JP2012518196A - 立体的３ｄディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

高速切替ＬＣＤパネル、動的バックライト、及び低コストのメガネを使用することによって実現される３Ｄ立体視。このシステムは、ＬＥＤバックライトを備えるＬＣＤパネルと、色別に各チャネルを分離する波長選択性メガネと、を使用する。このシステムは、ＬＣＤパネルで交互に起こる左画像フレーム及び右画像フレームに基づいている。左フレーム及び右フレームは、連続的に同期された、２個の少し異なる赤−緑−青の光源で照射される。この光源は、異なる分光組成の光を放射するように設計される。視聴者は、左のレンズ又はフィルターが左チャネルのデータに使用される光のスペクトルだけを通過させ、右のレンズ又はフィルターが右チャネルのデータに使用される光のスペクトルだけを通過させるメガネを着用する。

Description

３Ｄ又は３Ｄビジョンと呼ばれることもある立体視を実現するために、多数の技術が開発されてきた。これらの技術は、メガネ系と非メガネ系の２種類に大きく分類できる。非メガネ系技術の利点は、視聴者がメガネを着用する必要のないことである。頻繁に経験される不利な点は、「スイートスポット」（頭部の運動範囲）が＋／−〜５度に限定されることである。動画ビデオを見るためにメガネを使用することは、主に、画面に２つの画像を同時に又は連続的に投影することに基づいている。

以下は、より広範に使用されているメガネシステムの一部である。シャッターメガネシステムは、例えばＸｐａｎｄブランドなど、欧州市場で広く見られる。右画像と左画像とが画面に時系列に投影される。メガネ上の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）シャッターは投影された画像と同期されており、視聴者の右目は「右」画像だけ、左目は「左」画像だけを見るようにする。偏光メガネの例としては、左右のメガネが反対の「掌性」を有する実際のＤ円偏光メガネが挙げられる。このシステムは、ＩＭＡＸが最も熱心に推進しており、Ｄｉｓｎｅｙ、ＤｒｅａｍＷｏｒｋｓ、及び他のスタジオが支援している。ＧｅｏＷａｌｌ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍは、直線偏光システムを使用する。カラーフィルターメガネの例としては、赤／シアンアナグリフ、およびＤｏｌｂｙ ３Ｄ（カラーホイール及び多重帯域通過フィルター）が挙げられる。

３Ｄ立体視システムは、ＬＣＤパネルと、ＬＣＤパネルに光を供給するためのバックライトと、バックライトとコンテンツの左フレーム及び右フレームとを同期させるためのコントローラと、を含む。バックライトは、発光ダイオード（ＬＥＤ）Ａ、Ｂ、及びＣを含む第１の三原色セットと、ＬＥＤ Ｄ、Ｅ、及びＧを含む第２の三原色セットと、を含み、各ＬＥＤは、主に重複しない可視スペクトル範囲で発光する。このシステムは、視聴者が着用するメガネを使用する。このメガネは、第１の三原色セットのスペクトルをフィルタリングする第１のレンズと、第２の三原色セットのスペクトルをフィルタリングする第２のレンズと、を有する。したがって、視聴者の左目及び右目に対して交互に起こるコンテンツの左フレームと右フレームとが設けられ、３Ｄ鑑賞体験がもたらされる。

本発明は、添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明により更に完全な理解が可能である。
実施例Ｉの３Ｄシステムの図。 実施例Ｉの２個のカラーフィルターの設計を示す図。 実施例ＩＩのＬＥＤのスペクトルの図。 実施例ＩＩの透過性及び透過スペクトルの図。 実施例ＩＩの透過性及び透過スペクトルの図。 実施例ＩＩに関して凹端部で点灯するＬＣＤバックライトに配置されたＬＥＤ光源の図。

３Ｄディスプレイの分野では、正確な立体画像及びビデオコンテンツを標準的なＬＣＤパネルで表示する必要性が存在する。本発明は、高速切替ＬＣＤパネルと、動的バックライトと、３Ｄ視聴を可能にする低コストのメガネと、を使用することに関する。特には、このシステムは、ＬＥＤバックライトを備えるＬＣＤパネルと、色別に各チャネルを分離する波長選択性メガネと、を使用する。このシステムは、ラップトップＰＣ、モニタ、及びＴＶを対象としているが、より小型又は他のディスプレイにも使用してもよい。

このシステムは、ＬＣＤパネルで交互に起こる左画像フレーム及び右画像フレームに基づいている。左画像フレーム及び右画像フレームは、連続的に同期される２個の少し異なる光源によって照射される。これらの光源は、異なる分光組成の光（典型的には白）を放射するように設計される。具体的には、光源は、ＬＥＤ Ａ、Ｂ、及びＣを含む第１の三原色セットと、ＬＥＤ Ｄ、Ｅ、及びＦを含む第２の三原色セットと、を含んでもよく、各ＬＥＤは、主に重複しない可視スペクトル範囲で発光する。ＬＥＤのセットは、例えば様々な赤−緑−青（ＲＧＢ）ＬＥＤを含んでもよい。ＬＥＤの代替として、レーザー又は半導体レーザーなどの他の光源が使用されてもよい。また、ＬＥＤ又は他の光源は、所望により、スペクトル放射帯域を狭めるスペクトルフィルターを含んでもよい。

視聴者は、左のレンズ又はフィルターが左チャネルのデータに使用される光のスペクトルだけを通過させ、右のレンズ又はフィルターが右チャネルのデータに使用される光のスペクトルだけを通過させるメガネを着用する。したがって、視聴者の左目及び右目に対して交互に起こるコンテンツの左フレームと右フレームとが提供され、３Ｄ鑑賞体験がもたらされる。

本発明は、シャッターメガネベースのシステムとカラーフィルターベースのシステムの一部の機能を組み合わせる。右画像及び左画像は、ＬＣＤ又は他のディスプレイ（例えば、４−６のプライマリ有機発光ダイオード又は４−６のプライマリプラズマディスプレイパネル）に時系列に表示される。この機能は、シャッターメガネシステムとある程度の共通性を有する。左フレーム及び右フレームは、好ましくはスペクトルの重複が最小である、異なるスペクトルを有するように設計された２組のＬＥＤを使用して、直視型ＬＣＤバックライトシステムで照射される。左画像及び右画像は、多重帯域通過フィルターが使用された場合に色情報及び立体情報を改善できる、帯域通過差のあるメガネを使用して復号される。この機能は、アナグリフ及びＤｏｌｂｙ立体視システムとある程度の共通性を有する。

以下の実施例は、単一の基本原理を有し、特には、人間の立体画像をシミュレートするために、少し異なる角度で右と左とに配置された２台のカメラで撮影された一連の画像が、高速ＬＣＤパネルで供給される。あるいは、この構成を模した一連の画像が、コンピュータアニメーション又は同様の技術を使用して合成されてもよい。右目用画像及び左目用画像は連続的に表示され、つまりこれらの画像は、右カメラ（つまり右目用）の各フレームが先行し、左カメラのフレームが続く一連のフレームとして記録される。左目用の各画像も先行し、右目用フレームが続く。異なる分光組成の光の２個の光源は、画像と同期して電源が入るように時間調節されており、第１の光源は右目用画像だけを照射し、第２の光源は左目用画像だけを照射する。

視聴者は、それぞれの目に対して異なるカラーフィルターを備えるメガネを着用する。左目用カラーフィルターは、人間の左目に伝わるように設計されている。また、左目用カラーフィルターは、右目用画像フレームに合わせた光源による放射を遮断する。右目用カラーフィルターは、人間の右目に伝わるように同様に設計されている。また、右目用カラーフィルターは、左目用画像フレームに合わせた光源による放射を遮断する。したがって、視聴者は右のカメラで撮影された画像だけを右目に取り込み、左のカメラで撮影された画像だけを左目に取り込み、視聴者の脳が立体画像の知覚を同期できるようにする。

実施例Ｉに示される構成は、完全に組み立てられ、試験され、立体画像を機能的に生成することが確認された。

実施例ＩＩの構成は、右目用チャネル及び左目用チャネルのＬＥＤ光エンジンの設計に一致する、視聴者のメガネ用多層光学フィルム（ＭＯＦ）フィルターペアの設計を含む原則を示す。

実施例ＩＩＩは、ＭＯＦで作製され得る、単一ノッチフィルターを含む、カラーフィルターと光エンジンの目とのペアの簡略設計を示す。

（実施例Ｉ）
高輝度ＬＥＤの２個の光源は、別個にドライブエレクトロニクスに接続する。使用したＬＣＤパネルは、１２０Ｈｚの高リフレッシュレートを有し、交互に起こる右目用フレーム及び左目用フレームを連続的に表示した。１及び２と印を付けた白色ＬＥＤの２個の光源は、ＬＣＤパネルに表示される右目用フレーム及び左目用フレームと同期させて順次に電源を入れる。このとき、左目用フレームがＬＣＤパネルに書き込まれ、ＬＥＤ光源１の電源が入り、奇数フレームが消去される直前に光源１の電源が切断され、右目用フレームがＬＣＤピクセルのアレイに書き込まれる。右目用フレームがＬＣＤパネルに書き込まれると、ＬＥＤ光源２の電源が入り、右目用フレームが消去される直前に光源２の電源が切断される。

使用した光源は、Ｃｉｔｉｚｅｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製のＣＬ−Ｌ１０２−Ｃ３Ｎ ＬＥＤであった。各光源は、直列に接続されている３個のＬＥＤを含んでいた。白色ＬＥＤの各光源は、カラーフィルターを通して放射した。図１でＣＦ １、ＣＦ ２と印を付けた２個のカラーフィルター（ＣＦ）は、重複しないスペクトル帯域を透過するように設計する。

実験では、カラーフィルターは、２種類の光の帯域を透過、反射、又は吸収するように設計した。ＣＦ １は、藍色、エメラルドグリーン、及びイエローオレンジのスペクトル帯域を透過する。ＣＦ ２は、図２に示されるように、シアン、黄緑、及び深紅を透過する。

ＬＣＤパネルの背後に配置した拡散板に２種類の光線を投射するために、光学素子を使用した。例示した原理には、特定の光学配置は必須ではない。実験では、２５センチメートル（ｃｍ）長の開口を使用して光線をコリメートし、５ｃｍ×７．５ｃｍの平面鏡を使用して光線を偏向させ、ディフューザーに向けた。視聴者は、メガネを介して画像を観察する。右及び左の「レンズ」として、ＣＦ １及びＣＦ ２と同一のカラーフィルターを使用した。したがって、ＬＣＤパネルに表示される奇数フレーム及び偶数フレームは、重複しない分光組成の閃光に合わせてバックライトが当たるように時間調節される。次に奇数フレームの画像及び偶数フレームの画像は、メガネによってフィルタリングされ、右目及び左目に向けられる。右のカメラで撮影された情報だけが視聴者の右目に投影され、左のカメラの画像だけが視聴者の左目に投影される。この実験では、多数の視聴者が確かな３Ｄ画像を観察した。

（実施例ＩＩ）
この実施例では、２種類の異なるＬＥＤ光源を使用する。視聴者は、２種類の異なるカラーフィルター（ＣＦ１及びＣＦ２）を有するメガネを使用する。

図３は、実施例ＩＩの設計に使用したＬｕｘｅｏｎ Ｒｅｂｅｌ ＬＥＤのスペクトルを示す。図３の図は、モデリングに使用したＬｕｘｅｏｎ Ｒｅｂｅｌ ＬＥＤの実際のカラービンを示し（ビンの定義については、Ｐｈｉｌｉｐｓ ＬｕｍｉＬＥＤｓ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｃｏ．による公表文献ＤＳ５６を参照）。これらのカラービンは、藤紫（ビン３）、青（ビン５）、シアン（ビン６）、緑（ビン６）、琥珀（ビン７）、及び赤（ビン５）であった。幅広のトレースは、明所視感度曲線（Ｖプロット）を示す。

各光源は、３つの異なる色のＬＥＤで構成されている。この実施例では、光源Ｓ１は青、緑、及び赤のＬＥＤからなり、光源Ｓ２は藤紫、シアン、及び黄色のＬＥＤからなると仮定される（図３を参照）。この実施例の説明に使用した色の名前及びスペクトルは、Ｌｕｘｅｏｎ Ｒｅｂｅｌデータシートのものを使用した。異なる製造業者からの部品による混成及び色彩命名法など、別の供給元が提供する異なるカラーセット及びＬＥＤを使用してもよい。

図４Ａに示すように、１つのカラーフィルター（ＣＦ １）は、第１の光源（Ｓ１）のすべてのＬＥＤからの光を透過し、第２の光源（Ｓ２）のすべてのＬＥＤからの光帯域を透過しないように設計される。図４Ｂに示すように、もう１つのカラーフィルター（ＣＦ ２）は、第２のバンク（Ｓ２）のすべてのＬＥＤからの光を透過し、ＬＥＤの第１の光源（Ｓ１）のすべてのＬＥＤからの光帯域を透過しないように設計する。図５に示すように、システム電子装置は、一連のインターレース方式の画像をＬＣＤパネルに伝送する。ＬＣＤパネルでは、左カメラで撮影された各フレームが先行し、右カメラで撮影された画像が続く。逆もまた同様である。

左カメラで撮影された画像がＬＣＤパネルに表示されると、ＬＥＤの第１の光源の電源が入り、第２の光源の電源は切断され、これは、メガネの左メガネ（ＣＦ１）が第１の光源（Ｓ１）からの光を透過するからである。左画像は、視聴者の左目に伝えられる。メガネの右メガネ（ＣＦ２）は第１の光源（Ｓ１）からの光を透過しないので、左画像は視聴者の右目には伝えられない。したがって、左カメラで撮影された画像は、視聴者の左目に投影され、視聴者の右目には投影されない。

右カメラで撮影された画像がＬＣＤパネルに表示されると、ＬＥＤの第２の光源（Ｓ２）の電源が入り、第１の光源の電源は切断される。これは、メガネの右メガネ（ＣＦ２）が第２の光源（Ｓ２）からの光を透過するからである。右画像は、視聴者の右目に伝えられる。メガネの左メガネ（ＣＦ１）は第２の光源（Ｓ２）からの光を透過しないので、右画像は視聴者の左目には伝えられない。したがって、右カメラで撮影された画像は、視聴者の右目に投影され、視聴者の左目には投影されない。

実施例ＩＩのシステム設計空間は以下の複数のバリエーションを包含するが、これらに限定されない。カラーフィルターＣＦ１及びＣＦ２は、光のフィルタリング、光の反射、有効視野を得るための軸から視聴者の目への偏向、又はこれらの組み合わせについて様々な光学的基本原理を使用してもよい。具体的には、ＣＦ１及びＣＦ２は、特定の透過パラメーターを有する多層光学フィルムとして設計されてもよい。ＬＥＤとカラーフィルターとの組は、各チャネルに対してより多くの発光帯域及びカラーフィルターのそれぞれの数の透過帯域を有するように設計されてもよい。非中空又は中空のエッジライト型、直下型ＬＣＤバックライトを使用できる。このシステムは、シリコン又は他のマイクロアレイ上の液晶として撮像素子を備える、投影システム（正面投影又は逆投影）として設計されてもよい。右画像及び左画像に関連付けられるカラーフィルターの色及び組成とＬＥＤ光源とのペアは、交換可能である。

（実施例ＩＩＩ）
白色点において均衡の取れたＬＥＤのＲＧＢグループ又はｒＢＣｙＹグループからの視覚的に認知可能な光の大部分は、ＬＥＤ光源の「中間」部材、つまり明所視曲線の中間部分に濃縮された発光スペクトルを有する緑又はシアンのＬＥＤ（図３の幅広のトレースを参照）によって運ばれる。したがって、３Ｄ効果は、実施例ＩＩのように三色成分のすべてを完全に分離するのではなく、右画像と左画像についてルーメンの支配的成分を単に分離するだけで達成され得る。

このようなシステムは、次の２種類のＬＥＤ光源を有する。つまり、第１の光源は、赤、緑１、及び青のＬＥＤからなり、第２の光源は、赤、緑２、及び青のＬＥＤからなる。

視聴者は、右目と左目とに異なるカラーフィールター（交換可能）を備えるメガネを使用する。１つのカラーフィルターは、青、赤、及び緑１のＬＥＤからの放射光を透過し、緑２のＬＥＤが放射するスペクトル部分を透過しないように設計される。第２のカラーフィルターは、青、赤、及び緑２のＬＥＤからの放射光を透過し、緑３のＬＥＤが放射するスペクトル部分を透過しないように設計されるであろう。このようなカラーフィルターは、例えば、単一ノッチ帯域を有する、多層ノッチフィルターの光学スタックとして作製されてもよい。

Claims (3)

1. ３Ｄ立体視システムであって、
   ＬＣＤパネルと、
   前記ＬＣＤパネルに光を提供するバックライトであって、
   ＬＥＤ Ａ、Ｂ、及びＣを含む第１の三原色セットと、
   ＬＥＤ Ｄ、Ｅ、及びＦを含む第２の三原色セットと、を含み、前記ＬＥＤのそれぞれが主に重複しない可視スペクトルの範囲で発光する、バックライトと、
   前記ＬＣＤパネルに伝送されるコンテンツの左フレーム及び右フレームと前記バックライトとを同期させるためのコントローラと、
   視聴者が着用するメガネであって、前記第１の三原色セットのスペクトルをフィルタリングするための第１のレンズを有し、前記第２の三原色セットのスペクトルをフィルタリングするための第２のレンズを有して、３Ｄ視聴経験を実現するために前記視聴者の左目及び右目に対して交互に起こるコンテンツの左フレーム及び右フレームを提供する、メガネと、を含む３Ｄ立体視システム。
2. 前記ＬＥＤのそれぞれのスペクトル放射帯域を狭めるスペクトルフィルターを更に含む、請求項１に記載のシステム。
3. ３Ｄ立体視システムであって、
   ＬＣＤパネルと、
   前記ＬＣＤパネルに光を提供するバックライトであって、
   それぞれ赤、緑、及び青の第１のスペクトル範囲を有する、赤、緑、及び青のＬＥＤの第１のセットと、
   それぞれ赤、緑、及び青の第２のスペクトル範囲を有する、赤、緑、及び青のＬＥＤの第２のセットと、を含み、
   前記第１の範囲が前記第２の範囲とは異なる、バックライトと、
   前記ＬＣＤパネルに伝送されるコンテンツの左フレーム及び右フレームと前記バックライトとを同期させるためのコントローラと、
   視聴者が着用するメガネであって、前記第１の範囲の赤、緑、及び青のスペクトルをフィルタリングするための第１のレンズを有し、前記第２の範囲の赤、緑、及び青のスペクトルをフィルタリングするための第２のレンズを有して、３Ｄ視聴経験を実現するために前記視聴者の左目及び右目に対して交互に起こるコンテンツの左フレーム及び右フレームを提供する、メガネと、を含む３Ｄ立体視システム。

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