三次元画像表示装置
【課題】三次元画像の解像度バランスを改善し表示阻害を防止することを可能にする。
【解決手段】要素画像を表示する画素群を構成する画素がマトリックス状に配置される二次元画像表示装置１４と、画素群に対応付けられた射出瞳を有し、画素群の画素からの光線を制御する光線制御子６と、を備え、光線制御子の射出瞳は略垂直方向に連続した構造をとり、画素はＲＧＢのサブ画素から構成され、サブ画素は縦：横が３：１の縦長の形状を有し、射出瞳の連続した方向と、二次元画像表示装置の画素配列の列方向とのなす角度が、ｎを３の倍数と異なる自然数としたとき、arctan（１／ｎ）で与えられ、かつ基準視差数Ｎがｎの二乗ｎ２で与えられる。
【解決手段】要素画像を表示する画素群を構成する画素がマトリックス状に配置される二次元画像表示装置１４と、画素群に対応付けられた射出瞳を有し、画素群の画素からの光線を制御する光線制御子６と、を備え、光線制御子の射出瞳は略垂直方向に連続した構造をとり、画素はＲＧＢのサブ画素から構成され、サブ画素は縦：横が３：１の縦長の形状を有し、射出瞳の連続した方向と、二次元画像表示装置の画素配列の列方向とのなす角度が、ｎを３の倍数と異なる自然数としたとき、arctan（１／ｎ）で与えられ、かつ基準視差数Ｎがｎの二乗ｎ２で与えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元画像を表示可能な三次元画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元画像表示技術は様々な分類が可能であるが、多眼式やホログラフィとインテグラル・フォトグラフィ方式（以下、ＩＰ方式という）のようにメガネなしで三次元画像を表示する場合、例えば、以下の構成を採用することがある。すなわち、二次元的に配列された複数の二次元画像表示用ピクセルが、三次元画像表示用ピクセルを構成し、その前面側に光線制御子を配置する。なお、この光線制御子には、三次元画像表示用ピクセルから一つの二次元画像表示用ピクセルの画像情報のみ取り出せるように設計された射出瞳が三次元画像表示用ピクセル毎に設けられている。すなわち、この光線制御子によって三次元画像表示用ピクセルを部分的に遮り、観察者が射出瞳を介して視認する二次元画像表示用ピクセルを観察位置毎に異ならしめることで、メガネを使用することなく三次元画像を視認することができる。
【０００３】
さらにＩＰ方式について詳細に説明すると、三次元画像表示用ピクセルに表示される画像を要素画像という。要素画像とは、射出瞳をピンホールに置き換えた場合に撮影されるピンホールカメラ画像に相当している。
【０００４】
ただし、現状ではピンホールカメラの銀塩フィルムに比べて電子デバイスの解像度は低く、本明細書で扱う要素画像とは、撮影角度を異ならせた複数の二次元画像を構成する画素の集合体に過ぎない。すなわち、前述の構成によって、個々の三次元画像表示用ピクセルに表示された要素画像、すなわち複数の異なる方向から撮影した二次元画像（視差画像）の構成画素の集まりのうち、観察者の観察方向に一致した画素情報、すなわち実際に三次元像が存在した場合に見えるべき画素情報のみが視認される。
【０００５】
多眼式とＩＰ方式の相違は、電子デバイスの解像度の低さが原因で発生している。理想的には要素画像の撮影角度は連続しているべきだが、電子デバイスの解像度が不足していることから、離散的にならざるを得ない。この時に、射出瞳と画素を結ぶ線、すなわち射出瞳を経由して射出する光線同士が、視距離で集光するように設計されているのが多眼式、集光点を設けないのがＩＰ方式である。
【０００６】
２眼式は、各撮影位置で透視投影的に取得した二次元画像が眼間距離（ほぼ６５ｍｍ程度）で離間した一対の点に集光するような設計を採用した三次元画像表示方式である。この設計によると、観察者は画面から観察視距離Ｌだけ離れた位置で、メガネを使用することなく右眼と左眼とで別々の像（２つの撮影位置で撮影した各二次元画像）を見ることができる。さらに、上記一対の集光点を水平方向に２つ以上並べると、観察位置を左及び／または右方向に移動させるのに応じて、左眼で観察される像及び右眼で観察される像の双方が切り替わる。したがって、観察者は、観察位置の移動に応じて三次元画像が変化する様子を確認することができる。
【０００７】
他方、ＩＰ方式は、各撮影位置で撮影した二次元画像が一点に集光しないような設計を採用した三次元画像表示方式である。例えば、観察位置が表示面から無限遠だけ離れている場合を想定し、その場合に片眼で観察される画像が観察角度に応じて複数の撮影位置で撮影した各画像毎に切り替わるように設計する。典型的な例では、異なる射出瞳同士から射出する光線同士が平行になるように設計することにより、平行投影法で撮影した画像を用いて三次元画像表示用画像を作成することができる。
【０００８】
このような設計によると、現実的には表示面から無限遠だけ離れた位置から観察することはないので、片眼で観察される二次元画像が何れかの撮影位置で撮影した二次元画像と等しくなることはない。しかしながら、右眼で観察される二次元画像と左眼で観察される二次元画像のそれぞれは、複数の方向から平行投影法で撮影した画像の足し合わせにより構成されることで、平均的にはその観察位置から撮像した透視投影法による二次元画像となる。このような構成により右眼と左眼で別々の像を見ることができ、観察者が知覚する三次元画像は、撮影された物体を何れかの方向から実際に観察した場合に認識される三次元画像と同等となる。すなわち、ＩＰ方式では観察位置を仮定していない。
【０００９】
ＩＰ方式と多眼式、さらに眼間距離より短いピッチで集光点を設けた稠密多眼式について、二次元画像表示装置の非表示部が原因で発生する表示阻害の発生の違いについて説明する。
【００１０】
前述した構成により、ＩＰ方式では視距離の一点から観察した場合に射出瞳を経由して見える画素の位置は不定である。すなわち、画素の観察される位置が射出瞳ごとに周期的に変化する。このため、ＩＰ方式においては、非表示部（画素境界）が見える射出瞳が画面内に周期的に分布することから、画面内の輝度変化として視認される。これに対し、多眼式の場合は視距離において集光する設計になっていることから、視距離の一点から観察した場合に全ての射出瞳から画素の同一位置が観察され、集光する画素数が１／ｎに低下することで集光点をｎ倍に増加した稠密多眼式の場合も、全射出瞳数の１／ｎの射出瞳からは画素の同一位置が観察される。すなわち、多眼式の場合は、全射出瞳から非表示部が完全に見えない、もしくは、全射出瞳から非表示部しか見えない状態が発生する。言い換えれば、ＩＰ方式では画面内に発生していた非表示部が原因の輝度ムラが、多眼式では観察者がいる空間における輝度分布ムラとして発生する。視距離において画素中心が見える射出瞳を１／ｎに減らし集光点をｎ倍に増やすことで、観察位置の水平方向への移動に対して常に一定の割合で非表示分が見えるように設計された稠密多眼式では、視距離上の空間における輝度変化は抑制されているものの、二次元画像表示装置の開口率や光線制御子の射出瞳（窓部）の開口率の制御をしないと輝度変化を完全に無くすことはできない（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
ＩＰ方式、多眼方式、稠密多眼方式のいずれの方式においても、三次元画像表示用ピクセルを構成するために複数の二次元画像表示用ピクセルが用いられることから、再生される三次元画像の解像度は電子デバイスのオリジナルの解像度より低下する。この解像度の低下を抑制する目的で、立体感取得に有効な水平方向の視差情報だけ与える方法が既に検討されている（一次元ＩＰ方式、一次元多眼方式）。この場合、光線制御子の射出瞳は垂直方向に連続した形状とし、要素画像は水平方向にのみ展開される。すなわち垂直方向については視差情報を与えない。水平方向の解像度低下に関しては、ＬＣＤ等の電子デバイスの画素配列に着目し、水平に隣接したＲＧＢのトリプレットを１画素としてい
た従来の扱いから、縦に隣接したトリプレットで１画素として扱うことで、垂直方向の解像度を１／３に低下する代わりに水平方向の解像度を３倍に増加することが検討されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
また、前述したように、解像度の低下の問題に加えて二次元画像表示装置の非表示部と光線制御子との作用で発生する非表示部が原因の表示阻害がある。これに関しては、特許文献１で、多眼式の三次元画像表示装置において、この表示阻害への対策と解像度バランスの改善を兼ねて、光線制御子を傾けることが提案されている。光線制御子を傾けることで、視距離において非表示部が観察される領域を空間的に分散し、輝度変化が抑えられる。しかしながら、電子デバイスの非表示部が縦ストライプ状ではなく格子状に形成されていることから、非表示部が原因の輝度変化を完全に抑制するためには、レンズを傾けるとともに厳密に二次元画像表示装置と光線制御子の射出瞳（窓部）の開口率を制御する必要がある。さらには、光線制御子を傾けることで、垂直解像度が水平解像度に割り振ることが可能なために、水平方向にのみ視差情報を与えることによる解像度バランスの悪化を改善する方法についても言及している。
【特許文献１】米国特許第６、０６４、４２４号明細書
【特許文献２】特開平１０−２５３９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、そのバランスは以下に示す理由から十分改善されているとはいえない。
ＩＰ方式または多眼式といった、複数の視差画像を観察できる領域を振り分けることで三次元画像を表示する場合には、その構成が原因で、用いた二次元画像表示装置の本来の解像度より三次元画像表示装置の解像度が低下し、かつ非表示部が原因で表示阻害が発生する問題がある。
【００１４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、最終的な解像度バランスを改善し、表示阻害を防止することのできる三次元画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様による三次元画像表示装置は、要素画像を表示する画素群を構成する画素がマトリックス状に配置される二次元画像表示装置と、前記画素群に対応付けられた射出瞳を有し、前記画素群の画素からの光線を制御する光線制御子と、を備え、前記光線制御子の前記射出瞳は略垂直方向に連続した構造をとり、前記画素はＲＧＢのサブ画素から構成され、前記サブ画素は縦：横が３：１の縦長の形状を有し、前記射出瞳の連続した方向と、前記二次元画像表示装置の画素配列の列方向とのなす角度が、ｎを３の倍数と異なる自然数としたとき、arctan（１／ｎ）で与えられ、かつ基準視差数Ｎがｎの二乗ｎ２で与えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、三次元画像の解像度バランスを改善し表示阻害を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様または類似する機能を有する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
本発明の一実施形態による三次元画像表示装置を、図面を参照して説明する。まず、三次元画像表示装置の一般的な構成を図２４に示す。この図２４に示す三次元画像表示装置は、例えば液晶パネルからなる二次元画像表示装置１４と、光線制御子６と、を備えている。
【００１９】
二次元画像表示装置１４は、表示面内に位置が定められた画素が平面的にマトリクス状に配置されているものであれば、直視型や投影型の液晶表示装置やプラズマ表示装置や電界放出型表示装置や有機ＥＬ表示装置などであってもよい。光線制御子６としては、その概略垂直方向に延び概略水平方向に周期構造をもつスリットまたはレンチキュラーレンズが使用される。この場合、水平方向４１にのみ視差があり視距離に応じて画像が変わるが、垂直方向４２には視差がないために、観察位置によらず一定の画像が視認される。なお、図２４において、符号４３は観察者の単眼の位置を示す。
【００２０】
本実施形態による三次元画像表示装置においては、二次元画像表示装置の表示面は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルがアレイ状に配置されている。なお、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルは、カラーフィルタを表示面上に適切に配置することにより実現される。そして、本実施形態においては、図２に示すように、光線制御子６は、例えばレンチキュラーレンズ７からなっている。そして、このレンチキュラーレンズ７の長軸は、サブピクセル列に対して所定の角度θ（≠０）だけ傾いている。なお、図２においては、符号４はサブピクセルの開口部を示し、符号５はブラックマトリクスを示す。本実施形態においては、サブピクセルは、開口部４とブラックマトリクス５を含むものとする。したがって、サブピクセルは隣接して縦、横に配列されている。このサブピクセルは、縦と横のサイズの比が３：１となっている。
【００２１】
以下、本実施形態において、レンチキュラーレンズ７の長軸を、サブピクセル列に対して所定の角度θ（≠０）だけ傾けた理由を説明する。
【００２２】
水平解像度を増やすために、縦に並ぶＲ、Ｇ、Ｂからなる３つのサブピクセルを１画素として扱い、かつ光線制御子６を傾けた場合、表示される三次元画像の水平解像度Ｈおよび垂直解像度Ｖは、次の（１）式で示される。
Ｈ＝Ｈoriginal×３÷Ｎ÷ａ
Ｖ＝Ｖoriginal÷３×ａ ・・・ （１）
ここで、Ｈoriginalは二次元画像表示装置の水平解像度、Ｖoriginalは二次元画像表示装置の垂直解像度、Ｎは視差数、ａは光線制御子を傾けることで垂直解像度が水平解像度に割り振られる割合を示す。
【００２３】
よって、二次元画像表示装置の水平解像度Ｈoriginalと垂直解像度Ｖoriginalの比率を三次元画像表示装置でも維持しようとした場合、次の（２）式の関係を満たす必要がある。
Ｈoriginal：Ｖoriginal＝（Ｈoriginal×３÷Ｎ÷ａ）：（Ｖoriginal÷３×ａ）
すなわち、 ３／（Ｎ・ａ）＝ａ／３
したがって、 Ｎ＝（３／ａ）２ ・・・ （２）
となる。
【００２４】
次に、光線制御子を傾けることで、垂直解像度が水平解像度に割り振られる現象について説明する。図１に、二次元画像表示装置の画素に対する光線制御子のさまざまな傾きを示す。なお、図１において、符号３は二次元画像表示素子上に焦点を一致させた光線制御子７の略垂直方向に連続する射出瞳の一つを介して単眼で観察される領域を示す。観察位置の移動に応じて、この符号３で示された領域は水平方向にシフトする。従来の場合のように光線制御子の射出瞳が、上記画素と同様に垂直に連続した形状の場合には、光線制御子７の射出瞳の一つを経由してその中心が観察される（符号３で示された領域にその中心が一致する）画素は、一列の画素すべてかそれとも全く無いかのみであり、観察者の移動に応じて符号３で示された領域が移動することによる二状態が切り替わる周期はサブピクセルの水平幅に一致していた。これに対し、光線制御子７を傾けることで、符号３で示された領域と画素中心が一致できる画素数が減少するとともに、観察者の移動に応じて符号３で示された領域が移動した場合、画素中心が一致する画素が出現する周期はサブピクセルの水平幅より短くなる。さらには画素の中心が選択されると同時に必ず水平方向に隣接するサブピクセル同士の境界部分である非表示部も同時に符号３で示された領域に存在するようになる。図１ではサブピクセル２の横３列に対し、縦４行、５行、６行の割合で傾けた例が示されている。縦４行の場合は３行おきに、５行の場合は４行おきに、６行の場合は１行おきに、符号３で示された領域と画素の位置関係が同一になっている。すなわち、符号３で示された領域に対する相対位置が同一の（略垂直方向に連続する射出瞳の一つを介して観察される箇所が同一の）画素が１／４、１／５、１／２に減少している。一方、水平方向に関しては、光線制御子が画素に対して垂直だった場合に比較して、１／４サブピクセル幅、１／５サブピクセル幅、１／２サブピクセル幅の周期で、符号３で示された領域に対して画素中心が一致する画素が出現する。すなわち、水平解像度が４倍、５倍、２倍に増加する。このような解像度を横解像度に振り分ける効果と非表示部が原因で発生する表示阻害防止対策については、特許文献１に詳細が述べられている。
【００２５】
以上のように、光線制御子を傾けることで垂直解像度を水平解像度に割り振ることができるが、サブピクセルピッチで視差画像を配分する場合、その振り分けの程度については、サブピクセル２の形状が影響する。二次元画像表示装置として用いられる例えば液晶表示装置は、ＲＧＢの三つのサブピクセルで正方形のピクセルを構成するように設計され、かつ、文字などの縦の直線を多く表示するような設計では、縦ストライプ配列のカラーフィルタを用いる場合が多いことから、そのサブピクセルの形状は、図１に示したような垂直：水平＝３：１の比率になっている。三次元画像表示装置において水平解像度を増加させるために、水平方向に隣接した３つのサブピクセルではなく、異なる３行に分散した３つのサブピクセル２で一つの画素として扱う場合、光線制御子の稜線の傾きθを
θ＝arctan（１／ｎ） ・・・ （３）
とした場合に、符号３で示された領域に対して画素中心が一致する画素が出現する周期がサブピクセル幅の１／ｎとなることでサブピクセル単位での水平解像度がｎ倍になると同時に、この１／ｎ周期で符号３で示された領域と中心が一致した、水平方向に隣接したＲＧＢの３サブピクセル（垂直方向には一致しない）で１ピクセル（トリプレット）を構成することから、垂直解像度が水平解像度に振り分けられる割合ａは、
ａ＝３／ｎ ・・・ （４）
で与えられる。つまり、本発明の３次元画像表示時のトリプレットは、ＲＧＢサブピクセルの観察可能位置が微妙にずれている（符号３で示された領域とＲＧＢの３つのサブピクセル中心が同時に一致することがない）。よって、以下、本明細書では、略一致する、と表現する。実際は符号３で示された領域と画素中心が一致していない状態でも画素の一部は射出瞳を経由して視認されることから、この略一致したＲＧＢサブピクセルが同時に見える領域は存在する。よって、図１の場合は、θ＝arctan（１／４）、arctan（１／５）、arctan（１／６）となり、垂直解像度が水平解像度に振り分けられる割合ａは、ａ＝３／４、３／５、１／２となる。
【００２６】
よって、（３）式で光線制御子の傾きを与えると同時に前述の（２）式を満たすようにｎとＮの関係を満たすことで、水平方向と垂直方向の解像度の低下の割合を一致させることができる。すなわち、Ｎとｎが次の関係
Ｎ＝ｎ２ ・・・ （５）
を満たすように設計すればよい。
【００２７】
自然数ｎそれぞれに対する、視差数Ｎ、垂直解像度が水平解像度に割り振られる割合ａ、レンズの傾き角θ、要素画像サイズを図２５に示す。この図２５から分かるように、サブピクセル２の形状が原因で、Ｎ＝９（ｎ＝３）の場合は、縦解像度を横解像度に振り分ける効果と、非表示部が原因で発生する表示阻害防止効果が得られない。
【００２８】
（５）式の関係を満たすように視差数Ｎを定めた例を、ＱＵＸＧＡパネル（水平解像度Ｈが３２００で垂直解像度Ｖが２４００であるパネル）で説明する。
（３２００×３÷１６÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝８００：６００
すなわち、 ａ＝３／４ →ＳＶＧＡ
（３２００×３÷２５÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝６４０：４８０
すなわち、 ａ＝３／５ →ＶＧＡ
【００２９】
すなわち、視差数と傾きを（２）〜（４）式で制御することで、表示される三次元画像の解像度を従来の二次元画像表示における一般的な解像度に一致させることができた。
【００３０】
以下、特許文献１との違いと本実施形態との差異について詳細に説明する。
【００３１】
まず、特許文献１では、ＳＶＧＡパネル（解像度：８００（Ｈ）×６００（Ｖ））において、３、５、６、７といった比較的少ない視差数を、θ＝arctan（１／ｎ）、ｎ＝６、９、１２といった傾きで振り分けている（図３参照）。このため、本実施形態の計算方法（（１）〜（４）式）を用いて計算すると、水平解像度が非常に多くなる。例えば、６視差をθ＝arctan（１／６）で与えた例があるが（図２参照）、（４）式よりｎ＝６、（３）式よりａ＝１／２となる。すなわち、この傾きが垂直解像度を水平解像度に振り分ける割合ａが１／２であることから、
ａ＝１／２
すなわち、（８００×３÷６÷ａ）：（６００÷３×ａ）＝８００：１００
と、非常に水平解像度が高い結果となる。同様に、５視差をθ＝arctan（１／６）で、７視差をθ＝arctan（１／６）で与えた場合は以下で与えられている。
ａ＝１／２
すなわち、（８００×３÷５÷ａ）：（６００÷３×ａ）＝９６０：１００
ａ＝１／２
すなわち、（８００×３÷７÷ａ）：（６００÷３×ａ）＝６８５：１００
【００３２】
なお、特許文献１中では４８０×２００、３４２×２００と上記計算とは異なる値になっている。この理由としては、特許文献１では、光線制御子を経由して視認された状態でＲＧＢの各サブピクセルが略正方画像になる設計を採用している（図５参照）ことがあげられる。なお、図５において、符号９は、三次元画像表示用サブピクセルを示す。そして、特許文献１では、これらの光線制御子を経由して視認された状態で略正方画素になっているＲＧＢサブピクセルのうち、比較的近い位置にあるＲＧＢの３つのサブピクセルをグルーピングして１画素と扱うことを提言している。このような扱いをしたとしても、４８０×２００、または３４２×２００という水平解像度と垂直解像の比はこの特許文献１独特の解像度バランスであり、一般的な画素形状である、ＲＧＢトリプレットの正方画素から三次元画像が構成されていない。
【００３３】
本実施形態による三次元画像表示装置は、この特許文献１とはこの点で全く異なる。本実施形態においては、ＲＧＢのトリプレットで正方画素として視認されることを目的としている。すなわち、（２）〜（４）式に従って傾きと視差数の関係を定義し、光線制御子を経由して視認された画像の構成画素のＲＧＢトリプレットが略正方形となるような設計である（図４参照）。なお、図４において、符号８は三次元画像表示におけるピクセルを示す。
【００３４】
これを実現するためのピクセルマッピングについて、前述したＱＵＸＧＡにおいてＮ＝１６の場合を、図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）は、レンチキュラーシート７の傾きをarctan(１／４)とした際の、カラーフィルタがストライプ配列された二次元画像表示装置への視差画像の配置を示し、図６（ｂ）は、複数の要素画像の相対位置を示す図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）において、符号１０は視差番号を示し、符号１１は三次元画像の構成単位である単一画素に相当する射出瞳とこれに対応した要素画像が表示される範囲を示す。（２）〜（４）式で視差数（Ｎ＝１６）と光線制御子の傾き角（θ＝arctan（１／４））が決まる。この結果、三次元画像表示用ピクセルは４行×４画素（トリプレット）列（＝１２サブピクセル行）の平行四辺形（略正方形）に定まる。この中で、３／４（＝ａ）の採択率を満たすように、ＲＧＢサブピクセルを異なる行に渉ってマッピングする。つまり、光線制御子の傾きが無かった場合に３行（＝ＲＧＢ）×（５＋１／３）画素（トリプレット）列（＝１６サブピクセル行）＝４８サブピクセルから構成されていた三次元画像表示用ピクセルが、この合計のサブピクセル数を維持しながら略正方形の形状にすることができた。
【００３５】
次に、三次元画像表示用ピクセルを略正方形にすることで得られる効果を説明する。光線制御子を傾ける効果を用いない場合、水平／垂直解像度は次の設計になる。
Ｈ（３２００×３÷１６）×Ｖ（２４００÷３）＝Ｈ（６００）×Ｖ（８００）
【００３６】
ＱＵＸＧＡパネルの外形が水平：垂直＝４：３であることから、水平／垂直解像度（画素数）が４：３であれば、水平／垂直方向のサンプリング間隔は同一となり、三次元画像表示時の画素形状は正方形になる。ここで、三次元画像表示用ピクセルとは、具体的には、複数方向から取得（撮像／作成）した視差画像から構成された視差画像の集合である要素画像が表示される領域を指す。従来のＨ（６００）×Ｖ（８００）という三次元画像用ピクセル数では、水平／垂直方向のサンプリング間隔が異なっている（三次元画像表示時の画素形状が正方形でない）ことから、例えばＨ（３２００×３）×Ｖ（２４００）の解像
度で視差画像を作成し、これから不要な画素情報を除き、Ｈ（６００）×Ｖ（８００）の低解像度の視差画像にしてから要素画像を合成していた。
【００３７】
本実施形態では、この無駄に着目し、水平／垂直画素数を画面サイズの比率を反映、水平／垂直方向のサンプリング間隔を同一にし、三次元画像表示時の画素形状を略正方形とすることで三次元画像表示用ピクセルの解像度で視差画像を取得できるようにした。すなわち、ＱＵＸＧＡで１６視差の三次元画像表示素子の場合はＳＶＧＡ、２５視差の場合はＶＧＡの視差画像を取得し、これをマッピングすることで要素画像を作成できるようにした。この場合、取得された視差画像情報の使用されない（除かれる）画素情報はない。このように三次元画像表示用ピクセルを正方化することで、３Ｄ−ＣＧ（三次元画像コンピュータグラフィック）コンテンツ作成における高速化と、実写の場合のカメラの解像度の低下が可能になる。
【００３８】
さらに、三次元画像表示の解像度を従来の解像度に一致させたことによる副次的な効果として、三次元画像表示装置において二次元コンテンツを表示するような場合の取り扱いが容易になることがあげられる。三次元画像表示装置であるとはいえ、二次元画像コンテンツを表示する場合は容易に想定される。三次元画像表示における二次元コンテンツの表示は、簡便には要素画像内を同一視差情報にする（観察位置に関わらず、常に同じ画像が見える）ことで達成される。すなわち、ＱＵＸＧＡパネルを用いた三次元画像表示装置において、１６視差の場合はＳＶＧＡ、２５視差の場合はＶＧＡの２Ｄ（二次元画像）コンテンツが入力された場合、二次元画像情報を三次元画像表示用ピクセル内に単純に１６倍または２５倍にして展開することでそのまま二次元画像を表示することができる。
【００３９】
さらには、これ以外の解像度の二次元画像コンテンツが入力された場合も、二次元画像の一般的な解像度同士に変換する技術自体は既に一般化されていることから、三次元画像表示装置自体が既存の解像度に設定されていれば、この解像度に是正した上で入力、展開すれば良い。また三次元画像の解像度が既存解像度そのものではなく、そのｘ倍、または１／ｙ倍（ｘ、ｙ：整数）に設計されたとしても、従来の解像度のデータを単純にｘ倍に展開、または１／ｙ倍に圧縮または間引きすれば対応できることから、三次元画像表示解像度を、従来解像度の整数倍、または整数分１の解像度に設計しておくことは、画像処理の負荷を低減する効果がある。
【００４０】
また、各種の方式の三次元画像表示装置が存在する場合を想定すると、従来の二次元画像の解像度がフォーマットとして利用される可能性が高く、このような将来の展開を踏まえたうえでも、三次元画像表示装置の表示解像度を従来の二次元画像表示における解像度、または従来の二次元画像表示における解像度の整数倍、または整数分の１の解像度に設計しておくことは大きな意味がある。
【００４１】
三次元画像表示用ピクセルを正方化することで視認される画面のイメージ図を図７に示す。図７（ａ）は、レンチキュラーシート７の傾きをarctan(１／４)にした際の、カラーフィルタがストライプ配列された二次元画像表示装置上への要素画像の一部の配置を示す図であり、図７（ｂ）はこれと組み合わせるレンチキュラーシート７の一部の外観を示している。要素画像１１はほぼ正方形となり、これにレンチキュラーシート７を組み合わせて三次元画像表示用の１画素を構成する。この三次元画像表示用の一画素には、図６のピクセルマッピングで１６視差の情報が含まれており、観察位置に応じてレンチキュラーシートを経由して視認された視差画像番号が変化することで立体視を実現する。
【００４２】
次に、複数の方向から取得した視差画像の配置方法を、図８を参照して説明する。図８は、光線制御子６の傾きをarctan（１／４）にした場合の、異なる複数の方向から水平方向については平行投影法、垂直方向については透視投影法により低解像度で取得した視差画像を構成する画素情報の、三次元画像表示装置の各画素への割り振りを示す図である。
【００４３】
図８において、符号８はレンチキュラーシート越しに観察した三次元画像表示用ピクセルを示し、符号１２はある方向から８００（Ｈ）×６００（Ｖ）の解像度で取得した視差画像を示し、符号１３は視差画像である二次元画像を構成するＲＧＢの３サブピクセルからなるピクセル（トリプレット）を示す。複数の方向から取得した視差画像１２を構成するＲＧＢトリプレット１３を、図８に示した各三次元画像表示用ピクセル８を構成する要素画像の中の一つの視差画像としてマッピングする。対応関係は図８の矢印で示した。三次元画像表示における一画素が平行四辺形になっていることから、三次元画像表示用ピクセル８の４行毎に、三次元画像表示ピクセル１画素分だけ左にシフトすることで、視差画像情報と対応させる。このずれは８００×４００の三次元画像表示解像度における１画素分のシフトであり、三次元画像表示の解像度が十分高くなれば、気にならない程度に抑えられる。
【００４４】
ここでは単一の視差画像情報について述べたが、複数の方向（ここでは１６方向）から取得した８００（Ｈ）×６００（Ｖ）の解像度の視差画像を、図８→図６に従って割り付けることで、全ての三次元画像表示用ピクセルに対応した要素画像を作成することができる。
【００４５】
図６ではストライプ配列のカラーフィルタを前提にピクセルマッピングを示したが、他のカラーフィルタ配列についてもマッピングが可能である。カラーフィルタ配列がモザイク配列である二次元画像表示装置上への視差画像の配置を図９に示し、複数の要素画像の配置を図１０に示す。カラーフィルタ配列については基準視差数とカラーフィルタの相関で発生する色モアレやその他の表示性能を考慮して最終的に最適な配列が決められる。例えば、本発明の構成では、射出瞳の水平ピッチがサブピクセル幅の３の倍数になることから、ストライプ配列のカラーフィルタを用いたデバイスを二次元画像表示装置として用いた場合、水平方向に同色が並ぶ（色モアレの一種）。よって、三次元画像表示装置としての解像度が十分高くない場合は、この水平なＲＧＢの縞が気になるようなケースも発生する。この場合は、モザイク配列を採用するとよい。ストライプ配列、モザイク配列以外のカラーフィルタ配列を採用した場合も、それ相応のマッピングをする必要があるが、いずれにしても、ＲＧＢのトリプレットを異なる行にマッピングし、このトリプレットがレンズ越しにほぼ同時に視認できるように設計すればよい。
【００４６】
さらには、基準視差数（Ｎ）が２５の場合、すなわち、光線制御子の傾きをarctan(１／５)にした場合の、ストライプ配列のカラーフィルタが用いられる二次元画像表示装置への視差画像の配置を図１１（ａ）に、複数の要素画像の相対位置を図１１（ｂ）に、複数の要素画像の配置を図１２に示す。また、光線制御子の傾きをarctan(１／５)にした場合の、モザイク配列のカラーフィルタが用いられる二次元画像表示装置への視差画像の配置を図１３に、複数の要素画像の配置を図１４に示す。
【００４７】
ところで、特許文献１でも述べられているように、光線制御子の傾きが小さくなると視差画像間のクロストークが増えるという問題がある。これは、特許文献１で示されているような小さな角度（θ＝arctan（１／ｎ）、ｎ＝６、９、１２；図３参照）で特に顕著になる。
【００４８】
クロストーク量について、図１５乃至図１８を参照して説明する。図１５は、傾きが零、すなわち射出瞳が垂直な光線制御子を介して視認される視差番号を示す図である。なお、図１５において、符号１５は射出瞳を介して視認される視差番号の割合を示す。例えば、マトリクス状に形成された画像表示装置の前面に配置されたレンチキュラーシートを構成する複数の蒲鉾型（円柱を長軸方向に切断し、切断面と等しい側面を有する立方体と張り合わせた形状）レンズのうち、単一のレンズの射出瞳の焦点位置を破線で示した。ここでも画像表示装置の二次元画像表示用サブピクセルの幅はサブピクセルの高さの１／３に設計されており、３サブピクセルで正方形のトリプレットを形成する。各サブピクセルの中に記載された番号１０は視差画像番号である。レンチキュラーシートはその焦点距離の位置に画素がマトリクス状にに設けられた二次元画像表示装置が位置するように設計されることにより、二次元画像表示装置上の破線（焦点位置）の幅は無限小と仮定する。図１５に示したように、レンチキュラーレンズが垂直（傾きが零）だった場合、単一の射出瞳からは単一の番号の視差画像のみが視認される。または、符号３で示された領域が水平方向に隣接したサブピクセル間の垂直な画素境界に一致した場合、視差画像は全く視認されない。
【００４９】
一方、レンチキュラーレンズの傾きがθ＝arctan（１／６）の場合の、光線制御子の射出瞳を介して視認される視差番号を説明するための図を図１６に示す。単一の射出瞳を経由して最小でも２視差、最大で３視差の視差画像を同時に視認することになる。以後、本来見るべき視差画像を主視差、同時に見えてしまった他の視差画像を隣接視差と呼ぶ。
【００５０】
視差画像の見え方の相違を裏付ける実験結果として、図１５に示す配置を採用したＩＰ式三次元画像表示装置では、飛び出し／奥行き量が大きすぎるコンテンツが二重像に見えるのに対し、図１６に示す配置ではぼけとして視認され、さらには、そのぼけの幅が図１５の場合の二重像のずれ幅より広かったことがあげられる。これは、飛び出し／奥行き量の大きなコンテンツでは、視差画像間の相違が大きいことから、主視差と同時に隣接視差を見ることで発生するクロストークが認識し易いためである。図１５の構成では、本来単一視差番号しか見えないはずであるが、我々の作成した実機ではレンズは多少なりともデフォーカスしており、符号３で示された領域が境界と一致した場合に両側の視差画像を視認する。つまり、主視差画像とともに隣接視差画像を見える場合がある。この主視差画像と同時に視認された隣接画像が原因で二重像が視認された。
【００５１】
一方、図１６の構成では、符号３で示された領域は画素を斜めに横切っており、これは主視差画像と隣接視差画像が単一射出瞳を経由して滑らかに切り替わって見えることを意味する。それと同時に、単一射出瞳を経由して見える隣接視差画像が図１５に比較して多い。すなわち、隣接視差画像による影響は図１５の二重像とは異なり、ぼけとして視認されるとともに、ぼけの範囲は視認される隣接視差画像の多さが原因で図１５の場合より広くなったとして理解できる。
【００５２】
このように、レンチキュラーレンズが斜めに設定されることで、クロストーク量が増えることに加え、クロストークがぼけとして視認される特徴がある。そしてクロストークの発生はコンテンツの飛び出し／奥行き表現領域を制限してしまう。このため、特許文献１中では比較的傾きの小さなｎ＝６、すなわち選択率が１／２の例を積極的に述べている。
【００５３】
本実施形態のθ＝arctan（１／４）、θ＝arctan（１／５）の場合の光線制御子を介して視認される視差番号を示す図を図１７、１８にそれぞれ示す。図１７に示すように、θ＝arctan（１／４）の場合は、クロストークとして見える視差画像は３視差と、θ＝arctan（１／６）の場合と同一だが、同時に視認される複数の視差画像の中で主視差画像の占める割合が高いことが分かる。図１８に示すように、θ＝arctan（１／５）の場合は、クロストークとして見える視差画像は３視差だが、この場合も主視差画像の占める割合は１／２以上を占めることが分かる。すなわち、これらの傾き、すなわちθ＝arctan（１／４）、θ＝arctan（１／５）の場合においては、クロストークは発生するものの、主視差画像以外の隣接視差画像の混入する割合が低くなることから、ぼけは低減され、飛び出し／奥行き表現領域を広げる効果がある。
【００５４】
以上述べたように、これらの傾き（θ＝arctan（１／４）、またはarctan（１／５））を初め、ｍを整数としたときθ≠arctan（１／３ｍ）は、これまでの非表示領域が原因の表示阻害防止以外に、水平垂直解像度の比率を保持、三次元画像表示時の画素形状を略正方形にするとともに、要素画像作成時の無駄を省き、かつ二次元画像表示における既存の解像度を考慮することで、コンテンツの流用を容易にし、さらには、奥行き／飛び出し方向の表示可能範囲を広げるといった、複数の新たな効果をもたらす新規な定義である。また特許文献１の概念ではサブピクセル幅の１／２〜１／４倍のピッチで水平解像度を刻む（水平解像度を２〜４倍、垂直解像度を１／２〜１／４倍とする）のに対して本実施形態では、行を違えた３つのサブピクセルを同一視差画像に選択することで、３／４倍、または３／５倍といった、１／ｍ倍でないピッチで水平解像度を刻むという手法は全く新規のものである。さらには、ａ≠１／３ｍの中でも、特にａ＝３／４、３／５の２値については１／２以上の値であることから、隣接視差画像の混入の割合が低くなり、よりクロストークが抑制されたクリアな視差画像が視認させることができる。
【００５５】
モアレ対策としてレンズを傾けることは効果があることは既に詳細を述べた。さらに述べるなら、ＬＣＤ（液晶）パネルについてはそのＣｓ線（補助容量線）がサブピクセル画素の中央相当を左右に横切るように設定されているとモアレの抑制に効果的である。これは、Ｃｓ線（補助容量線）によりサブピクセルが上下に二分されて開口中心部が二倍になることにより、これまでに述べた内容を応用すると、光線制御子の射出瞳を経由して観察される開口中心の発生周期が短くなるために、画素の非表示部が原因で発生する輝度低下の分布がＩＰ方式では画面内で、多眼式では空間内でより均一化できるためである。
【００５６】
また、ＩＰ方式の場合、視域を最大に確保するためには、基準視差数＋１の列で構成した要素画像を離散的に分布させる必要があるが（例えば、本出願人による特許出願（特願２００２−３８２３８９号）参照）、本実施形態の傾きのレンチキュラーシートとこの手法を組み合わせて適用することが可能である。
【００５７】
また、以上では要素画像作成の際の視差画像情報取得の効率化を目的に図８に示したように、視差画像のマッピングを推奨したが、図８における４行毎の三次元画像表示ピクセル１ピクセル幅相当の水平方向のシフトによる画像劣化を避けるためには、三次元画像表示時のピクセル配置を維持した二次元画像を取得すればよい。すなわち、８００（Ｈ）×６００（Ｖ）の解像度であるものの、その画素中心が正方マトリクスではなく、図８と同等のθ＝arctan（１／４）の傾きの平行四辺形のマトリクス上に配置した視差画像を用いることで、上記の画像劣化を完全に防ぐことができる。これは、実写については実写に用いるカメラの、３Ｄ−ＣＧの場合は、画像取得の際に仮定するカメラの画素配列を図８の三次元画像表示時の三次元画像表示用ピクセル配列に一致させることで容易に実現することができる。
【００５８】
さらに、正方配置の二次元画像情報から、平行四辺形マトリクス配置の画像データを改めて作成しなおす方法も適用可能である。正方格子上のデータとして取得した複数方向から取得した二次元画像情報を、三次元画像表示用の平行四辺形格子上に中心座標が位置する三次元画像表示用画像に組み入れる場合に、これまでに述べたように、最近傍の画素を選択し、整数値を取らず実数値を取る方法が、画像補間処理でいうニアレストネイバー法であるとすると、正方格子上のデータのうち水平に隣接した二画素（平行四辺形格子なので）から、平行四辺形格子の座標（実数値）に応じて線形の濃度補間を行う、バイリニア法を適用することも考えられる。同様にバイキュービック法の適用も考えられる。しかしながら本提案では、まず、画像データを再構成しないで済むというメリットを考慮し、ニアレストレイバー法に相当する技術を提案するものである。画像データの再構成の負荷と画質のバランスによっては、バイリニア法、バイキュービック法的三次元画像表示用データ作成も選択可能である。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例１では、図１９に示した構造の多眼式三次元画像表示装置を作製した。二次元画像表示装置１４は液晶表示装置であって、その前面に光線制御子６が設けられ、後面にバックライト１６が設けられた構成である。
【００６０】
具体的には、本実施例１では、液晶表示装置として、ＱＵＸＧＡ−ＬＣＤパネル（画素数３２００×２４００、画面サイズ４８０ｍｍ×３６０ｍｍ）を使用した。この液晶表示装置１４において、赤、緑、青色の３種のサブピクセルは独立して駆動可能である。また、赤、緑、青色の各サブピクセルの横方向の長さは５０μｍであり、縦方向の長さは１５０μｍである。また、カラーフィルタ配列はストライプ配列を使用した。なお、通常の二次元画像表示装置では、横に並んだ赤、緑、青色の３つのサブピクセルで１つの画素（トリプレット）を構成するが、本例ではこの制約を解いて用いた。
【００６１】
光線制御子６は、液晶パネルの画素位置がほぼ焦点距離になるように設計したレンチキュラーレンズを用いた。レンズの水平ピッチはサブピクセル幅の１２倍の６００μｍより若干狭くし、視距離１．０ｍで眼間距離の１／２ピッチ（＝３２．５ｍｍ）で１６箇所に集光する設計とし、視距離における視域を画面幅相当とした。レンズは垂直から約１４．０度ずらして設置した。
【００６２】
次に、画像作成方法について述べる。それぞれの集光点の位置から（ＣＧの場合は仮想の）カメラで透視投影法により視差画像１６枚（解像度：８００（×ＲＧＢ）×６００）を取得した。そして、図６のマッピングに従い、取得した全ての画像情報（８００×ＲＧＢ×６００×１６視差情報）をＱＵＸＧＡパネルにマッピングした。三次元画像表示ピクセルの４行毎に左に１列シフトさせることで、列情報を維持した。ただし、図２０に示したように、４ｎ＋１、４ｎ＋２行については左端の要素画像が、４ｎ＋３、４ｎ行については右端の要素画像について、視差情報が欠落する（マッピングできない）部分ができた。例えば１〜５視差画像については、４ｎ＋１行の左端の要素画像を構成するための１列１行のデータは破棄することになった。６視差画像情報については要素画像における視差画像番号６が配分されたサブピクセルの色に応じた１サブピクセル情報のみ、７視差目については同様に２サブピクセル情報のみマッピングし、８視差画像情報以降は全てマッピングした。
【００６３】
以上のように画像情報をマッピングし、前述のレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１，０ｍをはじめその前後で多眼式の立体画像を視認することができた（眼間距離の１／２で集光させているので、視距離の前後にも立体視できる領域が発生した）。この多眼式三次元画像については、レンズを斜めにしたことにより、縦横解像度バランスが改善されたとともに、空間周波数が３００ｃｐｒ前後のコンテンツについては表示面の前後の最大±５ｃｍ程度の奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因の、観察位置の移動に伴う画面輝度変化は認められたものの、画面内の輝度ムラの発生（モアレ）は抑制されていた。
【００６４】
（実施例２）
本実施例２では、図１９に示した構造のＩＰ式三次元画像表示装置を作製した。光線制御子の射出瞳のピッチが、画像表示装置のサブピクセルピッチの整数倍に設計することにより、多眼式とは異なり、視距離に集光点が発生させないようにした。以下、実施例１との相違点について記載する。
【００６５】
レンズの水平ピッチはサブピクセル幅の４倍の６００μｍとし、視域が±１５度になるように設計した。これにより、視距離１．０ｍで画面幅相当の視域（偽像が混入しないで観察できる領域）を確保することができる。レンズの傾きは約１４．０度とした。視距離において、画面中央に注視点を設定し、（ＣＧの場合は仮想の）カメラで水平方向が平行投影、垂直方向が透視投影法による視差画像２８枚を取得した。視距離に集光点を設けないために、視距離から取得した透視投影画像を用いることができないＩＰ方式において、その視距離で視域を最大化しようとした場合、視距離に集光点を設ける多眼式より視差画像取得数（画像取得カメラ位置）は多くなる。隣接する射出瞳同士で光線が平行になるようにした本実施例においても、基準視差数（＝１６）に対し、取得する平行投影視差画像（カメラ画像）数が多くなる。詳細は本出願人による特許出願（特願２００２−３８２３８９号参照）。ここでは、視差画像は８００（×ＲＧＢ）×６００の解像度で２８方向より取得した。そして基本的には図６に示すマッピングに従い８００×ＲＧＢ×６００×２８視差情報をマッピングした。ただし、視差を考慮したＩＰ方式では各要素画像からの画像情報が視域内で観察できるようにするために、離散的に（基準視差数＋１）視差の要素画像を挟むことで、擬似的に要素画像幅＞射出瞳ピッチ、の設計にすることができる。図２１に一例を示す。視差画像番号１〜１６からなる図２１のマッピングを複数回繰り返した後、視差画像番号１〜１７からなる図２２のマッピングが発生する。その後、また図２１と同じ面積だが、視差画像番号２〜１７からなる要素画像が繰り返されるが、要素画像の形状は図２１と若干異なる（図２３参照）。
【００６６】
また、ＩＰ方式であるがゆえ、２８枚の視差画像を全て等しい解像度８００（Ｈ）×６００（Ｖ）で取得すると、使用しない画像情報が本質的に発生してしまう（詳細は、本出願人による特許出願（特願２００２−３８２３８９号）参照）が、これに加えて実施例１同様、画面端の要素画像について視差情報を破棄する個所がある（図２０参照）。
【００６７】
以上、多眼式に比べて若干複雑ではあるが、８００×６００の画像情報をマッピング、前述のレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１ｍを基準とした視域内でＩＰ式の立体画像を視認することができた。このＩＰ式三次元画像については、縦横解像度バランスが改善することで画質が向上するとともに、最大、表示面の前後±５ｃｍの奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因で発生する画面内の輝度ムラ（モアレ）が観察されないとともに、観察位置に依存した輝度変化も完全に抑制された。また、視距離で集光点がないＩＰ方式の特徴である滑らかな運動視差も実現された。
【００６８】
（実施例３）
本実施例３では、実施例２とほぼ同様だが、基準視差数を２５と増やした設計を採用した。光線制御子は、液晶パネルの画素位置が焦点距離になるように設計したレンチキュラーレンズを用いた。レンズの水平ピッチはサブピクセル幅の１５倍の７５０μｍとし、傾きを約１１。３度とした。
【００６９】
視距離において、画面中央を注視点を設定した（ＣＧの場合は仮想の）カメラで垂直、水平とも平行投影法により視差画像４４枚を取得した。この視差画像の解像度は６４０（×ＲＧＢ）×４８０とした。基本的には図８のマッピングに従い６４０×ＲＧＢ×４８０×２５視差情報をマッピングした。図１２に示したように、三次元画像表示ピクセルの５行毎に三次元画像表示ピクセル幅だけ左にシフトさせて列情報を維持した。また、５ｎ＋１、５ｎ＋２行については左端の２つの要素画像が、５ｎ＋３に関しては両端の、４ｎ＋４、５ｎ行については右端の２つの要素画像が、視差情報が欠落する（マッピングできない）部分ができた。
【００７０】
以上、多眼式に比べて若干複雑ではあるが、６４０×４８０の画像情報をマッピング、前述のレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１．０ｍを基準とした視域内でＩＰ式の立体画像を視認することができた。このＩＰ式三次元画像については、縦横解像度バランスが改善することで画質が向上するとともに、最大、表示面の前後±１５ｃｍの奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因で発生する画面内の輝度ムラ（モアレ）が観察されないとともに、観察位置に依存した輝度変化も完全に抑制された。また、視距離で集光点がないＩＰ方式の特徴である滑らかな運動視差も実現された。
【００７１】
（実施例４）
本実施例４では、実施例２とほぼ同様だが、カラーフィルタ配列がモザイクの表示パネルを採用した。以下、実施例２との相違点について記載する。
【００７２】
８００（×ＲＧＢ）×６００の解像度で取得した２８の視差画像について、図９に示すマッピングに従い８００×ＲＧＢ×６００×２８視差情報をマッピングした。ＩＰ方式では各要素画像からの画像情報が視域内で観察できるようにするために、離散的に（基準視差数＋１）視差の要素画像を発生させた。これにレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１ｍを基準とした視域内でＩＰ式の立体画像を視認することができた。
【００７３】
このＩＰ式三次元画像については、縦横解像度バランスが改善することで画質が向上するとともに、最大、表示面の前後±５ｃｍの奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因で発生する画面内の輝度ムラ（モアレ）が観察されないとともに、観察位置に依存した輝度変化も完全に抑制された。また、視距離で集光点がないＩＰ方式の特徴である滑らかな運動視差も実現された。さらには、モザイク配列のカラーフィルタを採用したことから、レンズ越しに観察されるＲまたはＢまたはＧがより分散され、ＲまたはＢまたはＧとして視認される領域が連続することによる表示阻害が抑制される傾向があった。
【００７４】
（比較例１）
実施例１と同様の多眼式三次元表示装置において、レンズの傾きを９。５度と特許文献１相当に変更、これに応じてレンズの水平幅は１６サブピクセルの１／２である、８サブピクセル幅相当の４００μｍとし、これに応じたマッピングも特許文献１と同様に実施した。この設計においては三次元画像の解像度は以下のようになった。
ａ＝１／２
したがって（３２００×３÷１６÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝１２００：４００
【００７５】
すなわち、垂直解像度に比較して水平解像度が高い状態となった。よって、Ｈ（１２００）×Ｖ（９００）の視差画像を取得、水平情報を４／９の割合で取得（５／９を破棄）して画像情報をマッピングした。すなわち、無駄な視差画像情報の取得する分、画像作成に時間を要し、また複数方向から取得した各視差画像データを一時保存するためのメモリの容量もより大きなものを必要とした。また、表示された画像の解像度のバランスが悪く、水平情報に比較して垂直情報が乏しい印象を与えた。また、クロストーク量が実施例に比較して多く、表示面の前後±３ｃｍの奥行き表示に抑制された。また、既存の解像度のコンテンツを表示する場合に、Ｈ（１２００）×Ｖ（４００）の解像度に直す必要が生じ、汎用性に乏しいデバイスとなった。
【００７６】
（比較例２）
実施例２と同様のＩＰ式三次元表示装置において、レンズの傾きを１８．４度とした。
この傾きの場合、垂直解像度を水平解像度に振り分ける効果がない。そのため、レンズの水平幅は１６サブピクセル幅相当の８００μｍとし、これに応じたマッピング（斜め方向に連続したＲＧＢサブピクセルでグルーピング）を実施した。この設計においては三次元画像の解像度は以下のようになった。
ａ＝１
したがって（３２００×３÷１６÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝６００：８００
【００７７】
すなわち、水平解像度に比較して垂直解像度が高い状態となった。よって、Ｈ（１６００）×Ｖ（１２００）の視差画像を取得、水平方向に関しては３／８、垂直方向に関しては２／３のデータのみを取得、残りを破棄して画像情報をマッピングした。すなわち、破棄するデータがある分、視差画像情報の取得に時間を要した。また、表示された画像の解像度のバランスが悪く、垂直情報に比較して水平情報が乏しい印象を与えた。また、既存の解像度のコンテンツを表示する場合に、Ｈ（６００）×Ｖ（８００）の解像度に直す必要が生じ、汎用性に乏しいデバイスとなった。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置における二次元画像表示素装置の画素列と、光線制御子の単一の射出瞳を経由して単眼で観察される領域の傾き角を示す図。
【図２】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置の概要を説明する図。
【図３】従来の三次元画像表示装置における二次元画像表示装置の画素列と、光線制御子の単一の射出瞳を経由して単眼で観察される領域の傾き角を示す図。
【図４】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置を単眼で観察した際のＲＧＢサブピクセルの配置を示す図。
【図５】従来の三次元画像表示装置を単眼で観察した際のＲＧＢサブピクセルの配置を示す図。
【図６】本発明の一実施形態の特性を示す図であって、図６（ａ）は光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際の、ストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図であり、図６（ｂ）は複数の要素画像の相対位置を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の特性を示す図であって、図７（ａ）光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際のストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す要素画像と組み合わせる光線制御子の外観を示す図。
【図８】本発明の一実施形態の三次元画像表示装置において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際の、異なる複数の方向から平行投影法により低解像度で取得した視差画像を構成する画素情報の、三次元画像表示装置への割り振りを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態の三次元画像表示装置において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際の、モザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図。
【図１０】本発明の一実施形態の三次元画像表示装置において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際のモザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図。
【図１１】本発明の一実施形態の特性を示す図であって、図１１（ａ）は光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際の、ストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図、図１１（ｂ）は複数の要素画像の相対位置を示す図。
【図１２】本発明の一実施形態において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際のストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図。
【図１３】本発明の一実施形態において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際のモザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図。
【図１４】本発明の一実施形態において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際のモザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図。
【図１５】傾きがない光線制御子を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１６】傾き角がarctan（１／６）である光線制御子の単一の射出瞳を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１７】傾き角がarctan（１／４）である光線制御子の単一の射出瞳を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１８】傾き角がarctan（１／５）である光線制御子の単一の射出瞳を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１９】本発明の実施例１による三次元画像表示装置の構成を示す図。
【図２０】画面端の要素画像の形状の一例を示す図。
【図２１】基準視差数から成る要素画像の発生を示す図。
【図２２】三次元画像表示装置の視域を最大化する目的で発生した基準視差数＋１から成る要素画像の発生を示す図。
【図２３】基準視差数から成る要素画像と、基準視差数＋１から成る要素画像の分布の様子を示す図。
【図２４】三次元画像表示装置の一般的な構成を示す図。
【図２５】水平方向と垂直方向の解像度の低下の割合を一致させた場合の、視差数Ｎと、垂直解像度が水平解像度に割り振られる割合ａと、要素画像サイズとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００７９】
２ サブピクセル
３ 表示素子上に焦点を一致させた光線制御子の単一の射出瞳を経由して単眼で観察される領域
４ サブピクセル開口部
５ ブラックマトリクス
６ 光線制御子
７ レンチキュラーレンズ
８ 三次元画像表示用ピクセル
９ 三次元表示用サブピクセル
１０ 視差画像番号
１１ 単一の射出瞳に対応した要素画像が表示された範囲
１２ ある方向から取得した視差画像（二次元画像）
１３ 視差画像を構成するピクセル
１４ 二次元画像表示素子
１５ 光線制御子を経由して観察される視差番号の割合
１６ バックライト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元画像を表示可能な三次元画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元画像表示技術は様々な分類が可能であるが、多眼式やホログラフィとインテグラル・フォトグラフィ方式（以下、ＩＰ方式という）のようにメガネなしで三次元画像を表示する場合、例えば、以下の構成を採用することがある。すなわち、二次元的に配列された複数の二次元画像表示用ピクセルが、三次元画像表示用ピクセルを構成し、その前面側に光線制御子を配置する。なお、この光線制御子には、三次元画像表示用ピクセルから一つの二次元画像表示用ピクセルの画像情報のみ取り出せるように設計された射出瞳が三次元画像表示用ピクセル毎に設けられている。すなわち、この光線制御子によって三次元画像表示用ピクセルを部分的に遮り、観察者が射出瞳を介して視認する二次元画像表示用ピクセルを観察位置毎に異ならしめることで、メガネを使用することなく三次元画像を視認することができる。
【０００３】
さらにＩＰ方式について詳細に説明すると、三次元画像表示用ピクセルに表示される画像を要素画像という。要素画像とは、射出瞳をピンホールに置き換えた場合に撮影されるピンホールカメラ画像に相当している。
【０００４】
ただし、現状ではピンホールカメラの銀塩フィルムに比べて電子デバイスの解像度は低く、本明細書で扱う要素画像とは、撮影角度を異ならせた複数の二次元画像を構成する画素の集合体に過ぎない。すなわち、前述の構成によって、個々の三次元画像表示用ピクセルに表示された要素画像、すなわち複数の異なる方向から撮影した二次元画像（視差画像）の構成画素の集まりのうち、観察者の観察方向に一致した画素情報、すなわち実際に三次元像が存在した場合に見えるべき画素情報のみが視認される。
【０００５】
多眼式とＩＰ方式の相違は、電子デバイスの解像度の低さが原因で発生している。理想的には要素画像の撮影角度は連続しているべきだが、電子デバイスの解像度が不足していることから、離散的にならざるを得ない。この時に、射出瞳と画素を結ぶ線、すなわち射出瞳を経由して射出する光線同士が、視距離で集光するように設計されているのが多眼式、集光点を設けないのがＩＰ方式である。
【０００６】
２眼式は、各撮影位置で透視投影的に取得した二次元画像が眼間距離（ほぼ６５ｍｍ程度）で離間した一対の点に集光するような設計を採用した三次元画像表示方式である。この設計によると、観察者は画面から観察視距離Ｌだけ離れた位置で、メガネを使用することなく右眼と左眼とで別々の像（２つの撮影位置で撮影した各二次元画像）を見ることができる。さらに、上記一対の集光点を水平方向に２つ以上並べると、観察位置を左及び／または右方向に移動させるのに応じて、左眼で観察される像及び右眼で観察される像の双方が切り替わる。したがって、観察者は、観察位置の移動に応じて三次元画像が変化する様子を確認することができる。
【０００７】
他方、ＩＰ方式は、各撮影位置で撮影した二次元画像が一点に集光しないような設計を採用した三次元画像表示方式である。例えば、観察位置が表示面から無限遠だけ離れている場合を想定し、その場合に片眼で観察される画像が観察角度に応じて複数の撮影位置で撮影した各画像毎に切り替わるように設計する。典型的な例では、異なる射出瞳同士から射出する光線同士が平行になるように設計することにより、平行投影法で撮影した画像を用いて三次元画像表示用画像を作成することができる。
【０００８】
このような設計によると、現実的には表示面から無限遠だけ離れた位置から観察することはないので、片眼で観察される二次元画像が何れかの撮影位置で撮影した二次元画像と等しくなることはない。しかしながら、右眼で観察される二次元画像と左眼で観察される二次元画像のそれぞれは、複数の方向から平行投影法で撮影した画像の足し合わせにより構成されることで、平均的にはその観察位置から撮像した透視投影法による二次元画像となる。このような構成により右眼と左眼で別々の像を見ることができ、観察者が知覚する三次元画像は、撮影された物体を何れかの方向から実際に観察した場合に認識される三次元画像と同等となる。すなわち、ＩＰ方式では観察位置を仮定していない。
【０００９】
ＩＰ方式と多眼式、さらに眼間距離より短いピッチで集光点を設けた稠密多眼式について、二次元画像表示装置の非表示部が原因で発生する表示阻害の発生の違いについて説明する。
【００１０】
前述した構成により、ＩＰ方式では視距離の一点から観察した場合に射出瞳を経由して見える画素の位置は不定である。すなわち、画素の観察される位置が射出瞳ごとに周期的に変化する。このため、ＩＰ方式においては、非表示部（画素境界）が見える射出瞳が画面内に周期的に分布することから、画面内の輝度変化として視認される。これに対し、多眼式の場合は視距離において集光する設計になっていることから、視距離の一点から観察した場合に全ての射出瞳から画素の同一位置が観察され、集光する画素数が１／ｎに低下することで集光点をｎ倍に増加した稠密多眼式の場合も、全射出瞳数の１／ｎの射出瞳からは画素の同一位置が観察される。すなわち、多眼式の場合は、全射出瞳から非表示部が完全に見えない、もしくは、全射出瞳から非表示部しか見えない状態が発生する。言い換えれば、ＩＰ方式では画面内に発生していた非表示部が原因の輝度ムラが、多眼式では観察者がいる空間における輝度分布ムラとして発生する。視距離において画素中心が見える射出瞳を１／ｎに減らし集光点をｎ倍に増やすことで、観察位置の水平方向への移動に対して常に一定の割合で非表示分が見えるように設計された稠密多眼式では、視距離上の空間における輝度変化は抑制されているものの、二次元画像表示装置の開口率や光線制御子の射出瞳（窓部）の開口率の制御をしないと輝度変化を完全に無くすことはできない（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
ＩＰ方式、多眼方式、稠密多眼方式のいずれの方式においても、三次元画像表示用ピクセルを構成するために複数の二次元画像表示用ピクセルが用いられることから、再生される三次元画像の解像度は電子デバイスのオリジナルの解像度より低下する。この解像度の低下を抑制する目的で、立体感取得に有効な水平方向の視差情報だけ与える方法が既に検討されている（一次元ＩＰ方式、一次元多眼方式）。この場合、光線制御子の射出瞳は垂直方向に連続した形状とし、要素画像は水平方向にのみ展開される。すなわち垂直方向については視差情報を与えない。水平方向の解像度低下に関しては、ＬＣＤ等の電子デバイスの画素配列に着目し、水平に隣接したＲＧＢのトリプレットを１画素としてい
た従来の扱いから、縦に隣接したトリプレットで１画素として扱うことで、垂直方向の解像度を１／３に低下する代わりに水平方向の解像度を３倍に増加することが検討されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
また、前述したように、解像度の低下の問題に加えて二次元画像表示装置の非表示部と光線制御子との作用で発生する非表示部が原因の表示阻害がある。これに関しては、特許文献１で、多眼式の三次元画像表示装置において、この表示阻害への対策と解像度バランスの改善を兼ねて、光線制御子を傾けることが提案されている。光線制御子を傾けることで、視距離において非表示部が観察される領域を空間的に分散し、輝度変化が抑えられる。しかしながら、電子デバイスの非表示部が縦ストライプ状ではなく格子状に形成されていることから、非表示部が原因の輝度変化を完全に抑制するためには、レンズを傾けるとともに厳密に二次元画像表示装置と光線制御子の射出瞳（窓部）の開口率を制御する必要がある。さらには、光線制御子を傾けることで、垂直解像度が水平解像度に割り振ることが可能なために、水平方向にのみ視差情報を与えることによる解像度バランスの悪化を改善する方法についても言及している。
【特許文献１】米国特許第６、０６４、４２４号明細書
【特許文献２】特開平１０−２５３９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、そのバランスは以下に示す理由から十分改善されているとはいえない。
ＩＰ方式または多眼式といった、複数の視差画像を観察できる領域を振り分けることで三次元画像を表示する場合には、その構成が原因で、用いた二次元画像表示装置の本来の解像度より三次元画像表示装置の解像度が低下し、かつ非表示部が原因で表示阻害が発生する問題がある。
【００１４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、最終的な解像度バランスを改善し、表示阻害を防止することのできる三次元画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様による三次元画像表示装置は、要素画像を表示する画素群を構成する画素がマトリックス状に配置される二次元画像表示装置と、前記画素群に対応付けられた射出瞳を有し、前記画素群の画素からの光線を制御する光線制御子と、を備え、前記光線制御子の前記射出瞳は略垂直方向に連続した構造をとり、前記画素はＲＧＢのサブ画素から構成され、前記サブ画素は縦：横が３：１の縦長の形状を有し、前記射出瞳の連続した方向と、前記二次元画像表示装置の画素配列の列方向とのなす角度が、ｎを３の倍数と異なる自然数としたとき、arctan（１／ｎ）で与えられ、かつ基準視差数Ｎがｎの二乗ｎ２で与えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、三次元画像の解像度バランスを改善し表示阻害を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様または類似する機能を有する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
本発明の一実施形態による三次元画像表示装置を、図面を参照して説明する。まず、三次元画像表示装置の一般的な構成を図２４に示す。この図２４に示す三次元画像表示装置は、例えば液晶パネルからなる二次元画像表示装置１４と、光線制御子６と、を備えている。
【００１９】
二次元画像表示装置１４は、表示面内に位置が定められた画素が平面的にマトリクス状に配置されているものであれば、直視型や投影型の液晶表示装置やプラズマ表示装置や電界放出型表示装置や有機ＥＬ表示装置などであってもよい。光線制御子６としては、その概略垂直方向に延び概略水平方向に周期構造をもつスリットまたはレンチキュラーレンズが使用される。この場合、水平方向４１にのみ視差があり視距離に応じて画像が変わるが、垂直方向４２には視差がないために、観察位置によらず一定の画像が視認される。なお、図２４において、符号４３は観察者の単眼の位置を示す。
【００２０】
本実施形態による三次元画像表示装置においては、二次元画像表示装置の表示面は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルがアレイ状に配置されている。なお、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブピクセルは、カラーフィルタを表示面上に適切に配置することにより実現される。そして、本実施形態においては、図２に示すように、光線制御子６は、例えばレンチキュラーレンズ７からなっている。そして、このレンチキュラーレンズ７の長軸は、サブピクセル列に対して所定の角度θ（≠０）だけ傾いている。なお、図２においては、符号４はサブピクセルの開口部を示し、符号５はブラックマトリクスを示す。本実施形態においては、サブピクセルは、開口部４とブラックマトリクス５を含むものとする。したがって、サブピクセルは隣接して縦、横に配列されている。このサブピクセルは、縦と横のサイズの比が３：１となっている。
【００２１】
以下、本実施形態において、レンチキュラーレンズ７の長軸を、サブピクセル列に対して所定の角度θ（≠０）だけ傾けた理由を説明する。
【００２２】
水平解像度を増やすために、縦に並ぶＲ、Ｇ、Ｂからなる３つのサブピクセルを１画素として扱い、かつ光線制御子６を傾けた場合、表示される三次元画像の水平解像度Ｈおよび垂直解像度Ｖは、次の（１）式で示される。
Ｈ＝Ｈoriginal×３÷Ｎ÷ａ
Ｖ＝Ｖoriginal÷３×ａ ・・・ （１）
ここで、Ｈoriginalは二次元画像表示装置の水平解像度、Ｖoriginalは二次元画像表示装置の垂直解像度、Ｎは視差数、ａは光線制御子を傾けることで垂直解像度が水平解像度に割り振られる割合を示す。
【００２３】
よって、二次元画像表示装置の水平解像度Ｈoriginalと垂直解像度Ｖoriginalの比率を三次元画像表示装置でも維持しようとした場合、次の（２）式の関係を満たす必要がある。
Ｈoriginal：Ｖoriginal＝（Ｈoriginal×３÷Ｎ÷ａ）：（Ｖoriginal÷３×ａ）
すなわち、 ３／（Ｎ・ａ）＝ａ／３
したがって、 Ｎ＝（３／ａ）２ ・・・ （２）
となる。
【００２４】
次に、光線制御子を傾けることで、垂直解像度が水平解像度に割り振られる現象について説明する。図１に、二次元画像表示装置の画素に対する光線制御子のさまざまな傾きを示す。なお、図１において、符号３は二次元画像表示素子上に焦点を一致させた光線制御子７の略垂直方向に連続する射出瞳の一つを介して単眼で観察される領域を示す。観察位置の移動に応じて、この符号３で示された領域は水平方向にシフトする。従来の場合のように光線制御子の射出瞳が、上記画素と同様に垂直に連続した形状の場合には、光線制御子７の射出瞳の一つを経由してその中心が観察される（符号３で示された領域にその中心が一致する）画素は、一列の画素すべてかそれとも全く無いかのみであり、観察者の移動に応じて符号３で示された領域が移動することによる二状態が切り替わる周期はサブピクセルの水平幅に一致していた。これに対し、光線制御子７を傾けることで、符号３で示された領域と画素中心が一致できる画素数が減少するとともに、観察者の移動に応じて符号３で示された領域が移動した場合、画素中心が一致する画素が出現する周期はサブピクセルの水平幅より短くなる。さらには画素の中心が選択されると同時に必ず水平方向に隣接するサブピクセル同士の境界部分である非表示部も同時に符号３で示された領域に存在するようになる。図１ではサブピクセル２の横３列に対し、縦４行、５行、６行の割合で傾けた例が示されている。縦４行の場合は３行おきに、５行の場合は４行おきに、６行の場合は１行おきに、符号３で示された領域と画素の位置関係が同一になっている。すなわち、符号３で示された領域に対する相対位置が同一の（略垂直方向に連続する射出瞳の一つを介して観察される箇所が同一の）画素が１／４、１／５、１／２に減少している。一方、水平方向に関しては、光線制御子が画素に対して垂直だった場合に比較して、１／４サブピクセル幅、１／５サブピクセル幅、１／２サブピクセル幅の周期で、符号３で示された領域に対して画素中心が一致する画素が出現する。すなわち、水平解像度が４倍、５倍、２倍に増加する。このような解像度を横解像度に振り分ける効果と非表示部が原因で発生する表示阻害防止対策については、特許文献１に詳細が述べられている。
【００２５】
以上のように、光線制御子を傾けることで垂直解像度を水平解像度に割り振ることができるが、サブピクセルピッチで視差画像を配分する場合、その振り分けの程度については、サブピクセル２の形状が影響する。二次元画像表示装置として用いられる例えば液晶表示装置は、ＲＧＢの三つのサブピクセルで正方形のピクセルを構成するように設計され、かつ、文字などの縦の直線を多く表示するような設計では、縦ストライプ配列のカラーフィルタを用いる場合が多いことから、そのサブピクセルの形状は、図１に示したような垂直：水平＝３：１の比率になっている。三次元画像表示装置において水平解像度を増加させるために、水平方向に隣接した３つのサブピクセルではなく、異なる３行に分散した３つのサブピクセル２で一つの画素として扱う場合、光線制御子の稜線の傾きθを
θ＝arctan（１／ｎ） ・・・ （３）
とした場合に、符号３で示された領域に対して画素中心が一致する画素が出現する周期がサブピクセル幅の１／ｎとなることでサブピクセル単位での水平解像度がｎ倍になると同時に、この１／ｎ周期で符号３で示された領域と中心が一致した、水平方向に隣接したＲＧＢの３サブピクセル（垂直方向には一致しない）で１ピクセル（トリプレット）を構成することから、垂直解像度が水平解像度に振り分けられる割合ａは、
ａ＝３／ｎ ・・・ （４）
で与えられる。つまり、本発明の３次元画像表示時のトリプレットは、ＲＧＢサブピクセルの観察可能位置が微妙にずれている（符号３で示された領域とＲＧＢの３つのサブピクセル中心が同時に一致することがない）。よって、以下、本明細書では、略一致する、と表現する。実際は符号３で示された領域と画素中心が一致していない状態でも画素の一部は射出瞳を経由して視認されることから、この略一致したＲＧＢサブピクセルが同時に見える領域は存在する。よって、図１の場合は、θ＝arctan（１／４）、arctan（１／５）、arctan（１／６）となり、垂直解像度が水平解像度に振り分けられる割合ａは、ａ＝３／４、３／５、１／２となる。
【００２６】
よって、（３）式で光線制御子の傾きを与えると同時に前述の（２）式を満たすようにｎとＮの関係を満たすことで、水平方向と垂直方向の解像度の低下の割合を一致させることができる。すなわち、Ｎとｎが次の関係
Ｎ＝ｎ２ ・・・ （５）
を満たすように設計すればよい。
【００２７】
自然数ｎそれぞれに対する、視差数Ｎ、垂直解像度が水平解像度に割り振られる割合ａ、レンズの傾き角θ、要素画像サイズを図２５に示す。この図２５から分かるように、サブピクセル２の形状が原因で、Ｎ＝９（ｎ＝３）の場合は、縦解像度を横解像度に振り分ける効果と、非表示部が原因で発生する表示阻害防止効果が得られない。
【００２８】
（５）式の関係を満たすように視差数Ｎを定めた例を、ＱＵＸＧＡパネル（水平解像度Ｈが３２００で垂直解像度Ｖが２４００であるパネル）で説明する。
（３２００×３÷１６÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝８００：６００
すなわち、 ａ＝３／４ →ＳＶＧＡ
（３２００×３÷２５÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝６４０：４８０
すなわち、 ａ＝３／５ →ＶＧＡ
【００２９】
すなわち、視差数と傾きを（２）〜（４）式で制御することで、表示される三次元画像の解像度を従来の二次元画像表示における一般的な解像度に一致させることができた。
【００３０】
以下、特許文献１との違いと本実施形態との差異について詳細に説明する。
【００３１】
まず、特許文献１では、ＳＶＧＡパネル（解像度：８００（Ｈ）×６００（Ｖ））において、３、５、６、７といった比較的少ない視差数を、θ＝arctan（１／ｎ）、ｎ＝６、９、１２といった傾きで振り分けている（図３参照）。このため、本実施形態の計算方法（（１）〜（４）式）を用いて計算すると、水平解像度が非常に多くなる。例えば、６視差をθ＝arctan（１／６）で与えた例があるが（図２参照）、（４）式よりｎ＝６、（３）式よりａ＝１／２となる。すなわち、この傾きが垂直解像度を水平解像度に振り分ける割合ａが１／２であることから、
ａ＝１／２
すなわち、（８００×３÷６÷ａ）：（６００÷３×ａ）＝８００：１００
と、非常に水平解像度が高い結果となる。同様に、５視差をθ＝arctan（１／６）で、７視差をθ＝arctan（１／６）で与えた場合は以下で与えられている。
ａ＝１／２
すなわち、（８００×３÷５÷ａ）：（６００÷３×ａ）＝９６０：１００
ａ＝１／２
すなわち、（８００×３÷７÷ａ）：（６００÷３×ａ）＝６８５：１００
【００３２】
なお、特許文献１中では４８０×２００、３４２×２００と上記計算とは異なる値になっている。この理由としては、特許文献１では、光線制御子を経由して視認された状態でＲＧＢの各サブピクセルが略正方画像になる設計を採用している（図５参照）ことがあげられる。なお、図５において、符号９は、三次元画像表示用サブピクセルを示す。そして、特許文献１では、これらの光線制御子を経由して視認された状態で略正方画素になっているＲＧＢサブピクセルのうち、比較的近い位置にあるＲＧＢの３つのサブピクセルをグルーピングして１画素と扱うことを提言している。このような扱いをしたとしても、４８０×２００、または３４２×２００という水平解像度と垂直解像の比はこの特許文献１独特の解像度バランスであり、一般的な画素形状である、ＲＧＢトリプレットの正方画素から三次元画像が構成されていない。
【００３３】
本実施形態による三次元画像表示装置は、この特許文献１とはこの点で全く異なる。本実施形態においては、ＲＧＢのトリプレットで正方画素として視認されることを目的としている。すなわち、（２）〜（４）式に従って傾きと視差数の関係を定義し、光線制御子を経由して視認された画像の構成画素のＲＧＢトリプレットが略正方形となるような設計である（図４参照）。なお、図４において、符号８は三次元画像表示におけるピクセルを示す。
【００３４】
これを実現するためのピクセルマッピングについて、前述したＱＵＸＧＡにおいてＮ＝１６の場合を、図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）は、レンチキュラーシート７の傾きをarctan(１／４)とした際の、カラーフィルタがストライプ配列された二次元画像表示装置への視差画像の配置を示し、図６（ｂ）は、複数の要素画像の相対位置を示す図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）において、符号１０は視差番号を示し、符号１１は三次元画像の構成単位である単一画素に相当する射出瞳とこれに対応した要素画像が表示される範囲を示す。（２）〜（４）式で視差数（Ｎ＝１６）と光線制御子の傾き角（θ＝arctan（１／４））が決まる。この結果、三次元画像表示用ピクセルは４行×４画素（トリプレット）列（＝１２サブピクセル行）の平行四辺形（略正方形）に定まる。この中で、３／４（＝ａ）の採択率を満たすように、ＲＧＢサブピクセルを異なる行に渉ってマッピングする。つまり、光線制御子の傾きが無かった場合に３行（＝ＲＧＢ）×（５＋１／３）画素（トリプレット）列（＝１６サブピクセル行）＝４８サブピクセルから構成されていた三次元画像表示用ピクセルが、この合計のサブピクセル数を維持しながら略正方形の形状にすることができた。
【００３５】
次に、三次元画像表示用ピクセルを略正方形にすることで得られる効果を説明する。光線制御子を傾ける効果を用いない場合、水平／垂直解像度は次の設計になる。
Ｈ（３２００×３÷１６）×Ｖ（２４００÷３）＝Ｈ（６００）×Ｖ（８００）
【００３６】
ＱＵＸＧＡパネルの外形が水平：垂直＝４：３であることから、水平／垂直解像度（画素数）が４：３であれば、水平／垂直方向のサンプリング間隔は同一となり、三次元画像表示時の画素形状は正方形になる。ここで、三次元画像表示用ピクセルとは、具体的には、複数方向から取得（撮像／作成）した視差画像から構成された視差画像の集合である要素画像が表示される領域を指す。従来のＨ（６００）×Ｖ（８００）という三次元画像用ピクセル数では、水平／垂直方向のサンプリング間隔が異なっている（三次元画像表示時の画素形状が正方形でない）ことから、例えばＨ（３２００×３）×Ｖ（２４００）の解像
度で視差画像を作成し、これから不要な画素情報を除き、Ｈ（６００）×Ｖ（８００）の低解像度の視差画像にしてから要素画像を合成していた。
【００３７】
本実施形態では、この無駄に着目し、水平／垂直画素数を画面サイズの比率を反映、水平／垂直方向のサンプリング間隔を同一にし、三次元画像表示時の画素形状を略正方形とすることで三次元画像表示用ピクセルの解像度で視差画像を取得できるようにした。すなわち、ＱＵＸＧＡで１６視差の三次元画像表示素子の場合はＳＶＧＡ、２５視差の場合はＶＧＡの視差画像を取得し、これをマッピングすることで要素画像を作成できるようにした。この場合、取得された視差画像情報の使用されない（除かれる）画素情報はない。このように三次元画像表示用ピクセルを正方化することで、３Ｄ−ＣＧ（三次元画像コンピュータグラフィック）コンテンツ作成における高速化と、実写の場合のカメラの解像度の低下が可能になる。
【００３８】
さらに、三次元画像表示の解像度を従来の解像度に一致させたことによる副次的な効果として、三次元画像表示装置において二次元コンテンツを表示するような場合の取り扱いが容易になることがあげられる。三次元画像表示装置であるとはいえ、二次元画像コンテンツを表示する場合は容易に想定される。三次元画像表示における二次元コンテンツの表示は、簡便には要素画像内を同一視差情報にする（観察位置に関わらず、常に同じ画像が見える）ことで達成される。すなわち、ＱＵＸＧＡパネルを用いた三次元画像表示装置において、１６視差の場合はＳＶＧＡ、２５視差の場合はＶＧＡの２Ｄ（二次元画像）コンテンツが入力された場合、二次元画像情報を三次元画像表示用ピクセル内に単純に１６倍または２５倍にして展開することでそのまま二次元画像を表示することができる。
【００３９】
さらには、これ以外の解像度の二次元画像コンテンツが入力された場合も、二次元画像の一般的な解像度同士に変換する技術自体は既に一般化されていることから、三次元画像表示装置自体が既存の解像度に設定されていれば、この解像度に是正した上で入力、展開すれば良い。また三次元画像の解像度が既存解像度そのものではなく、そのｘ倍、または１／ｙ倍（ｘ、ｙ：整数）に設計されたとしても、従来の解像度のデータを単純にｘ倍に展開、または１／ｙ倍に圧縮または間引きすれば対応できることから、三次元画像表示解像度を、従来解像度の整数倍、または整数分１の解像度に設計しておくことは、画像処理の負荷を低減する効果がある。
【００４０】
また、各種の方式の三次元画像表示装置が存在する場合を想定すると、従来の二次元画像の解像度がフォーマットとして利用される可能性が高く、このような将来の展開を踏まえたうえでも、三次元画像表示装置の表示解像度を従来の二次元画像表示における解像度、または従来の二次元画像表示における解像度の整数倍、または整数分の１の解像度に設計しておくことは大きな意味がある。
【００４１】
三次元画像表示用ピクセルを正方化することで視認される画面のイメージ図を図７に示す。図７（ａ）は、レンチキュラーシート７の傾きをarctan(１／４)にした際の、カラーフィルタがストライプ配列された二次元画像表示装置上への要素画像の一部の配置を示す図であり、図７（ｂ）はこれと組み合わせるレンチキュラーシート７の一部の外観を示している。要素画像１１はほぼ正方形となり、これにレンチキュラーシート７を組み合わせて三次元画像表示用の１画素を構成する。この三次元画像表示用の一画素には、図６のピクセルマッピングで１６視差の情報が含まれており、観察位置に応じてレンチキュラーシートを経由して視認された視差画像番号が変化することで立体視を実現する。
【００４２】
次に、複数の方向から取得した視差画像の配置方法を、図８を参照して説明する。図８は、光線制御子６の傾きをarctan（１／４）にした場合の、異なる複数の方向から水平方向については平行投影法、垂直方向については透視投影法により低解像度で取得した視差画像を構成する画素情報の、三次元画像表示装置の各画素への割り振りを示す図である。
【００４３】
図８において、符号８はレンチキュラーシート越しに観察した三次元画像表示用ピクセルを示し、符号１２はある方向から８００（Ｈ）×６００（Ｖ）の解像度で取得した視差画像を示し、符号１３は視差画像である二次元画像を構成するＲＧＢの３サブピクセルからなるピクセル（トリプレット）を示す。複数の方向から取得した視差画像１２を構成するＲＧＢトリプレット１３を、図８に示した各三次元画像表示用ピクセル８を構成する要素画像の中の一つの視差画像としてマッピングする。対応関係は図８の矢印で示した。三次元画像表示における一画素が平行四辺形になっていることから、三次元画像表示用ピクセル８の４行毎に、三次元画像表示ピクセル１画素分だけ左にシフトすることで、視差画像情報と対応させる。このずれは８００×４００の三次元画像表示解像度における１画素分のシフトであり、三次元画像表示の解像度が十分高くなれば、気にならない程度に抑えられる。
【００４４】
ここでは単一の視差画像情報について述べたが、複数の方向（ここでは１６方向）から取得した８００（Ｈ）×６００（Ｖ）の解像度の視差画像を、図８→図６に従って割り付けることで、全ての三次元画像表示用ピクセルに対応した要素画像を作成することができる。
【００４５】
図６ではストライプ配列のカラーフィルタを前提にピクセルマッピングを示したが、他のカラーフィルタ配列についてもマッピングが可能である。カラーフィルタ配列がモザイク配列である二次元画像表示装置上への視差画像の配置を図９に示し、複数の要素画像の配置を図１０に示す。カラーフィルタ配列については基準視差数とカラーフィルタの相関で発生する色モアレやその他の表示性能を考慮して最終的に最適な配列が決められる。例えば、本発明の構成では、射出瞳の水平ピッチがサブピクセル幅の３の倍数になることから、ストライプ配列のカラーフィルタを用いたデバイスを二次元画像表示装置として用いた場合、水平方向に同色が並ぶ（色モアレの一種）。よって、三次元画像表示装置としての解像度が十分高くない場合は、この水平なＲＧＢの縞が気になるようなケースも発生する。この場合は、モザイク配列を採用するとよい。ストライプ配列、モザイク配列以外のカラーフィルタ配列を採用した場合も、それ相応のマッピングをする必要があるが、いずれにしても、ＲＧＢのトリプレットを異なる行にマッピングし、このトリプレットがレンズ越しにほぼ同時に視認できるように設計すればよい。
【００４６】
さらには、基準視差数（Ｎ）が２５の場合、すなわち、光線制御子の傾きをarctan(１／５)にした場合の、ストライプ配列のカラーフィルタが用いられる二次元画像表示装置への視差画像の配置を図１１（ａ）に、複数の要素画像の相対位置を図１１（ｂ）に、複数の要素画像の配置を図１２に示す。また、光線制御子の傾きをarctan(１／５)にした場合の、モザイク配列のカラーフィルタが用いられる二次元画像表示装置への視差画像の配置を図１３に、複数の要素画像の配置を図１４に示す。
【００４７】
ところで、特許文献１でも述べられているように、光線制御子の傾きが小さくなると視差画像間のクロストークが増えるという問題がある。これは、特許文献１で示されているような小さな角度（θ＝arctan（１／ｎ）、ｎ＝６、９、１２；図３参照）で特に顕著になる。
【００４８】
クロストーク量について、図１５乃至図１８を参照して説明する。図１５は、傾きが零、すなわち射出瞳が垂直な光線制御子を介して視認される視差番号を示す図である。なお、図１５において、符号１５は射出瞳を介して視認される視差番号の割合を示す。例えば、マトリクス状に形成された画像表示装置の前面に配置されたレンチキュラーシートを構成する複数の蒲鉾型（円柱を長軸方向に切断し、切断面と等しい側面を有する立方体と張り合わせた形状）レンズのうち、単一のレンズの射出瞳の焦点位置を破線で示した。ここでも画像表示装置の二次元画像表示用サブピクセルの幅はサブピクセルの高さの１／３に設計されており、３サブピクセルで正方形のトリプレットを形成する。各サブピクセルの中に記載された番号１０は視差画像番号である。レンチキュラーシートはその焦点距離の位置に画素がマトリクス状にに設けられた二次元画像表示装置が位置するように設計されることにより、二次元画像表示装置上の破線（焦点位置）の幅は無限小と仮定する。図１５に示したように、レンチキュラーレンズが垂直（傾きが零）だった場合、単一の射出瞳からは単一の番号の視差画像のみが視認される。または、符号３で示された領域が水平方向に隣接したサブピクセル間の垂直な画素境界に一致した場合、視差画像は全く視認されない。
【００４９】
一方、レンチキュラーレンズの傾きがθ＝arctan（１／６）の場合の、光線制御子の射出瞳を介して視認される視差番号を説明するための図を図１６に示す。単一の射出瞳を経由して最小でも２視差、最大で３視差の視差画像を同時に視認することになる。以後、本来見るべき視差画像を主視差、同時に見えてしまった他の視差画像を隣接視差と呼ぶ。
【００５０】
視差画像の見え方の相違を裏付ける実験結果として、図１５に示す配置を採用したＩＰ式三次元画像表示装置では、飛び出し／奥行き量が大きすぎるコンテンツが二重像に見えるのに対し、図１６に示す配置ではぼけとして視認され、さらには、そのぼけの幅が図１５の場合の二重像のずれ幅より広かったことがあげられる。これは、飛び出し／奥行き量の大きなコンテンツでは、視差画像間の相違が大きいことから、主視差と同時に隣接視差を見ることで発生するクロストークが認識し易いためである。図１５の構成では、本来単一視差番号しか見えないはずであるが、我々の作成した実機ではレンズは多少なりともデフォーカスしており、符号３で示された領域が境界と一致した場合に両側の視差画像を視認する。つまり、主視差画像とともに隣接視差画像を見える場合がある。この主視差画像と同時に視認された隣接画像が原因で二重像が視認された。
【００５１】
一方、図１６の構成では、符号３で示された領域は画素を斜めに横切っており、これは主視差画像と隣接視差画像が単一射出瞳を経由して滑らかに切り替わって見えることを意味する。それと同時に、単一射出瞳を経由して見える隣接視差画像が図１５に比較して多い。すなわち、隣接視差画像による影響は図１５の二重像とは異なり、ぼけとして視認されるとともに、ぼけの範囲は視認される隣接視差画像の多さが原因で図１５の場合より広くなったとして理解できる。
【００５２】
このように、レンチキュラーレンズが斜めに設定されることで、クロストーク量が増えることに加え、クロストークがぼけとして視認される特徴がある。そしてクロストークの発生はコンテンツの飛び出し／奥行き表現領域を制限してしまう。このため、特許文献１中では比較的傾きの小さなｎ＝６、すなわち選択率が１／２の例を積極的に述べている。
【００５３】
本実施形態のθ＝arctan（１／４）、θ＝arctan（１／５）の場合の光線制御子を介して視認される視差番号を示す図を図１７、１８にそれぞれ示す。図１７に示すように、θ＝arctan（１／４）の場合は、クロストークとして見える視差画像は３視差と、θ＝arctan（１／６）の場合と同一だが、同時に視認される複数の視差画像の中で主視差画像の占める割合が高いことが分かる。図１８に示すように、θ＝arctan（１／５）の場合は、クロストークとして見える視差画像は３視差だが、この場合も主視差画像の占める割合は１／２以上を占めることが分かる。すなわち、これらの傾き、すなわちθ＝arctan（１／４）、θ＝arctan（１／５）の場合においては、クロストークは発生するものの、主視差画像以外の隣接視差画像の混入する割合が低くなることから、ぼけは低減され、飛び出し／奥行き表現領域を広げる効果がある。
【００５４】
以上述べたように、これらの傾き（θ＝arctan（１／４）、またはarctan（１／５））を初め、ｍを整数としたときθ≠arctan（１／３ｍ）は、これまでの非表示領域が原因の表示阻害防止以外に、水平垂直解像度の比率を保持、三次元画像表示時の画素形状を略正方形にするとともに、要素画像作成時の無駄を省き、かつ二次元画像表示における既存の解像度を考慮することで、コンテンツの流用を容易にし、さらには、奥行き／飛び出し方向の表示可能範囲を広げるといった、複数の新たな効果をもたらす新規な定義である。また特許文献１の概念ではサブピクセル幅の１／２〜１／４倍のピッチで水平解像度を刻む（水平解像度を２〜４倍、垂直解像度を１／２〜１／４倍とする）のに対して本実施形態では、行を違えた３つのサブピクセルを同一視差画像に選択することで、３／４倍、または３／５倍といった、１／ｍ倍でないピッチで水平解像度を刻むという手法は全く新規のものである。さらには、ａ≠１／３ｍの中でも、特にａ＝３／４、３／５の２値については１／２以上の値であることから、隣接視差画像の混入の割合が低くなり、よりクロストークが抑制されたクリアな視差画像が視認させることができる。
【００５５】
モアレ対策としてレンズを傾けることは効果があることは既に詳細を述べた。さらに述べるなら、ＬＣＤ（液晶）パネルについてはそのＣｓ線（補助容量線）がサブピクセル画素の中央相当を左右に横切るように設定されているとモアレの抑制に効果的である。これは、Ｃｓ線（補助容量線）によりサブピクセルが上下に二分されて開口中心部が二倍になることにより、これまでに述べた内容を応用すると、光線制御子の射出瞳を経由して観察される開口中心の発生周期が短くなるために、画素の非表示部が原因で発生する輝度低下の分布がＩＰ方式では画面内で、多眼式では空間内でより均一化できるためである。
【００５６】
また、ＩＰ方式の場合、視域を最大に確保するためには、基準視差数＋１の列で構成した要素画像を離散的に分布させる必要があるが（例えば、本出願人による特許出願（特願２００２−３８２３８９号）参照）、本実施形態の傾きのレンチキュラーシートとこの手法を組み合わせて適用することが可能である。
【００５７】
また、以上では要素画像作成の際の視差画像情報取得の効率化を目的に図８に示したように、視差画像のマッピングを推奨したが、図８における４行毎の三次元画像表示ピクセル１ピクセル幅相当の水平方向のシフトによる画像劣化を避けるためには、三次元画像表示時のピクセル配置を維持した二次元画像を取得すればよい。すなわち、８００（Ｈ）×６００（Ｖ）の解像度であるものの、その画素中心が正方マトリクスではなく、図８と同等のθ＝arctan（１／４）の傾きの平行四辺形のマトリクス上に配置した視差画像を用いることで、上記の画像劣化を完全に防ぐことができる。これは、実写については実写に用いるカメラの、３Ｄ−ＣＧの場合は、画像取得の際に仮定するカメラの画素配列を図８の三次元画像表示時の三次元画像表示用ピクセル配列に一致させることで容易に実現することができる。
【００５８】
さらに、正方配置の二次元画像情報から、平行四辺形マトリクス配置の画像データを改めて作成しなおす方法も適用可能である。正方格子上のデータとして取得した複数方向から取得した二次元画像情報を、三次元画像表示用の平行四辺形格子上に中心座標が位置する三次元画像表示用画像に組み入れる場合に、これまでに述べたように、最近傍の画素を選択し、整数値を取らず実数値を取る方法が、画像補間処理でいうニアレストネイバー法であるとすると、正方格子上のデータのうち水平に隣接した二画素（平行四辺形格子なので）から、平行四辺形格子の座標（実数値）に応じて線形の濃度補間を行う、バイリニア法を適用することも考えられる。同様にバイキュービック法の適用も考えられる。しかしながら本提案では、まず、画像データを再構成しないで済むというメリットを考慮し、ニアレストレイバー法に相当する技術を提案するものである。画像データの再構成の負荷と画質のバランスによっては、バイリニア法、バイキュービック法的三次元画像表示用データ作成も選択可能である。
【実施例】
【００５９】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本実施例１では、図１９に示した構造の多眼式三次元画像表示装置を作製した。二次元画像表示装置１４は液晶表示装置であって、その前面に光線制御子６が設けられ、後面にバックライト１６が設けられた構成である。
【００６０】
具体的には、本実施例１では、液晶表示装置として、ＱＵＸＧＡ−ＬＣＤパネル（画素数３２００×２４００、画面サイズ４８０ｍｍ×３６０ｍｍ）を使用した。この液晶表示装置１４において、赤、緑、青色の３種のサブピクセルは独立して駆動可能である。また、赤、緑、青色の各サブピクセルの横方向の長さは５０μｍであり、縦方向の長さは１５０μｍである。また、カラーフィルタ配列はストライプ配列を使用した。なお、通常の二次元画像表示装置では、横に並んだ赤、緑、青色の３つのサブピクセルで１つの画素（トリプレット）を構成するが、本例ではこの制約を解いて用いた。
【００６１】
光線制御子６は、液晶パネルの画素位置がほぼ焦点距離になるように設計したレンチキュラーレンズを用いた。レンズの水平ピッチはサブピクセル幅の１２倍の６００μｍより若干狭くし、視距離１．０ｍで眼間距離の１／２ピッチ（＝３２．５ｍｍ）で１６箇所に集光する設計とし、視距離における視域を画面幅相当とした。レンズは垂直から約１４．０度ずらして設置した。
【００６２】
次に、画像作成方法について述べる。それぞれの集光点の位置から（ＣＧの場合は仮想の）カメラで透視投影法により視差画像１６枚（解像度：８００（×ＲＧＢ）×６００）を取得した。そして、図６のマッピングに従い、取得した全ての画像情報（８００×ＲＧＢ×６００×１６視差情報）をＱＵＸＧＡパネルにマッピングした。三次元画像表示ピクセルの４行毎に左に１列シフトさせることで、列情報を維持した。ただし、図２０に示したように、４ｎ＋１、４ｎ＋２行については左端の要素画像が、４ｎ＋３、４ｎ行については右端の要素画像について、視差情報が欠落する（マッピングできない）部分ができた。例えば１〜５視差画像については、４ｎ＋１行の左端の要素画像を構成するための１列１行のデータは破棄することになった。６視差画像情報については要素画像における視差画像番号６が配分されたサブピクセルの色に応じた１サブピクセル情報のみ、７視差目については同様に２サブピクセル情報のみマッピングし、８視差画像情報以降は全てマッピングした。
【００６３】
以上のように画像情報をマッピングし、前述のレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１，０ｍをはじめその前後で多眼式の立体画像を視認することができた（眼間距離の１／２で集光させているので、視距離の前後にも立体視できる領域が発生した）。この多眼式三次元画像については、レンズを斜めにしたことにより、縦横解像度バランスが改善されたとともに、空間周波数が３００ｃｐｒ前後のコンテンツについては表示面の前後の最大±５ｃｍ程度の奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因の、観察位置の移動に伴う画面輝度変化は認められたものの、画面内の輝度ムラの発生（モアレ）は抑制されていた。
【００６４】
（実施例２）
本実施例２では、図１９に示した構造のＩＰ式三次元画像表示装置を作製した。光線制御子の射出瞳のピッチが、画像表示装置のサブピクセルピッチの整数倍に設計することにより、多眼式とは異なり、視距離に集光点が発生させないようにした。以下、実施例１との相違点について記載する。
【００６５】
レンズの水平ピッチはサブピクセル幅の４倍の６００μｍとし、視域が±１５度になるように設計した。これにより、視距離１．０ｍで画面幅相当の視域（偽像が混入しないで観察できる領域）を確保することができる。レンズの傾きは約１４．０度とした。視距離において、画面中央に注視点を設定し、（ＣＧの場合は仮想の）カメラで水平方向が平行投影、垂直方向が透視投影法による視差画像２８枚を取得した。視距離に集光点を設けないために、視距離から取得した透視投影画像を用いることができないＩＰ方式において、その視距離で視域を最大化しようとした場合、視距離に集光点を設ける多眼式より視差画像取得数（画像取得カメラ位置）は多くなる。隣接する射出瞳同士で光線が平行になるようにした本実施例においても、基準視差数（＝１６）に対し、取得する平行投影視差画像（カメラ画像）数が多くなる。詳細は本出願人による特許出願（特願２００２−３８２３８９号参照）。ここでは、視差画像は８００（×ＲＧＢ）×６００の解像度で２８方向より取得した。そして基本的には図６に示すマッピングに従い８００×ＲＧＢ×６００×２８視差情報をマッピングした。ただし、視差を考慮したＩＰ方式では各要素画像からの画像情報が視域内で観察できるようにするために、離散的に（基準視差数＋１）視差の要素画像を挟むことで、擬似的に要素画像幅＞射出瞳ピッチ、の設計にすることができる。図２１に一例を示す。視差画像番号１〜１６からなる図２１のマッピングを複数回繰り返した後、視差画像番号１〜１７からなる図２２のマッピングが発生する。その後、また図２１と同じ面積だが、視差画像番号２〜１７からなる要素画像が繰り返されるが、要素画像の形状は図２１と若干異なる（図２３参照）。
【００６６】
また、ＩＰ方式であるがゆえ、２８枚の視差画像を全て等しい解像度８００（Ｈ）×６００（Ｖ）で取得すると、使用しない画像情報が本質的に発生してしまう（詳細は、本出願人による特許出願（特願２００２−３８２３８９号）参照）が、これに加えて実施例１同様、画面端の要素画像について視差情報を破棄する個所がある（図２０参照）。
【００６７】
以上、多眼式に比べて若干複雑ではあるが、８００×６００の画像情報をマッピング、前述のレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１ｍを基準とした視域内でＩＰ式の立体画像を視認することができた。このＩＰ式三次元画像については、縦横解像度バランスが改善することで画質が向上するとともに、最大、表示面の前後±５ｃｍの奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因で発生する画面内の輝度ムラ（モアレ）が観察されないとともに、観察位置に依存した輝度変化も完全に抑制された。また、視距離で集光点がないＩＰ方式の特徴である滑らかな運動視差も実現された。
【００６８】
（実施例３）
本実施例３では、実施例２とほぼ同様だが、基準視差数を２５と増やした設計を採用した。光線制御子は、液晶パネルの画素位置が焦点距離になるように設計したレンチキュラーレンズを用いた。レンズの水平ピッチはサブピクセル幅の１５倍の７５０μｍとし、傾きを約１１。３度とした。
【００６９】
視距離において、画面中央を注視点を設定した（ＣＧの場合は仮想の）カメラで垂直、水平とも平行投影法により視差画像４４枚を取得した。この視差画像の解像度は６４０（×ＲＧＢ）×４８０とした。基本的には図８のマッピングに従い６４０×ＲＧＢ×４８０×２５視差情報をマッピングした。図１２に示したように、三次元画像表示ピクセルの５行毎に三次元画像表示ピクセル幅だけ左にシフトさせて列情報を維持した。また、５ｎ＋１、５ｎ＋２行については左端の２つの要素画像が、５ｎ＋３に関しては両端の、４ｎ＋４、５ｎ行については右端の２つの要素画像が、視差情報が欠落する（マッピングできない）部分ができた。
【００７０】
以上、多眼式に比べて若干複雑ではあるが、６４０×４８０の画像情報をマッピング、前述のレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１．０ｍを基準とした視域内でＩＰ式の立体画像を視認することができた。このＩＰ式三次元画像については、縦横解像度バランスが改善することで画質が向上するとともに、最大、表示面の前後±１５ｃｍの奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因で発生する画面内の輝度ムラ（モアレ）が観察されないとともに、観察位置に依存した輝度変化も完全に抑制された。また、視距離で集光点がないＩＰ方式の特徴である滑らかな運動視差も実現された。
【００７１】
（実施例４）
本実施例４では、実施例２とほぼ同様だが、カラーフィルタ配列がモザイクの表示パネルを採用した。以下、実施例２との相違点について記載する。
【００７２】
８００（×ＲＧＢ）×６００の解像度で取得した２８の視差画像について、図９に示すマッピングに従い８００×ＲＧＢ×６００×２８視差情報をマッピングした。ＩＰ方式では各要素画像からの画像情報が視域内で観察できるようにするために、離散的に（基準視差数＋１）視差の要素画像を発生させた。これにレンズを組み合わせて観察したところ、視距離１ｍを基準とした視域内でＩＰ式の立体画像を視認することができた。
【００７３】
このＩＰ式三次元画像については、縦横解像度バランスが改善することで画質が向上するとともに、最大、表示面の前後±５ｃｍの奥行き表示が可能となった。また、非表示部が原因で発生する画面内の輝度ムラ（モアレ）が観察されないとともに、観察位置に依存した輝度変化も完全に抑制された。また、視距離で集光点がないＩＰ方式の特徴である滑らかな運動視差も実現された。さらには、モザイク配列のカラーフィルタを採用したことから、レンズ越しに観察されるＲまたはＢまたはＧがより分散され、ＲまたはＢまたはＧとして視認される領域が連続することによる表示阻害が抑制される傾向があった。
【００７４】
（比較例１）
実施例１と同様の多眼式三次元表示装置において、レンズの傾きを９。５度と特許文献１相当に変更、これに応じてレンズの水平幅は１６サブピクセルの１／２である、８サブピクセル幅相当の４００μｍとし、これに応じたマッピングも特許文献１と同様に実施した。この設計においては三次元画像の解像度は以下のようになった。
ａ＝１／２
したがって（３２００×３÷１６÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝１２００：４００
【００７５】
すなわち、垂直解像度に比較して水平解像度が高い状態となった。よって、Ｈ（１２００）×Ｖ（９００）の視差画像を取得、水平情報を４／９の割合で取得（５／９を破棄）して画像情報をマッピングした。すなわち、無駄な視差画像情報の取得する分、画像作成に時間を要し、また複数方向から取得した各視差画像データを一時保存するためのメモリの容量もより大きなものを必要とした。また、表示された画像の解像度のバランスが悪く、水平情報に比較して垂直情報が乏しい印象を与えた。また、クロストーク量が実施例に比較して多く、表示面の前後±３ｃｍの奥行き表示に抑制された。また、既存の解像度のコンテンツを表示する場合に、Ｈ（１２００）×Ｖ（４００）の解像度に直す必要が生じ、汎用性に乏しいデバイスとなった。
【００７６】
（比較例２）
実施例２と同様のＩＰ式三次元表示装置において、レンズの傾きを１８．４度とした。
この傾きの場合、垂直解像度を水平解像度に振り分ける効果がない。そのため、レンズの水平幅は１６サブピクセル幅相当の８００μｍとし、これに応じたマッピング（斜め方向に連続したＲＧＢサブピクセルでグルーピング）を実施した。この設計においては三次元画像の解像度は以下のようになった。
ａ＝１
したがって（３２００×３÷１６÷ａ）：（２４００÷３×ａ）＝６００：８００
【００７７】
すなわち、水平解像度に比較して垂直解像度が高い状態となった。よって、Ｈ（１６００）×Ｖ（１２００）の視差画像を取得、水平方向に関しては３／８、垂直方向に関しては２／３のデータのみを取得、残りを破棄して画像情報をマッピングした。すなわち、破棄するデータがある分、視差画像情報の取得に時間を要した。また、表示された画像の解像度のバランスが悪く、垂直情報に比較して水平情報が乏しい印象を与えた。また、既存の解像度のコンテンツを表示する場合に、Ｈ（６００）×Ｖ（８００）の解像度に直す必要が生じ、汎用性に乏しいデバイスとなった。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置における二次元画像表示素装置の画素列と、光線制御子の単一の射出瞳を経由して単眼で観察される領域の傾き角を示す図。
【図２】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置の概要を説明する図。
【図３】従来の三次元画像表示装置における二次元画像表示装置の画素列と、光線制御子の単一の射出瞳を経由して単眼で観察される領域の傾き角を示す図。
【図４】本発明の一実施形態による三次元画像表示装置を単眼で観察した際のＲＧＢサブピクセルの配置を示す図。
【図５】従来の三次元画像表示装置を単眼で観察した際のＲＧＢサブピクセルの配置を示す図。
【図６】本発明の一実施形態の特性を示す図であって、図６（ａ）は光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際の、ストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図であり、図６（ｂ）は複数の要素画像の相対位置を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の特性を示す図であって、図７（ａ）光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際のストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す要素画像と組み合わせる光線制御子の外観を示す図。
【図８】本発明の一実施形態の三次元画像表示装置において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際の、異なる複数の方向から平行投影法により低解像度で取得した視差画像を構成する画素情報の、三次元画像表示装置への割り振りを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態の三次元画像表示装置において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際の、モザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図。
【図１０】本発明の一実施形態の三次元画像表示装置において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／４）にした際のモザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図。
【図１１】本発明の一実施形態の特性を示す図であって、図１１（ａ）は光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際の、ストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図、図１１（ｂ）は複数の要素画像の相対位置を示す図。
【図１２】本発明の一実施形態において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際のストライプ配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図。
【図１３】本発明の一実施形態において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際のモザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への視差画像の配置を示す図。
【図１４】本発明の一実施形態において、光線制御子の単一の射出瞳の傾きをarctan（１／５）にした際のモザイク配列のカラーフィルタを用いた表示素子上への複数の要素画像の配置を示す図。
【図１５】傾きがない光線制御子を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１６】傾き角がarctan（１／６）である光線制御子の単一の射出瞳を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１７】傾き角がarctan（１／４）である光線制御子の単一の射出瞳を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１８】傾き角がarctan（１／５）である光線制御子の単一の射出瞳を経由して視認される視差画像番号を示す図。
【図１９】本発明の実施例１による三次元画像表示装置の構成を示す図。
【図２０】画面端の要素画像の形状の一例を示す図。
【図２１】基準視差数から成る要素画像の発生を示す図。
【図２２】三次元画像表示装置の視域を最大化する目的で発生した基準視差数＋１から成る要素画像の発生を示す図。
【図２３】基準視差数から成る要素画像と、基準視差数＋１から成る要素画像の分布の様子を示す図。
【図２４】三次元画像表示装置の一般的な構成を示す図。
【図２５】水平方向と垂直方向の解像度の低下の割合を一致させた場合の、視差数Ｎと、垂直解像度が水平解像度に割り振られる割合ａと、要素画像サイズとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００７９】
２ サブピクセル
３ 表示素子上に焦点を一致させた光線制御子の単一の射出瞳を経由して単眼で観察される領域
４ サブピクセル開口部
５ ブラックマトリクス
６ 光線制御子
７ レンチキュラーレンズ
８ 三次元画像表示用ピクセル
９ 三次元表示用サブピクセル
１０ 視差画像番号
１１ 単一の射出瞳に対応した要素画像が表示された範囲
１２ ある方向から取得した視差画像（二次元画像）
１３ 視差画像を構成するピクセル
１４ 二次元画像表示素子
１５ 光線制御子を経由して観察される視差番号の割合
１６ バックライト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
要素画像を表示する画素群を構成する画素がマトリックス状に配置される二次元画像表示装置と、
前記画素群に対応付けられた射出瞳を有し、前記画素群の画素からの光線を制御する光線制御子と、
を備え、
前記光線制御子の前記射出瞳は略垂直方向に連続した構造をとり、前記画素はＲＧＢのサブ画素から構成され、前記サブ画素は縦：横が３：１の縦長の形状を有し、前記射出瞳の連続した方向と、前記二次元画像表示装置の画素配列の列方向とのなす角度が、ｎを３の倍数と異なる自然数としたとき、arctan（１／ｎ）で与えられ、かつ基準視差数Ｎがｎの二乗ｎ２で与えられることを特徴とする三次元画像表示装置。
【請求項２】
前記基準視差数Ｎが１６、または２５であることを特徴とする請求項１記載の三次元画像表示装置。
【請求項３】
前記要素画像を構成する画素領域が前記ＲＧＢのサブ画素で略正方形になっていることを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【請求項４】
三次元画像の水平解像度と垂直解像度の比が前記二次元画像表示装置の水平解像度と垂直解像度の比と一致するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元画像表示装置。
【請求項５】
前記要素画像の形成領域が略ｎ行×ｎ列の正方領域であり、同一視差番号を有するＲＧＢサブ画素が、要素画像を形成するｎ行のうち、互いに異なる３行にわたって位置していることを特徴とする請求項４記載の三次元画像表示装置。
【請求項６】
前記要素画像の形成領域が略ｎ行×ｎ列の正方領域であり、同一視差番号を有するＲＧＢサブ画素が、要素画像を形成するｎ行のうち、互いに異なる３列にわたって位置していることを特徴とする請求項４記載の三次元画像表示装置。
【請求項７】
要素画像を表示する画素領域を形成する複数のサブ画素の中でも、射出瞳を経由して観察できる位置が近いＲ，Ｇ，Ｂの３つのサブ画素をグルーピングして同一の視差番号が配されることを特徴とする請求項５または６記載の三次元画像表示装置。
【請求項８】
同一の視差番号を有するＲＧＢサブ画素の配置が、所属する要素画像が異なっても同一であることを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【請求項９】
各要素画像において、要素画像を構成するための各視差画像のＲＧＢのレイアウトがｎ視差ごとに同一であることを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【請求項１０】
複数の要素画像をまたがる単一の列で見た場合に、上に向かって視差番号が１から基準視差数Ｎまで連続的に増加し、これを繰り返すことを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【請求項１】
要素画像を表示する画素群を構成する画素がマトリックス状に配置される二次元画像表示装置と、
前記画素群に対応付けられた射出瞳を有し、前記画素群の画素からの光線を制御する光線制御子と、
を備え、
前記光線制御子の前記射出瞳は略垂直方向に連続した構造をとり、前記画素はＲＧＢのサブ画素から構成され、前記サブ画素は縦：横が３：１の縦長の形状を有し、前記射出瞳の連続した方向と、前記二次元画像表示装置の画素配列の列方向とのなす角度が、ｎを３の倍数と異なる自然数としたとき、arctan（１／ｎ）で与えられ、かつ基準視差数Ｎがｎの二乗ｎ２で与えられることを特徴とする三次元画像表示装置。
【請求項２】
前記基準視差数Ｎが１６、または２５であることを特徴とする請求項１記載の三次元画像表示装置。
【請求項３】
前記要素画像を構成する画素領域が前記ＲＧＢのサブ画素で略正方形になっていることを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【請求項４】
三次元画像の水平解像度と垂直解像度の比が前記二次元画像表示装置の水平解像度と垂直解像度の比と一致するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元画像表示装置。
【請求項５】
前記要素画像の形成領域が略ｎ行×ｎ列の正方領域であり、同一視差番号を有するＲＧＢサブ画素が、要素画像を形成するｎ行のうち、互いに異なる３行にわたって位置していることを特徴とする請求項４記載の三次元画像表示装置。
【請求項６】
前記要素画像の形成領域が略ｎ行×ｎ列の正方領域であり、同一視差番号を有するＲＧＢサブ画素が、要素画像を形成するｎ行のうち、互いに異なる３列にわたって位置していることを特徴とする請求項４記載の三次元画像表示装置。
【請求項７】
要素画像を表示する画素領域を形成する複数のサブ画素の中でも、射出瞳を経由して観察できる位置が近いＲ，Ｇ，Ｂの３つのサブ画素をグルーピングして同一の視差番号が配されることを特徴とする請求項５または６記載の三次元画像表示装置。
【請求項８】
同一の視差番号を有するＲＧＢサブ画素の配置が、所属する要素画像が異なっても同一であることを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【請求項９】
各要素画像において、要素画像を構成するための各視差画像のＲＧＢのレイアウトがｎ視差ごとに同一であることを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【請求項１０】
複数の要素画像をまたがる単一の列で見た場合に、上に向かって視差番号が１から基準視差数Ｎまで連続的に増加し、これを繰り返すことを特徴とする請求項１または２記載の三次元画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２４】
【図２５】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２４】
【図２５】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００７−１４０５５４（Ｐ２００７−１４０５５４Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５８２５（Ｐ２００７−２５８２５）
【出願日】平成１９年２月５日（２００７．２．５）
【分割の表示】特願２００５−２８９０５（Ｐ２００５−２８９０５）の分割
【原出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月５日（２００７．２．５）
【分割の表示】特願２００５−２８９０５（Ｐ２００５−２８９０５）の分割
【原出願日】平成１７年２月４日（２００５．２．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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