JP5320488B1

JP5320488B1 - ３次元映像表示装置および３次元映像表示方法

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Publication number: JP5320488B1
Application number: JP2012122145A
Authority: JP
Inventors: 首達夫最
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-05-29
Also published as: JP2013247633A; US20130321595A1

Abstract

【課題】モアレが解消できるとともに、設計の自由度を向上させることのできる３次元映像表示装置を提供する。
【解決手段】第１の方向と前記第１の方向に直交する第２の方向とに沿って画素がマトリクス状に配列された表示部であって、Ｍを１以上の整数とすると、前記画素は第１の方向に並ぶＭ色成分を持つＭ個のサブ画素に分割されている、表示部と、前記表示部に対向して設置され、前記第２の方向から一定の角度をとって直線状に延び、前記第１の方向に配列する複数の光学的開口部として機能する光線制御素子と、前記光学的開口部の第２の方向の周期をＱ、前記画素の第２の方向の周期をＢ、Ｑ／Ｂ＝Ｎとし、Ｎ’が（（Ｍ−１）／Ｍ）Ｎ−０．５≦Ｎ’＜Ｎ、またはＮ＜Ｎ’≦（Ｍ／（Ｍ−１））Ｎ＋０．５を満たす整数としたとき、視点数Ｎ’の多視点映像を前記表示部に出力する映像に並べ替えるマッピングを行う駆動回路と、を備える。
【選択図】図７Ａ

Description

本発明の実施形態は、３次元映像表示装置および３次元映像表示方法に関する。

動画表示が可能な３次元映像表示装置、所謂３次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。近年、特にフラットパネルタイプで、且つ専用の眼鏡等を必要としない方式の要望が高くなっている。このタイプの３次元映像表示装置には、直視型或いは投影型の液晶表示装置やプラズマ表示装置などのような画素位置が固定されている表示パネル（以下、表示装置ともいう）の直前に表示パネルからの光線を制御して観察者に向ける光線制御素子を設置する方式が知られている。

光線制御素子は、光線制御素子上の同一位置でも角度により異なる画像が見えるように光線を制御している。具体的には、左右視差（水平視差）のみを与える場合には、スリットアレイ或いはレンチキュラーシート（シリンドリカルレンズアレイ）が用いられ、上下視差（垂直視差）も含める場合には、ピンホールアレイ或いはフライアイレンズアレイが用いられる。光線制御素子を用いる方式は、さらに、２眼方式、多眼方式、超多眼方式（多眼式の超多眼条件）、インテグラルイメージング方式に分類される。これらの基本的な原理は、１００年程度前に発明され立体写真に用いられてきたものと実質上同一である。

このようなスリットアレイやレンチキュラーシート等の光線制御素子を用いた直視型裸眼３次元映像表示装置においては、光線制御素子の光学的開口の周期構造と平面表示装置の画素の周期構造が干渉することによるモアレや色モアレが発生しやすい。その対策として、光線制御素子の光学的開口の延びる方向を斜めに傾ける方法が知られている。しかし、光線制御素子の光学的開口に傾きを与えるだけでは、モアレは完全に解消できないことから、拡散成分を追加してモアレを解消する方法も提案されている。しかし、この方法は、視差情報（見る角度によって見え方が変わる画像情報）の分離を悪くすることから、画質の低下が避けられない。光線制御素子の光学的開口を斜めにした場合、光線制御素子の光学的開口と、平面表示装置の画素の位置関係の周期性が高ければ、モアレが発生しやすく、周期性が低ければモアレは発生しにくい。周期性が低い場合、３次元映像表示のために映像データを並び替えて配置する処理が複雑となり、回路規模や必要なメモリが大きくなる問題がある。また、メモリを削減する並び替えのマッピングが知られている。

上述したように、光線制御素子を斜めに設置した従来の３次元映像表示装置にあっては、モアレの解消と画像処理の効率化の両立に問題がある。

特表２００１−５０１０７３号公報特開２００５−８６４１４号公報特許第４４７６９０５号公報

ＳＩＤ０４Ｄｉｇｅｓｔ１４３８（２００４）

本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、モアレが解消できるとともに、設計の自由度を向上させることのできる３次元映像表示装置およびその表示方法を提供することである。

本実施形態の３次元映像表示装置は、第１の方向と前記第１の方向に直交する第２の方向とに沿って画素がマトリクス状に配列された表示部であって、Ｍを１以上の整数とすると、前記画素は第１の方向に並ぶＭ色成分を持つＭ個のサブ画素に分割されている、表示部と、前記表示部に対向して設置され、前記第２の方向から一定の角度をとって直線状に延び、前記第１の方向に配列する複数の光学的開口部として機能する光線制御素子と、前記光学的開口部の第２の方向の周期をＱ、前記画素の第２の方向の周期をＢ、Ｑ／Ｂ＝Ｎとし、Ｎ’が（（Ｍ−１）／Ｍ）Ｎ−０．５≦Ｎ’＜Ｎ、またはＮ＜Ｎ’≦（Ｍ／（Ｍ−１））Ｎ＋０．５を満たす整数としたとき、視点数Ｎ’の多視点映像を前記表示部に出力する映像に並べ替えるマッピングを行う駆動回路と、を備え、前記光学的開口部の第１の方向の周期をＰ、前記画素の第１の方向の周期をＡとすると、（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ）は非整数であり、ＭＰ／Ａは非整数である。

一実施形態による３次元映像表示装置を概略的に示す斜視図。図２（ａ）、２（ｂ）は一実施形態にかかる光線制御素子を概略的に示す斜視図。図３（ａ）乃至３（ｃ）は一実施形態による３次元映像表示装置における要素画像ピッチＰｅと光線制御素子の光学的開口部ピッチＰｓと光線制御素子ギャップｄと視距離Ｌと視域幅Ｗの関係を示す模式図。図４（ａ）乃至４（ｃ）は一実施形態による平行光線の組を持つ条件の１次元インテグラルイメージング方式、および多眼方式の視差画像と立体画像の構成方法を示す図。一実施形態において用いられる、画素と光線制御素子の位置関係の一例を示す図。図６（ａ）乃至６（ｅ）は、一実施形態における多視点映像から出力映像への並べ替え処理のマッピングの例を示す図。一実施形態による３次元映像表示装置において用いられる、画素と光線制御素子の周期の関係（（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ））、画素列方向（第２の方向）に対する光線制御素子の角度（傾斜角度）、Ｑ／Ｂ、マッピングされる視差数Ｎ’、および元画像サイズの組み合わせの例と、それぞれの場合における視域、モアレ有無、および色成分数を示す図。一実施形態による３次元映像表示装置において用いられる、画素と光線制御素子の周期の関係（（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ））、画素列方向（第２の方向）に対する光線制御素子の角度（傾斜角度）、Ｑ／Ｂ、マッピングされる視差数Ｎ’、および元画像サイズの組み合わせの例と、それぞれの場合における視域、モアレ有無、および色成分数を示す図。実施例１ａの視差番号のマッピングを示す図。比較例１ａ−１の視差番号のマッピングを示す図。

以下、図面を参照して、一実施形態による３次元映像表示装置を詳細に説明する。

実施形態による３次元映像表示装置の概要について図１乃至図４（ｃ）を参照して説明する。インテグラルイメージング方式においても、また、多眼方式においても、通常は、視距離が有限であるため、その視距離における透視投影画像が実際に見えるように表示画像が作成される。

図１は、各実施形態の３次元映像表示装置の全体を概略的に示す斜視図である。図１に示す３次元映像を表示する表示装置は、平面映像としての視差合成画像を表示する平面映像表示部３３１（以下、表示部３３１ともいう）を備えている。この表示部３３１の前面には、この表示部３３１からの光線を制御する光線制御素子３３２が設けられている。この光線制御素子３３２としては図２（ａ）に示すレンチキュラーシート３３４、図２（ｂ）に示すスリットアレイ板３３３、または電気的にレンズ効果やスリットをオンまたはオフできるスイッチャブル型（アクティブ型）の光線制御素子がある。ここで、光線制御素子３３２は、光学的開口を備え、光線制御素子３３２がレンチキュラーシート３３４であれば、光学的開口は、各シリンドリカルレンズに相当し、光線制御素子３３２がスリットアレイ板３３３であれば、光学的開口は、スリットアレイ板３３３に設けられた各スリットに相当する。

この光線制御素子３３２の光学的開口は、３次元映像が表示される視域に向けられる表示部３３１からの光線を実質的に制限し、表示部３３１上に表示される２次元的な映像を構成する各要素画像に対応して設けられている。従って、表示部３３１上に表示される出力映像は、光線制御素子３３２の光学的開口の数に対応した数の要素画像から構成されている。その結果、要素画像が夫々光線制御素子３３２の光学的開口を介して視域内の空間に向けて投影されることによって３次元映像が３次元映像表示装置の前面或いは背面に表示される。

また、以下の実施形態においては、この光学的開口は、開口（レンズまたはスリット）の延在する方向が平面映像表示装置の縦方向の画素列に対して傾いて配置される。なお、図２（ａ）、２（ｂ）において、Ｐｓは光学的開口部の水平ピッチを示し、図２（ｂ）において、Ｐｐはスリットの幅を示す。また、スイッチャブル型の光線制御素子は、例えば、液晶層を一対の基板で挟み、一対の基板のうちの一方の基板に周期的に配列された電極と、他方の基板上に形成された電極との間に電圧を印加することにより、液晶層に電界分布を生成して液晶層の配向を変化させ、レンズとして作用する屈折率分布を生成するものや、液晶などで構成された複屈折レンズに入力する偏光を別の液晶セルで切り替えるものなどがある。

図３（ａ）乃至３（ｃ）は、３次元映像表示装置の全体を概略的に示す展開図である。必要に応じ、スペーサ（ガラス基板、樹脂基板、フィルム、拡散シート等あるいはその組み合わせ）が平面画像表示部３３１と光線制御素子３３２の間に設けられる。図３（ａ）は３次元映像表示装置の前面と、駆動部３１０、多視点画像記憶／入力部３１２、および画像処理部３１４からなる制御部とを示す正面図である。図３（ｂ）は３次元映像表示装置の画像配置を示す平面図であり、図３（ｃ）は３次元映像表示装置の側面図である。図１乃至図２（ｂ）に示すように、３次元映像表示装置は、液晶表示素子などの平面映像表示部３３１および光学的開口を有する光線制御素子３３２を備えている。

この３次元映像表示装置においては、水平方向の画角３４１及び垂直方向の画角３４２の範囲内において、眼の位置から光線制御素子３３２を介して表示装置３３１を観察して平面映像表示部３３１の前面及び背面に立体像を観察することができる。ここでは、平面映像表示部３３１の画素数は、正方形となる最小単位の画素群で数えた場合の個数である。一例として横方向（水平方向）が３８４０画素であり、縦方向（垂直方向）が２１６０画素であり、各最小単位の画素群は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のサブ画素を含んでいるものとする。

図３（ｂ）において、光線制御素子３３２と視距離面３４３との間の視距離Ｌ、光線制御素子の光学的開口部の水平方向のピッチＰｓ、光線制御素子と平面映像表示部とのギャップｄが定められれば、要素画像のピッチＰｅが視距離面３４３上の視点から光学的開口中心を表示面上に投影した間隔により決定される。符号３４６は、視点位置と各光学的開口中心とを結ぶ線を示し、視域幅Ｗは表示装置の表示面上で要素画像同士が重なり合わないという条件から決定される。既に説明したように、要素画像とは、光線制御素子３３２の、ある光学的開口を通過して光線制御素子３３２と視距離面３４３との間の視域に向けられる光線束を発生するサブ画素の集合によって表示される２次元的な合成画像（最終的な出力映像である視差合成画像の一部）に相当する。複数の要素画像が表示部３３１に表示されてこれが投影されることによって３次元映像が表示される。

この視差合成画像は、駆動回路３１０からの表示信号で平面映像表示部３３１が駆動されて平面映像表示部３３１に表示される。この駆動回路３１０は、多視点映像群あるいはそれから構成される連結画像などを圧縮して立体画像データとして記憶するまたは入力される多視点画像記憶／入力部３１２をその周辺装置として具備している。また、駆動回路３１０は、この多視点画像記憶／入力部３１２からの映像データを視差合成画像に変換し、画素データを抽出する画像処理部３１４をその周辺装置として具備している。

光学的開口の水平ピッチＰｓあるいはその整数倍がサブ画素ピッチＰｐの整数倍に定められている平行光線１次元インテグラルイメージング方式においては、各光学的開口に対応して定められる立体画像の表示に寄与する要素画像の平均ピッチＰｅあるいはその整数倍は、サブ画素ピッチＰｐの整数倍とはならず、整数よりわずかに大きくなるような端数を伴う。光学的開口の水平ピッチＰｓあるいはその整数倍がサブ画素ピッチＰｐの整数倍に定められていない（平行光線群を形成しない）広義の１次元インテグラルイメージング方式にあっても、一般的に要素画像の平均ピッチＰｅあるいはその整数倍は、同様にサブ画素ピッチＰｐの整数倍からずれた端数を伴う。これに対して、多眼方式では、要素画像の平均ピッチＰｅあるいはその整数倍は、サブ画素ピッチＰｐの整数倍に定められる。

図４（ａ）乃至４（ｃ）は、平行光線の組を持つ条件の１次元インテグラルイメージング方式、および多眼方式の視差画像と立体画像の構成方法を示している。表示される物体（被写体）４２１は、実際に３次元映像表示装置の光線制御素子が置かれる面と同じ位置にある投影面４２２に投影される。このとき、図４（ａ）に示すように、１次元インテグラルイメージング方式においては垂直方向透視投影、水平方向平行投影になるように、投影面と平行で正面（上下方向の中央）にありかつ視距離面内にある投影中心線４２３に向かう投影線４２５に沿って投影される。投影線は、水平方向は互いに交わらないが、垂直方向は投影中心線において交わる。各投影方向は視差番号に対応するが、各方向は等角度ではなく、視距離面（投影中心線４２３）上で等間隔になるようにする。すなわちカメラを投影中心線上で等間隔に平行移動（向きは一定）して撮影することに相当する。多眼の場合の投影法では、投影中心点について透視投影される。符号４２８は視差の方向を示している。

なお、１次元インテグラルイメージング方式であっても、多眼の場合と同様に通常の透視投影であっても、立体像にわずかにひずみが生じる点以外に実質的に問題はない。このように投影された各視差成分画像４２６は、画素列ごとに分割され、必要に応じ補間処理を行い、図４（ｃ）に示すように光線制御素子の水平ピッチＰｓに対応する間隔を置いて、互いに分離して視差合成画像４２７上に配置される。各光学的開口は斜め方向であるため、視差成分画像４２６上の同一列は、視差合成画像上でおおむね垂直方向に配置されるが、各部分において光学的開口にあうように斜めに配置される。各視差成分画像は、視差合成画像上でインターリーブ状に配置され、要素画像アレイを形成する。

（一実施形態）
一実施形態による３次元映像表示装置は、縦ストライプカラーフィルタの画素がマトリクス状に配列された表示面の前面あるいは背面に、レンチキュラーやバリアやパターン光源などの光線制御素子が画素の縦方向から傾きを持って設置された構造を有している。この実施形態による３次元映像表示装置において用いられる、画素と光線制御素子の位置関係の一例を図５に示す。図は表示面のうち６．３画素列×９画素行の領域を示している。図５において、斜線が光線制御素子の光学的開口の中間線を示す。すなわち、斜線は、光線制御素子がレンズアレイの場合はレンズ境界、スリットアレイあるいはパターン光源の場合はスリットあるいは光源の中間線を表す。また、各画素は横方向に並ぶ３色成分（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を持つ３個のサブ画素に分割されている。

光線制御素子がレンチキュラー（シリンドリカルレンズアレイ）である場合、色成分数をＭ（図５においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの３成分であるためＭ＝３）、レンズの縦方向のピッチ（縦周期）をＱ、画素の縦方向のピッチ（縦周期）をＢ、レンズの横方向のピッチ（横周期）をＰ、画素の横方向のピッチ（横周期）をＡとすると、レンズの画素列に対する傾斜角度は、
ｔａｎ^−１（１／ａ）（１）
となる。ここでａ＝（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ）である。このとき、視差数Ｎが、
Ｎ＝Ｑ／Ｂ（２）
の条件を満たしていれば、表示面の解像度に対し３次元映像の解像度が１／Ｎ（横１／ｓ、縦１／ｔ）となり、各３次元映像の画素に対し色成分数が過不足なくＭとなる。ここで、ｓ、ｔは、Ｎ＝ｓｔを満たす実数である。また、この場合、入力された多視点映像を表示部に出力する映像に並び替えるマッピングが、多視点映像の視点番号（視差数）と座標に関し、出力する映像においてＮ（＝Ｑ／Ｂ）画素行分の周期となり、マッピングに必要なメモリがＮ行分で済む。なお、マッピングについては、後で詳細に説明する。

図５に示す例においては、Ｍ＝３、Ｑ／Ｂ＝７、Ｐ／Ａ＝２である。したがって、視差数Ｎが７であれば、各３次元映像の画素に対し色成分数が過不足なくＭとなるとともに、マッピングに必要なメモリが７行分で済む。

本実施形態の第１の態様においては、表示部の表示面によって規定されるＱ／ＢをＮとしたとき、多視点映像を表示部に出力する映像に並び替えるマッピングを行う際に、Ｎ’を以下の（３）式
Ｎ（Ｍ−１）／Ｍ−０．５ ≦ Ｎ ’＜Ｎ（３）
を満たす整数としたとき、Ｎ’視差のマッピングを行う構成となっている。このような構成とすることにより、解像度（３次元映像の画素に関する解像度）についての色成分が少し削られるが１色が完全に欠落することはなく、Ｎ視差のマッピングを行う場合に比べて、画素数の低下が１／Ｎから１／Ｎ’に改善し、設計自由度も向上する。なお、（３）式において、−０．５の項は、四捨五入してＮ’がＮ（Ｍ−１）／Ｍ以上であればよいということを意味する。

また、本実施形態の第２の態様においては、表示部の表示面によって規定されるＱ／ＢをＮとしたとき、多視点映像を表示部に出力する映像に並び替えるマッピングを行う際に、Ｎ’を以下の（４）式
Ｎ＜Ｎ’ ≦ ＮＭ／（Ｍ−１）＋０．５（４）
を満たす整数としたとき、Ｎ’視差のマッピングを行う構成となっている。このような構成とすることにより、視差番号についての色成分が少し削られるが１色が完全に欠落することはなく、Ｎ視差のマッピングを行う場合に比べ画素数の低下が１／Ｎから１／Ｎ’に大きくなるが、視差数が増やせるため視域の広さあるいは飛び出し奥行レンジが改善し、設計自由度も向上する。なお、（４）式において、＋０．５の項は、四捨五入してＮ’がＮＭ／（Ｍ−１）以下であればよいということを意味する。

次に、マッピングについて説明する。

図６（ａ）乃至６（ｅ）は、一実施形態による３次元映像表示装置において用いられる多視点映像から（表示面への）出力映像への並べ替え処理のマッピングを示す概略図である。基本的なマッピング方法は、特許第４４７６９０５号公報のものと類似している。多視点画像の画素数やサンプリング位置が（表示面への）出力映像と異なる場合、リサイズ処理される。リサイズフィルタは単純サンプリング、線形補間、非線形補間などが用いられる。信号処理の都合上、表示面への出力映像の解像度に対し各視点画像の解像度（＝３次元映像として見える解像度）が１／Ｎ’（横１／ｕ、縦１／ｖ）に設定している。図６（ａ）に示すＮ’＝９（ｕ＝ｖ＝３）の例では、図６（ａ）に示した９視点の多視点映像のそれぞれ斜線を施した３行の領域が、図６（ｅ）に示した出力映像の９行の領域にマッピングされる。出力画像の各サブ画素にマッピングされる、多視点映像の視点番号と座標は、９行周期の配置となっている。マッピングが９行周期であることから、マッピングに必要なメモリが９行分で済む。なお、９視点の多視点画像は、入力された２視点以上の多視点映像から変換処理されて生成されたものであってもよい。

図６（ｂ）に示すＮ’＝８（ｕ＝８／３、ｖ＝３）、Ｎ＝９の例では、図６（ｂ）に示した８視点の多視点映像のそれぞれ斜線を施した１行の領域が、図６（ｅ）に示した出力映像の３行の領域にマッピングされる。出力画像の各サブ画素にマッピングされる、多視点映像の視点番号と座標は、９行周期の配置となっている。マッピングが９行周期であることから、マッピングに必要なメモリが９行分で済む。なお、８視点の多視点画像は、入力された２視点以上の多視点映像から変換処理されて生成されたものであってもよい。

図６（ｃ）に示すＮ’＝７（ｕ＝７／３、ｖ＝３）、Ｎ＝７の例では、図６（ｃ）に示した７視点の多視点映像のそれぞれ斜線を施した１行の領域が、図６（ｅ）に示した出力映像の３行の領域にマッピングされる。出力画像の各サブ画素にマッピングされる、多視点映像の視点番号と座標は、７行周期の配置となっている。マッピングが７行周期であることから、マッピングに必要なメモリが７行分で済む。なお、７視点の多視点画像は、入力された２視点以上の多視点映像から変換処理されて生成されたものであってもよい。

図６（ｄ）に示すＮ’＝６（ｕ＝２、ｖ＝３）、Ｎ＝６の例では、図６（ｄ）に示した６視点の多視点映像のそれぞれ斜線を施した１行の領域が、図６（ｅ）に示した出力映像の３行の領域にマッピングされる。出力画像の各サブ画素にマッピングされる、多視点映像の視点番号と座標は、６行周期の配置となっている。マッピングが６行周期であることから、マッピングに必要なメモリが６行分で済む。なお、６視点の多視点画像は、入力された２視点以上の多視点映像から変換処理されて生成されたものであってもよい。

一実施形態による３次元映像表示装置において用いられる、画素と光線制御素子の周期の関係（（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ））、画素列方向（第２の方向）に対する光線制御素子の角度（傾斜角度）、Ｑ／Ｂ、マッピングされる視差数Ｎ’、および元画像サイズの組み合わせの例と、それぞれの場合における視域、モアレ有無、および色成分数を図７Ａ、７Ｂに示す。図７Ａ、７Ｂに示す「実質解像度」の列において、記号「↓」は対応する実施例に比べて実質解像度が低下していることを意味し、記号「↑」は対応する実施例に比べて実質解像度が上昇していることを意味する。例えば、比較例１ａ−１は、実施例１ａに比べて実質解像度は低下し、比較例１ａ−３は上昇している。「視域」の列において、記号「↓」は対応する実施例に比べて視域が狭いことを意味し、記号「↑」は対応する実施例に比べて視域が広いことを意味する。「ｍｏｉｒｅ」の列において、記号「×」はモアレが発生しやすいことを意味する。例えば比較例１ａ−２は視域が対応する実施例１ａに比べて視域が狭く、モアレが発生しやすい。

図７Ａ、７Ｂに示すように、視差数Ｎ’がＱ／Ｂ（＝Ｎ）より小さいほど各視点画像（元画像）の解像度は高くとることができ、３次元映像の解像度の低下が１／Ｎ’（横１／ｕ、縦１／ｖ）ですむ。ここで、ｕ、ｖは、Ｎ’＝ｕｖを満たす実数である。しかし、色成分は表示画素数ｂに対しｂＭ／Ｎしかないため、これをｂ／Ｎ’画素に割り当てると、各３次元映像の画素に対し色成分数はＭＮ’／Ｎとなる。Ｎ’がＮ（Ｍ−１）／Ｍ以上であれば、色成分数は（Ｍ−１）以上であり、１色成分が完全に欠落することはなく、表示上ほとんど問題にならない。このように設計とマッピングを行った例が図８に示す実施例１ａであり、図９に示す比較例１ａ−１のマッピングに比べ画素数の低下を抑制することができる。

図８および図９は、実施例１ａおよび比較例１ａ−１による３次元映像表示装置において用いられる、画素と光線制御素子の位置関係および各サブ画素に割り当てられる視差番号（視点番号）のマッピングの例を示す図である。光線制御素子の傾斜角度やピッチは図５と同じである。１つの光学的開口に対応する領域（２本の平行な斜線の間の領域）には、斜線からの距離に比例して、図８では０から６、図９では０から７の視差番号が割り当てられている。サブ画素に割り当てられる視差番号が整数の場合は、多視点映像のうち単独の視点の映像からのみ画素がマッピングされ割り当てられる。整数でない視差番号が割り当てられている場合は、多視点映像のうち２つの隣接する視点の映像から画素が、視差番号の数字の割合に応じて平均化され割り当てられる。

比較例１ａ−２（Ｎ＝Ｎ’＝６）の場合は、レンズピッチが短くなり、視域または飛び出し量が低下し、３次元映像の色配列も斜めストライプとなり、モアレが発生するなどの弊害がある。

比較例１ａ−３（Ｎ’＝４）の場合は、解像度は高くなるが、色成分は２未満となり、色成分の欠落が大きい。なお、比較例１ａ−１、１ａ−２、１ａ−３はいずれも、（３）式を満たしていない。

また、視差数Ｎ’がＱ／Ｂ（＝Ｎ）より大きい場合は、３次元映像の解像度の低下が１／Ｎ’（横１／ｕ、縦１／ｖ、Ｎ’＝ｕｖ）と大きくなり、各３次元映像の画素の各視差成分に対し色成分数はＭＮ／Ｎ’となる。Ｎ’がＮＭ／（Ｍ−１）以下であれば、色成分数は（Ｍ−１）以上であり、１色成分が完全に欠落することはなく、表示上ほとんど問題にならない。このような設計とマッピングを行った例が実施例１ｂであり、比較例１ｂ−１に比べ視域を拡大することができる。

比較例１ｂ−２（Ｎ＝Ｎ’＝８）の場合は、レンズピッチが長くなり、視域または飛び出し量は向上するが、３次元映像の色配列が斜めストライプとなり、モアレが発生するなどの弊害がある。

比較例１ｂ−３（Ｎ’＝１２）の場合は、視域は広くなるが、解像度は低下し、色成分の欠落が大きく、Ｍ＝３に対して２以下となる。比較例１ｂ−１、比較例１ｂ−２、比較例１ｂ−３はいずれも（４）式を満たしていない。

実際はモアレ解消のためレンズ角度やピッチの設計の制約が大きいが、一実施形態による「条件緩和」により設計の自由度も改善する。例えば、４、６、９視差などの、画像処理上都合の良いきりのよい数字、すなわち２の倍数やＭの倍数に合わせやすくなり、設計自由度が向上する。

このように、Ｎ視差のレンズ設計で、式（３）に示す条件（Ｎ（Ｍ−１）／Ｍ−０．５ ≦ Ｎ’＜Ｎ）を満たすＮ’視差のマッピングを行うと、解像度（３次元映像の画素）についての色成分が少し削られるが１色が完全に欠落することはなく、Ｎ視差のマッピングを行う場合に比べて、画素数の低下が１／Ｎから１／Ｎ’に改善し、設計自由度も向上する。

また、Ｎ視差のレンズ設計で、式（４）に示す条件（Ｎ＜Ｎ’≦ＮＭ／（Ｍ−１）＋０．５）を満たすＮ’視差のマッピングを行うと、視差番号についての色成分が少し削られるが１色が完全に欠落することはなく、Ｎ視差のマッピングを行う場合に比べて、画素数の低下が１／Ｎから１／Ｎ’に大きくなるが、視差数が増やせるため視域の広さが改善し、設計自由度も向上する。

図７Ａ、７Ｂに示す実施例２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ、４ａ、５ａは、実施例１ａ、１ｂ、１ｃと異なるレンズの傾き、ピッチの例であるが、効果は同様である。比較例２ａ−１、２ａ−２、２ａ−３、３ａ−１、３ａ−２、３ａ―３、３ｃ−１、３ｃ−２、４ａ−１、４ａ―２、５ａ−１、５ａ−２はいずれも（３）式を満たさず、比較例２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３、３ｂ−１、３ｂ−２、３ｂ−３は、いずれも（４）式を満たさない。

なお、モアレの発生を抑えるためには、レンズの傾きやピッチの周期性がある程度低いことが望ましく、そのためには（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ）は非整数であることが望ましい。また、Ｍ×Ｐ／Ａは非整数であることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態および各実施例によれば、画素数の低下が抑制され、設計自由度が向上する。

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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許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ものである。

３３１平面画像表示部
３３２光線制御素子
３３３スリットアレイ板
３３４レンチキュラーシート
３３５画素
３４１水平方向の画角
３４２垂直方向の画角
３４３視距離面
３４６視点と光学的開口中心を結ぶ線
４２１表示される物体（被写体）
４２２投影面
４２３投影中心線
４２４投影面上に投影された被写体
４２５投影線
４２６視差成分画像（各視点画像）
４２７視差合成画像（表示面に出力される画像）
４２８視差の方向

Claims

第１の方向と前記第１の方向に直交する第２の方向とに沿って画素がマトリクス状に配列された表示部であって、Ｍを１以上の整数とすると、前記画素は第１の方向に並ぶＭ色成分を持つＭ個のサブ画素に分割されている、表示部と、
前記表示部に対向して設置され、前記第２の方向から一定の角度をとって直線状に延び、前記第１の方向に配列する複数の光学的開口部として機能する光線制御素子と、
前記光学的開口部の第２の方向の周期をＱ、前記画素の第２の方向の周期をＢ、Ｑ／Ｂ＝Ｎとし、Ｎ’が
（（Ｍ−１）／Ｍ）Ｎ−０．５≦Ｎ’＜Ｎ
または
Ｎ＜Ｎ’≦（Ｍ／（Ｍ−１））Ｎ＋０．５
を満たす整数としたとき、視点数Ｎ’の多視点映像を前記表示部に出力する映像に並べ替えるマッピングを行う駆動回路と、
を備え、
前記光学的開口部の第１の方向の周期をＰ、前記画素の第１の方向の周期をＡとすると、
（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ）は非整数であり、
ＭＰ／Ａは非整数である３次元映像表示装置。
Ｎ’は２の倍数またはＭの倍数である請求項１記載の３次元映像表示装置。
Ｍは３である請求項１乃至２のいずれか１項に記載の３次元映像表示装置。
第１の方向と前記第１の方向に直交する第２の方向とに沿って画素がマトリクス状に配列された表示部であって、Ｍを１以上の整数とすると、前記画素は第１の方向に並ぶＭ色成分を持つＭ個のサブ画素に分割されている、表示部と、前記表示部に対向して設置され、前記第２の方向から一定の角度をとって直線状に延び、前記第１の方向に配列する複数の光学的開口部として機能する光線制御素子と、を備えている３次元映像表示装置を用いて３次元映像を表示する３次元映像表示方法であって、
Ｍを１以上の整数とするとき、前記画素は第１の方向に並ぶＭ色成分を持つＭ個のサブ画素に分割されており、前記光学的開口部の第２の方向の周期をＱ、前記画素の第２の方向の周期をＢ、Ｑ／Ｂ＝Ｎとし、Ｎ’が
（（Ｍ−１）／Ｍ）Ｎ−０．５≦Ｎ’＜Ｎ
または
Ｎ＜Ｎ’≦（Ｍ／（Ｍ−１））Ｎ＋０．５
を満たす整数としたとき、
視点数Ｎ’の多視点映像を前記表示部に出力する映像に並べ替えるマッピングを行うステップを備え、
前記光学的開口部の第１の方向の周期をＰ、前記画素の第１の方向の周期をＡとすると、
（Ｑ／Ｂ）／（Ｐ／Ａ）は非整数であり、
ＭＰ／Ａは非整数である３次元映像表示方法。