JP4634112B2 - 立体視映像表示装置、電子機器及び立体視映像表示装置における平面視表示方法 - Google Patents

立体視映像表示装置、電子機器及び立体視映像表示装置における平面視表示方法 Download PDF

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Description

本発明は、表示画面に表示される画像をレンズ板を介して視認せしめる立体視映像表示装置、立体視映像表示装置を備える又は立体視映像表示装置に接続される電子機器及び立体視映像表示装置における平面視表示方法に関するものである。
近年では、立体視映像表示装置の開発が多く行われている。立体視映像表示装置とは、両眼視差を利用した表示装置である。人の両目は左右に離れて位置するために、各目が捉える映像には若干のズレがあり、この視差によって立体感が認識されている。立体視映像表示装置は、この両眼視差を意図的に発生させて立体視映像を実現するものである。
本明細書中で述べる平面視映像、立体視映像とは、両眼視差によって観察者の大脳内で形成される像を示し、平面視画像、立体視画像とは、表示画面に表示される像を示すものとする。
立体視映像表示装置として、従来から、平面液晶ディスプレイ等の表示パネルの面上にレンチキュラレンズやパララックスバリア等の立体視画像用光学素子を配置して、立体視映像を認識させる装置がある。しかし、立体視画像用光学素子を配置した時の平面視画像と、配置しない時の平面視画像とを比較すると、前者の方が画質(主には、平面視映像の精細度)が低下してしまう。従って、立体視画像用光学素子を配置して表示される平面視画像の画質を低下させずに表示させたいという要望があった。
その解決法として、立体視画像用光学素子と表示パネルとの間の距離をd、レンチキュラレンズアレイを構成する各マイクロレンズの焦点距離をfとしたときに、立体視画像表示時はd=fの位置にレンチキュラレンズアレイを配置し、平面視画像表示時はd=0の位置にレンチキュラレンズアレイを配置する方法が知られている(特許文献1参照)。
特開平9−197343号公報
しかしながら、上述の方法では、表示パネル上に配接されている保護ガラスやレンチキュラレンズアレイの厚み等を考慮すると、平面視画像表示時に正確にd=0とするのは困難である。そのため、d>0で平面視画像を表示せざるを得ず、平面視映像の画質低下、映像品質の低下が問題となっていた。
本発明の目的は、平面視映像の映像品質を落すことなく平面視画像表示を行う立体視映像表示装置、立体視映像表示装置を備える又は立体視映像表示装置に接続される電子機器及び立体視映像表示装置における平面視表示方法を提供することである。
上記課題を解決するための第1の発明の立体映像表示装置は、行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネル(例えば、図7の液晶パネル80、図20の液晶パネル804)と、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板(例えば、図7のレンズ板70)と、立体視表示用の第1位置及び平面視表示用の第2位置の少なくとも2つの位置に前記レンズ板を移動させることにより前記表示パネルと前記レンズ板との距離を変更する距離変更手段(例えば、図20の切換機構830、図20のレンズ板802)とを備えた立体視映像表示装置であって、前記第2位置は、前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のマイクロレンズの主点との距離dが、d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)の位置であることを特徴としている。
また、他の発明として、行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネル(例えば、図7の液晶パネル80、図20の液晶パネル804)と、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板(例えば、図7のレンズ板70、図20のレンズ板802)とを備えた立体視映像表示装置における平面視表示方法であって、前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のマイクロレンズの主点との距離dが、d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)の位置に前記レンズ板を移動させることにより平面視表示を行う平面視表示方法を構成することとしてもよい。
これらの発明によれば、平面視表示時において、表示パネルの表示面と前記レンズ板のマイクロレンズの主点との距離d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)となるようにレンズ板を移動させる。これにより、平面視表示時にレンズ板に映し出される映像における色縞の発生を防ぎ、レンズ板を配置した場合でも平面視映像の映像品質を低下させずに表示させることができる。尚、表示パネルとレンズ板との距離を変更する方法としては、レンズ板を移動させるだけでなく、表示パネルを移動させても良いことは勿論である。
なお、第2の発明として、表示パネルの表示面と前記レンズ板のマイクロレンズの主点との距離dを、nf/(Lcos2θ)−0.05f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.05fの範囲まで認めることとしてもよい。また、第3の発明として、nf/(Lcos2θ)−0.1f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.1fの範囲まで認めることとしてもよい。
第4の発明は、第1〜第3の何れかの発明の立体視映像表示装置であって、前記第2位置は、dが2fに直近の値となる位置(例えば、図15(a)の主点・画面間距離d=2.47f)であることを特徴としている。
この第4の発明によれば、平面視画像表示時はdが2fに直近の値となる位置にレンズ板を移動させることによって、レンズ板を介して表示パネルのほぼ全ての画素を観察者に認識させることができる。従って、表示パネルに表示された画像の解像度を低減させることなく、レンズ板に映し出すことができる。
また、第5の発明は、第1〜第3の何れかの発明の立体視映像表示装置であって、
前記第2位置は、dが2fより小さい値で、且つ2fに直近の値となる位置(例えば、図14(a)の主点・画面間距離d=1.23f)であることを特徴とする。
また、第6の発明は、第1〜第3の何れかの発明の立体視映像表示装置であって、
前記第2位置は、dが2fより大きい値で、且つ2fに直近の値となる位置(例えば、図15(a)の主点・画面間距離d=2.47f)であることを特徴とする。
dが小さい場合と大きい場合とを比較すると、前者の方が表示解像度が低くなり、後者の方がコントラストが低下する傾向が生じる。従って、第5の発明によれば、第1〜第3の発明と同様の効果を奏するとともに、dが2fより大きい場合に比べて、コントラストが高い平面視画像を表示することができる。これとは逆に、第6の発明によれば第1〜第3の発明と同様の効果を奏するとともに、dが2fより小さい場合に比べて、解像度が高い平面視画像を表示することができる。
第7の発明は、第1〜第6の何れかの発明の立体視映像表示装置であって、外部入力される駆動信号に応じて前記距離変更手段を駆動させる駆動手段(例えば、図20の駆動装置840及び作動制御装置850)を更に備えることを特徴としている。
この第7の発明によれば、外部入力される駆動信号に応じて距離変更手段を駆動させることができる。これにより、例えば、立体視映像表示装置をパーソナルコンピュータやゲーム装置等の外部機器と接続して、当該外部機器から入力される駆動信号に応じて表示パネルとレンズ版との距離を変化させるように設定することが可能となる。
第8の発明は、第1〜第6の何れかの発明の立体視映像表示装置であって、前記距離変更手段の作動状態に応じた通知信号を外部装置に対して出力する出力手段(例えば、図20の作動制御装置850及び制御I/O860)と、を備えることを特徴としている。
この第8の発明によれば、距離変更手段の作動状態に応じた通知信号を外部に対して出力することができる。つまり、外部機器に立体視映像表示装置を接続し、当該外部機器から入力される画像データを表示パネルに表示させるような場合に効果的である。即ち、レンズ板と表示パネルの位置関係(距離変更手段の作動状態)に応じた画像データを出力させるように外部機器に対して指示することが可能となる。
第9の発明は、第7の発明の立体視映像表示装置と、立体視用画像情報と平面視用画像情報とを切り換えて、前記立体視映像表示装置に出力する画像制御手段(例えば、図17のCPU600;図18のステップA5又はA3)と、前記画像制御手段の出力画像の切り換えに連動して前記駆動手段を駆動させる駆動信号を出力する指示出力手段(例えば、図17のCPU600;図18のステップA2又はA4)と、を備えることを特徴とする電子機器である。
この第9の発明によれば、立体視映像表示装置を備える電子機器において、表示する画像の種類に応じて、即ち、立体視用と平面視用の何れの画像を表示するかに応じて、レンズ板と表示パネルとの距離を変更させることが可能となる。従って、例えば、電子機器をゲーム装置として用いる場合には、そのゲームプログラムに従ってゲームステージに応じて生成・表示する画像の種類を切り換え、また同時にレンズ板と表示パネルとの距離を変更することが可能となる。
第10の発明は、第8の発明の立体視映像表示装置に接続される電子機器であって、前記出力手段から出力される通知信号に応じて、立体視画像情報と平面視画像情報とを切り換えて生成して、前記立体視映像表示装置に出力する画像制御手段を備えることを特徴としている。
この第10の発明によれば、立体視映像表示装置から入力される通知信号に応答して立体視映像表示装置に出力する画像の種類(立体視用/平面視用)を切り換える。例えば、立体視映像表示装置において、レンズ板と表示パネルとの距離を入力ボタンの押下有無に応じて切り換える場合に、その押下信号を電子機器に出力する。押下信号を受信した電子機器は、立体視映像表示装置に出力する画像の種類を変更するといった単純な構成を実現することが可能となる。
本発明によれば、平面視表示時において、表示パネルとレンズ板との距離がd=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)となるようにレンズ板を移動させることにより、平面視表示時にレンズ板に映し出される映像における色縞の発生を防ぐことができる。
更に、平面視画像表示時は表示パネルとレンズ板との距離dがd=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)を満たし、且つ、2fに直近の値となる位置にレンズ板を移動させることによって、レンズ板を介して表示パネルのほぼ全ての画素を観察者に認識させることができる。従って、表示パネルに表示された画像の解像度を低減させることなく、レンズ板に映し出すことができる。
この距離dが、d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)を満たし、且つ、2fを超えずに2fを直近の値となるようにすることによって、色縞の発生を抑えつつ、コントラストを低下させない表示ができる。
また、この距離dが、d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)を満たし、且つ、2fを超えて2fに直近の値となるようにすることで、色縞の発生を防ぎつつ、解像度を低下させない表示ができる。
なお、以上の距離dの誤差を、焦点距離fに対して±5%若しくは±10%以内とすることにより上述とほぼ同等の効果を得ることができる。
以上により、例えば、テレビジョン及びDVDプレーヤ等ビデオ機器の表示装置、家庭用・業務用ゲーム装置、携帯型ゲーム装置、パチンコ機やパチスロ機等の表示部分、パーソナルコンピュータ等のディスプレイ、などの装置において、映像鑑賞や遊戯等を楽しむ場合、及び監視カメラ等において、平面視用の映像を監視・観察する場合に、長時間視聴、遊戯、監視、観察等を続けても、目が疲れないといった効果が期待できる。
また、例えば、カーナビゲーションシステムの画面、パーソナルコンピュータ等のディスプレイ、携帯電話機、PDA、電子手帳、電子計算機、電子辞書等の画面において文字情報や図面等を表示する場合には、より細かく、より多くの情報を見易く表示して、使用者に認識させることが可能になる。
尚、以上の効果は、各機器が通常に用いられている用途に則して説明したものであって、各機器の用途及び本発明の効果を限定するものではない。すなわち、例えば、電子手帳等であっても文字でなく映像鑑賞やゲーム等を行う使い道がある場合には、本発明により、長時間の視聴や遊戯を続けても目が疲れないといった効果が期待できる。また、例えばゲーム機やパチンコ機であっても、文字情報や図面等を表示させたい場合には、本発明により、より細かく、より多くの情報を見易く表示して、使用者に認識させることができる。
以下に、本発明を適用した実施の形態を図面を参照して説明する。尚、立体視映像表示装置の画像表示手段として平面液晶ディスプレイ(液晶パネル)を用いる場合を例に説明するが、本発明の適用についてはこの場合に限定する必要はない。また、立体視映像表示装置に設置されるレンズ板には様々な種類のものが考えられるが(例えば、縦横に格子状のレンズが並んだ、いわゆる「蝿の目レンズ」など)、以下ではレンズ板としてレンチキュラレンズ板を用いることとする。
また、レンチキュラレンズ板には両面に凹凸の有るものが有るが、本実施の形態で扱うレンチキュラレンズ板は、一方の面が凹凸を有し、他方の面が略平面状のレンズ板であり、凹凸面は、半円筒形もしくはこれと光学的に等価なマイクロレンズ(レンチキュラレンズ板を構成する単位レンズ)が連続して配列されたものである。以下では、レンチキュラレンズ板を単にレンズ板と言い、マイクロレンズ(単位レンズ)を単にレンズと言う。
まず、立体視映像表示装置について説明する。説明の簡単化のために2眼式の立体視映像表示装置を例に説明する。ここで2眼式とは、立体視映像表示装置において、2つの指向方向に対してそれぞれ異なる画像を表示する表示タイプの意である。
図1は、2眼式の立体視映像表示装置1の表示面に対する垂直断面を簡略的に示した図である。より正確には、図1は立体視映像表示装置1の表示面の横方向、即ち、観察者の両目を含む直線に対して平行で、画像表示面に垂直な断面を示す図である。
同図によれば立体視映像表示装置1は、レンズ板10と、液晶パネル20と、バックライト30とを主に有する。レンズ板10、液晶パネル20、バックライト30はそれぞれ板状体であって、互いに平行に配置される。バックライト30は光を出射し、その光は液晶パネル20とレンズ板10とを通過して立体視映像表示装置1の外に進行する。即ち、観察者はレンズ板10を介して液晶パネル20に表示される画像を見ることとなる。
レンズ板10は、各レンズ(マイクロレンズ)のレンズピッチx(横方向の幅;マイクロレンズの幅方向の長さ)が2サブピクセル分に相当するように設計され、レンズの凹凸面10cが液晶パネル20の表示面20aに対向するように配置される。図1に示した立体視映像表示装置1にて立体視映像を実現する為には、一般にレンズ板10と液晶パネル20との間の距離をレンズ板10の各レンズの焦点距離と一致させる。換言すれば、各レンズの焦平面が液晶パネル20の表示面20a近傍に位置するようにレンズ板10と液晶パネル20とを配置する。このように設定することで、液晶パネル20の各サブピクセルはレンズ板10の各レンズによってレンズピッチと同じ幅に拡大されることとなる。また各レンズは、液晶パネル20の各サブピクセルから出射される光に指向性を与える働きをする。
図2は、レンズ板10と液晶パネル20の一部断面を模式的に描いた図であり、レンズ板10と液晶パネル20との間の距離をレンズ板10の各レンズの焦点距離fと一致させた状態を示すものである。
同図によれば、液晶パネル20にはサブピクセルpxl1、pxl2、pxl3、pxl4、pxl5、pxl6、・・・が配置されている。またレンズ板10の各レンズのレンズピッチxは上述の通り2サブピクセル分に相当している。係る設定において、理想的な距離Eを隔てて立体視映像表示装置1を見た場合に、左目elからレンズ14を見ると、レンズ14の焦点はサブピクセルpxl4に位置する為、レンズ14の一面にサブピクセルpxl4が拡大して見える。
一方、右目erからレンズ14を見ると、レンズ14の焦点はサブピクセルpxl3に位置する為、レンズ14の一面にサブピクセルpxl3が拡大して見える。このようにレンズ板10の各レンズの焦点を液晶パネル20の表示面20a近傍に設定することで、観察者の両目に異なる画像を認識させることができる。
以上の構成をもとに、立体視と平面視とを切り換える方法について詳細に説明する。上述のように立体視映像表示装置では、立体視を実現させるために、各指向方向につきレンズを介して1つのサブピクセルのみが見えるように設計されている。故に立体視映像の表示時では、レンズ板10を介して見えるサブピクセル数は液晶パネル20のサブピクセル数よりも少ない。例えば、図1に示した立体視映像表示装置1によれば、レンズピッチxに対応するサブピクセル数は2であるから、片目によって認識される画像の解像度は液晶パネル20の実際の解像度と比較して1/2となる。
一方、平面視を実現する際には、画像の立体感よりは画像の見易さが要求される為、液晶パネル20の解像度と同等の解像度で両目に同一の画像が認識されることが望ましい。尚且つ立体視映像表示装置の利便性の観点からすれば、レンズ板10を取り除くことなく立体視と平面視とを切り換えられることが必要である。
そこで、レンズ板10と液晶パネル20の距離を調節することにより、レンズを介して見えるサブピクセル数がレンズピッチxに対応するサブピクセル数と等しくなるようにして、平面視表示を実現する。なお以下では、レンズの、画素面側焦平面に対応する主点Gと液晶パネルの表示面との距離を主点・画面間距離dという。
図3は、図1に示した立体視映像表示装置1を理想的な位置から右目erで観察した場合に見える画像について説明するための図である。図3(a)は、立体視映像の表示時における光の光路を模式的に描いた図である。このとき主点・画面間距離dは、d=f(f:焦点距離)である。
図3(a)によれば、右目erから見るとレンズ14の焦点はサブピクセルpxl3に位置している。故にレンズ14にはサブピクセルpxl3が拡大されて映し出される。同様に、レンズ16にはサブピクセルpxl5が、レンズ18にはサブピクセルpxl7がそれぞれ映し出されることとなる。左目elから見た場合には、レンズ14にはpxl4が、レンズ16にはpxl6が、レンズ18にはpxl8がそれぞれ拡大されて映し出される。
図3(b)は、平面視映像の表示時における光路を示す図である。このとき主点・画面間距離dはd=2fである。図3(b)によれば、右目erから見ると各レンズの焦点は図3(a)に示す位置と変わらないものの、主点・画面間距離がd=2fであるために、各レンズに映るサブピクセル数がレンズピッチxに対応するサブピクセル数と等しくなる。具体的には、レンズ14にはサブピクセルpxl2、pxl3が入れ換わった状態で映し出され、レンズ16にはサブピクセルpxl4、pxl5が入れ換わった状態で映し出され、レンズ18にはサブピクセルpxl6、pxl7が入れ換わった状態で映し出されることとなる。左目から見た場合も同様に、各レンズに対応するサブピクセルが入れ換わった状態で映し出される。
このように、主点・画面間距離dをd=f(焦点距離)からd=2fに変更することで、レンズを介して見えるサブピクセルの数をレンズピッチxに対応するサブピクセル数に変更し、観察者の両目に液晶パネル20の全てのサブピクセルを認識させることが可能となる。
尚、上記説明では、2眼式の立体視映像表示装置を例に説明したが、2眼式に限定する必要はなく、3眼式、4眼式、5眼式、・・・、に適用しても良いことは勿論である。
ところで、一般的な立体視映像表示装置では、モアレの発生を抑えるため、液晶パネルのサブピクセルの列方向(水平走査方向;走査線方向)の配列に対して、レンズ板のレンズピッチ方向(マイクロレンズの連接方向)が角度θをなすように配置される。図4(a)を用いて詳しく説明する。
図4(a)は、ストライプ配列の液晶パネル20と、5眼式レンズ板との配置関係を説明するための平面図である。以下、液晶パネル20はストライプ配列であるとして説明するが、RGBの3色のサブピクセルが行方向及び列方向に所定の(一定の)順番で配列されていればよく、ダイアゴナル配列やデルタ配列、レクタングル配列であってもよい。
図4(a)中の線A1、A2及びA3は、液晶パネル20の上方(図4中の手前方)に配置されたレンズ板10の各レンズの端部の位置を示した線である。レンズの端部とは、図4(b)に示したレンズ板10における10a、10b等のレンズの谷部であり、レンズの境界部を言う。
図4において、レンズ板10は、レンズピッチ方向が液晶パネル20のサブピクセルの列方向に対して角度θをなすように斜めに配接されている。(図4中、液晶パネル20の行方向とレンズ板10のマイクロレンズの境界線とのなす角をθと記載しているが、同義である)。具体的には、サブピクセルR11とサブピクセルR12を合わせた長方形の対角線の上方にレンズの端部が位置するように(線A1)レンズ板10が配置されている。本実施形態において、液晶パネル20の1つのサブピクセルは、列方向の長さと行方向(垂直走査線方向;信号線方向)の長さの比率が1:3であるため、サブピクセルR11、R12を合わせた長方形の列方向の長さと行方向の長さの比率は1:6である。即ち、θ=tan-1(1/6)≒9.5°である。従って、液晶パネル20の各サブピクセルの列方向の配列に対して、レンズ板10のレンズピッチ方向が角度θ=9.5°をなすようにレンズ板10が配置されている
このように、液晶パネル20の各サブピクセルの列方向の配列に対して、レンズ板10の個々のレンズピッチ方向を傾けて配置する(換言すると、液晶パネル20の行方向に対して、レンズ板10のレンズの端部を傾けて配置する)ことにより、レンズ板10にを介して見た時の映像に発生するモアレを分散させて目立たなくさせることができる。
しかし、レンズ板10の傾きによって、各サブピクセルの色が斜め方向に連続して拡大される為、斜め方向の太い色縞が発生し、平面視画像の表示時においても品質の低下を招いていることが分かった。
この色縞の発生について、詳しく説明する。図4(b)は、図4(a)中の矢視線T1−T2の断面図である。主点・画面間距離dは、d=2fである。図4(b)において、レンズ41にはレンズ板10のレンズピッチに対応するサブピクセルであるサブピクセルB12、G12と、サブピクセルR12の一部が映し出される。但し、レンズ41に映し出されるサブピクセルB12、G12とサブピクセルG12の一部は、液晶パネル20における配列順序と入れ替わった順序で映し出される。更にレンズ42には、サブピクセルR21、G21と、サブピクセルB21の一部が、液晶パネル20における配列順序と入れ替わった順序で映し出される。
このように、レンズ板10の各レンズには当該レンズピッチに対応するサブピクセルが液晶パネル20のサブピクセルの配列順序を入れ替えた順序で映し出される。このため、サブピクセルR12の一部の隣には、サブピクセルB21の一部が映し出される。
図5は、液晶パネル20に表示された画像をレンズ板10を介して見た映像の一例を示す図である。図5中の矢視線T3−T4の断面図は、図4(b)に示した図に相当する。図中の線A1、A2及びA3は、液晶パネル20の上方に配置されたレンズ板10の各レンズの端部の位置を示した線である。
矢視線T3−T4近傍に着目すると、サブピクセルR12の一部はレンズ41によって映し出される。レンズ41によって映し出されなかったサブピクセルR12の他部(図4(b)のサブピクセルR12における範囲R12aの部分)は、レンズ42ではない隣のレンズ(不図示)によって映し出される。このようにサブピクセルR12の映像は、***して映し出されることとなる。
即ち、レンズ板10の端部の下方に位置するサブピクセルは、***して映し出される。つまり、図4(a)においては、線A1と重なり合うサブピクセルR11及びR12、線A2と重なり合うサブピクセルB11及びR22、線A3と重なり合うサブピクセルB21及びB22が***して映し出される。その結果、レンズ板10の端部において、同色のサブピクセルが連続して映し出されないという現象が発生する。
このように、液晶パネル20のサブピクセルの行方向に対して、レンズ板10のレンズピッチ方向を角度θ傾かせて配置することによって、モアレの発生を防止する場合、主点・画面間距離dを2fとすることによって、各レンズの端部の下方にあるサブピクセルがレンズの端部に沿って斜めに***して映し出されてしまう。そのために、平面視映像は全体として図6に示すような色縞を含んだ映像となり、その色縞の周期は、人間の眼の空間分解能で認識されるほど大きくなる。図6は、レンズ板10の全体に映し出された映像の一例を示す図であり、液晶パネル20の全てのサブピクセルが同等に発色した場合の映像を示す図である。
図6において、例えばT5とT6を結ぶ直線上や、T7とT8を結ぶ直線上に暗い色縞(Bのサブピクセルによる青色)が映し出されていることが分かる。更に、その間には明るい色縞(Gのサブピクセルによる緑色)が映し出されている。これらの色縞はレンズ板10全体に映し出される。このように、液晶パネル20のサブピクセルの列方向に対して、レンズ板10のレンズピッチ方向を角度θ傾かせて配置したことによって、レンズ板10に映し出された映像に人間の眼の空間分解能で認識可能な周期の色縞が発生するため、平面視映像の映像品質の低下を招いていた。
そこで、主点・画面間距離dを変化させることによって、レンズ板の各レンズの端部近傍に映し出されるサブピクセルの色が連続したものとなるようにする。つまり、レンズの端部において、隣り合うレンズに映し出されるサブピクセルの色が、互いに同色であり、同色となった部分の幅が一定となるような距離にレンズ板を配置する。図7は、上述した条件を満足するように、液晶パネル80上にレンズ板70を配置したときの断面図である。
以下、図7を参照して、レンズ板70の端部U2がサブピクセルB42とサブピクセルR51の境界の上方に位置する場合について説明する。αはレンズの中心から当該レンズの端部までの距離であり、レンズピッチの半分の長さに当たる。点S1Bは、図7において、レンズ72の中心から液晶パネル80に対して下した垂線と液晶パネル80の上面が交差した、サブピクセルG42上の点である。点Q2Bは、レンズ72に映し出される液晶パネル80の範囲の一端を示す点である。βは点S1Bと点Q2Bの間の距離である。点S1A、点Q2Aは、レンズ73に対して同様に対応する点である。
そして、点Q2BがサブピクセルB32とサブピクセルR42の境界に位置し、点Q2AがサブピクセルB51とサブピクセルR61の境界に位置するように、主点・画面間距離dが定められている。
このような状態において、レンズ72には、サブピクセルR51の一部と、サブピクセルB42、G42、R42が映し出される。但し、サブピクセルR51の一部と、サブピクセルB42、G42、R42は液晶パネル80における配列順序とは入れ替わった順序で映し出される。また、レンズ73には、サブピクセルB51、G51、R51と、サブピクセルB42の一部が、液晶パネル80における配列順序とは入れ替わった順序で映し出される。
ここで、点Q2BはサブピクセルB32とサブピクセルR42の境界、点Q2AはサブピクセルB51とサブピクセルR61の境界に位置するようにレンズ板70を配置したため、端部U2近傍のレンズ72側にはサブピクセルR42、端部U2近傍のレンズ73側にはサブピクセルB51が***することなく映し出される。
更に、レンズ71には、サブピクセルG42の一部と、サブピクセルR42、B32、G32と、サブピクセルR32の一部が、液晶パネル80における配列順序とは入れ替わった順序で映し出される。ここで、端部U1近傍のレンズ71側にはサブピクセルR32の一部が、端部U1近傍のレンズ72側にはサブピクセルR51の一部が映し出される。サブピクセルR32とサブピクセルR51は同じ色であり、レンズ板70上で映し出される合成幅は単独で映し出されるサブピクセル(例えば、図中のG32)によるものと等しい(なぜ等しいかについては[0078]段落で後述する。)
また、レンズ74には、サブピクセルB61の一部と、サブピクセルG61、R61、B51と、サブピクセルG51の一部が、液晶パネル80における配列順序とは入れ替わった順序で映し出される。ここで、端部U3近傍のレンズ74側にはサブピクセルB61の一部が、端部U3近傍のレンズ73側にはサブピクセルB42の一部が映し出される。サブピクセルB42とサブピクセルB61は同じ色であり、レンズ板70上で映し出される合成幅は単独で映し出されるサブピクセル(例えば、図中のG61)によるものと等しい。
図8は、液晶パネル80に表示された画像をレンズ板70を介して見た映像の一例を拡大して示す図である。概念的には図中の矢視線T9−T10の断面が、図7に示した図に相当する。また、線A4、A5及びA6は、レンズ71〜74の端部の位置を示した線である。矢視線T9−T10近傍に着目すると、液晶パネル80のサブピクセルの列方向に対して、レンズ板70のレンズピッチ方向を角度θ傾かせて配置したことによって、サブピクセルR32の一部とサブピクセルR51の一部が端部U1の近傍に映し出されている。しかし、サブピクセルR32とサブピクセルR51は同色(赤色)であるため、映し出されるサブピクセルは異なっても、赤色が連続して映し出されている。
また、サブピクセルB42の一部とサブピクセルB61の一部が、端部U3の近傍に映し出されている。しかし、サブピクセルB42とサブピクセルB61は同色(青色)であるため、映し出されるサブピクセルは異なっても、青色が連続して映し出されている。
図7のレンズ板70と液晶パネル80の位置関係が左右にずれても、同色のサブピクセルがレンズ板70上で映し出される合成幅と、単独のサブピクセルがレンズ板70上で映し出される幅は常に等しい。
なぜならば、図中矢印Y1の範囲の長さは、β+α+α+β=2(α+β)である。この場合、α+β=3s(s;図中のサブピクセルの幅)となるように点Q2Bを取っている(すなわち、主点・画面間距離dを定めている)ので矢印Y1の長さは「6s」となる。よって、r3+r5=sとなり、r3とr5によって映し出されるイメージの合成幅は他のサブピクセルによるものと等しくなる。また、矢印Y1の範囲が左右にずれてもr3+r5=sが保たれる。
このように、端部U2をサブピクセルB42とサブピクセルR51の境界上に位置するようにレンズ板70を配置し、点Q2B、即ち、レンズ72に映し出される液晶パネル80上のサブピクセル範囲の一端をサブピクセルB32とサブピクセルR42の境界に位置するように主点・画面間距離dを設定することによって、レンズ板70の各レンズの端部近傍において、サブピクセルの色を連続して映し出すことができる。画面全体として見れば、ギザギザでない直線状のストライプが、同じ幅で、斜めに並んだような画像とすることができる。
図9は、レンズ板70全体に映し出された映像の一例を示す図である。図6に示したレンズ板10に映し出された映像と比較すると、サブピクセルの色が連続して直線状に映し出され、色の境界のギザギザが消滅している。そして表示されるストライプ(色縞)の幅は、もとの液晶パネル80のストライプ(サブピクセル)の幅を“1”とすると、図7より(α/β)×cosθとなる。α<β、cosθ<1であることより、この値は“1”より小さいので、もとの液晶パネル80の状態と比較しても色縞が目立たないものとなっている。図6に示したレンズ板10に映し出された映像と、図9に示したレンズ板70に映し出された映像とでは、後者による映像の品質の方が高品位であることは明白である。
そこで、図7に示したように液晶パネル80上にレンズ板70を配置したときの、具体的な主点・画面間距離dを求める。図10は液晶パネル80と、レンズ板70との配置関係を説明するための平面図である。図中の線A4、A5及びA6は、レンズ71〜74の端部の位置を示した線である。また線C1及びC2は、レンズ72及び73の中心を示す線である。矢視線T11−T12の断面図は、図7に示した図に相当する。
そして、RGB3つのサブピクセルからなる1つのピクセルの列方向の長さ(1ピクセル分の画素幅;列方向の画素ピッチとも呼ばれる)をPとする。また、1ピクセル分の画素幅に対するサブピクセルの列方向に平行なレンズ板80の1マイクロレンズ分の幅の割合をLとする。即ち、マイクロレンズのサブピクセルの列方向に沿った幅はL×Pの長さとなる。
以下、端部U2がサブピクセルB42とサブピクセルR51の境界上に位置し、更に、点Q2B、即ち、レンズ72に映し出される液晶パネル80上のサブピクセル範囲の一端を示す点はサブピクセルB32とサブピクセルR42の境界に位置するようにレンズ板70を配置した場合を例に説明する。
このとき、αとβを合わせた距離をγとすると、
となる。また、マイクロレンズのサブピクセルの列方向に沿った幅はL×Pであるため、レンズピッチはLPcosθである。従って、
となる。
また、図7より
であり、
と求められる。
式(3)に式(1)及び(2)を代入すると、
となる。
ここで、各サブピクセルの列方向の長さを“1”とすると、サブピクセルR41、G41及びB41を合わせた3つ分のサブピクセル(1ピクセル)の列方向の長さは“3”である。更に、サブピクセルの列方向に沿った各レンズ(L×P)の幅はサブピクセル2.5個分である。従って、
となり、このLの値とθ=9.5°を式(4)に代入すると、
となる。従って、主点・画面間距離dを、焦点距離fの2.47倍とすることで、図9に示すような色縞のない映像をレンズ板70に映し出すことができる。
以上の説明では、点Q2B、即ち、レンズ72に映し出される液晶パネル80上のサブピクセル範囲の一端を示す点を、サブピクセルB32とサブピクセルR42の境界上に位置するようにレンズ板70を配置することとして説明した。
次に、図11(a)に示すように、レンズ92に映し出される液晶パネル80のサブピクセル範囲の一端を示す点がサブピクセルG42の中央付近に位置するように主点・画面間距離dを設定した場合を説明する。図11(a)はこのときの液晶パネル80及びレンズ板90の断面図の一例を示した図である。
図11(a)において、レンズ91にはサブピクセルB32の一部が映し出される。レンズ92には、サブピクセルB42の一部及びサブピクセルG42の一部が映し出される。但し、サブピクセルB42の一部及びサブピクセルG42の一部が液晶パネル80における配列順序とは入れ替わった順序で映し出される。また、レンズ93には、サブピクセルG51の一部及びサブピクセルR51の一部が、液晶パネル80における配列順序とは入れ替わった順序で映し出される。そしてレンズ94にはサブピクセルR61の一部が映し出される。
同図によると、サブピクセルB32とサブピクセルB42が端部U4を隔てて連続して映し出されている。同様に、サブピクセルG42とサブピクセルG51、サブピクセルR51とサブピクセルR61が、それぞれ端部U5、U6を隔てて連続して映し出されている。このように、レンズ板90の各端部において同色のサブピクセルが連続して映し出され、それらのサブピクセルの合成幅は常に等しい。
この理由を、映し出される連続した同色の領域が、2つの別のサブピクセルからなる場合(これを「2領域」の場合と言う。)と、3つの別のサブピクセルからなる場合(これを「3領域」の場合と言う。)とに分けて説明する。
「2領域」の場合、図11(a)の矢印Y2の範囲の長さは、β+α+α+β=2(α+β)である。この場合、α+β=1.5s(s;図中のサブピクセルの幅)となるように点Q1Bを取っている(すなわち、主点・画面間距離dを定めている)ので矢印Y2の長さは「3s」となる。よって、g4+g5=sとなる。また、矢印Y2の範囲が左右にずれてもg4+g5=sが保たれる。
また「3領域」の場合、図21(図11(a)と同じ断面の図)に示すように、矢印Y3の範囲の長さは3sなのでb2=b2’となる。同様に図22における矢印Y4の範囲の長さは、b4=b4’となる。よって図23に示すように、b2+b3+b4=b2’+b4+b4’=sとなる。また、矢印Y3,Y4の範囲が左右にずれてもb2+b3+b4=sが保たれる。以上により、2領域の場合も3領域の場合もともに、映し出される元の領域の合計幅がsとなるので、映し出された先のイメージの合成幅は、常に等しくなる。
図12は、図11(a)の状態において、液晶パネル80に表示された画像をレンズ板90を介して見た映像の一例を示す図である。概念的には、図12中の矢視線T15−T16の断面が、図11(a)に示した図に相当する。また、線A7、A8及びA9は、レンズ91〜94の端部の位置を示した線である。
同図によれば、レンズ91〜94の端部において、サブピクセルの色が連続して映し出されていることが分かる。従って、各レンズの端部を隔てて、サブピクセルの色が不連続に映し出されることがなく、図13に示すように、レンズ板90には液晶パネル80におけるサブピクセルの配列に応じて、各色のサブピクセルが直線状に映し出される。
そこで、図11(a)に示したように液晶パネル80上にレンズ板90を配置したときの、主点・画面間距離dを求める。図11(b)は液晶パネル80と、レンズ板90との配置関係を説明するための平面図である。図中の線A7、A8及びA9は、レンズ91〜94の端部の位置を示した線である。また線C3及びC4は、レンズ92及び93の中心を示す線である。矢視線T13−T14の断面図は、図11(a)に示した図に相当する。
このとき、αとβを合わせた距離をγとすると、
となる。
また、αは、
となり、α,βとd,fとの関係は
となる。
式(3)に式(5)及び(2)を代入すると、
となる。
ここで、L=5/6、θ=9.5°を式(6)に代入すると、
となる。従って、主点・画面間距離dを焦点距離fの1.23倍とすることで、図13に示すように、図6に比べて色の境界のギザギザの無い映像をレンズ板90に映し出すことができる。但し、この場合、色の境界のギザギザは無くなるが、表示されるストライプ(色縞)の幅が、もとの液晶パネルのRGBストライプ(サブピクセル)の幅よりも大きいため、人間の眼に認識され易くなる。その結果、上述の主点・画面間距離d=2.47fの場合に比べて色縞が認識され易くなる。
以上、点Q2B、即ち、レンズ72に映し出される液晶パネル80上のサブピクセル範囲の一端を示す点を、サブピクセルB32とサブピクセルR42の境界上に位置するようにレンズ板70を配置した場合と、点Q1B、即ち、レンズ92に映し出される液晶パネル80上のサブピクセル範囲の一端を示す点を、サブピクセルG42の中央に位置するようにレンズ板90を配置した場合の主点・画面間距離dについて説明した。結果として、式(4)及び(6)が主点・画面間距離dの式として導出された。
同様に、例えば、図7のレンズ72に映し出される液晶パネル80上のサブピクセル範囲の一端がサブピクセルG32の中央に位置する場合の主点・画面間距離dを求める式、更にサブピクセルR32とサブピクセルR32に隣接するサブピクセルの境界上に位置する場合の主点・画面間距離dを求める式を導出していくと、主点・画面間距離dの一般式は、
となる。但し、nは1以上の整数である。
即ち、式(7)においてn=1としたときの主点・画面間距離d=1.23fの位置にレンズ板を配置した場合の液晶パネルとレンズ板の位置関係を示した図が図11(a)であり、レンズ板には図13に示した映像が映し出される。また、式(7)においてn=2としたときの主点・画面間距離d=2.47fの位置にレンズ板を配置した場合の液晶パネルとレンズ板の位置関係を示した図が図7であり、レンズ板には図9に示した映像が映し出される。
このように、液晶パネルのサブピクセルの列方向に対して、レンズ板のレンズピッチ方向を角度θ傾かせて配置する場合、式(7)に従って主点・画面間距離dを設定することによって、レンズ板に映し出される平面視映像における色の境界のギザギザを無くすことができる。
尚、主点・画面間距離dは、厳密に式(7)によって求められる位置に限定されるものではなく、実際の適用に際しては、該式によって特定される位置の場合と同じ作用・効果を奏すると認められる範囲内において、その位置の近傍としても良いのは勿論である。
ここで、主点・画面間距離dが式(7)によって特定される位置から少しずれたとき、粗い縞模様を低減できる効果がどのように低下するかについて述べる。例えば、図24〜図26は、それぞれ主点・画面間距離d=2.47f及びその近傍であるd=2.27f,d=2.67fの各条件における(a)レンズ板が映す原画像と(b)該原画像のR成分について2次元フーリエ変換したパワースペクトルとを示す図である(原画像はR,G,B成分が並進対称的な画像なのでG,B成分についても同様のパワースペクトルとなる。)。図24〜図26に示すように、式(7)による主点・画面間距離d=2.47fの値から主点・画面間距離dが若干大きく或いは小さくなるように離れると、低周波成分が増すことが分かる。すなわち、人間の眼に認識され易い粗い縞模様が目立ち始めていると言える。よって、この低周波成分、すなわち粗い縞模様が、人間の眼に気にならないと認められる範囲内であれば、式(7)によって特定される位置の近傍に主点・画面間距離dを設定しても良い。
例えば、図27及び図28は、それぞれ、主点・画面間距離d=2.47fから焦点距離fに対し±10%ずつ前後にずらした場合、すなわち、図27がd=2.37f、図28がd=2.57fとした場合の、(a)レンズ板が映す原画増と(b)該原画像のR成分について2次元フーリエ変換したパワースペクトルとを示す図である。それぞれ、d=2.27f、d=2.67fの場合よりも、低周波成分が少なく、粗い縞模様が目立ちにくくなっていることが認められる。この範囲であれば、主点・画面間距離dが2.47fの場合とほぼ同程度の効果が認められるといえる。
この範囲を一般式で表すと以下の式(8)となる。
nf/(Lcos2θ)−0.1f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.1f
・・・(8)
また、図29及び図30は、それぞれ、主点・画面間距離d=2.47fから焦点距離fに対し±5%ずつ前後にずらした場合、すなわち、図29がd=2.42f、図30がd=2.52fとした場合の、(a)レンズ板が映す原画増と(b)該原画像のR成分について2次元フーリエ変換したパワースペクトルとを示す図である。それぞれ、d=2.37f、d=2.57fの場合よりも、さらに低周波成分が少なく、粗い縞模様が目立ちにくくなっていることが認められる。この範囲であれば、主点・画面間距離dが2.47fの場合と同程度の効果が認められるといえる。
この範囲を一般式で表すと以下の式(9)となる。
nf/(Lcos2θ)−0.05f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.05f
・・・(9)
更には、画質を好みに合わせて調節する観点からすると、あえて式(7)に従って規定される値よりも大きい距離、或いは小さい距離を、主点・画面間距離dとして採用しても良い。例えば、該式によって規定される値よりも小さい距離を主点・画面間距離dとすることにより、画像のコントラストを上がる方向に調節することができる。これは特に、d>2fの場合に効果的である。また、該式によって規定される値より大きい距離を主点・画面間距離dとすることにより、d<2fの場合には画像の解像度を上げることができ、d>2fの場合には画像のコントラストが低下することを利用してソフトな画面とすることができる。
図14及び15は、液晶パネルに文字「遊」を表示させた場合にレンズ板に映し出される映像を示した図である。図14(a)は主点・画面間距離d=1.23fの場合、図14(b)は主点・画面間距離d=2fの場合である。また、図15(a)は主点・画面間距離d=2.47fの場合、図15(b)はn=3としたときの式(7)の値である主点・画面間距離d=3.70fの場合の画像である。
図14及び15にそれぞれ示した映像を比較すると、主点・画面間距離d=2fのときは、色の境界のギザギザが発生するために、レンズ板に映し出される映像に人間の眼の空間分解能で捕らえることのできる色縞が、(画面左上から右下に向かって)斜め直線状に発生している。これに対し、主点・画面間距離dを1.23f、2.47f、3.70fとすることによって色の境界のギザギザが消滅し、人間の眼では捕らえにくいより細い色縞とし、表示品質を高めることができる。
しかしながら、主点・画面間距離d=1.23f(図14(a))、2.47f、3.70fとした映像のうち、d=1.23fは、立体視映像表示時の画質(d=f)に近づくため、1つのレンズに映し出されるサブピクセルの数が減少し、d=2.47fの場合に比べてコントラストが高くなる反面、解像度が低下している。その結果、映し出されるRGBのストライプの幅が、人間の眼で認識されるため、色縞の目立った画像となってしまう。d=2.47f,d=3.70fでは、映し出されるRGBのストライプの幅が、液晶本来のRGBのストライプの幅より細いので、人間の眼では認識されにくく、色縞の目立たない画像とすることができる。しかしながら、d=3.70f(図15(b))の場合は、1つのレンズに映し出されるサブピクセルの数が必要以上に多くなって冗長性が生じ、d=2.47fの場合に比べてコントラストが低下し、結果として表示品位が低下してしまう。従って、d=2.47f(図15(a))が最適な主点・画面間距離と言える。
つまり、平面視画像表示時は式(7)より導出された主点・画面間距離dが2fに直近の値となる位置にレンズ板を移動させることによって(上述の説明では、主点・画面間距離dを2.47fとすることによって)、レンズ板を介して液晶パネルのほぼ全ての画素を観察者に認識させることができる。つまり、液晶パネルに表示された画像の解像度を低減させることなく、レンズ板に映し出すことができる。
以上より、液晶パネルのサブピクセルの列方向に対して、レンズ板のレンズピッチ方向を角度θ傾かせて配置する場合、主点・画面間距離dを2fに最も近い値に設定することにより、平面視画像表示時において発生する色縞を防ぎ、平面視映像の品質を低下させることなく画像を表示させることができる。
また、式d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)を満たすdのうち、
2fを超えずに2fに最も近いものと、2fを超えて2fに最も近いものの画質を比較し、表示したい画像の特性や、解像度とコントラストのどちらを優先するか等に応じて、適切な方を設定しても良い。すなわち、表示したい画像の特性によっては、主点・画面間距離dは2fに直近の値ではなく、直近の値の次の値としても良い。
具体的には、上述の場合、主点・画面間距離dは2fに直近の値であるd=2.47fに限らず、コントラストを優先させて平面視画像を表示させたい場合には、2fより小さく且つ2fに直近の値であるd=1.23fを設定し、解像度を高めて階調を滑らかに表示させたい場合には、2fより大きく且つ2fに直近の値であるd=2.47fとする。(この場合は、d=2.47fの方が、d=1.23fよりも2fに近いが、仮にd=1.23fの方が2fにより近くとも、「2fより大きい」という点を優先して、d=2.47fを採用する)。
更に、dの値として、「2fより大きく2fに直近の値」よりも、さらに大きな値を採用した方が良い場合も考えられる。例えば、LCD本来のRGBのストライプの幅がもともと人間の眼に識別可能なほど大きい場合には、レンチキュラレンズ非装着の場合でも、色縞が目立つ映像となる。このようなLCDにレンチキュラレンズを装着した立体視ディスプレイの場合、平面視映像表示次のdの値を式(7)に従って大きくしていけば、コントラストは犠牲になるが、RGBのストライプの幅を狭くすることができ、結果として色縞を目立たなくすることができる。
尚、液晶パネルにおける平面視画像と立体視画面との表示切り換えと同時に主点・画面間距離dを切り換えるが、その切り換え方法は、液晶パネルのサブピクセルの列方向に対するレンズ板のレンズピッチ方向の角度θが主点・画面間距離dの切り換え前後で変わらないのであれば、如何なる方法であっても構わない。
主点・画面間距離dを切り換える方法として、例えば、液晶パネルの上面に対して垂直方向(例えば、図7における上方向)にレンズ板が移動することにより、主点・画面間距離dを切り換える方法がある。また、液晶パネルとレンズ板が対向している面同士が平行状態と角度θを共に保持しながら、液晶パネルとレンズ板の間の距離を可変させてもよい。このような主点・画面間距離dの切り換え方法は、モータや歯車、カム等を用いて実現可能である。
続いて、以下に本実施形態の立体視映像表示装置を小型電子機器に適用した一例を説明する。図16は小型電子機器501の一例を示す外観図である。同図によれば、小型電子機器501の筐体540には、少なくとも表示画面510と、利用者が操作入力を行う為の複数の入力キー群520とが設置されている。即ち、利用者は入力キー群520に含まれる何れかのキーを押下して、所定の指示を入力すると共に、表示画面510に表示される画像を見ることとなる。また、小型電子機器501は、平面視画像と立体視画像との切り換えをユーザが入力する為の切換キー530を備える。
表示画面510は、上記で説明した主点・画面間距離dに相当するレンズ板・液晶パネル間距離を変更するための切換機構を有する立体視映像表示装置100により構成される。更にレンズ板の上面と平行に保護ガラスが配置される。ユーザは、保護ガラス及びレンズ板を介して液晶パネルに表示される画像を見ることとなる。
尚、立体視映像表示装置100は、小型電子機器501の駆動系から動力を得て、レンズ板・液晶パネル間距離を変更させて立体視と平面視とを切り換え、また、小型電子機器501の制御系から入力される画像データに基づいて、液晶パネルに画像を表示させる。
即ち、小型電子機器501は、ユーザにより切換キー530が押下されると、駆動系により立体視映像表示装置100の切換機構を駆動させて立体視/平面視を切り換え、更にその切り換えに伴って画像データを立体視用から平面視用へと切り換えて、或いは平面視用から立体視用へと切り換えて液晶パネルに表示させる。
図17は、図16に示す小型電子機器501のハードウェア構成の一例を示す図である。図17によれば、小型電子機器501は、CPU600、RAM610、ROM620、情報記憶媒体630、入力装置640、画像生成IC650及び駆動装置660がシステムバス670により相互にデータ入出力可能に接続されている。なお、画像生成IC650には立体視映像表示装置100が接続されている。
CPU600は、ROM620或いは情報記憶媒体630に格納されるプログラムやデータ等に従って、装置全体の制御や各種データ処理、後述する切換処理等を行う。RAM610は、CPU600の作業領域として用いられる記憶手段であり、例えば、入力装置640から入力された情報や、CPU600による演算結果、CPU600が情報記憶媒体630から読み出したプログラムやデータ、等を一時的に記憶する。また、RAM610にはCPU600により作成された画像情報が記憶される。
尚、ROM620には、小型電子機器501を起動させたり動作させたりするために必要な情報(例えば、初期化情報やシステムバス670を介して接続される装置間のデータ転送を制御する為の情報等;システムプログラム)が記憶される。また、情報記憶媒体630には、立体視映像表示装置100に表示するための各種画像データや、CPU600が駆動装置660を制御する為の情報(プログラムデータ)、画像生成IC650に画像データを生成させる指示を出力する為の情報、画像生成ICが平面視画像用・立体視画像用の画像データを生成するための情報等が記憶されている。尚、情報記憶媒体630は、ICカード、メモリ、ハードディスク等のハードウェアにより実現できる。
入力装置640は、図16に示す入力キー群520及び切換キー530を含み、ユーザによる押下入力を検出して、押下されたキーに付された識別信号をCPU600に出力する為の装置である。
画像生成IC650は、RAM610やROM620、情報記憶媒体630等に記憶される画像情報に基づいて、立体視映像表示装置100に出力するための画像データを生成する集積回路である。立体視映像表示装置100は、画像生成IC650から入力される画像データに基づいて、液晶パネルの各サブピクセルの出力を制御する。また、駆動装置660は、CPU600から入力される指示に従って、レンズ板・液晶パネル間距離を変化させる装置である。例えば、モータや歯車等から構成される。
次に、小型電子機器501の動作について説明する。図18は、小型電子機器501による切換処理を説明する為のフローチャートである。
まずCPU600は、入力装置640から入力される信号を判定する(ステップA1)。即ち、切換キー530が押されたか否かを判定する。
ステップA1にて、平面視画像を表示すると判定した場合(ステップA1:平面視)、CPU600は駆動装置660に対して平面視を実現する指示を出力する。駆動装置660は、CPU600から平面視画像を表示する指示が入力されると、レンズ板・液晶パネル間距離を平面視用の距離にする(ステップA2)。即ち、レンズ板と液晶パネルの間の距離が例えばd=2.47fとなるように駆動装置660が作動する。
また、CPU600は、画像生成IC650に対して、平面視画像用の画像データを生成する指示を与える。画像生成IC650は、CPU600から入力される指示に従って、平面視画像用の画像データを生成して立体視映像表示装置100に出力して表示させる(ステップA3)。ここで、平面視画像用の画像データとは、一般的なビデオ画像のような視差のない平面視映像を実現する為のデータである。
一方、ステップA1にて立体視画像を表示する判定を行った場合には(ステップA1:立体視)、CPU600は駆動装置660に対して立体視を実現する指示を出力する。駆動装置660は、CPU600から立体視画像を表示する指示が入力されると、レンズ板・液晶パネル間距離を立体視用の距離にする(ステップA4)。即ち、レンズ板と液晶パネルの間の距離が例えばd=fとなるように、駆動装置660が作動する。
またCPU600は、画像生成IC650に対して立体視画像用の画像データを生成する指示を出力する。画像生成IC650は、CPU600から入力される指示に従って、立体視画像用の画像データを生成し、立体視映像表示装置100に出力して表示させる(ステップA5)。
ここで、立体視画像用の画像データとは、液晶パネルの各サブピクセルとレンズ板の各レンズとの位置関係に基づいて、各指向方向に対する画像をサブピクセル単位で合成したものである。即ち、画像生成IC650は、各指向方向に対応する画像の情報を各サブピクセルに表示させるための画像データを生成して、立体視映像表示装置100に出力する。立体視映像表示装置100は、画像生成IC650から入力される画像データに基づいて液晶パネルに画像を表示させる。
ステップA3或いはステップA5にて画像を立体視映像表示装置100(即ち、液晶パネル)に表示させると、CPU600は画像の表示を終了するか否かを判定する(ステップA6)。このとき、例えば、入力装置640から画像表示を変更する指示が入力された場合は、ステップA1に戻って処理を繰り返す。一方、入力装置640から画像の表示を終了する指示、即ち、電源を切る指示等が入力された場合には、本処理を終了する。
このように、ユーザの入力に応答して平面視画像と立体視画像とを自動的に切り換えることによって、立体視映像表示装置の利便性が向上すると共に、多彩な態様による画像表示が可能となる。尚、立体視映像表示装置を有する電子機器としては、図16に示したような小型電子機器に限らず、カーナビゲーションシステムの画面、テレビジョン装置、家庭用・業務用ゲーム装置、携帯型ゲーム装置、パチンコ機やパチスロ機の表示部分、携帯電話機、電子手帳、PDA、デジタルカメラ、電子計算機、電子辞典、家電等のディスプレイ部分等が考えられ、本発明の適用については、何れの装置に対しても適用可能である。
例えば、図16及び図17に示す小型電子機器501をゲーム装置として用いた場合には、平面視画像と立体視画像とがステージ毎に切り換わるようにゲームを構成してもよい。
このような場合には、CPU600はゲームステージが切り換わる毎に、平面視画像か或いは立体視画像かを判定する。平面視映像を実現する場合には、駆動装置600に対してレンズ板・液晶パネル間距離を平面視用の距離とする指示を与える。一方、立体視映像を実現する場合には、駆動装置600に対してレンズ板・液晶パネル間距離を立体視用の距離とする指示を与える。このように、ユーザの入力によらず、画像データやプログラム等に付されたコードや、所与のプログラムに基づく処理状態に応じて、レンズ板・液晶パネル間距離を変更させてもよい。
なお、以上説明した立体視映像表示装置を、図16に示したような小型電子機器501に適用するだけでなく、それ自体を独立して用いてよいことは勿論である。例えば、パーソナルコンピュータや家庭用ゲーム装置等に接続されるディスプレイ、及びDVDプレーヤ等のビデオ再生機器やビデオカメラ等に接続される映像表示装置として用いてもよい。この場合において、レンズ板を平行移動させるための駆動装置を立体視映像表示装置の本体に内蔵させ、ユーザの入力やコンピュータ等からの入力信号に応答して平行移動させるようにしてもよい。
図19は、切換機構の駆動装置を内蔵した立体視映像表示装置700の一例を示す正面図である。同図によれば、立体視映像表示装置700は、表示画面710、外枠720、切換ボタン730及び台座740を備える。切換ボタン730は外枠720上に設けられ、ユーザが切換ボタン730を押下すると、内蔵された駆動装置によって切換機構を駆動させて、レンズ板・液晶パネル間距離を変更させる構成になっている。
また、図19に示す立体視映像表示装置700は、電源と接続する為の電源コネクタ(不図示)を有し、ケーブル750によって電源と接続される。即ち、立体視映像表示装置700は、ケーブル750を介して電源から供給される電力によって作動する。
また立体視映像表示装置700は、PC等の外部機器と接続する為のコネクタ(不図示)を有し、ケーブル760によって外部機器と接続される。即ち、立体視映像表示装置700は、ケーブル760を介して外部機器から入力される画像データを液晶パネルに表示させる。また、立体視映像表示装置700は、切換ボタン730が押下された旨の信号を外部機器に出力する為、或いは駆動装置840を作動させる旨の信号を外部機器から受信する為のケーブル770を有する。
図20は、図19に示す立体視映像表示装置700のハードウェア構成の一例を示す図である。同図によれば、立体視映像表示装置700は、レンズ板802と液晶パネル804とを備える表示部800と、液晶パネル804の表示を制御する表示制御装置810と、外部装置と接続される画像入力I/O820と、レンズ板・液晶パネル間距離を切り換える為の切換機構830と、切換機構830を駆動させる為の駆動装置840と、駆動装置840を制御する為の作動制御装置850と、外部装置と接続される制御I/O860と、切換ボタン730と、を有する。
表示制御装置810は、画像入力I/O820を介して外部機器から入力される画像データに基づいて、液晶パネル804の表示を制御する。また、駆動装置840は、作動制御装置850から入力される指示に従って切換機構830を駆動させる装置であり、例えばモータや歯車等によって実現される。
作動制御装置850は、駆動装置840の作動を制御する装置である。駆動装置840がモータや歯車等で構成されている場合、作動制御装置850は駆動装置840に対してモータや歯車の回転量や回転方向を指示する。
また、作動制御装置850は、切換ボタン730から入力される信号に応答して駆動装置840を作動させると共に、立体視映像表示装置700が平面視画像の表示状態なのか、立体視画像の表示状態なのかを外部装置に通知するための通知信号を生成して出力する。
より詳細には、作動制御装置850は、駆動装置840の作動状態に基づく通知信号を生成して制御I/O860を介して外部機器に出力する。例えば、切換機構をモータにより駆動させる場合には、モータの回転量や回転有無に応じた通知信号を生成する。このように、レンズ板・液晶パネル間距離に応じて、即ち駆動装置840の作動状態に応じて、画像の種類(平面視画像/立体視画像)を変更させる指示を外部装置に出力する。
また、立体視映像表示装置700は、切換ボタン730の入力に応答して平面視画像と立体視画像の表示状態とを切り換えるだけでなく、接続される外部機器から入力される指示に応じて平面視画像と立体視画像とを切り換える。即ち、作動制御装置850は、制御I/O860を介して接続される外部機器から入力される信号に応答して駆動装置840を作動させる。このような構成によれば、外部装置から入力される指示に応じて駆動装置840を作動させ、平面視画像と立体視画像とを切り換えることが可能となる。
ところで、図19に示す立体視映像表示装置700に接続されて画像データを出力する電子機器(即ち、外部機器)は、図17に示した小型電子機器501のハードウェア構成と同様に、少なくともCPUと、RAMと、ROMと、情報記憶媒体と、入力装置と、画像生成ICと、立体視映像表示装置700を接続する為のコネクタと、を備える。画像生成ICは、CPUから入力される指示に従って画像データを生成し、コネクタを介して立体視映像表示装置700に出力する。
但し、画像データを生成する際、電子機器は立体視映像表示装置700から入力される通知信号に応答して平面視画像用と立体視画像用とを切り換えて画像データを生成する。即ち、CPUは立体視映像表示装置700から入力される通知信号に基づいて平面視画像か立体視画像かを判定し、その判定結果に基づく画像データを画像生成ICに生成させる。
また、立体視映像表示装置700に接続される電子機器は、画像データを送信する際に立体視映像表示装置700に対してレンズ板・液晶パネル間距離を切り換えるか否かを指示する指示信号を出力する構成にしてもよい。レンズ板・液晶パネル間距離の切り換えを指示する指示信号を出力する方法としては、ユーザ入力に応答して行ってもよいし、ROMや情報記憶媒体に格納されるデータやプログラムに基づいて行ってもよい。或いは、所与のプログラム及び入力装置から入力される信号に基づく処理結果に応じて行ってもよい。
尚、立体視映像表示装置700に接続される電子機器は、画像データを立体視映像表示装置700に対して出力するためだけの動作を実行する装置であってよい。例えば、平面視画像用の画像データと立体視画像用の画像データとの2種類の画像データを有し、立体視映像表示装置700から入力される信号に応答して出力する画像データの種類を切り換える構成であってもよい。
平面視画像(2D画像)表示時の表示パネルとレンズ板との距離dとして、以上のどれを採用するかについては、表示させたい映像の内容や、利用目的に応じて適切なものを選択すれば良い。
2眼式の立体視映像表示装置の表示面に対する垂直断面図。 レンズ板を見る位置と見えるサブピクセルの違いについて説明するための図。 2眼式の立体視映像表示装置を右目で見たときの画像を説明するための図。 液晶パネルの平面図と、液晶パネルの上方にレンズ板を配置した時の断面図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 液晶パネルの上方にレンズ板を配置した時の断面図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 液晶パネルの平面図。 液晶パネルの上方にレンズ板を配置した時の断面図と、液晶パネルの平面図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 液晶パネルに表示された画像をレンズ板が映し出した映像の一例を示す図。 小型電子機器の筐体の一例を示す外観図。 小型電子機器のハードウェア構成の一例を示す図。 小型電子機器による切換処理を説明する為のフローチャート。 レンズ板を移動させるための駆動装置を内蔵した立体視映像表示装置の一例を示す正面図。 図19に示す立体視映像表示装置のハードウェア構成の一例を示す図。 同色のサブピクセルが連続して映し出される際に、サブピクセルの合成幅が等しくなる理由を説明するための断面図(その1)。 同色のサブピクセルが連続して映し出される際に、サブピクセルの合成幅が等しくなる理由を説明するための断面図(その2)。 同色のサブピクセルが連続して映し出される際に、サブピクセルの合成幅が等しくなる理由を説明するための断面図(その3)。 主点・画面間距離d=2.47fにおける(a)レンズ板が映す原画像と(b)そのパワースペクトルとを示す図。 主点・画面間距離d=2.27fにおける(a)レンズ板が映す原画像と(b)そのパワースペクトルとを示す図。 主点・画面間距離d=2.67fにおける(a)レンズ板が映す原画像と(b)そのパワースペクトルとを示す図。 主点・画面間距離d=2.37fにおける(a)レンズ板が映す原画像と(b)そのパワースペクトルとを示す図。 主点・画面間距離d=2.57fにおける(a)レンズ板が映す原画像と(b)そのパワースペクトルとを示す図。 主点・画面間距離d=2.42fにおける(a)レンズ板が映す原画像と(b)そのパワースペクトルとを示す図。 主点・画面間距離d=2.52fにおける(a)レンズ板が映す原画像と(b)そのパワースペクトルとを示す図。
符号の説明
10、70、90 レンズ板
20、80 液晶パネル
12 バックライト
100 立体視映像表示装置
501 小型電子機器
510 表示画面
520 入力キー群
530 切換キー
540 筐体
600 CPU
610 RAM
620 ROM
630 情報記憶媒体
640 入力装置
650 画像生成IC
660 駆動装置
670 システムバス

Claims (13)

  1. 行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネルと、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板と、立体視表示用の第1位置及び平面視表示用の第2位置の少なくとも2つの位置に前記レンズ板を移動させることにより前記表示パネルと前記レンズ板との距離を変更する距離変更手段とを備えた立体視映像表示装置であって、
    前記第2位置は、前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のマイクロレンズの主点との距離dが、
    d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)
    の位置であることを特徴とする立体視映像表示装置。
  2. 行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネルと、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板と、立体視表示用の第1位置及び平面視表示用の第2位置の少なくとも2つの位置に前記レンズ板を移動させることにより前記表示パネルと前記レンズ板との距離を変更する距離変更手段とを備えた立体視映像表示装置であって、
    前記第2位置は、前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のマイクロレンズの主点との距離dが、
    nf/(Lcos2θ)−0.05f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.05f
    (nは1以上の任意の整数)
    の位置であることを特徴とする立体視映像表示装置。
  3. 行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネルと、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板と、立体視表示用の第1位置及び平面視表示用の第2位置の少なくとも2つの位置に前記レンズ板を移動させることにより前記表示パネルと前記レンズ板との距離を変更する距離変更手段とを備えた立体視映像表示装置であって、
    前記第2位置は、前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のマイクロレンズの主点との距離dが、
    nf/(Lcos2θ)−0.1f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.1f
    (nは1以上の任意の整数)
    の位置であることを特徴とする立体視映像表示装置。
  4. 請求項1〜3の何れか一項に記載の立体視映像表示装置であって、
    前記第2位置は、dが2fに直近の値となる位置であることを特徴とする立体視映像表示装置。
  5. 請求項1〜3の何れか一項に記載の発明であって、
    前記第2位置は、dが2fより小さい値で、且つ2fに直近の値となる位置であることを特徴とする立体視映像表示装置。
  6. 請求項1〜3の何れか一項に記載の発明であって、
    前記第2位置は、dが2fより大きい値で、且つ2fに直近の値となる位置であることを特徴とする立体視映像表示装置。
  7. 請求項1〜6の何れか一項に記載の立体視映像表示装置であって、
    外部入力される駆動信号に応じて前記距離変更手段を駆動させる駆動手段を更に備えることを特徴とする立体視映像表示装置。
  8. 請求項1〜6の何れか一項に記載の立体視映像表示装置であって、
    前記距離変更手段の作動状態に応じた通知信号を外部装置に対して出力する出力手段と、
    を備えることを特徴とする立体視映像表示装置。
  9. 請求項7に記載の立体視映像表示装置と、
    立体視用画像情報と平面視用画像情報とを切り換えて、前記立体視映像表示装置に出力する画像制御手段と、
    前記画像制御手段の出力画像の切り換えに連動して前記駆動手段を駆動させる駆動信号を出力する指示出力手段と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
  10. 請求項8に記載の立体視映像表示装置に接続される電子機器であって、
    前記出力手段から出力される通知信号に応じて、立体視画像情報と平面視画像情報とを切り換えて生成して、前記立体視映像表示装置に出力する画像制御手段を備えることを特徴とする電子機器。
  11. 行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネルと、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板とを備えた立体視映像表示装置における平面視表示方法であって、
    前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のレンズの主点との距離dが、
    d=nf/(Lcos2θ)(nは1以上の任意の整数)
    の位置に前記レンズ板を移動させることにより平面視表示を行う立体視映像表示装置における平面視表示方法。
  12. 行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネルと、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板とを備えた立体視映像表示装置における平面視表示方法であって、
    前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のレンズの主点との距離dが、
    nf/(Lcos2θ)−0.05f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.05f
    (nは1以上の任意の整数)
    の位置に前記レンズ板を移動させることにより平面視表示を行う立体視映像表示装置における平面視表示方法。
  13. 行方向及び列方向に所定の順番でサブピクセルが配列された表示パネルと、レンズピッチ方向が前記表示パネルの列方向に対して斜めに配設されたレンチキュラレンズのレンズ板とを備えた立体視映像表示装置における平面視表示方法であって、
    前記表示パネルの1ピクセル分の画素幅に対する前記表示パネルの列方向に沿った前記レンズ板の1マイクロレンズ分のレンズ幅の割合をL、前記表示パネルの列方向に対する前記レンズ板のレンズピッチ方向の角度をθ、前記レンズ板における各マイクロレンズの焦点距離をf、としたとき、前記表示パネルの表示面と前記レンズ板のレンズの主点との距離dが、
    nf/(Lcos2θ)−0.1f≦d≦nf/(Lcos2θ)+0.1f
    (nは1以上の任意の整数)
    の位置に前記レンズ板を移動させることにより平面視表示を行う立体視映像表示装置における平面視表示方法。
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