JP2013121041A - 立体映像表示装置および立体映像表示方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】色むらの影響を低減することのできる裸眼方式の立体映像表示装置および表示方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の立体映像表示装置は、面積が同一で形状の異なる第1および第2画素が行方向および列方向に交互に配列された表示面を有する平面表示装置と、前記平面表示装置の前記表示面の前面に配置され、前記平面表示装置からの光線の方向を制御する光線制御子と、入力された映像信号から立体像表示用映像または2次元像表示用映像を生成する映像生成部と、前記映像生成部によって生成された映像を表示する、隣接する前記第1および第2画素の輝度を変化させ、変化前後における前記第1および第2画素の平均輝度が同じとなるように制御する輝度制御部と、を備えている。
【選択図】図3

Description

本発明の実施形態は、立体映像表示装置および立体映像表示方法に関する。
裸眼方式の立体映像表示装置が開発されている。この裸眼方式の立体映像表示装置は、画素がマトリクス状に配列された画面を有する平面表示部と、この平面表示部の画面の前面に設けられ、画素からの光線を屈折させることが可能なレンチキュラーシートとを備えている。レンチキュラーシートは複数のシリンドリカルレンズがその長手方向と直交する方向に並列に配置された構成を有している。
この裸眼方式の立体映像表示装置においては、画像の劣化、特にモアレによる画像の劣化を防止するために、レンチキュラーシートを平面表示装置の画面の縦方向に対して傾けて配置することが行われている。
また、上記裸眼方式の立体映像表示装置において、第1視点用の画像を表示する第1画素および第2視点用の画像を表示する第2画素を含む表示素子が複数配列され、第1および第2画素のそれぞれの、外光を反射する反射表示領域を、画像振り分け方向と垂直な軸に対して非対称に配置することにより、画像むらを抑制する技術が知られている。
しかし、レンチキュラーシートを用いた裸眼方式の立体映像表示装置においては、表示品質の劣化、特に色むらの影響を低減することのできる技術は知られていない。
特開2009−157116号公報
本実施形態は、色むらの影響を低減することのできる裸眼方式の立体映像表示装置および表示方法を提供する。
本実施形態による立体映像表示装置は、面積が同一で形状の異なる第1および第2画素が行方向および列方向に交互に配列された表示面を有する平面表示装置と、前記平面表示装置の前記表示面の前面に配置され、前記平面表示装置からの光線の方向を制御する光線制御子と、入力された映像信号から立体像表示用映像または2次元像表示用映像を生成する映像生成部と、前記映像生成部によって生成された映像を表示する、隣接する前記第1および第2画素の輝度を変化させ、変化前後における前記第1および第2画素の平均輝度が同じとなるように制御する輝度制御部と、を備えている。
第1実施形態による立体映像表示装置を示す図。 図2(a)、2(b)は、第1実施形態に係る光線制御子の例を示す図。 第1実施形態による立体映像表示装置を示す図。 図4(a)、4(b)は、面積が同じで形状が異なる画素の第1具体例を示す図。 図5(a)、5(b)は、面積が同じで形状が異なる画素の第2具体例を示す図。 変化後の第1および第2画素の輝度差の分布の一例を示す図。 変化後の第1および第2画素の輝度差の分布の他の例を示す図。 図8(a)、8(b)は、第2実施形態の立体映像表示装置に用いられる光線制御子の例を示す図。
以下に、図面を参照して実施形態を説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態による立体映像表示装置を、図面を参照して説明する。まず、第1実施形態の立体映像表示装置の構成を図1に示す。第1実施形態の立体映像表示装置は、画素がマトリクス状に配置された表示画面を有する平面表示部(表示パネルともいう)12およびこの平面表示部12を駆動する駆動部16を有する平面表示装置10と、この平面表示部12の前面に設けられ、光学的開口部を有し、平面表示部12の画素からの光線を制御する光線制御子20とを備えている。水平方向の視角41および垂直方向の視角42の範囲内において、観測者の眼の位置100から光線制御子20を介して平面表示部12から射出される光線を観察することにより、光線制御子20の前面および背面に立体像を観察することが可能となる。なお、光学的開口部とは、光線制御子がスリットである場合は物理的な開口部であり、レンチキュラーシートの場合は各シリンドカルレンズである。この場合、水平方向41にのみ視差があり視距離に応じて画像が変わるが、垂直方向42には視差がないために、観察位置によらず一定の映像が視認される。なお、焦点距離の調整のために平面表示部12と光線制御子20との間にスペーサが設けられることもある。また、光線制御子20としては、例えばレンチキュラーシートであって、各シリンドリカルレンズの屈折率が外部からの制御信号により可変となる構成を有していてもよい。この場合、光線制御素子20を構成するレンズの屈折率を制御することにより、立体映像または2次元映像を表示することが可能となる。
平面表示部12は、表示画面内に位置が定められた画素が平面的にマトリクス状に配置されているものであれば、直視型や投影型の液晶表示装置、プラズマ表示装置、電界放出型表示装置、または有機EL表示装置などの表示パネルであってもよい。また、駆動部16は、平面表示部12に表示データを送って平面表示部12の画素に上記表示データを割り当て、立体映像表示装置によって立体映像が表示されるように駆動する。この駆動部16は、平面表示部12と一体となってもよいし、平面表示部12の外に設けられていてもよい。
本実施形態においては、駆動部16は、図1に示すように、映像生成部16aと、輝度制御部16bとを備えている。映像生成部16aは、外部から入力された映像信号から、平面表示装置10によって表示される映像が立体映像であるか2次元映像であるかに応じた映像を生成する。なお、映像生成部16aは、動画像や、例えばJPEG(Joint Photographic Experts Group)などの静止画画像なども生成可能である。輝度制御部16bは、映像生成部16aによって生成された映像の輝度を制御する。この輝度の制御については、後述する。
また、第1実施形態の立体映像表示装置においては、光線制御子20の光学的開口部の延在する方向を、平面表示部12の表示画面の縦方向(列方向)に対して斜めに傾けた構成となっている。例えば、光線制御子20が、複数のシリンドカルレンズ21からなるレンチキュラーシート20aである場合の斜視図を図2(a)に示し、スリット20bである場合の斜視図を図2(b)に示す。図2(a)、2(b)において、Psは光線制御子20の光学的開口部のピッチを示す。図2(b)においてPpはスリットの開口部のサイズを示している。
第1実施形態の立体映像表示装置においては、図3に示すように、平面表示部12の表示画面は、第1画素13aと第2画素13bとが縦方向および横方向(行方向)に交互に配列された構成を有している。なお、図3においては、光線制御素子20としてレンチキュラーシート20aを用いた例を示している。第1および第2画素13a、13bの第1具体例を図4(a)、4(b)にそれぞれ示す。
第1具体例の第1画素13aは、図4(a)に示すように、R(赤)、G(緑)、B(青)のサブ画素14Ra、14Gb、14Baを有しており、各サブ画素は横方向の長さが縦方向の長さよりも短い構成を有しており、表示画面の縦方向に面積が同じ2つの部分に分割されている。例えば、サブ画素14Raは、上部の第1サブ画素部分14R1aと、下部の第2サブ画素部分14R2aとを備え、第1および第2サブ画素部分14R1a、14R2aの面積は同じとなっている。第1サブ画素部分14R1aは左下部に切り欠きを有し、第2サブ画素部分14R2aは右上部に切り欠きを有している。
また、サブ画素14Gbは、上部の第1サブ画素部分14G1bと、下部の第2サブ画素部分14G2bとを備え、第1サブ画素部分14G1bと第2サブ画素部分14g2bの面積は同じとなっている。第1サブ画素部分14G1bは右下部に切り欠きを有し、第2サブ画素部分14G2bは左上部に切り欠きを有している。
サブ画素14Baは、上部の第1サブ画素部分14B1aと、下部の第2サブ画素部分14B2aとを備え、第1サブ画素部分14B1aと第2サブ画素部分14B2aの面積は同じとなっている。第1サブ画素部分14B1aは左下部に切り欠きを有し、第2サブ画素部分14B2aは右上部に切り欠きを有している。
すなわち、第1具体例の第1画素13aは、R、Gのサブ画素において切り欠きの箇所が逆となっており、G、Bのサブ画素において切り欠きの箇所が逆となっている。すなわち、R、Bのサブ画素において切り欠きの箇所は同じとなっている。
第1具体例の第2画素13bは、図4(b)に示すように、R(赤)、G(緑)、B(青)のサブ画素14Rb、14Ga、14Bbを有しており、各サブ画素は画面の縦方向に面積が同じ2つの部分に分割されている。例えば、サブ画素14Rbは、上部の第1サブ画素部分14R1bと、下部の第2サブ画素部分14R2bとを備え、第1サブ画素部分14R1bと第2サブ画素部分14R2bの面積が同じとなっている。第1サブ画素部分14R1bは右下部に切り欠きを有し、第2サブ画素部分14R2bは左上部に切り欠きを有している。
また、サブ画素14Gaは、上部の第1サブ画素部分14G1aと、下部の第2サブ画素部分14G2aとを備え、第1サブ画素部分14G1aと第2サブ画素部分14G2aの面積は同じとなっている。第1サブ画素部分14G1aは左下部に切り欠きを有し、第2サブ画素部分14G2aは右上部に切り欠きを有している。
サブ画素14Bbは、上部の第1サブ画素部分14B1bと、下部の第2サブ画素部分14B2bとを備え、第1サブ画素部分14B1bと第2サブ画素部分14B2bの面積は同じとなっている。第1サブ画素部分14B1bは右下部に切り欠きを有し、第2サブ画素部分14B2bは左上部に切り欠きを有している。
また、第1具体例の第1画素13aと同様に、第1具体例の第2画素13bは、R、Gのサブ画素において切り欠きの箇所が逆となっており、G、Bのサブ画素において切り欠きの箇所が逆となっている。すなわち、R、Bのサブ画素において切り欠きの箇所は同じとなっている。しかし、第1具体例の第1画素13aの一つの色のサブ画素は、第1具体例の第2画素13bの対応する色のサブ画素とは切り欠きの位置が異なっている。したがって、第1具体例の第1および第2画素13a、13bは、面積が同じであるが、形状が異なっている。
第1および第2画素13a、13bの第2具体例を図5(a)、5(b)にそれぞれ示す。第2具体例の第1画素13aは、図5(a)に示すように、R(赤)、G(緑)、B(青)のサブ画素14Ra、14Ga、14Baを有している。また、第2具体例の第2画素13bは、図5(b)に示すように、R(赤)、G(緑)、B(青)のサブ画素14Rb、14Gb、14Bbを有している。第2具体例の第1画素13aのR、G、Bのサブ画素の切り欠きの位置は同じであり、第2具体例の第2画素13bのR、G、Bのサブ画素の切り欠きの位置は同じである。しかし、第2具体例の第1画素13aの一つの色のサブ画素は、第2具体例の第2画素13bの対応する色のサブ画素とは切り欠きの位置が異なっている。第1具体例と同様に、第2具体例においても、第2具体例の第1および第2画素13a、13bは、面積が同じであるが、形状が異なっている。
なお、本実施形態においては、表示画面は、面積が同じで形状の異なる2種類の画素13a、13bが交互に配置された構成を有していた。このような構成とすることにより、パネルが液晶パネルの場合には、視野角を広くすることができるという利点がある。また、表示画面が、面積が同じで形状の異なる3種類以上の画素が交互に配置された構成であってもよい。この場合もパネルが液晶パネルの場合には、視野角を広くすることができる。
このような表示画面を有する平面表示部12の縦方向に対して、光線制御素子20の長手方向を傾けて配置した立体映像表示装置において、立体映像を表示した場合には、同一の色を表示画面に表示した場合に、色の濃淡が発生してしまう。そこで、第1実施形態においては、輝度制御部16bによって、隣接する第1画素13aと第2画素13bに対して、映像生成部16aから生成された映像が同じ色の映像信号であっても、輝度制御部16bによって異なる輝度を与えるように制御する。第1画素13aおよび第2画素13bそれぞれに対する輝度の変化量は画素の液晶パネル上の位置や、入力される映像信号の色の諧調によって異なる。また、光線制御子の屈折率が変化可能である場合は、立体映像表示を行う場合のみ第1画素13aおよび第2画素13bの輝度を変化させ、2次元映像表示の場合には、第1画素13aおよび第2画素13bの輝度は変化させない。
輝度を変化させる具体的な方法は、以下のように行う。
1)輝度を制御する際に、画面全体での輝度の総量は変化させないようにする。例えば、
a)第1画素13aと第2画素13bの輝度の平均値が、輝度を変化させる前の画面と同じ輝度になるように制御する。したがって、第1画素13aの輝度を上げた場合は第2画素13bの輝度を下げて制御前と制御後の輝度の平均値が同じとなるようにする。
b)表示パネル上の座標や色の諧調によって輝度の制御量を変える場合、隣接する画素との輝度の平均値が元の輝度の平均値と一致するよう操作する。
なお、いずれも輝度の変化量は、画素の液晶パネル上の位置や、入力される映像信号の色の諧調によって異なる。
2)色の階調に応じて輝度を制御する場合は、以下のa)、b)の2つの内のいずれかの方法で行う。
a)中間の諧調において、第1画素と第2画素間の輝度の差が最も大きくなるように制御する。このためには、輝度制御部によって輝度の変更が行われる前の画素の輝度は以下のように設定される。例えば、図4または図5に示すように、1つの画素が6つのサブ画素部分から構成されている場合には、入力された映像信号の階調が最大階調Imaxの半分であるときに、1つの画素のうちの例えば上方の3つのサブ画素部分を最大階調Imaxとし、下方の3つのサブ画素部分を最小階調(=0)とする。そして、入力された映像信号の階調がImax/2よりも大きい場合は、1つの画素のうち上方の3つのサブ画素部分を最大階調Imaxとし、下方の3つのサブ画素部分の階調は、この階調と最大階調Imaxとの平均が入力された映像信号の階調となるように設定される。すなわち、この場合、下方の3つのサブ画素部分の階調は、入力された映像信号の階調の2倍から最大階調Imaxを減算した値となる。
また、入力された映像信号の階調がImax/2よりも小さい場合は、1つの画素のうち下方の3つのサブ画素部分は最小階調とし、上方の3つのサブ画素部分の階調は、この階調と最大階調Imaxとの平均が入力された映像信号の階調となるように設定される。すなわち、この場合、上方の3つのサブ画素部分の階調は、入力された映像信号の階調の2倍となる。
このように輝度制御部によって画素の輝度を変化する前の画素の輝度を設定し、輝度制御部による輝度の変化は、入力された映像信号の階調に応じて図6に示す特性を満たすように行う。図6において、横軸は入力された映像信号の階調であり、第1画素13aの階調をA、第2画素13bの階調をBとするとき、縦軸は|A−B|を示す。この図6からわかるように、入力された映像信号の階調が最大階調Imaxの半分±αのときに、変化後の第1画素と第2画素の輝度の差が最大となる。ここでαはマージンを表し、αがゼロでないとき、第1画素と第2画素の差が最大となるのはImaxの半分から前後した値となる。
なお、図6に示す特性の最大値は、Imax以下の値となる。そして、輝度制御部によって変化される前の第1画素および第2画素の輝度の平均値と、変化後の第1画素および第2画素の輝度の平均値が同じとなるように、輝度制御部によって制御される。また、輝度の変化量は、視聴者が色むらを視認できない範囲とし、この調整は、一般に立体映像表示装置の出荷前に行われる。なお、輝度の変化量は、出荷後に視聴者がリモートコントローラを介して調整できるようにしてもよい。
b)最大の諧調において、第1画素と第2画素間の輝度の差が最も大きくなるように制御する。このためには、輝度制御部によって輝度の変更が行われる前の画素の輝度は以下のように設定される。例えば、図4または図5に示すように、1つの画素が6つのサブ画素部分から構成されている場合には、6つのサブ画素の全てが入力された映像信号の階調となるように設定される。
このように輝度制御部によって画素の輝度を変化する前の画素の輝度を設定し、輝度制御部による輝度の変化は、入力された映像信号の階調に応じて図7に示す特性を満たすように行う。図7において、横軸は入力された映像信号の階調であり、第1画素13aの階調をA、第2画素13bの階調をBとするとき、縦軸は|A−B|を示す。この図7からわかるように、入力された映像信号の階調が最大階調Imaxのときに、輝度が変化後の第1画素と第2画素の差が最大となる。なお、図7に示す特性の最大値は、Imax以下の値となる。そして、輝度制御部によって変化される前の第1画素および第2画素の輝度の平均値と、変化後の第1画素および第2画素の輝度の平均値が同じとなるように、輝度制御部によって制御される。また、輝度の変化量は、視聴者が色むらを視認できない範囲とし、この調整は、一般に立体映像表示装置の出荷前に行われる。なお、輝度の変化量は、出荷後に視聴者がリモートコントローラを介して調整できるようにしてもよい。
以上説明したように、第1実施形態によれば、入力された映像信号の階調が同じであっても、面積が同じで形状の異なる隣接する画素に異なる輝度を与えるように、制御することにより、色むらの影響を低減することができ、表示品質の良好な立体画像を表示することができる。
なお、第1実施形態においては、面積が同じで形状の異なる画素の例として、図4または図5に示す例を挙げたが、これらに限られるものではない。
(第2実施形態)
第2実施形態の立体映像表示装置を図8(a)、8(b)を参照して説明する。この第2実施形態の立体映像表示装置は、第1実施形態の立体映像表示装置においては、光線制御子20の光学的開口部の延在する方向は、平面表示部12の表示画面の縦方向(列方向)に対して斜めに傾けた構成となっていた。しかし、この第2実施形態の立体映像表示装置においては、光線制御子20の光学的開口部の延在する方向は、平面表示部12の表示画面の縦方向(列方向)に対して平行となるように構成されている以外は、第1実施形態と同じ構成となっている。この第2実施形態の立体映像表示装置に用いられる光線制御子20の例を図8(a)、8(b)に示す。例えば、光線制御子20が、複数のシリンドカルレンズ21からなるレンチキュラーシート20aである場合の斜視図を図8(a)に示し、スリット20bである場合の斜視図を図8(b)に示す。図8(a)、8(b)において、Psは光線制御子20の光学的開口部のピッチを示す。図8(b)においてPpはスリットの開口部のサイズを示している。
この第2実施形態の立体映像表示装置も、第1実施形態と同様に、色むらの影響を低減することができ、表示品質の良好な立体画像を表示することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10 平面表示装置
12 平面表示部(表示パネル)
16 駆動部
16a 映像生成部
16b 輝度制御部
20 光線制御子
100 視聴者
本実施形態による立体映像表示装置は、面積が同一であって配置された形状の異なる第1および第2画素が行方向および列方向に交互に配列された表示面を有する平面表示装置と、前記平面表示装置の前記表示面の前面に配置され、前記平面表示装置からの光線の方向を制御する光線制御子と、入力された映像信号から立体像表示用映像または2次元像表示用映像を生成する映像生成部と、前記映像生成部によって生成された映像を表示する、隣接する前記第1および第2画素の輝度を変化させ、変化前後における前記第1および第2画素の平均輝度が同じとなるように制御する輝度制御部と、を備えている。

Claims (9)

  1. 面積が同一で形状の異なる第1および第2画素が行方向および列方向に交互に配列された表示面を有する平面表示装置と、
    前記平面表示装置の前記表示面の前面に配置され、前記平面表示装置からの光線の方向を制御する光線制御子と、
    入力された映像信号から立体像表示用映像または2次元像表示用映像を生成する映像生成部と、
    前記映像生成部によって生成された映像を表示する、隣接する前記第1および第2画素の輝度を変化させ、変化前後における前記第1および第2画素の平均輝度が同じとなるように制御する輝度制御部と、
    を備えている立体映像表示装置。
  2. 前記第1および第2画素の輝度の変化量は、前記第1および第2画素の表示面における位置および前記入力された映像信号の階調によって設定される請求項1記載の立体映像表示装置。
  3. 前記輝度制御部は、中間付近の階調において、前記第1および第2画素の輝度の差が最大となるように制御する請求項1記載の立体映像表示装置。
  4. 前記輝度制御部は、最大の階調において、前記第1および第2画素の輝度の差が最大となるように制御する請求項1記載の立体映像表示装置。
  5. 前記輝度制御部は、前記映像生成部によって生成された映像が立体映像表示用映像であるときに、前記第1および第2画素の輝度を変化させるように制御する請求項1記載の立体映像表示装置。
  6. 前記第1および第2画素はそれぞれ赤、緑、青のサブ画素を有し、各サブ画素は行方向の長さが列方向の長さよりも小さい形状を有するとともに列方向の上下に面積が同じ第1および第2部分に分割され、各サブ画素の上方の第1部分は左下方または右上方に切り欠きを有し、下方の第2部分は右上方または左上方に切り欠きを有し、同じサブ画素の第1および第2部分は行方向における切り欠きの位置が異なり、前記第1画素のサブ画素の切り欠きの位置と、前記第1画素のサブ画素と同じ色の前記第2画素のサブ画素の切り欠きの位置が逆になっている請求項1記載の立体映像表示装置。
  7. 前記光線制御子は、複数のレンズであって、各レンズは稜線が第1方向に伸張するとともに前記第1方向に直交する第2方向に並んで配置された複数のレンズを有するレンチキュラーシートであって、各レンズは、前記第1方向が前記表示面の列方向に対して傾いている請求項1記載の立体映像表示装置。
  8. 前記光線制御子は、複数のレンズであって、各レンズは稜線が第1方向に伸張するとともに前記第1方向に直交する第2方向に並んで配置された複数のレンズを有するレンチキュラーシートであって、各レンズは、前記第1方向が前記表示面の列方向に対して平行に配置される請求項1記載の立体映像表示装置。
  9. 面積が同一で形状の異なる第1および第2画素が行方向および列方向に交互に配列された表示面を有する平面表示装置と、前記平面表示装置の前記表示面の前面に配置され、前記平面表示装置からの光線の方向を制御する光線制御子と、を有する立体映像表示装置を用いて立体映像を表示する立体映像表示方法において、
    入力された映像信号から立体像表示用映像または2次元像表示用映像を生成するステップと、
    前記生成された映像を表示する、隣接する前記第1および第2画素の輝度を変化させ、変化前後における前記第1および第2画素の平均輝度が同じとなるように制御するステップと、
    を備えている立体映像表示方法。
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