裸眼3D

裸眼3D：起步于双眼显示，挑战高画质大范围观看

目前，无需使用眼镜即可观看立体影像的裸眼式3维显示器的研究开发势头正旺。本文将详细介绍裸眼式3维显示器的种类及工作原理。

在开始介绍裸眼式3维显示器之前，首先让我们了解一下立体视觉的基本原理。立体视觉的生理性成因是什么，也就是说人是怎样感知立体影像的？。主要有五个成因（图1）。

图1：立体视觉的生理性成因

人对物体产生立体知觉的成因大致有5个：水晶体的调节、双眼的辐辏角、双眼视差、单眼的运动视差、取像效果。

第1是水晶体的调节。当人看近处的物体时水晶体会变厚，看远处的物体时则会变薄。通过对这一变化进行认知，人便获得了立体感。

第2是双眼的辐辏角。当观看位于近处的物体时，眼球会发生倾斜，对于远处的物体，则是目光平行地观看。人能够通过这种眼球的角度（辐辏角）感知立体影像。

第3是双眼视差。由于右眼与左眼相距约65mm，由此导致右眼与左眼看到的景象会有若干差异。

第4是单眼的运动视差。人在看运动物体时，能够获得立体感。

第5是取像效果。该效果基于人在观看非常大的画面时可获得立体感这一生理现象。

在这五个成因中，效果最大的是双眼视差。因此，应用双眼视差的3维显示器开发势头正旺。

接下来，让我们对立体影像显示方式进行分类。目前的立体影像显示方式大致可分为3类，即眼镜式、头戴显示器（Head Mount Display）式、以及本文将介绍的裸眼式（图2）。裸眼式又可分为在空间中分离图像的方式（空间分割方式）以及时间分割方式（交互显示方

式）。如果将空间分割方式进一步分类，则又包括设定视点的方式、以及在不特别设定视点的情况下再现光线空间的方式（光线空间再现方式）。

图2：立体影像方式的种类

立体影像显示方式大体可分为裸眼式、眼镜式、头戴显示器（HMD）式3种。

关于视点，大致可分为2视点和多视点方式。只能在正面观看的成为2视点方式，在2视点基础之上增加视点的方式称为多视点方式。后者的光线空间方式一般被称之为全景（Integral）方式。

其中，多视点方式及全景方式存在运动视差，其特点是，如果横向移动头部，则可看到环绕的图像。多视点方式及全景方式看到的图像几乎相同。

在多种多样的裸眼式立体视觉显示器中，最先开始开发的是2视点（双眼）方式。最先投放市场的也是双眼方式，因此可以说双眼方式一直领先其他方式一步。继双眼方式之后，多视点（多视点）方式、全景（光线空间再现）方式、以及视点数更多的超多视点方式相继被研发出来。

按照不同的对象采用不同的方式

虽然裸眼式包括许多种类，但这些种类只是开发对象不同，基本构造等可以说是相同的。这是因为，无论是双眼、还是超多视点，基本构造都是通过在液晶面板上设置多透镜（Lenticular Lens）及格栅等来分离图像的，其基本思路是相同的。

那么，为什么又会出现多种方式呢？这是因为根据开发重点是放在显示的清晰度上、还是放在平滑的3维显示上等不同的开发目标而导致的。笔者认为目前还无法断定是两视点更好还是超多视点更胜一筹。人体工程学也没有明确地给出答案。尽管经常听到“立体显示器累眼”的批评，但为了消除这种现象，是增加立体影像信息好呢，还是需要重视画质，这个问题目前也还没有明确的答案。

在开发实例中，采用双眼显示及多视点显示、或者采用光线空间再现的居多（图3）。如果更详细地进行划分，则双眼显示包括：配合头部的运动、影像的显示也随着同步移动的头部跟踪（Head Tracking）方式，HDDP方式，扫描式背光板（Scan Backlight）方式等。多

视点显示方面有阶梯格栅（Step Barrier）方式以及倾斜透镜方式的开发先例。光线空间再现也有多种方式，目前不同的企业及研究机构都冠以各自的名称进行开发。关于这些方式的工作原理，将在后面予以介绍。

图3：裸眼式立体视觉显示器的开发实例

采用双眼显示、多视点显示以及光线空间再现技术，相关开发进行得非常火热。

首先提升市场需求

让我们来看看近年来裸眼立体显示器的开发动向。与裸眼立体视觉相关的研究，旨在平滑显示立体视觉影像。多视点、高密度指向性显示等通过增加视点数来实现更自然立体视觉效果的显示器，是目前的开发趋势。依笔者近10年来从事多视点式立体显示器市场开拓的经验来看，笔者感到找到需求至关重要。以前，将开发出的多视点式显示器拿给用户看时，经常会听到“这是什么？画质真差”的疑问声。

为什么会出现这样的现象呢？事实上，目前对裸眼立体视觉的需求并不大。如果电影等会在电视上播发的话，也许会产生需求，但目前的实际情况是需求很少。在没有需求的时候拿出开发品让人评断的话，那么消费者自然会首先拿来与2维影像的画质进行比较。给看着2维影像的人看立体影像，结果只会是被指责画质差。

从这个意义上来说，提升市场的需求至关重要。近期电影界在3D电影方面的举措变成了起爆剂，各厂商都在加紧开发3维显示器商品。所以有内容才是最重要的。笔者到目前为止大约15年时间都在从事3维显示器业务，毎年都听着“今后是3维时代”的论调进行开发。然而，现实社会并没有出现3D热潮是不争的事实。但是，这次则不同。产业界被电影界的举措而触发。有了内容，电子产品厂商自然会随之跟进，现实社会也出现了“3维时代终于来临”的舆论。

如此想来，裸眼式立体显示器不必一步到位地执着于技术难度较大的多视点方式，而应从双眼方式循序渐进地逐渐启动市场。尽管双眼方式存在着只能从正前方看到立体影像的问题，但如果将目标锁定在有需求的消费者身上，那么市场就会形成。

那么，企业设想的3维显示器应用都包括什么呢？如果不限于裸眼方式的话，那么应该包括电影、弹子机以及游戏之类的娱乐领域。在信息通信领域，辅助设计、互联网以及电视等会存在3维显示器的用途。在医疗领域也值得期待，例如，拍摄立体影像信息用于手术等。笔者认为，3维显示器还适用于检查眼睛功能的装置以及图像诊断等。此外，可能还适用于艺术及广告类领域。

无论是哪种用途，如果3维显示使得画质变差，那么，对于看惯了清晰画面的用户而言就会感到欠缺。笔者认为，显示清晰度与视野范围的平衡至关重要。确保最低限度的显示清晰度，并在此基础上尽量扩大可视范围的挑战十分重要。

双眼视差格栅（Parallax Barrier）方式

下面，将从技术上对裸眼式3维显示器作一介绍。首先，让我们来看拥有大量应用实例的双眼视差格栅方式的基本构造（图4）。与普通的液晶面板一样，液晶面板的背面配置有背照灯。在液晶面板上交互显示R（右眼用）及L（左眼用）图像。如果在该液晶面板上设置起遮光板作用的狭长切口（例如，纵向条状遮光板），则上述交互显示的右眼图像将会只到达右眼，左眼图像只到达左眼。对于位于画面正前方的观看者而言，由于产生了双眼视差，结果便能获得立体视觉。

图4：双眼视差格栅方式的基本设计

在液晶面板上设置起遮光板作用的狭长切口（图中的视差格栅）。通过狭长切口，R（右眼图像）只到达右眼，L（左眼图像）只到达左眼。

双眼视差格栅方式的3维显示器的设计流程如下。考虑在液晶面板的像素及其上面配置

视差格栅，设液晶面板的间距为P，视差格栅的间距为Q，液晶面板像素与格栅开口部的距离为G。另外，设从视差格栅的观看距离为D，眼间距离为E。

此时，从图4中的A点线可以看出，形成了相似三角形。在该相似三角形中，

E：P＝D：G

的比例式成立。下面，让我们来观察图4中的B点线形成的三角形。此时，在三角形内Q：D＝2P：（D＋G）

的比例式成立。满足该比例式，便意味着可通过在液晶面板上设置视差格栅来获得立体视觉。例如，从图4中①像素射出的光通过视差格栅后，则成为图4中的E实线。同样地，从图4中②像素射出的光成为C实线，从图4中③像素射出的光成为D实线。

事实上，必需解决串扰（Crosstalk）问题。为了使观看者能够清晰地观看图像，我们希望分离图4中的①②③。然而，实际上由于光会扩散，因此，有时未完全分离而产生串扰，最终表现为叠影。

这是立体显示器性能上的问题。虽然开发人员为了减少串扰而进行了设计，但又使得液晶面板与视差格栅的干涉条纹变得显著，从而出现了云纹（Moire）。仅仅分离图像，也会产生各种问题。

双眼多透镜方式

设置多透镜来取代格栅，也能通过透镜的折射来分离图像。这一原理可通过图5来说明。在液晶面板上显示R（右眼用）及L（左眼用）图像，通过多透镜使像素在空间成像。

图5双眼多透镜方式的基本设计

在液晶面板上配置多透镜。使液晶面板显示R（右眼用）及L（左眼用）图像，通过多透镜使像素在空间成像。

像双眼视差格栅方式一样，让我们用比例式来表示。相当于在相同的比例式中增加了透镜成像的算式。设液晶面板像素与多透镜的距离为G，从多透镜的观看距离为D，再加上多透镜的f值，则可表达为：

1/D＋1/G＝1/f

适当地设计f值，就能清晰地分离图像。然而，必需考虑到液晶面板的黑色矩阵（Black Matrix）现象。液晶面板存在被称为黑色矩阵的、完全不透光的黑色区域。由于该区域同样通过多透镜成像，因此会反映到观看者的眼中。如果观看者横向移动头部，虽然有些地方图像清晰可见，但有的区域却是漆黑一片，看不到图像。

出现这种现象时，会使观看者产生不适感，因此，在配置多透镜的情况下使成像的焦点不完全重合，借此虚化黑色区域的应用实例相当多。此外，近年来还开发出了不将多透镜垂直于像素配置，而是采用略微倾斜设置的方法。这种故意使像素相关的做法，可实现消除云纹的设计。

解决清晰度变差以及观看范围较窄的问题

下面介绍一个双眼显示技术的开发事例。如果观察各厂商的举措会发现，双眼显示技术的一个开发方向是重视与2维显示的兼容性。也就是保证在2维显示时清晰度不会变差。

例如，在视差格栅中设置开关功能。夏普已将此技术应用于产品中，其他厂商进行开发的例子也相当多。另外，还有一种方法是使液晶面板具有2倍的清晰度。这就是NEC液晶科技正在开发的名为HDDP构造的技术。此外，三菱电机正在开发一种在光源上设置指向性功能、以倍速顺次（Sequential）显示的技术。笔者所属的开发小组，正致力于开发一种采用阶梯格栅构造、以减轻清晰度变差的显示方法。在采取清晰度变差对策的同时，还有试图解决只能观看正前方影像的这一观看范围狭窄难题的技术。例如，通过检测观看者的位置来控制显示器的方法。三洋电机以及德国SeeReal Technologies等厂商一直在进行这方面的开发。

通过像素分割以及背照灯的指向性实现高画质

接下来让我们仔细分析上述所说的各种相关技术。首先是NEC液晶科技开发的HDDP构造。HDDP是Horizontally Double-Density Pixels的缩写。普通像素为正方形，相对于正方形，RGB 采用纵向条状构造。而HDDP构造的特点是，RGB采用横向条状构造（图6）。另外，为了立体显示用，还要将横条进行分割，分配给右眼用像素及左眼用像素。横向上具有2倍的像素密度。显示普通2维图像时，向右眼用像素及左眼用像素输入相同的图像数据，进行立体显示时，则分别输入右眼用图像及左眼用图像。左右各自的图像采用多透镜进行左右分离，从而使人能够得到立体视觉

图6：通过HDDP构造实现的3维显示

在HDDP构造中，RGB的各子像素采用横向条状构造。另外，作为立体显示用，对横条进行分割，分配给右眼用像素及左眼用像素。在此基础上组装多透镜。这是NEC液晶科技开发的技术。

下面介绍三菱电机开发的扫描式背光板。其特点在于使得背照灯具有了指向性。背照灯的导光板配备了右眼用LED及左眼用LED。当右眼用LED发光时，通过棱镜片（Prism Sheet）控制光的指向性，使其只能被观看者的右眼看到（图7）。相反，当左眼用LED发光时，通过棱镜片使光分离到与上述不同的方向，使其只能被左眼看到。如果像这样使背照灯的亮灯动作交互地高速进行切换，并且与此同步地在液晶面板是显示相应图像，则可实现立体视觉。要想清晰地进行显示，则必需以2倍速显示影像。这样做虽然技术难度会提高，但画质则完全不会变差。

图7：通过扫描式背光板实现的3维显示

预先在背照灯的光源中设置右眼用LED及左眼用LED。另外，使导光板上的棱镜片具备指向性，使得右眼用LED亮灯时，光只到达右眼，左眼用LED亮灯时，光只到达左眼。这是三菱电机开发的技术。

以方格状配置格栅，借此提高清晰度

接下来，来看看笔者研发的阶梯格栅构造。一般的条状格栅由纵向的条带（Stripe）排列而成。图8中的白线四方形所围绕的部分构成1个像素的RGB。一般情况下，表示像素的四方形的横向宽度是纵向长度的2倍。也就是说，水平清晰度为1/2。

图8：通过阶梯格栅构造实现的3维显示

通过以方格状设置格栅，使3维显示时的图像变差现象变得不明显。这是爱普生影像设备以前开发出的技术。

与此不同，阶梯格栅构造是以方格状配置格栅。相对于R和B，G使用旁边或者下方的格栅，1个像素形成1个三角形（图8中的白色虚线）。图像变差现象在水平及垂直方向上均匀分布。也可以说，在水平及垂直方向上画质变差到原来的1/√2 。相对而言，画质变差的程度较小。

人眼对水平方向的清晰度非常敏感，而对垂直方向清晰度变差则不敏感。也就是说，保持水平清晰度能使画质看上去更清晰。从图8中的白色三角形可以看出，纵向长度为横向的2倍。换言之，就是使清晰度在水平方向上不变差，在垂直方向上变差1/2。

我们近期经常进行2维显示模式、3维显示模式、以及混合模式（在显示2维图像的同时，局部显示3维图像），其清晰度变差现象几乎观察不到。实际上，2维图像的清晰度的确变差了，但通过人眼观看，几乎看不出变差。如果是文字显示，观看者会发现若干斜线，但在显示图像时则没有这些问题。由于可在2维图像中局部性地显示3维图像，因此我们认为这种技术很容易推广到多种应用领域。

检测观看者头部位置，切换左右影像

让我们来看看与清晰度变差对策同时进行开发的、针对观看范围狭窄问题实施的对策。为了解决观看范围狭窄问题，主要有两个研究方向。一个是头部跟踪系统，另一个是近年来流行的多视点方式及全景方式。

头部跟踪系统的最大特点是，可检测到观看者的位置，并使显示器进行跟踪。其他的特点包括：视点数方面既可实现双眼、也可实现多视点，可将清晰度变差的程度控制在最小限度，如果对构造进行优化，原理上可支持一名到多名观看者。这种方式，由于必需使显示系统运动，因此，系统会变得复杂。

而多视点方式及全景方式则具有可再现运动视差的特点。另外，还具备可供多人同时观看的特点。当采用1枚显示器面板时，由于只需在面板上放置格栅或者多透镜即可实现立体视觉显示，因此，显示器构造非常简单。然而必需注意的是，如果增加视点数，虽然观看范围会扩大，但相应地清晰度会变差。

如果将头部跟踪系统与多视点方式及全景方式进行对比，注重画质时，头部跟踪系统更占优势。尽管如此，目前开发头部跟踪系统的厂商几乎没有。笔者个人认为，无论从哪个角度看都具有较高画质的3维显示器是最终目标，所以可提高画质的头部跟踪方法应受到更多的关注。

要想在头部跟踪系统上取得发展，传感技术不可或缺。目前，传感技术的进步显著，在数码相机上检测人物的脸部已轻而易举。所以在推进头部跟踪系统开发的过程中，这会起到非常有利的作用。

通过左右影像及格栅的移动扩大观看范围

作为头部跟踪系统的开发事例，下面介绍三洋电机采取的做法。三洋电机早就开发出了名为分割转换格栅（Shift Barrier）方式的头部跟踪系统。该系统呈阶段性地不断发展，到1997年该公司又开发出了可在观看者移动时移动左右（LR）图像的技术，1999年开发出了移动格栅的技术。通过这些举措，可以说成功地在横向上使观看范围大幅扩大。2001年发展出了分割控制技术，在前后方向上也扩大了观看范围。下面加以详细介绍。

首先，是1997年开发出来的LR图像切换技术（图9）。例如，当观看者向左移动了相当于其眼间距离的65mm时，此人最初看到的右眼用图像及左眼用图像会发生互换。这种状态称为“逆视”，此时无法产生立体视觉。该问题的对策非常简单，只需切换LR图像即可。笔者研制的头部跟踪系统就采用了这种方法。

图9：可切换LR图像的头部跟踪系统实例

当观看者的位置横向偏移时，切换液晶面板上显示的左眼用及右眼用图像（LR图像），以保证持续产生立体视觉。这是三洋电机开发的技术。

当时开发的显示器具备横长型传感器，通过检测人的头部位置来显示与其位置相吻合的影像。位置检测的精度相当高，笔者曾将试制机带到日本九州大学供其用于手术。得到的评价是，在时间非常长的手术中，无需戴眼镜就能看清手术的状况。

1999年，我们开发出了当观看者的位置发生横向偏移时、可横向移动格栅位置的转换格栅技术（图10）。当移动了65mm时只需切换图像即可，但如果只移动该距离的一半、例如32.5mm时，会发生什么情况？会发生观看者的右眼同时看到右眼图像和左眼图像的串扰现象。左眼也会出现相同的串扰状态。在这种情况下，只需略微移动格栅，串扰状态就能恢复到正常状态，从而实现立体视觉。

图10：通过移动格栅来消除串扰

如果观看者的横向移动距离小于眼间距离（65mm），则会产生同一只眼睛同时看到右眼图像和左眼图像的串扰现象。作为这一问题的应对措施，三洋电机开发出了移动格栅的技术。名为转换格栅方式。

这一过程的简单图解为图11所示。如果图11中立体视觉区的菱形位于观看者的两眼中央，则为正视区，可实现立体视觉。该菱形的旁边有逆视区。正视区与逆视区之间就是串扰区。在转换格栅方式下，为了改善这种串扰现象，通过移动格栅来移动可观看范围。然而，仅仅移动格栅的话，有可能进入逆视区，因此，LR图像的显示位置也要进行调整。这样一来，即使进行横向移动，也能在几乎任何位置实现立体视觉。

图11：转换格栅方式的效果

图中以图解方式展示了当观看者的脸部位置偏移时、通过转换格栅来扩展立体视觉区域的效果。

1999年试制的3维显示器中配备的传感器方面，我们决定通过CCD摄像头来检测观看者的位置。遗憾的是，当时由于检测精度还很低，我们让观看者在头部中央贴了一个反射板。

是从显示器中配备的LED发出红外线，根据反射板所反射的光来检测头部位置的。

裸眼3D：凭借多眼显示及全景方式扩大观看范围

本文是无需佩戴眼镜即可观看立体图像的裸眼式三维显示器技术的下篇。将介绍通过头部跟踪的做法将观看范围向前后方向扩大的技术，以及通过采用多视点来进一步扩大观看范围的技术。在前后方向上，通过根据观看者的位置来调整向左右眼分配显示图像的光栅，观看范围可扩大至4～5倍。而在左右方向上，针对视点增加得越多分辨率就越差的现象采取措施则是关键所在。

上篇在阐述裸眼式三维显示器的概要的同时，介绍了对公认为裸眼式的课题、即三维显示时的画质下降问题进行改善的方法，以及对能够看到立体图像的范围进行扩大的方法。此次将继续就扩大观看范围，介绍一下通过头部跟踪扩大观看者前后范围的技术，以及通过多眼显示扩大观看范围的技术。

首先来看一下向前后方向扩大观看范围的方法。观看三维显示器的最佳距离（适看距离）是由能够看见右眼图像的区域和能够看见左眼图像的区域，以65mm的左、右眼间距进行交替显示形成的（图1（a ））。顺便提一句，左、右眼之间正好是串扰区域，可看到重叠图像。

图1：将立体视觉范围向前后方向扩大

(a）在适当的位置观看屏幕时。右眼看到的是右眼用图像，左目眼看到的是左眼用图像。（b）为远离适当位置后观看屏幕时。右眼和左眼看到的是由右眼用图像和左眼用图像排列而成的图像。

那么，当观看者从适于观看的位置向后移动时，又会观看到怎样的图像呢？结果如图1（b）所示，看到的是右眼用和左眼用图像呈条纹状排列的图像。比如，右眼看到的是左眼

用图像的一部分、串扰图像、右眼用图像、串扰图像及左眼用图像呈条纹状排列的图像。左眼也如此，是右眼用图像的一部分、串扰图像、左眼用图像、串扰图像及右眼用图像。如果是这种图像的话，观看者就无法看到立体的图像。

将屏幕分割成16份，并实现光栅移动

为了解决这一问题，采用的办法是将视差光栅（图像分割器）分割成16份，并使视差光栅能够在各区域自由移动（图2）。液晶面板也同样分割成16个区域，并能在各个区域对右眼图像和左眼图像进行优化。通过移动视差光栅，可使串扰最明显的区域实现移动。这样一来，便可改善右眼或左眼看到的屏幕内的串扰区域。

图2：分割移动光栅方式

三洋电机2001年开发的分割移动光栅方式的概念图。将液晶面板和图像分割器（视差光栅）分割成16份，进行最佳控制。

图3：在距离适看位置稍远的地方进行观看

在距离适看位置稍远的地方观看屏幕时，尽管右眼看到的主要是右眼用图像，但同时也看到了左眼用图像及串扰图像。左眼看到的主要是左眼用图像，但看到了串扰图像及右眼用图像。不过，使用分割移动光栅方式后，只将视差光栅的开口移动1/4间距，即可解决这一问题。

如图3所示，对眼中看到的图像示例进行分析便可发现，右眼存在先看到串扰图像，再依次看到右眼用图像、串扰图像及少许左眼用图像的状态。图3中右眼和左眼内的虚线表示右眼用图像或左眼用图像的中心位置。在该部位，液晶点阵和光栅开口的位置关系处于最理想状态，也就是能够正常看到图像的区域。串扰图像的中心（串扰最明显的位置）相对于观看者的眼睛，在液晶点阵的边界位置上存在光栅开口。如果将该区域的光栅移动1/4间距，串扰图像的中心就会变为右眼用图像或左眼用图像的中心。

在前后方向上将观看范围扩大3倍

这种方法被称为“分割移动光栅方式”，并于2001年发表。图4是假设在距离适看位置稍远的地方进行观看时，只使串扰图像附近的光栅移动后所发生的情况。图4中的①区域只进行了光栅移动，②区域没有进行任何控制，③区域分别使光栅以及右眼用图像和左眼用图像进行了移动。这样一来，右眼用图像只能右眼看到，左眼用图像只能左眼看到。其中的关键在于，这是通过移动光栅，将光栅拿到了图像的中心，并随之优化右眼用及左眼用图像这两种手段而实现的。通过这一措施，原来为条纹状的图像就完变成了右眼用图像或左眼用图像。

图4：分割移动光栅方式的效果

在稍稍偏离适看位置的情况下，通过移动光栅，便可看到全右眼用图像或全左眼用图像。

对基于该分割移动光栅方式的、前后方向上的观看范围进行理论计算后显示，其区域扩大到了约3倍。不过，理论计算时，当屏幕边缘的狭窄区域出现逆视（右眼用图像被左眼看到，左眼用图像被右眼看到）现象时，就会被判定为无法正确看到，因此理论计算的范围要比实际的可观看范围窄。实际上，即使屏幕边缘存在逆视现象，人们对此也大都不在意，所以感观上的立体视觉范围更大。在本公司内部进行的实验表明，可形成立体视觉的范围原来为距离屏幕76～106cm，而新方式则扩大到了约为5倍的60～200cm。试制机为检测观看者的位置使用了4部摄像头。

通过背照灯来追踪观看者的位置

除了使视差光栅移动之外，还有利用前照灯来扩大观看范围的方法。可通过控制背照灯来扩大观看范围。其基本思路是通过移动背照灯来追随观看者的位置（图5）。采用在液晶面板与背照灯之间配置透镜的结构。下面以观看者的右眼观看右眼用图像时为例，对该方法的机制做一介绍。假设现在观看者的右眼正在观看右眼用图像。这时观看者向左方移动的话，就使发光部追随观看者的动作向右方移动。通过这一操作，能够使右眼用图像送达右眼。这就是控制背照灯扩大观看范围的基本概念。在使图像送达左、右眼的手段中，还有以时间分割方式来显示右眼用图像和左眼用图像的方式，以及使用半反射镜合成右眼用图像（或左眼用图像）的技术。要想供多人观看时，只需根据观看者的数量来控制发光部即可，可非常轻松地实现。

图5：通过移动背照灯来扩大观看范围

利用头部跟踪来捕捉观看者的移动，并配合对背照灯的控制，便可扩大观看范围。

这种追随观看者的眼睛来移动发光部，从而总是可实现立体视觉的概念得到了德国SeeReal公司的采用。该公司通过对液晶面板的光源进行控制，实现了微小的线状发光，并通过组合使用微小透镜和微小发光部，实现了与普通液晶面板相当的薄型化。

分辨率劣化明显的多眼显示

下面介绍通过多眼显示来扩大观看范围的方法。在裸眼式三维显示器中，目前多眼显示或全景方式受到越来越多的关注。笔者等组成的研究小组也在进行多眼显示的研究，目标是实现大观看范围，并利用运动视差提高立体视觉效果。

对多眼显示进行研究时，必须要注意的是越是多眼，图像就越差现象。换句话说，增加视点数量，分辨率就会随之下降。具体而言，2视点时降至1/2，4视点时降至1/4，8视点时降至1/8。虽然分辨率变差是不可避免的问题，但通过开发能够减轻这一问题，力争达到使观看者不易察觉的程度。

多眼显示的优点在于不易出现逆视现象。2视点时，观看距离适宜且位于正前方的观看者能够充分体验到立体视觉。不过，位置稍有偏移的话就会出现逆视现象，形成逆视的概率达到50％之多。而4视点时，液晶面板的像素中有1、2、3、4四个图像按照各个像素交替显示（图6）。在液晶面板上设置视差光栅的话，1的可见区域、2的可见区域、3的可见区域、4的可见区域就会交替延续。1和2配对为正视，2和3配对为正视，3和4配对为正视，而4和1配对时立体信息颠倒，从而造成逆视。也就是说，逆视的比例为25％。而反过来看，即使偏离了适看距离，屏幕内仍有约75％为正视区域，因此容易获得立体视觉。

图6：逆视大幅减少的4眼显示

对2眼显示和4眼显示出现正视和逆视的概率进行了比较。2眼显示出现正视的概率只有50％，而4眼显示达到了75％。

通过光栅配置手段来解决分辨率下降问题

图7列出了笔者等在三洋电机开发的多眼显示方式的技术特点。原来的方式采用视差光栅、即条纹状的开口。图7（a）是通过开口观看液晶面板时的状态。该方式为4眼显示，在液晶面板上按照1、2、3、4、1、2、3、4的顺序横向依次显示视点图像。图7（a）为只观看4的像素时。白色方框圈起来的部位相当于一个三维图像的每视点的像素的大小、即立体图像的1个像素。将像素的纵向长度设定为a的话，那么横向长度就达到了4倍。由于像素的纵横比变成较差的1比4，且横向非常长，因此存在与理想的1比1相背离的问题。

如图7（a）所显示的那样，分辨率只在水平方向上降低。水平方向的分辨率降至1/4，而垂直方向的分辨率未下降。人眼对水平方向的分辨率较为敏感，因此水平方向降至1/4的话，就会给人以分辨率确实变差的感觉。

图7：阶梯光栅方式的4眼显示

通常的视差光栅方式使用条纹状的光栅（a）。而阶梯光栅方式使用阶梯状的光栅（b）。由此

将像素纵横比改善到了9比4。

为了弥补原来的条纹光栅方式的缺点，三洋电机开发了利用阶梯光栅的方式。与条纹状不同，该方式呈阶梯状设置光栅开口（图7（b））。在1、2、3、4四个视点图像中，从4的视点来看一下阶梯光栅方式的特点。RGB在纵向上错开配置，由RGB构成的像素的尺寸在纵向上变为3倍。而横向上以RGBR为一个像素，长度变为4a/3。图像纵横比为9比4。

9比4的比例与原来方式的4比1相比更接近1比1的比例，从而改善了分辨率下降的比重。水平方向降至3/4，垂直方向降至1/3，说起来还是垂直方向的降低程度较大，但水平方向却控制在了3/4，因此就图像而言是适当可行的手段。

利用该阶梯光栅方式，笔者等于2002年开发出了使用22英寸QUXGA-W级900万像素高分辨率液晶面板的7视点型三维显示器。之后又于2003年开发出了40英寸WXGA级的、可在二维与三维间切换的4视点型三维显示器。

通过将视点图像宽度减半来扩大正视区域

笔者等于2008年优化了多眼显示时的观看方法。该研究以如何使三维图像的分辨率与视角形成最佳关系为出发点。而最近的研究多以竭力减细光线，实现更顺畅的立体视觉为目标。虽然增加视点数量可实现顺畅的立体视觉，但也由此导致分辨率下降，很难经得起实用的考验。尽管也有一些研究在使用10块、20块的复数个面板来弥补分辨率的下降，不过从厂商的角度而言，他们更希望在尽可能利用1块面板来抑制分辨率下降的同时，确保一定的视角。笔者等在2008年尝试进行了这种优化。

图8：原来的4眼显示

在远离适看位置的地方进行观看的、原来的4眼显示的示列。将视点图像宽度设定为62～65mm。左右眼看到的是视点1、2、3并排的图像或视点2、3、4并排的图像（a）。由于屏幕内产生二维的部分，因此容易出现不适感（b）。

图8（a）为多视点方式的观看方法示例。下面以视点图像宽度设计为通常的62～65mm 时来做一分析。由于是4视点，因此显示的是1、2、3、4四个视点图像。右眼分别看到1视点、2视点、3视点的图像。左眼也一样，看到的是2视点、3视点、4视点的图像。在这种状态下，基本可形成立体图像。但进行详细分析后，问题就暴露出来了（图8（b））。

1和2的图像因具有立体的两眼视差信息，因此大体上为正视。不过，其下一区域是2

和2的图像，因此看到的是二维图像。然后看到的是2和3，为立体图像，接着是3和3，又是二维图像，而其旁边是3和4，又变成了三维。这样便形成了三维与二维混合的状态。

原来公认为多视点的方式是以近65mm的视点图像宽度来设计的。长久以来，这种设计并未认识到在三维图像中还存在着两维图像。为此，笔者等对去掉可看到二维图像的区域进行了尝试。虽然这时减小光线的宽度即可，但过度减小的话，分辨率就会显著下降。2008年发表的设计在抑制分辨率下降的同时对视点宽度进行了优化。

那么，当时是怎么做的呢？具体而言，就是将视点图像宽度从原来的65mm减小到了一半、即32.5mm。也就是说，将以前的4视点增加到了2倍，变成了8视点的立体图像（图9（a ））。这时，右眼看到的是2 到6的条纹图像，左眼看到的是3到8的条纹图像。将视点宽度减小至一半后，屏幕内就变成了2与3配对、2与4配对、3与4配对……，消除了二维图像的区域，从而实现了正视（图9（b））。在该设计中，虽然偏离适看距离2倍以上时，也会像上述一样出现可看到二维图像的区域，但可以断定的是，如果在适看距离的1倍的距离之内防止产生二维图像区域的话，就足可解决问题。

图9：将视点图像宽度减半的效果

将视点图像宽度从原来的62～65mm减半至31～32.5mm，并将视点数量增至8之后的图像观看方法示例（a）。由于整个屏幕内形成了正视的图像对，因此可大幅降低不适感（b）。

2008年作为开发成果发表的显示器在2.57英寸XGA液晶面板上组合使用了双凸透镜。将视点图像宽度设定为了32.5mm的8视点。虽说是8视点，但由于面板为XGA级别，因此可确保每视点相当于QVGA的分辨率。如果是2.5英寸QVGA的话，可以说即使是10年前的手机，画质也没有问题。而且既获得了顺畅的运动视差，同时又实现了25度的视角。

8视点显示器以阶梯结构形成立体图像的像素，分辨率在纵向上降至1/3，在横向上降至3/8（图10）。使用双凸透镜而非光栅，防止了光的损失。这时，在像素排列上，横向并排1、2、3、4、5、6、7、8这8个视点图像。接着，在第二行，子像素错1格并排1、2、3、4、5、6、7、8，然后第三行再错1格并排1、2、3、4、5、6、7、8。这样，1组三维图像用像素就变成了阶梯状的区域（图10中的X）。该面板已在2009年举行的展会“Wireless Technology Park ”上通过NTT DoCoMo的展台进行展出。