JP2013051479A - 立体映像表示システム、制御信号作成装置、投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、輝度を低下させずにクロストークを低減する立体映像表示システム、制御信号作成装置、投写型映像表示装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の立体映像表示システムは、光源１と、右目画像と左目画像を交互に切替表示するＤＭＤ３と、ＤＭＤ３に至る光源１の光路上に設けられるカラーホイール２と、を備える投写型映像表示装置７、および、ＤＭＤ３の前記切替表示に同期してシャッター開閉動作を行うシャッター眼鏡９、を備える立体映像表示システムであって、ＤＭＤ３は、カラーホイール２のセグメント境界に対応するスポーク期間に無表示動作を行い、シャッター眼鏡９は、ＤＭＤ３の前記無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了する。
【選択図】図１０

Description

この発明は、シャッター眼鏡を用いて立体映像を視聴するための立体映像表示システム、制御信号作成装置、投写型映像表示装置に関し、特に輝度を低下させることなくクロストークを抑制する技術に関する。

人が何かを見るとき、左目と右目は位置の差に起因した僅かに異なる画像を知覚している。この画像の差異は視差と呼ばれ、視差を奥行として脳が解釈することにより人は物体を立体認識することが出来る。

３Ｄテレビは人の目と同じ原理を用いて立体映像表示を行っている。すなわち、画面上に左画像と右画像という視差を持った画像を交互に表示すると同時に、ユーザーが装着するシャッター眼鏡の開閉動作を左画像と右画像の表示切替に同期して行っている。シャッター眼鏡は、左画像の表示期間は左目側シャッターを開（右目側シャッターを閉）、右画像の表示期間は右目側シャッターを開（左目側シャッターを閉）となるように制御される。人がこのようなシャッター眼鏡を通して視差のある左右画像を知覚することで、擬似的な立体映像を認識することが可能になる。

前述のような擬似的な立体映像を得るための投写型表示装置の一つとして、特許文献１には、左画像及び左画像に対して視差を有する右画像を所定周期で交互に画像表示装置に供給し、この画像を前記所定周期に同期して駆動される液晶シャッターを備える立体映像用眼鏡で視聴する方法が開示されている。

この液晶シャッター眼鏡を用いる方法によれば、液晶シャッターの開閉切り替えに過渡期を有するという応答特性上の理由から、左画像の一部が右目に、右画像の一部が左目にそれぞれ混入するクロストークと呼ばれる現象が生じてしまう。この問題を解決する方法として、例えば特許文献２には、画像表示期間に先だって無表示期間を配置し、無表示期間にシャッター眼鏡のシャッターの開閉を行う方法が開示されている。

一方、特許文献３には、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device、登録商標）として知られる空間光変調素子とカラーホイールを備えた投写型映像表示装置が開示されている。カラーホイールは複数の分割されたセグメントで構成され、電動機で回転駆動されることで、光に対して時分割でカラーフィルター作用を行う。

この投写型映像表示装置では、カラーホイールの連続した回転に同期して、ＤＭＤが右目画像と左目画像を交互に表示するよう制御される。この時スクリーンに投写される表示画像の輝度は、ＤＭＤが光源光を反射する時間に依存するため、ＤＭＤの反射を制御することで表示画像の階調を表現することが可能である。

特開昭６２−１３３８９１号公報 特開２０００−３６９６９号公報 米国特許第７４８３１９８号明細書

しかしながら、特許文献３に開示された投写型映像表示装置を用いて立体映像表示を行おうとすると、液晶シャッター眼鏡のシャッターの開閉速度がＤＭＤにおける映像表示の切り替え速度やカラーホイールの回転速度に対して遅いために、前述のクロストークが発生する。クロストークを低減するべく画像表示期間に先だって無表示期間を配置すれば、無表示期間分は画像の表示に寄与できないため、表示画像の輝度が低下するという問題が生じる。

そこで本発明は上述の問題点に鑑み、輝度を低下させずにクロストークを低減する立体映像表示システム、制御信号作成装置、投写型映像表示装置の提供を目的とする。

本発明の立体映像表示システムは、光源と、右目画像と左目画像を交互に切替表示するＤＭＤと、前記ＤＭＤに至る前記光源の光路上に設けられるカラーホイールと、を備える投写型映像表示装置、および、前記ＤＭＤの前記切替表示に同期してシャッター開閉動作を行うシャッター眼鏡、を備える立体映像表示システムであって、前記ＤＭＤは、前記カラーホイールのセグメント境界に対応するスポーク期間に無表示動作を行い、前記シャッター眼鏡は、前記ＤＭＤの前記無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了する。

本発明の立体映像表示システムは、光源と、右目画像と左目画像を交互に切替表示するＤＭＤと、前記ＤＭＤに至る前記光源の光路上に設けられるカラーホイールと、を備える投写型映像表示装置、および、前記ＤＭＤの前記切替表示に同期してシャッター開閉動作を行うシャッター眼鏡、を備える立体映像表示システムであって、前記ＤＭＤは、前記カラーホイールのセグメント境界に対応するスポーク期間に無表示動作を行い、前記シャッター眼鏡は、前記ＤＭＤの前記無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了するので、表示輝度を下げることなくクロストークを抑制することが出来る。

前提技術に係る立体映像表示システムの構成図である。 前提技術に係る立体映像表示システムにおけるカラーホイール、ＤＭＤ、シャッター眼鏡の同期した動作を示す図である。 前提技術に係る立体映像表示システムにおけるシャッター眼鏡の開閉動作を示す図である。 クロストークの概念図である。 前提技術に係る投写型映像表示装置におけるカラーホイールの構成図である。 前提技術に係る立体映像表示システムの動作を示す図である。 実施の形態１に係る立体映像表示システムの構成図である。 実施の形態１に係る投写型映像表示装置の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る投写型映像表示装置におけるカラーフィルターの構成図である。 実施の形態１に係る立体映像表示システムの動作を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る立体映像表示システムにおけるカラーフィルターの構成図である。 実施の形態１の変形例に係る立体映像表示システムの動作を示す図である。

（前提技術）
図１に、前提技術に係る立体映像表示システムの構成を示す。この立体映像表示システムは、立体映像をスクリーン８に投写する投写型映像表示装置７と、投写型映像表示装置７と同期して動作するシャッター眼鏡９とを備えている。

投写型映像表示装置７は、光源１と、光源光を時分割で色分離するカラーホイール２と、カラーホイール２の透過光を変調して画像を作成するＤＭＤ３と、ＤＭＤ３の変調光をスクリーンに投写する投写光学系４とを備えている。さらに、投写型映像表示装置７は、入力された映像信号に基づきＤＭＤ３を駆動する他、カラーホイール２、シャッター眼鏡９をＤＭＤ３に同期して動作させるための各種制御信号を作成する映像信号処理部５と、映像信号処理部５で作成した制御信号をシャッター眼鏡９に送信する送信部６とを備えている。

次に、前提技術に係る立体映像表示システムの動作を説明する。映像信号処理部５は入力映像信号に従い、ＤＭＤ３の駆動信号を生成する。ＤＭＤ３は映像信号処理部５から受けた駆動信号に従い、カラーホイール２の回転に同期して左画像及び左画像に対して視差を有する右画像を交互に生成する。ＤＭＤ３で生成した左画像及び右画像は投写光学系４を通して交互にスクリーン８に投写される。

一方、映像信号処理部５はシャッター眼鏡９の左シャッター及び右シャッターの開閉タイミングを指示する開閉制御信号を生成する。シャッター眼鏡９は送信部６から開閉制御信号を受け、ＤＭＤ３における左画像又は右画像の切替に同期して左シャッター又は右シャッターの開閉を行う。

図２に、カラーホイール２とＤＭＤ３とシャッター眼鏡９が同期して動作する様子を示す。図２（ａ）はカラーホイール２の周期を示しており、Ｎと表示された期間はカラーホイール２がＮ周期目であることを示している。図２（ｂ）はＤＭＤで生成される画像を示しており、カラーホイール２の周期と同期して左画像及び右画像を交互に生成している。図２（ｃ）、（ｄ）はそれぞれシャッター眼鏡９の左目側シャッター、右目側シャッターの開閉状況を示している。ＤＭＤ３が左画像を生成している間は左目側シャッターを開けて右目側シャッターを閉め、ＤＭＤ３が右画像を生成している間は左目側シャッターを閉めて左目側シャッターを開ける。これにより、シャッター眼鏡９を装着したユーザーの右目には右画像のみが、左目には左画像のみが視認されることになり、ユーザーはこれを立体画像と視認する。

図３は、６０Ｈｚの画像表示を行う際のＤＭＤ３とシャッター眼鏡９の動作を示す図である。図３（ａ）に示すように、ＤＭＤ３では左画像と右画像の組が１６．６７ｍＳｅｃ＝６０Ｈｚの周期で繰り返し表示される。そして、図３（ｂ）、（ｃ）に示すようにシャッター眼鏡９は８．３３ｍＳｅｃ＝１２０Ｈｚの周期で開閉を切り替える。図３（ｂ）が左目側シャッターの応答特性、図３（ｃ）が右目側シャッターの応答特性を示している。

ＤＭＤ３において左画像から右画像へ表示が切り替わると同時に、左目側シャッターが開いた状態から閉じた状態となり、右目側シャッターは閉じた状態から開いた状態となることが望ましい。しかし、一般的なＴＮ液晶を用いたシャッター眼鏡９の場合は図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、シャッターが開いた状態から閉じるまでに２ｍＳｅｃ程度の時間を要する。そのため、図３に示す最初の２ｍＳｅｃの期間は右目側シャッターが完全に閉じておらず、左画像の一部が右目に混入するクロストークが発生してしまう。同様に、ＤＭＤ３において左画像から右画像に切り替えるタイミングでは、最初の２ｍＳｅｃの期間に右画像の一部が左目に混入するクロストークが発生する。

その結果、シャッター眼鏡９を装着したユーザーには図４に示すように画像が２重に視認されてしまい、立体視が困難になる。このクロストークを回避するために、図５に示すようにカラーホイール２にブラックセグメント２ａを設け、ＤＭＤ３に無表示期間を設けることが考えられる。図６に示すように、ＤＭＤ３の左画像表示期間と右画像表示期間の間に２ｍＳｅｃの無表示期間を設け（図６（ａ））、その期間内にシャッター眼鏡９の液晶シャッターの開閉を行う（図６（ｂ）、（ｃ））ことにより、クロストークを無くすことが出来る。

しかし、１フレームが６０Ｈｚの画像を表示する場合、２ｍＳｅｃの無表示期間は左画像及び右画像夫々の表示期間８．３３ｍＳｅｃのほぼ１／４にあたるため、表示映像の明るさが通常表示に比較して３／４に低減してしまうという問題が生じる。

（実施の形態１）
図７は、実施の形態１に係る立体映像表示システムの構成図である。この立体映像表示システムは、投写型映像表示装置７とスクリーン８とシャッター眼鏡９を備えている。実施の形態１のシャッター眼鏡９は高速に開閉切替が可能なシャッターを用いる。映像信号処理部５以外の構成は、図１に示した前提技術に係る立体映像表示システムと同様であるため、説明は省略する。

図８は、実施の形態１に係る投写型映像表示装置７の内部構成を示すブロック図である。投写型映像表示装置７の映像信号処理部５は、映像入力部１１、映像処理部１２、ＤＭＤ駆動部１３、眼鏡制御部１４を備えている。さらに、投写型映像表示装置はカラーホイール２を駆動するカラーホイール駆動部１５を備えている。

映像入力部１１は外部から入力映像信号を受け、入力映像信号のフォーマットの検出を行って立体表示が必要な映像信号か否かを判断し、映像処理部１２に出力する。

映像処理部１２は、入力映像信号からＤＭＤ３の駆動信号を生成する。立体表示を行うべき入力映像信号の場合は、入力映像信号を左画像信号と右画像信号に変換し、ＤＭＤ３における表示タイミングを決定する同期信号と共にＤＭＤ駆動部１３に出力する。

さらに映像処理部１２は、シャッター眼鏡９のシャッター開閉切り替え制御に必要な左右信号を生成し、左右信号を同期信号と共に眼鏡制御部１４に出力する。

また、ＤＭＤ駆動部１３はカラーホイール２の駆動信号をカラーホイール駆動部１５に送信する。この駆動信号を受けたカラーホイール駆動部１５は、カラーホイール２の回転がＤＭＤ３の駆動と同期するようにカラーホイール２を駆動する。これにより、ＤＭＤ３は、カラーホイール２のセグメントに合わせてＢＧＲＢＧＲと順次画像表示を行う事が可能になる。

光源１が理想的な点光源ではない場合、カラーホイール２を通る光が有限の広がりを持つ。そのため、カラーホイール１の各セグメント（各色フィルタ領域）の境界であるスポーク（ＳＰＯＫＥ）領域２ｂ（図９参照）を光が通ると、２つの異なるセグメントを光が通ることになり混色が生じる。この混色を避けるために、ＤＭＤ駆動部１３はスポーク領域２ｂを光が通るスポーク期間中にＤＭＤ３を無表示とするようにＤＭＤ３を駆動する。この動作は映像処理部１２が生成する駆動信号により制御されている。これにより、表示する画像の彩度が低下しないようにしている。

そこで眼鏡制御部１４は、映像処理部１２から左右信号と同期信号を受けてシャッター開閉制御信号を作成し、送信部６に出力する。シャッター開閉制御信号は、カラーホイール２のスポーク期間中にシャッター開閉動作を完了するように、シャッター眼鏡９のシャッター開閉動作を制御するものである。シャッター開閉制御信号は送信部６からシャッター眼鏡９に送信される。シャッター開閉制御信号を受けたシャッター眼鏡９は、ＤＭＤ２が無表示動作中のスポーク期間内にシャッターの開閉切り替えを完了するよう、左右両目のシャッター開閉動作を行う。

以上に説明したＤＭＤ２とシャッター眼鏡９の同期動作を図１０に示す。図１０（ａ）はカラーホイール２が１２０Ｈｚで１回転することを示している。Ｂ，Ｇ，Ｒと示す時間領域では、それぞれ青色セグメント、緑色セグメント、赤色セグメントを光源光が通過していることを示している。図１０（ｂ）はＤＭＤ３の動作を示しており、カラーホイール２の回転周期に同期して左画像、右画像を交互に表示している。さらに、スポーク期間には無表示動作を行っている。

図１０（ｃ）はシャッター眼鏡９の左目側シャッターの開閉動作、図１０（ｄ）はシャッター眼鏡９の右目側のシャッターの開閉動作を示している。図１０（ｃ）、（ｄ）に示すように、シャッター眼鏡９のシャッターはスポーク期間に対応したＤＭＤ３の無表示期間内に開閉動作を完了している。高速シャッターとして、シャッター眼鏡９のシャッターに強誘電液晶シャッターを用いた場合、シャッターが開いた状態から閉じるまでの時間は数１００μＳｅｃ程度である。それに対し、スポーク期間は３００μＳｅｃ程度であるので、スポーク期間内にシャッターの開閉切替を完了することが可能である。

このように、カラーホイール２のスポーク期間に対応したＤＭＤ３の無表示期間を利用してシャッターの開閉動作を行うことにより、表示輝度を低下させることなくクロストークを抑制することが出来る。

なお、図１０では赤（Ｒ）と青（Ｂ）の間のスポーク期間でシャッター切替を行っているが、ＤＭＤ３における左画像と右画像の表示切替のタイミングを変更することによって、青（Ｂ）と緑（Ｇ）といった他のスポーク期間内にシャッター切替を行っても良い。

また、カラーホイール２は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の６つのセグメントで構成されたものとして説明したが、カラーホイールの構成はこれに限定しない。図１１に示すように、白（Ｗ）、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の４つのセグメントで構成されるものや、５つのセグメント、７つのセグメントなど他の構成のカラーホイールを用いても良い。

図１１に示す構成のカラーホイール２を用いた場合の立体映像表示システムの動作を図１２に示す。図１２（ａ）はカラーホイール２が１２０Ｈｚで１回転し、白、青、緑、赤の順に光源光が色分離されることを示している。図１２（ｂ）はＤＭＤ３の動作を示しており、カラーホイール２の回転周期に同期して左画像、右画像を交互に表示している。さらに、スポーク期間には無表示動作を行っている。図１２（ｃ）はシャッター眼鏡９の左目側シャッターの開閉動作、図１２（ｄ）はシャッター眼鏡９の右目側のシャッターの開閉動作を示している。赤色表示から白色表示へ移行する間のスポーク期間に対応したＤＭＤ３の無表示動作期間にシャッター眼鏡９のシャッター開閉動作を完了するので、表示輝度を低下させることなくクロストークを抑制することが出来る。

＜効果＞
実施の形態１に係る立体映像表示システムは、光源１と、右目画像と左目画像を交互に切替表示するＤＭＤ３と、ＤＭＤ３に至る光源１の光路上に設けられるカラーホイール２と、を備える投写型映像表示装置７、および、ＤＭＤ３の切替表示に同期してシャッター開閉動作を行うシャッター眼鏡９、を備える立体映像表示システムであって、ＤＭＤ３は、カラーホイール２のセグメント境界に対応するスポーク期間に無表示動作を行い、シャッター眼鏡９は、ＤＭＤ３の無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了するので、ＤＭＤ３の無表示動作期間を増やすことなく、すなわち表示輝度を下げることなくクロストークを抑制することが出来る。

実施の形態１に係る立体映像表示システムにおいて、シャッター眼鏡９は、強誘電液晶を用いたシャッター眼鏡である。強誘電液晶シャッターを用いれば数１００μＳｅｃでシャッターの開閉動作を行うことが出来るので、スポーク期間に対応したＤＭＤの無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了することが出来る。これにより、表示輝度を下げることなくクロストークを抑制することが出来る。

実施の形態１に係る制御信号作成装置は、立体映像表示システムにおいてカラーホイール２、ＤＭＤ３、シャッター眼鏡９の制御信号を作成する制御信号作成装置（映像信号処理部５）であって、前記制御信号は、ＤＭＤの切替表示に同期させてカラーホイール２を駆動するための第１制御信号と、スポーク期間に無表示動作を行うようＤＭＤ３を駆動するための第２制御信号と、ＤＭＤ３の切替表示に同期し、かつＤＭＤ３の無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了するようシャッター眼鏡９を駆動するための第３制御信号とを含むので、カラーホイール２、ＤＭＤ３、シャッター眼鏡９と組み合わせて、表示輝度を下げることなくクロストークを抑制する立体映像表示システムを構成可能である。

また、実施の形態１に係る投写型映像表示装置は、前記制御信号作成装置（映像信号処理部５）と、光源１と、ＤＭＤ３と、カラーホイール２とを備えるので、シャッター眼鏡９と組み合わせて、表示輝度を下げることなくクロストークを抑制する立体映像表示システムを構成可能である。

１ 光源、２ カラーホイール、２ａ 黒セグメント、２ｂ スポーク領域、３ ＤＭＤ、４ 投写光学系、５ 映像信号処理部、６ 送信部、７ 投写型映像表示装置、８ スクリーン、９ シャッター眼鏡、１１ 映像入力部、１２ 映像処理部、１３ ＤＭＤ駆動部、１４ 眼鏡制御部、１５ カラーホイール駆動部。

Claims (4)

1. 光源と、
   右目画像と左目画像を交互に切替表示するＤＭＤと、
   前記ＤＭＤに至る前記光源の光路上に設けられるカラーホイールと、
   を備える投写型映像表示装置、および、
   前記ＤＭＤの前記切替表示に同期してシャッター開閉動作を行うシャッター眼鏡、
   を備える立体映像表示システムであって、
   前記ＤＭＤは、前記カラーホイールのセグメント境界に対応するスポーク期間に無表示動作を行い、
   前記シャッター眼鏡は、前記ＤＭＤの前記無表示動作中にシャッターの開閉動作を完了する、
   立体映像表示システム。
2. 前記シャッター眼鏡は、強誘電液晶を用いたシャッター眼鏡である、
   請求項１に記載の立体映像表示システム。
3. 請求項１又は２に記載の立体映像表示システムにおいて前記カラーホイール、前記ＤＭＤ、前記シャッター眼鏡の制御信号を作成する制御信号作成装置であって、
   前記制御信号は、前記ＤＭＤの前記切替表示に同期させて前記カラーホイールを駆動するための第１制御信号と、
   前記スポーク期間に無表示動作を行うよう前記ＤＭＤを駆動するための第２制御信号と、
   前記ＤＭＤの前記切替表示に同期し、かつ前記ＤＭＤの前記無表示動作中に前記シャッターの開閉動作を完了するよう前記シャッター眼鏡を駆動するための第３制御信号とを含む、
   制御信号作成装置。
4. 請求項３に記載の制御信号作成装置と、
   前記光源と、前記ＤＭＤと、前記カラーホイールとを備える、
   投写型映像表示装置。

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