JP2013228452A - 偏光メガネ、分光メガネ、表示装置及び方法、投影装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 時分割で画像を表示する場合、観察者が増えることで表示フレームレートが落ちてしまう。これにより、観察者が見る画像にフリッカが発生し、画質が劣化する。
【解決手段】 異なる偏光特性を有する複数のフィルムを備えた表示装置に同期して透過する光をシャッターにより制御する、これら複数の偏光特性の少なくとも一つの偏光特性を有することを特徴とする偏光メガネ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異なる偏光特性、又は分光透過特性を有するフィルムを備えるメガネ及び表示装置、並びにそれらの制御方法に関する。

一つの表示装置を用いて、複数の観察者に対して各観察者の位置に対応した画像を表示する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２）。これらの特許文献では、各観察者に対応する画像を時分割により表示装置に表示し、その表示タイミングにあわせて液晶シャッターメガネの開閉を制御することで、各観察者に異なる画像を提示する。

特開２００１−２１６５３２ 特開２００２−１０３００

上記特許文献のように時分割で画像を表示する場合、観察者が増えることで表示フレームレートが落ちてしまう。これにより、観察者が見る画像にフリッカが発生し、画質が劣化する。そこで本発明では、上記フリッカの抑制を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の偏光メガネは、異なる偏光特性を有する複数のフィルムを備えた表示装置に同期して透過する光をシャッターにより制御する、前記複数の偏光特性の少なくとも一つの偏光特性を有することを特徴とする。

本発明は、画像表示時のフリッカを抑制する効果を奏する。

本発明の実施例１としての画像処理装置を適用可能な構成を示すブロック図である。 画像表示部１１９を説明する図である 画像分離部１０１〜１０４を説明する図である 画像分離部１０１〜１０４の偏光フィルタについて説明する図である 液晶シャッター１０７の開閉タイミングを表す図である 表示画像と各観察者が観察する画像を説明する図である レンダリング部１１５の処理の流れを示す図である 各観察者の位置と各観察者が見る画像を示す図である レンダリング領域を説明する図である 表示画像生成部１１６の処理の流れを示す図である。 表示画像の説明をする図である 観察者が６人の場合の同期信号を示す図である 画像生成部１１２のシステム構成例を示す図である 実施例２における画像表示部１１９を説明する図である 実施例２における表示画像生成部１１６の処理の流れを説明する図である 表示画像Ａ及び表示画像Ｂを説明する図である

［実施例１］
＜画像処理装置の構成図＞
図１は、本発明の実施例１の画像処理装置に適用可能なシステムの構成を示したブロック図である。実施例１では、４人の観察者それぞれが偏光メガネを用いて画像表示部を観察することを前提とした構成を説明する。

偏光メガネである画像分離部１０１〜１０４は、各観察者がそれぞれ対応する画像を見られるように表示画像を分離する。同時に、各観察者の位置情報を取得し出力する。各画像分離部は、異なる偏光特性を有する偏光フィルム及び液晶シャッター１０７を備え、これらを用いて表示画像を分離する。偏光フィルムは、偏光特性の異なる偏光フィルムＡ１０８または偏光フィルムＢ１０９のいずれかを使用する。実施例１において、偏光フィルムＡ１０８は右円偏光特性、偏光フィルムＢ１０９は左円偏光特性を持つものとする。ここでは、画像分離部Ａ１０１及び画像分離部Ｃ１０３は偏光フィルムＡ１０８を、画像分離部Ｂ１０２及び画像分離部Ｄ１０４は偏光フィルムＢ１０９をそれぞれ備える。同期信号入力端子１０５は、液晶シャッター１０７の開閉のタイミングを決める同期信号を入力する端子である。制御部１０６は、入力端子１０５より得られる同期信号を基に液晶シャッターの開閉を制御する。位置取得部１１０は、観察者の位置情報を取得する。位置情報出力端子１１１は、位置情報取得部１１０より得られる位置情報を外部へ出力する端子である。画像分離部１０１〜１０４の詳細については後で述べる。

画像生成部１１２は、画像分離部１０１〜１０４より得られる位置情報を基に表示画像を生成し出力する。また、表示画像の出力に合わせて液晶シャッター１０７を制御するための同期信号を出力する。位置情報入力端子１１３は、４人の観察者の位置情報を入力する端子である。３Ｄデータ１１４は、仮想三次元空間内に存在するオブジェクトの頂点データやテクスチャ、画像を表示するディスプレイに対応した仮想スクリーン頂点位置情報、光源の情報などを含む。レンダリング部１１５は、入力端子１１３から得られる各観察者の位置情報及び３Ｄデータ１１４を用いて４人の観察者用の画像をそれぞれレンダリングし出力する。表示画像生成部１１６は、レンダリング部より入力される画像を基に表示画像を生成し出力する。同時に、液晶シャッター１０７を制御するための同期信号を出力する。表示画像出力端子１１７は、表示画像を出力するための端子である。同期信号出力端子１１８は同期信号を出力するための端子である。画像生成部１１２の詳細は後で述べる。

画像表示部１１９は、画像生成部１１２より得られる表示画像を表示する。実施例１において、画像表示部１１９は偏光フィルタＡ１０８及び偏光フィルタＢ１０９を備えたディスプレイである。表示画像入力端子１２０は、表示画像を入力する為の端子である。図２は画像表示部１１９を示す図である。表示画素の奇数ラインには偏光フィルムＡ１０８、偶数ラインには偏光フィルムＢ１０９を備える。ここで使用する偏光フィルムＡ１０８及び偏光フィルムＢ１０９は、画像分離部で使用したものと同様の偏光特性を持つ。すなわち、表示画像の奇数ラインは右円偏光特性、偶数ラインは左円偏光特性を持つ。以上の方法により、画像表示部１１９では２種類の偏光特性を持つ画像を同じタイミングで表示する。

図１３は、画像生成部１１２のシステム構成例を示す図である。ＣＰＵ１３０１は、ＲＡＭ１３０４をワークメモリとして、ＲＯＭ１３０３及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１３０９に格納されたプログラムを実行し、システムバス１３０５を介して後述する各構成を制御する。これにより、後述する様々な処理が実行される。ＧＰＵ１３０２は、ＲＡＭ１３０４をワークメモリとして、ＲＯＭ１３０３及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１３０９に格納されたプログラムを実行することで、レンダリング処理や物理演算等の計差を行う。入力インタフェイス（Ｉ／Ｆ）１３０６は、キーボードやマウス、デジタルカメラ、スキャナ、赤外線センサなどの入力デバイス１３０７を接続する、例えばＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等のシリアルバスインタフェイスである。ＣＰＵ１３０１は、入力Ｉ／Ｆ１３０６を介して入力デバイス１３０７からデータを読み込むことが可能である。ＨＤＤインタフェイス（Ｉ／Ｆ）１３０８は、ＨＤＤ１３０９や光ディスクドライブなどの二次記憶装置を接続する、例えばシリアルＡＴＡ（ＳＡＴＡ）等のインタフェイスである。ＣＰＵ１３０１は、ＨＤＤＩ／Ｆ１３０８を介して、ＨＤＤ１３０９からのデータ読み出し、およびＨＤＤ１３０９へのデータ書き込みが可能である。さらにＣＰＵ１３０１は、ＨＤＤ１３０９に格納されたデータをＲＡＭ１３０４に展開し、同様に、ＲＡＭ１３０３に展開されたデータをＨＤＤ１３０９に保存することが可能である。そしてＣＰＵ１３０１は、ＲＡＭ１３０４に展開したデータをプログラムとみなし、実行することができる。出力インタフェイス（Ｉ／Ｆ）１３１０は、モニタやプリンタ等の出力デバイス１３１１を接続する、例えばＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４、ＤＶＩ、ＨＤＭＩ等のインタフェイスである。ＣＰＵ１３０１は、出力インタフェイス１３１０を介して出力デバイス１３１１にデータを送り、表示や記録を実行させることができる。なお、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等の双方向通信インタフェイスを利用すれば、入力Ｉ／Ｆ１３０６と出力Ｉ／Ｆ１３１０を一つにまとめることができる。

＜画像分離部＞
図３は、画像分離部１０１〜１０４の概観を示す図である。画像分離部１０１〜１０４は偏光フィルム及び液晶シャッター１０７を備えており、各観察者は画像分離部を装着して偏光フィルム及び液晶シャッター１０７越しに画像表示部１１９に表示される画像を観察する。また、位置情報取得部１１０によって装着した観察者の位置情報を取得し出力する。ここでは、観察者をＡＢＣＤとし、各観察者はＡから順に画像分離部ＡＢＣＤを装着するものとする。

図４は画像分離部１０１から１０４に使用する偏光フィルムについて説明した図である。画像分離部Ａ１０１及び画像分離部Ｃ１０３は右円偏光特性を持つ偏光フィルムＡ１０８を、画像分離部Ｂ１０２及び画像分離部Ｄ１０４は左円偏光特性を持つ偏光フィルムＢ１０９を備えている。このため、観察者Ａ及びＣは右円偏光特性をもつ画像を、観察者Ｂ及びＤは左円偏光特性をもつ画像をそれぞれ観察できる。画像表示部１１９に表示される画像の偶数ライン（偶数走査線）は右円変更特性、奇数ライン（奇数走査線）は左円変更特性を持つため、観察者Ａ及びＣは偶数ラインのみを、観察者Ｂ及びＤは奇数ラインのみ選択的に観察できる。

液晶シャッター１０７は、制御部１０６によって開閉を制御される。制御部１０６は、液晶シャッター１０７を左右同時に開閉するよう制御する。液晶シャッターの開閉は画像生成部１１２から送信される同期信号を基に、信号がＯＮの場合にシャッターを開き、ＯＦＦの場合にシャッターを閉じるように制御する。表示画像を分離するため、画像分離部Ａ１０１及び画像分離部Ｃ１０３に送信する同期信号Ａと、画像分離部Ｂ１０２及び画像分離部Ｄ１０４に送信する同期信号ＢではＯＮ／ＯＦＦを排他的な関係にする。ここでは、図５に示すように表示画像が奇数フレームの場合は同期信号ＡがＯＮで同期信号ＢがＯＦＦ、偶数フレームの場合は同期信号ＡがＯＦＦで同期信号ＢＣＤがＯＮとする。各画像分離部の制御部１０６では同期信号がＯＮのときに液晶シャッター１０７を開き、同期信号がＯＦＦの時に液晶シャッターを閉じるように制御を行う。こうすることで、観察者Ａ及びＢは奇数フレームのみを、観察者Ｃ及びＤは偶数フレームのみを選択的に観察できる。

上記のように偏光フィルタと及び液晶シャッター１０７を利用することで、観察者ＡＢＣＤはそれぞれ異なる画像を観察可能となる。具体的には図６に示すように、観察者Ａは奇数フレームの奇数ラインのみ、観察者Ｂは奇数フレームの偶数ラインのみ、観察者Ｃは偶数フレームの奇数ラインのみ、観察者Ｄは偶数フレームの偶数ラインのみを選択的に観察可能となる。このとき、単純に液晶シャッターを用いて時分割した場合と比べ、各観察者が観察する画像のフレームレートは２倍となる。このため観察時のフリッカを抑制することができる。

位置情報取得部１１０は、磁気式センサを用いて観察者の三次元座標を位置情報として取得する。取得した位置情報は位置情報出力端子１１１より無線通信等により画像生成部１１２へ出力する。上記の方法により、観察者の位置情報を画像生成部１１２へ送信する。

以上説明したように、画像分離部１０１〜１０４は、各観察者がそれぞれ対応する画像を見られるように表示画像を分離する。また、各観察者の位置を取得し出力する。

＜画像生成装置＞
画像生成部１１２は、画像分離部１０１〜１０４より得られる位置情報を基に各観察者用の画像（以降、レンダリング画像と呼ぶ）をレンダリングし、それらを用いて表示画像を生成し出力する。また、表示画像の出力と同期して液晶シャッター１０７の開閉を制御に用いる同期信号を出力する。

図７はレンダリング部１１５の処理の流れを示す図である。まずステップＳ７０１では、３Ｄデータ１１４を入力する。３Ｄデータ１１４には、仮想三次元空間内に存在するオブジェクトの頂点データやテクスチャ、画像を表示するディスプレイに対応した仮想スクリーン頂点位置情報、光源の情報などが含まれる。続いてステップＳ７０２では、位置情報入力端子１１３より観察者の位置情を入力する。Ｓ７０３では、入力された３Ｄデータと各観察者の位置情報とを基に、各観察者に対する４つのレンダリング領域を設定する。図８に示すように、ディスプレイ越しに三次元的に３Ｄオブジェクトを表示する場合、観察者の位置に応じて３Ｄオブジェクトの見え方を変える必要がある。このため、観察者の位置情報と仮想ディスプレイの頂点情報とを用いて観察者ごとにレンダリング領域を設定する。具体的には、観察者の位置から仮想スクリーンの各頂点への４つのベクトルに囲まれる領域をレンダリング領域とする（図９）。このように観察者の位置に応じてレンダリング領域が変化するため、観察者の位置に応じた画像を生成することができる。Ｓ７０４では、設定した４つのレンダリング領域を基に各観察者に対する画像（以降レンダリング画像）をそれぞれレンダリングする。レンダリングにはテクスチャマッピングやレイトレーシングが適用可能である。Ｓ７０５では、４つのレンダリング画像ＡＢＣＤを出力し処理を終了する。

図１０は表示画像生成部１１６の処理の流れを示す図である。表示画像生成部１１６は、画像表示部１１９の表示画面上の所定領域（偶数ライン、奇数ライン）ごとに、位置情報に基づく表示画像を生成する。

まず、ステップＳ１００１では、レンダリング部より４つのレンダリング画像ＡＢＣＤを入力する。ステップＳ１００２では、レンダリング画像ＡＢＣＤを合成し表示画像を生成する。このとき、図１１に示すようにレンダリング画像Ａは奇数フレームの奇数ライン、レンダリング画像Ｂは奇数フレームの偶数ライン、レンダリング画像Ｃは偶数フレームの偶数ライン、レンダリング画像Ｄは偶数フレームの偶数ラインとなるように各フレームを生成する。ここで「ライン」は走査線を示す。ステップＳ１００３では、生成した表示画像及び同期信号を出力する。このとき。表示画像の奇数フレームを出力する際は、画像分離部Ａ１０１及び画像分離部Ｂ１０２へＯＮ信号、画像分離部Ｃ１０３及び画像分離部Ｄ１０４へＯＦＦ信号を同期信号として出力する。また、表示画像の偶数フレームを出力する際は、画像分離部Ａ１０１及び画像分離部Ｂ１０２へＯＦＦ信号、画像分離部Ｃ１０３及び画像分離部Ｄ１０４へＯＮ信号を同期信号として出力する。

以上説明したように、画像生成部１１２は、画像分離部１０１〜１０４より得られる位置情報を基に表示画像を生成し出力する。また、表示画像の出力に合わせて液晶シャッター１０７を制御するための同期信号を出力する。

なお、本実施例１では、観察者が４人の場合で説明したが、５人以上の場合にも適応可能である。例として６人の場合で説明する。その際は、偏光フィルムＡ１０８を備えた画像分離部と、偏光フィルムＢ１０９を備えた画像分離部を１つずつ追加する。さらに同期信号のタイミングを図１２に示すように変更すればよい。こうすることで、観察者Ａは１フレーム目の奇数ラインのみ、観察者Ｂは１フレームの偶数ラインのみ、観察者Ｃは２フレームの奇数ラインのみを選択的に観察可能となる。更に、観察者Ｄは２フレームの偶数ラインのみ、観察者Ｅは３フレーム目の奇数ラインのみ、観察者Ｆは３フレームの偶数ラインのみを選択的に観察可能となる。

また、本実施例１では位置情報の取得に磁気式センサを用いていたが、他にも光学センサ、加速度センサ、超音波センサ等の位置センサを使用してもかまわない。

また、本実施例１ではレンダリング部で位置情報を基に画像をレンダリングしていたが、あらかじめ用意しておいた画像データを位置情報に応じて切り替えて出力してもかまわない。

さらに、本実施例１では偏光フィルムＡ１０８、偏光フィルムＢ１０９に左円偏光フィルムを使用していたが、直線偏光フィルムでもよい。その際は、偏光フィルムＡ１０８を縦偏光、偏光フィルムＢ１０９を横偏光とすることで同様に表示画像の分離が可能である。また、偏光フィルムの代わりに、異なる分光透過特性を持つ２種類の分光フィルムを用いてもよい。この場合、画像分離部は分光メガネとなる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、偏光フィルムと液晶シャッターにより観察可能な画像を分離することで、画像を観察する際のフレームレートを向上させ、フリッカの発生を抑制することができる。

［実施例２］
本発明の実施例１において、画像表示部はディスプレイを使用する構成であった。本実施形態２では、画像表示部にプロジェクタを使用する構成とする。本発明の第２の実施形態である画像処理装置に適用可能な構成は図１に示す画像処理装置と比較して画像表示部１１９及び表示画像生成部１１６が異なる。

図１４は、実施例２における画像表示部１１９を示した図である。本実施例２では、２台のプロジェクタを用いて同一のスクリーンへ表示画像を投影する。このとき、プロジェクタＡで表示する画像は、偏光フィルムＡ１０８を透過しスクリーンへ投影する。また、プロジェクタＢで表示する画像は、偏光フィルムＢ１０９を透過しスクリーンへ投影する。

実施例２における表示画像生成部１１６は、レンダリング部１１５より入力されるレンダリング画像を基に、プロジェクタＡで表示する表示画像ＡとプロジェクタＢで表示する表示画像Ｂを生成する。また、表示画像Ａ及び表示画像Ｂの出力と同期して液晶シャッター１０７の開閉を制御に用いる同期信号を出力する。

図１５は、実施例２における表示画像生成部１１６の処理の流れを示す図である。まず、ステップＳ１５０１では、レンダリング部より４つのレンダリング画像ＡＢＣＤを入力する。ステップＳ１５０２では、レンダリング画像ＡＢＣＤを合成し表示画像Ａ及び表示画像Ｂを生成する。ここでは、図１６に示すように表示画像Ａはレンダリング画像Ａが奇数フレーム、レンダリング画像Ｃが偶数フレームとなるように生成する。また、表示画像Ｂはレンダリング画像Ｂが奇数フレーム、レンダリング画像Ｄが偶数フレームになるように生成する。そして、ステップＳ１５０３では、生成した表示画像Ａ、表示画像Ｂ及び同期信号を出力する。このとき、表示画像Ａ及び表示画像Ｂの奇数フレームを出力する際は、画像分離部Ａ１０１及び画像分離部Ｂ１０２へＯＮ信号、画像分離部Ｃ１０３及び画像分離部Ｄ１０４へＯＦＦ信号を同期信号として出力する。また、表示画像Ａ及び表示画像Ｂの偶数フレームを出力する際は、画像分離部Ａ１０１及び画像分離部Ｂ１０２へＯＦＦ信号、画像分離部Ｃ１０３及び画像分離部Ｄ１０４へＯＮ信号を同期信号として出力する。

以上のようにすることで、観察者ＡはプロジェクタＡの奇数フレームのみ、観察者ＢはプロジェクタＢの奇数フレームのみ、観察者ＣはプロジェクタＡの偶数フレームのみ、観察者ＤはプロジェクタＢの偶数フレームのみを選択的に観察可能となる。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、表示装置の解像度を損なわずに画像を観察する際に発生するフリッカを抑制することができる。

＜その他の実施例＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (17)

1. 異なる偏光特性を有する複数のフィルムを備えた表示装置に同期して透過する光をシャッターにより制御する、前記複数の偏光特性の少なくとも一つの偏光特性を有するフィルムを備える偏光メガネ。
2. 更に、位置情報を取得する位置情報取得手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏光メガネ。
3. 前記表示装置に表示される画像は、前記位置情報取得手段により取得された位置情報に基づいて生成されることを特徴とする請求項２に記載の偏光メガネ。
4. 前記表示装置の表示画面上の所定領域ごとに偏光特性が異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の偏光メガネ。
5. 前記所定領域は前記表示装置の表示画面上の走査線であることを特徴とする請求項４に記載の偏光メガネ。
6. 異なる分光透過特性を有する複数のフィルムを備えた表示装置に同期して透過する光をシャッターにより制御する、前記複数の分光透過特性の少なくとも一つの分光透過特性を有するフィルムを備える分光メガネ。
7. 異なる偏光特性を有するフィルムを備えた複数の偏光メガネと同期して表示画面上の画像を制御し、前記複数の異なる偏光特性を有するフィルムを備える表示装置。
8. 前記偏光メガネの位置情報に基づいて、前記表示装置に表示される画像を制御することを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
9. 前記表示装置の表示画面上の所定領域ごとに偏光特性が異なることを特徴とする請求項７又は８に記載の表示装置。
10. 前記所定領域は前記表示装置の表示画面上の走査線であることを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
11. 異なる偏光特性を有するフィルムを備えた複数の偏光メガネと同期して投影する画像を制御する、前記複数の異なる偏光特性を有するフィルムを備える投影装置。
12. 異なる分光透過特性を有するフィルムを備えた複数の分光メガネと同期して表示画面上の画像を制御し、前記複数の異なる分光透過特性を有するフィルムを備える表示装置。
13. 偏光メガネの制御方法であって、
    異なる偏光特性を有する複数のフィルムを備えた表示装置に同期して透過する光をシャッターにより制御する制御工程を有し、
    前記偏光メガネは、前記複数の偏光特性の少なくとも一つの偏光特性を有するフィルムを備えることを特徴とする偏光メガネの制御方法。
14. 表示装置の制御方法であって、
    異なる偏光特性を有するフィルムを備えた複数の偏光メガネと同期して表示画面上の画像を制御する制御工程を有し、
    前記表示装置は、前記複数の異なる偏光特性を有するフィルムを備えることを特徴とする表示装置の制御方法。
15. 投影装置の制御方法であって、
    異なる偏光特性を有するフィルムを備えた複数の偏光メガネと同期して投影する画像を制御する制御工程を有し、
    前記投影装置は、前記複数の異なる偏光特性を有するフィルムを備えることを特徴とする投影装置の制御方法。
16. コンピュータに、請求項１３乃至１５の何れか１項に記載の制御方法を実行させるためのプログラム。
17. コンピュータに、請求項１３乃至１５の何れか１項に記載の制御方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。