JP3990176B2 - 立体像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アミューズメント、インターネットショッピング、携帯端末、医療、バーチャルリアリティ、広告看板などで使われる立体表示を可能にする立体像表示方法の１つとして、右目用、左目用の平面画像をディスプレイに表示し、偏光等を用いて右目用の平面画像は右目に、左目用の平面画像は左目で見えるように工夫したステレオスコープ方式がある。
【０００３】
このステレオスコープ方式は、右目用の平面画像を右目に、左目用の平面画像を左目にのみ見せるために、例えば観察者が偏向めがねを用いる必要がある。また、このステレオスコープ方式は、立体的に見えるが実際に立体像を再現しているものではないので、観察者が見る位置を変えても映像は変わらない。すなわち像の側面や上面を覗き込もうとして位置を変えても立体像の側面や上面まで見えてくるというものではないのでリアリティさにかけるという問題がある。
【０００４】
また、ステレオスコープ方式は、焦点位置がディスプレイ面にあり、この焦点位置と注視物体のある輻輳位置とには、空間的ずれが生ずるため、いわゆる焦点調節と輻輳距離の不一致が生じ、観察者にとって再現される空間に違和感があり、観察者に疲労を与えやすい問題がある。
【０００５】
これらの問題を解決する立体表示方法として、非常に多くの視差画像を用いるインテグラルフォトグラフィ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（特開平１０−２３９７８５公報、特開２００１−５６４５０公報）。ここで、インテグラルフォトグラフィ法及び光線再生法は、立体表示方法としてその用語の意味が正確には確立されていないがほぼ同一の原理に基づく。例えばピンホールアレイ板を用いたインテグラルフォトグラフィが古くから知られるが、これは光線再生法と言う事もできる。以下の説明においては、光線再生法を含む概念としてインテグラルフォトグラフィ法と称し、このインテグラルフォトグラフィ法について説明する。
【０００６】
図１５は、このインテグラルフォトグラフィ法を用いた立体像表示装置である。
【０００７】
図１５に示すように、液晶ディスプレイ等の表示装置１５０１と２次元配列されたピンホールを有するアレイ板１５０２からなる簡単な光学系で自然な３次元像が再生される。
【０００８】
表示装置１５０１上には、見る角度により微妙に見え方の違う視差画像群に相当する多数のパターン（多視点画像）が、ピンホールの一つ一つに対応して表示される。
【０００９】
多視点画像から発せられた光が対応するピンホールを通り、この光が集光されることによって、ピンホールを有するアレイ板１５０２の前面に３次元実像１５０４が形成される。
【００１０】
すなわち表示装置１５０１上の多視点画像からピンホールを通して観察者１５０５に向かう視差画像光線群を集光することによって３次元実像１５０４が形成される。また同様に３次元虚像１５０３が形成される。
【００１１】
このようにインテグラルフォトグラフィ法は、簡単な構成で自然な立体像を形成することができる。また、インテグラルフォトグラフィ法は、実際に立体像を再生しているので、偏向めがねも必要がなく観察者の見る角度によって立体像の見える角度が変わるので、よりリアルであるといえる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インテグラルフォトグラフィ法には高精細立体像を再生するのが困難であるといった共通の大きな問題があった。
【００１３】
図１５に示すように、インテグラルフォトグラフィ法では、ピンホールからでてくる視差画像光線群を用いて立体像１５０４を再現しているので、もともと３次元の立体像を平面に配列した多視点画像を用いて表示しなければならない。
【００１４】
例えば、図１６に示すように赤（以下Ｒと記す）、緑（以下Ｇと記す）及び青（以下Ｂと記す）のサブピクセルを有するピクセル（トリプレットと呼ぶ）から所望の色、輝度の光線がピンホールを介して出射される。
【００１５】
図１７は、表示部のサブピクセル配置を示す図である。
【００１６】
図１７に示すように、１つのトリプレットに対して１つの視差が割り当てられている。
【００１７】
ピンホールから出てくる光線数を多くするほど立体感を増すことができるが、表示デバイスの画素数は限られているためピンホールの数は少なくなる。ピンホールの数は立体ディスプレイとしての平面画素数に等しいため精細度に欠けるという問題があった。例えば１０２４×７６８の画素で画素ピッチ１５０μｍの表示装置を使用した場合、ピンホール１つあたりの水平方向の光線数を１０本とすると立体ディスプレイとしては水平方向の画素数は約１００しかなく、画素ピッチは１．５ｍｍと粗いものになってしまっていた。
【００１８】
また、インテグラルフォトグラフィ法や光線再生法ではデータ量が非常に多いためデータ圧縮を行うことが必要となる場合がある。しかし、データ圧縮することにより再生する立体像の精細度が急激に劣化する問題を生じていた。例えば６４００×４８００画素のフルカラー記録画像は８８ＭＢの容量でありさらに毎秒６０フレームで伝送するには４０Ｇｂｐｓの伝送容量が必要となる。そのためＭＰＥＧ等の画像圧縮技術により圧縮を施す必要があるが２次元画像の圧縮に比較して、圧縮した記録画像から再生された３次元画像では画質が急速に劣化してしまう問題が生じた。
【００１９】
本発明は、上記問題を解決するために成されたもので、より高精細な立体像を表示できる立体像表示装置を堤供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に分割された小領域に表示する表示手段と、前記表示手段の前面或いは後面に設けられ、前記小領域に対応したピンホールあるいはマイクロレンズが平面的に複数配置されたアレイ板とを具備し、前記アレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する立体像表示装置であって、前記表示手段の小領域は、赤、緑、及び青の各サブピクセルからなるピクセルを有し、前記各サブピクセルからピンホールあるいはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる各点における赤、緑及び青の各色の輝度から各サブピクセルの輝度を求める演算処理により算出されて、前記サブピクセル毎に視差を割り振り、前記立体像を表示することを特徴とする立体像表示装置を提供する。
【００２１】
このとき第１の絵素は赤、第２の絵素は緑、第３の絵素は青であることが好ましい。
【００２２】
こうすることにより、光線群で空間に立体像を再生する際、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルからの光線を利用することが可能となり、光線数は３倍になる。
【００２３】
図１６に示すように、従来は、Ｒ、Ｇ、Ｂからなる１つのピクセルに対し所定の色を有する１本の光線がでていた。ただし、このように光線数は増加するが１本の光線に含まれる色の情報量は３分の１になっている。
【００２４】
本発明では、人間の眼は輝度に敏感であるが色に対しては鈍感であるという特性を有するため見た目の色の変化が少ない点に着目し、さらに空間中では異なる色の光線群が重なり合うため実際には色分離が少ない点に着目している。したがって本発明による立体映像は良質のものと感じられる。このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルｎ個（ｎは任意の自然数）からなる要素画像を対応するピンホールから光線として出射させ光線群の交点を新しい発光点とすることができる。
【００２５】
また、前記アレイ板のピンホールあるいはマイクロレンズは、前記小領域１つに対し、複数配置されていることが好ましい。
【００２６】
こうすることで例えば、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段のＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルと、このＲ、Ｇ、ＢのサブピクセルごとにＲ、Ｇ、Ｂの色を有するカラーピンホール或いは色フィルター付きマイクロレンズ群を設置することができる。こうすることで光線数が３倍になるという効果とあわせて、より多くの個所から光線が出射するためより滑らかな高精細立体像が得られる。このときＲ、Ｇ、Ｂの各フィルターの色を時間とともにダイナミックに変化させることにより光線数を実質的にさらに増大することもできる。
【００２７】
また、前記赤、緑及び青のサブピクセルの輝度は、前記各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズを通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点の輝度から演算処理により算出したものであることが好ましい。
【００２８】
こうすることで元の色情報をほぼ再現した精細な立体像を再生できる。
【００２９】
また、前記赤、緑及び青のサブピクセルに変えて、それぞれ複数の色を有するサブピクセルを用いることが好ましい。
【００３０】
これによりわずかに残存していた色分離を抑制することができる。例えば、本来ＲのサブピクセルであったものをＲとＧの２色のサブピクセルに、ＧのサブピクセルであったものをＢとＲの２色のサブピクセルに、ＢのサブピクセルであったものをＧとＲの２色のサブピクセルに設定することができる。こうすることにより人間の眼には色分離がほとんど判別できなくなり、極めて高精細な立体像を再現できる。
【００３１】
また、前記赤、緑及び青のサブピクセルが矩形状であり、前記ピクセル内で、前記各サブピクセルは、前記矩形状の長手方向に沿って配置することが好ましい。
【００３２】
水平方向のＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルのセット（トリプレット）からなるピクセルの数は３倍になる。このとき垂直方向はＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルアレイを有しており、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が表示されるべき立体像と交わる点が分離するようにする。このようにしても高精細な立体像が再生可能である。
【００３４】
水平方向のＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルのセット（トリプレット）からなるピクセルの数は３倍になる。立体視する上では、人間の眼が水平方向に並んでいることから水平方向の光線数がより多いことが重要であり、このような構成で高精細な立体像が再生可能である。
【００３５】
このとき、前記矩形サブピクセルが複数の色で表示されることが好ましい。
【００３６】
１つの矩形サブピクセルに１色の色を割り当てるとＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルのセット（トリプレット）からなるピクセルは垂直方向に縦長になるため縦方向で色分離が生じやすい。しかし、本発明では色分離を非常に小さく抑えることができ、高精細な立体像が再生可能である。
【００３７】
また、本発明は、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に分割された小領域に表示する表示手段と、前記表示手段の前面あるいは後面に設けられ、前記小領域に対応したピンホールあるいはマイクロレンズが平面的に複数配置されたアレイ板とを具備し、前記アレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する立体像表示装置であって、前記表示手段の小領域は、赤、緑、及び青をそれぞれ表示可能な矩形の各サブピクセルを、表示面の縦方向を矩形の長手方向とする周期的に配列したピクセル群が、さらに表示面の横方向に複数配されて構成され、前記各サブピクセルからピンホールあるいはマイクロレンズを通る直線上の前記表示されるべき立体像と交わる各点における赤、緑及び青の各色の輝度から各サブピクセルの輝度を求め、前記サブピクセル毎に視差を割り振り、前記赤のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点と、前記緑のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点と、前記青のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点とが、それぞれ分離して、前記立体像を表示することを特徴とする立体像表示装置を提供する。
【００３８】
この場合も、ピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示することができるが、このような構成では水平方向の画素数は３倍となり、垂直方向の色分離も抑制される。さらに垂直方向の光線数も実効的に３倍にできる。従って極めて高精細な立体像が再生可能である。
【００３９】
さらに、前記アレイ板のピンホールあるいはマイクロレンズが、要素画像パターン毎に、赤、緑及び青の色を有する複数のカラーピンホールあるいは色フィルタ付きマイクロレンズであって、これが分離して配置されることが好ましい。
【００４０】
さらに、前記カラーピンホールあるいは色フィルタの色を時間的変化させることが好ましい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の立体画像表示装置について具体的に説明する。
【００４６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１にかかる立体画像表示装置の横から見た概略図である。
【００４７】
観察者に対して後ろ側に配置された液晶表示装置１０１には見る角度により微妙に見え方の違う視差画像群に相当する多数のパターンである多視点画像が表示されている。この多視点画像から照射された光が、それぞれ対応したピンホール或いはマイクロレンズ１０３を通って、多数の視差画像光線群となり、これらが集光して立体像１０４が再現される。
【００４８】
平面的に表示させる表示手段１０１は液晶表示装置を用いている。最小の駆動単位はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各サブピクセルである。Ｒ、Ｇ、Ｂの３つのサブピクセルによって一つのピクセルが形成される。
【００４９】
各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ１０３の中心を通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点が図中の右よりにＲ、Ｇ、Ｂと示したように分離している。ピンホール或いはマイクロレンズ１０３が平面的に配置されたアレイ板１０２の背面及び前面の少なくとも一方に立体像１０４を表示することができる。ここで１本の直線が「立体像と交わる点」は一般には複数あるが、観察者側に最も近い点とする。
【００５０】
図２は表示装置１０１のサブピクセルの配列と対応する視差（視点といっても良い）との関係を示すものである。サブピクセルの横幅は５０μｍ、縦の長さは１５０μｍである。水平方向は１から１６番目までの視差をそれぞれのサブピクセルに周期的に割り振っている。垂直方向は１から５番目までの視差を各サブピクセルに周期的に割り振っている。丸で囲ってある部分はＲ、Ｇ、Ｂからなる画素の単位（トリプレット）である。
【００５１】
この立体像表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルからの光線で立体像を再生している。このときＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルｎ個を要素画像として対応するピンホールから光線を出射させ光線群の交点を新しい発光点とするようにしている。ここで一般にｎは、ピンホールがサブピクセルよりも十分に大きい場合には任意の自然数とすることができる。また、ピンホールがサブピクセルの大きさとほぼ等しいか小さい場合にはｎは３の倍数でないことが望ましい。なぜなら３の倍数の場合はある観察位置から像を観察すると全ての光線が同じ色となるからである。３の倍数でない場合は各ピンホールから順番にＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルの光が出射している状態となっている。
【００５２】
ここで、ピンホールは１つのサブピクセルの大きさに対応して矩形状として幅５０μｍ、長さ１５０μｍとするとよい。
【００５３】
こうすることで、光線数を大幅に増大することができ、従って高精細の立体画像を再生することができる。
【００５４】
例えば１０２４×７６８の画素で画素ピッチ１５０μｍの表示装置を使用した場合、ピンホール１つあたりの水平方向の光線数を１６本としても立体ディスプレイとしての水平方向の画素数は
１０２４×３÷１６
と計算され、１９２となる。
画素ピッチは
５０μｍ×１６
と計算され８００μｍとなる。同じ表示デバイスを用いても従来に比べ大幅な改善が可能であることがわかる。
【００５５】
色情報に関しては各ピンホールから順番にＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルの光が出射しているので３つのピンホールからの光で観察者に色情報を与えていることになる。
【００５６】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２にかかる立体画像表示装置の概略図である。
【００５７】
それぞれの要素画像パターンごとにＲ、Ｇ、Ｂの色を有する複数のカラーピンホール或いは色フィルター付きマイクロレンズ群が設置してある。このようにピンホール或いはマイクロレンズがさらに分離して配置されていることを特徴としている。
【００５８】
観察者に対して後ろ側に配置された液晶表示装置１０１には多視点画像が表示され、前側にはピンホールアレイ３０２が配置されている。
【００５９】
液晶表示装置１０１には、多数のパターン画像が表示されている。この画像から照射された光が、それぞれ対応したピンホール３０３を通って、これらが集光して立体像が再現される。
【００６０】
この例では、ピンホールにはカラーフィルターが設置されている。多視点画像はＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルアレイからなり各サブピクセルに対応してピンホール或いはマイクロレンズを分離して配置しており、各サブピクセルから同色のカラーピンホール通る光線群により立体像が再現される。
【００６１】
この立体像表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルから同色のカラーフィルター付きピンホールを介して出射する光線で立体像を再生する。この場合も光線数は３倍となる。カラーフィルター付きのピンホールとしてはカラー液晶ディスプレイをこの目的に使用することができるため、極めて簡便に実施することが可能である。これは、カラー液晶ディスプレイのあるピクセルを赤色表示した場合Ｒのサブピクセルのみ赤色光を透過することができ、これは赤色カラーフィルター付きのピンホールと同等の働きをするためである。
【００６２】
本実施形態に示す立体像表示装置においても、良質な立体像が観測された。また、カラーフィルターの色を何らかの手段で時間とともに変化させられればより自然な立体像が得られる。例えばカラー液晶ディスプレイを使用して、あるピクセルの色をＲ、Ｇ、Ｂと順番に変化させれば、等価的にカラーフィルターの色を変えたのとほぼ同じ効果が得られる。ピンホール位置はサブピクセル分ずれるがそれに合わせて多視点画像も作成しておく。この方法によっても光線数を増すことができ、さらに発光点が増えるため滑らかな高精細立体像を得ることが可能である。
【００６３】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３にかかる立体画像表示装置の概略図である。
【００６４】
表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段１０１と、表示手段１０１の前面或いは後面に設けられ、複数のパターンに対応して複数のピンホール或いはマイクロレンズ１０３が平面的に配置されたアレイ板１０２とを具備している。
【００６５】
表示手段１０１は最小の駆動単位であるＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルを有するピクセルを具備し、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ１０３中心を通る直線が表示されるべき立体像１０４と交わる点が分離している。
【００６６】
このとき各サブピクセルの輝度を適切に決める必要がある。
【００６７】
図４に示すように、各サブピクセルに表示する輝度は各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ１０３中心を通る直線が表示すべき立体像と交わる点のＲ、Ｇ、Ｂの輝度から算出して求めることができる。具体的には２４ビットの色数表示の場合、Ｒのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＲ成分（０から２５５のいずれかの数値）に、Ｇのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＧ成分（０から２５５のいずれかの数値）に、Ｂのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＢ成分（０から２５５のいずれかの数値）に設定することで立体像の色を再現することができる。
【００６８】
例えば最上部のＲサブピクセルは図１４に直線上の丸で示した点の輝度のＲ成分から決まる。次のＧサブピクセルは前記、直線上の丸で示した部分の少し上の輝度のＧ成分で決まる。このようにしてパターン内のすべての輝度を決めることができる。次の周期における最初のサブピクセルであるＧサブピクセルは図１４の丸で示した点のＧ成分で決まる。この周期内の各サブピクセルの輝度も上記と同様に決まる。さらにその次の周期における最初のサブピクセルはＢであるが、図１４の丸で示した点のＢ成分で決まる。以下同様にしてすべてのサブピクセルの色を決めることができる。ここでは特定の成分の輝度情報をそのまま使用したが必要に応じて近隣のサブピクセルの輝度と適当な演算処理を行ってその値を用いてもよい。
【００６９】
これらの光線群により立体像１０４が再現される。このように簡便な方法で高精細な立体像を再生できる。
【００７０】
（実施形態４）
図５は本発明の実施形態３にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分は１画素に相当するトリプレットを表す。
【００７１】
既に実施形態１で説明したように、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が表示されるべき立体像と交わる点が分離する構成にすることで高精細な立体像が再生可能である。しかしながら立体像を近くで注視した場合、若干の色分離が観測されることがある。この場合、最小の駆動単位であるＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルに変えて、それぞれ複数の色を有するサブピクセルを用いることで問題を解決することが可能である。
【００７２】
図５はサブピクセルの配置とそれぞれのサブピクセルにおける色の配置を示したものである。例えば一番左上のサブピクセルにはＲとＧの２色を割り当てている。この２色は１つのサブピクセルを２つの領域に分けてそれぞれをＲ、Ｇの色にするということである。領域の分け方としては例えば垂直に分けるか、あるいは水平に分けるか、更には斜めに分けてもよい。また例えば液晶ディスプレイを表示装置として用いる場合には、製造時にカラーフィルターを所望の色に変更しておくだけでこのような色の配置が可能である。
【００７３】
この例では1つのサブピクセルに２色のカラーフィルターをかぶせている。1番目のサブピクセルにＲとＧ、２番目のサブピクセルにＢとＲ、３番目のサブピクセルにＧとＢを対応させており、これが周期的に繰り返される。このような構成により色分離のない高精細な立体像の再生が可能であった。
【００７４】
（実施形態５）
図６は本発明の実施形態５にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分はＲ、Ｇ、Ｂのトリプレットを表す。
【００７５】
本実施形態では、最小の駆動単位であるＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルが矩形状であり、矩形の長手方向に沿って垂直方向に配置したものである。この場合も、実施形態１と同様に、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点が分離している。このため高精細な立体像が再生可能である。
【００７６】
（実施形態６）
図７は本発明の実施形態６にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分はＲ、Ｇ、Ｂのトリプレットを表す。
【００７７】
本実施形態では、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段と、前記表示手段の前面或いは後面に設けられ、前記複数のパターンに対応して複数のピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板とを具備している。また、ピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示するものであり、前記平面的に表示させる表示手段は縦方向に色の異なる矩形サブピクセルが長手方向に周期的に並べている。
【００７８】
このようにすると水平方向に見た場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの１組のセット（トリプレット）からなるピクセルの数は３倍になる。このように非常に簡便な方法で水平方向の光線数を増すことができる。従って高精細な立体像が再生可能である。本実施形態では垂直方向はＲ、Ｇ、Ｂの１組のセット（トリプレット）に対して１つの視線が割り当てられている。このため垂直方向の視線数は減少することになるが立体視には水平方向の視線数がより重要であるためこのことは通常は問題にならない。
【００７９】
（実施形態７）
図８は本発明の実施形態７にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分は１画素に相当するトリプレットを表す。
【００８０】
本実施形態は、実施形態６と類似して、縦方向に色の異なる矩形サブピクセルを長手方向に周期的に並べ、縦方向３つのサブピクセルに１つの視線を割り当てている。しかし本実施形態では、１つの矩形サブピクセルに複数の色が表示されるようにしている。
【００８１】
１つの矩形サブピクセルに１色の色を割り当てるとＲ、Ｇ、Ｂのセットからなるピクセルは垂直方向に縦長になる。例えばサブピクセルの縦の長さが１５０μｍであった場合、４５０μｍとなる。このため近くで注視するような使い方をする場合には縦方向で色分離が生じることがある。そこでこの例では１つのサブピクセルに２色のカラーフィルターをかぶせている。１番目のサブピクセルにＲとＧ、２番目のサブピクセルにＢとＲ、３番目のサブピクセルにＧとＢを対応させており、これが周期的に繰り返される。
【００８２】
例えば２色のカラーフィルターの面積比が１：１であるとする。
【００８３】
１ピクセルに１色のカラーフィルターをかぶせた場合のＲ、Ｇ、Ｂ各サブピクセルの輝度がＸ、Ｙ、Ｚであったとすると、本実施形態ではＲとＧを表示するサブピクセルの輝度ｘは
ｘ＝（Ｘ+Ｙ-Ｚ）／２
ＢとＲを表示するサブピクセルの輝度ｙは
ｙ＝（Ｘ-Ｙ+Ｚ）／２
ＧとＢを表示するサブピクセルの輝度ｚは
ｚ＝（-Ｘ+Ｙ+Ｚ）／２
のように決めることができる。
【００８４】
例えば、これらの３つのサブピクセルから出射するＲ成分の光の輝度は１番目のサブピクセルからの光の輝度ｘと２番目のサブピクセルからの光の輝度ｙとの和で表されるが
ｘ+ｙ＝Ｘ
となることから、もとの輝度と同じになっていることがわかる。Ｇ成分とＢ成分についても同様のことが言える。ただし、この例では３原色に近い色は再現できない。
【００８５】
より好ましくは２色のカラーフィルターの面積比を例えば１０：１にすることができる。この場合、近似的にＲとＧを表示するサブピクセルの輝度ｘは
ｘ＝（１００・Ｘ＋Ｙ−１０・Ｚ）／１００
ＢとＲを表示するサブピクセルの輝度ｙは
ｙ＝（Ｘ−１０・Ｙ＋１００・Ｚ）／１００
ＧとＢを表示するサブピクセルの輝度ｚは
ｚ＝（−１０・Ｘ＋１００・Ｙ＋Ｚ）／１００
のように決めることができる。
【００８６】
このようにして色再現性にもほとんど支障をきたすことなく、色分離を非常に小さく抑えることができ、高精細な立体像が再生可能であった。
【００８７】
また、図９に示すように、より積極的に垂直方向の視線は１つとすることもできる。すなわち垂直方向にはどのトリプレットに対しても１つの視線を割り当てている。この場合、垂直方向の運動視差はないが、垂直方向の視域が広がるため見やすい高精細立体像が得られるといった利点がある。
【００８８】
（実施形態８）
図１０は本発明の実施形態８にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分は１画素に相当するトリプレットを表す。
【００８９】
本実施形態は表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段と、表示手段の前面或いは後面に設けられ、複数のパターンに対応して複数のピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板とを具備している。平面的に表示させる表示手段は縦方向に色の異なる矩形サブピクセルが長手方向に周期的に並んで構成され、各矩形サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点が分離しており、かつ１つの矩形サブピクセルに複数の色が表示されている。
【００９０】
ピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する。
【００９１】
水平方向には各サブピクセルに１番目から１６番目までの視差を割り当てており、垂直方向には１番目から５番目までの視差が各サブピクセルに割り当てられている。垂直方向の３つのサブピクセルで色を再現している。この場合も高精細な立体像が再生可能であった。
【００９２】
（実施形態９）
図１１は、本発明の実施形態９にかかる立体画像表示システムを説明するための要部詳細図である。
【００９３】
この例では、一例として円を立体表示するための要素画像群からなる記録画像を示している。各要素画像は微小レンズで物体を撮影した画像とほぼ等しく、撮影に限らずコンピュータグラフィックスで描くこともできる。表示装置上に、このような要素画像群が、ピンホールの一つ一つに対応するように表示される。各ピクセルからの光が対応するピンホールを通り、この光が集光されることによって、ピンホールを有するアレイ板の前面に三次元実像が形成される。ここで記録画像は直交変換として離散コサイン変換（ＤＣＴ）を用いたのちＤＣＴ係数を量子化してエントロピ符号化することにより圧縮を施したものを用いる。この圧縮データをエントロピ復号、逆量子化、離散コサイン逆変換により伸張した画像を用いるわけであるが、この離散コサイン変換処理を施す対象となるブロック単位は図中の点線で示したように要素画像単位と完全に一致するように設定している。例えばいずれも８×８ピクセルとなるように選ぶことができる。その結果、記録画像のデータ量は従来の１０分の１程度にできる。こうすることで再生した立体像の画質は圧縮しないものに比べてほとんど遜色ない結果が得られた。本実施形態ではブロック単位を８×８ピクセルとしたが、これに限らない。例えば１６×１６ピクセルとすることもできる。
【００９４】
（実施形態１０）
図１２は、本発明の実施形態１０にかかる立体像表示装置を説明するための要部詳細図である。
【００９５】
この実施形態では表示装置上に、記録画像を表示し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルからの光が対応するピンホールを通り、この光が集光されることによって、ピンホールを有するアレイ板の前面に３次元実像が形成される。
【００９６】
図１２はこの構成での記録画像のある断面を見たものである。上部の短い縦線は各トリプレットの区切りを示している。例として４つのサブピクセルを単位として要素画像が周期的に構成されており、それぞれに視差が割り当てられている。この周期を下部の短い縦線で示している。この場合、矢印で示したブロック単位で離散コサイン変換を行い圧縮するのが良い。すなわち、１２のサブピクセルをブロック単位とする。これは言い換えれば要素画像中のサブピクセル数と同じピクセル数単位である４ピクセル単位で変換するということである。こうすることで、トリプレット単位で変換ができるため、比較的劣化が少ない。同様に８つのサブピクセルを単位として要素画像が周期的に構成されている場合には８ピクセル単位で離散コサイン変換するのが好ましい。
【００９７】
（実施形態１１）
図１３に示すように上部のサブピクセルからなる要素画像から順番にＲのサブピクセル、Ｇのサブピクセル、Ｂのサブピクセル、・・・と選択して取り出し、図１３の下部のようにサブピクセルの順番を並べ替えた画像を作成する。この後、この画像に圧縮を施し、さらに表示する際にもとの並びになるように逆にサブピクセルを並べ替えた場合である。
【００９８】
この場合も良好な立体像再生が可能である。これはサブピクセルの順番を並べ替えた画像はある視点から見た画像であり、通常の撮影画像のように画像中に要素画像のような特定の単位すなわち、周期性がないためである。従って従来と同様の圧縮を施しても画質劣化は少ない。従ってＪＰＥＧやＭＰＥＧ等の圧縮技術をそのまま適用することもできる。他の方法を用いることもできるが、２のべき乗単位で直交変換を行ったほうが、高速演算処理を行うことができるので望ましい。この圧縮画像をデータとして保存しておき立体像を再生する際にサブピクセルを元通りに並べ替える処理を施せば良好な立体像が得られるわけである。
【００９９】
図１４は上記で説明した圧縮方法を用いた立体像再生システムの構成例を示す図である。
【０１００】
記録画像の作成装置、記録画像の圧縮装置、記録画像の圧縮データの保存用媒体、記録画像圧縮データの伸張装置、記録画像の表示装置を含む立体像再生装置からなる。より具体的には記録画像の作成にはコンピュータグラフィックスを用いることができる。記録画像の圧縮装置としてはコンピュータを使用してソフト的にアルゴリズムを処理するか、アルゴリズムをＬＳＩ化した専用装置を用いることができる。
【０１０１】
記録画像の圧縮データの保存用媒体としてはＤＶＤなどの光ディスクやＨＤＤなどの磁気ディスク装置を用いることができる。記録画像圧縮データの伸張装置は圧縮装置と同様にコンピュータを使用してソフト的にアルゴリズムを処理するか、アルゴリズムをＬＳＩ化した装置を用いることができる。さらに記録画像の表示装置として液晶ディスプレイを使用し、液晶ディスプレイ前面にピンホールアレイを配置することにより立体像を再生できる。このような構成により、少ないデータ量で高精細な立体像を再生できるわけである。
【０１０２】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば圧縮した記録画像データは光ファイバーなどの伝送路を用いて遠隔地に送信し、送信先でデータを伸張し立体像を再生することもできる。また表示装置として液晶ディスプレイのほかにプラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの自発光型のディスプレイを用いることも可能である。また、図９において垂直視差を持たない例を示したが、他の発明においても必要に応じて垂直視差を持たない構成が可能である。
【０１０３】
その他、その詳細は、仕様に応じて適宜変更することもできる。
【０１０４】
【発明の効果】
高精細な立体像を表示できる立体像表示装置およびシステムを堤供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る立体画像再生装置の概念図。
【図２】 本発明の実施形態１に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図３】 本発明の実施形態２に係る立体画像再生装置の概念図。
【図４】 本発明の実施形態３に係る立体画像再生装置の概念図。
【図５】 本発明の実施形態４に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図６】 本発明の実施形態５に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図７】 本発明の実施形態６に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図８】 本発明の実施形態７に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図９】 本発明の実施形態８に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図１０】 本発明の実施形態９に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図１１】 本発明の実施形態１０に係る立体画像再生システムにおける画像圧縮方法を説明するための図。
【図１２】 本発明の実施形態１１に係る立体画像再生システムにおける画像圧縮方法を説明するための図。
【図１３】 本発明の実施形態１２に係る立体画像再生システムにおける画像圧縮方法を説明するための図。
【図１４】 本発明の立体画像再生システムを説明するための図。
【図１５】 従来の立体画像再生装置を説明するための図。
【図１６】 従来の立体画像再生装置を説明するための図。
【図１７】 従来の立体画像再生装置を説明するための表示部の図。
【図１８】 従来の立体画像再生装置における画像圧縮方法を説明するための図。
【符号の説明】
１０１・・・液晶表示装置
１０２・・・ピンホールアレイ板
１０３・・・ピンホール
１０４・・・三次元実像の立体像
３０２・・・カラーフィルター付きピンホール板
３０３・・・カラーフィルター付きピンホール
１５０１・・・表示装置
１５０２・・・ピンホールアレイ板
１５０３・・・再生虚像
１５０４・・・再生実像
１５０５・・・観察眼
１６０２・・・ピンホール板
１６０３・・・ピンホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アミューズメント、インターネットショッピング、携帯端末、医療、バーチャルリアリティ、広告看板などで使われる立体表示を可能にする立体像表示方法の１つとして、右目用、左目用の平面画像をディスプレイに表示し、偏光等を用いて右目用の平面画像は右目に、左目用の平面画像は左目で見えるように工夫したステレオスコープ方式がある。
【０００３】
このステレオスコープ方式は、右目用の平面画像を右目に、左目用の平面画像を左目にのみ見せるために、例えば観察者が偏向めがねを用いる必要がある。また、このステレオスコープ方式は、立体的に見えるが実際に立体像を再現しているものではないので、観察者が見る位置を変えても映像は変わらない。すなわち像の側面や上面を覗き込もうとして位置を変えても立体像の側面や上面まで見えてくるというものではないのでリアリティさにかけるという問題がある。
【０００４】
また、ステレオスコープ方式は、焦点位置がディスプレイ面にあり、この焦点位置と注視物体のある輻輳位置とには、空間的ずれが生ずるため、いわゆる焦点調節と輻輳距離の不一致が生じ、観察者にとって再現される空間に違和感があり、観察者に疲労を与えやすい問題がある。
【０００５】
これらの問題を解決する立体表示方法として、非常に多くの視差画像を用いるインテグラルフォトグラフィ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（特開平１０−２３９７８５公報、特開２００１−５６４５０公報）。ここで、インテグラルフォトグラフィ法及び光線再生法は、立体表示方法としてその用語の意味が正確には確立されていないがほぼ同一の原理に基づく。例えばピンホールアレイ板を用いたインテグラルフォトグラフィが古くから知られるが、これは光線再生法と言う事もできる。以下の説明においては、光線再生法を含む概念としてインテグラルフォトグラフィ法と称し、このインテグラルフォトグラフィ法について説明する。
【０００６】
図１５は、このインテグラルフォトグラフィ法を用いた立体像表示装置である。
【０００７】
図１５に示すように、液晶ディスプレイ等の表示装置１５０１と２次元配列されたピンホールを有するアレイ板１５０２からなる簡単な光学系で自然な３次元像が再生される。
【０００８】
表示装置１５０１上には、見る角度により微妙に見え方の違う視差画像群に相当する多数のパターン（多視点画像）が、ピンホールの一つ一つに対応して表示される。
【０００９】
多視点画像から発せられた光が対応するピンホールを通り、この光が集光されることによって、ピンホールを有するアレイ板１５０２の前面に３次元実像１５０４が形成される。
【００１０】
すなわち表示装置１５０１上の多視点画像からピンホールを通して観察者１５０５に向かう視差画像光線群を集光することによって３次元実像１５０４が形成される。また同様に３次元虚像１５０３が形成される。
【００１１】
このようにインテグラルフォトグラフィ法は、簡単な構成で自然な立体像を形成することができる。また、インテグラルフォトグラフィ法は、実際に立体像を再生しているので、偏向めがねも必要がなく観察者の見る角度によって立体像の見える角度が変わるので、よりリアルであるといえる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インテグラルフォトグラフィ法には高精細立体像を再生するのが困難であるといった共通の大きな問題があった。
【００１３】
図１５に示すように、インテグラルフォトグラフィ法では、ピンホールからでてくる視差画像光線群を用いて立体像１５０４を再現しているので、もともと３次元の立体像を平面に配列した多視点画像を用いて表示しなければならない。
【００１４】
例えば、図１６に示すように赤（以下Ｒと記す）、緑（以下Ｇと記す）及び青（以下Ｂと記す）のサブピクセルを有するピクセル（トリプレットと呼ぶ）から所望の色、輝度の光線がピンホールを介して出射される。
【００１５】
図１７は、表示部のサブピクセル配置を示す図である。
【００１６】
図１７に示すように、１つのトリプレットに対して１つの視差が割り当てられている。
【００１７】
ピンホールから出てくる光線数を多くするほど立体感を増すことができるが、表示デバイスの画素数は限られているためピンホールの数は少なくなる。ピンホールの数は立体ディスプレイとしての平面画素数に等しいため精細度に欠けるという問題があった。例えば１０２４×７６８の画素で画素ピッチ１５０μｍの表示装置を使用した場合、ピンホール１つあたりの水平方向の光線数を１０本とすると立体ディスプレイとしては水平方向の画素数は約１００しかなく、画素ピッチは１．５ｍｍと粗いものになってしまっていた。
【００１８】
また、インテグラルフォトグラフィ法や光線再生法ではデータ量が非常に多いためデータ圧縮を行うことが必要となる場合がある。しかし、データ圧縮することにより再生する立体像の精細度が急激に劣化する問題を生じていた。例えば６４００×４８００画素のフルカラー記録画像は８８ＭＢの容量でありさらに毎秒６０フレームで伝送するには４０Ｇｂｐｓの伝送容量が必要となる。そのためＭＰＥＧ等の画像圧縮技術により圧縮を施す必要があるが２次元画像の圧縮に比較して、圧縮した記録画像から再生された３次元画像では画質が急速に劣化してしまう問題が生じた。
【００１９】
本発明は、上記問題を解決するために成されたもので、より高精細な立体像を表示できる立体像表示装置を堤供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に分割された小領域に表示する表示手段と、前記表示手段の前面或いは後面に設けられ、前記小領域に対応したピンホールあるいはマイクロレンズが平面的に複数配置されたアレイ板とを具備し、前記アレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する立体像表示装置であって、前記表示手段の小領域は、赤、緑、及び青の各サブピクセルからなるピクセルを有し、前記各サブピクセルからピンホールあるいはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる各点における赤、緑及び青の各色の輝度から各サブピクセルの輝度を求める演算処理により算出されて、前記サブピクセル毎に視差を割り振り、前記立体像を表示することを特徴とする立体像表示装置を提供する。
【００２１】
このとき第１の絵素は赤、第２の絵素は緑、第３の絵素は青であることが好ましい。
【００２２】
こうすることにより、光線群で空間に立体像を再生する際、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルからの光線を利用することが可能となり、光線数は３倍になる。
【００２３】
図１６に示すように、従来は、Ｒ、Ｇ、Ｂからなる１つのピクセルに対し所定の色を有する１本の光線がでていた。ただし、このように光線数は増加するが１本の光線に含まれる色の情報量は３分の１になっている。
【００２４】
本発明では、人間の眼は輝度に敏感であるが色に対しては鈍感であるという特性を有するため見た目の色の変化が少ない点に着目し、さらに空間中では異なる色の光線群が重なり合うため実際には色分離が少ない点に着目している。したがって本発明による立体映像は良質のものと感じられる。このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルｎ個（ｎは任意の自然数）からなる要素画像を対応するピンホールから光線として出射させ光線群の交点を新しい発光点とすることができる。
【００２５】
また、前記アレイ板のピンホールあるいはマイクロレンズは、前記小領域１つに対し、複数配置されていることが好ましい。
【００２６】
こうすることで例えば、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段のＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルと、このＲ、Ｇ、ＢのサブピクセルごとにＲ、Ｇ、Ｂの色を有するカラーピンホール或いは色フィルター付きマイクロレンズ群を設置することができる。こうすることで光線数が３倍になるという効果とあわせて、より多くの個所から光線が出射するためより滑らかな高精細立体像が得られる。このときＲ、Ｇ、Ｂの各フィルターの色を時間とともにダイナミックに変化させることにより光線数を実質的にさらに増大することもできる。
【００２７】
また、前記赤、緑及び青のサブピクセルの輝度は、前記各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズを通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点の輝度から演算処理により算出したものであることが好ましい。
【００２８】
こうすることで元の色情報をほぼ再現した精細な立体像を再生できる。
【００２９】
また、前記赤、緑及び青のサブピクセルに変えて、それぞれ複数の色を有するサブピクセルを用いることが好ましい。
【００３０】
これによりわずかに残存していた色分離を抑制することができる。例えば、本来ＲのサブピクセルであったものをＲとＧの２色のサブピクセルに、ＧのサブピクセルであったものをＢとＲの２色のサブピクセルに、ＢのサブピクセルであったものをＧとＲの２色のサブピクセルに設定することができる。こうすることにより人間の眼には色分離がほとんど判別できなくなり、極めて高精細な立体像を再現できる。
【００３１】
また、前記赤、緑及び青のサブピクセルが矩形状であり、前記ピクセル内で、前記各サブピクセルは、前記矩形状の長手方向に沿って配置することが好ましい。
【００３２】
水平方向のＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルのセット（トリプレット）からなるピクセルの数は３倍になる。このとき垂直方向はＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルアレイを有しており、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が表示されるべき立体像と交わる点が分離するようにする。このようにしても高精細な立体像が再生可能である。
【００３４】
水平方向のＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルのセット（トリプレット）からなるピクセルの数は３倍になる。立体視する上では、人間の眼が水平方向に並んでいることから水平方向の光線数がより多いことが重要であり、このような構成で高精細な立体像が再生可能である。
【００３５】
このとき、前記矩形サブピクセルが複数の色で表示されることが好ましい。
【００３６】
１つの矩形サブピクセルに１色の色を割り当てるとＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルのセット（トリプレット）からなるピクセルは垂直方向に縦長になるため縦方向で色分離が生じやすい。しかし、本発明では色分離を非常に小さく抑えることができ、高精細な立体像が再生可能である。
【００３７】
また、本発明は、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に分割された小領域に表示する表示手段と、前記表示手段の前面あるいは後面に設けられ、前記小領域に対応したピンホールあるいはマイクロレンズが平面的に複数配置されたアレイ板とを具備し、前記アレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する立体像表示装置であって、前記表示手段の小領域は、赤、緑、及び青をそれぞれ表示可能な矩形の各サブピクセルを、表示面の縦方向を矩形の長手方向とする周期的に配列したピクセル群が、さらに表示面の横方向に複数配されて構成され、前記各サブピクセルからピンホールあるいはマイクロレンズを通る直線上の前記表示されるべき立体像と交わる各点における赤、緑及び青の各色の輝度から各サブピクセルの輝度を求め、前記サブピクセル毎に視差を割り振り、前記赤のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点と、前記緑のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点と、前記青のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点とが、それぞれ分離して、前記立体像を表示することを特徴とする立体像表示装置を提供する。
【００３８】
この場合も、ピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示することができるが、このような構成では水平方向の画素数は３倍となり、垂直方向の色分離も抑制される。さらに垂直方向の光線数も実効的に３倍にできる。従って極めて高精細な立体像が再生可能である。
【００３９】
さらに、前記アレイ板のピンホールあるいはマイクロレンズが、要素画像パターン毎に、赤、緑及び青の色を有する複数のカラーピンホールあるいは色フィルタ付きマイクロレンズであって、これが分離して配置されることが好ましい。
【００４０】
さらに、前記カラーピンホールあるいは色フィルタの色を時間的変化させることが好ましい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の立体画像表示装置について具体的に説明する。
【００４６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１にかかる立体画像表示装置の横から見た概略図である。
【００４７】
観察者に対して後ろ側に配置された液晶表示装置１０１には見る角度により微妙に見え方の違う視差画像群に相当する多数のパターンである多視点画像が表示されている。この多視点画像から照射された光が、それぞれ対応したピンホール或いはマイクロレンズ１０３を通って、多数の視差画像光線群となり、これらが集光して立体像１０４が再現される。
【００４８】
平面的に表示させる表示手段１０１は液晶表示装置を用いている。最小の駆動単位はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各サブピクセルである。Ｒ、Ｇ、Ｂの３つのサブピクセルによって一つのピクセルが形成される。
【００４９】
各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ１０３の中心を通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点が図中の右よりにＲ、Ｇ、Ｂと示したように分離している。ピンホール或いはマイクロレンズ１０３が平面的に配置されたアレイ板１０２の背面及び前面の少なくとも一方に立体像１０４を表示することができる。ここで１本の直線が「立体像と交わる点」は一般には複数あるが、観察者側に最も近い点とする。
【００５０】
図２は表示装置１０１のサブピクセルの配列と対応する視差（視点といっても良い）との関係を示すものである。サブピクセルの横幅は５０μｍ、縦の長さは１５０μｍである。水平方向は１から１６番目までの視差をそれぞれのサブピクセルに周期的に割り振っている。垂直方向は１から５番目までの視差を各サブピクセルに周期的に割り振っている。丸で囲ってある部分はＲ、Ｇ、Ｂからなる画素の単位（トリプレット）である。
【００５１】
この立体像表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルからの光線で立体像を再生している。このときＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルｎ個を要素画像として対応するピンホールから光線を出射させ光線群の交点を新しい発光点とするようにしている。ここで一般にｎは、ピンホールがサブピクセルよりも十分に大きい場合には任意の自然数とすることができる。また、ピンホールがサブピクセルの大きさとほぼ等しいか小さい場合にはｎは３の倍数でないことが望ましい。なぜなら３の倍数の場合はある観察位置から像を観察すると全ての光線が同じ色となるからである。３の倍数でない場合は各ピンホールから順番にＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルの光が出射している状態となっている。
【００５２】
ここで、ピンホールは１つのサブピクセルの大きさに対応して矩形状として幅５０μｍ、長さ１５０μｍとするとよい。
【００５３】
こうすることで、光線数を大幅に増大することができ、従って高精細の立体画像を再生することができる。
【００５４】
例えば１０２４×７６８の画素で画素ピッチ１５０μｍの表示装置を使用した場合、ピンホール１つあたりの水平方向の光線数を１６本としても立体ディスプレイとしての水平方向の画素数は
１０２４×３÷１６
と計算され、１９２となる。
画素ピッチは
５０μｍ×１６
と計算され８００μｍとなる。同じ表示デバイスを用いても従来に比べ大幅な改善が可能であることがわかる。
【００５５】
色情報に関しては各ピンホールから順番にＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルの光が出射しているので３つのピンホールからの光で観察者に色情報を与えていることになる。
【００５６】
（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２にかかる立体画像表示装置の概略図である。
【００５７】
それぞれの要素画像パターンごとにＲ、Ｇ、Ｂの色を有する複数のカラーピンホール或いは色フィルター付きマイクロレンズ群が設置してある。このようにピンホール或いはマイクロレンズがさらに分離して配置されていることを特徴としている。
【００５８】
観察者に対して後ろ側に配置された液晶表示装置１０１には多視点画像が表示され、前側にはピンホールアレイ３０２が配置されている。
【００５９】
液晶表示装置１０１には、多数のパターン画像が表示されている。この画像から照射された光が、それぞれ対応したピンホール３０３を通って、これらが集光して立体像が再現される。
【００６０】
この例では、ピンホールにはカラーフィルターが設置されている。多視点画像はＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルアレイからなり各サブピクセルに対応してピンホール或いはマイクロレンズを分離して配置しており、各サブピクセルから同色のカラーピンホール通る光線群により立体像が再現される。
【００６１】
この立体像表示装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルから同色のカラーフィルター付きピンホールを介して出射する光線で立体像を再生する。この場合も光線数は３倍となる。カラーフィルター付きのピンホールとしてはカラー液晶ディスプレイをこの目的に使用することができるため、極めて簡便に実施することが可能である。これは、カラー液晶ディスプレイのあるピクセルを赤色表示した場合Ｒのサブピクセルのみ赤色光を透過することができ、これは赤色カラーフィルター付きのピンホールと同等の働きをするためである。
【００６２】
本実施形態に示す立体像表示装置においても、良質な立体像が観測された。また、カラーフィルターの色を何らかの手段で時間とともに変化させられればより自然な立体像が得られる。例えばカラー液晶ディスプレイを使用して、あるピクセルの色をＲ、Ｇ、Ｂと順番に変化させれば、等価的にカラーフィルターの色を変えたのとほぼ同じ効果が得られる。ピンホール位置はサブピクセル分ずれるがそれに合わせて多視点画像も作成しておく。この方法によっても光線数を増すことができ、さらに発光点が増えるため滑らかな高精細立体像を得ることが可能である。
【００６３】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３にかかる立体画像表示装置の概略図である。
【００６４】
表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段１０１と、表示手段１０１の前面或いは後面に設けられ、複数のパターンに対応して複数のピンホール或いはマイクロレンズ１０３が平面的に配置されたアレイ板１０２とを具備している。
【００６５】
表示手段１０１は最小の駆動単位であるＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルを有するピクセルを具備し、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ１０３中心を通る直線が表示されるべき立体像１０４と交わる点が分離している。
【００６６】
このとき各サブピクセルの輝度を適切に決める必要がある。
【００６７】
図４に示すように、各サブピクセルに表示する輝度は各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ１０３中心を通る直線が表示すべき立体像と交わる点のＲ、Ｇ、Ｂの輝度から算出して求めることができる。具体的には２４ビットの色数表示の場合、Ｒのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＲ成分（０から２５５のいずれかの数値）に、Ｇのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＧ成分（０から２５５のいずれかの数値）に、Ｂのサブピクセルの輝度は対応するカラー値のＢ成分（０から２５５のいずれかの数値）に設定することで立体像の色を再現することができる。
【００６８】
例えば最上部のＲサブピクセルは図１４に直線上の丸で示した点の輝度のＲ成分から決まる。次のＧサブピクセルは前記、直線上の丸で示した部分の少し上の輝度のＧ成分で決まる。このようにしてパターン内のすべての輝度を決めることができる。次の周期における最初のサブピクセルであるＧサブピクセルは図１４の丸で示した点のＧ成分で決まる。この周期内の各サブピクセルの輝度も上記と同様に決まる。さらにその次の周期における最初のサブピクセルはＢであるが、図１４の丸で示した点のＢ成分で決まる。以下同様にしてすべてのサブピクセルの色を決めることができる。ここでは特定の成分の輝度情報をそのまま使用したが必要に応じて近隣のサブピクセルの輝度と適当な演算処理を行ってその値を用いてもよい。
【００６９】
これらの光線群により立体像１０４が再現される。このように簡便な方法で高精細な立体像を再生できる。
【００７０】
（実施形態４）
図５は本発明の実施形態３にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分は１画素に相当するトリプレットを表す。
【００７１】
既に実施形態１で説明したように、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が表示されるべき立体像と交わる点が分離する構成にすることで高精細な立体像が再生可能である。しかしながら立体像を近くで注視した場合、若干の色分離が観測されることがある。この場合、最小の駆動単位であるＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルに変えて、それぞれ複数の色を有するサブピクセルを用いることで問題を解決することが可能である。
【００７２】
図５はサブピクセルの配置とそれぞれのサブピクセルにおける色の配置を示したものである。例えば一番左上のサブピクセルにはＲとＧの２色を割り当てている。この２色は１つのサブピクセルを２つの領域に分けてそれぞれをＲ、Ｇの色にするということである。領域の分け方としては例えば垂直に分けるか、あるいは水平に分けるか、更には斜めに分けてもよい。また例えば液晶ディスプレイを表示装置として用いる場合には、製造時にカラーフィルターを所望の色に変更しておくだけでこのような色の配置が可能である。
【００７３】
この例では1つのサブピクセルに２色のカラーフィルターをかぶせている。1番目のサブピクセルにＲとＧ、２番目のサブピクセルにＢとＲ、３番目のサブピクセルにＧとＢを対応させており、これが周期的に繰り返される。このような構成により色分離のない高精細な立体像の再生が可能であった。
【００７４】
（実施形態５）
図６は本発明の実施形態５にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分はＲ、Ｇ、Ｂのトリプレットを表す。
【００７５】
本実施形態では、最小の駆動単位であるＲ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルが矩形状であり、矩形の長手方向に沿って垂直方向に配置したものである。この場合も、実施形態１と同様に、各サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点が分離している。このため高精細な立体像が再生可能である。
【００７６】
（実施形態６）
図７は本発明の実施形態６にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分はＲ、Ｇ、Ｂのトリプレットを表す。
【００７７】
本実施形態では、表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段と、前記表示手段の前面或いは後面に設けられ、前記複数のパターンに対応して複数のピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板とを具備している。また、ピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示するものであり、前記平面的に表示させる表示手段は縦方向に色の異なる矩形サブピクセルが長手方向に周期的に並べている。
【００７８】
このようにすると水平方向に見た場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの１組のセット（トリプレット）からなるピクセルの数は３倍になる。このように非常に簡便な方法で水平方向の光線数を増すことができる。従って高精細な立体像が再生可能である。本実施形態では垂直方向はＲ、Ｇ、Ｂの１組のセット（トリプレット）に対して１つの視線が割り当てられている。このため垂直方向の視線数は減少することになるが立体視には水平方向の視線数がより重要であるためこのことは通常は問題にならない。
【００７９】
（実施形態７）
図８は本発明の実施形態７にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分は１画素に相当するトリプレットを表す。
【００８０】
本実施形態は、実施形態６と類似して、縦方向に色の異なる矩形サブピクセルを長手方向に周期的に並べ、縦方向３つのサブピクセルに１つの視線を割り当てている。しかし本実施形態では、１つの矩形サブピクセルに複数の色が表示されるようにしている。
【００８１】
１つの矩形サブピクセルに１色の色を割り当てるとＲ、Ｇ、Ｂのセットからなるピクセルは垂直方向に縦長になる。例えばサブピクセルの縦の長さが１５０μｍであった場合、４５０μｍとなる。このため近くで注視するような使い方をする場合には縦方向で色分離が生じることがある。そこでこの例では１つのサブピクセルに２色のカラーフィルターをかぶせている。１番目のサブピクセルにＲとＧ、２番目のサブピクセルにＢとＲ、３番目のサブピクセルにＧとＢを対応させており、これが周期的に繰り返される。
【００８２】
例えば２色のカラーフィルターの面積比が１：１であるとする。
【００８３】
１ピクセルに１色のカラーフィルターをかぶせた場合のＲ、Ｇ、Ｂ各サブピクセルの輝度がＸ、Ｙ、Ｚであったとすると、本実施形態ではＲとＧを表示するサブピクセルの輝度ｘは
ｘ＝（Ｘ+Ｙ-Ｚ）／２
ＢとＲを表示するサブピクセルの輝度ｙは
ｙ＝（Ｘ-Ｙ+Ｚ）／２
ＧとＢを表示するサブピクセルの輝度ｚは
ｚ＝（-Ｘ+Ｙ+Ｚ）／２
のように決めることができる。
【００８４】
例えば、これらの３つのサブピクセルから出射するＲ成分の光の輝度は１番目のサブピクセルからの光の輝度ｘと２番目のサブピクセルからの光の輝度ｙとの和で表されるが
ｘ+ｙ＝Ｘ
となることから、もとの輝度と同じになっていることがわかる。Ｇ成分とＢ成分についても同様のことが言える。ただし、この例では３原色に近い色は再現できない。
【００８５】
より好ましくは２色のカラーフィルターの面積比を例えば１０：１にすることができる。この場合、近似的にＲとＧを表示するサブピクセルの輝度ｘは
ｘ＝（１００・Ｘ＋Ｙ−１０・Ｚ）／１００
ＢとＲを表示するサブピクセルの輝度ｙは
ｙ＝（Ｘ−１０・Ｙ＋１００・Ｚ）／１００
ＧとＢを表示するサブピクセルの輝度ｚは
ｚ＝（−１０・Ｘ＋１００・Ｙ＋Ｚ）／１００
のように決めることができる。
【００８６】
このようにして色再現性にもほとんど支障をきたすことなく、色分離を非常に小さく抑えることができ、高精細な立体像が再生可能であった。
【００８７】
また、図９に示すように、より積極的に垂直方向の視線は１つとすることもできる。すなわち垂直方向にはどのトリプレットに対しても１つの視線を割り当てている。この場合、垂直方向の運動視差はないが、垂直方向の視域が広がるため見やすい高精細立体像が得られるといった利点がある。
【００８８】
（実施形態８）
図１０は本発明の実施形態８にかかる立体画像表示装置内の表示デバイス面を示す概略図である。丸で囲った部分は１画素に相当するトリプレットを表す。
【００８９】
本実施形態は表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に表示させる表示手段と、表示手段の前面或いは後面に設けられ、複数のパターンに対応して複数のピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板とを具備している。平面的に表示させる表示手段は縦方向に色の異なる矩形サブピクセルが長手方向に周期的に並んで構成され、各矩形サブピクセルからピンホール或いはマイクロレンズ中心を通る直線が前記表示されるべき立体像と交わる点が分離しており、かつ１つの矩形サブピクセルに複数の色が表示されている。
【００９０】
ピンホール或いはマイクロレンズが平面的に配置されたアレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する。
【００９１】
水平方向には各サブピクセルに１番目から１６番目までの視差を割り当てており、垂直方向には１番目から５番目までの視差が各サブピクセルに割り当てられている。垂直方向の３つのサブピクセルで色を再現している。この場合も高精細な立体像が再生可能であった。
【００９２】
（実施形態９）
図１１は、本発明の実施形態９にかかる立体画像表示システムを説明するための要部詳細図である。
【００９３】
この例では、一例として円を立体表示するための要素画像群からなる記録画像を示している。各要素画像は微小レンズで物体を撮影した画像とほぼ等しく、撮影に限らずコンピュータグラフィックスで描くこともできる。表示装置上に、このような要素画像群が、ピンホールの一つ一つに対応するように表示される。各ピクセルからの光が対応するピンホールを通り、この光が集光されることによって、ピンホールを有するアレイ板の前面に三次元実像が形成される。ここで記録画像は直交変換として離散コサイン変換（ＤＣＴ）を用いたのちＤＣＴ係数を量子化してエントロピ符号化することにより圧縮を施したものを用いる。この圧縮データをエントロピ復号、逆量子化、離散コサイン逆変換により伸張した画像を用いるわけであるが、この離散コサイン変換処理を施す対象となるブロック単位は図中の点線で示したように要素画像単位と完全に一致するように設定している。例えばいずれも８×８ピクセルとなるように選ぶことができる。その結果、記録画像のデータ量は従来の１０分の１程度にできる。こうすることで再生した立体像の画質は圧縮しないものに比べてほとんど遜色ない結果が得られた。本実施形態ではブロック単位を８×８ピクセルとしたが、これに限らない。例えば１６×１６ピクセルとすることもできる。
【００９４】
（実施形態１０）
図１２は、本発明の実施形態１０にかかる立体像表示装置を説明するための要部詳細図である。
【００９５】
この実施形態では表示装置上に、記録画像を表示し、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセルからの光が対応するピンホールを通り、この光が集光されることによって、ピンホールを有するアレイ板の前面に３次元実像が形成される。
【００９６】
図１２はこの構成での記録画像のある断面を見たものである。上部の短い縦線は各トリプレットの区切りを示している。例として４つのサブピクセルを単位として要素画像が周期的に構成されており、それぞれに視差が割り当てられている。この周期を下部の短い縦線で示している。この場合、矢印で示したブロック単位で離散コサイン変換を行い圧縮するのが良い。すなわち、１２のサブピクセルをブロック単位とする。これは言い換えれば要素画像中のサブピクセル数と同じピクセル数単位である４ピクセル単位で変換するということである。こうすることで、トリプレット単位で変換ができるため、比較的劣化が少ない。同様に８つのサブピクセルを単位として要素画像が周期的に構成されている場合には８ピクセル単位で離散コサイン変換するのが好ましい。
【００９７】
（実施形態１１）
図１３に示すように上部のサブピクセルからなる要素画像から順番にＲのサブピクセル、Ｇのサブピクセル、Ｂのサブピクセル、・・・と選択して取り出し、図１３の下部のようにサブピクセルの順番を並べ替えた画像を作成する。この後、この画像に圧縮を施し、さらに表示する際にもとの並びになるように逆にサブピクセルを並べ替えた場合である。
【００９８】
この場合も良好な立体像再生が可能である。これはサブピクセルの順番を並べ替えた画像はある視点から見た画像であり、通常の撮影画像のように画像中に要素画像のような特定の単位すなわち、周期性がないためである。従って従来と同様の圧縮を施しても画質劣化は少ない。従ってＪＰＥＧやＭＰＥＧ等の圧縮技術をそのまま適用することもできる。他の方法を用いることもできるが、２のべき乗単位で直交変換を行ったほうが、高速演算処理を行うことができるので望ましい。この圧縮画像をデータとして保存しておき立体像を再生する際にサブピクセルを元通りに並べ替える処理を施せば良好な立体像が得られるわけである。
【００９９】
図１４は上記で説明した圧縮方法を用いた立体像再生システムの構成例を示す図である。
【０１００】
記録画像の作成装置、記録画像の圧縮装置、記録画像の圧縮データの保存用媒体、記録画像圧縮データの伸張装置、記録画像の表示装置を含む立体像再生装置からなる。より具体的には記録画像の作成にはコンピュータグラフィックスを用いることができる。記録画像の圧縮装置としてはコンピュータを使用してソフト的にアルゴリズムを処理するか、アルゴリズムをＬＳＩ化した専用装置を用いることができる。
【０１０１】
記録画像の圧縮データの保存用媒体としてはＤＶＤなどの光ディスクやＨＤＤなどの磁気ディスク装置を用いることができる。記録画像圧縮データの伸張装置は圧縮装置と同様にコンピュータを使用してソフト的にアルゴリズムを処理するか、アルゴリズムをＬＳＩ化した装置を用いることができる。さらに記録画像の表示装置として液晶ディスプレイを使用し、液晶ディスプレイ前面にピンホールアレイを配置することにより立体像を再生できる。このような構成により、少ないデータ量で高精細な立体像を再生できるわけである。
【０１０２】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば圧縮した記録画像データは光ファイバーなどの伝送路を用いて遠隔地に送信し、送信先でデータを伸張し立体像を再生することもできる。また表示装置として液晶ディスプレイのほかにプラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの自発光型のディスプレイを用いることも可能である。また、図９において垂直視差を持たない例を示したが、他の発明においても必要に応じて垂直視差を持たない構成が可能である。
【０１０３】
その他、その詳細は、仕様に応じて適宜変更することもできる。
【０１０４】
【発明の効果】
高精細な立体像を表示できる立体像表示装置およびシステムを堤供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る立体画像再生装置の概念図。
【図２】 本発明の実施形態１に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図３】 本発明の実施形態２に係る立体画像再生装置の概念図。
【図４】 本発明の実施形態３に係る立体画像再生装置の概念図。
【図５】 本発明の実施形態４に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図６】 本発明の実施形態５に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図７】 本発明の実施形態６に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図８】 本発明の実施形態７に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図９】 本発明の実施形態８に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図１０】 本発明の実施形態９に係る立体画像再生装置の表示部の概念図。
【図１１】 本発明の実施形態１０に係る立体画像再生システムにおける画像圧縮方法を説明するための図。
【図１２】 本発明の実施形態１１に係る立体画像再生システムにおける画像圧縮方法を説明するための図。
【図１３】 本発明の実施形態１２に係る立体画像再生システムにおける画像圧縮方法を説明するための図。
【図１４】 本発明の立体画像再生システムを説明するための図。
【図１５】 従来の立体画像再生装置を説明するための図。
【図１６】 従来の立体画像再生装置を説明するための図。
【図１７】 従来の立体画像再生装置を説明するための表示部の図。
【図１８】 従来の立体画像再生装置における画像圧縮方法を説明するための図。
【符号の説明】
１０１・・・液晶表示装置
１０２・・・ピンホールアレイ板
１０３・・・ピンホール
１０４・・・三次元実像の立体像
３０２・・・カラーフィルター付きピンホール板
３０３・・・カラーフィルター付きピンホール
１５０１・・・表示装置
１５０２・・・ピンホールアレイ板
１５０３・・・再生虚像
１５０４・・・再生実像
１５０５・・・観察眼
１６０２・・・ピンホール板
１６０３・・・ピンホール
Claims (5)
- 表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に分割された小領域に表示する表示手段と、
前記表示手段の前面或いは後面に設けられ、前記小領域に対応したピンホールあるいはマイクロレンズが平面的に複数配置されたアレイ板とを具備し、
前記アレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記表示手段の小領域は、赤、緑、及び青の各サブピクセルからなるピクセルを有し、前記赤、緑及び青の各サブピクセルの輝度が、この各サブピクセルからピンホールあるいはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる各点における赤、緑及び青の各色の輝度から各サブピクセルの輝度を求め、前記サブピクセル毎に視差を割り振り、前記立体像を表示することを特徴とする立体像表示装置。 - 前記赤、緑及び青の各サブピクセルが矩形状であり、前記ピクセル内で、前記各サブピクセルは、前記矩形状の長手方向に沿って配置したことを特徴とする請求項１記載の立体像表示装置。
- 表示されるべき立体像に対応した複数のパターンを平面的に分割された小領域に表示する表示手段と、
前記表示手段の前面あるいは後面に設けられ、前記小領域に対応したピンホールあるいはマイクロレンズが平面的に複数配置されたアレイ板とを具備し、
前記アレイ板の背面及び前面の少なくとも一方に立体像を表示する立体像表示装置であって、
前記表示手段の小領域は、
赤、緑、及び青をそれぞれ表示可能な矩形の各サブピクセルを、表示面の縦方向を矩形の長手方向とする周期的に配列したピクセル群が、さらに表示面の横方向に複数配されて構成され、
前記各サブピクセルから前記ピンホールあるいはマイクロレンズを通る直線上の前記表示されるべき立体像と交わる各点における赤、緑及び青の各色の輝度から各サブピクセルの輝度を求め、前記サブピクセル毎に視差を割り振り、
前記赤のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点と、前記緑のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点と、前記青のサブピクセルから前記ピンホール或いはマイクロレンズを通る直線上の前記立体像と交わる点とが、それぞれ分離して、前記立体像を表示することを特徴とする立体像表示装置。 - 前記アレイ板のピンホールあるいはマイクロレンズは、前記小領域毎に、赤、緑、或いは青の色を有するカラーピンホールあるいは色フィルタ付きマイクロレンズであって、これが分離して配置したことを特徴とする請求項１若しくは３記載の立体像表示装置。
- 前記カラーピンホールあるいは色フィルタを、赤、緑、或いは青の色に周期的時間変化させることを特徴とする請求項４記載の立体像表示装置。
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