ａ、ｃ、ｅ段の画素からの表示光の様子を図８、９、１０に示す。図８は平面図、図９は第３番目の視差方向から本装置を観察した場合の図、図１０は側面図である。前述の「単純レンチキュラ方式」と比較すると、この「斜めレンチキュラ方式」の場合、次のような違いがある。
(A) 単純レンチキュラ方式の場合、視差画像数Nに対してシリンドリカルレンズの水平幅PLがおおよそN×Δh(Δｈは画素のピッチ)となっていたのに対し、斜めレンチキュラ方式の場合はおおよそｃ×ｍ×Δhとなり、観察者から見える画素の水平幅が小さくなる。
(B) 単純レンチキュラ方式の場合、どの方向の視点からもすべての垂直方向の画素段が光って見えているのに対し、斜めレンチキュラ方式の場合は、垂直方向（ｎ／ｃ−１)段おきに光って見えるため表示に有効な画素数がｃ／ｎに減少する。
(C) 単純レンチキュラ方式の場合、視差画像数Ｎのとき、任意の1視差方向から観察される視差画像は垂直方向の解像度劣化がなく、水平方向の解像度劣化のみ１／Nとなっていたのに対し、斜めレンチキュラ方式の場合は、N=ｍ×ｎなる自然数m、nを用いて、水平方向解像度は１／ｍ、垂直方向解像度はｃ／ｎとなるように、解像度劣化の方向を分散させて解像度劣化を目立たないように構成することができる。

なお、ｂ、ｄ、ｆ段の画素からの表示光は図１１(平面図)、図１２(第４番目の視差方向から本装置を観察した場合の図)、図１３(側面図)のように出射しており、上記ａ、ｃ、ｅ段の画素からの表示光と相補的な関係となっているため、観察者は両者を同時に観察することで極端な不連続感を感じずに立体像観察を行うことができる。

次に別の従来技術である「斜め画素方式」の説明を行う。図１４は特許文献２において示された「斜め画素方式」の説明図である。「斜めレンチキュラ方式」では一般の画素マトリクスから構成される画像表示装置に対してレンチキュラレンズを斜めに傾けて配置したが、「斜め画素方式」では「単純レンチキュラ方式」同様にレンチキュラレンズの母線方向は垂直となるように配置し、相対的に画素マトリクスの方が斜めに傾いて配置されるよう構成して「斜めレンチキュラ方式」と同様の効果を発生させている。

「斜め画素方式」では、N=ｍ×ｎなる関係を満たす自然数ｍ、ｎと色画素の種類数ｃを用いて、水平方向ｃ×ｍ個、垂直方向ｎ個の画素マトリクスの繰り返し配置を行う。このとき、垂直方向に隣接する画素段同士はすべて水平方向一定量δ＝ｃ/ｎ×Δｈだけずれて配置されている。図１４の構成例は視差画像数３０の立体画像表示装置を示しており、水平方向３×５＝１５、垂直方向６の画素マトリクスを構成して３０の方向への視差画像情報を格納している。色画素はＲＧＢの3種類としているので、垂直方向に隣接する画素段同士の水平方向シフト量δは１／２×Δｈ、つまり各画素水平ピッチの半分ずつとなる。

そして、図中「連続する視差画像の画素列ライン」に沿って１~Nの視差画像群を表現する画素が連続して配置される。例えば図１４において視点１３対応画素は図中点線で示したLine(13)上に並び、視点１４対応画素は図中一点鎖線で示したLine(14)上に並ぶ。

このような配置の場合、垂直方向位置の異なる画素段であるａ〜ｆ段において、ａ、ｃ、ｅ段は奇数番目の視点対応画素が配置され、ｂ、ｄ、ｆ段は偶数番目の視点対応画素が配置される。ａ、ｃ、ｅ段の画素からの表示光の様子を図１５、１６、１７に示す。図１５は平面図、図１６は第１３番目の視差方向から本装置を観察した場合の図、図１７は側面図である。

前述の「単純レンチキュラ方式」と比較すると、この「斜め画素方式」の場合も「斜めレンチキュラ方式」同様の違い（前述の箇条書き（Ａ）〜（Ｃ））が発生していることがわかる。なお、ｂ、ｄ、ｆ段の画素からの表示光の様子は図１８(平面図)、図１９(第１４番目の視差方向から本装置を観察した場合の図)、図２０(側面図)のようになっており、上記ａ、ｃ、ｅ段の画素からの表示光の様子と相補的な関係となっているため、観察者は両者を同時に観察することで極端な不連続感を感じずに立体像観察を行うことができる。

特開平9-236777号公報 特開2005-316372号公報

前述したように、特許文献１、特許文献２において開示されている立体画像表示装置は垂直方向（ｎ／ｃ−１）段おきに光って見えるため表示に有効な画素数がｃ／ｎに減少する。これらの課題は視差画像数Ｎが少ない場合はあまり問題とならないが、Ｎが大きい場合は画像が暗く見えたり画像上に横縞が重畳した不連続画像に見えるなどして画質が低下し、画像表示装置としては致命的な問題となる。例えば広告用途での大画面立体ディスプレイを想定した設計をする場合、画面幅5mほどのディスプレイとなるので画面幅の2倍＝10mほどの観察域が確保されることが望ましい。

10mの水平幅において常に両眼立体視が可能とするためには、視点のピッチが人間の眼間距離（65mm程度）よりも小さくなくてはならない。仮に視点ピッチを50mmと定めると、視点数Nは10m÷50mm=200程度が必要となる。そこでＮ＝196と設定し、前述の画素マトリクスの横と縦の数ｍとｎをそれぞれ14とした場合の「斜めレンチキュラ方式」や「斜め画素方式」での有効画素数を求めてみると、3/14（21.4%）となることがわかる。これはつまり縦方向の画素ラインの5本のうち約1本が表示され、それ以外の約4本は非表示状態となることを意味し、観察者は太くて暗い横縞が重畳された状態の、非常に見にくい画像を観察することになってしまう。

本発明の立体画像表示装置は、
少なくとも鉛直方向の光指向性を有する画像表示光を放射する画素を2次元的に配列した画像ディスプレイと、
前記画像ディスプレイの前面に配置され、光の水平方向指向性発生手段を連続して水平方向に接続した水平方向指向性発生手段アレイと、
前記水平方向指向性発生手段アレイと略一致した平面状に配置され、光を鉛直方向のみに拡散させる鉛直方向光拡散素子を有し、
前記画像ディスプレイ上には、
観察者領域におけるN個（Nは自然数）の水平方向視点からの視差画像情報を前記画像ディスプレイ上の位置に応じて切り出した輝度情報を反映したN種類の視点対応画素がマトリクス状に配列され１からNの視点対応画素の水平方向位置は、この順列に従って一定間隔で繰り返し並んでおり、
少なくとも隣接する視点に対応する視点対応画素同士は画像ディスプレイ上の異なる高さ位置の画素として配列され、
前記画素から放射される光束の前記鉛直方向光拡散素子上への投影領域を擬似画素領域とするとき、前記擬似画素領域の高さは元の画素の高さよりも大きく、
かつ同一の視点に対応する視点対応画素からの光束が形成する擬似画素領域同士が鉛直方向光拡散素子上で鉛直方向に隙間なく、かつ重複なく並んで配置されるよう前記画像表示光の鉛直方向光指向性が調整されていることを特徴とする。

本発明によれば、2次元マトリクス状に画素を配置した画像表示装置とレンチキュラレンズなどの光指向性制御手段を組み合わせて複数の視差画像を複数方向に独立に提示可能とした立体画像表示装置において、観察可能な視差画像数を増加させた場合でも観察者が観察する視差画像の有効画素領域を減少させず、画質の劣化を目立たせない効果を発生させることができる。

従来技術の基本構成 従来技術で使用される視差バリアの斜視図 従来技術で使用されるレンチキュラレンズの斜視図 従来技術「単純レンチキュラ方式」の説明図 その１ 従来技術「単純レンチキュラ方式」の説明図 その２ 従来技術「単純レンチキュラ方式」の説明図 その３ 従来技術「斜めレンチキュラ方式」の説明図 その１ 従来技術「斜めレンチキュラ方式」の説明図 その２ 従来技術「斜めレンチキュラ方式」の説明図 その３ 従来技術「斜めレンチキュラ方式」の説明図 その４ 従来技術「斜めレンチキュラ方式」の説明図 その５ 従来技術「斜めレンチキュラ方式」の説明図 その６ 従来技術「斜めレンチキュラ方式」の説明図 その７ 従来技術「斜め画素方式」の説明図 その１ 従来技術「斜め画素方式」の説明図 その２ 従来技術「斜め画素方式」の説明図 その３ 従来技術「斜め画素方式」の説明図 その４ 従来技術「斜め画素方式」の説明図 その５ 従来技術「斜め画素方式」の説明図 その６ 従来技術「斜め画素方式」の説明図 その７ 本発明の実施例の側面図 画素からの放射光の指向性の説明図 その１ 画素からの放射光の指向性の説明図 その２ 本発明の実施例の正面図 視点対応画素の鉛直方向間隔が一定でない場合の説明図 その１ 視点対応画素の鉛直方向間隔が一定でない場合の説明図 その２ 視点対応画素の鉛直方向間隔が一定でない場合の説明図 その３ 視点対応画素の鉛直方向間隔が一定でない場合の説明図 その４ 画素からの放射光の水平方向の指向性の説明図 光指向性調整レンズ６の斜視図 ２Ｄ表示／３Ｄ表示切替可能な実施例の説明図 多機能部品９の説明図 その１ 多機能部品９の説明図 その２ 多機能部品９の説明図 その３ 大画面ディスプレイを構成するのに適したユニット化の説明図 その１ 大画面ディスプレイを構成するのに適したユニット化の説明図 その２ 大画面ディスプレイを構成するのに適したユニット化の説明図 その３

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

［実施例］
本発明は、前述の［背景技術］に示した「斜めレンチキュラ方式」や「斜め画素方式」のように
１．空間的に分離配置された視差画像情報を、水平方向光指向性制御手段を用いて複数の独立した方向に指向させて画像観察者に立体視を行わせる
２．任意の視差方向から観察される画像の解像度は水平方向と垂直方向に分散されるよう工夫されている
の２つの条件を満たす立体画像表示装置に対して適用可能な発明である。

そのため、画像表示装置や光指向性制御手段の配置方法などは［背景技術］で説明したものと同様である。ここでは、図１４〜２０に示した「斜め画素方式」への適用を前提とした実施例を示すので、図中の符号などはこれらの図で使用されたものと共通である。図２１は図１４で示した「斜め画素方式」の立体画像表示装置に本発明を適用したものの説明図である。図２１では装置側面図が示されている。画像表示装置１における画素配置やレンチキュラレンズ４の配置などは図１４同様である。ただし本実施例は以下に述べる3つの追加構成要件において従来の「斜め画素方式」とは異なる構成を有している。

第1の追加構成要件は、画像表示装置１の各画素から出射される光に指向性が与えられ、あらかじめ定められた方向にのみ出射されるという点である。図２２と２３は各画素からの出射光の指向性を説明する図であり、図２２が側面図、図２３が平面図となっている。本実施例では各画素からの出射光に指向性を与えるために発光部５と光指向性調整レンズ６を用いており、これらの組み合わせで画素７を構成している。個々の画素の水平幅をΔh、高さをΔvとするとき、光指向性調整レンズ６の水平幅はおおよそΔhで、高さはおおよそΔvとなっている。

発光部５からは無指向性の光が放射されているが、その発光領域は光指向性調整レンズ６に比して小さいため、光指向性調整レンズ６を通過した後の光は限定的な方向へと出射する。指向性を有する画像表示光を図中の斜線部によって表現した。このときの出射光の立体角は後述する第2、第３の追加構成要件に依存して決定される。なお、各画素から出射される光に指向性を与えるために本実施例では光指向性調整レンズ６を用いたが、半導体レーザーのように画素を構成する発光部５自体が指向性光束を放射するものもある。それらを画素として採用する場合は特にレンズを用いずとも画像表示光に指向性を与えて、本発明を実施することができる。

第２の追加構成要件は図２１に示すように縦方向拡散板８を画像表示装置１およびレンチキュラレンズ４の前面に配置している点である。縦方向拡散板８は光を鉛直方向にのみ拡散し、水平方向については光の進行方向に影響を与えない性質を持つ光学素子である。本実施例では図２１に示すように、母線が水平方向に一致したシリンドリカルレンズアレイであって、特にシリンドリカルレンズの曲率半径が画素の高さΔhよりも小さいものを縦方向拡散板８として適用している。

したがってレンチキュラレンズ４で発生した水平方向の指向性は縦方向拡散板８を通過してもそのまま維持されるが、縦方向の成分については縦方向拡散板８の位置で拡散するため、スクリーン効果により縦方向の視野角を拡大することができる。

図２１と図２４はいずれも視差画像数N=30の立体画像表示装置における視点1４対応画素からの画像表示光の様子を示している。

従来技術である「斜め画素方式」では正面図である図１４からもわかるとおり、視点1４対応画素は図中のｂ段、ｄ段、ｆ段のみに存在しａ段、ｃ段、ｅ段には存在しない。つまり視点１４の方向から本装置を観察すると、図１９のようにａ段、ｃ段、ｅ段だけが暗く見えてしまい、第1４番目の視差画像に対して縦方向1ラインおきに黒い横縞を重畳した「縦方向に不連続な画像」に見えてしまうという問題点があった。

しかし本実施例においてはまず図２１に示すように縦方向拡散板８に到達する画像表示光の光束の縦方向範囲Wvが元の画素の高さΔvの約2倍となるように上記画像表示光の縦方向指向性を調整してあり、かつ縦方向拡散板８において縦方向にのみ光が拡散されるので、第14番目の視差方向の観察者からは図２４に示すように画素の高さが2倍、水平幅がシリンドリカルレンズの幅PLに拡大されたかのように見えることになる。

したがって、ここでは画像表示光が縦拡散板８を横切る領域を「擬似画素領域」と呼ぶことにする。

図２４に示された「擬似画素領域」の状態を図１９と比較すると、観察される画像の有効画素領域、連続性の点で大幅な画質改善となっていることがわかる。なお、縦方向拡散板８を配置する位置についてはおおむね光指向性制御手段（ここではレンチキュラレンズ４）の主平面位置であることが望ましく、本実施例ではレンチキュラレンズ４のレンズ頂点にほぼ接する位置に縦方向拡散板８を配置している。

第3の追加構成要件は、画像マトリクスの上の画素配置において「同一の視点に提示される視点対応画素同士の鉛直方向間隔がすべて一定間隔になるよう配置される」という点である。この構成要件を追加する理由について以下に述べる。図２５は前述した「斜め画素方式」の視差画像数を２５に設定した場合の画素マトリクス正面図である。図１４では水平方向３×５＝１５、鉛直方向６の画素マトリクスを構成して３０の方向への視差画像情報を格納していたが、図２５では水平方向３×５＝１５、鉛直方向５の画素マトリクスを構成して２５の方向への視差画像情報を格納している。

その他の構成は図１４同様に設定している。図１４の画素マトリクスの場合、特定の視点対応画素は鉛直方向１段おきに存在していたため、レンチキュラレンズ４を通して観察される画像は図１６や図１９のように鉛直方向１段おきに暗い横縞（非表示部分）が重畳した状態で観察されていた。そのため上記第１、第２の追加構成要件を用いて、縦方向拡散板８上に形成される「擬似画素領域」を一様に縦方向２倍に拡大することで、図２４に示すような画質の向上した画像を得ることができた。

しかしながら、図２５の画素マトリクスの場合、特定の視点対応画素の鉛直方向間隔が一定値とはなっていない。例えば、視点１２対応画素は図中点線のライン上に存在するが、鉛直方向の存在位置についてはａ段、ｂ段、ｄ段となっており間隔が一定ではないため、レンチキュラレンズ４を通して視点１２の方向から画面を観察すると図２６のように不等間隔の暗い横縞が重畳しているかのように見えてしまう。このため図２７に示すように、縦方向の指向性を制御して縦拡散板８上の「擬似画素領域」の高さが２倍になるよう設定したとしても、図２７（側面図）、図２８（正面図）に示すように画像表示光同士が重なる部分とそうでない部分が生じてしまう。

特に画像表示光同士が重なる部分は情報が混在表示されてしまうので、観察される画像の画質は著しく低下してしまう。

そこで本発明においては、画像マトリクスの上の画素配置において同一の視点に提示される視点対応画素同士の鉛直方向間隔は図１４のようにすべて一定間隔になるよう配置している。色情報を有しないモノクロ画像表示装置の場合は上記の配置条件を特に意識する必要はないが、一般的な画像表示装置のように複数の色画素構造によってフルカラー表示を行う場合、画素配置条件を考慮しないと図２５〜２８のような不適合が発生することがある。前述の「斜め画素方式」の場合、視差画像数ＮについてN=ｍ×ｎなる関係を満たす自然数ｍとｎと色画素の種類数を表すｃとを用いて、水平方向ｃ×m個、鉛直方向ｎ個の画素マトリクスを構成するが、鉛直方向の段数ｎがｃの倍数となる場合には、各視点対応画素の鉛直方向間隔は一定となることがわかっているので、本実施例においてはこの条件を満たすよう装置設計を行っている。

前述した通り、画像表示光の指向性は発光部５と指向性調整レンズ６によって調整されているが、縦方向だけでなく水平方向においても光の指向性を制御することができる。

図２９は水平方向の光指向性を示す平面図である。画像表示光の水平方向指向性は「どの範囲のシリンドリカルレンズを通して視差画像を表示するか」に影響する。本実施例ではレンチキュラレンズ４の位置における光の水平方向広がり幅を３×Whとなるように設定している。これにより1個の画素からでた光は常に3列のシリンドリカルレンズを通過することになる。3列のうち正面のシリンドリカルレンズを出射する光束（図中のML）は「メインローブ」と呼ばれ正面の観察者向けの立体像を表示するのに用いられる。

これに対してその両隣りのシリンドリカルレンズを出射する光束（図中のSL）は「サイドローブ」と呼ばれ、斜め方向にいる観察者向けの立体像を表示するのに用いられる。一般にシリンドリカルレンズの収差の影響で「サイドローブ」で観察される立体像は「メインローブ」で観察される立体像に比べて歪みが大きくなるが、画像観察域を拡大するのに役立っているため本実施例では積極的に活用するべく上記のような指向性設定を行った。

このように画像表示光の指向性は水平方向と垂直方向を独立に制御することが望ましいので、指向性調整レンズ６には図３０で示すような、トロイダルレンズ（X-Y断面とY-Z断面の曲率半径の異なるレンズ）を採用している。

図３１は本装置において、二次元画像表示（以下、２Ｄ表示）と立体画像表示（以下、３D表示）を切り替える構成例を示している。本構成例では、レンチキュラレンズ４および縦方向拡散板８のいずれもが、電気的な制御により光学作用のＯＮ／ＯＦＦを切り替え可能としている。特開２００４−２５８６３１号公報には液晶光学素子の電気的な制御によりレンチキュラレンズ機能のＯＮ／ＯＦＦ切り替え可能なデバイスが紹介されている。本構成例ではこれらのデバイスをレンチキュラレンズ４および縦方向拡散板８に用い、デバイス駆動部D4、D8にて光学作用のＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

上記の光学作用ＯＮ／ＯＦＦ切り替えはユーザーインターフェースUIによるユーザーの意思（２D表示を行うか／３Ｄ表示を行うか）の入力結果に基づいて制御される。２Ｄ表示を行う場合は画像表示装置制御装置D1にて一般の２Ｄ画像信号が送出され、デバイス駆動部D4、D8にてレンチキュラレンズ４および縦方向拡散板８の光学作用のＯＦＦ動作が行われる。これにより観察者は光の指向性制御や画素領域の縦方向拡大作用を受けない通常の２Ｄ表示光を観察することができる。

一方、３Ｄ表示を行う場合は画像表示装置制御装置D1にて「斜め画素方式」用の３Ｄ画像信号が送出され、デバイス駆動部D4、D8にてレンチキュラレンズ４および縦方向拡散板８の光学作用のＯＮ動作が行われる。これにより観察者は複数の方向から複数の視差画像を観察可能となり、立体像を観察することができる。

上記のような構成によれば、ユーザーの意思に応じて２Ｄ表示／３Ｄ表示を切り替えることのできる表示装置が実現できる。

本発明を実施するためには縦方向拡散板８が必要となるが、これをレンチキュラレンズ４とは別に追加すると部品点数と組立工数が増加するため製造コストも増加してしまう。そこで縦方向拡散板８とレンチキュラレンズ４とを一体化するというアイデアが有効である。図３２は両部品を一体化した多機能部品９の斜視図である。多機能部品９はレンチキュラレンズのシリンドリカル面上に母線方向が水平である微小径シリンドリカルレンズアレイが形成された形状となっている。これにより画像表示光の水平成分は図３３に示すように母線方向が垂直で曲率半径の大きいシリンドリカルレンズの影響をうけて水平多方向に指向性の高い光となって出射し、垂直成分は図３４に示すように母線方向が水平で曲率半径の小さいシリンドリカルレンズアレイの影響を受けて縦方向に拡散する。

このように縦方向拡散板８とレンチキュラレンズ４とを一体化すると部品点数と組立工数を減少させることができ、その結果製造コストを低下させることができる。

本実施例は立体画像表示装置を構成しているが、立体画像の要求が強い産業分野として「デジタルサイネージ」と呼ばれる広告用途の大型ディスプレイが挙げられる。これらのディスプレイで二次元の大画面表示を行う場合、通常比較的小画面のLED光源マトリクスユニットを作製（ユニット化）しておき、これらを上下左右に接続して（スタック化）、大画面化・高解像度化を図っている。ユニット化・スタック化のポイントは
１．個々のユニット構成がすべて同一
２．スタック化が容易なように構成部品点数が少ない
３．スタック化しても画質劣化が生じない
という点である。

特に１.、２.を満足できない場合は特殊な製造物、特殊な工程が増えてしまうため製造コストが増加してしまう。上記のポイントをおさえたうえで大画面の立体画像表示装置に本発明を適用するため以下のような工夫を行う。まず、画像表示装置１の外形を「斜め画素方式」の単位マトリクスにあわせたものにする。ここでいう単位マトリクスというのはN個の視差画像のすべての色画素がモレなく重複なく揃っているマトリクス領域を指しており、図１４で示した画素群がこれにあたる。これらを上下左右に接続可能とするため、図３５（正面図）、図３６（斜視図）で示すような外形を有する画像表示装置１を単位マトリクスユニットとして構成した。

画素ずらしによって生じる左右の凸部分は、同一構造を有する他の単位マトリクスユニットの凹部分と嵌合し、連続的な大画面マトリクスユニットを構成することが可能である。さらには図３７に示すように、図３２に示したような「レンチキュラレンズ＋縦方向拡散板ユニット」合成ユニットの幅と高さを上記単位マトリクスユニットに合わせて表示装置と光学素子も一体化された「立体画像表示ユニット」を構成することもできる。これらを上下左右に接続するだけで、本発明を適用した大画面立体表示装置が実現できるため、組立工程の簡便化、部品点数の減少、製造コストの減少といった効果が見込まれる。

上記実施例の構成によれば、空間的に分離配置された視差画像情報を光指向性制御手段を用いて複数の独立した方向に指向させて画像観察者に立体視を行わせる立体画像表示装置において、任意の視差方向から観察される画像の解像度を水平方向と垂直方向に分散したときに生じる、有効画素領域の低減や横縞状に現れる表示不連続性といった課題を解消して、画質劣化の少ない立体画像表示を実現することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明は立体画像を扱うすべての産業分野において利用可能であり、特に広告用途の大画面立体ディスプレイへの応用が有望である。

１ ２次元画像表示装置、２ 水平方向光指向性発生手段、３ 視差バリア、
４ レンチキュラレンズ、５ 発光部、６ 光指向性調整レンズ、７ 画素、
８ 縦方向拡散板、９ 多機能部品、Ｄ１ 画像表示装置制御装置、
Ｄ４ レンチキュラレンズデバイス駆動部、Ｄ８ 縦拡散板デバイス駆動部、
Ｕ１ ユーザーインターフェース

Claims (5)

1. 少なくとも鉛直方向の光指向性を有する画像表示光を放射する画素を
   2次元的に配列した画像ディスプレイと、
   前記画像ディスプレイの前面に配置され、
   光の水平方向指向性発生手段を連続して水平方向に接続した水平方向指向性発生手段アレイと
   前記水平方向指向性発生手段アレイと一致した平面状に配置され、光を鉛直方向のみに拡散させる鉛直方向光拡散素子を有し、
   前記画像ディスプレイ上には、
   観察者領域におけるN個（Nは自然数）の水平方向視点からの視差画像情報を
   前記画像ディスプレイ上の位置に応じて切り出した輝度情報を反映した
   N種類の視点対応画素がマトリクス状に配列され
   １からNの視点対応画素の水平方向位置は、この順列に従って一定間隔で繰り返し並んでおり、
   少なくとも隣接する視点に対応する視点対応画素同士は
   画像ディスプレイ上の異なる高さ位置の画素として配列され、
   前記画素から放射される光束の前記鉛直方向光拡散素子上への投影領域を擬似画素領域とするとき、前記擬似画素領域の高さは元の画素の高さよりも大きく、
   かつ同一の視点に対応する視点対応画素からの光束が形成する擬似画素領域同士が
   鉛直方向光拡散素子上で鉛直方向に隙間なく、かつ重複なく並んで配置されるよう
   前記画像表示光の鉛直方向光指向性が調整されていることを特徴とする立体画像表示装置。
2. 前記画像ディスプレイは、前記N種類の視点対応画素の集合体で構成され、同一の視点に対応する視点対応画素同士の鉛直方向間隔は、画像表示面全体を通して一定間隔となっていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. 前記画像ディスプレイは、前記N種類の視点対応画素の集合体で構成され、k＝m×nなる自然数m，nおよび色画素の種類数cを用いて、水平方向c×m列、鉛直方向n段 のマトリクス画素群を一単位とした繰り返し画素配列となっており、鉛直方向の各段においては、異なる色画素が水平方向に順次繰り返し配置され、nはcの倍数となっていて、前記擬似画素領域の高さが元の画素の高さのn/c倍となっていることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
4. 前記画像ディスプレイは、前記マトリクス画素群を単位ユニットとしたユニット集合体で構成され、個々の単位ユニットにおける前記視差対応画素の配列は、すべての単位ユニットにおいて同一であることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
5. 前記水平方向指向性発生手段アレイと前記鉛直方向光拡散素子は前記単位ユニットと同じ幅と高さに分割され、前記単位ユニットと一体化されていることを特徴とする請求項４に記載の立体画像表示装置。