KR20120090744A

KR20120090744A - 3차원 영상 표시 장치 및 3차원 영상 표시 방법

Info

Publication number: KR20120090744A
Application number: KR1020110098804A
Authority: KR
Inventors: 다쯔오 사이슈; 유조 히라야마
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-08-17
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: CN102630022A; JP5356429B2; JP2012163709A; US20120200677A1; CN102630022B; TW201234046A; TWI446007B; KR101283201B1; US8964006B2

Abstract

광선 제어 소자를 비스듬히 설치한 3차원 영상 표시 장치에 있어서, 무아레의 해소와 화상 처리의 효율화의 양립이 가능한 3차원 영상 표시 장치 및 그의 표시 방법을 제공하는 것을 가능하게 한다.
제1 방향과 이 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 화소가 매트릭스 형상으로 배열된 표시부와, 표시부에 대향해서 설치되고, 제2 방향으로 대략 직선 형상으로 연장하고, 제1 방향으로 배열되어 있는 다수의 광학적 개구부를 구비한 광선 제어 소자를 구비하고, M을 1 이상의 정수로 하면, 화소는 제1 방향으로 배열되는 M색 성분을 갖는 M개의 서브 화소로 분할되어 있고, 광학적 개구부의 제1 방향의 주기를 P, 광학적 개구부의 제2 방향의 주기를 Q, 화소의 제1 방향의 주기를 A, 화소의 제2 방향의 주기를 B로 하면, Q/B는 정수 N이며, M×P/A는 비정수이며, (Q/B)/(P/A)은 비정수이다.

Description

3차원 영상 표시 장치 및 3차원 영상 표시 방법{THE APPARATUS AND METHOD FOR DISPLAYING THREE DIMENSIONAL IMAGE}

본 발명의 실시 형태는 3차원 영상 표시 장치 및 3차원 영상 표시 방법에 관한 것이다.

동화상 표시가 가능한 3차원 영상 표시 장치, 소위 3차원 디스플레이에는 다양한 방식이 알려져 있다. 최근 들어, 특히 플랫 패널 타입이고, 또한 전용의 안경 등을 필요로 하지 않는 방식의 요망이 높아지고 있다. 이 타입의 3차원 영상 표시 장치에는, 직시형 혹은 투영형의 액정 표시 장치나 플라즈마 표시 장치 등과 같은 화소 위치가 고정되어 있는 표시 패널(이하, 표시 장치라고도 함)의 직전에 표시 패널로부터의 광선을 제어해서 관찰자로 향하게 하는 광선 제어 소자를 설치하는 방식이 알려져 있다.

광선 제어 소자는 광선 제어 소자 상의 동일 위치에서도 각도에 따라 상이한 화상이 보이도록 광선을 제어하고 있다. 구체적으로는, 좌우 시차(수평 시차)만을 부여할 경우에는, 슬릿 어레이 혹은 렌티큘러 시트(원통형 렌즈 어레이)가 사용되고, 상하 시차(수직 시차)도 포함할 경우에는, 핀 홀 어레이 혹은 플라이아이 렌즈 어레이가 사용된다. 광선 제어 소자를 사용하는 방식은, 또한 2안식, 다안식, 초다안식(다안식의 초다안 조건), 인테그랄 이미징으로 분류된다. 이들의 기본적인 원리는 100년 정도 전에 발명되어 입체 사진에 사용된 것과 실질상 동일하다.

이 중 인테그랄 이미징 방식은 시점 위치의 자유도가 높고, 편안하게 입체시(立體視)할 수 있다고 하는 특징이 있고, 수평 시차만 있고 수직 시차가 없는 타입에서는, 해상도가 높은 표시 장치의 실현도 비교적 용이하다. 이에 비해, 2안 방식이나 다안 방식에서는, 입체시할 수 있는 시점(視點) 위치의 범위, 즉 시(視)영역이 좁아, 보기 어렵다는 문제가 있지만, 3차원 영상 표시 장치로서의 구성으로서는 가장 단순하고, 표시 화상도 간단하게 작성할 수 있다.

이러한 슬릿 어레이나 렌티큘러 시트를 사용한 직시형 나안 3차원 영상 표시 장치에 있어서는, 광선 제어 소자의 개구부의 주기 구조와 평면 표시 장치의 화소의 주기 구조가 간섭하는 것에 의한 무아레나 색 무아레가 발생하기 쉽다. 그의 대책으로서, 광선 제어 소자의 개구부가 연장하는 방향을 비스듬히 기울이는 방법이 알려져 있다. 그러나, 광선 제어 소자의 개구부에 기울기를 부여하는 것만으로는, 무아레는 완전하게 해소 가능하지 않은 것으로부터, 확산 성분을 추가해서 무아레를 해소하는 방법도 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 시차 정보(보는 각도에 따라 보이는 방식이 바뀌는 화상 정보)의 분리를 나쁘게 하는 점에서, 화질의 저하를 피할 수 없다. 광선 제어 소자의 개구부를 비스듬하게 한 경우, 광선 제어 소자와 화소의 위치 관계의 주기성이 높으면, 무아레가 발생하기 쉽고, 주기성이 낮으면 무아레는 발생하기 어렵다. 주기성이 낮은 경우, 3차원 영상 표시를 위해서 영상 데이터를 재배열해서 배치하는 처리가 복잡해져서, 회로 규모나 필요한 메모리가 커지는 문제가 있다. 또한, 메모리를 삭감하는 재배열의 맵핑이 알려져 있다.

상술한 바와 같이, 광선 제어 소자를 비스듬히 설치한 종래의 3차원 영상 표시 장치에 있어서는, 무아레의 해소와 화상 처리의 효율화의 양립에 문제가 있다.

일본 특허 공표 제2001-501073호 공보 일본 특허 공개 제2005-86414호 공보 일본 특허 제4476905호 공보

SID04 Digest 1438 (2004)

본 발명의 일 실시 형태가 해결하고자하는 과제는, 광선 제어 소자를 비스듬히 설치한 3차원 영상 표시 장치에 있어서, 무아레의 해소와 화상 처리의 효율화의 양립이 가능한 3차원 영상 표시 장치 및 그의 표시 방법을 제공하는 것이다.

본 실시 형태의 3차원 영상 표시 장치는, 제1 방향과 이 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 화소가 매트릭스 형상으로 배열된 표시부와, 상기 표시부에 대향해서 설치되고, 상기 제2 방향으로 대략 직선 형상으로 연장하고, 상기 제1 방향으로 배열되어 있는 다수의 광학적 개구부를 구비한 광선 제어 소자를 구비하고, M을 1 이상의 정수로 하면, 상기 화소는 제1 방향으로 배열되는 M색 성분을 갖는 M개의 서브 화소로 분할되어 있고, 상기 광학적 개구부의 제1 방향의 주기를 P, 상기 광학적 개구부의 제2 방향의 주기를 Q, 상기 화소의 제1 방향의 주기를 A, 상기 화소의 제2 방향의 주기를 B로 하면, Q/B는 정수 N이며, M×P/A는 비정수이며, (Q/B)/(P/A)은 비정수인 것을 특징으로 한다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 2의 (a), 도 2의 (b)는 일 실시 형태에 따른 광선 제어 소자를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)는 일 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에 있어서의 요소 화상 피치 Pe와 광선 제어 소자의 광학적 개구부 피치 Ps와 광선 제어 소자 갭 d와 시거리 L과 시영역폭 W의 관계를 도시하는 모식도.
도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)는 일 실시 형태에 따른 평행 광선의 조를 갖는 조건의 1차원 인테그랄 이미징 방식 및 다안 방식의 시차 화상과 입체 화상의 구성 방법을 도시하는 도면.
도 5는 제1 실시 형태에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계를 도시하는 도면.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 제3 실시 형태에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 제4 실시 형태에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 9는 비교예에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계를 도시하는 도면.
도 10은 제5 실시 형태에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계의 일례를 도시하는 도면.
도 11은 일 실시 형태에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계, 각도, 주기의 조합의 예와, 각각의 경우의 맵 크기(필요열수) 및 무아레 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 12는 비교예에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계, 각도, 주기의 조합의 예와, 각각의 경우의 맵 크기(필요열수) 및 무아레 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면.
도 13은 일 실시 형태에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계 및 각 서브 화소에 할당되는 시차 번호의 일례를 도시하는 도면.
도 14는 일 실시 형태에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계 및 각 서브 화소에 할당되는 시차 번호의 다른 예를 도시하는 도면.
도 15의 (a), 도 15의 (b)는, 일 실시 형태에 있어서의 다시점 영상으로부터 출력 영상으로의 재배열 처리의 맵핑의 예를 도시하는 도면.

이하, 도면을 참조하여, 일 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치를 상세하게 설명한다.

각 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치의 개요에 대해서 도 1 내지 도 4의 (c)를 참조하여 설명한다. 인테그랄 이미징 방식에 있어서나, 또한 다안 방식에 있어서도, 통상은, 시거리가 유한하기 때문에, 그 시거리에 있어서의 투시 투영 화상이 실제로 보이도록 표시 화상이 작성된다.

도 1은, 각 실시 형태의 3차원 영상 표시 장치의 전체를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시하는 3차원 영상을 표시하는 표시 장치는, 평면 영상으로서의 시차 합성 화상을 표시하는 평면 영상 표시부(331)을 구비하고 있다. 이 평면 영상 표시부(331)의 전방면에는, 이 표시부(331)로부터의 광선을 제어하는 광선 제어 소자(332)가 설치되어 있다. 이 광선 제어 소자(332)로서는 도 2의 (a)에 도시하는 렌티큘러 시트(334), 도 2의 (b)에 도시하는 슬릿 어레이판(333) 또는 전기적으로 렌즈 효과나 슬릿을 온 또는 오프할 수 있는 스위쳐블형(액티브형)의 광선 제어 소자가 있다. 여기서, 광선 제어 소자(332)는 광학적 개구를 구비하고, 광선 제어 소자가 렌티큘러 시트(334)이면, 광학적 개구는 각 원통형 렌즈에 상당하고, 광선 제어 소자가 슬릿 어레이판(333)이면, 광학적 개구는 슬릿 어레이판(333)에 설치된 각 슬릿에 상당한다. 이 광선 제어 소자(332)의 광학적 개구는, 3차원 영상이 표시되는 시영역으로 향해지는 표시부(331)로부터의 광선을 실질적으로 제한하고, 표시부(331) 상에 표시되는 2차원적인 영상을 구성하는 각 요소 화상에 대응해서 설치되어 있다. 따라서, 표시부(331) 상에 표시되는 출력 영상은, 광선 제어 소자(332)의 광학적 개구의 수에 대응한 수의 요소 화상으로 구성되어 있다. 그 결과, 요소 화상이 각각 광선 제어 소자(332)의 광학적 개구를 통해서 시영역 내의 공간으로 향해서 투영됨으로써 3차원 영상이 3차원 영상 표시 장치의 전방면 혹은 배면에 표시된다. 또한, 이하의 실시 형태에 있어서는, 이 광학적 개구는, 개구(렌즈 또는 슬릿)의 연장되는 방향이 평면 영상 표시 장치의 세로 방향의 화소열로 대하여 기울어서 배치된다. 또한, 도 2의 (a), 도 2의 (b)에 있어서, Ps는 광학적 개구부의 수평 피치를 나타내고, 도 2의 (b)에 있어서, Pp은 슬릿의 폭을 나타낸다. 또한, 스위치 가능형의 광선 제어 소자는, 예를 들어 액정층을 한 쌍의 기판 사이에 끼우고, 한 쌍의 기판 중 한쪽의 기판에 주기적으로 배열된 전극과, 다른 쪽의 기판 상에 형성된 전극과의 사이에 전압을 인가함으로써, 액정층에 전계 분포를 생성해서 액정층의 배향을 변화시켜서, 렌즈로서 작용하는 굴절률 분포를 생성하는 것이나, 액정 등으로 구성된 복굴절 렌즈에 입력되는 편광을 다른 액정 셀에서 전환하는 것 등이 있다.

도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)는, 3차원 영상 표시 장치의 전체를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 필요에 따라, 스페이서(유리 기판, 수지 기판, 필름, 확산 시트 등 혹은 그의 조합)가 평면 화상 표시부(331)와 광선 제어 소자(332) 사이에 설치된다. 도 3의 (a)은 3차원 영상 표시 장치의 전방면과, 구동부(310), 다시점 화상 기억/입력부(312) 및 화상 처리부(314)로 이루어지는 제어부를 도시하는 정면도이다. 도 3의 (b)는 3차원 영상 표시 장치의 화상 배치를 도시하는 평면도이며, 도 3의 (c)는 3차원 영상 표시 장치의 측면도이다. 도 1 내지 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 3차원 영상 표시 장치는 액정 표시 소자 등의 평면 영상 표시부(331) 및 광학적 개구를 갖는 광선 제어 소자(332)를 구비하고 있다.

이 3차원 영상 표시 장치에 있어서는, 수평 방향의 시각(341) 및 수직 방향의 시각(342)의 범위 내에 있어서, 눈의 위치로부터 광선 제어 소자(332)를 통해서 표시 장치(331)를 관찰해서 평면 영상 표시부(331)의 전방면 및 배면에 입체상을 관찰할 수 있다. 여기에서는, 평면 영상 표시부(331)의 화소수는 정사각형이 되는 최소 단위의 화소군에서 센 경우의 개수이다. 일례로서 가로 방향(수평 방향)이 3840 화소이며, 세로 방향(수직 방향)이 2160 화소이며, 각 최소 단위의 화소군은 적(R), 녹(G), 청(B)의 서브 화소를 포함하고 있는 것으로 한다.

도 3의 (b)에 있어서, 광선 제어 소자(332)와 시거리면(343) 사이의 시거리 L, 광선 제어 소자의 광학적 개구부의 수평 방향의 피치 Ps, 광선 제어 소자와 평면 영상 표시부의 갭 d가 정해지면, 요소 화상의 피치 Pe가 시거리면(343) 상의 시점으로부터 광학적 개구 중심을 표시면 상에 투영한 간격에 의해 결정된다. 부호(346)는, 시점 위치와 각 광학적 개구 중심을 연결하는 선을 나타내고, 시영역폭 W는 표시 장치의 표시면 상에서 요소 화상끼리가 중첩되지 않는다는 조건으로부터 결정된다. 이미 설명한 바와 같이, 요소 화상이란 광선 제어 소자(332)의, 어떤 광학적 개구를 통과해서 광선 제어 소자(332)와 시거리면(343) 사이의 시영역으로 향하게 되는 광선속을 발생하는 서브 화소의 집합에 의해 표시되는 2차원적인 합성 화상(최종적인 출력 영상인 시차 합성 화상의 일부)에 상당한다. 복수의 요소 화상이 표시부(331)에 표시되고 이것이 투영됨으로써 3차원 영상이 표시된다.

이 시차 합성 화상은, 구동 회로(310)로부터의 표시 신호에서 평면 영상 표시부(331)이 구동되어서 평면 영상 표시부(331)에 표시된다. 이 구동 회로(310)는 다시점 영상군 혹은 그것으로 구성되는 연결 화상 등을 압축해서 입체 화상 데이터로서 기억하거나 또는 입력되는 다시점 화상 기억/입력부(312)를 그의 주변 장치로서 구비하고 있다. 또한, 구동 회로(310)는 이 다시점 화상 기억/입력부(312)로부터의 영상 데이터를 시차 합성 화상으로 변환하고, 화소 데이터를 추출하는 화상 처리부(314)를 그의 주변 장치로서 구비하고 있다.

광학적 개구의 수평 피치 Ps 혹은 그의 정수배가 서브 화소 피치 Pp의 정수배로 정해져 있는 평행 광선 1차원 인테그랄 이미징 방식에 있어서는, 각 광학적 개구에 대응해서 정해지는 입체 화상의 표시에 기여하는 요소 화상의 평균 피치 Pe 혹은 그의 정수배는, 서브 화소 피치 Pp의 정수배는 되지 않고, 정수보다 조금 커지는 끝수를 수반한다. 광학적 개구의 수평 피치 Ps 혹은 그의 정수배가 서브 화소 피치 Pp의 정수배로 정해져 있지 않은(평행 광선군을 형성하지 않음) 광의의 1차원 인테그랄 이미징 방식에 있어서도, 일반적으로 요소 화상의 평균 피치 Pe 혹은 그의 정수배는, 마찬가지로 서브 화소 피치 Pp의 정수배로부터 어긋난 끝수를 수반한다. 이에 비해, 다안 방식에서는, 요소 화상의 평균 피치 Pe 혹은 그의 정수배는, 서브 화소 피치 Pp의 정수배로 정해진다. 광선 제어 소자의 광학적 개구가 화소열에 대하여 tan^-1(1/S)의 각도로 비스듬히 설치되는 1차원 인테그랄 이미징 방식에 있어서, 광학적 개구의 수평 피치 Ps를 서브 화소 수평 피치 Pp로 나눈 값과 S의 곱을, 다시 색 성분수(통상은 3)로 나눈 값(정수)을 「시차수」라고 칭하기로 한다. 예를 들어 tan^-1(1/4)의 각도로, Ps/Pp=12이면, 시차수는 12×4/3=16이며, tan^-1(1/6)의 각도로, Ps/Pp=4.5이면, 시차수는 4.5×6/3=9이다.

도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)는, 평행 광선의 조를 갖는 조건의 1차원 인테그랄 이미징 방식 및 다안 방식의 시차 화상과 입체 화상의 구성 방법을 나타내고 있다. 표시되는 물체(피사체)(421)는, 실제로 3차원 영상 표시 장치의 광선 제어 소자가 설치되는 면과 동일 위치에 있는 투영면(422)에 투영된다. 이때, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 1차원 인테그랄 이미징 방식에 있어서는 수직 방향 투시 투영, 수평 방향 평행 투영이 되도록, 투영면과 평행하게 정면(상하 방향의 중앙)에 있고 또한 시거리면 내에 있는 투영 중심선(423)을 향하는 투영선(425)을 따라 투영된다. 투영선은, 수평 방향은 서로 교차하지 않지만, 수직 방향은 투영 중심선에 있어서 교차한다. 각 투영 방향은 시차 번호에 대응하는데, 각 방향은 동일한 각도가 아니라, 시거리면(투영 중심선) 상에서 등간격으로 되도록 한다. 즉 카메라를 투영 중심선 상에서 등간격으로 평행 이동(방향은 일정)하여 촬영하는 것에 상당한다. 다안의 경우의 투영법에서는, 투영 중심점에 대해서 투시 투영된다. 또한, 1차원 인테그랄 이미징 방식이거나, 다안의 경우와 마찬가지로 통상의 투시 투영이어도, 입체상에 조금 왜곡이 발생하는 점 이외에 실질적으로 문제는 없다. 이렇게 투영된 각 시차 성분 화상(426)은, 화소열마다 분할되고, 필요에 따라 보간 처리를 행하고, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 광선 제어 소자의 수평 피치 Ps에 대응하는 간격을 두고, 서로 분리해서 시차 합성 화상(427) 상에 배치된다. 각 광학적 개구는 경사 방향이기 때문에, 시차 성분 화상(426) 상의 동일렬은 시차 합성 화상 상에서 대체로 수직 방향으로 배치되지만, 각 부분에 있어서 광학적 개구에 맞도록 비스듬히 배치된다. 각 시차 성분 화상은 시차 합성 화상 상에서 인터리브 형상으로 배치되어 요소 화상 어레이를 형성한다.

(제1 실시 형태)

제1 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계의 일례를 도 5에 도시하였다. 사선이 광선 제어 소자의 광학적 개구의 중간선, 즉 광선 제어 소자가 렌즈 어레이의 경우에는 렌즈 경계, 슬릿 어레이의 경우에는 슬릿의 중간선을 나타낸다. 광선 제어 소자의 경사 각도는, 화소열에 대하여 tan^-1(1.6/9)(=tan^-1(1/5.625))이다. 각 화소는 가로 방향으로 배열되는 3색 성분(R, G, B)을 갖는 3개의 서브 화소로 분할되어 있고, 광학적 개구부의 가로 주기 P, 즉 도 5에 도시하는 사선의 가로 방향의 간격은 화소의 가로 방향의 피치(가로 주기) A에 대하여 정수배가 아니라 1.6배이며, 광학적 개구부의 세로 주기 Q, 즉 도 5에 도시하는 사선의 세로 방향의 간격은 화소의 세로 방향의 피치(세로 주기) B에 대하여 정수배, 즉 9배이다(N=(Q/B)=9). 또한, (N/(P/A)), 즉 9/1.6(=5.625)은 정수가 아니라, 즉 비정수이며, 2×9/1.6도 정수가 아니라, 즉 비정수이다. 이와 같이, 광학적 개구부의 세로 주기를 화소의 세로 주기의 정수배(9배)로 함으로써, 입력된 다시점 영상을 평면 영상 표시부에 출력하는 영상으로 재배열하는 맵핑이, 다시점 영상의 시점 번호와 좌표에 관련하고, 출력하는 영상에 있어서 9화소행분의 주기가 되고, 맵핑에 필요한 메모리가 9행분이면 된다. 또한, 맵핑에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 광학적 개구부의 가로 주기 Ps는 화소의 가로 주기 Pp의 정수배가 아니기 때문에, 광선 제어 소자와 화소의 위치 관계의 주기성이, 무아레가 해소될 정도로 낮다. 또한, 광학적 개구부는, 광학적 개구부의 가로 주기 P의 5배가, 화소의 가로 주기 A의 8배와 일치한다. 즉, P/A를 정수배했을 때 정수가 되는 최소의 값은 8이다. 이 값은, 9/2(=N/2) 이상, 9×10(=N×10) 이하라고 하는 조건을 만족하고 있다.

이와 같이, 광학적 개구부의 가로 주기의 정수배가 화소의 가로 주기의 정수배와 일치하는 주기를 너무 작지도 너무 크지도 않은, 화소의 정수열분으로 함과 함께, 광학적 개구부의 세로 주기를 화소의 정수행 분으로 함으로써, 주기성이 무아레가 해소될 정도로 낮아, 화상 재배열 처리의 맵핑에 필요한 메모리가 화소의 정수 (9)행×정수 (8)열분이면 된다고 하는 이점이 있다.

이상과 같은 구성을 채용함으로써 무아레 해소와 화상 처리의 효율화의 양립이 가능하게 된다. M을 1 이상의 정수로 하고, 화소가 수평 방향(가로 방향)으로 M색 성분을 갖는 M개의 서브 화소를 갖고 있는 것으로 한다. 이 제1 실시 형태 및 후술하는 제2 내지 제5 실시 형태에 있어서는, M은 3이 된다. 그렇게 하면, 가로 방향으로 광학적 개구부의 1 가로 주기, 세로 방향으로 (N/(P/A)) 화소행의 범위에는, N×M 즉 9×3=27개의 서브 화소가 존재한다. 이로 인해, 1 시점분에 3색 성분을 할당하면, 9 시점분의 할당이 가능하고, 9 시점의 화상의 각 1 화소분(3색 성분을 가짐)의 정보를 이 범위에 맵핑하는 것이 적절하다. 2 시점분의 입력 화상 밖에 없는 경우에는, 2 시점의 화상을 적절하게 9 시점분으로 변환 처리하고, 9 시점의 경우와 마찬가지로 맵핑하면 된다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서는, 평면 영상 표시 장치에 설치되는 컬러 필터는 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이 세로 스트라이프 배열이 되어 있고, 이것은, 이하의 제2 내지 제4 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.

(제2 실시 형태)

제2 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계를 도 6에 도시하였다. 이 제2 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 광선 제어 소자의 광학적 개구부는 세로 방향이 화소 9행분의 주기인데, 제1 실시 형태와는, 광학적 개구부의 경사 각도가 상이함과 함께 가로 주기가 상이하다. 광선 제어 소자의 경사 각도는, 화소열에 대하여 tan^-1(1.56522/9)(=tan^-1(1/5.75))이다. 화소는 가로 방향으로 배열되는 3색 성분(R, G, B)을 갖는 3개의 서브 화소로 분할되어 있고, 광학적 개구부의 가로 주기 P, 즉 도 6에 도시하는 사선의 가로 방향의 간격은 화소의 가로 주기 A에 대하여 정수배가 아니라 1.56522배이며, 광학적 개구부의 세로 주기 Q, 즉 도 6에 도시하는 사선의 세로 방향의 간격은 화소의 세로 주기 B에 대하여 정수배, 즉 9배이다(N=(Q/B=9). 또한, N/(P/A), 즉 9/1.56522(=5.75)는 정수가 아니고, 그의 2배인 2×9/1.56522도 정수가 아니다. 또한, 광학적 개구부는 광학적 개구부의 가로 주기 P의 23배가, 화소의 가로 주기 A의 36배와 일치한다. 즉, P/A를 정수배했을 때 정수가 되는 최소의 값은 36이다. 이 값은, 9/2(=N/2) 이상, 9×10(=N×10) 이하라고 하는 조건을 만족하고 있다.

이와 같이, 광학적 개구부의 가로 주기의 정수배가 화소의 가로 주기의 정수배와 일치하는 주기를 너무 작지도 않고 너무 크지도 않은, 화소의 정수열분으로 함과 함께, 광학적 개구부의 세로 주기를 화소의 세로 주기의 정수배로 함으로써, 주기성이 무아레가 해소될 정도로 낮아, 화상 재배열 처리의 맵핑에 필요한 메모리가 화소의 정수 (9)행×정수 (36)열분이면 된다고 하는 이점이 있다.

이상과 같은 구성을 채용함으로써 무아레 해소와 화상 처리의 효율화의 양립이 가능하게 된다. 가로 방향으로 광학적 개구부의 1 가로 주기, 세로 방향으로 (N/(P/A)) 화소행의 범위에는, N×M 즉 9×3=27개의 서브 화소가 존재한다. 이로 인해, 1 시점분에 3색 성분을 할당하면, 9 시점분의 할당이 가능하고, 9 시점의 화상의 각 1 화소분(3색 성분을 가짐)의 정보를 이 범위에 맵핑하는 것이 적절하다. 2 시점분의 입력 화상 밖에 없는 경우에는, 2 시점의 화상을 적절하게 9 시점분으로 변환 처리하고, 9 시점의 경우와 마찬가지로 맵핑하면 된다.

(제3 실시 형태)

제3 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계를 도 7에 도시하였다. 이 제3 실시 형태에 있어서는, 제1 및 제2 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 광선 제어 소자의 광학적 개구부는 세로 방향이 화소 9행분의 주기인데, 제1 및 제2 실시 형태와는, 광학적 개구부의 경사 각도가 상이함과 함께 가로 주기가 상이하다. 광선 제어 소자의 경사 각도는, 화소열에 대하여 tan^-1(1.55172/9)(=tan^-1(1/5.8))이다. 화소는 가로 방향으로 배열되는 3색 성분(R, G, B)을 갖는 3개의 서브 화소로 분할되어 있고, 광학적 개구부의 가로 주기 P, 즉 도 7에 도시하는 사선의 가로 방향의 간격은 화소의 가로 주기 A에 대하여 정수배가 아니라 1.55172배이며, 광학적 개구부의 세로 주기 Q, 즉 도 7에 도시하는 사선의 세로 방향의 간격은 화소의 세로 주기 B에 대하여 정수배, 즉 9배이다(N=(Q/B)=9). 또한, N/(P/A), 즉 9/1.55172(=5.8)는 정수가 아니고, 그의 2배도 정수가 아니다. 또한, 광학적 개구부는, 광학적 개구부의 가로 주기의 29배가 화소의 가로 주기의 45배와 일치한다. 즉, P/A를 정수배했을 때 정수가 되는 최소의 값은 45이다. 이 값은, 9/2(=N/2) 이상, 9×10(=N×10) 이하라고 하는 조건을 만족하고 있다.

이와 같이, 광학적 개구부의 가로 주기의 정수배가 화소의 가로 주기의 정수배와 일치하는 주기를 너무 작지도 않고 너무 크지도 않은, 화소의 정수열분으로 함과 함께, 광학적 개구부의 세로 주기를 화소의 세로 주기의 정수배로 함으로써, 주기성이 무아레가 해소될 정도로 낮아, 화상 재배열 처리의 맵핑에 필요한 메모리가 화소의 정수 (9)행×정수 (45)열분이면 된다고 하는 이점이 있다.

(제4 실시 형태)

제4 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계를 도 8에 도시하였다. 이 제4 실시 형태에 있어서는, 제1 내지 제3 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 광선 제어 소자의 광학적 개구부는 세로 방향이 화소 9행분의 주기를 갖고 있지만, 제1 내지 제3 실시 형태의 경우와는, 광학적 개구부의 경사 각도가 상이함과 함께 가로 주기가 상이하다. 광학적 개구부의 경사 각도는 화소열에 대하여 tan^-1(1.54286/9)(=tan^-1(1/5.833))이다. 화소는 가로 방향으로 배열되는 3색 성분(R, G, B)을 갖는 3개의 서브 화소로 분할되어 있고, 광학적 개구부의 가로 주기 P, 즉 도 8에 도시하는 사선의 가로 방향의 간격은 화소의 가로 주기 A에 대하여 정수배가 아니라 1.54286배이며, 광학적 개구부의 세로 주기 Q, 즉 도 8에 도시하는 사선의 세로 방향의 간격은 화소의 세로 주기 B에 대하여 정수배, 즉 9배이다(N=(Q/B)=9). 또한, N/(P/A), 즉 9/1.54286(=5.833)은 정수가 아니고, 그의 2배도 정수가 아니다. 또한, 광학적 개구부는, 광학적 개구부의 가로 주기의 35배가 화소의 가로 주기의 54배와 일치한다. 즉, P/A를 정수배했을 때 정수가 되는 최소의 값은 54이다. 이 값은, 9/2(=N/2) 이상, 9×10(=N×10) 이하라고 하는 조건을 만족하고 있다.

이와 같이, 광학적 개구부의 가로 주기의 정수배가 화소의 가로 주기의 정수배와 일치하는 주기를 너무 작지도 않고 너무 크지도 않은, 화소의 정수열분으로 함과 함께, 광학적 개구부의 세로 주기를 화소의 세로 주기의 정수배로 함으로써, 주기성이 무아레가 해소될 정도로 낮아, 화상 재배열 처리의 맵핑에 필요한 메모리가 화소의 정수 (9)행×정수 (54)열분이면 된다고 하는 이점이 있다.

(비교예)

비교예에 의한 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계를 도 9에 도시하였다. 이 비교예에 있어서는, 제1 내지 제4 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 광선 제어 소자의 광학적 개구부는 세로 방향이 화소의 9행분의 주기를 갖고 있지만, 제1 내지 제4 실시 형태의 경우와는 광학적 개구부의 경사 각도가 상이함과 함께 가로 주기가 상이하다. 광선 제어 소자의 경사 각도는 화소열에 대하여 tan^-1(1.5/9)(=tan^-1(1/6))이다. 화소는 가로 방향으로 배열되는 3색 성분(R, G, B)을 갖는 3개의 서브 화소로 분할되어 있고, 광학적 개구부의 가로 주기 P, 즉 도 9에 도시하는 사선의 가로 방향의 간격은 화소의 가로 주기 A에 대하여 정수배가 아니라 1.5배이며, 광학적 개구부의 세로 주기 Q, 즉 도 9에 도시하는 사선의 세로 방향의 간격은 화소의 세로 주기 B에 대하여 정수, 즉 9배이다(N=(Q/B)=9). 그러나, N/(P/A), 즉 9/1.5(=6)은 정수이며, 그의 2배도 정수이다. 또한, 광학적 개구부는, 광학적 개구부의 가로 주기의 2배가 화소의 가로 주기의 3배와 일치한다. 즉, P/A를 정수배했을 때 정수가 되는 최소의 값은 3이다.

이 값은, 9/2(=N/2) 이상, 9×10(=N×10) 이하라고 하는 조건을 만족하지 않고 있다. 이렇게 주기성이 너무 높으면 무아레가 발생하기 때문에 바람직하지 않다.

(제5 실시 형태)

제5 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계를 도 10에 도시한다. 이 제5 실시 형태에 있어서는, 제1 내지 제4 실시 형태의 경우와 상이하고, 광선 제어 소자의 광학적 개구부는 세로 방향이 화소의 4행분의 주기를 갖고 있다. 광학적 개구부의 경사 각도는, 화소열에 대하여 tan^-1(0.70588/4)(=tan^-1(1/5.667))이다. 화소는 가로 방향으로 배열되는 3색 성분(R, G, B)을 갖는 3개의 서브 화소로 분할되어 있고, 광학적 개구부의 가로 주기 P, 즉 도 10에 도시하는 사선의 가로 방향의 간격은 화소의 가로 주기 A에 대하여 정수배가 아니라 0.70588배이며, 광학적 개구부의 세로 주기 Q, 즉 도 10에 도시하는 사선의 세로 방향의 간격은 화소의 세로 주기 B에 대하여 정수배, 즉 4배이다(N=(Q/B)=4). 또한, N/(P/A), 즉 4/0.70588(=5.667)은 정수가 아니고, 그의 2배도 정수가 아니다. 또한, 광학적 개구부는, 광학적 개구부의 가로 주기의 3배가 화소의 가로 주기의 3배와 일치한다. 즉, P/A를 정수배했을 때 정수가 되는 최소의 값은 3이다. 이 값은, 4/2(=N/2) 이상, 4×10(=N×10) 이하라고 하는 조건을 만족하고 있다.

이와 같이, 광학적 개구부의 가로 주기의 정수배가 화소의 가로 주기의 정수배와 일치하는 주기를 너무 작지도 않고 너무 크지도 않은, 화소의 정수열분으로 함과 함께, 광학적 개구부의 세로 주기를 화소의 세로 주기의 정수배로 함으로써, 주기성이 무아레가 해소될 정도로 낮아, 화상 재배열 처리의 맵핑에 필요한 메모리가 화소의 정수 (4)행×정수 (3)열분이면 된다고 하는 이점이 있다.

이상과 같은 구성을 채용함으로써 무아레 해소와 화상 처리의 효율화의 양립이 가능하게 된다. 가로 방향으로 광학적 개구부의 1 가로 주기, 세로 방향으로 (N/(P/A)) 화소행의 범위에는, N×M 즉 4×3=12개의 서브 화소가 존재한다. 이로 인해, 1 시점분에 3색 성분을 할당하면, 4 시점분의 할당이 가능하고, 4 시점의 화상의 각 1 화소분(3색 성분을 가짐)의 정보를 이 범위에 맵핑하는 것이 적절하다. 2 시점분의 입력 화상 밖에 없는 경우에는, 2 시점의 화상을 적절하게 4 시점분으로 변환 처리하고, 4 시점의 경우와 마찬가지로 맵핑하면 된다.

(시뮬레이션 결과)

일 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 주기, 위치 관계, 각도(경사 각도)의 조합의 예와, 각각의 경우의 맵 크기(필요열수) 및 무아레 시뮬레이션 결과를 도 11에 도시한다. 이 중 LCM(P, A)의 열이, P/A를 정수배했을 때 정수가 되는 최소의 값을 나타내고 있고, 무아레의 발생을 억제하기 위해서는 N/2 이상이 바람직하고, 맵핑에 필요한 메모리 용량을 절약하기 위해서는, 10×N 이하인 것이 특히 바람직하다. 맵 크기가 작고 특히 바람직한 것은, [map size]의 열에 2중 동그라미로 나타냈지만, 메모리 크기에 특히 제약이 없는 경우에는 동그라미로 나타낸 것도 문제없다. 우측 단부의 「moire」의 열에, 무아레의 억제 효과가 특히 높은 것을 2중 동그라미로 나타내고, 무아레가 2중 동그라미인 경우보다는 남지만 허용 범위 이하가 되는 것을 동그라미로 나타냈다. 무아레가 특히 억제되는 구성은, (Q/B)/(P/A)의 값이, 시차수×(0.55 내지 0.8)의 범위, 혹은 시차수×(1.25 내지 1.45) 전후의 범위이다. 특히 바람직하게는 시차수×(0.6 내지 0.65)의 범위, 혹은 시차수×(1.4 내지 1.45)의 범위이다. 시차수가 큰 값의 경우, 시차수를 적당한 정수로 나눈 값에 대해서, 상기의 범위가 바람직한 범위가 된다.

도 12는 비교예에 의한 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 주기, 위치 관계, 각도(경사 각도)의 조합의 예와, 각각의 경우의 맵 크기(필요열수) 및 무아레 시뮬레이션 결과이다. 이것들은 (P/A)/(Q/B) 혹은 2×(P/A)/(Q/B)가 정수이기 때문에 주기성이 너무 높아서 무아레가 발생하기 쉬워 바람직하지 않다. 우측 단부의 「moire」의 열에, 무아레가 특히 발생하기 쉬운 것을 「×」로 나타내고, 무아레가 발생하기 쉬운 것을 「△」로 나타냈다. 무아레가 특히 발생하기 쉬운 구성은, (Q/B)/(P/A)의 값이 시차수×(0.8 내지 1.2) 전후의 범위이다. 시차수가 큰 값의 경우, 시차수를 적당한 정수로 나눈 값에 대해서, 상기의 범위가 바람직하지 않은 범위가 된다.

도 13 및 도 14는 일 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는, 화소와 광선 제어 소자의 위치 관계 및 각 서브 화소에 할당되는 시차 번호(시점 번호)의 예를 도시하는 도면이다. 도 13 및 도 14에 도시하는 광선 제어 소자의 경사 각도나 피치는 각각 도 7 및 도 5와 같다. 화살표로 나타낸 점은, 광선 제어 소자의 각 광학적 개구부의 중간선이, 세로 방향으로 인접해서 배열되는 2개의 녹색의 서브 화소가 실질적인 중점에 위치하는 개소이다. 이 2개의 녹색의 서브 화소에는, 9 시차의 0부터 8까지의 시차 번호 중 양단부의 0과 8이 할당되어 있다. 서브 화소에 할당되는 시차 번호가 정수인 경우에는, 다시점 영상 중 단독의 시점의 영상으로부터만 화소가 맵핑되어 할당된다. 다른 많은 서브 화소에는, 정수가 아닌 시차 번호가 할당되어 있는데, 정수가 아닌 경우에는, 다시점 영상 중 2개의 인접하는 시점의 영상으로부터 화소가, 시차 번호의 숫자의 비율에 따라 평균화되어 할당된다. 2개의 시점으로부터의 화소를 평균화하는 것은, 시차 화상 간의 보간 처리에 있어서, 영상이 조금 열화되기 때문에, 보간 처리를 행하지 않은, 즉 정수의 시차 번호가 할당되어 있는 서브 화소가 많은 것이 바람직하다. 단 정수의 시차 번호가 할당되어 있는 서브 화소가 너무 많은 경우에는, 주기성이 너무 높아져서, 무아레가 발생하기 쉬워진다. 무아레를 억제하기 위해서 주기성을 어느 정도 줄인 구성에서는, 정수의 시차 번호가 할당되어 있는 서브 화소는 한정된 비율이 된다. 도 14에 도시하는 예에서는, 정수의 시차 번호가 할당되어 있는 서브 화소는, RGB 각 색에서 균등하게 나타나지만, 도 13에 도시하는 예에서는, RGB 중 1색만이 정수의 시차 번호가 된다. 이러한 경우에는, 정수의 시차 번호가 할당되는 서브 화소의 색이, RGB 중 시인성이 높고 중요한 색 성분인 녹색(G)이 되도록 구성하는 것이 화질의 향상으로 이어진다. 도 13, 14에 도시하는 경우에는 모두, 적어도 일부의 녹색의 서브 화소는 단독의 시점의 영상의 화소로부터만 맵핑되는 구성이다.

도 15의 (a), 도 15의 (b)는, 일 실시 형태에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 사용되는 다시점 영상으로부터 출력 영상으로의 재배열 처리의 맵핑을 도시하는 개략도이다. 기본적인 맵핑 방법은, 일본 특허 제4476905호 공보의 것과 유사하다. 도 15의 (a)에 도시하는 N=9의 예에서는, 좌측에 나타낸 9 시점의 다시점 영상의 각각 사선을 실시한 3행의 영역이, 우측에 나타낸 출력 영상의 9행의 영역에 맵핑된다. 출력 화상의 각 서브 화소에 맵핑되는, 다시점 영상의 시점 번호와 좌표는, 9행 주기의 배치가 되어 있다. 맵핑이 9행 주기인 것으로부터, 맵핑에 필요한 메모리가 9행분이면 된다. 또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 맵핑의 열 주기LCM(P, A)이 작은 것은, 9줄×LCM(P, A)열분의 맵핑을 주기적으로 사용함으로써, 필요한 메모리를 더욱 삭감할 수 있다. 또한, 9 시점의 다시점 화상은 입력된 2 시점 이상의 다시점 영상으로부터 변환 처리되어서 생성된 것이어도 된다.

도 15의 (b)에 도시하는 N=4의 예에서는, 좌측에 나타낸 4 시점의 다시점 영상의 각각 사선을 실시한 2행의 영역이, 우측에 나타낸 출력 영상의 4행의 영역에 맵핑된다. 출력 화상의 각 서브 화소에 맵핑되는, 다시점 영상의 시점 번호와 좌표는, 4행 주기의 배치가 되어 있다. 맵핑이 4행 주기인 것으로부터, 맵핑에 필요한 메모리가 4행분이면 된다. 또한, 4 시점의 다시점 화상은, 입력된 2 시점 이상의 다시점 영상으로부터 변환 처리되어서 생성된 것이어도 된다.

이상의 방법에 의해, 광선 제어 소자를 비스듬히 설치한 3차원 영상 표시 장치에 있어서, 광선 제어 소자와 화소의 위치 관계의 주기성이 무아레가 해소될 정도로 낮고, 화상 재배열 처리의 맵핑에 필요한 메모리가 N행분이면 될 정도로 높기 때문에, 무아레 해소와 화상 처리의 효율화의 양립이 가능하게 된다.

본 발명의 몇가지의 실시 형태를 설명했지만, 이들의 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이들 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그의 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되면 마찬가지로, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그의 균등한 범위에 포함되는 것이다.

331: 평면 화상 표시부
332: 광선 제어 소자
333: 슬릿 어레이판
334: 렌티큘러 시트
335: 화소
341: 수평 방향의 시각
342: 수직 방향의 시각
343: 시거리면
346: 시점과 광학적 개구 중심을 연결하는 선
421: 표시되는 물체(피사체)
422: 투영면
423: 투영 중심선
424: 투영면 상에 투영된 피사체
425: 투영선
429: 카메라(시점)

Claims

제1 방향과 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 따라 화소가 매트릭스 형상으로 배열된 표시부와,
상기 표시부에 대향해서 설치되고, 상기 제2 방향으로 대략 직선 형상으로 연장하고, 상기 제1 방향으로 배열되는 복수의 광학적 개구부로서 기능하는 광선 제어 소자
를 구비하고,
M을 1 이상의 정수로 하면, 상기 화소는 제1 방향으로 배열되는 M색 성분을 갖는 M개의 서브 화소로 분할되어 있고, 상기 광학적 개구부의 제1 방향의 주기를 P, 상기 광학적 개구부의 제2 방향의 주기를 Q, 상기 화소의 제1 방향의 주기를 A, 상기 화소의 제2 방향의 주기를 B로 하면, Q/B는 정수 N이며, M×P/A는 비정수이며, (Q/B)/(P/A)은 비정수인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
제1항에 있어서, 2×(Q/B)/(P/A)은 비정수인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
제1항에 있어서, P/A를 정수배한 때 정수가 되는 최소의 값이, N/2 이상, N×10 이하인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 표시부의 상기 화소는 R 서브 화소, G 서브 화소, B 서브 화소로 이루어지고,
G 서브 화소에 할당되는 시차 번호가 정수가 되도록 상기 광학적 개구부가 기능하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
제1항에 기재된 3차원 영상 표시 장치를 사용해서 3차원 영상을 표시하는 3차원 영상 표시 방법으로서,
시점수가 2 이상인 다시점 영상을 상기 표시부에 출력하는 영상으로 재배열하는 맵핑을 행하는 스텝을 구비하고, 이 맵핑을 행하는 스텝은, 다시점 영상의 시점 번호와 상기 제1 방향에서의 좌표에 관련하고, 출력하는 영상에서 N 화소행 주기이도록 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.
제1항에 기재된 3차원 영상 표시 장치를 사용해서 3차원 영상을 표시하는 3차원 영상 표시 방법으로서,
시점수 N의 다시점 영상을 상기 표시부에 출력하는 영상으로 재배열하는 맵핑을 행하는 스텝을 구비하고, 이 맵핑을 행하는 스텝은, 다시점 영상의 시점 번호와 제1 방향에서의 좌표에 관련하고, 출력하는 영상에서 N 화소행 주기이도록 행하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 방법.