CN104102014A - 立体显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种立体显示装置。使用了眼部追踪的双眼视差的裸眼三维显示装置存在根据视角方向而产生亮度变动的问题。立体显示装置具备：根据由拍摄装置拍摄到的图像而识别眼睛的位置的检测部；基于由检测部检测到的眼睛的位置信息而在眼睛的最佳位置再现立体像的分离机构；同时显示多个不同的视差像的显示装置；安装于显示装置的背光源；以及控制背光源的背光源控制部，背光源控制部根据通过检测部求得的眼睛的位置而决定背光源的亮度。

Description

立体显示装置
技术领域
本发明涉及立体显示装置，例如，能够适用于使用了眼部追踪（eye tracking）的裸眼立体显示装置。
背景技术
裸眼三维显示器应用于游戏机或移动电话、TV等。在双眼视差方式裸眼三维显示器的情况下，能将图像识别为三维的位置仅有从面板正面数度的范围，观看位置被限定。其改善方法一般采用多视差方式。在多视差方式的情况下，为了增加能将图像识别为三维的位置，需要牺牲显示面板的分辨率。
另一方面，在使用了眼部追踪的双眼视差的裸眼三维显示器中，通过使视点移动来增加能够将图像识别为三维的位置。由此，不牺牲分辨率地扩大三维识别范围。例如，在专利文献1公开有如下内容：“具备：液晶面板（1），其同时显示多个不同的视差像；光学特性可变透镜（2），其安装于液晶面板（1），由柱面透镜阵列构成且能够改变柱面透镜的光学特性；头部检测部（3），其检测观察者的头部的空间位置；以及光学特性可变透镜控制部（4），其与头部检测部（3）连接，以基于由头部检测部（3）检测到的头部的位置信息而在头部的最佳位置再现立体像的方式控制光学特性可变透镜（2）。”
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－72445号公报
发明内容
本发明人在对使用了眼部追踪的双眼视差的裸眼三维显示装置进行研究后，发现了其存在根据视角方向而产生亮度变动的问题。
在本发明中，对具有代表性的内容的概要进行如下所述的简单说明。
即，在立体显示装置中，以亮度分布不变动的方式根据眼睛的位置而改变背光源的亮度。
根据上述立体显示装置，能够减轻视点切换时产生的亮度变动。
附图说明
图1是用于说明立体显示装置的整体的图。
图2是表示液晶透镜的构造的概略图。
图3是使用了图2的液晶透镜的立体显示元件的剖视图。
图4是表示对图3的立体显示元件的相对于视场角的亮度进行测定的结果的图。
图5是表示动态透镜的电极构造的概略剖视图。
图6是使用了图5的液晶透镜的立体显示元件的剖视图。
图7是表示图6的立体显示元件的亮度分布的图。
图8是表示在显示装置中显示全白时的相对于视场角的亮度的图。
图9是实施例的立体显示装置的整体图。
图10是表示相对于视场角的标准化背光源亮度以及相对于视场角的显示装置的标准化亮度分布的图。
图11是变形例1的立体显示装置的整体图。
图12是变形例2的立体显示装置的整体图。
附图标记说明
1、1A、1B、1C···立体显示装置
2、2a···分离机构
3···检测部
4···拍摄装置
5···显示装置
6、6b、6c···亮度计算部
7···背光源控制部
8···亮度控制部
9···图像控制部
20、20a···液晶透镜
30、30a···立体显示元件
61···存储装置
具体实施方式
以下，使用附图来说明实施方式、实施例以及变形例。但是，在以下的说明中，对相同构成要素标注相同附图标记并省略重复的说明。
（在本发明之前研究的技术）
图1是用于说明立体显示装置的整体的图。立体显示装置1是使用了眼部追踪（ET）的裸眼三维显示器系统。立体显示装置1在双眼视差的裸眼三维显示器中，通过使视点移动来增加能够将图像识别为三维的位置。由此，不牺牲分辨率地扩大三维识别范围。
立体显示装置1具有拍摄装置4和根据拍摄装置4的图像来决定眼睛的位置的检测部3。检测部3例如也可以内置于移动设备中。在显示装置5中在每1周期显示有2个不同的视差像。一个视差像为对应左眼的视差像（左眼用图像），另一个视差像为对应右眼的视差像（右眼用图像）。具有用于根据眼睛位置的信号而向左右眼分别输入图像的分离机构2。通过将从检测部3输出的信号输入至分离机构2，使得只要眼睛的位置在拍摄装置4的识别位置范围内，无论眼睛的位置在哪都能看到三维图像。
（分离机构）
分离机构2由液晶透镜构成。对液晶透镜的动作进行详细说明。图2是表示最简单的液晶透镜的构造的概略图。图2（a）是图2（b）的A－A’线的剖视图，图2（b）为俯视图（仰视图）。液晶透镜20具有：第一基板21；安装于第一基板21的第一电极22；以及安装于第一电极22的取向膜23a。另外，液晶透镜20具有：第二基板24；安装于第二基板24的第二电极25；以及安装于第二基板24和第二电极25的取向膜23b。另外，液晶透镜20在取向膜23a与取向膜23b之间具有液晶26。液晶透镜20具有多个透镜，透镜间距用Q表示。
这里使用的显示装置5为对角4.5英寸、像素数1280×720。在该显示装置5的情况下，Q大约为77μm。若用L表示电极的宽度、用d表示液晶26的层厚，则L大约为10μm、d为20～30μm左右。第一电极22为透明电极，是面状的电极。第二电极25为透明电极，是梳齿状（在图2的记载范围中为条纹状）的电极。
取向膜23a、23b为聚酰亚胺，具有使液晶水平取向（与基板面平行地取向）的功能。液晶26具有正的介电常数各向异性。但是，也可以是，取向膜23a、23b具有使液晶垂直取向的功能，液晶26具有负的介电常数各向异性。通过在第一电极22与第二电极25之间施加电压，能够从非透镜状态向透镜状态切换。液晶26在施加电压的作用下折射率产生变化，能够通过控制施加电压来使液晶26具有折射率分布。通过这样的折射率分散来获得透镜效果的透镜被称作折射率分散型透镜。
（立体显示元件）
图3为使用了图2的液晶透镜的立体显示元件的剖视图。图4为表示对图3的立体显示元件的相对于视场角的亮度进行测定的结果的图。立体显示元件30通过树脂等粘接部件将液晶透镜20与显示装置5粘贴在一起制作而成。测定了立体显示元件30的相对于视场角的亮度。此时，对液晶透镜20施加比阈值高很多的电压而使其为三维显示状态。在显示装置5中将右眼用画像显示为白，将左眼用画像显示为黑。图4的视场角表示相对于显示装置的法线方向的角度。由图4可以看出，使用了液晶透镜20的立体显示元件30的亮度分布具有周期性。以在右眼处于亮度为峰值的位置的情况下能够进行立体观察的方式设计立体显示元件30。即、如果是例如图4所示的亮度分布，则能以大约19度周期看见立体显示。该周期由液晶透镜20的液晶26与显示装置5的液晶之间的距离或液晶透镜20的透镜间距等决定。
（动态透镜）
接下来对本发明所使用的液晶透镜进行说明。本发明所使用的液晶透镜20a与图2的液晶透镜20不同，在一个透镜中具有多个第二电极。由此能够不改变液晶透镜的间距地仅移动透镜的位置。图5是表示动态透镜的电极构造的概略剖视图。图2所示的第二电极25被分割为多个。电极从I到下一个I形成1周期，其间存在II～VI的电极。虽然图5中为能够分割为6部分的电极构造，但是电极的数量没有特别的限定。该分割数被称作视点数。该视点数例如是图4中所示的周期的能够分割的数量。即分割为6部分的情况下1个视点的角度范围大约为19度／6部分＝大约3.2度。能看见立体图像的角度范围存在数度左右，因此能够在各视点范围（3.2度）内进行立体显示。在能看见立体图像的角度周期过大的情况下，能够通过增加视点数来进行应对。这种能够使透镜位置移动的透镜在本发明中被称为动态透镜。
分离机构2a由液晶透镜20a构成。在液晶透镜20a中包含接收来自检测部3的信号并对电极25a施加电压的控制电路（未图示）。电压的施加方法为，例如为了形成透镜（i），对被分割为多个的电极25a中的电极I施加最大的电压（例如6V），接下来对电极II和电极VI施加中间的电压（例如2V）。接下来对电极III和电极V施加最小的电压（例如1V）。最后使中间位置的电极（电极IV）与相对的第一电极22为同电位，使其均为0V。在切换透镜的位置的情况（例如（形成透镜（ii）的情况）下，对电极II施加最大的电压，对电极I和电极III施加中间的电压，对电极VI和电极IV施加最小的电压，使电极V为0V。通过施加这样的电压能够使透镜的位置与视点数相应地移动。
图6是图5的立体显示元件的剖视图。图7是表示使用了图5的动态透镜时的立体显示元件的亮度分布的图。立体显示元件30a通过树脂等粘接部件31将液晶透镜20a与显示装置5粘贴在一起制作而成。在显示装置5中将右眼用画像显示为白，将左眼用画像显示为黑。图7中的附图标记I～VI与对图5的电极I～电极VI施加最大电压的情况相对应。从图7也可以看出，根据施加电压的位置，亮度分布的位置产生变化。眼部追踪系统以根据眼睛的位置而在眼睛的位置得到峰值亮度的方式进行控制。
图8是表示使眼部追踪系统动作并在显示装置中显示全白时的相对于视场角的亮度的图。由图8可以看出，在通过眼部追踪来切换视点的情况下，问题在于像这样亮度根据视场角而变动。
因此，实施方式的立体显示装置（1A）具备：根据由拍摄装置（4）拍摄到的图像而识别眼睛的位置的检测部（3）；基于由检测部（3）检测到的眼睛的位置信息而在眼睛的最佳位置再现立体像的分离机构（2a）；同时显示多个不同的视差像的显示装置（5）；安装于显示装置（5）的背光源；以及控制背光源的背光源控制部（7），背光源控制部（7）根据通过检测部（3）求得的眼睛的位置而决定背光源的亮度。
根据实施方式的立体显示装置，能够减轻在视点切换时产生的亮度变动。
作为分离机构，除液晶透镜之外还能够使用液晶屏障等。在实施例中以液晶透镜为例进行说明。另外，显示装置只要是能够显示二维像的装置就没有特别的限定。例如，可以是液晶显示装置、有机EL（OLED）装置、等离子体装置等。在实施例中以液晶显示装置为例进行说明。
实施例
图9是实施例的立体显示装置的整体图。立体显示装置1A是使用了眼部追踪的裸眼三维显示器系统。本系统与图1所示的系统的不同在于，立体显示装置1A具有亮度计算部6和显示装置5的背光源控制部7。此外，在实施例的分离机构2a中使用液晶透镜（动态透镜）20a。因此，实施例的立体显示元件使用图6的立体显示元件30a。在显示装置5中具备未图示的背光源。
亮度计算部6是根据通过检测部3求得的眼睛的位置而决定背光源的亮度的机构。在亮度计算部6中具有存储数据的存储部61，所存储的数据例如是图8那样的预先测定了与视角相应的亮度关系。亮度计算部6基于由检测部3求得的视角和存储部61的数据而算出亮度，并向背光源控制部7输出用于调整背光源的信号。背光源控制部7具有对背光源的光源进行PWM调光等的电路，基于用于调整背光源的信号，改变例如PWM的频率或占空比，由此，能够改变光源的明亮度。能够使用LED或有机EL、无机EL等作为背光源的光源。
图10（a）是表示相对于视场角的标准化背光源亮度的图，图10（b）是表示在使眼部追踪系统动作时相对于视场角的显示装置的标准化亮度分布的图。在显示装置5中显示全白。在立体显示装置1A中，由图10可以看出，能够确认到，通过根据视场角来控制背光源亮度，能够降低亮度变动。
＜变形例1＞
图11是变形例1的立体显示装置的整体图。与实施例的差异在于，立体显示装置1B具有亮度控制部8。亮度计算部6b是根据通过检测部3求得的眼睛的位置而决定亮度的机构。在亮度计算部6b中具有存储数据的存储部61，所存储的数据例如是图8那样的预先测定了与视角相应的亮度关系。亮度计算部6b基于由检测部3求得的视角和存储部61的数据而算出亮度，并向亮度控制部8输出用于调整亮度的信号。亮度控制部8以总的亮度不会根据视场角而变动的方式控制亮度。显示装置5可以是液晶显示装置、有机EL（OLED）装置、等离子体装置等。
＜变形例2＞
图12是变形例2的立体显示装置的整体图。与实施例的差异在于，立体显示装置1C具有图像控制部9。亮度计算部6c是根据通过检测部3求得的眼睛的位置而决定亮度的机构。在亮度计算部6c中具有存储数据的存储部61，所存储的数据例如是图8那样的预先测定了与视角相应的亮度关系。亮度计算部6c基于由检测部3求得的视角和存储部61的数据而算出亮度，并向图像控制部9输出用于调整图像的信号。图像控制部9以即使视场角变化也不必担心亮度变动的方式切换显示装置5中放映的图像。图像例如可以判断出明亮度，也可以为了立体显示而切换至多视点用的图像。
以上，基于实施方式、实施例以及变形例对由本发明人完成的发明进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式、实施例以及变形例，也能够进行各种变更。

Claims (15)

1.一种立体显示装置，其特征在于，具备：
根据由拍摄装置拍摄到的图像而识别眼睛的位置的检测部；
基于由所述检测部检测到的眼睛的位置信息而在眼睛的最佳位置再现立体像的分离机构；
同时显示多个不同的视差像的显示装置；
安装于所述显示装置的背光源；以及
控制所述背光源的背光源控制部，
所述背光源控制部根据通过所述检测部求得的眼睛的位置而决定背光源的亮度。
2.根据权利要求1所述的立体显示装置，其特征在于，
还具有亮度计算部，
所述亮度计算部具有存储数据的存储部，所存储的数据预先测定了与视角相应的亮度关系，
所述亮度计算部基于由所述检测部求得的视角与所述存储部的数据而算出亮度，并向所述背光源控制部输出用于调整所述背光源的信号。
3.根据权利要求2所述的立体显示装置，其特征在于，
所述分离机构为液晶透镜。
4.根据权利要求3所述的立体显示装置，其特征在于，
所述液晶透镜是动态透镜，其在1个透镜中具有多个电极，并通过施加电压使透镜的位置与电极数相应地移动。
5.根据权利要求4所述的立体显示装置，其特征在于，
所述液晶透镜和所述显示装置由粘接部件粘贴在一起。
6.一种立体显示装置，其特征在于，具备：
根据由拍摄装置拍摄到的图像而识别眼睛的位置的检测部；
基于由所述检测部检测到的眼睛的位置信息而在眼睛的最佳位置再现立体像的分离机构；
同时显示多个不同的视差像的显示装置；以及
控制亮度的亮度控制部，
所述亮度控制部根据通过所述检测部求得的眼睛的位置，以使总的亮度不会根据视场角而变动的方式控制亮度。
7.根据权利要求6所述的立体显示装置，其特征在于，
还具有亮度计算部，
所述亮度计算部具有存储数据的存储部，所存储的数据预先测定了与视场角相应的亮度关系，
所述亮度计算部基于由所述检测部求得的视角与所述存储部的数据而算出亮度，并向所述亮度控制部输出用于调整所述亮度的信号。
8.根据权利要求7所述的立体显示装置，其特征在于，
所述分离机构为液晶透镜。
9.根据权利要求8所述的立体显示装置，其特征在于，
所述液晶透镜是动态透镜，其在1个透镜中具有多个电极，并通过施加电压使透镜的位置与电极数相应地移动。
10.根据权利要求9所述的立体显示装置，其特征在于，
所述液晶透镜和所述显示装置由粘接部件粘贴在一起。
11.一种立体显示装置，其特征在于，具备：
根据由拍摄装置拍摄到的图像而识别眼睛的位置的检测部；
基于由所述检测部检测到的眼睛的位置信息而在眼睛的最佳位置再现立体像的分离机构；
同时显示多个不同的视差像的显示装置；以及
控制图像的图像控制部，
所述图像控制部根据通过所述检测部求得的眼睛的位置，以即使视场角变化也不必担心亮度变动等的方式切换在显示装置中放映的图像。
12.根据权利要求11所述的立体显示装置，其特征在于，
还具有亮度计算部，
所述亮度计算部具有存储数据的存储部，所存储的数据预先测定了与视角相应的亮度关系，
所述亮度计算部基于由所述检测部求得的视角与所述存储部的数据而算出亮度，并向所述图像控制部输出用于切换所述图像的信号。
13.根据权利要求12所述的立体显示装置，其特征在于，
所述分离机构为液晶透镜。
14.根据权利要求13所述的立体显示装置，其特征在于，
所述液晶透镜是动态透镜，其在1个透镜中具有多个电极，并通过施加电压使透镜的位置与电极数相应地移动。
15.根据权利要求14所述的立体显示装置，其特征在于，
所述液晶透镜和所述显示装置由粘接部件粘贴在一起。
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