JP2010066364A - 三次元画像表示装置及び三次元画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 三次元画像表示装置の表示妨害を低減する。
【解決手段】 画素が第１方向および第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配列された平面画像表示部に対向して配置され、画素からの光線を制御する射出瞳が複数配列された光線制御素子と、光線制御素子の平面画素表示部側とは反対の面に対向して配置された透過率を変更するためのシャッター部と、を有し、シャッター部は境界領域におけるシャッター部の透過率を中間透過率となるように制御される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多視点画像を用いた三次元画像表示装置および三次元画像表示方法に関する。

めがね無しで三次元画像を観察できる三次元画像表示装置（裸眼式三次元画像表示装置）として、多眼式、稠密多眼式、インテグラルイメージング方式（ＩＩ方式）、一次元ＩＩ方式（１Ｄ−ＩＩ方式：水平方向にのみ視差情報表示）等が知られている。これらは、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の前面に、レンズアレイに代表される射出瞳を配するという共通の構造を持つ。射出瞳は一定間隔で設けられ、射出瞳ひとつに対して、複数のＦＰＤの画素が割り当てられる。射出瞳は三次元画像表示装置の画素に相当し、観察位置に応じて射出瞳を経由して見える画素が切り替わる。すなわち、観察位置によって画素情報が変わる三次元画像表示用画素として振舞う。

三次元画像表示装置に表示される三次元映像の視域・解像度・飛び出し量は、トレードオフの関係があり、視域・解像度・飛び出し量の特性を共に向上させる課題がある（非特許文献１）。

そこで、光線数をシャッターを用いて時分割で変化させることにより、単位時間当たりの解像度を向上させる方法がある（特許文献１）。
Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ ｖｏｌ．１５，ｐ．２０５９（１９９８） 特開平０７−９２９３６号公報

しかしながら、シャッターを例えば１２０Ｈｚで駆動し、光線数を変化させた場合でも、シャッターのパターンが視認されてしまう表示妨害が発生してしまう。一方、シャッターの駆動周波数をさらに上げる事は、技術的困難度が高い上、消費電力削減やＥＭＩの低減の難易度も高くなる。

本発明は、シャッターのパターンが視認されてしまう表示妨害を低減する三次元画像表示装置及び三次元画像表示方法を提供することを目的とする。

本発明の一態ようによる三次元画像表示装置は、画素が第１方向および第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配列された平面画像表示部と、前記平面画像表示部に対向して配置され、前記画素からの光線を制御する射出瞳が複数配列された光線制御部と、前記光線制御部の平面画素表示部側とは反対の面に対向して配置され、透過する前記光線の透過率を変更するためのシャッター部と、前記シャッター部の透過率を制御するための制御部と、を有し、前記制御部は、前記平面画像表示部に一のフィールドにおける画像を表示する際には、各前記射出瞳同士の境界の一方側領域における前記シャッター部の透過率を第１透過率となるように、他方側領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低い第２透過率となるように、前記一方側領域と前記他方側領域との間の境界領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低く前記第２透過率より高い第３透過率となるように、前記シャッター部を制御する事を特徴とする。

また、本発明の一態ようによる三次元画像表示方法は、画素が第１方向および第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配列された平面画像表示部と、前記平面画像表示部に対向して配置され、前記画素からの光線を制御する射出瞳が複数配列された光線制御部と、前記光線制御部の平面画素表示部側とは反対の面に対向して配置され、透過する前記光線の透過率を変更するためのシャッター部と、を有する画像表示装置に三次元画像を表示する方法であって、前記平面画像表示部に一のフィールドにおける画像を表示する際には、各前記射出瞳同士の境界の一方側領域における前記シャッター部の透過率を第１透過率となるように、他方側領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低い第２透過率となるように、前記一方側領域と前記他方側領域との間の境界領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低く前記第２透過率より高い第３透過率となるように、前記シャッター部を制御する事を特徴とする。

本発明によれば、シャッターのパターンが視認されてしまう表示妨害を低減する三次元画像表示装置及び三次元画像表示方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１に第１の実施の形態に係る立体画像表示装置の構造を模式的に示す。なお、図１に示す観察者から見て手前側を上として説明する。また、本説明における上下左右等の方向は、図１に示す観察者の位置からの相対的な方向を指す。

立体画像表示装置は、平面表示装置１０１と、光線制御素子１０２と、画像切替装置１０３とを有する。光線制御装置１０２は、平面表示装置１０１の表示面側に設けられている。画像切替装置１０３は、光線制御装置１０２の平面表示装置１０１側とは反対側に設けられている。従って、平面表示装置１０１の表示面から出射した光線は光線制御装置１０２を透過した後、画像切替装置１０３に入射する。

平面表示装置１０１には、その表示面に例えばＲＧＢの３色の光線を出射するためのサブピクセルの組（ピクセル）が、アレイ状に配置されている。具体的には、平面表示装置１０１には液晶表示パネルや有機ＥＬパネル、プラズマパネル、ＳＥＤパネルなどを有する表示装置を用いる事が出来る。本実施の形態では、バックライト導光板１０１１と透過型液晶パネル１０１２とを有する液晶表示パネルを用いた例について説明する。

光線制御装置１０２は、平面表示装置１０１から出射した光線方向を制御するための射出瞳を有する光線制御素子を周期的に配置することによって、観察者が視差画像を視認可能とするために設けられている。光線制御素子には、ピンホールやスリット、レンズを用いる事ができる。本実施の形態では説明を簡略化するために、観察者が図１における左右方向（平面表示装置１０１の列方向）の一次元方向の視差画像を視認可能とする例について説明する。この場合、光線制御素子は図１に対して略鉛直方向（平面表示装置１０１の行方向）に延びるスリットやシリンドリカルレンズを用いる事ができる。光線制御素子の延びる方向と平面表示装置１０１の行方向とが所定の角度をもつように、光線制御装置１０２を設けることができる。

画像切替装置１０３には、複数のシャッター部がアレイ状に配置されている。シャッター部には、例えば液晶を用いる事ができ、画像切替装置１０３は、透過型液晶パネルを用いる事が出来る。シャッター部は平面表示装置１０１のサブピクセルの配置に基づいて配置することができる。例えば、サブピクセル１つに対して後述するシャッター部１つが対応するように配置する。すなわち、サブピクセルのサイズとシャッター部とのピッチ、より詳しくは平面表示装置１０１の列方向および行方向のピッチを等しく配置することができる。

立体画像表示装置には、立体画像表示装置の外部から入力された映像入力信号が入力された際、観察者が立体画像を観察できるように、入力部１０４、同期手段１０５、制御部１０６、１０７が設けられている。入力部１０４、同期手段１０５、制御部１０６、１０７は、映像入力信号に基づいて、平面表示装置１０１および画像切替装置１０３へ制御信号を送信するために設けられている。

入力部１０４には、映像入力信号が入力可能となるように入力インターフェースが設けられている。入力部は、例えば入力インターフェースにタイル画像等の多視差画像が入力されると、多視差画像に基づいて平面表示装置１０１を駆動するための駆動データを生成する。また、駆動データの生成と共に、画像切替装置１０３を駆動するための切替データを生成する。

同期手段１０５は、生成された駆動データと切替データとの同期を取るために設けられている。具体的には、例えば入力部１０４で生成された駆動データを制御部１０６へ、また切替データを制御部１０７へ、クロック信号等の同期信号に基づいて同期した状態で送信する。

制御部１０６は、受信した駆動データに基づいて、平面表示装置１０１を制御するための制御信号を、平面表示装置１０１へ送信する。本実施の形態の場合、同期手段１０５がバックライト導光板１０１１近傍に設けられたバックライト（図示せず）を点灯すると共に、制御部１０６は透過型液晶パネル１０１２を制御する。

制御部１０７は、受信した切替データに基づいて、画像切替装置１０３を制御するための制御信号を、画像切替装置１０３へ送信する。本実施の形態の場合、制御部１０６は画像切替装置１０３に設けられた複数のシャッター部を制御する。

同期手段１０５は、制御部１０６が送信する制御信号のうち、第１フィールド目の垂直走査信号から第Ｎフィールド目の垂直走査信号とに同期するように、切替データを生成する。ここで、Ｎは自然数であり、例えばフレーム映像を６０Ｈｚにて表示させる場合にＮ＝２とすると、各フィールドは１２０Ｈｚで表示される。切替データは、例えばシャッター部を奇数フィールド目と偶数フィールド目で交互に透過および遮光を切り替えるように生成され、平面表示装置１０１に表示された映像を時分割して表示するために生成される。

図２に、切替データに基づいて、画像切替装置１０３が制御された結果の一例を示す。図２においては、図面手前側が平面表示装置１０１側、図面奥側が画像切替装置１０３側とした場合を示す。

光線制御装置１０２には光線制御素子としてシリンドリカルレンズを用いた例を示している。説明の便宜上それぞれのシリンドリカルレンズとの境界についても図示しているが、複数のシリンドリカルレンズを一体に形成したレンズアレイを光線制御装置１０２には用いる事ができる。

光線制御素子の延びる方向は、画素２０１の行方向に対して所定の角度をもって、斜め方向となっている。画素２０１には、例えばＲＧＢの３つのサブピクセル２０２が含まれている。１つのサブピクセルに対して、一つのシャッター２０３が対応するように、画像切替装置１０３のシャッター部は設けられている。

切替データは、図２（ａ）と（ｂ）に示されたパターンを交互に切り替えられるように生成される。具体的には、透過シャッター２０３ａと遮光シャッター２０３ｃとが交互に切り替えられるように生成される。それぞれの光線制御素子（例えばシリンドリカルレンズ）との境界付近については中間階調の半透過シャッター２０３ｂとなるように生成される。この中間階調の半透過シャッター２０３ｂによって、表示妨害が軽減される。

図２においては奇数フィールドの際には（ａ）に示されたパターン、偶数フィールドの際には（ｂ）に示されたパターンに切り替えられる例を示す。例えば、
透過シャッター２０３ａ → 遮光シャッター２０３ｃ
遮光シャッター２０３ｃ → 半透過シャッター２０３ｂ（境界付近）
遮光シャッター２０３ｃ → 透過シャッター２０３ａ（境界付近以外）
半透過シャッター２０３ｂ → 遮光シャッター２０３ｃ
のように切り替えることができる。

図２において例示した切替データは、１８サブピクセルを１つとして、透過シャッター２０３ａと半透過シャッター２０３ｂとの組、半透過シャッター２０３ｂと遮光シャッター２０３ｃとの組とで、市松模様のように行方向および列方向に交互に並ぶように、生成される。

ここで、図２に示すｐ_ｓｈは列方向における透過シャッター２０３ａと半透過シャッター２０３ｂとの組、半透過シャッター２０３ｂと遮光シャッター２０３ｃとの組のピッチであり、サブピクセルの幅方向ピッチの整数倍であって光線制御装置１０２の光線制御素子（ピンホール、スリット、またはシリンドリカルレンズ）のピッチである。

また、図２に示すｐ_ｓｖは行方向における透過シャッター２０３ａと半透過シャッター２０３ｂとの組、半透過シャッター２０３ｂと遮光シャッター２０３ｃとの組のピッチであり、サブピクセルの高さ方向ピッチの整数倍である。

また、半透過シャッター２０３ｂと隣接する透過シャッター２０３ａまたは遮光シャッター２０３ｃとの幅方向間隔はサブピクセルの幅方向ピッチの整数倍であって、観察域に定められる、立体画像表示装置に表示する立体画像の想定視距離に基づいて最適化することができる。

図３に、画像切替装置１０３のフリッカ防止を目的とした、シャッター２０３の極性を考慮した透過シャッター部２０３ａの幅設定の一例を示す。フリッカを防止するために、透過シャッター２０３ａの光線制御素子の延びる方向に近い方の幅（図３ではｐ_ｓｖ）は、開口部３０１部分の極性の総和がゼロに近づくように設定される。この時、ｐ_ｓｖはサブピクセルの列方向ピッチの偶数倍となる。

一例として、平面表示装置１０１に液晶表示パネルを用いた際に、液晶表示パネルが２Ｈ２Ｖ駆動された場合について説明する。行方向に２行および列方向に２列（２Ｈ２Ｖ）毎に極性が反転するように、制御部１０７は制御信号を送信する。具体的には、マイナス電圧が印加されるマイナスシャッター３０２が２行２列続いた後に、プラス電圧が印加されるプラスシャッター３０３が２行２列さらに続き、これが繰り返されるように制御部１０７は制御信号を送信する。

理想的には、透過シャッター２０３ａの開口部３０１部において、マイナスシャッター３０２とプラスシャッター３０３とが繰り返されるように、制御部１０７は制御信号を送信する。図３に示すようにｐ_ｓｖを２画素分の幅とすると、開口部３０１部分において、極性はプラスとマイナスとが１画素おきに繰り返され、極性の総和がゼロに近づくようになる。

図４に、制御部１０６および制御部１０７が送信する、制御信号のタイミングの一例を示す。

制御部１０７は、シャッター部をフレーム周期の奇数フィールド４０６目と偶数フィールド４０７目で交互に透過および遮光を切り替えるように制御する。具体的には、奇数フィールド４０６目に送信されるパターン、例えば図２（ａ）に示されたパターンに切り替えるための奇数フィールド制御信号４０１を、奇数フィールド４０６の開始から終了まで送信する。また、偶数フィールド４０７目に送信されるパターン、例えば図２（ｂ）に示されたパターンに切り替えるための偶数フィールド制御信号４０２を、偶数フィールド４０７の開始から終了まで送信する。

一方、制御部１０６は、平面表示装置１０１を各フレーム毎の映像が表示されるように制御する。その際、フレーム周期毎に各フレーム間に暗画像（例えば黒画像）の映像が表示されるように、黒挿入を行う。

具体的には、フレームが切り替わるタイミングを含む所定時間、暗画像を表示するための黒挿入制御信号４０３を送信する。それぞれの黒挿入制御信号４０３の間には、各フレームに対応する映像を表示するための画像制御データ４０４を送信する。所定時間は、例えば、フレームが切り替わるタイミングを中心に、所定時間前後の黒挿入時間幅４０８とすることができる。

この時、制御部１０６が黒挿入制御信号４０３を送信している間に、奇数フィールド制御信号４０１と偶数フィールド制御信号４０２とが切り替わるように、同期手段１０５は制御部１０６と制御部１０７との同期をとる。

必要に応じて、バックライト導光板１０１１の光源（図示せず）の点滅についても、制御部１０６が黒挿入制御信号４０３を送信している間に消灯するように、同期手段１０５は制御部１０６および制御部１０７と光源との同期をとる。

また、フリッカ防止のために、各フレーム毎に、平面表示装置１０１に印加される信号の極性を反転するために、制御部１０６は反転駆動信号４０５を送信する。図４に示す例では、奇数フィールド４０６目ではプラス極、偶数フィールド４０７目ではマイナス極となるように、反転駆動信号４０５を送信する。

このようにしてできた立体画像表示装置は、光線制御素子の境界付近については半透過シャッター２０３ｂとなるように、制御部１０７は制御信号を送信するように構成されている。従って、光線制御素子の境界付近が観察者に認識されにくくなり、表示妨害を軽減することができる。

また、透過シャッター２０３ａと半透過シャッター２０３ｂとの組、半透過シャッター２０３ｂと遮光シャッター２０３ｃとの組とで、市松模様のように行方向および列方向に交互に並ぶように、制御部１０７は制御信号を送信するように構成されている。従って、光線制御素子の透過シャッター２０３ａと遮光シャッター２０３ｃとが、広い範囲で交互に並ぶので、さらに表示妨害を軽減することができる。

また、平面表示装置１０１に時分割表示された映像は、黒挿入のタイミングで奇数フィールド４０６と偶数フィールド４０７とが切り替わるように同期がとられているため、クロストークを軽減することができる。

（第２の実施の形態）
図５に第２の実施の形態に係る立体画像表示装置における切替データに基づいて、画像切替装置１０３が制御された結果の一例を示す。第１の実施の形態に係る立体画像表示装置と差異のある部分は、図２に示したように透過シャッター２０３ａと遮光シャッター２０３ｃのパターンとが、市松模様状に交互に配置されたものであるのに対し、縞模様状に交互に配置されたものとなるように、制御部１０７は制御信号を画像切替装置１０３へ送信する点である。

また、第１の実施の形態と同ように、それぞれの光線制御素子との境界付近が半透過シャッター２０３ｂとなるように、制御部１０７は制御信号を画像切替装置１０３へ送信する。

このようにしてできた立体画像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体画像表示装置と同ように、光線制御素子の境界付近が観察者に認識されにくくなり、表示妨害を軽減することができる。また、クロストークを軽減することができる。

（変形例）
図６に第１の実施の形態に係る立体画像表示装置の変形例を示す。第１の実施の形態に係る立体画像表示装置と差異のある部分は、光線制御装置１０２の光線制御素子の延びる方向が、画素２０１の並ぶ方向と平行となっている点である。図６では、画素２０１の行方向に、光線制御素子が延びる例について図示している。

第１の実施の形態と同ように、画像切替装置１０３のフリッカ防止のためには、シャッター２０３の開口部３０１部分の極性の総和がゼロに近づけるように、ｐ_ｓｖを設定する。この時、ｐ_ｓｖはサブピクセルの列方向ピッチの奇数倍となる。

このようにしてできた立体画像表示装置は、第１の実施の形態に係る立体画像表示装置と同ように、光線制御素子の境界付近が観察者に認識されにくくなり、表示妨害を軽減することができる。また、クロストークを軽減することができる。

図７に第２の実施の形態に係る立体画像表示装置の変形例を示す。第２の実施の形態に係る立体画像表示装置と差異のある部分は、光線制御装置１０２の光線制御素子の延びる方向が、画素２０１の並ぶ方向と平行となっている点である。図２では、画素２０１の行方向に、光線制御素子が延びる例について図示している。

このようにしてできた立体画像表示装置は、第２の実施の形態に係る立体画像表示装置と同ように、光線制御素子の境界付近が観察者に認識されにくくなり、表示妨害を軽減することができる。また、クロストークを軽減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置 本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置が制御された結果の一例 本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の画像切替装置の極性の一例 本発明の第１の実施の形態に係る立体表示装置の制御信号の一例 本発明の第２の実施の形態に係る立体表示装置 第１の実施の形態に係る立体画像表示装置の変形例 第２の実施の形態に係る立体画像表示装置の変形例

符号の説明

１０１ 平面表示装置
１０２ 光線制御素子
１０３ 画像切替装置
１０１１ バックライト導光板
１０１２ 透過型液晶パネル
１０４ 入力部
１０５ 同期手段
１０６、１０７ 制御部
２０１ 画素
２０２ サブピクセル
２０３ シャッター
２０３ａ 透過シャッター
２０３ｂ 半透過シャッター
２０３ｃ 遮光シャッター
３０１ 開口部
３０２ マイナスシャッター
３０３ プラスシャッター
４０１ 奇数フィールド制御信号
４０２ 偶数フィールド制御信号
４０３ 黒挿入制御信号
４０４ 画像制御データ
４０５ 反転駆動信号
４０６ 奇数フィールド
４０７ 偶数フィールド
４０８ 黒挿入時間幅

Claims (7)

1. 画素が第１方向および第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配列された平面画像表示部と、
   前記平面画像表示部に対向して配置され、前記画素からの光線を制御する射出瞳が複数配列された光線制御部と、
   前記光線制御部の平面画素表示部側とは反対の面に対向して配置され、透過する前記光線の透過率を変更するためのシャッター部と、
   前記シャッター部の透過率を制御するための制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記平面画像表示部に一のフィールドにおける画像を表示する際には、各前記射出瞳同士の境界の一方側領域における前記シャッター部の透過率を第１透過率となるように、
   他方側領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低い第２透過率となるように、
   前記一方側領域と前記他方側領域との間の境界領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低く前記第２透過率より高い第３透過率となるように、
   前記シャッター部を制御する事を特徴とする三次元画像表示装置。
2. 前記画素は、前記第１方向に少なくとも３種類の異なる波長の光線を射出するためのサブ画素を有し、前記境界領域の前記第１方向のピッチと前記サブ画素の第１方向のピッチの整数倍とが一致することを特徴とする請求項１に記載の三次元画像表示装置。
3. 前記平面画像表示部は、前記射出瞳の開口部分における前記第１透過率の前記シャッター部の極性について、総和をゼロに近づけるように前記第２方向の前記サブ画素のピッチが設定されている事を特徴とする請求項２に記載の三次元画像表示装置。
4. 前記制御部は、前記一のフィールドの次のフィールドにおける画像を表示する際には、
   前記一方側領域における前記シャッター部の透過率を第２透過率となるように、
   前記他方側領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率となるように、
   前記境界領域における前記シャッター部の透過率を第３透過率となるように、
   前記シャッター部を制御する事を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の三次元画像表示装置。
5. 前記制御部は、前記第１の透過率となる前記シャッター部と前記第３の透過率となる前記シャッター部との組と、前記第２の透過率となる前記シャッター部と前記第３の透過率となる前記シャッター部との組とが、前記第１の方向および前記第２の方向に交互へ並ぶように、前記シャッター部を制御する事を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の三次元画像表示装置。
6. 前記制御部は、前記１のフィールドと前記次のフィールドとの間に表示される暗画像が、前記平面画像表示部に表示されている間に、前記シャッター部の透過率を変更する事を特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の三次元画像表示装置。
7. 画素が第１方向および第１方向に直交する第２方向にマトリクス状に配列された平面画像表示部と、
   前記平面画像表示部に対向して配置され、前記画素からの光線を制御する射出瞳が複数配列された光線制御部と、
   前記光線制御部の平面画素表示部側とは反対の面に対向して配置され、透過する前記光線の透過率を変更するためのシャッター部と、を有する画像表示装置に三次元画像を表示する方法であって、
   前記平面画像表示部に一のフィールドにおける画像を表示する際には、各前記射出瞳同士の境界の一方側領域における前記シャッター部の透過率を第１透過率となるように、
   他方側領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低い第２透過率となるように、
   前記一方側領域と前記他方側領域との間の境界領域における前記シャッター部の透過率を前記第１透過率より低く前記第２透過率より高い第３透過率となるように、
   前記シャッター部を制御する事を特徴とする三次元画像表示方法。

Images