JPWO2013038545A1 - 立体画像表示装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

立体画像表示装置は、表示素子と、光学素子と、取得手段と、導出手段と、印可手段と、を備える。表示素子は、複数の画素がマトリクス状に配列された表示面を有する。光学素子は、印加電圧に応じて屈折率分布が変化する。取得手段は、基準位置を取得する。導出手段は、前記表示素子に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が前記基準位置に設定されるように、前記光学素子の面方向の第１屈折率分布を導出する。印加手段は、前記第１屈折率分布に応じた電圧を前記光学素子に印加する。

Description

本発明の実施形態は、立体画像表示装置、及び方法に関する。

立体画像表示装置では、視聴者は特殊なメガネを使用せずに裸眼で立体画像を観察することができる。このような立体画像表示装置は、視点の異なる複数の画像を表示し、これらの光線を、光学素子によって制御する。制御された光線は、視聴者の両眼に導かれるが、視聴者の観察位置が適切であれば、視聴者は立体画像を認識できる。この光線素子として、パララックスバリアやレンチキュラレンズを用いたものが知られている。

しかし、光学素子としてパララックスバリアやレンチキュラレンズを用いる方式では、立体画像の解像度の低さや、平面（２Ｄ）画像の表示品質が低下する場合がある。そこで、この光学素子として、液晶光学素子や複屈折素子を用いた技術が知られている。

例えば、特許文献１には、液晶ディスプレイ等の平面表示装置上に、基板、複屈折率物質、及びレンズアレイをこの順に載置した構成が開示されている。そして、特許文献１では、複屈折性物質の長軸方向である最大主軸方向が観測者と相対する方向に傾き、且つ該最大主軸方向がレンズの稜線に平行としている。また、特許文献２には、電圧制御によって、液晶レンズの主点位置を時間的に変化させることが開示されている。

特開２００８−２３３４６９号公報 特表２００９−５２０２３２号公報

しかしながら、上記従来技術では、表示画像を視聴する視聴者の位置を示す視点位置が変化すると、クロストーク量が増加しやすかった。

本発明が解決しようとする課題は、視点位置が変化してもクロストーク量の増加を軽減することができる立体画像表示装置、及び方法を提供することである。

実施形態の立体画像表示装置は、表示素子と、光学素子と、取得手段と、導出手段と、印可手段と、を備える。表示素子は、複数の画素がマトリクス状に配列された表示面を有する。光学素子は、印加電圧に応じて屈折率分布が変化する。取得手段は、基準位置を取得する。導出手段は、前記表示素子に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が前記基準位置に設定されるように、前記光学素子の面方向の第１屈折率分布を導出する。印加手段は、前記第１屈折率分布に応じた電圧を前記光学素子に印加する。

実施の形態の立体画像表示装置を示すブロック図。 表示部を示す模式図。 光学素子の模式図 光学素子の屈折率変化と液晶の配向状態の一例を示す図。 表示処理のフローチャート。 複数の視点位置と設定視域との位置関係を示す模式図。 複数の視点位置と設定視域との位置関係を示す模式図。 屈折率分布導出処理のフローチャート。 基準位置と表示部との位置関係を示す模式図。

以下に添付図面を参照して、本実施形態にかかる立体画像表示装置、方法、及びプログラムの一例を詳細に説明する。

図１は、立体画像表示装置１０の機能的構成を示すブロック図である。立体画像表示装置１０は、立体画像を表示可能な装置である。なお、立体画像表示装置１０は、平面画像も表示可能であり、立体画像の表示に限られない。

立体画像表示装置１０は、ＵＩ部１６、検出部１８、表示部１４、及び制御部１２を備える。

表示部１４は、立体画像または平面画像を表示する表示デバイスである。

図２は、表示部１４の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、表示部１４は、光学素子４６、及び表示素子４８を備える。視聴者Ｐは、光学素子４６を介して表示素子４８を観察することで（図１及び図２中、矢印ＺＡ方向参照）、表示部１４に表示される立体画像等を観察する。

表示素子４８は、例えば、立体画像の表示に用いる視差画像を表示する。表示素子４８は、複数の画素５２を第１方向及び第２方向にマトリクス状に配列させた表示面を有する。第１方向は、例えば行方向（図１中、Ｘ軸方向（水平方向））であり、第２方向は、第１方向に直交する方向であり、例えば、列方向（図１中、Ｙ軸方向（垂直方向））である。

表示素子４８は、例えば、ＲＧＢ各色のサブピクセルを、ＲＧＢを１画素としてマトリクス状に配置した公知の構成である。この場合、第１方向に並ぶＲＧＢ各色のサブピクセルが１画素を構成し、隣接する画素を視差の数だけ、第１方向に交差する第２方向に並べた画素群に表示される画像を要素画像と称する。表示素子４８のサブピクセルの配列は、他の公知の配列であっても構わない。また、サブピクセルは、ＲＧＢの３色に限定されない。例えば、４色であっても構わない。

表示素子４８としては、直視型２次元ディスプレイ、例えば、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、投射型ディスプレイ、プラズマディスプレイなどがある。

光学素子４６は、印可電圧に応じて、屈折率分布が変化する素子である。表示素子４８から光学素子４６側に向かって発散された光線は、光学素子４６を透過することによって、該光学素子４６の屈折率分布に応じた方向に向けて出射する。

光学素子４６は、印可電圧に応じて屈折率分布が変化する素子であればよい。光学素子４６としては、例えば、一対の基板間に液晶を分散させた液晶素子が挙げられる。

なお、本実施の形態では、一例として、光学素子４６に液晶素子を用いた場合を説明する。しかし、光学素子４６は、印可電圧に応じて屈折率分布が変化する素子であればよく、液晶素子に限られない。例えば、光学素子４６として、水溶液と油という２種類の液体で構成される液体レンズや水の表面張力を利用した水レンズ等を用いてもよい。

光学素子４６は、一対の基板４６Ｅ及び基板４６Ｄ間に、液晶層４６Ｃを配置した構成である。基板４６Ｅには、電極４６Ａが設けられている。また、基板４６Ｄには、電極４６Ｂが設けられている。なお、本実施の形態では、光学素子４６は、基板４６Ｅ及び基板４６Ｄの各々に電極（電極４６Ａ及び電極４６Ｂ）が設けられた構成である場合を説明する。しかし、光学素子４６は、液晶層４６Ｃに電圧を印加可能な構成であればよく、この構成に限られない。例えば、基板４６Ｄ及び基板４６Ｅの何れか一方の基板に電極が設けられた構成であってもよい。

図３は、光学素子４６の一部を拡大した模式図である。図３に示すように、液晶層４６Ｃは、分散媒５４中に液晶５６が分散されている。液晶５６としては、印可電圧に応じた配向を示す液晶材料が用いられる。液晶材料としては、該特性を示す液晶材料であればよく、例えば、印可電圧に応じて配向方向が変化するネマティック液晶が挙げられる。液晶材料は、公知のごとく、細長い形状であり、その分子の長手方向に屈折率の異方性が生じる。液晶５６の配向変化を生じさせるための印加電圧の強さや電圧印加時間は、液晶５６の種類や光学素子４６の構成（すなわち、電極４６Ａ及び電極４６Ｂの形状や配置等）等によって異なる。

このため、例えば、液晶層４６Ｃにおける、表示素子４８の各要素画素に対応する位置に特定の形状の電界が形成されるように、電極４６Ａ、及び電極４６Ｂ（例えば、電極４６Ｂ_１〜電極４６Ｂ_３）に電圧を印加する。すると、液晶層４６Ｃには、電界沿った配向に液晶５６が配列され、光学素子４６は、印可電圧に応じた屈折率分布を示すこととなる。これは、液晶５６が、偏光状態によって屈折率異方性を示すためである。すなわち、液晶５６は、電圧印加による配向変化によって、任意の偏光状態における屈折率変化を示すためである。

例えば、表示素子４８の各要素画素に対応する位置毎に異なる電界を形成するように、予め電極４６Ａ及び電極４６Ｂを配置する。そして、液晶層４６Ｃにおける各要素画素に対応する領域に、レンズ５０形状の電界が形成されるように電極４６Ｂ及び電極４６Ａに電圧を印加する。すると、液晶層４６Ｃにおける液晶５６は、印可電圧に応じて形成された電界に沿った配向を示す。この場合、光学素子４６は、図３に示すように、レンズ５０形状の屈折率分布を示す。このため、この場合、光学素子４６は、図２に示すように、複数のレンズ５０が所定方向に配列されたレンズアレイ形状の屈折率分布を示すこととなる。

なお、このレンズアレイ形状の屈折率分布は、例えば、表示素子４８の要素画素の配列方向に沿った屈折率分布である。更に具体的には、例えば、光学素子４６は、表示素子４８の表示面における水平方向及び垂直方向の何れか一方、または双方の方向に、レンズアレイ形状の屈折率分布を示す。なお、水平方向及び垂直方向の何れか一方または双方の方向の何れの方向に屈折率分布を示す構成とするかは、光学素子４６の構成（すなわち、電極４６Ａ及び電極４６Ｂの形状や配置等）によって調整することができる。

なお、液晶５６の特定の配向を実現するために液晶層４６Ｃに印加する電圧強度及び電圧印加時間等の電圧条件は、液晶５６の種類や、電極４６Ａ及び電極４６Ｂの形状や配置等によって異なる。

図４は、光学素子４６の屈折率変化と液晶５６の配向状態の一例を示す図である。詳細には、図４（Ａ）は、電極４６Ａと電極４６Ｂへの印加電圧と光学素子４６の屈折率との関係の一例を示す図である。図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）は、光学素子４６の屈折率に対応する液晶５６の配向状態の一例を示す図である。

図４に示す例では、電極４６Ａと電極４６Ｂとの間に電圧が印可されていない状態では、液晶５６は水平方向に配向し（図４（Ｂ）参照）、屈折率ｎは低い値を示す（図４（Ａ））。そして、電極４６Ａと電極４６Ｂに印加する電圧値を上げるほど液晶５６は垂直方向に向かって配向する（図４（Ｃ）参照）。この配向変化に伴い光学素子４６の屈折率ｎは上昇する（ＺＹ４（Ａ）参照。このため、図４に示す例では、印可電圧と光学素子４６の屈折率との関係は、線図５８の関係を示す。

このため、電極４６Ａ及び電極４６Ｂの配置や、これらの電極４６Ａ及び電極４６Ｂ等を介して液晶層４６Ｃに印加する電圧の印加条件を調整することによって、図３に示すように、光学素子４６は、レンズ５０形状の屈折率分布を示すこととなる。そして、結果的に、光学素子４６は、図２に示すような、レンズアレイ形状の屈折率分布を示すこととなる。

なお、本実施の形態では、光学素子４６は、電圧印加によってレンズ５０形状の屈折率分布を示す場合を説明するが、レンズ５０形状の屈折率分布に限られない。例えば、電極４６Ａ及び電極４６Ｂに印加する電圧の印加条件や、電極４６Ａ及び電極４６Ｂの配置や形状等によって、光学素子４６を所望の形状の屈折率分布を示す構成とすることができる。例えば、光学素子４６がプリズム形状の屈折率分布を示すように、電圧印加条件や、電極４６Ａ及び電極４６Ｂの配置や形状等を調整してもよい。更に、光学素子４６がプリズム形状とレンズ形状が混在するような屈折率分布を示すように電圧印加条件を調整してもよい。

ＵＩ部１６は、ユーザが各種の操作入力を行うための手段であり、例えば、キーボードやマウスなどのデバイスで構成される。本実施の形態では、ＵＩ部１６は、モード情報や、切替信号や、決定信号を入力するときに、ユーザによって操作指示される。

切替信号は、表示部１４に表示された画像の切り替え指示を示す信号である。決定信号は、表示部１４に表示されている画像の決定を示す信号である。

モード情報は、手動モードまたは自動モードを示す情報である。手動モードとは、視聴者の仮の位置を示す基準位置を、ユーザの所望の位置に決定することを示す。自動モードとは、該基準位置を、立体画像表示装置１０側で後述する表示処理によって決定することを示す。

基準位置とは、実空間における視聴者の仮の位置を示す。この基準位置は、１の位置を示し、複数の位置を示すものではない。この基準位置は、例えば、実空間における座標情報で示される。例えば、実空間上において、表示部１４の表示面の中心を原点とし、水平横方向にＸ軸、垂直方向にＹ軸、表示部１４の表示面の法線方向にＺ軸を設定する。ただし、実空間上で座標の設定方法はこれに限定されない。

ＵＩ部１６は、ユーザの操作指示によって受け付けたモード情報や、切替信号や、決定信号を、制御部１２へ出力する。

検出部１８は、実空間に位置している視聴者の実際の位置である視点位置を検出する。視点位置についても、基準位置と同様に、実空間における座標情報で示される。視点位置については、１の位置に限られない。

視点位置は、視聴者の位置を示す情報であればよい。具体的には、視点位置は、視聴者の目の位置（片目を１つとした各位置）、両目の中間の位置、頭の位置、または人体における予め設定された部位の位置が挙げられる。なお、以下では、一例として、視点位置は、視聴者の目の位置を示すものとして説明する。

検出部１８は、視点位置を検出可能な機器であれば、公知の何れの機器を用いてもよい。例えば、検出部１８としては、可視カメラ、赤外線カメラ等の撮像機器の他、レーダ、重力加速度センサ、赤外線等の距離センサ等の機器を用いる。また、検出部１８として、これらの機器を組み合わせて用いてもよい。これらの機器では、得られた情報（カメラの場合には撮影画像）から、公知の技術を用いて、視点位置を検出する。

例えば、検出部１８として可視カメラを用いた場合には、検出部１８は、撮像によって得た画像を画像解析することで、視聴者の検出および視点位置の算出を行う。これによって、検出部１８は、視聴者の視点位置を検出する。また、検出部１８としてレーダを用いた場合には、得られたレーダ信号を信号処理することで、視聴者の検出及び視聴者の視点位置の算出を行う。これによって、検出部１８は、視点位置を検出する。

なお、検出部１８は、視聴者の目の位置、両目の中間の位置、頭の位置、または人体における予め設定された部位の位置の何れを視点位置として算出するのかを示す情報や、これらの位置の特徴を示す情報を、検出部１８に予め記憶しておけばよい。そして、視点位置の算出時には、これらの情報を用いて、視点位置の算出を行えばよい。

また、人体における予め設定された部位を視点位置とする場合には、検出部１８は、視聴者の顔、頭、人物全体、マーカーなど、人であると判定可能な予め設定された部位を検出すればよい。このような部位の検出方法は、公知の手法で行えばよい。

検出部１８は、検出結果である１または複数の視点位置を示す視点位置情報を、制御部１２へ出力する。

制御部１２は、立体画像表示装置１０全体を制御する手段であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）など任意のプロセッサを含んで構成されるコンピュータである。

本実施の形態では、制御部１２は、機能部として、取得部２０、導出部２２、記憶部２８、印加部２４、及び表示制御部２６を有する。これらの機能部、及び各機能部に含まれる後述する各機能部は、制御部１２のＣＰＵがＲＯＭ等に格納された各種プログラムをＲＡＭ上に展開して実行することにより実現される例について述べた。また、これらの機能のうちの少なくとも一部を個別の回路（ハードウェア）で実現することも可能である。

取得部２０は、上述した基準位置を取得する。取得部２０は、第１受付部３０、記憶部３４、切替部３６、第２受付部３２、第１算出部４０、第２算出部４２、及び決定部４４を含む。

第１受付部３０は、モード情報や切替信号や決定信号をＵＩ部１６から受け付ける。第１受付部３０は、受け付けたモード情報が手動モードを示す場合には、該モード情報及び切替信号を切替部３６へ出力する。一方、第１受付部３０は、受け付けたモード情報が自動モードを示す場合には、該モード情報を第１算出部４０へ出力する。また、第１受付部３０は、受け付けた決定信号を決定部４４へ出力する。

記憶部３４は、実空間における複数の視点位置を示す視点位置情報と、視差画像と、を予め対応づけて記憶する。なお、各視点位置情報に対応する視差画像とは、各視点位置情報によって示される視点位置が、立体画像を正常に立体視する視域内に位置するときの視差画像を示す。

なお、視域とは、実空間における、表示素子４８に表示された表示対象物を正常に立体視する領域を示す。具体的には、例えば、光学素子４６がレンズアレイ形状の屈折率分布を示す場合には、視域とは、実空間における、光学素子４６の全レンズからの光線が入射する領域を示す。

また、記憶部３４は、表示部１４の視域角２θを示す情報を予め記憶する。視域角とは、視聴者が表示部１４に表示された立体画像を視認できる角度を示し、光学素子４６の視聴者側の面を基準面としたときの角度を示す。なお、本実施の形態では、この視域角内の領域を、設定視域と称する。

この視域角及び設定視域は、表示素子４８の視差数や、光学素子４６と表示素子４８の画素との相対関係から定まる。また、光学素子４６が、レンズ形状５０の屈折率分布を示す領域が配列されたレンズアレイ状の屈折率分布を示す場合には、視域角２θは、下記式（１）によって示される。

２θ＝ａｒｃｔａｎ(Ｐ_Ｌ/ｇ) 式（１）

式（１）中、２θは視域角を示し、Ｐ_Ｌはレンズのピッチを示し、ｇは、光学素子４６と表示素子４８の表示面との最短距離を示す。

切替部３６は、第１受付部３０から手動モードを示すモード情報及び切替信号を受け付ける。切替部３６は、切替信号を受け付ける度に、記憶部３４に記憶されている複数の視差画像の内、前回表示素子４８に表示した視差画像とは異なる視差画像を順次読取り、後述する表示制御部２６へ出力する。表示制御部２６では、受け付けた視差画像を表示素子４８に表示する。

第２受付部３２は、検出部１８から１または複数の視点位置を示す視点位置情報を受け付ける。第２受付部３２では、受け付けた視点位置情報を、第１算出部４０へ出力する。

第１算出部４０は、取得部２０から自動モードを示すモード情報を受け付けると共に、検出部１８から１または複数の視点位置を示す視点位置情報を受け付ける。第１算出部４０は、検出部１８から受け付けた視点位置を示す視点位置情報に基づいて、視点位置の数を算出する。第１算出部４０は、算出した視点位置の数、及び各視点位置を示す視点位置情報を第２算出部４２へ出力する。

第２算出部４２は、視点位置の数を示す情報及び各視点位置を示す視点位置情報（すなわち座標情報）を第１算出部４０から受け付ける。そして、第２算出部４２は、記憶部３４に格納されている視域角２θによって定まる設定視域の方向を、光学素子４６の視聴者側の面を基準面として１８０°動かす。また、第２算出部４２は、第１算出部４０から受け付けた視点位置の全てが設定視域に入る方向があるか否かを判別する。さらに、第２算出部４２は、この判別結果に基づいて、第１算出部４０から受け付けた視点位置の内、基準位置の算出に用いる視点位置を算出する（詳細後述）。そして、第２算出部４２は、算出した、基準位置の算出に用いる視点位置を示す１または複数の視点位置の視点位置情報を、決定部４４へ出力する。

決定部４４は、第１受付部３０から手動モードを示すモード情報を受け付けた後に、第１受付部３０から決定信号を受け付けると、該決定信号の受け付け時に表示素子４８に表示されている視差画像に対応する視点位置情報の視点位置を記憶部３４から読み取る。そして、決定部４４は、読み取った視点位置を基準位置として決定する。また、決定部４４は、第１受付部３０から自動モードを示すモード情報を受け付けた後に、基準位置の算出に用いる視点位置を示す１または複数の視点位置の視点位置情報を第２算出部４２から受け付ける。この場合、決定部４４は、受け付けた視点位置情報に基づいて、基準位置を決定する（詳細後述）。そして、決定部４４は、決定した１の基準位置を示す基準位置情報を、導出部２２へ出力する。

導出部２２は、表示部１４に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が、決定部４４から受け付けた基準位置情報によって示される基準位置に設定されるように、光学素子４６の第１屈折率分布を算出する（詳細後述）。

なお、以下では、導出部２２は、基準位置に応じて、第１屈折率分布を示す屈折率分布情報を算出する場合を説明するが、導出部２２が屈折率分布情報を導出する方法は、算出に限られない。例えば、図示を省略する記憶部に、基準位置を示す基準位置情報に対応づけて、第１屈折率分布を示す屈折率分布情報を予め記憶しておく。そして導出部２２は、決定部４４から受け付けた基準位置に対応する第１屈折率分布の屈折率分布情報を該記憶部から読み取ることによって、第１屈折率分布を導出してもよい。

記憶部２８は、導出部２２で導出される屈折率分布を示す屈折率分布情報と、電圧印加条件と、を対応づけて予め記憶する。電圧印加条件とは、光学素子４６の電極（電極４６Ａ及び電極４６Ｂ）に印加する電圧値及び電圧印加時間等を示す。本実施の形態では、記憶部２８は、導出部２２で導出された屈折率分布を光学素子４６上で実現するために印加する電圧印加条件を予め対応づけて記憶する。

印加部２４は、導出部２２で導出された電圧印加条件に応じた電圧を、光学素子４６の電極４６Ａ及び電極４６Ｂに印加する。

表示制御部２６は、視差画像等を表示素子４８に表示する。

次に、以上のように構成された本実施の形態の立体画像表示装置１０で実行する表示処理について説明する。図５は、本実施の形態の立体画像表示装置１０で実行する表示処理の手順を示すフローチャートである。

まず、第１受付部３０が、ＵＩ部１６から受け付けたモード情報が手動モードであるか自動モードであるかを判断する（ステップＳ１００）。

ＵＩ部１６から受け付けたモード情報が手動モードである場合には（ステップＳ１００：手動）、切替部３６は、記憶部３４に記憶されている複数の視差画像の内の１の視差画像を選択し、読み取る（ステップＳ１０２）。次に、表示制御部２６が、読み取られた視差画像を表示素子４８に表示する（ステップＳ１０４）。

次に、取得部２０は、第１受付部３０から決定信号または切替信号の何れを受け付けたかを判断する（ステップＳ１０６）。取得部２０が、切替信号を受け付けたと判断すると（ステップＳ１０６：再調整）、前回表示した視差画像とは異なる視差画像を記憶部３４から読み取り（ステップＳ１１０）、上記ステップＳ１０４へ戻る。一方、取得部２０が、決定信号を受け付けたと判断すると（ステップＳ１０６：決定）、決定部４４は、上記ステップＳ１０４の処理によって表示素子４８に表示した視差画像に対応する視差位置情報を記憶部３４から読み取る。そして、この読み取った視差位置情報を、基準位置として決定する（ステップＳ１０８）。

次に、決定部４４は、ステップＳ１０８で決定した基準位置を示す基準位置情報を、導出部２２へ出力する（ステップＳ１１２）。次に、導出部２２が、決定部４４から受け付けた基準位置に応じて、第１屈折率分布の屈折率分布情報を導出する屈折率分布情報導出処理を実行する（ステップＳ１１４）。なお、このステップＳ１１４の屈折率分布情報導出処理については、詳細を後述する。

ステップＳ１１４の処理によって、導出部２２は、基準位置に応じた第１屈折率分布の屈折率分布情報を導出し、印加部２４に出力する。

次に、印加部２４が、導出部２２から受け付けた屈折率分布情報に対応する電圧印加条件を記憶部２８から読み取る（ステップＳ１１６）。次いで、印加部２４は、ステップＳ１１６で読み取った電圧印加条件に応じた電圧を、光学素子４６の電極４６Ａ及び電極４６Ｂに印加（ステップＳ１１８）した後に、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１８の処理によって、光学素子４６の電極４６Ａ及び電極４６Ｂには、導出された屈折率分布情報に対応する電圧印加条件の電圧が印可される。このため、光学素子４６は、該屈折率分布を示す。

一方、上記ステップＳ１００の判断において、第１受付部３０が、ＵＩ部１６から受け付けたモード情報が自動モードであると判断した場合には（ステップＳ１００：自動）、ステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０では、第２受付部３２が、検出部１８から視点位置情報を取得する（ステップＳ１２０）。

次に、第１算出部４０が、検出部１８で検出された１または複数の視点位置を示す視点位置情報を第２受付部３２から取得する（ステップＳ１２０）。第１算出部４０は、受け付けた視点位置情報によって示される、視点位置数を算出する（ステップＳ１２２）。この視点位置の算出は、視点位置情報に含まれる、視点位置（座標情報）の数を算出することによって行う。

次に、第２算出部４２は、第１算出部４０によって算出された視点位置の数が、３以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２４）。第２算出部４２は、視点位置の数が３以上である場合には、肯定判断し（ステップＳ１２４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２６へ進む。

そして、第２算出部４２は、第１算出部４０から取得した視点位置情報によって示される視点位置の全てが、設定視域内に位置しているか否かを判断する（ステップＳ１２６）。

図６及び図７は、複数の視点位置と設定視域との一例を示す模式図である。例えば、検出部１８によって、視点位置７０Ａ〜視点位置７０Ｊの１０点が検出されたとする。

この場合には、第２算出部４２は、記憶部３４に格納されている視域角２θによって定まる設定視域Ａの方向を、光学素子４６の視聴者側の面を基準面として１８０°動かす（図６及び図７参照）。そして、ステップＳ１２６の判断では、第２算出部４２は、第１算出部４０から受け付けた視点位置７０Ａ〜視点位置７０Ｊの全てが設定視域Ａ内に入るような、設定視域Ａの方向があるか否かを判別する。なお、図６及び図７は、視点位置７０Ａ〜視点位置７０Ｊの中で、設定視域Ａ内に入らない視点位置がある場合を示す模式図である。

第２算出部４２は、視点位置７０Ａ〜視点位置７０Ｊの全てが設定視域Ａ内に入る方向が有る場合には、第１算出部４０から取得した視点位置情報によって示される視点位置の全てが設定視域内に位置していると判断する（ステップＳ１２６：Ｙｅｓ）（図５参照）。図５に戻り、次に、第２算出部４２は、第１算出部４０から取得した全ての視点位置を示す視点位置情報を、決定部４４へ出力する（ステップＳ１２７）。

次に、決定部４４が、設定領域内に位置する全ての視点位置の重心点を算出する（ステップＳ１２８）。詳細には、決定部４４は、第２算出部４２から受け付けた視点位置の各々の座標情報から、各視点位置の重心となる座標情報を、重心点として算出する。この重心点の算出には、公知の算出方法を用いればよい。

次に、決定部４４は、ステップＳ１２８で算出した重心点を、基準位置として決定し（ステップＳ１３０）、上記ステップＳ１１２へ戻る。

一方、上記ステップＳ１２６で否定判断し（ステップＳ１２６：Ｎｏ）、例えば図６及び図７に示す視点位置７０Ａ〜視点位置７０Ｊの全てが設定視域Ａ内に入る方向が無い場合には、第２算出部４２は、ステップＳ１３２の処理を行う。

ステップＳ１３２の処理において、第２算出部４２は、第１算出部４０から受け付けた３以上の視点位置の内、設定視域Ａ内に入る視点位置数が最大となるときの視点位置の組み合わせを抽出する（ステップＳ１３２）。次に、第２算出部４２は、抽出した視点位置を示す視点位置情報を決定部４４へ出力する（ステップＳ１３３）。

次に、決定部４４は、設定視域Ａ内に入る視点位置数が最大となるときの視点位置の組み合せとして抽出された複数の視点位置の重心点を、上記ステップＳ１２８と同様にして算出する（ステップＳ１３４）。次に、決定部４４は、ステップＳ１３４で算出した重心点を、基準位置として決定し（ステップＳ１３６）、上記ステップＳ１１２へ戻る。

上記ステップＳ１３２の処理によって、第２算出部４２は、例えば、図７に示す例では、視点視域Ａ内に入る視点位置数が最大となるときの視点位置の組み合わせとして、視点位置７０Ｃ〜視点位置７０Ｊを抽出する。そして、上記ステップＳ１３４の処理によって、決定部４４は、これらの視点位置７０Ｃ〜視点位置７０Ｊの重心点として、例えば、図７に示す重心点８０の位置座標を算出する。

一方、上記ステップ１２４の判断によって、第２算出部４２が、第１算出部４０によって算出された視点位置の数が３未満であると判断した場合には（ステップＳ１２４：Ｎｏ）、ステップＳ１３８へ進む。そして、第２算出部４２は、ステップＳ１３８の処理において、第１算出部４０によって算出された視点位置の数が「２」であるか否かを判断する（ステップＳ１３８）。

第１算出部４０によって算出された視点位置の数が「２」である場合には、第２算出部４２は肯定判断し（ステップＳ１３８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３９へ進む。そして、第２算出部４２は、第１算出部４０から取得した２つの視点位置を示す視点位置情報を、決定部４４へ出力する（ステップＳ１３９）。

次に、決定部４４が、第２算出部４２から受け付けた２つの視点位置の中心位置を、重心点として算出する（ステップＳ１４０）。なお、ステップＳ１４０の重心点の算出は、公知の算出方法を用いればよい。

次に、決定部４４は、ステップＳ１４０で算出した重心点を、基準位置として決定し（ステップＳ１４２）、上記ステップＳ１１２へ戻る。

一方、第１算出部４０によって算出された視点位置の数が「１」である場合には、第２算出部４２は否定判断し（ステップＳ１３８：Ｎｏ）、ステップＳ１４３へ進む。そして、第２算出部４２は、第１算出部４０から取得した１つの視点位置を示す視点位置情報を、決定部４４へ出力する（ステップＳ１４３）。

次に、決定部４４は、第２算出部４２から受け付けた１つの視点位置を、基準位置として決定し（ステップＳ１４４）、上記ステップＳ１１２へ戻る。

次に、導出部２２が行う屈折率分布導出処理（図５中、ステップＳ１１４）を詳細に説明する。

図８は、屈折率分布導出処理の手順を示すフローチャートである。また、図９は、決定した１の基準位置８０と、表示部１４との位置関係を示す模式図である。

なお、図８では、光学素子４６が印可電圧に応じてレンズアレイ形状の屈折率分布を示す場合における、屈折率分布導出処理の一例を示した。詳細には、以下では、図９に示すように、光学素子４６には、電圧印加によって、レンズ５０_１〜レンズ５０_ｎのｎ本分のレンズアレイ形状の屈折率分布が形成される場合を一例として説明する（ｎは１以上の整数）。なお、レンズアレイを構成する各レンズ５０_１〜レンズ５０_ｎを総称して説明する場合には、レンズ５０と称して説明する。

まず、導出部２２は、取得部２０から取得した１の基準位置８０と、光学素子４６におけるレンズアレイ形状の屈折率分布を構成する各レンズ５０_１〜レンズ５０_ｎの主点ｈ_０〜主点ｈ_ｎの各々と、の光線角度θ_Ｌ１〜光線角度θ_Ｌｎの各々を算出する（ステップＳ２００）。各光線角度θ_Ｌ１〜光線角度θ_Ｌｎは、各レンズ５０_１〜レンズ５０_ｎの各々の主点ｈ_０〜主点ｈ_ｎを光学素子４６の厚み方向（光学素子４６の面方向であるＸＹ平面に垂直なＺ軸方向）に貫く直線と、基準位置８０と各レンズ５０の主点ｈ_０〜主点ｈ_ｎの各々を結ぶ光線Ｌと、のなす角度（視聴者側の開口部分の角度）を示す。

例えば、図９中では、レンズ５０_２の主点ｈ_２と基準位置８０とを結ぶ光線Ｌと、該主点ｈ２をＺ軸方向に貫く直線との光線角度は、θ_Ｌ２で示される。同様に、図９では、レンズ５０_ｎ−２の主点ｈ_ｎ−２と基準位置８０とを結ぶ光線Ｌと、主点ｈ_ｎー２をＺ軸方向に貫く直線との光線角度は、θ_Ｌｎ−２で示される。

ステップＳ２００の処理において、導出部２２は、下記式（２）を用いて、光線角度θ_Ｌ１〜光線角度θ_Ｌｎの各々を算出する。

θ_Ｌｎ＝ａｒｃｔａｎ(Ｘ_ｎ／ＬＡ) ・・・式（２）

式（２）中、ｎは、１以上の整数を示し、光線角度θ_Ｌｎは、光線角度θ_Ｌ１〜光線角度θ_Ｌｎの各々の光線角度を示す。また、式（２）中、Ｘ_ｎは、基準位置８０と各主点ｈ_１〜ｈ_ｎの各々の水平距離を示す。

なお、各主点位置は、レンズピッチの整数倍のＸ座標を持ち、上記基準位置８０のＸ座標の距離との差により算出する。

図８に戻り説明を続ける、次に、導出部２２は、各レンズ５０の焦点距離ｄを算出する（ステップＳ２０２）。

ここで、視聴者が、基準位置８０から表示部１４を視認した場合には、視聴者は、表示素子４８における複数の画素５２の内、基準位置８０と各レンズ５０の主点ｈ_１〜主点ｈ_ｎの各々を結ぶ直線Ｌの延長線上に位置する画素５２から出射された光を視認する。また、各レンズ５０の主点ｈ_１〜主点ｈ_ｎの各々と、基準位置８０と各レンズ５０の主点ｈ_１〜主点ｈ_ｎの各々を結ぶ直線Ｌの延長線上に位置する画素５２と、の距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々は、光線角度θ_Ｌ１〜光線角度θ_Ｌｎによって異なる。すなわち、距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々は、光学素子４６の屈折率によって示されるレンズ５０の位置と基準位置８０との位置関係によって異なる。

なお、図９には、代表して、レンズ５０_２の主点ｈ_２と基準位置８０とを結ぶ直線Ｌの延長線上に位置する画素５２ａとの距離ｄ_２と、レンズ５０_ｎ−２の主点ｈ_ｎ−２と基準位置８０とを結ぶ直線Ｌの延長線上に位置する画素５２Ｂとの距離ｄ_ｎ−２と、を示した。他のレンズ５０についても同様に、距離ｄが定まる。

そして、本実施の形態では、導出部２２は、各レンズ５０の焦点距離が、各レンズ５０に対応する距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々と一致するように、以下の処理を行い、各レンズ５０の屈折率を定め、第１屈折率分布の屈折率分布情報を導出する。このため、導出部２２は、表示部１４に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が基準位置に設定されるように、基準位置に応じて、光学素子４６の面方向の第１屈折率分布を示す屈折率分布情報を導出することとなる。

すなわち、導出部２２は、まず、ステップＳ２０２において、各レンズ５０に対応する距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々を、各レンズ５０の焦点距離ｄとして算出する。

導出部２２は、この焦点距離ｄ、すなわち、各レンズ５０に対応する距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々を、下記式（３）を用いて算出する。

ｄ_ｎ＝ｇ／ｃｏｓθ_Ｌｎ ・・・式（３）

式（３）中、ｄ_ｎは、各レンズ５０に対応する距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々を示す。また、式（３）中、ｇは、光学素子４６と表示部１４との最短距離を示す。また、式（３）中、θ_Ｌｎは、光線角度θ_Ｌ１〜光線角度θ_Ｌｎを示す。

次に、導出部２２は、各レンズ５０の各々の曲率半径を算出する（ステップＳ２０４）。導出部２２は、各レンズ５０の焦点距離が、各レンズ５０に対応する距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々と一致するように、各レンズ５０の曲率半径を算出する。

具体的には、導出部２２は、下記式（４）を用いて、各レンズ５０の曲率半径を算出する。

Ｒ^２＝ｄ_ｎ×２ｔ（Ｎｅ−Ｎｏ） ・・・式（４）

上記式（４）中、Ｒは、各レンズ５０の曲率半径を示す。また、式（４）中、ｄ_ｎは、各レンズ５０に対応する距離ｄ_１〜距離ｄ_ｎの各々を示す。ｔは、各レンズ５０の厚みを示す。また、Ｎｅは、光学素子４６中の液晶５６（図３参照）の長軸方向の屈折率を示し、Ｎｏは、光学素子４６中の液晶５６（図３参照）の短軸方向の屈折率を示す。

図８に戻り、次に、導出部２２は、屈折率分布情報を算出する（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６では、導出部２２は、ステップＳ２０４で算出した、各レンズ５０の曲率半径Ｒに従って、各レンズ５０の各々がステップＳ２０４で算出した対応する曲率半径Ｒを実現するように、各レンズ５０の屈折率分布を示す第１屈折率分布の屈折率分布情報を算出する。

詳細には、導出部２２は、下記式（５）の関係を満たす屈折率分布情報を算出する。

式（５）中、Δｎは、各レンズ５０の各々の屈折率分布を示す。詳細には、Δｎは、各レンズ５０のレンズピッチ内の屈折率分布を示す。また、式（５）中、ｃは、１／Ｒを示し、Ｒは、各レンズ５０の曲率半径を示す。また、Ｘ_Ｌは、各レンズ５０におけるレンズピッチ内の水平距離を示す。また、ｋは、定数を示す。なお、定数であるｋは、非球面係数とも称され、レンズ５０の集光特性を向上させるために微調整を行うことがある。

次に、導出部２２は、ステップＳ２０８で算出した屈折率分布情報を、印加部２４へ出力する（ステップＳ２０８）。

屈折率分布情報を受け付けた印加部２４は、図５で説明したように、導出部２２から受け付けた屈折率分布情報に対応する電圧印加条件を記憶部２８から読み取る（ステップＳ１１６）。次いで、印加部２４は、ステップＳ１１６で読み取った電圧印加条件に応じた電圧を、光学素子４６の電極４６Ａ及び電極４６Ｂに印加（ステップＳ１１８）した後に、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施の形態の立体画像表示装置１０では、視聴者の仮の位置を示す基準位置を定め、立体画像を正常に視認する領域である視域が基準位置に設定されるように、基準位置に基づいて、光学素子４６の第１屈折率分布を示す屈折率分布情報を導出する。そして、屈折率分布情報に応じた電圧印加条件の電圧を光学素子４６に印加する。

従って、本実施の形態の立体画像表示装置１０では、視点位置が変化してもクロストーク量の増加を軽減することができる。

なお、本実施の形態では、導出部２２は、各レンズ５０の焦点距離が、各レンズ５０に対応する距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々と一致するように、上記処理を行い、各レンズ５０の屈折率を定め、第１屈折率分布の屈折率分布情報を導出する場合を説明した。しかし、導出部２２は、表示部１４に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が基準位置に設定されるように、基準位置に応じて、光学素子４６の面方向の第１屈折率分布を示す屈折率分布情報を導出すればよく、この方式に限られない。また、各レンズ５０の焦点距離が距離ｄ_１〜距離ｄ_ｍの各々と一致するような処理について説明したが、表示部１４の画質に画像エフェクトなどを加えたりするために、焦点距離から調整幅分異なっても良い。

なお、本実施の形態の立体画像表示装置１０の制御部１２で実行される表示処理を実行するための表示処理プログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。

本実施の形態の立体画像表示装置１０の制御部１２で実行される表示処理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施の形態の立体画像表示装置１０の制御部１２で実行される表示処理プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施の形態の立体画像表示装置１０の制御部１２で実行される表示処理プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

本実施の形態の立体画像表示装置１０の制御部１２で実行される表示処理プログラムは、上述した各部（取得部２０（第１受付部３０、第２受付部３２、記憶部３４、切替部３６、第１算出部４０、第２算出部４２、決定部４４）、導出部２２、記憶部２８、印加部２４、及び表示制御部２６）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭから表示処理プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、取得部２０（第１受付部３０、第２受付部３２、記憶部３４、切替部３６、第１算出部４０、第２算出部４２、決定部４４）、導出部２２、記憶部２８、印加部２４、及び表示制御部２６が主記憶装置上に生成されるようになっている。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 立体画像表示装置
１４ 表示部
１６ ＵＩ部
１８ 検出部
２０ 取得部
２２ 導出部
２４ 印加部
２６ 表示制御部
３０ 第１受付部
３２ 第２受付部
３４ 記憶部
３６ 切替部
４０ 第１算出部
４２ 第２算出部
４４ 決定部
４６ 光学素子
４８ 表示素子
５０ レンズ

実施形態の立体画像表示装置は、表示素子と、光学素子と、取得手段と、導出手段と、印可手段と、を備える。表示素子は、複数の画素がマトリクス状に配列された表示面を有する。光学素子は、印加電圧に応じて屈折率分布が変化する。取得手段は、基準位置を取得する。導出手段は、前記表示素子に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が前記基準位置に設定されるように、前記光学素子の面方向の第１屈折率分布を導出する。印加手段は、前記第１屈折率分布に応じた電圧を前記光学素子に印加する。取得手段は、検出手段と、第１算出手段と、第２算出手段と、決定手段と、を含む。検出手段は、視聴者の位置を示す視点位置を検出する。第１算出手段は、前記視点位置の数を算出する。第２算出手段は、予め定められた視域角内の領域を示す設定視域内に、検出された前記視点位置の全てが位置する場合に、該視点位置の重心点を算出する。決定手段は、前記重心点を前記基準位置として決定する。

Claims (8)

1. 複数の画素がマトリクス状に配列された表示面を有する表示素子と、
   印加電圧に応じて屈折率分布が変化する光学素子と、
   基準位置を取得する取得手段と、
   前記表示素子に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が前記基準位置に設定されるように、前記光学素子の面方向の第１屈折率分布を導出する導出手段と、
   前記第１屈折率分布に応じた電圧を前記光学素子に印加する印加手段と、
   を備えた立体画像表示装置。
2. 前記光学素子は、印可電圧に応じて屈折率分布がレンズアレイ状となる請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. 前記導出手段は、前記基準位置と前記光学素子の各レンズの主点とを結ぶ光線の延長線上に存在する前記画素と前記主点との距離を、前記各レンズの焦点距離として該各レンズの曲率半径を算出し、該各レンズが該曲率半径を実現する前記第１屈折率分布を導出する、請求項２に記載の立体画像表示装置。
4. 前記取得手段は、
   視聴者の位置を示す視点位置を検出する検出手段と、
   前記視点位置の数を算出する第１算出手段と、
   前記視点位置に応じて前記基準位置を決定する決定手段と、
   を含む、請求項１に記載の立体画像表示装置。
5. 予め定められた視域角内の領域を示す設定視域内に、検出された前記視点位置の全てが位置する場合に、該視点位置の重心点を算出する第２算出手段をさらに備え、
   前記決定手段は、前記重心点を前記基準位置として決定することを特徴とする請求項４記載の立体画像表示装置。
6. 前記第２算出手段は、前記設定視域内に前記視点位置の一部が位置しない場合に、前記設定視域内に位置する検出された前記視点位置の数が最大となる該視点位置の組み合わせを算出し、算出した該視点位置の重心点を算出する、請求項５に記載の立体画像表示装置。
7. 前記視点位置と、前記視点位置を前記視域に設定した視差画像と、を予め記憶した記憶手段と、
   前記視差画像を前記表示素子に表示する表示制御手段と、
   手動モードを示す手動信号、前記表示素子に表示する前記視差画像を切り替える切替信号、及び表示中の前記視差画像を決定する決定信号を受け付ける第２受付手段と、
   前記切替信号を受け付ける度に、前記表示素子に表示する前記視差画像を切り替える切替手段と、
   を更に備え、
   前記決定手段は、前記手動信号を受け付けた後に前記決定信号を受け付けたときに、前記表示素子に表示されている前記視差画像に対応する視点位置を前記基準位置として決定する、請求項１に記載の立体画像表示装置。
8. 複数の画素がマトリクス状に配列された表示面を有する表示素子と、印加電圧に応じて屈折率分布が変化する光学素子と、を備えた立体画像表示装置で実行される表示処理方法であって、
   基準位置を取得し、
   前記表示素子に表示された表示対象物を正常に立体視する視域が前記基準位置に設定されるように、前記光学素子の面方向の第１屈折率分布を導出し、
   前記第１屈折率分布に応じた電圧を前記光学素子に印加する、
   表示処理方法。

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