JP2006033363A

JP2006033363A - 立体映像表示装置

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Publication number: JP2006033363A
Application number: JP2004208732A
Authority: JP
Inventors: Seijiro Tomita; 誠次郎富田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US20060012676A1

Abstract

【課題】時分割方式を用いることなく、従来のメガネなし立体映像表示装置では実現できなかった、左右目用映像情報のすべてを表示することができる立体映像表示装置を提供する。
【解決手段】立体映像合成信号の奇数番目ラインまたは偶数番目ラインに分けて左目用映像信号と右目用映像信号を表示するときに、一方のラインを一方の目用映像信号とし、他方のラインを他方の目用映像信号として表示した映像の次は、上記一方のラインを他方の目用映像信号とし、上記他方のラインを上記一方の目用映像信号とするように並べ方を交互に変化させた映像表示信号と画面消去フレーム信号交互に表示することで問題を解決した。
【選択図】図２

Description

この発明は、時分割表示方式を用いずに、立体映像を構成する左目及び右目用映像信号を一つの立体映像信号として表示する立体映像表示装置に関する。

観者に立体映像を表示する従来のメガネなし立体映像表示装置としては、図５に示すように、画面の横方向に左目用映像と右目用映像を水平ライン毎に並べて表示する装置（特許文献１）が知られている。

特開平１０−６３１９９号公報

この特許文献１に所載の立体映像表示装置は、表示画面の全水平走査ラインを奇数ラインと偶数ラインに分割し、それぞれのラインに左目用および右目用映像を表示してこれを光学的手段で観者の左右の目に振り分けて立体映像を表示するものであり、この表示方法によれば、従来からあるレンチキュラ方式とパララックスバリア方式の欠点であった水平解像度が半分になってしまう問題と左右画像が見る位置よって反転してしまう問題は解決できたが、表示画面の右目用映像信号の表示位置と左目用映像信号の表示位置は常に固定されているため、左右映像とも垂直方向の解像度が半分になってしまう問題を残している。

この問題を解決するため、本発明者は、先に、フレーム毎に奇数ラインと偶数ラインに表示する左目用映像と右目用映像の組み合わせを逆転させ、同時に光源側を制御して表示する手段を用いることで、垂直方向の解像度が半分になる問題は解決できる提案（ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００１６９４）をしているが、この先の発明では、従来型の液晶表示素子を使用する場合左右画像のクロストーク（漏れ）の問題を解決することができなかった。

また、別なメガネなし立体映像表示手段として、従来、図６に示すように、左目用映像画面、前面黒画面、右目用映像画面を繰り返して時分割で表示する装置（特許文献２）が知られている。

特開平９−５１５５２号公報

しかしながら、特許文献２の装置では、観者の左右両眼には左右の映像が、時間をずらして交互に到達するため、フリッカーが多く、人間が通常見ているように自然な画像を得ることができない。このフリッカーを低減させる方法としてさらに高速で切り替え可能な液晶表示素子を用いる方法もあるが、非常に高価であり、光量が不足するという大きな問題を残している。

ところで、前記特許文献２のような時分割表示方式を用いず、一つフレーム画面上に左右の立体映像を同時に表示し、偏光フィルターと光学的手段を用いて観者の左右の目に映像を振り分けて立体映像を表示する方式にあって、全ての映像情報を表示するためには、フレーム表示画面の全水平走査ラインを奇数ラインと偶数ラインに分割し、それぞれのラインに左目用および右目用映像を表示して左右の立体映像を表示する位置をフレーム毎に入れ替えると同時に左右目用光源を入れ替える方法を用いることで全ての映像情報を表示することができる。しかし、画像表示素子に従来型の液晶表示素子を用いた場合、図７に示すように、フレーム画像の情報更新は、画面の上の水平ラインから下の水平ラインに向けて順次画面を上書き更新して行くため、常に人間の目には前の画面と次の新しい画面が同時に見えてしまい光源側を切り替えても、クロストークが多く立体画像の認識難しい、という問題を有していた。

この発明はかかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、従来の立体映像表示方式では実現できなかった、左右目用映像情報を余すことなく立体表示し、かつ立体映像表示時の左右画像の残像とクロストーク（左右映像の漏れ）をなくした全く新しい立体映像表示装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明にあっては、一つのフレーム画面上に左右の立体映像を同時に表示し、偏光フィルターと光学的手段を用いて観者の左右の目に映像を振り分けて立体映像を表示する立体映像表示装置において、一つのフレーム映像の奇数番目の水平ラインと偶数番目の水平ラインに、それぞれ右目用映像信号、左目用映像信号を配置し、フレーム毎に、右目用映像信号と左目用映像信号の水平ラインを交互に入れ替えたフレーム映像と画面消去のためのフレーム映像を繰り返し表示する手段を用いてこの課題を解決することを特徴とする。例えば、奇数番目の水平ラインと偶数番目の水平ラインに、それぞれ右目用映像信号、左目用映像信号を配置したフレーム映像を、次に消去のためのフレーム映像を、次に奇数番目の水平ラインと偶数番目の水平ラインに夫々左目用映像信号、右目用映像信号を配置したフレーム映像を、次に消去のためのフレーム映像を、という具合に繰り返すことで上記従来の問題を解決することができる。

また、請求項２に記載の発明にあっては、前記請求項１に記載の立体映像表示装置を技術的前提とし、通常の２倍速以上で前記フレーム映像と前記画面消去フレーム映像とを繰り返す手段を配設することで遅れの問題を解決することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の立体映像表示装置は、画面消去フレーム映像の内容を前後のフレーム映像と左右映像の内容に応じ制御することでフリッカーと光量不足問題を解決することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の立体映像表示装置は、画面消去フレーム映像を表示するタイミング時の光源輝度を左右の映像信号と前後のフレーム映像の内容に応じ制御することでフリッカーと光量不足問題を解決することできる。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の立体映像表示装置は、画面消去フレーム映像表示を映像信号のブランキング期間に実行することでフリッカーと光量不足問題を解決することできる。

以上説明したように、請求項１に記載の発明にあっては、一つのフレーム画面上に左右の立体映像を同時に表示したフレーム映像の次に画面消去フレーム映像表示し、これを繰り返し表示することで、前の画面を完全に消去することができ、左右画像の残像とクロストーク（漏れ）を無くすこともできる。また、この画面消去用フレームによりシャッター効果を得ることとなり、早い動きの映像にもボケないコントラストの高い立体映像を表示ことができる。この効果は２Ｄ（平面）信号を表示するときにも有効である。

また、請求項２に記載の発明によれば、通常の２倍速以上で前記フレーム映像と前記画面消去フレーム映像とを繰り返す手段を用いることで、遅れのない完全な動画像を表示することができ、かつフリッカーの少ない立体映像を表示することができる。もちろん２倍以上になればさらにこの効果を大きくすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、画面消去フレーム映像の内容を前後のフレーム映像の内容と左右画像の内容に応じて制御することより、フレーム映像の繋がりをスムーズに行うことができ、フリッカーや光量が下がる問題を低減する効果がある。もちろん左右映像も見やすくなる効果がある。

請求項４に記載の発明によれば、画面消去フレーム表示タイミング時の光源の光量を、前後のフレーム映像の内容と左右映像の内容に応じて制御することより、フレーム映像の繋がりをスムーズに行うことができ、フリッカーや光量が下がる問題を低減する効果がある。請求項３と同時に使用するとさらなる効果がある。

請求項５に記載の発明によれば、画面消去フレーム映像表示を映像信号のブランキング期間に実行することで、映像表示の時間が長くなるためフリッカーを低減し光量不足を補う効果がある。

以下、添付図面に示す発明の実施の形態例に基づき、この発明を詳細に説明する。尚、以下に述べる実施例１は、この発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、この実施例１に限られるものではない。

本実施例１に係る立体映像表示装置は、図１に示すように、立体映像を構成する左右目用映像を一つのノンインターレースの立体映像信号に変換する立体映像合成信号変換装置１０と、画面消去フレーム信号発生装置２０と、フレーム映像切り替え回路５０と、映像信号比較回路４０と、左右映像信号判別回路３０と、それに制御される光源点灯制御回路６０と、光量を制御する光源光量制御回路７０と、を備えて構成されている。

フレームメモリー４１は、左右の映像信号及び前後のフレーム映像を比較するために一時的に映像信号を蓄えるために使用している。

左右目用映像信号としては、本実施例１では、インターレース方式が用いられているが、このカメラは、ノンインターレース方式やハイビジョン方式のカメラであってもよく、もちろん静止画用デジタルカメラを用いても構わない。また、２系統の信号を用いずに、１系統に左右の画像を合成された立体映像信号を用いてもよい。勿論、コンピュータにより左右の映像を描画する機能を持つ、コンピュータグラフィック（ＣＧ装置）であっても構わない。

図１に示す左目用映像信号と右目用映像信号は、時間軸上の関係を、偶数フィールド・奇数フィールドまたは奇数フィールド・偶数フィールドの何れかの組み合わせ関係を保つように制御されて立体映像合成信号変換装置１０に送られる。

立体映像合成信号変換装置１０は、図２に示すように、前記左右の映像を、奇数・偶数ラインに分割して合成し、ノンインターレース方式の立体映像合成信号映像（図２（ｃ）参照。）に変換し、フレーム映像切り替え回路５０に出力される。この時、奇数フィールドに左目用映像信号を使用し偶数フィールドに右目用映像信号を使用するか、奇数フィールドに右目用映像信号を使用し偶数フィールドに左目用映像信号を使用するかは、それぞれの映像信号に挿入されている特定信号等を使って左右映像信号判定回路３０で判断し、フレーム毎に、右目用映像信号と左目用映像信号のラインを交互に入れ替え、左右の映像信号が夫々インターレースしたフレーム映像に制御される。

フレーム映像切り替え回路５０は、２倍速で動作し、画面消去フレーム信号発生装置２０からの映像信号と立体映像合成信号変換装置１０からの変換された立体映像合成信号とを交互に切り替えて液晶表示素子６２に出力し、観者は立体映像を見ることができる。

また、映像信号比較回路４０は、左右の映像信号の差を比較するとともにフレームメモリ回路４１を用いて前後のフレーム映像を比較し、最良の画面消去フレーム映像を作成するための情報を画面消去フレーム信号発生装置２０に出力する。同時に光源光量を制御する光源光量制御回路７０に情報を送り最良の光量を決定する。

また、光源制御回路６０は、左右映像信号判定回路３０の情報を基に左右目用光源をフレーム毎に切り替える。

上記説明が本発明よる信号の流れであり、以下に仕組みを詳細に説明する。

立体映像合成信号変換装置１０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、左右の映像信号から１／６０秒毎に入力される一連のインターレース方式の映像信号Ｒ１Ｅ、Ｌ１０，Ｒ２０，Ｌ１Ｅ，Ｒ２Ｅ，Ｌ２０，Ｌ３０，Ｌ２Ｅ‥‥（本明細書において、Ｌは左目用映像を、Ｒは右目用映像を、数字はフレーム番号を、Ｏは奇数フィールドを、Ｅは偶数フィールドを示す。以下、同じ。）を受け取る。

そして、立体映像合成信号変換装置１０では、図２（ｃ）に示す立体映像合成信号のように、Ｌから始まるものとＲから始まる２枚一組のノンインターレース立体映像合成信号に変換する。このとき、画面消去フレーム信号発生装置２０は、映像信号比較回路４０の情報を基に画面消去フレーム信号を作成し、フレーム映像切り替え回路５０に出力する。

フレーム映像切り替え回路５０は、ノンインターレース立体映像合成信号と画面消去フレーム映像を２倍速で交互に切り替えて液晶表示素子６２に供給する。

このような切り替えを行なうことで、液晶表示パネル６２に入力される立体映像合成信号は、図２（ｃ）に示すように、画面消去フレーム映像、Ｌから始まる立体映像合成信号、画面消去フレーム映像、Ｒから始まる立体映像合成信号、画面消去フレーム映像、一連の２倍速ノンインターレース信号になる。

即ち、画面消去フレーム映像により前の画面を消去することができるので、次の新しい画面が同時に見えてしまう問題を解決することができ、左右画像の残像とクロストーク（漏れ）を無くすることができる。勿論、図２（ｃ）に示す立体映像合成信号は２倍速となり、液晶表示素子６２の能力も２倍速で動作するものを使用している。

次に、画面消去フレーム映像について説明する。

画面消去フレーム発生装置２０は、映像信号比較回路４０の情報を基に画面消去のためのフレーム映像を発生（作成）するものである。

例えば、画面消去フレーム映像として単純な全面黒色信号を用いると、フレーム映像間に黒映像が挿入されることとなりフリッカーや光量不足となってしまう問題がある。

そこで本実施例１では、左右映像信号の比較と前後のフレーム映像を比較して最良のフレーム映像を作成する。例えば公知の技術であるローパスフィルター使用して低域成分のみの映像を作成し前後の変化を極力少なくする方法や、映像信号の輝度平均値を検出して画面消去フレーム映像の輝度を制御することで、光量を下げずにフリッカーの少ない立体映像を表示することができる。

同時に、映像信号比較回路４０の出力を光源光量制御回路７０に送り光源の光量を制御させることでさらに効果を上げることができる。

次に、本発明を用いた立体映像の表示の仕組みについて詳細に説明する。

図４において、符号６２は液晶表示素子であり、液晶表示素子６２の背面側にはフレネルレンズ６３が所定距離隔てて配設されている。このフレネルレンズ６３は、一側面に同心状の凹凸するレンズ面を有し、フレネルレンズ背面側の中心の焦点から入射した光をほぼ平行光として射出させるために配置されると共に、観者８０の左右の目に映像を振り分ける機能も有している。

液晶表示素子６２の前面には、垂直方向にのみ拡散する性能をもった拡散板６４が取り付けられ、液晶表示素子６２を通過した光は、拡散板６４を経て観者側に射出されるため縦方向の視野を広げるために使用している。

また、同図において、符号６５は液晶表示素子６２を背面から照射するためのバックライト光源である。この実施例１では、バックライト光源６５は、図４に示すように、個別点灯制御可能な４ブロックに分割されたＬＥＤで構成されている。

ここで、バックライト光源ブロック６５ＵＲとバックライト光源ブロック６５ＤＲは、観者の右目ゾーン用光源であり、バックライト光源ブロック６５ＵＬとバックライト光源ブロック６５ＤＬは観者の左目ゾーン用光源である。

このバックライト光源６５の前面側（照射側）には、右目用偏光フィルター部６６Ｕと左目用偏光フィルター６６Ｄが配置されている。

これら右目用及び左目用偏光フィルター６６Ｕ，６６Ｄは、互いに偏光方向が直交する直線偏光フィルターとして構成され、例えば、右上がり偏光面と左上がり偏光面となっている。

また、前記液晶表示素子６２は光透過型であり、図４に示すように、この液晶パネル６２の両面にそれぞれ配置された２枚の偏光フィルター６２１、６２２とを有する。

液晶パネル６２０は、例えば一対の配向膜内に９０度ねじれた液晶が収納され、一対の配向膜間に電圧を印加しないときは入射光を９０度回転させて射出し、電圧を印加したときは入射光を回転させることなくそのまま射出させる。２枚の偏光フィルター６２１,６２２は、それぞれ液晶パネルの1水平ライン毎に、互いに直交する直線偏光フィルターライン部Ｌａ，Ｌｂを交互に配置し、かつ光源側（背面側）と観察側（前面側）の対向する直線偏光フィルターライン部Ｌａ，Ｌｂを直交する偏光方向に構成されている。

従って、右目用偏光フィルター部６６Ｕ若しくは左目用偏光フィルター部６６Ｄからの光は、同一偏光面の直線偏光フィルターライン部Ｌａ，Ｌｂのみから入光するため、それぞれ1水平ラインおきに入光することになり、この入光した各光は電圧無印加のときに透光し、電圧印加のときに遮断される。

また，前記液晶表示素子６２の液晶パネル６２０には、２枚の偏光フィルター６２１,６２２の透光ラインに合わせて1水平ライン毎に右目用と左目用の映像情報が交互に表示されるよう構成されている。

このため、観者が明視距離において液晶表示素子６２を見れば、右目用の映像のみが右目８０Ｒに、左目用の映像のみが左目８０Ｌにそれぞれ独立に入光して、両眼視差に基づく３次元知覚により立体映像として見ることができる。

尚、図４に示した液晶表示素子６２の例では、液晶パネル６２０に両面に配置された２枚の偏光フィルター６２１,６２２を、液晶パネルの1水平ライン毎に、互いに直交する直線偏光フィルターライン部Ｌａ，Ｌｂを交互に配置したが、コスト面を考慮すると各偏光フィルターは同一偏光面の直線偏光フィルターを使用し、双方の偏光フィルターの偏光角を互いに直交する方向に設定したものを用いることもできる。この場合は、バックライト光源側の偏光フィルターには液晶パネル６２０の１水平ライン置きに１／２波長板を配置することで同様の効果が得られる。

次に、図４に示すように、本実施例１に使用するバックライト光源６５は、上下２段と、中央を境に左右に配置した４ブロック（５個の白色ＬＥＤ）で構成し、上段部６５ＵＲ・６５ＵＬと下段部６５ＤＲ・６５ＤＬの左右及び上下２段に並べて構成されており、これらのＬＥＤブロックを個々に高速で分割点灯制御が可能となるように構成されている。

そして、上段部６５ＵＲ・６５ＵＬ及び下段部６５ＤＲ・６５ＤＬの各ＬＥＤブロックに対応する位置には、上段部用偏光フィルター６６Ｕと下段部用偏光フィルター６６Ｄが配置されている。これらの偏光フィルター６６Ｕ，６６Ｄは、お互いに偏光方向が直交する偏光フィルターとして構成され、例えば右下がり偏光面と左下がり偏光面となっている。

光源点灯制御回路６０は、左右信号判定回路３０からの信号を受け、図３（ａ）に示すように、タイミング１ではＬＥＤブロックの上段左側６５ＵＲおよび下段右側６５ＤＬを発光させ、次のタイミング２ではＬＥＤブロックの下段左側６５ＤＲおよび上段右側６５ＵＬを発光させる。この切り替えを立体映像合成信号とともに重畳・挿入された識別情報信号によって行い、液晶表示素子６２に表示される立体映像合成信号の表示タイミングを同期させる。

この液晶表示素子６２は、図３（ｂ）に示すように、タイミング１で立体映像合成信号１、タイミング２で立体映像合成信号２を表示する。

このとき、バックライト光源６５は、図３（ａ）に示すように、上記液晶表示素子６２の表示変換タイミングに同期して、上側右照射部６５ＵＲ及び下側左照射部６５ＤＬと、下側右照射部６５ＤＲ及び上側左照射部６５ＵＬが交互に点灯する。この実施例１では、観者８０が立体画像表示装置の正面中央に位置しており、両眼の中央線を境界としてそれぞれ５個のＬＥＤが点滅する設定となっている。

図４に示すように、タイミング１において、左目ゾーンに配置された観者の左目８０Ｌには、バックライト光源６５の下側右照射部６５ＤＬから射出され、前記左目用偏光フィルター６６Ｄを透過し、偏光フィルター６２１の左表示用偏光領域を透過した映像が入射される。また、右目ゾーンに配置された観者の右目８０Ｒには、上側左照射部６５ＵＲからの光が、前記右目用偏光フィルター６６Ｕを透過し、偏光フィルター６２１の左表示用偏光領域を透過した像が入射される。

続いて、タイミング２において、左目ゾーンに配置された観者の左目８０Ｌには、バックライト光源６５の上側右照射部６５ＵＬから射出され、前記左目用偏光フィルター６６Ｕを透過し偏光フィルター６２１の左表示用偏光領域を透過した映像が入射される。また、右目ゾーンに配置された観者の右目８０Ｒには、下側左照射部６５ＤＲから光が、前記右目用偏光フィルター６６Ｄを透過し偏光フィルター６２１の左表示用偏光領域を透過した映像が入射される。

この際、前記バックライト光源６５の切り替えタイミングと立体映像表示の切り替えタイミングとは同期しているので、観者８０には、タイミング１とタイミング２で液晶表示素子の同一水平ライン上に表示される立体映像信号が交互に変化して表示されるため、観者８０の左目、右目とも全部の走査ラインにおいて映像を見ることができる。

また、映像信号比較回路４０からの情報によって画像消去フレーム信号発生装置２０から発生した画面消去用フレーム映像をフレーム映像切り替え回路５０によって液晶表示素子６２に立体映像合成信号と画面消去フレーム映像を交互に挿入することで、表示された映像を一度消去することとなり、タイミング１からタイミング２への映像表示の情報更新時のクロストーを防止している。

この際の前記バックライト光源６５の光量は光源光量制御回路７０で制御され、さらにフリッカーの少ない立体映像表示を観者８０は見ることができる。

本発明では、表示手段は特に限定されるものではなく、上述した透過型の液晶表示装置の他、あらゆる表示装置を使用することも可能である。

本発明の一実施例に係る立体表示映像装置のシステム図である。同立体映像システムにおける立体映像信号の合成例を示す説明図である。同立体映像表示装置におけるタイミング１及びタイミング２の発光切り替えと立体映像合成信号の表示タイミングとの関係を表す説明図である。同立体映像表示装置の構成を分解して示す斜視説明図である。（ａ）は、従来の立体映像表示装置の光学系の平面図、（ｂ）は液晶表示素子の分解斜視図である。従来の立体映像表示装置の構成を示す説明図である。一般的な液晶表示装置の表示方法を示す説明図である。

符号の説明

１０立体映像合成信号変換装置
２０画面消去フレーム信号発生装置
３０左右映像信号判別回路
４０映像信号比較回路
４１フレームメモリー
５０フレーム映像切り替え回路
６０光源点灯制御回路
６２液晶表示素子
６２０液晶パネル
６２１,６２２偏光フィルター
６５バックライト光源
６６Ｕ上段部用偏光フィルター
６６Ｄ下段部用偏光フィルター
７０光源光量制御回路
８０観者
８０Ｌ左目
８０Ｒ右目

Claims

一つの画面上に左右の立体映像を同時に表示し、偏光フィルターと光学的手段を用いて観者の左右の目に映像を振り分けて立体映像を表示する立体映像表示装置において、表示される一つのフレーム映像の奇数番目の水平ラインと偶数番目の水平ラインに、それぞれ右目用映像信号、左目用映像信号を配置し、フレーム毎に、右目用映像信号と左目用映像信号の水平ラインを交互に入れ替え、左右の映像信号が夫々インターレースしたフレーム映像と画面消去フレーム映像を繰り返して表示する手段を配設したことを特徴とする立体映像表示装置。
請求項１に記載の立体映像表示装置は、通常の２倍速以上で前記フレーム映像と前記画面消去フレーム映像とを繰り返す手段を有して構成されていることを特徴とする立体映像表示装置。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の立体映像表示装置は、画面消去フレーム映像の内容を左右の映像信号と前後のフレーム映像に応じ制御することを特徴とする立体映像表示装置。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の立体映像表示装置は、画面消去フレーム映像を表示するタイミングの光源光量を左右の映像信号と前後のフレーム映像の内容に応じ制御することを特徴とする立体映像表示装置。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の立体映像表示装置は、画面消去フレーム映像表示を映像信号のブランキング期間に実行することを特徴とする立体映像表示装置。