JP2013247483A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の領域に分割された光源部を用いて、光源部の温度変化および経年変化に対して光源部の発光色を一定に保つことができ、かつ、３Ｄクロストークを抑制することが可能な立体画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】立体画像表示装置は、液晶パネル部８と、光源部６と、光検出部４と、光源制御部５と、シャッターメガネ部９と、発光駆動信号Ｐｎと光検出ゲート信号ＧＥとシャッター切換信号ＳＬ，ＳＲとを画像同期信号Ｖに同期して生成するタイミング生成部２とを備えている。タイミング生成部２は、液晶パネル部８における走査に応じて光源部６の各領域を発光させつつ、所定の期間においては光源部６の全ての領域を発光させる発光駆動信号Ｐｎを生成し、所定の期間において、光検出部４の検出を有効にする光検出ゲート信号ＧＥを生成するとともに、左右シャッターを非透過に切り換えるためのシャッター切換信号ＳＬ，ＳＲを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネルに右眼用画像と左眼用画像をそれぞれ時分割で表示し、シャッターを用いて右眼用画像と左眼用画像を分離して立体映像を表示する立体画像表示装置に関するものである。

近年、ユーザが擬似的に立体感を得るための画像表示技術として、両眼視差を利用した立体画像表示技術がある。この立体画像表示技術として、左眼用画像と右眼用画像を時間的に交互に切り替えてディスプレイに表示すると同時に、画像が切り替わるタイミングに同期して左右それぞれの視界を閉じるシャッター眼鏡を用いて左右の視界を時間的に分離し、ユーザの左右眼にそれぞれ左眼用画像と右眼用画像を見せる方式が提案されている。

上記の立体画像表示装置においては、ユーザの右眼に本来入射されない左眼用画像、あるいは左眼に本来入射されない右眼用画像が入射される３Ｄクロストークが発生するという問題がある。

また、液晶パネルの背面で発光するバックライトとして使用される光源が、温度変化および経年変化によって輝度およびホワイト色が変わってしまうという問題がある。

これらの問題に対して、特許文献１に記載の液晶表示装置では、発光色が異なる３種類のバックライトと、発光色に対応した光センサにより、バックライトの温度変化および経年変化に対して、常に発光色が設定値と等しくなるように動作させる技術が開示されている。

特許文献２に記載の立体映像表示装置では、分割されたバックライトを映像と同期して走査し、短い期間順次点灯すること（バックライトスキャニング）で３Ｄクロストークを抑制できる技術が開示されている。

特開平１１−２９５６８９号公報 特開２０１０−２７６９２８号公報

しかしながら、上記２つの問題を同時に解決するために、特許文献１に記載の液晶表示装置のように、発光色が異なるバックライト光源を用いるとともに、特許文献２に記載の立体映像画像表示装置のように、分割されたバックライト光源を用いて画像と同期して走査し、短い期間で順次発光させる制御を行う場合、光センサは、隣接するバックライト光源の光量の影響を受けてしまい、光センサの出力値が一定にならないという問題がある。このため、バックライト光源の温度変化および経年変化に対してバックライト光源の発光色を一定に保つことは難しい。

そこで、本発明は、複数の領域に分割された光源部を用いて、光源部の温度変化および経年変化に対して光源部の発光色を一定に保つことができ、かつ、３Ｄクロストークを抑制することが可能な立体画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る立体画像表示装置は、画像信号に同期して所定方向に順次走査することにより、前記画像信号の階調に応じて光の透過率を変化させる液晶パネル部と、複数の領域に分割された光源部と、前記光源部の発光強度を検出する光検出部と、前記光検出部により検出された光検出値に基づいて、前記光源部の発光強度を制御する光源制御部と、左右シャッターを有し、前記左右シャッターを透過と非透過とに切り換えるシャッターメガネ部と、前記光源部を発光させる発光駆動信号と、前記光検出部に前記光源部の発光強度を検出させる光検出ゲート信号と、前記左右シャッターを透過と非透過とに切り換えるためのシャッター切換信号とを、画像同期信号に同期して生成するタイミング生成部とを備え、前記タイミング生成部は、前記液晶パネル部における前記走査に応じて前記光源部の各前記領域を発光させつつ、所定の期間においては前記光源部の全ての領域を発光させる前記発光駆動信号を生成し、前記所定の期間において、前記光検出部の検出を有効にする前記光検出ゲート信号を生成するとともに、前記左右シャッターを非透過に切り換えるための前記シャッター切換信号を生成するものである。

本発明によれば、タイミング生成部は、所定の期間においては光源部の全ての領域を発光させる発光駆動信号を生成するとともに、光検出部の検出を有効にする光ゲート検出信号を生成するため、光源部の全ての領域を同時に発光させた状態で光検出部の検出を行うことができる。このため、光源部における隣接する領域の光量の影響を受けることなく、光検出部により安定した誤差の少ない光検出値の検出を行うことができる。光源制御部は、誤差の少ない光検出値に基づいて光源部の発光強度を制御するため、光源部の温度変化および経年変化に対して、光源部の発光色を一定に保つことができる。

また、タイミング生成部は、前記所定の期間において、左右シャッターを非透過に切り換えるためのシャッター切換信号を生成するため、光源部の全ての領域を同時に発光させる期間に左右シャッターを非透過に切り換えることで、光源部の発光による３Ｄクロストークを抑制することができる。

実施の形態１に係る立体画像表示装置のブロック図である。 液晶パネル部の背面において導光部、光源部および光検出部の設置状態を示す図である。 画像変換部の動作を示すタイミングチャートである。 画像信号に対する液晶の応答と発光駆動信号の関係を示すタイミングチャートである。 発光駆動信号の生成タイミングを示すタイミングチャートの一例である。 発光駆動信号の生成タイミングを示すタイミングチャートの他の例を示す図である。 光検出およびシャッター切り換え制御を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る立体画像表示装置において、光検出およびシャッター切り換え制御を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る立体画像表示装置において、光検出およびシャッター切り換え制御を示すタイミングチャートである。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る立体画像表示装置のブロック図である。図１に示すように、立体画像表示装置は、画像変換部１と、タイミング生成部２と、基準値記録部３と、光検出部４と、光源制御部５と、光源部６と、導光部７と、液晶パネル部８と、シャッターメガネ部９とを備えている。

次に、各構成要素について説明する。画像変換部１に入力される画像信号Ｉ１は、図３に示すように、左眼画像Ｌと右眼画像Ｒが時分割で左眼画像、右眼画像のペアとなるように並び替えられた画像であるとする。また、左眼または右眼の１枚の画像フレーム時間をＴとして説明する。

図１と図３に示すように、画像変換部１は、画像信号Ｉ１を、２倍のフレーム周波数に変換し、左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の間に１枚の黒画像を挿入して、画像信号Ｉ２を作成する。すなわち、画像信号Ｉ２の左眼または右眼の１枚の画像フレーム時間は、Ｔ／２になる。また、画像変換部１は、画像信号Ｉ２に同期した左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の先頭タイミングを示す画像同期信号Ｖをタイミング生成部２へ出力する。

図１に示すように、タイミング生成部２は、画像変換部１から出力された画像同期信号Ｖと、光源部６の垂直分割数ｎに基づいて、光源部６の発光駆動信号Ｐｎを生成し光源部６へ出力するとともに、光検出ゲート信号ＧＥを生成し光検出部４へ出力する。また、タイミング生成部２は、シャッター切換信号ＳＬ，ＳＲを生成しシャッターメガネ部９へ出力する。ここで、発光駆動信号Ｐｎは垂直分割数ｎと同じ本数だけ出力され、光検出ゲート信号ＧＥは光検出部４の光センサ（図示省略）の個数分だけ出力される。

基準値記録部３は、予めユーザによって設定された基準光検出値ＭＤと基準発光強度値ＭＥを記録保持する。基準光検出値ＭＤは、光検出部４の光センサの設置数とセンサ色の組み合わせ数だけ存在し、基準発光強度値ＭＥは、分割された光源部６の個数および色数の組み合わせ数だけ存在する。

基準光検出値ＭＤおよび基準発光強度値ＭＥを決定する手法は、基準信号、例えば、全白信号を入力したとき、液晶パネル部８からの出力光またはシャッターメガネ部９からの出力光を、外部に設置した輝度計等によって測定し、出力光が、目標の輝度、ホワイトバランスおよび色温度等になるように、光源部６の各色の発光強度値を調整する。

また、液晶パネル部８の輝度および色のムラが均一となるように、分割されたそれぞれの光源部６の発光強度値を調整する。このようにして、基準値記録部３は、液晶パネル部８からの出力光およびシャッターメガネ部９からの出力光が目標の値に調整されたときの、それぞれの光センサの光検出値を基準光検出値ＭＤとして記録保持するとともに、分割された光源部６にそれぞれ入力される発光強度値を基準発光強度値ＭＥとして記録保持する。

光検出部４は、光源部６において１色以上の発光強度を検出可能な複数の光センサを備え、タイミング生成部２から出力された光検出ゲート信号ＧＥのＨｉｇｈ期間に光検出を行い、光検出値Ｄを出力する。光検出部４は、光検出値Ｄとして、例えば、発光強度に比例した電圧値を出力する。

なお、光検出部４は、輝度値を検出可能な１つの輝度センサでも、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーセンサでもよい。センサの種類はどのようなものを用いてもよく、例えば、光電セル、フォトダイオード、これらの光学フィルタと組み合わせであってもよい。多色の光センサを用いた場合は、光検出値Ｄは、色数だけ出力される。

光源制御部５は、起動直後の１回目は、基準値記録部３に記録された基準発光強度値ＭＥを光源部６へ出力し、２回目以降は、光検出部４から出力された光検出値Ｄと、基準光検出値ＭＤが等しくなるように発光強度値Ｅを決定し光源部６へ出力する。ここで、発光強度値Ｅは例えば電流量であり、光源部６に発光強度値Ｅが入力されると、発光強度値Ｅに比例して光量が増すものとする。

具体的には、光検出値Ｄが基準光検出値ＭＤよりも小さい場合、光源制御部５は、光検出値Ｄと基準光検出値ＭＤが等しくなるように発光強度値Ｅを増加させて出力する。一方、光検出値Ｄが基準光検出値ＭＤよりも大きい場合、光源制御部５は、光検出値Ｄと基準光検出値ＭＤが等しくなるように発光強度値Ｅを低下させて出力する。このように、光検出値Ｄが基準光検出値ＭＤと等しくなるように、光源制御部５が動作することで、出力光の発光強度が目標の値になる。なお、光源制御部５から出力される発光強度値Ｅは分割された光源部６の数だけ出力される。

光源部６は、液晶パネル部８の垂直方向において複数の領域、すなわち、少なくとも上部と下部でｎ分割され（ｎ≧２）、また１色以上の光源により構成され、タイミング生成部２から出力された発光駆動信号ＰｎのＨｉｇｈ期間の間、光源制御部５から出力された発光強度値Ｅで発光するパルス発光の光源であるとする。ここで、図１の白抜き矢印は光を示す。

光源部６は、多色の光源の組み合わせ、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色光源の組み合わせ、またはシアン（Ｃ）と赤（Ｒ）の２色光源の組み合わせで光混合し、白色光とするものでもよい。光源の発光体としては、どのようなものを用いてもよく、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）等、またはそれらの組み合わせであってもよい。光源部６は分割された光源（領域）をそれぞれ独立に制御できるものとする。光源部６は、液晶パネル部８の直下に設置されてもよいし、液晶パネル部８の左右端、上下端に設置されてもよい。

光源部６は、発光駆動信号Ｐｎによりパルス発光し、また、発光強度値Ｅによって発光強度を可変可能に構成されている。発光駆動信号Ｐｎは垂直分割数ｎと同じ数があり、光源部６は、発光駆動信号ＰｎがＨｉｇｈ期間の間、発光し、発光強度値Ｅによって発光強度が設定される。また、光源部６はＬｏｗ期間の間、消灯する。発光強度値Ｅは、垂直分割数ｎ個と光源色数ｍ色の組み合わせ数でもよいし、光源色数ｍ色でもよいし、また、垂直分割数ｎ個だけでもよいし、１つだけでもよい。

導光部７は、光源部６から出力された光を液晶パネル部８の所定の領域に出射し、液晶パネル部８の入射面で均一に拡散することで面光源にする。また、導光部７は、光源部６に多色の光源の組み合わせ、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光源が用いられて、それらの光源を光混合して白色にする機能も有する。さらに、導光部７は、光源部６がｎ個に分割されていても、１つの導光板で全体に拡散させるような構造であってもよい。

液晶パネル部８は、例えば、カラーフィルタが配列された透過型液晶パネルであり、画像変換部１から出力された画像信号Ｉ２に同期して、上から下へ順次走査する。そして、タイミング生成部２が、液晶パネル部８における走査に応じて光源部６の各領域を発光させることで、液晶パネル部８は、画像信号Ｉ２の階調に応じて、画素ごとに背面からの光の透過率を変化させて画像を表示する。

シャッターメガネ部９は、左眼のシャッター（図示省略）と右眼のシャッター（図示省略）を有し、タイミング生成部２から出力されたシャッター切換信号ＳＬ，ＳＲに応じて、左眼と右眼のシャッターを透過と非透過とに切り換える。

ここで、左眼用シャッター切換信号をＳＬ、右眼用シャッター切換信号をＳＲとする。シャッター切換信号ＳＬ，ＳＲは、Ｈｉｇｈ期間にシャッターが開くことで画像を透過し、Ｌｏｗ期間にシャッターが閉じることで画像を非透過にする。ユーザは、シャッターメガネ部９を通して液晶パネル部８に表示された画像を見て、左眼には左眼画像のみを、右眼には右眼画像のみを見えるようにすることで、立体画像として鑑賞することができる。

なお、この画像を透過と非透過とに切り換えるシャッターは、どのような構造を採用してもよく、例えば、偏光板と偏光方向を切り換える液晶の組み合わせで、同じ方向の偏光角であれば透過、閉じる方向の偏光角であれば非透過とする構造であってもよいし、物理的に閉じる構造であってもよい。また、シャッター切換信号ＳＬ，ＳＲの伝送方法は、どのような方法を採用してもよく、例えば、赤外線、電波、有線等の方法が採用される。

次に、導光部７、光源部６および光検出部４の設置について説明する。図２は、液晶パネル部８の背面において導光部７、光源部６および光検出部４の設置状態を示す図である。液晶パネル部８の背面には、導光部７の導光板が設置され、導光板の左端に光源部６が設置され、垂直方向にｎ個の領域がそれぞれ独立に制御可能な光源部６が設置されている。

光源部６が発光した光は、導光部７によって面拡散され、液晶パネル部８の右端まで導光される。光検出部４は拡散された光の発光強度を検出する。導光部７は、光をかなり広い面でムラがないように拡散する機能を有するため、図２では点線で示す範囲内だけが光るのではなく、隣接光源や、かなり離れた全ての光源の重ね合わされた光量となる。なお、光検出部４は、導光部７と液晶パネル部８の間の任意の位置に設置されてもよい。また、光検出部４は、１箇所に設置されてもよいし複数箇所に設置されてもよい。複数箇所に設置された場合は、分割された光源部６の領域ごとに光検出部を対応させることで、光検出制御がそれぞれ行われる。

次に、図３を参照して画像変換部１の動作を詳細に説明する。図３は、画像変換部１の動作を示すタイミングチャートである。図３に示すように、画像変換部１は、この画像信号Ｉ１を、２倍のフレーム周波数に変換し、左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の間に１枚の黒画像を挿入することで画像信号Ｉ２を生成し液晶パネル部８へ出力する。

画像信号Ｉ１が１画像のフレーム期間（周期）ＴにおいてＬ１、Ｒ１・・・の順で入力された場合、出力の画像信号Ｉ２は、２倍のフレーム周波数に変換された後、１画像のフレーム期間Ｔ／２においてＬ１’、黒、Ｒ１’、黒・・・となるように変換される。この黒画面は、左眼画像と右眼画像を分離する目的で挿入される。また、画像変換部１は、画像信号Ｉ２に同期した左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の先頭タイミングを示す画像同期信号Ｖをタイミング生成部２へ出力する。ここで、画像同期信号Ｖの立ち上がりを基準にするため、画像同期信号Ｖのパルス幅は任意の幅でよい。

画像変換部１から出力された画像信号Ｉ２は液晶パネル部８に入力される。液晶パネル部８は、画像信号Ｉ２に同期して、液晶パネル部８の上部から下部へ順次走査し、透過率を変化させている。すなわち、液晶パネル部８の上部と下部では変化し始める時間が異なる。また、液晶は透過率変化の応答が遅く、徐々に目標の透過率になるように応答する。ここで、透過率は階調として表現される。

次に、図４を参照して画像信号Ｉ２に対する液晶の応答と発光駆動信号Ｐｎの関係を説明する。図４は、画像信号Ｉ２に対する液晶の応答と発光駆動信号Ｐｎの関係を示すタイミングチャートである。ここで、光源部６が液晶パネル部８の垂直方向でｎ個分割され、分割された領域はそれぞれ独立して制御できるものとし、液晶パネル部８の水平方向にも複数の領域に分割される場合でも、垂直方向で分割された領域ごとに制御される。液晶パネル部８に入力される画像信号Ｉ２は、説明の便宜上、左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’がともに全白画像であるものとする。

図４において、横軸が時間を示し、波線が液晶の応答を示す。波線が上昇すると透過率が上昇し、波線が低下すると透過率が低下することを示す。Ａ１は、液晶パネル部８の最上部付近に対応する左眼画像Ｌ’の階調で書き込み動作をさせる点である。液晶は白を書き込むことで、徐々に応答し始め透過率が上昇していく。Ｂ１点は次のフレームである黒画像を書き込み動作させる点である。黒を書き込むことで、液晶の透過率は徐々に低下していく。Ｂ１点の直前が、応答時間が十分経ち、左眼画像Ｌ’に対応する略目標の透過率となる点であることが分かる。これは液晶の応答が遅い場合の例であり、液晶の応答が十分早い場合は、それ以前に収束し透過率は一定となる。つまり、Ｂ１点を基準として光源部６を発光させることが最適であることが分かる。

一方、Ａｎ点は、液晶パネル部８の最下部に対応する左眼画像Ｌ’の階調で書き込み動作をさせる点である。Ａｎ点はＡ１点から時間が経ち右にシフトしている。Ｂｎ点は、液晶パネル部８の最下部の黒画像を書き込み動作をさせる点である。液晶パネル部８の最下部においても、Ｂｎ点の直前が、左眼画像Ｌ’に対応する略目標の透過率となる点であることが分かる。

このように、光源部６はＢ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ点付近を基準として発光することが最適である。すなわち、光源部６は、画像の走査タイミングに同期して、次のフレームで変化させる直前に発光するように、垂直分割数ｎに応じて、順次シフトさせて発光するように制御されることが望ましい。

実線は光源部６の発光駆動信号Ｐｎであり、発光駆動信号Ｐｎは、Ｂ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎ点付近を立ち下がりの基準として順次シフトされ、光源部６を発光させる。ここで、光源部６の発光駆動信号Ｐｎは、Ｌｏｗレベルが光源部６を消灯させ、Ｈｉｇｈレベルが光源部６を発光させることを示す。このシフト量は、画像同期信号Ｖの周期と光源部６の垂直分割数ｎによって決定される。

次に、図５を参照して発光駆動信号Ｐｎの生成タイミングを説明する。図５は、発光駆動信号Ｐｎの生成タイミングを示すタイミングチャートの一例である。画像同期信号Ｖは、画像信号Ｉ２に同期した左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の先頭タイミングを示すものであり、その周期をＴとする。図５の発光駆動信号において、波線が液晶の応答を示し、実線が光源部６の発光駆動信号Ｐｎを示す。説明の便宜上、光源部６の垂直分割数ｎ＝４の場合を例として示す。

図４に示すＢｎ点付近を光源部６の発光期間にすることで、液晶の応答を考慮した最適な発光タイミングとなる。すなわち、発光駆動信号Ｐｎの立ち下がり点をＢｎ点付近になるようにする。この発光駆動信号Ｐｎのシフト量Ｓは、画像同期信号Ｖの周期Ｔと光源部６の垂直分割数ｎで決まり、次式で示される。

Ｓ＝Ｔ／２ｎ
画像同期信号Ｖの立ち上がりから、Ｔ／２期間後に、タイミング生成部２は、最初の発光駆動信号Ｐ１の立ち下がりを発生させ、シフト量Ｓずつ時間シフトさせて発光駆動信号Ｐｎを生成する。例えば、４分割の光源部６の場合は、発光駆動信号Ｐ１の立ち下がり点はＴ／２点であり、発光駆動信号Ｐ２の立ち下がり点は、Ｔ／２＋Ｔ／８点となる。

発光駆動信号ＰｎのＨｉｇｈ期間が、光源部６の発光期間となり、輝度を明るくするときは、立ち下がりタイミングを変えずに、立ち上がりタイミングのみ変化させ、Ｈｉｇｈ期間を長くする。このように、発光駆動信号Ｐｎの立ち下がりタイミングを固定にし、立ち上がりタイミングを調整することで輝度調整がなされる。この立ち上がりタイミング調整を両矢印で示す。

画像信号Ｉ２は、２倍のフレーム周波数で変換された左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の間に１画面分の黒画像が挿入された信号である。このため、この黒画像は表示する必要がなく、また、応答中の過渡状態である３Ｄクロストークを抑制するため、この期間は、光源部６を消灯する。すなわち、周期Ｔの５０％以下で発光するように制御を行うとよい。また、この発光期間が短いほど、３Ｄクロストークを抑制できる。

光源部６の垂直分割数が少ない場合、分割された光源部６の幅があるため、分割された光源部６の上部と下部では液晶パネル部８の走査タイミングが異なる。例えば、垂直分割数ｎ＝４の場合、垂直走査の１／４期間の幅がある。このため、図６に示すように、光源部６の幅の中央部の画像走査開始時間を想定し、発光駆動信号Ｐ１〜Ｐ４の位相を一律、後ろにずらしてもよい。すなわち、図５では、Ｐ１は垂直の最上部の走査開始点として、発光駆動信号を生成されているが、図６は、垂直走査の１／４期間の半分の１／８期間をＰ１の走査開始点として、一律位相を後ろにずらした図である。

また、これまでは黒画像に変化し始めの位置を発光駆動信号Ｐ１の立ち下がりとしたが、黒画像に変化し始めの位置より少し後ろにずらし、液晶の応答のピークを発光期間に含むように、発光駆動信号Ｐ１〜Ｐ４の位相を一律、後ろにずらしてもよい。このように、発光駆動信号Ｐｎの位相は、調整可能に構成されている。

このように、画像の走査に同期して、分割された光源部６を順次点灯することで、液晶パネル部８の上部でも下部でも液晶の応答に対応した光源部６の発光タイミングを最適化することができ、３Ｄクロストークを抑制できる。

レーザおよびＬＥＤ等の発光体は、素子の温度変化および経年変化によって、発光強度が変化することがあり、また、発光素子自体に発光量の個体差等があるため、光源の色バランスが変化し、表示される画像に意図しない着色および色むらが起こる可能性がある。そこで、光源部６の発光強度を調整するために光検出部４を設け、タイミング生成部２が光検出部４の検出を有効にする光検出ゲート信号ＧＥを生成する。

この光検出は、分割された光源部６が一斉に点灯するタイミングが最適である。単純に発光期間と同じタイミングの光検出ゲート信号ＧＥで光検出を行った場合、光源部６を垂直分割し、発光タイミングを時間シフトするように制御を行う場合、光源部６の全ての領域が一斉に発光するタイミングはなく、また、導光板で光拡散されているため、光センサを設置した周辺の分割された光源部６の影響を受け、光検出量が一定にならないという問題があった。

例えば、図５において、光源部６の全ての領域がＰ１と同じタイミングで光検出が行われた場合、Ｐ１で駆動される領域に隣接するＰ２で駆動される領域がＰ１の発光タイミングの最後の方で発光するため、光検出量が一定にならない。また、ユーザが光源部６の輝度を上げたり、下げたりした場合、その発光期間の長さが制御されるため、光源部６における隣接する領域の光の重なり具合が変わってしまい、光検出量が一定にならない。例えば、ユーザが光源部６の輝度を下げ、発光期間を短くすると、隣接する領域の光の重なりがなくなるが、光検出量は少なくなる。

一方、ユーザが光源部６の輝度を上げた場合、光源部６における隣接する領域の光の重なりは、垂直分割数によるシフト量により、重なる部分の幅が変わってしまい、光検出量は一定にならない。そこで、左眼画像と右眼画像の境目のタイミングで、光源部６の全ての領域を発光させるように制御を行う。

図７は、光検出およびシャッター切り換え制御を示すタイミングチャートである。光源部６の垂直分割数は図６と同様にｎ＝４とする。図７に示すように、タイミング生成部２は、発光駆動信号Ｐ１〜Ｐ４において、左眼画像Ｌと右眼画像Ｒの境目のタイミング（所定の期間）、すなわち画像同期信号Ｖの立ち上がりタイミングの前後に、光源部６の全ての領域を発光させるパルスを生成する。

また、画像信号Ｉ１の左眼画像Ｌと右眼画像Ｒの境目のタイミングに、タイミング生成部２は、光検出部４の光検出ゲート信号ＧＥと同じタイミングで、発光駆動信号Ｐｎに一斉に発光するパルスを生成する。この発光駆動信号Ｐｎの一斉に発光するパルスの発光期間は、光検出部４の光センサの感度と光量で決定され、できるだけ短い時間がよく、例えば、光センサでは検出できるが人間の目には感知することができない程度の短い時間に設定できれば、最適である。また、この発光期間を長くした場合、前述の発光期間と重なることがある。この場合、重なった期間は、発光しているので許容する。

光源部６を一斉に発光させるように制御を行うことで、安定した光検出が行えるようになったが、この光検出のために光源部６の発光期間に、液晶の応答途中の画像が見え、３Ｄクロストークが見えることがある。そこで、光検出のための光源部６の発光期間に、タイミング生成部２は、左眼と右眼のシャッターを非透過に切り換えるためのシャッター切換信号ＳＬ，ＳＲを生成し、シャッターメガネ部９の右眼と左眼のシャッターを閉じることで、３Ｄクロストークを抑制する。シャッター切換信号ＳＬ，ＳＲは、Ｈｉｇｈ期間ではシャッターが開くことで画像が透過して見え、Ｌｏｗ期間ではシャッターが閉じることで画像を非透過にする。図７の斜線部分は左眼と右眼のシャッターを閉じる期間を示す。

なお、シャッターメガネ部９の左眼と右眼のシャッターは、例えば、液晶で構成した場合、応答時間が遅いことが考えられる。この応答が遅いことを考慮して、光源部６の全ての領域が発光するタイミングに、左眼と右眼のシャッターが完全に非透過になるように、シャッター切換信号ＳＬ，ＳＲの立ち上がりおよび立ち下がりのタイミング、Ｈｉｇｈ期間を調整してもよい。

以上のように、実施の形態１に係る立体画像表示装置では、タイミング生成部２は、所定の期間においては光源部６の全ての領域を発光させる発光駆動信号Ｐｎを生成するとともに、光検出部４の検出を有効にする光検出ゲート信号ＧＥを生成するため、光源部６の全ての領域を同時に発光させた状態で光検出部４の検出を行うことができる。このため、光源部６における隣接する領域の光量の影響を受けることなく、光検出部４により安定した誤差の少ない光検出値Ｄの検出を行うことができる。光源制御部５は、誤差の少ない光検出値Ｄに基づいて光源部６の発光強度を制御するため、光源部６の温度変化および経年変化に対して、光源部６の発光色を一定に保つことができる。これにより、光源部６の長期使用が可能となる。

また、タイミング生成部２は、前記所定の期間において、左右シャッターを非透過に切り換えるためのシャッター切換信号ＳＬ，ＳＲを生成するため、光源部６の全ての領域を同時に発光させる期間に左右シャッターを非透過に切り換えることで、光源部６の発光による３Ｄクロストークを抑制することができる。

また、光源部６からの光を液晶パネル部８に出射する導光部７をさらに備え、光検出部４は、導光部７と液晶パネル部８との間に設置されるため、導光部７と液晶パネル部８との間の任意の位置に光検出部４を設置することができ、光検出部４の設置自由度が増す。

また、画像信号Ｉ２は、２倍のフレーム周波数で変換された左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の間に黒画像が挿入された信号であるため、左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’を黒画像で分離することができる。

なお、光源部６は、それ自身の温度および発光の累積時間によって、明るさが変化するため、基準値記録部３は、光源部６の温度および使用開始からの経過時間の条件ごとによって、それぞれ基準光検出値ＭＤ、基準発光強度値ＭＥを記録保持してもよい。例えば、光源部６の温度が低い場合と高い場合のそれぞれの基準発光強度値ＭＥを決めておくことで、早く目的の色に収束する効果がある。また、例えば、使用開始から数年経つと、暗くなるため、基準光検出値ＭＤを同じままにして、電力をかけても、元の明るさになるようにしてもよい。基準光検出値ＭＤは、光源部６の発光の累積時間とともに低くなってもよく、すなわち、時間が経つと徐々に目標の明るさを下げるように、基準値記録部３は基準光検出値ＭＤの値を下げてもよい。これにより、電力を一定にすることができる。

また、基準値記録部３は光源部６を消灯したときの発光強度値Ｅを記録保持し、次回発光させるときの光源部６の発光強度の初期値として用いてもよい。これにより、早く目的の色に収束する効果がある。また、基準値記録部３は、目標の出力光のホワイト色および色温度ごとに、それぞれ基準光検出値ＭＤと基準発光強度値ＭＥを記録保持してもよい。これにより、光源部６において色温度等の設定の切り換えを行うことができる。

また、これまで、分割された光源部６を一斉に発光させる発光駆動信号Ｐｎとそれに対応する光検出ゲート信号ＧＥ、シャッター切換信号ＳＬ，ＳＲは、毎フレームごとに生成され、光源制御部５は、光検出部４により検出された光検出値Ｄを目標とする基準光検出値ＭＤに等しくするように動作することと説明したが、光源部６の発光強度が毎フレームごとに変化しない場合、タイミング生成部２は、毎フレームごとではなく１フレームよりも長い所定の周期ごとに、発光駆動信号Ｐｎ、光検出ゲート信号ＧＥ、シャッター切換信号ＳＬ，ＳＲを生成してもよい。

すなわち、例えば、数フレームに１回、数秒または数分おきに分割された光源部６を一斉に発光させて光検出を行うとともに、左眼と右眼のシャッターを非透過に切り換えてもよい。これにより、光検出値Ｄを光源部６へフィードバックする光源制御部５の制御に要する処理を減らすことができる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る立体画像表示装置について説明する。図８は、実施の形態２に係る立体画像表示装置において、光検出およびシャッター切り換え制御を示すタイミングチャートである。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同様構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態１では、タイミング生成部２は、画像信号Ｉ２の垂直周期を基準に決定された画像同期信号Ｖに基づいて、発光駆動信号Ｐｎの位相シフト量を決定したが、本実施の形態では、画像同期信号Ｖに代えて画像有効信号ＤＥを基準に決定する。

画像有効信号ＤＥは、画像の１フレーム期間で、実際の画像が存在する期間を示している。液晶パネル部８は、この画像有効信号ＤＥがＨｉｇｈ期間の場合に画像に同期走査して、書き込み動作を行う。画像の１フレーム期間は、この画像有効期間とブランキング期間を加えたものに等しい。ブランキング期間は、画像の書き込みがない期間のことをいう。例えば、標準的なハイビジョン信号の場合、垂直１０８０ラインが画像有効期間であるが、垂直周期の総ライン数は１１２５ラインである。この差の４５ライン分がブランキング期間である。

次に、光検出およびシャッター切り換え制御について動作を詳細に説明する。図８に示すように、画像変換部１は、入力された画像信号Ｉ１を、２倍のフレーム周波数に変換し、左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の間に１枚の黒画像を挿入し、画像信号Ｉ２を作成し、出力する。また、画像信号Ｉ２に同期した左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の先頭タイミングを示す画像同期信号Ｖと、画像有効信号ＤＥが出力される。ここで、画像有効信号ＤＥのＨｉｇｈ期間が画像有効期間で、Ｌｏｗ期間がブランキング期間である。

また、波線が液晶の応答、実線が発光駆動信号Ｐｎである。説明の便宜上、光源部６の垂直分割数ｎ＝４の例で示す。この発光駆動信号のシフト量Ｓは、画像有効信号ＤＥと光源部６の垂直分割数ｎで決定され、次式で示される。ここで、次式においてＤＥは、画像有効期間を示すものとする。

Ｓ＝ＤＥ／ｎ
このように、発光駆動信号Ｐｎの立ち下りタイミングを、シフト量Ｓずつ時間シフトさせる。このとき、画像同期信号Ｖは左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の先頭タイミングを示すため、画像同期信号Ｖの立ち上がりからＴ／２周期後の画像有効信号ＤＥの立ち上がりを基準に、シフト量Ｓで時間シフトさせる。シフト量Ｓの算出に際して、画像同期信号Ｖの立ち上がりからすぐ後の画像有効期間は使用されず、次の画像有効期間が使用される。

前記実施の形態１と同様に、画像信号Ｉ１の左眼画像Ｌと右眼画像Ｒの境目のタイミングに、光源部６の全ての領域を発光させるパルスを発生させる。より具体的には、画像同期信号Ｖの立ち上がりタイミングの前後に、発光駆動信号Ｐ１〜Ｐ４において光源部６の全ての領域を発光させるパルスを発生させる。また、タイミング生成部２は、これと同じタイミングで光検出ゲート信号ＧＥにおいてパルスを生成するとともに、左眼と右眼のシャッターを非透過に切り換えるためのシャッター切換信号ＳＬ、ＳＲを生成する。

以上のように、実施の形態２に係る立体画像表示装置では、タイミング生成部２は、画像有効信号ＤＥを基準に、発光駆動信号Ｐｎのシフト量Ｓを決定し発光駆動信号Ｐｎを生成するため、画像の書き込み走査とより厳密に同期が取れ、液晶パネル部８の上部でも下部でも液晶の応答に対応する光源部６の発光タイミングを最適にでき、３Ｄクロストークを抑制することができる。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る立体画像表示装置について説明する。図９は、実施の形態３に係る立体画像表示装置において、光検出およびシャッター切り換え制御を示すタイミングチャートである。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同様構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態１，２では、画像変換部１は、入力された画像信号Ｉ１を、２倍のフレーム周波数に変換し、左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の間に１枚の黒画像を挿入して、画像信号Ｉ２を作成していたが、実施の形態３では、２倍のフレーム周波数に変換した後、黒画面を挿入せずに、同じ画像を２度書きする点が異なる。

図９に示すように、画像信号Ｉ１は、２視点の左眼画像Ｌと右眼画像Ｒが時分割で左眼画像Ｌ、右眼画像Ｒが一対のペアとなるように並び替えられた画像であるとする。画像信号Ｉ１が１画像のフレーム期間ＴでＬ１、Ｒ１・・・の順で入力された場合、画像変換部１は、２倍のフレーム周波数に変換した後、１画像のフレーム期間Ｔ／２でＬ１’、Ｌ１’、Ｒ１’、Ｒ１’・・・のように変換する。すなわち、画像変換部１は、入力画像と同じ画像を２度書き処理を行う。

図９の発光駆動信号において、波線が液晶の応答、実線が光源部６の発光駆動信号Ｐｎを示す。説明の便宜上、光源部６の垂直分割数ｎ＝４の例で示す。液晶パネル部８に入力される画像信号Ｉ２は、説明の便宜上、左眼画像Ｌが全白画像、右眼画像Ｒが全黒画像であるものとする。波線が上昇すると透過率が上昇し、波線が低下すると透過率が低下することを示す。Ｃ１点は、液晶パネル部８の最上部付近に対応する左眼画像Ｌ１’の全白階調で書き込み動作をさせる点である。Ｔ／２期間後に同じＬ１’画像の全白階調で書き込み動作を行うが、全く同じ画像であるため、液晶の応答は変わらない。

Ｄ１点は、次のＲ１’画像である黒画像を書き込み動作させる点である。Ｄ１点の直前が、応答時間が十分経ち、左眼画像Ｌ１’に対応する略目標の透過率となる点であることがわかる。つまり、Ｄ１点基準で光源部６を発光させることが最適であることがわかる。

一方、Ｃ４点は、液晶パネル部８の上部から３／４に対応する左眼画像Ｌ１’の階調で書き込み動作をさせる点である。Ｃ４点はＣ１点から時間が経ち右にシフトしている。Ｄ４点は、液晶パネル部８の上部から３／４で次の右眼Ｒ１’画像である黒画像を書き込み動作をさせる点である。画面の上部から３／４においても、Ｄ４点の直前が、左眼画像Ｌ１’に対応する略目標の透過率となる点であることがわかる。

このように、光源部６はＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎ点付近を基準に発光させることが最適である。実施の形態１と比較するとＤｎの開始位置が異なるが、画像信号Ｉ２の左眼画像Ｌ’と右眼画像Ｒ’の境目から発光駆動信号Ｐｎの時間シフトを開始する。この発光駆動信号Ｐｎのシフト量Ｓは、実施の形態１の場合と同様に、画像同期信号Ｖの周期Ｔと光源部６の垂直分割数ｎで決定され、次式で示される。

Ｓ＝Ｔ／２ｎ
画像同期信号Ｖの立ち上がりから、Ｔ期間後に、最初の発光駆動信号Ｐ１の立ち下がりを発生させ、シフト量Ｓずつ時間シフトさせて、発光駆動信号Ｐｎを生成する。例えば、４分割光源部６においてＰ１の立ち下がり点は、画像同期信号Ｖの立ち上がりからＴ期間後であり、Ｐ２の立ち下がり点は、Ｔ＋Ｔ／８期間後となる。なお、実施の形態２の場合と同様に、タイミング生成部２は、画像同期信号Ｖに代えて、画像有効信号ＤＥを基準にシフト量Ｓを決定し発光駆動信号Ｐｎを生成してもよい。

実施の形態３においては、分割した光源部６を同時に発光させるパルスを発生させるタイミングが実施の形態１，２の場合と異なる。画像変換部１は、２倍のフレーム周波数に変換した後、黒画像を挿入せずに、同じ画像を２度書きするため、タイミング生成部２は、画像同期信号Ｖの立ち上がりからＴ／２期間前後に、発光駆動信号Ｐ１〜Ｐｎにおいて同時にパルスを生成する。また、タイミング生成部２は、発光駆動信号Ｐ１〜Ｐｎにおけるパルスと同じタイミングで、光検出ゲート信号ＧＥのパルスを生成するとともに、左眼と右眼のシャッターを非透過に切り換えるためのシャッター切換信号ＳＬ，ＳＲを生成する。

以上のように、実施の形態３に係る立体画像表示装置では、画像変換部１は、２倍のフレーム周波数に変換した後、同じ画像を２度書きするため、液晶が十分応答するまでの時間を稼ぐことができ、液晶の応答の遅さによる３Ｄ時の輝度低下およびクロストークを抑制することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

２ タイミング生成部、３ 基準値記録部、４ 光検出部、５ 光源制御部、６ 光源部、７ 導光部、８ 液晶パネル部、９ シャッターメガネ部。

Claims (9)

1. 画像信号に同期して所定方向に順次走査することにより、前記画像信号の階調に応じて光の透過率を変化させる液晶パネル部と、
   複数の領域に分割された光源部と、
   前記光源部の発光強度を検出する光検出部と、
   前記光検出部により検出された光検出値に基づいて、前記光源部の発光強度を制御する光源制御部と、
   左右シャッターを有し、前記左右シャッターを透過と非透過とに切り換えるシャッターメガネ部と、
   前記光源部を発光させる発光駆動信号と、前記光検出部に前記光源部の発光強度を検出させる光検出ゲート信号と、前記左右シャッターを透過と非透過とに切り換えるためのシャッター切換信号とを、画像同期信号に同期して生成するタイミング生成部とを備え、
   前記タイミング生成部は、前記液晶パネル部における前記走査に応じて前記光源部の各前記領域を発光させつつ、所定の期間においては前記光源部の全ての領域を発光させる前記発光駆動信号を生成し、前記所定の期間において、前記光検出部の検出を有効にする前記光検出ゲート信号を生成するとともに、前記左右シャッターを非透過に切り換えるための前記シャッター切換信号を生成する、立体画像表示装置。
2. 前記タイミング生成部は、前記画像同期信号に代えて画像有効信号を基準に前記発光駆動信号を生成する、請求項１記載の立体画像表示装置。
3. 前記光源部からの光を前記液晶パネル部に出射する導光部をさらに備え、
   前記光検出部は、前記導光部と前記液晶パネル部との間に設置される、請求項１記載の立体画像表示装置。
4. 前記画像信号は、２倍のフレーム周波数で変換された左眼用画像と右眼用画像の間に黒画像が挿入された信号である、請求項１記載の立体画像表示装置。
5. 前記画像信号は、２倍のフレーム周波数で変換された左眼用画像と右眼用画像に対し同じ画像が連続的に２度書きされた信号である、請求項１記載の立体画像表示装置。
6. 前記タイミング生成部は、前記画像信号の１フレームよりも長い所定の周期ごとに、前記発光駆動信号と前記光検出ゲート信号と前記シャッター切換信号とを生成する、請求項１記載の立体画像表示装置。
7. 前記光源制御部は、前記光検出部により検出された前記光検出値と、予め設定された基準光検出値とに基づいて、前記光源部の発光強度を制御し、
   前記基準光検出値は、前記光源部の発光の累積時間とともに低くなっていく、請求項１記載の立体画像表示装置。
8. 前記光源制御部は、前記光検出部により検出された前記光検出値と、予め設定された基準光検出値とに基づいて、前記光源部の発光強度を制御し、
   前記基準発光強度値は、前記光源部の温度および発光の累積時間の条件ごとに設定される、請求項１記載の立体画像表示装置。
9. 前記光源制御部は、前記光源部を消灯したときの発光強度値を記録保持し、前記発光強度値は、次回発光させるときの前記光源部の発光強度の初期値として用いられる、請求項１記載の立体画像表示装置。

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