JP2012242544A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者の位置が正視位置から多少はずれた場合であっても、より快適な立体映像を視認できる表示装置を提供する。
【解決手段】複数の表示画素が設けられた画面に複数の視差画像を表示する表示部２０と、複数の視差画像を光学的に分離する光学素子１０とを備え、複数の視差画像における視差量は、画面における水平方向の中央部よりも端部において小さい。
【選択図】図１

Description

本開示は、例えばパララックスバリアやレンチキュラーレンズ等の光学素子を用いて立体視表示を行うことのできる表示装置に関する。

近年、立体視表示を実現できる表示装置が注目を集めている。立体視表示は、互いに視差のある（視点の異なる）左眼映像と右眼映像を表示するものであり、観察者が左右の目でそれぞれを見ることにより奥行きのある立体的な映像として認識することができる。また、互いに視差がある３つ以上の映像を表示することにより、観察者に対してより自然な立体映像を提供することが可能な表示装置も開発されている。

このような表示装置は、専用の眼鏡が必要なものと、不要なものとに大別されるが、観察者にとっては専用の眼鏡は煩わしく感じるものであり、専用の眼鏡が不要なものが望まれている。専用の眼鏡が不要な表示装置としては、例えば、レンチキュラーレンズ方式や、視差バリア（パララックスバリア）方式などがある。これらの方式では、互いに視差がある複数の映像（視点映像）を同時に表示し、表示装置と観察者の視点との相対的な位置関係（角度）によって見える映像が異なるようになっている。パララックスバリア方式の表示装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特開平３−１１９８８９号公報

ところで、上記のレンチキュラーレンズ方式やパララックスバリア方式の表示装置においては、その構成上、観察者の位置によって逆視が生じる場合がある。すなわち、観察者が正常な立体視を行うことの可能な正視位置から左右方向あるいは前後方向へ移動することにより、右眼用の画像光が左眼に入射し、あるいは左眼用の画像光が右眼に入射する状態となることがある。こうした場合、正常な立体視の妨げとなり、観察者は違和感をおぼえることとなる。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、観察者の位置が正視位置から多少はずれた場合であっても、より快適な立体映像を視認できる表示装置を提供することにある。

本開示の表示装置は、複数の表示画素が設けられた画面に複数の視差画像を表示する表示部と、複数の視差画像を光学的に分離する光学素子とを備える。ここで、複数の視差画像における視差量は、画面における水平方向の中央部よりも端部において小さくなっている。

本開示の表示装置では、複数の視差画像における視差量は、画面における水平方向の中央部よりも端部において小さくなっているので、観察者は画面中央部の画像によって立体感を強く感じる。その一方で、画面端部における画像から観察者が受ける立体感は弱まる。よって、正視位置から多少ずれた位置に観察者が立った場合であっても、画面の端部において生じる逆視の影響は緩和される。

本開示の表示装置によれば、観察者はいわゆる逆視による違和感を得ることなく、より快適な立体映像を視認することができる。

本開示の一実施の形態に係る表示装置の一構成例を表す説明図である。 図１に示した表示部における画素配列の一構成例を表す平面図である。 図１に示した制御部の一構成例を表すブロック図である。 上方から眺めたときの正視領域と逆視領域とを表す概略図である。 観察者に視認される、表示部の画面上における正視部分および逆視部分を表す概略図である。 実施例において、画面上端縁での正視部分と逆視部分との境界位置と、表示部から観察者までの距離との関係を表す説明図である。

以下、本開示の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［全体構成］
図１は、本開示の一実施の形態としての表示装置１の一構成例を表すものである。この表示装置１は、パララックスバリア１０と、表示部２０と、制御部４０とを備えている。パララックスバリア１０は、遮蔽部１１と、開口部１２とを有している。

図２は、表示部２０の表示画面における画素配列の一構成例を表す平面図である。表示部２０は、液晶表示パネル、エレクトリックルミナンス方式の表示パネル、またはプラズマディスプレイ等の２次元表示ディスプレイで構成されている。表示部２０の表示画面には、複数の画素が水平方向（Ｘ軸方向）および垂直方向（Ｙ軸方向）に２次元的に配列される。例えば、水平方向に赤色の画素Ｒと、緑色の画素Ｇと、青色の画素Ｂと、白色の画素Ｗとが、この順序で周期配列される。その一方、垂直方向においては同色の画素が各々一列に配列されている。表示部２０には、複数の視点用の視差画像が、所定の配置パターンで画素ごとに割り当てられて合成表示されるようになっている。

パララックスバリア１０は、表示部２０に表示された視差合成画像に含まれる複数の視差画像を立体視が可能となるように複数の視点方向に分離するものであり、表示部２０に対して所定の位置関係で対向配置されている。パララックスバリア１０は、光を遮蔽する遮蔽部１１と、光を透過し、表示部２０のサブピクセルに対して立体視が可能となるように所定の条件で対応付けられた視差分離部としての開口部１２とをそれぞれ複数有している。パララックスバリア１０は、例えば透明な平面板の上に、遮蔽部１１として、光を通さない黒色の物質や、光を反射する薄膜状の金属などを設置することで形成されている。

パララックスバリア１０は、特定の視点位置から表示部２０を観測したときに特定の視差画像のみが観察されるように、表示部２０の画面上の視差合成画像に含まれる複数の視差画像を分離するようになっている。パララックスバリア１０の開口部１２と、表示部２０の各画素との位置関係から、表示部２０の各画素より発せられた光の射出角度が制限される。表示部２０における各画素は、開口部１２との位置関係によって、その表示される方向が異なることとなる。観察者の左右の眼１０Ｌ，１０Ｒには、異なる画素からの光線Ｌ３，Ｌ２が到達し、互いに視差のある画像を観察する状態となることで立体映像として知覚できる。

パララックスバリア１０の開口部１２は、例えば表示部２０における画素Ｐｉｘの並び方向に対して傾斜した斜め方向に延伸するストライプ形状を有している。斜め方向とは、ＸＹ平面内において水平方向（Ｘ軸方向）および垂直方向（Ｙ軸方向）の双方と異なる方向である。開口部１２は、あるいは、斜め方向にステップ状（段差状）をなすように設けるようにしてもよい。表示部２０では、バリアパターンに応じたパターンで複数の視点用の視差画像を合成表示する。ステップ状のバリアパターンである場合には、複数の視差画像を、そのバリアパターンに応じて斜め方向に所定の配置パターンで段差状に分割して合成する。

制御部４０は、外部より供給される映像信号Ｖdispに基づき、表示部２０を駆動させるものである。制御部４０には、映像信号Ｖdispとして、２次元画像データＤ１と、それに対応する視差データＤ２が入力される。この視差データＤ２は、表示部２０の画面の位置（すなわちＸＹ平面でのサブ画素の座標（Ｘ，Ｙ））に応じた仮想物点の奥行き方向（Ｚ軸方向）の位置情報である。

制御部４０は、図３に示したように、ゲイン処理部４１、多視点画像形成部４２、および表示駆動部４３とを有している。ゲイン処理部４１には、外部より供給される映像信号Ｖdispのうちの視差データＤ２が入力される。ゲイン処理部４１は、その視差データＤ２に、所定のゲイン補正を加え、補正視差データＤ３を出力するものである。多視点画像形成部４２には、外部より供給される映像信号Ｖdispのうちの２次元画像データＤ１と、上記の補正視差データＤ３とが入力される。多視点画像形成部４２は、それらの２次元画像データＤ１および補正視差データＤ３に基づき多視点画像を形成したのち、表示駆動部４３に対し、映像信号ＳＳとしての多視点画像データを供給するものである。表示駆動部４３は、多視点画像形成部４２から供給される映像信号ＳＳに基づいて表示部２０を駆動するものである。

また、この表示装置１では、表示部２０に表示される複数の視点映像（視差画像）において、その視差量が、表示部２０の画面の水平方向の中央部よりも端部において小さくなっている。これについて、図４および図５を参照して説明する。図４は、画面水平方向の中央線ＣＬ上に位置する観察者に視認される映像が正視状態となる領域（正視領域）と逆視状態となる領域（逆視領域）とを表す、上方から眺めたときの概略図である。図５は、図４に示した表示部２０からの距離Ｚ（＝Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）の位置において観察者に視認される、表示部２０の画面上の正視部分および逆視部分を表す概略図である。

図４における距離Ｚ１の位置では、観察者の両眼が正視領域６０に含まれる。ここでいう正視領域６０とは、画面右端に位置する画素ＰＲ、画面中央に位置する画素ＰＣ、および画面左端に位置する画素ＰＬのそれぞれから射出される画像光の全てが、観察者の両眼に適切に入射することとなる領域を意味する。図４において、直線ＰＣ１と破線ＰＣ２との間の領域６１は画素ＰＣからの右眼用画像光および左眼用画像光が、観察者の右眼および左眼にそれぞれ適切に入射することとなる領域を表す。同様に、直線ＰＲ１と破線ＰＲ２との間の領域６２は画素ＰＲからの右眼用画像光および左眼用画像光が、観察者の右眼および左眼にそれぞれ適切に入射することとなる領域である。直線ＰＬ１と破線ＰＬ２との間の領域６３は画素ＰＬからの右眼用画像光および左眼用画像光が、観察者の右眼および左眼にそれぞれ適切に入射することとなる領域である。正視領域６０は、領域６１〜６３が全て重複する領域である。図５（Ａ）に示したように、距離Ｚ１の位置では、画面全体において正視部分２０Ｃが広がり、良好な立体視が可能となる。ところが、観察者が表示部２０に近づいて距離Ｚ２の位置に立つと観察者の両眼が正視領域６０から外れてしまう。このため、図５（Ｂ）に示したように、観察者の左眼に右眼用の画像光が入射し、あるいは右眼に左眼用の画像光が入射する状態が部分的に生じ、表示部２０の画面上において、その両端近傍に逆視部分２０Ｒ，２０Ｌが現れる。観察者が表示部２０にさらに近づいて距離Ｚ３の位置に立つと、図５（Ｃ）に示したように、表示部２０の画面上において、その両端近傍における逆視部分２０Ｒ，２０Ｌが拡大し、中央付近の正視部分２０Ｃがさらに縮小する。

逆視部分２０Ｒ，２０Ｌでは、図５（Ｃ）で示した矢印の方向へ境界線２０Ｓ１，２０Ｓ２から遠ざかるほど、すなわち、中央部から端部へ向かうほど、表示部２０に表示される複数の視点映像の視差量が小さくなっている。具体的には、その視差量は、画面の位置に応じた視差データＤ２と、以下の式（１）で表されるゲイン関数Ｇ（Ｘ，Ｙ）との積に基づいて決定される。式（２）および式（３）は、それぞれ、画面右側の逆視部分２０Ｒおよび画面左側の逆視部分２０Ｌにおける視差量の補正を行うゲイン関数といえる。なお、正視部分２０Ｃでは、ゲイン関数Ｇ（Ｘ，Ｙ）は１であり、ゲイン処理部４１へ入力される視差データＤ２がそのまま補正視差データＤ３となる。また、画面上の正視部分２０Ｃと画面右側の逆視部分２０Ｒとの境界線２０Ｓ１は、式（７）で表され、画面上の正視部分２０Ｃと画面左側の逆視部分２０Ｌとの境界線２０Ｓ２は、式（８）で表される。

Ｇ（Ｘ，Ｙ）＝Ｇ１（Ｘ，Ｙ）・Ｇ２（Ｘ，Ｙ） ……（１）
Ｇ１（Ｘ，Ｙ）＝−gsl（Ｘ−Ｘ０−Ｙ／Ｓ）＋１ ……（２）
Ｇ２（Ｘ，Ｙ）＝gsl（Ｘ−Ｈ＋Ｘ０−（Ｙ−Ｖ）／Ｓ）＋１ ……（３）
０≦Ｇ１（Ｘ，Ｙ）≦１ ……（４）
０≦Ｇ２（Ｘ，Ｙ）≦１ ……（５）
Ｓ・ｔａｎθ＝Ｐｘ／Ｐｙ ……（６）
Ｙ＝Ｓ・（Ｘ−Ｘ０） ……（７）
Ｙ＝Ｓ・（Ｘ−Ｈ＋Ｘ０）＋Ｖ ……（８）

但し、gslは水平方向のゲイン分布を決定する定数であり、Ｘは画面水平方向における画素Ｐｉｘの位置であり、Ｙは画面垂直方向における画素Ｐｉｘの位置であり、Ｘ０は画面上端縁における境界線２０Ｓ１の、画面左端からの位置（以下、単に境界位置という。）であり、Ｈは表示部２０において画面水平方向に並ぶ画素Ｐｉｘの総数であり、Ｖは表示部２０において画面垂直方向に並ぶ画素Ｐｉｘの総数であり、Ｐｘは画面水平方向における画素Ｐｉｘの配置ピッチであり、Ｐｙは画面垂直方向における画素Ｐｉｘの配置ピッチであり、θは表示部２０における画素Ｐｉｘの並び方向に対する、開閉部１１および開閉部１２の延伸方向のなす傾斜角である。なお、境界位置Ｘ０は、表示部２０から観察者までの距離Ｚに依存して変化するものである。

［動作および作用］
続いて、本実施の形態の表示装置１の動作および作用について説明する。この表示装置１では、制御部４０が、外部より供給される映像信号Ｖdispに基づいて表示部２０を駆動させ、映像表示を行う。

制御部４０においては、図３に示したように、ゲイン処理部４１が、外部からの視差データＤ２に上記した式（１）のゲイン関数Ｇ（Ｘ，Ｙ）を乗ずることでゲイン補正を行う。そののち、ゲイン処理部４１は、多視点画像形成部４２へ補正視差データＤ３を出力する。一方、多視点画像形成部４２は、外部からの２次元画像データＤ１と、ゲイン処理部４１からの補正視差データＤ３とに基づき多視点画像を形成する。そののち、多視点画像形成部４２は、表示駆動部４３に対し映像信号ＳＳとしての多視点画像データを供給する。表示駆動部４３は、多視点画像形成部４２から供給される映像信号ＳＳに基づいて表示部２０を駆動する。表示部２０は、表示駆動部４３からの指令に従って映像表示を行う。

観察者は、パララックスバリア１０を介して表示部２０を観ることにより、互いに視差のある画像を観察することとなる。この結果、観察者は、立体映像を知覚することができる。

このように、表示装置１では、表示部２０に表示される視点映像の視差量が、表示部２０の画面の水平方向の中央部よりも端部において小さくなるようにした。このため、観察者は、画面中央部における正視部分２０Ｃの映像によって立体感を強く感じることができる。その一方で、画面端部における逆視部分２０Ｒ，２０Ｌの映像から観察者が受ける立体感は弱まる。よって、正視位置から多少ずれた位置に観察者が立った場合であっても、観察者が視認する画面全体の映像に与える逆視の影響は緩和される。その結果、観察者はいわゆる逆視による違和感を得ることなく、より快適な立体映像を視認することができる。

（実施例）
ここで、本技術の実施例について説明する。図６に、画面上端縁での境界位置Ｘ０と、表示部２０から観察者までの距離Ｚとの関係を表す。図６において、縦軸は画面水平方向における左端を０、右端を１として規格化した数値を示している。図６における横軸は、距離Ｚ（ｍｍ）を示している。なお、本実施例では、ｔａｎθ＝１／６、最適な視聴距離Ｚを４ｍ、視点間距離を６５ｍｍとして設計したものである。図１３では、例えば視聴位置が２ｍ（２０００ｍｍ）の場合には画面上端において左端から７７％の位置から右側が逆視部分２０Ｒとなる。

さらに、Ｓ＝２，Ｘ０／Ｈ＝０．６，gsl×Ｈ＝−２．５とした場合には、画面上端でのＨ、すなわち、画面水平方向に並ぶ画素Ｐｉｘの総数の６０％に相当する位置まではゲイン関数Ｇ（Ｘ，Ｙ）が１．０となる。さらに、Ｈの６０％に相当する位置を超えた右側の逆視部分２０Ｒでは、ゲイン関数Ｇ（Ｘ，Ｙ）が減少し、画面右上端ＸＲでは０となる。つまり、画面右上端ＸＲでは視差が0となる。同様に、画面左下端ＸＬにおいても視差が0となる。

［効果］
以上のように本実施の形態の表示装置１では、視点映像の視差量を、表示部２０の画面の端部において小さくなるようにした。このため、正視位置から多少ずれて画面内に逆視部分が生じた場合であっても、観察者への逆視の影響は緩和される。その結果、観察者はいわゆる逆視による違和感を得ることなく、より快適な立体映像を視認することができる。

また、本実施の形態では、パララックスバリア１０における開口部１２を、表示部２０における画素Ｐｉｘの並び方向に対して傾斜した方向に延伸するようにした。これにより、立体視表示における、水平方向の解像度と垂直方向の解像度とのバランスを向上させることができる。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、観察者の側から光学素子としてのパララックスバリア１０と、表示部２０とを順に配置するようにした。しかしながら、本技術では、観察者の側から表示部、光学素子（パララックスバリア）の順に配置するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、光学素子としてパララックスバリアを用いるようにしたが、本技術はこれに限定されるものではない。例えば、シリンドリカルレンズを一次元方向に複数並べたレンチキュラーレンズを光学素子として用いた場合であっても、同様の効果が得られる。なお、その場合、解像度バランスの向上を図るため、各シリンドリカルレンズは、表示画素の並び方向に対して傾斜した主軸を有するものとするとよい。

また、上記実施の形態では、経時的に開口部の位置が変化することのない、固定バリアを採用した空間分割表示のみによって立体映像を形成する場合について説明するようにしたが、本技術はこれに限定されるものではない。例えば、液晶バリアなどの、開口部の位置の切り替えを行うことができるスイッチャブルバリアを採用し、時分割表示をも行うことで立体映像を形成する表示装置についても本技術は適用可能である。

また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
＜１＞複数の表示画素が設けられた画面に複数の視差画像を表示する表示部と、
前記複数の視差画像を光学的に分離する光学素子と
を備え、
前記複数の視差画像における視差量は、前記画面における水平方向の中央部よりも端部において小さい
表示装置。
＜２＞
前記複数の視差画像は、前記画面における水平方向の中央部から端部へ向かうほど前記視差量が小さくなる部分を含む
上記＜１＞記載の表示装置。
＜３＞
前記光学素子は、
前記表示部における前記複数の表示画素の並び方向に対して傾斜した第１の方向にそれぞれ延伸すると共に光を透過および遮断する複数のサブ領域を有するバリア部である
上記＜１＞または＜２＞に記載の表示装置。
＜４＞
前記視差量は、前記画面の位置に応じた視差データと、以下の式（１）〜（６）で規定されるゲイン関数Ｇ（Ｘ，Ｙ）との積に基づいて決定される
上記＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の表示装置。
Ｇ（Ｘ，Ｙ）＝Ｇ１（Ｘ，Ｙ）・Ｇ２（Ｘ，Ｙ） ……（１）
Ｇ１（Ｘ，Ｙ）＝−gsl（Ｘ−Ｘ０−Ｙ／Ｓ）＋１ ……（２）
Ｇ２（Ｘ，Ｙ）＝gsl（Ｘ−Ｈ＋Ｘ０−（Ｙ−Ｖ）／Ｓ）＋１ ……（３）
０≦Ｇ１（Ｘ，Ｙ）≦１ ……（４）
０≦Ｇ２（Ｘ，Ｙ）≦１ ……（５）
Ｓ・ｔａｎθ＝Ｐｘ／Ｐｙ ……（６）
但し、
gsl：水平方向のゲイン分布を決定する定数
Ｘ：画面水平方向における表示画素の位置
Ｙ：画面垂直方向における表示画素の位置
Ｘ０：画面上端での正視領域と逆視領域との境界部の水平方向位置
Ｈ：画面において水平方向に並ぶ表示画素の総数
Ｖ：画面において垂直方向に並ぶ表示画素の総数
Ｐｘ：画面水平方向における表示画素の配置ピッチ
Ｐｙ：画面垂直方向における表示画素の配置ピッチ
θ：表示画素の並び方向に対する光学素子の傾斜角
とする。
＜５＞
前記視差画像は、前記視差量と２次元画像とに基づいて生成される
上記＜１＞から＜４＞のいずれか１つに記載の表示装置。

１…表示装置、９…バリア駆動部、１０…液晶バリア部、１１，１２…開閉部、１３，１６…透明基板、２０…表示部、２９…バックライト駆動部、３０…バックライト、４０…制御部、４１…ゲイン処理部、４２…多視点画像形成部、５０…表示駆動部、１１０，１２０…透明電極、Ｐｉｘ…画素。

Claims (5)

1. 複数の表示画素が設けられた画面に複数の視差画像を表示する表示部と、
   前記複数の視差画像を光学的に分離する光学素子と
   を備え、
   前記複数の視差画像における視差量は、前記画面における水平方向の中央部よりも端部において小さい
   表示装置。
2. 前記複数の視差画像は、前記画面における水平方向の中央部から端部へ向かうほど前記視差量が小さくなる部分を含む
   請求項１記載の表示装置。
3. 前記光学素子は、
   前記表示部における前記複数の表示画素の並び方向に対して傾斜した第１の方向にそれぞれ延伸すると共に光を透過および遮断する複数のサブ領域を有するバリア部である
   請求項１記載の表示装置。
4. 前記視差量は、前記画面の位置に応じた視差データと、以下の式（１）〜（６）で規定されるゲイン関数Ｇ（Ｘ，Ｙ）との積に基づいて決定される
   請求項１記載の表示装置。
   Ｇ（Ｘ，Ｙ）＝Ｇ１（Ｘ，Ｙ）・Ｇ２（Ｘ，Ｙ） ……（１）
   Ｇ１（Ｘ，Ｙ）＝−gsl（Ｘ−Ｘ０−Ｙ／Ｓ）＋１ ……（２）
   Ｇ２（Ｘ，Ｙ）＝gsl（Ｘ−Ｈ＋Ｘ０−（Ｙ−Ｖ）／Ｓ）＋１ ……（３）
   ０≦Ｇ１（Ｘ，Ｙ）≦１ ……（４）
   ０≦Ｇ２（Ｘ，Ｙ）≦１ ……（５）
   Ｓ・ｔａｎθ＝Ｐｘ／Ｐｙ ……（６）
   但し、
   gsl：水平方向のゲイン分布を決定する定数
   Ｘ：画面水平方向における表示画素の位置
   Ｙ：画面垂直方向における表示画素の位置
   Ｘ０：画面上端での正視領域と逆視領域との境界部の水平方向位置
   Ｈ：画面において水平方向に並ぶ表示画素の総数
   Ｖ：画面において垂直方向に並ぶ表示画素の総数
   Ｐｘ：画面水平方向における表示画素の配置ピッチ
   Ｐｙ：画面垂直方向における表示画素の配置ピッチ
   θ：表示画素の並び方向に対する光学素子の傾斜角
   とする。
5. 前記視差画像は、前記視差量と２次元画像とに基づいて生成される
   請求項１記載の表示装置。

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