JP2014123130A - 表示装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者の観察状況に応じて最適な画像を表示可能な表示装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】画像表示部３と、画像表示部３に対する観察者Ｈの位置を検出する検出部１００と、画像表示部３は、検出部１００の検出結果、観察者Ｈまでの距離が第１の距離よりも長い場合に二次元画像を表示する又は観察者までの距離が第１の距離よりも短い場合に三次元画像を表示するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置及び電子機器に関する。

従来、特殊なメガネを使用せずに立体画像を表示する装置として、液晶パネル等の表示パネルの表示画面の観察者側にパララックスバリアやレンチキュラーレンズを配置し、表示画面に１縦ラインごとに交互に表示される右眼用画像と左眼用画像からの光を分離して立体画像を視覚できるようにしているものがある。

上述の立体画像表示装置では最適観察位置が設定されている。そのため、観察者が移動すると、その位置において立体映像を視認することができなくなってしまう。そこで、観察者の移動方向に応じて遮光バリアを移動することで、移動先の位置においても立体画像を視認可能とした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１６４９１６号公報

ところで、立体画像表示装置は、状況によっては複数の観察者に対応した多眼方式の映像が要求される場合も考えられる。しかしながら、上記従来技術では、観察者の状況に応じて表示する画像を最適化することが考慮されていなかった。そこで、観察者に応じて最適な画像を表示する表示装置の提供が望まれていた。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、観察者の観察状況に応じて最適な画像を表示可能な表示装置及び電子機器を提供することを目的としている。

前記目的を達成するため本発明の表示装置は、画像表示部を備える。画像表示部は、観察者に対し二次元画像を表示する第１の表示モードと、観察者の位置に応じて補正された三次元画像を表示する第２の表示モードと、複数の観察者に対して視認可能な三次元画像を表示する第３の表示モードとを有する。

本発明の表示装置によれば、観察者は、最適な画像を視認することができる。

パララックスバリアを用いた立体映像表示装置の概略構成である。 液晶パネルで構成した遮光バリアの概略構成である。 （ａ）は液晶パネルの画素と遮光バリアとの配置関係を示す図であり、（ｂ）は画像透過部及び画像非透過部の配置構成を示す要部拡大図である。 観察者の位置と画像表示状態との関係を示す図である。 観察者が適視距離にいる状態での画像観察可能領域を示す図である。 右眼用画像が観察される領域を示す図である。 観察者の移動量と画像透過部の移動量との関係を示す図である。 観察者の移動距離と画像透過部との位置関係を示す概略図である。 観察者の移動方向、画像視認状態、及びバリアの移動方向の関係を示す表である。 多視点の立体画像を表示する際の遮光バリアの動作説明図である。 電子機器の一実施形態に係る携帯電話の構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の表示装置及び電子機器に係る一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る表示装置の一例として、パララックスバリアを用いた立体映像表示装置（表示装置）の概略構成を示す図である。

図１に示すように立体画像表示装置１は、液晶パネル（画像表示部）３と、液晶パネル３に設けられたセンサー（検出部）１００と、遮光バリア（遮光手段）２と、を備えている。

液晶パネル３は、後述のように二次元画像表示或いは三次元画像表示を行うことが可能となっている。例えば三次元画像を表示する場合、液晶パネル３は、左眼用画像Ｌと右眼用画像Ｒとを１列毎に交互に表示し、観察者Ｈとの間に配置された画像分離手段としての上記遮光バリア２により左眼用画像Ｌと右眼用画像Ｒとを空間的に分離することができる。なお、液晶パネル３が二次元画像を表示する場合、上記遮光バリア２はバリアとして機能しない。

遮光バリア２は、右眼用画像Ｒと左眼用画像Ｌに対応した複数の画像透過部を有し、左眼用画像Ｌが観察者Ｈの右目に入射されるのを防ぐと共に右眼用画像Ｒが観察者Ｈの左目に入射されるのを防ぐためのものである。

本実施形態に係る遮光バリア２は、複数の縦ストライプ状の画素Ｓを含む液晶パネルから構成されている。遮光バリア２は、液晶パネル３の画像を透過させない画像非透過部および画像を透過する画像透過部を含んでいる。具体的に、遮光バリア２は後述するように各画素Ｓに対応する液晶層にそれぞれ異なる電圧を印加することで各画素Ｓを画像透過部或いは画像非透過部として機能させるようになっている。

センサー１００は、液晶パネル３に対する観察者Ｈの頭の位置を検出するためのものである。本実施形態に係るセンサー１００は、例えばＣＣＤカメラ（撮像手段）から構成されており、観察者Ｈの姿を撮像可能となっており、これにより観察者Ｈの位置及び人数等の情報を検出可能となっている。

図２は液晶パネルで構成した遮光バリア２の概略構成を示す図である。
図２に示すように、この液晶パネルは、２枚のガラス基板１１，１２の間に液晶層１３が設けられている。それぞれのガラス基板１１，１２の外面には偏光板１４，１６が設けられている。これら２枚の偏光板１４，１６のうち、画像を表示する液晶パネル３側の偏光板１４は、液晶パネル３の偏光板（不図示）と共用することも可能である。これら偏光板１４と偏光板１６とが、偏光軸が互いに直行するように貼り付けられている。一方のガラス基板１２の内面側には、全面に透明電極１５が形成されている。この透明電極１５は、例えばＩＴＯで構成されている。

他方のガラス基板１１上には、各画素Ｓに対応して画素電極１０が設けられている。隣接する画素電極１０間には、ブラックマトリクスＢＭが配置されており、常時遮光部として機能する。画素電極１０に電圧を印加しない場合は、偏光板１４で選択された光の偏光軸が、液晶層１３の中で液晶の回転に従って９０度回転し、偏光板１６を通過して出てくる。一方、画素電極１０に電圧を印加しない場合は、偏光板１４で選択された光の偏光軸が、液晶層１３の中で回転しないため、偏光板１６を通過しない。

遮光バリア２は、画素電極１０に選択的に所定電圧を印加すると所定の画素Ｓが画像透過部Ｓ１或いは画像非透過部Ｓ２として機能するようになっている。図３は液晶パネル３における右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌを表示する画素３ａと、遮光バリア２との配置関係を示す図であり、同図（ａ）は平面構成を示す図であり、同図（ｂ）は画像透過部Ｓ１及び画像非透過部Ｓ２の配置構成を示す要部拡大図である。

図３（ａ）に示すように、遮光バリア２は、液晶パネル３の右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌを表示する２つの画素３ａに対して１つの画像透過部Ｓ１が対応するように駆動し、液晶パネル３を透過した画像を左右に分離して、左眼用画像Ｌが観察者Ｈの左眼に右眼用画像Ｒが観察者Ｈの右眼にそれぞれ入射させるようになっている。本実施形態においては、画像透過部Ｓ１を構成する画素Ｓはストライプ形状となっており、右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌを良好に分離可能な大きさに設定されている。

図３（ｂ）に示すように、遮光バリア２の画像透過部Ｓ１として機能する画素Ｓの間隔を遮光部ピッチＱと規定する。遮光バリア２は、１遮光部ピッチＱ内に４つの画素Ｓを含んでおり、そのうちの１つの画素Ｓが画像を透過する画像透過部Ｓ１を構成している。また、１遮光部ピッチＱ内における他の３つの画素Ｓは画像非透過部Ｓ２として機能するようになっている。遮光バリア２は、画素電極１０に選択的に所定電圧を印加することで、画像透過部Ｓ１の位置を可変としている。

遮光バリア２は、右眼用画像Ｒのみを観察者Ｈの右眼に入射させ、且つ左眼用画像Ｌのみを観察者Ｈの左眼に入射させることで両目視差効果を生じさせ、立体画像を観察者Ｈに視認させるようになっている。

本実施形態に係る立体画像表示装置１は、観察者Ｈの位置（すなわち、観察者Ｈと液晶パネル３との距離）に応じて、二次元画像表示或いは三次元画像表示の切り替えを可能としている。

図４は観察者Ｈの位置と画像表示状態との関係を示す図である。図４に示されるように立体画像表示装置１は、観察者Ｈと液晶パネル３との距離が第１の距離Ｄ１よりも長い場合に二次元画像を表示し、第１の距離Ｄ１よりも短い場合には三次元画像を表示するようになっている。これは、三次元画像を表示する際に液晶パネル３は右眼用画像と左眼用画像を表示することから二次元画像の表示時と比べて画質が劣るので、観察者Ｈが第１の距離Ｄ１よりも離れた位置にいる場合には観察者Ｈに対して二次元画像を表示する方が視認性に優れるからである。

さらに、立体画像表示装置１は、観察者Ｈと液晶パネル３との距離が第２の距離Ｄ２よりも長い場合（Ｄ２以上Ｄ１未満）には、多視点の立体画像表示を行うようになっている。観察者Ｈが複数いる場合、このような液晶パネル３に対して離れた位置関係となるためである。この場合、センサー１００は観察者Ｈを撮像することで観察者Ｈの人数も検出可能となっている。これにより、立体画像表示装置１は、後述するように観察者Ｈの数に応じた多視点の立体画像を表示するようになっている。

また、第２の距離Ｄ２よりも短い場合（Ｄ２未満）には観察者Ｈの頭の位置に応じて三次元画像の補正を行う（以下、ヘッドトラッキング機能と称す）ようになっている。これは、観察者Ｈが一人の場合、液晶パネル３の近傍に位置するため、一人の観察者Ｈの動きに対応して最適な立体画像を視認させるよう補正するのが望ましいからである。

本実施形態では、例えば液晶パネル３として１０インチのものを用いており、上記第１の距離Ｄ１を２メートル、上記第２の距離Ｄ２を５０センチメートルと設定した。なお、これら第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２は、液晶パネル３の大きさ等に応じて観察者Ｈが適宜変更可能とされている。これにより、観察者Ｈが望む距離によって二次元画像と三次元画像との切り替え表示を行うことができるため、使い勝手に優れた表示装置となる。

まず、立体画像表示装置１が観察者Ｈと液晶パネル３との距離を第２の距離Ｄ２よりも短いと判断した場合、ヘッドトラッキング機能を行う。立体画像表示装置１は、図５に示すように、観察者Ｈが最適観察位置（適視距離Ｄ）にいる状態で、右眼用画像Ｒと左眼用画像Ｌが眼間距離Ｅのピッチにて交互に観察される。なお、図５では、「…，Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，…」が右眼画像観察可能領域であり、「…，Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…」が左眼画像観察可能領域である。

各眼の画像観察領域は、液晶パネル３の画面の全面から対応する眼の画像が集光される。そのため、図６に示されるように、例えば、画面真正面のＲ２領域に注目すると、実際には、前後に多少移動した位置にも観察可能範囲が存在することとなる。すなわち、図の四角形領域Ｇにおいては、画面全面からの右眼用画像Ｒの到達が可能となるので、当該四角形領域Ｇの上端又は下端にて右眼用画像Ｒの観察が行えるようになっている。また、Ｒ２領域を通過する光は、図中の斜線領域以外には到達しないことになる。

ここで、観察者Ｈが液晶パネル３に対して適視距離Ｄに位置する場合、右眼には液晶パネル３の右眼用画像Ｒのみが遮光バリア２の画像透過部Ｓ１の中心を通過して入射し、左眼用画像Ｌは画像非透過部Ｓ２により遮光される。また、左眼には液晶パネルの左眼用画像Ｌのみが遮光バリア２の画像透過部Ｓ１の中心を通過して入射し、右眼用画像Ｒは画像非透過部Ｓ２により遮光される。

図５に示されるように、観察者Ｈ（眉間の位置）が眼間距離Ｅだけ移動すると、観察者Ｈの右眼には左眼用画像Ｌ２が入り、左眼には右眼用画像Ｒ３が入る逆視状態となってしまう。また、観察者Ｈ（眉間の位置）が眼間距離Ｅの半分だけ移動すると、観察者Ｈの右眼には右眼用画像Ｒ２及び左眼用画像Ｌ２が混在した映像が入り、左眼には右眼用画像Ｒ３及び左眼用画像Ｌ２が混在した映像が入るクロストーク状態となってしまう。

このような逆視状態或いはクロストーク状態においては、観察者Ｈは良好な立体画像を観察することができない。これに対し、本実施形態に係る立体画像表示装置１は、観察者Ｈの頭が横方向に所定量移動したことをセンサー１００が検出すると、遮光バリア２における画像透過部Ｓ１の位置を移動できるように構成されている。

クロストークを解消するには、右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌが中心を通過するように画像透過部Ｓ１の位置を移動させればよい。ここで、図７を参照しつつ、観察者Ｈの移動量と画像透過部Ｓ１の移動量との関係について説明する。

図７においては、右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌを中心に通過させることのできる画像透過部Ｓ１の移動量をＢとし、遮光部ピッチをＱ、観察者の移動距離をＥ／２とする。このとき、図７から下式（１）、（２）が導き出される。

Ｂ：Ｅ／２＝Ｑ／２：Ｅ …（式１）
Ｂ＝Ｑ／４ …（式２）
すなわち、本実施形態に係る立体画像表示装置１は、観察者Ｈの頭が眼間距離Ｅの半分（Ｅ／２）だけ移動した場合に、観察者Ｈの移動方向に沿って遮光部ピッチＱの１／４だけ画像透過部Ｓ１を移動することでクロストーク領域が観察者Ｈに視認されないようにしている。

また、観察者Ｈの頭が眼間距離Ｅだけ移動すると、図７（ｂ）に示されるように右眼に対する液晶パネル３の位置がずれることで、右眼に左眼用画像Ｌが入射し、左眼に右眼用画像Ｒが入射する逆視状態となってしまう。このような逆視状態を解消するには画像透過部Ｓ１の中心に右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌが通過するように画像透過部Ｓ１を移動させればよい。すなわち、図７（ｂ）中２点鎖線で示されるように、画像透過部Ｓ１を遮光部ピッチＱの半分だけ移動させることで右眼に右眼用画像Ｒを入射させるとともに左眼に左眼用画像Ｌを入射させることができる。

立体画像表示装置１は、観察者Ｈの頭が眼間距離Ｅだけ移動した場合、観察者Ｈの移動方向に沿って遮光部ピッチＱの１／２だけ画像透過部Ｓ１を移動することで観察者Ｈの右眼に入る画像と左眼に入る画像とを入れ替えて逆視状態を無くすことでヘッドトラッキングを行う。

以下、液晶パネル３側から視て観察者Ｈの頭が左方向に向かって眼間距離Ｅの半分（Ｅ／２）だけ移動した場合に生じる状態を左クロストーク状態と呼ぶことにする。また、液晶パネル３側から視て観察者Ｈの頭が右方向に眼間距離Ｅの半分（Ｅ／２）だけ移動した場合に生じる状態を右クロストーク状態と呼ぶことにする。また、液晶パネル３側から視て観察者Ｈの頭が眼間距離Ｅだけ移動した場合に生じる状態を逆視状態と呼ぶことにする。

本実施形態のように遮光バリアを用いて立体画像を視認する方式では、その構造上、観察者Ｈの頭が液晶パネル３側から視て右方向に移動するに従って、右クロストーク状態から逆視状態へと至り、再び左クロストーク状態となる。すなわち、観察者Ｈの頭が液晶パネル３側から視て右方向に３Ｅ／２の距離だけ移動した場合、観察者Ｈの頭が液晶パネル３側から視て左方向にＥ／２だけ移動した場合と同様、左クロストーク状態となる。本発明はこの特性を利用し、観察者Ｈの頭の移動方向及び移動距離に応じて発生する左右クロストーク状態、或いは逆視状態を解消するように画像透過部Ｓ１の位置を調整可能としたものである。

図８は観察者Ｈの移動方向および距離と、遮光バリア２の画像透過部Ｓ１との位置関係を示す概略図である。図８（ａ）は液晶パネル３側から視て観察者Ｈの頭が左方向（説明の都合上、−方向と称す）に眼間距離Ｅの半分（Ｅ／２）だけ移動した左クロストーク状態に対応するものであり、図８（ｂ）は観察者Ｈの頭が液晶パネル３に対して正面に位置している状態に対応するものであり、図８（ｃ）は液晶パネル３側から視て観察者Ｈの頭が右方向（説明の都合上、＋方向と称す）に眼間距離Ｅの半分（Ｅ／２）だけ移動した右クロストーク状態に対応するものであり、図８（ｄ）は液晶パネル３側から視て観察者Ｈの頭が右方向に眼間距離Ｅだけ移動した逆視状態に対応するものであり、図８（ｅ）は液晶パネル３側から視て観察者Ｈの頭が右方向に３Ｅ／２だけ移動した場合に対応するものである。

図８（ｅ）に示すように、観察者Ｈの頭が右方向に３Ｅ／２だけ移動した場合、画像透過部Ｓ１の位置を基準位置から右方向に遮光部ピッチＱの３／４だけ移動すればよい。なお、上述のように観察者Ｈの頭が右方向に３Ｅ／２だけ移動すると左クロストーク状態になることから、画像透過部Ｓ１を基準状態から左方向に遮光部ピッチＱの１／４だけ移動することで画像透過部Ｓ１を同じ位置に移動することができる（図８（ａ）、（ｅ）参照）。

観察者Ｈにおける移動方向と、画像視認状態と、バリアの移動方向と、の関係を図９の表に示す。図９に示されるように、本実施形態に係る立体画像表示装置１は、センサー１００が観察者Ｈの位置が右クロストーク状態にあることを検出すると、遮光バリア２の画像透過部Ｓ１を遮光部ピッチＱの１／４だけ移動する。また、立体画像表示装置１は、センサー１００が観察者Ｈの位置が逆視状態にあることを検出すると、遮光バリア２の画像透過部Ｓ１を遮光部ピッチＱの１／２だけ移動する。また、立体画像表示装置１は、センサー１００が観察者Ｈの位置が左クロストーク状態にあることを検出すると、遮光バリア２の画像透過部Ｓ１を遮光部ピッチＱの３／４或いは−１／４だけ移動する。

以上述べたように、立体画像表示装置１は、センサー１００により観察者Ｈと液晶パネル３との距離を第２の距離Ｄ２よりも短いことを検出すると、観察者Ｈの画像視認状態に対応する方向（図９参照）に画像透過部Ｓ１を移動し、これにより良好な立体画像を観察者Ｈに視認させることができる。

立体画像表示装置１が観察者Ｈと液晶パネル３との距離を第２の距離Ｄ２よりも長く第１の距離Ｄ１よりも短いと判断した場合に行う多視点立体表示を行う。なお、本説明では、立体画像表示装置１の前に観察者Ｈが二人（第１の観察者Ｈ１、第２の観察者Ｈ２）いる場合について説明する。

図１０（ａ）は立体画像表示装置１が通常（１視点）の立体画像を表示する際の概略構成図を示すものであり、図１０（ｂ）は立体画像表示装置１が２視点の立体画像を表示する際の概略構成図を示すものである。なお、説明の都合上、図１０（ａ）においては画像透過部Ｓ１の数を４個とし、液晶パネル３の画素３ａを８個としている。

立体画像表示装置１は、センサー１００により観察者Ｈの数を検出する。本実施形態では、第１の観察者Ｈ１及び第２の観察者Ｈ２が検出される。
図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、１視点から２視点の立体画像に切り替えを行う場合、立体画像表示装置１は画像透過部Ｓ１の数を４個から２個に減らすように遮光バリア２を駆動する。これにより、第１の観察者Ｈ１と異なる位置にいる第２の観察者Ｈ２に対しても立体画像を良好に視認させることができる。

本説明では観察者Ｈが２視点に切り替える場合について説明したが、４視点に切り替える場合には画像透過部Ｓ１の数を４個から１個に減らすように遮光バリア２を駆動すればよい。なお、本発明は４視点以上の立体画像を表示する場合についても適用可能であることは当然である。

また、立体画像表示装置１は観察者Ｈと液晶パネル３との距離が第１の距離Ｄ１よりも長いと判断した場合、二次元画像を表示する。このとき、液晶パネル３が二次元画像を表示する場合、全ての画素Ｓを画像透過部Ｓ１として機能させている。これにより、液晶パネル３の全ての画素Ｓに表示された画像が観察者Ｈの眼に視認されることとなる。よって、観察者Ｈの眼に良好な二次元画像を視認させることができる。

なお、立体画像表示装置１は、センサー１００が観察者Ｈを検出しない場合に、液晶パネル３の表示をオフするようになっている。これにより、液晶パネル３の消費電力を抑えることができる。また、上述の説明では、画像分離手段として遮光バリア２を用いた場合について説明したが、レンチキュラーレンズを用いることもできる。

（電子機器）
図１１は、本発明に係る電子機器の一例を示す斜視図である。同図の携帯電話１３００は、本発明の表示装置を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。上記実施形態の表示装置は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等々の画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの電子機器においても良好な立体画像を表示が可能な信頼性の高い電子機器を提供することができる。なお、上記実施形態に係る立体画像表示装置１は、センサー１００として観察者Ｈを撮像可能であることから、テレビ電話として好適に用いることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

Ｈ…観察者、Ｓ…画素、Ｓ１…画像透過部、Ｓ２…画像非透過部、Ｄ１…第１の距離、Ｄ２…第２の距離、１…立体画像表示装置（表示装置）、２…遮光バリア（遮光手段）、３…液晶パネル（画像表示部）、１００…センサー（検出部）、１３００…携帯電話（電子機器）

Claims (5)

1. 画像表示部を有する表示装置であって、
   前記画像表示部は、
   観察者に対し二次元画像を表示する第１の表示モードと、
   前記観察者の位置に応じて補正された三次元画像を表示する第２の表示モードと、
   複数の前記観察者に対して視認可能な三次元画像を表示する第３の表示モードと、
   を有する、表示装置。
2. 前記観察者と前記表示装置との距離が第１の距離以上となる場合に前記第１の表示モードが選択され、
   前記第１の距離よりも短い第２の距離以下となる場合に前記第２の表示モードが選択され、
   前記第１の距離以下かつ前記第２の距離以上となる場合に前記第３の表示モードが選択される、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記観察者と前記表示装置との距離は、前記観察者の撮像から取得される、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記観察者の人数は、前記観察者の撮像から取得される、請求項２に記載の表示装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の表示装置と、前記撮像を得る撮像手段とを備えた電子機器。

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