JP2006023599A

JP2006023599A - ２ｄ／３ｄ切換式ディスプレイシステム

Info

Publication number: JP2006023599A
Application number: JP2004202611A
Authority: JP
Inventors: Akinari Sugiyama; 晃也杉山; Tokaku Shin; 東鶴申; Hitoshi Masuda; 斉益田; Takashi Yamaguchi; 貴志山口; Hiroichi Sugiyama; 博一杉山
Original assignee: TS PHOTON KK
Current assignee: TS PHOTON KK
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】構造が簡単で機構部品の劣化も少なく、更には観察者が斜め方向から観察したり頭及び両眼が左右に移動した場合でも鮮明な３Ｄ映像を観察することができる、２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムを得る。
【解決手段】２Ｄ映像観察用として画像表示手段とバックライトを具備し、３Ｄ映像観察用として左眼用画像と右眼用画像をディスプレイに表示するための画像表示手段と、観察者の頭及び両眼の位置等を検出するための観察者検出手段と、ディスプレイの背面に左眼用画像と右眼用画像を照射すると共に観察者の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向等に追随して左眼用画像と右眼用画像の照射方向を変更するための画像照射方向変更手段と、前記画像表示手段と観察者検出手段と画像照射方向変更手段の電気機械動作の同期制御及び２Ｄ／３Ｄの切換を行うための制御装置及び画像データ出力装置を具備して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面映像（以後２Ｄ映像と言う）と立体映像（以後３Ｄ映像と言う）を切換えて観察することができるディスプレイに関し、特に３Ｄ映像観察時に観察者が斜め方向から観察したり頭及び両眼が左右に移動した場合でも鮮明な立体映像を観察することができる、２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムに関するものである。

従来、３Ｄ映像を観察するための三次元ディスプレイの方法として、観察者が偏光メガネをかけて観察する方法や、レンチキュラレンズをディスプレイの前面に配置することにより偏光メガネをかけることなく観察する方法等がある。

上記前者の方法は、ディスプレイの前面にＬＣＤシャッターを配置し、該ディスプレイに偏光状態を切換えた左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示させ、観察者は偏光メガネを通して左右に分離された左眼用画像と右眼用画像の視差画像を観察することにより３Ｄ映像を認識するものである。該方式では観察者は常に偏光メガネをかけなければならないという欠点があった。

また、上記後者の方法は、ディスプレイの前面にレンチキュラレンズを配置することにより左眼用画像と右眼用画像の視差画像に指向性を持たせ、左右の眼に入る映像を空間的に分離することにより３Ｄ映像を認識するものである。該方式では偏光メガネをかける必要はないものの、立体視することができる領域の幅は観察者の両眼中心距離である約６５ｍｍ程度と狭く、観察者は頭及び両眼を左右に振らさず固定するようにして観察しなければならないという欠点があった。該欠点に対し、特開平０２−４４９５５号公報や特開平０９−１８５０１５号公報では、観察者の頭の移動を検出しスライド機構によりレンチキュラレンズをディスプレイに対して左右に移動制御すること、即ちヘッドトラッキングにより立体視領域を広げることが提案されている。

更に、上記後者の方法は、レンチキュラレンズの構成要素である半円形状のシリンドリカルレンズが像面湾曲収差を持っており、観察者が斜め方向から観察した場合に画像ボケが発生したり、左眼用画像と右眼用画像の表示書換時にクロストークが発生するという欠点があった。該欠点に対し、特開２０００−１３８９５１号公報では、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）の背面にリニアフレネルレンズ（レンチキュラレンズと同等）を配置し、更に該リニアフレネルレンズの後部に光源を配置し、表示画像の線順次走査に追随して光源の照射方向をガルバノミラーで変更しながら時分割にて書換表示を行う三次元ディスプレイが提案されている。
特開平０２−４４９５５特開平０９−１８５０１５特開２０００−１３８９５１

しかしながら、上記レンチキュラレンズを使用した三次元ディスプレイにおけるヘッドトラッキング方式は、レンチキュラレンズをディスプレイに対して左右に移動制御する必要があり、スライド機構としてリニアモータやカム機構等が必要となる。このため、機構的に大型且つ複雑化してしまうという欠点があった。

また、上記リニアフレネルレンズ及びガルバノミラーを使用した三次元ディスプレイは、表示画像の線順次走査に追随した光源の照射方向をリニアに変更する必要があり、サーボモータ等を使用した回動装置が必要となる。ここで、左眼用と右眼用の各回動装置において、左眼用画像と右眼用画像を表示させるため毎秒６０回ずつ鋸波状信号に追随して回動制御する必要があり、機構的に複雑化してしまうと共に回動装置が高速動作を行うため、サーボモータ等の機構部品が早く劣化してしまうという欠点があった。

本発明は、上記のような欠点を解決するために成されたものであり、２Ｄ映像と３Ｄ映像を切換えて観察することができると共に、３Ｄ映像観察時において、構造が簡単で機構部品の劣化も少なく、更には観察者が斜め方向から観察したり頭及び両眼が左右に移動した場合でも鮮明な３Ｄ映像を観察することができる、２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおいては、２Ｄ映像観察用としてディスプレイに映像を表示するための画像表示手段と、ディスプレイの背面より光源を照射するためのバックライトを具備し、３Ｄ映像観察用として左眼用画像と右眼用画像をディスプレイに表示するための画像表示手段と、観察者の頭及び両眼の位置及び左右の移動を検出するための観察者検出手段と、ディスプレイの背面に左眼用画像と右眼用画像を照射すると共に観察者の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向及び移動量に追随して前記左眼用画像と右眼用画像の照射方向を変更するための画像照射方向変更手段と、前記画像表示手段と観察者検出手段と画像照射方向変更手段の電気機械動作の同期制御及び２Ｄ／３Ｄの切換を行うための制御装置を具備し、更には２Ｄ映像用の画像データ及び３Ｄ映像用の左眼用画像データと右眼用画像データを出力するための画像データ出力装置を具備して構成する。

本発明によれば、制御装置の切換操作により２Ｄ映像と３Ｄ映像を容易に切換えて観察することができるという効果を奏する。また、３Ｄ映像観察時における画像照射方向変更手段において左眼用画像と右眼用画像の照射方向の変更又は観察者の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向及び移動量に追随して前記左眼用画像と右眼用画像の照射方向の追随変更をトラッキングミラーを載置した回動装置で行うだけであり、構造が簡単になるという効果を奏する。また、左眼用画像と右眼用画像の照射方向の回動制御が観察者の頭及び両眼が左右に移動した時のみであるため、サーボモータ等の機構部品の劣化も少なく長期使用に絶えることができるという効果も奏する。また、ディスプレイの前面にレンチキュラレンズを配置しないため、観察者が斜め方向から観察した場合でも画像ボケやクロストークの発生もなく、更にはヘッドトラッキングにより頭及び両眼が左右に移動した場合でも鮮明な３Ｄ映像を観察することができるという絶大な効果を奏する。

本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１は本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムの一実施例における構成模式図であり、図６は本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおける制御装置のブロック回路図を示す。

図１に示すように観察者１２の正面に２Ｄ映像又は３Ｄ映像を表示するための画像表示手段を配置する。該画像表示手段は、２Ｄ映像観察時に２Ｄ画像を表示し、３Ｄ映像観察時に左眼用画像と右眼用画像を表示するためのＬＣＤ３と、２Ｄ映像観察時に前記ＬＣＤ３の背面より光源を照射するためのバックライト１０及びビームスプリッター１１と、３Ｄ映像観察時に前記ＬＣＤ３の背面よりレンズ５を通して左眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター６Ｌ及び右眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター６Ｒと、２Ｄ映像観察時にＬＣＤ３に２Ｄ画像データを出力し、３Ｄ映像観察時にプロジェクター６Ｌ，６Ｒに各々左眼用画像データと右眼用画像データを出力するための画像データ出力装置４にて構成する。該画像データ出力装置４はパソコンやＤＶＤ等が好適であるが特に限定するものではない。

次に、上記ＬＣＤ３の中央部に観察者検出手段を配置する。該観察者検出手段は、画像処理により観察者１２の頭及び両眼の位置及び左右の移動量を検出するため当該観察者１２の頭及び両眼部を撮影するためのＣＣＤカメラ２が好適であるが特に限定するものではなく、他の検出手段を使用しても構わない。図５は本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムを内蔵したディスプレイの正面図であり、ディスプレイ１３の上部中央にＣＣＤカメラ２を設置した例を示しているが、他の位置でも構わない。

次に、上記ＬＣＤ３の後部に画像照射方向変更手段を配置する。該画像照射方向変更手段は、プロジェクター６Ｌから照射される左眼用画像及びプロジェクター６Ｒから照射される右眼用画像の投影光を照射すると共に観察者１２の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向及び移動量に追随して前記左眼用画像と右眼用画像の投影光の照射方向を追随変更するため、左眼用のプロジェクター６Ｌから照射される投影光を集光するためのレンズ７Ｌと右眼用のプロジェクター６Ｒから照射される投影光を集光するためのレンズ７Ｒと、該レンズ７Ｌ，７Ｒの焦点距離位置で前記投影光を反射させるためのトラッキングミラー８と、該トラッキングミラー８を観察者１２の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向及び移動量に追随して回動させるための回動装置９と、前記トラッキングミラー８で反射した投影光をＬＣＤ３に照射させるためのレンズ５をトラッキングミラー８とＬＣＤ３の略中間に設置して構成する。

また、前記画像表示手段と観察者検出手段と画像照射方向変更手段の電気機械動作の同期制御及び２Ｄ／３Ｄの切換を行うための制御装置１を配置する。該制御装置１は、３Ｄ映像観察時においてＣＣＤカメラ２で撮影した観察者１２の頭及び両眼画像を入力し、正面での基準画像と比較して左右の移動方向及び移動量を検出するための画像処理部１４と、該左右の移動方向及び移動量に追随してトラッキングミラー８を回動させる回動装置９の回動制御を行うための回動制御部１６と、２Ｄ／３Ｄを切換えるための切換スイッチ１８の信号を入力したり２Ｄ／３Ｄの画像データ切換信号を出力するための入出力制御部１７と、前記画像処理部１４と回動制御部１６と入出力制御部１７と当該制御装置１自体の制御を行うための回路制御部１５等により構成する。

本発明の実施例を図を用いて説明する。図２は本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおける２Ｄ映像観察時の状態図である。該状態において、制御装置１の切換スイッチ１８を２Ｄ側に切換えると、画像データ出力装置４より２Ｄ画像データをＬＣＤ３に出力する。更に、バックライト１０を点灯し、ビームスプリッター１１で反射させてＬＣＤ３の背面より照射することにより、観察者１２は２Ｄ映像を観察することができる。

図３は本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおける３Ｄ映像観察時の状態図である。該状態において、制御装置１の切換スイッチ１８を３Ｄ側に切換えると、画像データ出力装置４は当該制御装置１から出力されるプロジェクター切換信号を受け、システムに同期した左眼用画像と右眼用画像の出力切換を行ない、観察者１２は３Ｄ映像を観察することができる。

ここで、画像データ出力装置４がプロジェクター６Ｌに左眼用画像データを出力し当該プロジェクター６Ｌが左眼用画像の投影光を出力すると、該投影光はレンズ７Ｌにて集光され、焦点距離位置にあるトラッキングミラー８に照射される。該投影光は左眼用画像として、図中実線の矢印方向に反射すると共にレンズ５より拡散しＬＣＤ３を照射する。

また、画像データ出力装置４がプロジェクター６Ｒに右眼用画像データを出力し当該プロジェクター６Ｒが右眼用画像の投影光を出力すると、該投影光はレンズ７Ｒにて集光され、焦点距離位置にあるトラッキングミラー８に照射される。該投影光は右眼用画像として、図中点線の矢印方向に反射すると共にレンズ５より拡散しＬＣＤ３を照射する。

上記トラッキングミラー８の反射角は通常は４５°で固定しているが、観察者１２の頭及び両眼が左右に移動した場合、左眼用画像と右眼用画像の照射方向を追随変更する必要がある。この場合、前記観察者検出手段によりその移動方向及び移動量に相当するトラッキング角を検出する。図７は本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムおけるトラッキングミラーの回動動作説明図であり、観察者１２が左に移動し、そのトラッキング角を−β°とした場合、トラッキングミラー８の回動位置Ｌは（４５−β）°のトラッキング角に追随した可変位置となる。また、観察者１２が右に移動し、そのトラッキング角を＋β°とした場合、トラッキングミラー８の回動位置Ｒは（４５＋β）°のトラッキング角に追随した可変位置となる。

上記のようにして、ＬＣＤ３に左眼用画像を表示する時に左眼用画像の投影光を照射することにより左眼用画像が偏光して図３の図中実線の矢印で示すように観察者１２の左眼に結像し、ＬＣＤ３に右眼用画像を表示する時に右眼用画像の投影光を照射することにより右眼用画像が偏光して図中点線の矢印で示すように観察者１２の右眼に結像し、該左眼用画像と右眼用画像の視差画像により立体映像を認識することができる。なお、左眼用画像データと右眼用画像データは同時に出力するため、観察者１２は左眼用画像と右眼用画像を同時に見ることになる。また、観察者１２の頭及び両眼が左右に移動してもトラッキング機能により鮮明な立体映像を認識することができる。該方式によれば、トラッキングミラー８の回動制御は観察者１２の頭及び両眼が左右に移動した時のみとなり、回動装置９は殆ど劣化することはない。

また、図４は本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムを内蔵したディスプレイの側面断面図である。該図は図１の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムの構成模式図を商品化した場合の配置構成を表すものである。

図４及び図５に示すように観察者１２の正面に２Ｄ映像又は３Ｄ映像を表示するためのＬＣＤ３を配置し、２Ｄ映像観察時に前記ＬＣＤ３の背面より光源を照射するためのバックライト１０を前記ＬＣＤ３の後部において平行に配置し、更に前記ＬＣＤ３とバックライト１０の間にビームスプリッター１１を斜めに配置する。また、３Ｄ映像観察時に前記ＬＣＤ３の背面より左眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター６Ｌ及び右眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター６Ｒをディスプレイ１３の後部において縦下方向に配置する。そして、該投影光をミラー１９及びトラッキングミラー８により反射させ、ＬＣＤ３の背面底部において水平に設置されたレンズ５を通してビームスプリッター１１で更に反射させ、ＬＣＤ３の背面に照射させる構造とする。なお、制御装置１及び画像データ出力装置４は当該ディスプレイ１３の空間内の任意な場所に配置して構わない。また、２Ｄ／３Ｄの切換方法や表示原理及びトラッキング原理等は上述内容と同様である。

本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムは、テレビやパソコンのモニタを始め、立体映像の表示を目的としたあらゆるディスプレイにおいて利用可能である。

本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムの一実施例における構成模式図である。本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおける２Ｄ映像観察時の状態図である。本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおける３Ｄ映像観察時の状態図である。本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムを内蔵したディスプレイの側面断面図である。本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムを内蔵したディスプレイの正面図である。本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおける制御装置のブロック回路図である。本発明の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステムにおけるトラッキングミラーの回動動作説明図である。

符号の説明

１制御装置
２ＣＣＤカメラ
３ＬＣＤ
４画像データ出力装置
５レンズ
６プロジェクター
７レンズ
８トラッキングミラー
９回動装置
１０バックライト
１１ビームスプリッター
１２観察者
１３ディスプレイ
１４画像処理部
１５回路制御部
１６回動制御部
１７入出力制御部
１８切換スイッチ
１９ミラー

Claims

２Ｄ映像観察用としてディスプレイに映像を表示するための画像表示手段と、ディスプレイの背面より光源を照射するためのバックライトを具備し、３Ｄ映像観察用として左眼用画像と右眼用画像をディスプレイに表示するための画像表示手段と、観察者の頭及び両眼の位置及び左右の移動を検出するための観察者検出手段と、ディスプレイの背面に左眼用画像と右眼用画像を照射すると共に観察者の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向及び移動量に追随して前記左眼用画像と右眼用画像の照射方向を変更するための画像照射方向変更手段と、前記画像表示手段と観察者検出手段と画像照射方向変更手段の電気機械動作の同期制御及び２Ｄ／３Ｄの切換を行うための制御装置を具備し、更には２Ｄ映像用の画像データ及び３Ｄ映像用の左眼用画像データと右眼用画像データを出力するための画像データ出力装置を具備して構成し、
画像表示手段が、２Ｄ映像観察時に２Ｄ画像を表示し、３Ｄ映像観察時に左眼用画像と右眼用画像を表示するためのＬＣＤ（３）と、２Ｄ映像観察時に前記ＬＣＤ（３）の背面より光源を照射するためのバックライト（１０）及びビームスプリッター（１１）と、３Ｄ映像観察時に前記ＬＣＤ（３）の背面よりレンズ（５）を通して左眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター（６Ｌ）及び右眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター（６Ｒ）と、２Ｄ映像観察時にＬＣＤ（３）に２Ｄ画像データを出力し、３Ｄ映像観察時にプロジェクター（６Ｌ，６Ｒ）に各々左眼用画像データと右眼用画像データを出力するための画像データ出力装置（４）にて構成し、
画像照射方向変更手段が、プロジェクター（６Ｌ）から照射される左眼用画像及びプロジェクター（６Ｒ）から照射される右眼用画像の投影光を照射すると共に観察者（１２）の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向及び移動量に追随して前記左眼用画像と右眼用画像の投影光の照射方向を追随変更するため、左眼用のプロジェクター（６Ｌ）から照射される投影光を集光するためのレンズ（７Ｌ）と右眼用のプロジェクター（６Ｒ）から照射される投影光を集光するためのレンズ（７Ｒ）と、該レンズ（７Ｌ，７Ｒ）の焦点距離位置で前記投影光を反射させるためのトラッキングミラー（８）と、該トラッキングミラー（８）を観察者（１２）の頭及び両眼が左右に移動した場合にその移動方向及び移動量に追随して回動させるための回動装置（９）と、前記トラッキングミラー（８）で反射した投影光をＬＣＤ（３）に照射させるためのレンズ（５）をトラッキングミラー（８）とＬＣＤ（３）の略中間に設置して構成したことにより、
２Ｄ映像と３Ｄ映像を容易に切換えて観察することができると共に構造が簡単で機構部品の劣化も少なく、更には観察者が斜め方向から観察したり頭及び両眼が左右に移動した場合でも鮮明な３Ｄ映像を観察することができることを特徴とする、２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステム。
制御装置（１）が、３Ｄ映像観察時においてＣＣＤカメラ（２）で撮影した観察者（１２）の頭及び両眼画像を入力し、正面での基準画像と比較して左右の移動方向及び移動量を検出するための画像処理部（１４）と、該左右の移動方向及び移動量に追随してトラッキングミラー（８）を回動させる回動装置（９）の回動制御を行うための回動制御部（１６）と、２Ｄ／３Ｄを切換えるための切換スイッチ（１８）の信号を入力したり２Ｄ／３Ｄの画像データ切換信号を出力するための入出力制御部（１７）と、前記画像処理部（１４）と回動制御部（１６）と入出力制御部（１７）と当該制御装置（１）自体の制御を行うための回路制御部（１５）等により構成することを特徴とする、請求項１に記載の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステム。
２Ｄ映像観察時にＬＣＤ（３）の背面より光源を照射するためのバックライト（１０）をＬＣＤ（３）の後部において平行に配置し、更に前記ＬＣＤ（３）とバックライト（１０）の間にビームスプリッター（１１）を斜めに配置し、
３Ｄ映像観察時に前記ＬＣＤ（３）の背面より左眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター（６Ｌ）及び右眼用画像の投影光を照射するためのプロジェクター（６Ｒ）をディスプレイ（１３）の後部において縦下方向に配置し、該投影光をミラー（１９）及びトラッキングミラー（８）により反射させ、ＬＣＤ（３）の背面底部において水平に設置されたレンズ（５）を通してビームスプリッター（１１）で更に反射させ、ＬＣＤ（３）の背面に照射させる構造であることを特徴とする、請求項１及び請求項２に記載の２Ｄ／３Ｄ切換式ディスプレイシステム。