JP4628471B2

JP4628471B2 - 立体映像表示装置

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Publication number: JP4628471B2
Application number: JP2008547120A
Authority: JP
Inventors: テソパク
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: KR20080029401A; US8493439B2; PL1949172T3; KR100841321B1; JP2009520236A; EP1949172A1; WO2008039004A1; CN101361016A; EP1949172A4; US20090128547A1; CN101361016B; EP1949172B1

Description

本発明は、立体映像表示装置に関するもので、より詳細には、立体映像を具現するために使用される方向別視差映像の個数を増加させる場合にも解像度が低下しない立体映像表示装置に関するものである。

一般的に、立体映像は、視聴者の左右眼にそれぞれ異なる映像が入力された後、左右の映像が視聴者の頭の中で合成されることで、立体的な映像として認識される。したがって、立体映像を作るためには、視聴者の左眼と右眼にそれぞれ異なる映像を表示させるための装置が必要である。従来は、このような装置として、立体眼鏡を用いて左眼画像と右眼画像とを分離する線偏光方式の立体表示装置が用いられたが、この場合、視聴者が眼鏡を着用すべきであるという不便さがあった。

したがって、上記のような不便さを解決するために、眼鏡を着用しない方式が提案された。このような方式によって、主にＬＣＤまたはＰＤＰなどの平板ディスプレイ素子に、方向別映像を分離する素子を結合して立体システムを構成する。そして、上述した立体映像表示装置は、方向別映像を分離する素子によって、レンティキュラレンズシートを用いるレンティキュラ方式と、スリットアレイシートを用いるパララックス方式と、マイクロレンズアレイシートを用いるインテグラルフォトグラフィ方式と、干渉現象を用いるホログラフィ方式とに区分される。これら方式のうち、パララックス方式は、ほとんどの光がスリットによって遮断されることで、画面の明るさが暗くなるという短所を有し、インテグラルフォトグラフィ方式及びホログラフィ方式は、データの処理量が非常に膨大であり、現実的に具現することが容易でないという短所を有する。そのため、最近は、レンティキュラ方式に関心が集まっている。

図１は、レンティキュラ方式を用いた従来の立体映像表示装置を示した図である。図１に示すように、レンティキュラ方式を用いた立体映像表示装置は、複数個の方向別視差映像がディスプレイされる平板表示素子１０と、平板表示素子１０の前面に配置されるレンティキュラレンズ板１２とを含んで構成される。このとき、レンティキュラレンズ板１２は、その縦軸１４が平板表示素子１０の垂直軸と平行に配置され、主に映像がレンティキュラレンズの焦点面に置かれるように、平板表示素子１０から所定距離だけ離隔して配置される。しかしながら、図１に示した４個の映像を使用する従来のレンティキュラ方式を用いた立体映像表示装置において、図２に示すように、垂直解像度は、サンプリングされる前の方向別視差映像と同一の解像度を有するが、水平解像度は１／４に減少する。すなわち、従来のレンティキュラ方式では、水平解像度が１／ｎ（ｎ：方向別視差映像の個数）に減少するという短所があった。

上記のような短所を解決するために、図３に示すように、レンティキュラレンズ１２の縦軸１６が所定角度αだけ傾斜するようにレンティキュラレンズ１２を配置する方式が提案されたが、このような方式は、垂直解像度の一部を犠牲にして水平解像度を改善する方式である。これを図４を参照して具体的に説明すると、図４では、立体映像を具現するために９個の方向別視差映像を使用したが、図示したように、水平解像度は基本２Ｄ解像度に比べて１／９でない約１／３に減少し、垂直解像度は、解像度低下のなかった既存の垂直方向のレンティキュラ方式に比べて約１／３に低下したことが分かる。すなわち、水平／垂直解像度低下の均衡を合わせることで、観察者の目には、既存の方式に比べて映像品質が全体的に改善したように見える。このとき、レンティキュラレンズの垂直軸の傾斜角度αは、次のような数学式によって定義される。

このとき、Ｈｐは、水平方向の最小単位画素周期を示し、Ｖｐは、垂直方向の最小単位画素周期を示し、Ｒは、２以上の整数として、複数個の映像配列に使用された行の数を示す。例えば、αが９．４°または６．３°などの値を有するようにレンティキュラレンズ板１２が傾斜する。ここで、図４に示した平行四辺形１８は、傾斜したレンティキュラ方式における単位解像度を示し、四角形２０は、２Ｄ映像における単位解像度を示す。

上述したレンティキュラレンズ方式を用いた立体映像表示装置で立体映像を視聴する場合、観察者が最適の映像を観察できる領域が存在するが、このような領域を単位立体空間という。したがって、単位立体空間の大きさが大きいほど、観察者が逆立体視（ｐｓｅｕｄｏ−ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃｖｉｓｉｏｎ）なしに正常的に立体映像を見れる空間が広くなるが、この単位立体空間の大きさは、単位立体空間の水平距離の大きさＬで示される。また、水平距離Ｌは、次のような数学式によって算出される。

ここで、ｍは、単位立体映像を構成する方向別視差映像の個数を示し、ｄは、一つの方向別視差映像に対応する単位立体空間上での距離を示す。したがって、単位立体空間の大きさを増加させるためにはＬが増加しなければならなく、Ｌが増加するためには、方向別視差映像の個数であるｍが増加したり、一つの方向別視差映像に対応する単位立体空間での距離であるｄが増加しなければならない。これを図５及び図６に基づいて具体的に説明すると、４個の方向別視差映像を用いた場合（ｍ＝４）を示した図５と、６個の方向別視差映像を用いた場合（ｍ＝６）を示した図６から分かるように、ｄまたはｍが増加するとＬが増加し、Ｌが増加すると単位立体空間が拡張される。

しかしながら、ｄは、観察者の両眼間の距離より小さくすべきであるので、その大きさを増加させるには限界があり、ｍを増加させるべきであるが、一般的に、ｍの増加は解像度の減少をもたらすという問題点がある。したがって、レンティキュラ方式を用いた立体映像表示装置では、解像度の低下なしに単位立体空間を拡張できる立体映像表示装置が要求されている。

一方、立体映像表示装置において、複数個の方向別視差映像が表示される平板表示素子１０をＬＣＤで具現する場合、図７及び図８に示すように、ＬＣＤの大型化が発生したり、ＬＣＤの前後面に配置される各偏光板（図示せず）の異なる熱膨張または熱収縮特性のために、ＬＣＤが前方または後方に曲がる現象が発生する。これによって、レンティキュラレンズ板１２などの立体映像フィルターと、ＬＣＤで具現される平板表示素子１０との間の距離ｌが画面全体で一定でなくなり、立体感が大いに低下するという問題点があった。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、レンティキュラレンズ板の傾斜角度及び複数個の方向別視差映像のマルチプレキシングパターンを調節することで、解像度の低下を最小化しながら、単位立体空間を拡張できる立体映像表示装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、立体映像表示装置に用いられる液晶パネルの曲がり現象を防止できる立体映像表示装置を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明は、立体映像を具現するために、複数個の方向別視差映像がサンプリング及びマルチプレキシングされて表示される表示素子と；前記表示素子の前面に備わり、縦軸が前記表示素子の垂直軸に対して所定角度αだけ傾斜したレンティキュラレンズ板と；を含んで構成され、前記立体映像をなす単位立体映像を構成する方向別視差映像は、その個数が７の倍数であることを特徴とする立体映像表示装置を提供する。

本発明の他の実施形態によると、立体映像を具現するために、複数個の方向別視差映像がサンプリング及びマルチプレキシングされて表示される液晶パネル（ＬＣＤ）と；前記液晶パネルの前面に備わり、前記複数個の方向別視差映像を分離する立体映像フィルターと；前記液晶パネルの前面及び後面のうち少なくとも一つに備わり、前記液晶パネルの形状を平面で支持する平板支持板と；を含んで構成されることを特徴とする立体映像表示装置を提供する。

本発明に係る立体映像表示装置においては、複数個の方向別視差映像のマルチプレキシングパターン及びレンティキュラレンズ板の勾配を調節することで、解像度低下を最小化しながら、単位立体空間の大きさを最大化できるという効果がある。

そして、平板表示素子としてＬＣＤが使用される場合、ＬＣＤに含まれた偏光板の外側に曲がり防止膜を設置してＬＣＤの曲がり現象を防止し、立体映像フィルターとＬＣＤとの距離を一定に維持することで、観察者に最適の立体映像を提供できるという効果がある。

以下、上記の目的を具体的に実現できる本発明の好適な実施例を、添付の図面に基づいて説明する。

従来技術と同一の構成要素には、説明の便宜上、同一の名称及び符号を付与し、それに対する詳細な説明は省略する。

図９は、本発明の一実施例に係る立体映像表示装置を示した図である。図９に示すように、立体映像表示装置は、サンプリング及びマルチプレキシングされた複数個の方向別視差映像がディスプレイされる平板表示素子２２と、平板表示素子２２の前面に配置され、複数個の方向別視差映像を分離するレンティキュラレンズ板２４とを含んで構成される。このとき、レンティキュラレンズ板２４は、映像がレンティキュラレンズの焦点面に置かれるように、平板表示素子２２から所定距離ｌだけ離隔して配置される。一実施例において、平板表示素子２２は、ＬＣＤまたはＰＤＰで具現されうるが、図９に示すように、平板表示素子２２がＬＣＤで具現される場合、ＬＣＤの自体発光が不可能であるので、立体映像表示装置は、光源としてバックライト２６をさらに含む。

このとき、本発明では、解像度の低下を最小化しながら単位立体空間の大きさを最大化するために、図９に示したレンティキュラレンズ板２４を、所定角度αだけ傾斜するように平板表示素子２２の前面に配置するが、その角度は、立体映像を形成する一つの単位立体映像内に前記複数個の方向別視差映像がマルチプレキシングされるパターンを調節することで設定される。すなわち、本発明は、方向別視差映像の個数を増加させて単位立体空間の大きさを拡張させるもので、方向別視差映像のマルチプレキシングパターン及びレンティキュラレンズ板２４の勾配を調節することで、解像度の減少を最小化させるものである。

上述した方向別視差映像のマルチプレキシングパターン及びレンティキュラレンズ板の傾斜角度を定義する過程を、図１０乃至図１１に基づいて具体的に説明する。まず、方向別視差映像は、図１０に示すように、ｎ個のカメラＣ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_ｎ（２７ａ，２７ｂ，…，２７ｎ）を用いてｎ個の方向別視差映像ＰＶ１，ＰＶ２，…，ＰＶｎを得ることで生成される。このように生成されたｎ個の方向別視差映像は、サンプリング過程を経た後、所定パターンでマルチプレキシングされて一つの単位立体映像を構成する。そして、後述する一実施例において、各単位立体映像は３５個からなるので、この場合、３５個のカメラを使用して３５個の方向別視差映像ＰＶ１，ＰＶ２，…，ＰＶ３５を得ることができる。

本発明の一実施例に係る立体映像表示装置は、図１０に示すように、単位立体映像２８を、７ｍ個（ｍ＝自然数）の方向別視差映像を用いて生成する。一実施例において、単位立体映像の生成に用いられる方向別視差映像の個数は、３５個、４２個、４９個、５６個などであり、これらのうち、最適の解像度を考慮して３５個で具現される。以下、説明の便宜のために、３５個の方向別視差映像を用いて単位立体映像を具現する本発明の一実施例を説明する。

図１１に示すように、３５個の方向別視差映像で構成される単位立体映像２８は、平板表示素子２２上で、水平方向には隣接して繰り返され、垂直方向には、左側に４個のサブピクセルだけ移動して繰り返される。すなわち、各単位立体映像２８に水平方向に隣接する他の単位立体映像は、上下方向の移動なしに配置される。しかしながら、各単位立体映像２８に垂直方向に隣接する他の単位立体映像は、左側に４個のサブピクセルだけ移動して位置する。ただし、各単位立体映像２８内でのサブピクセルの配置は、後述するように、同一のパターンを有する。また、一つの単位立体映像内に配置される３５個の方向別視差映像は、水平方向に５個、垂直方向に７個のサブピクセルに所定の規則にしたがって配置されるが、最初の５個の方向別視差映像が配置されるパターンが繰り返して適用されることで、３５個の方向別視差映像が順次的に配置される。すなわち、最初の１行に配置された５個の各画素間の規則は、残りの６個の行でも同一である。

具体的に説明すると、各行で最も左側に配置される方向別視差映像は、最上端から最下端まで順に、第４、第７、第３、第６、第２、第５及び第１番目の方向別視差映像である。そして、各行で左から右に進行するとき、それぞれ７だけ増加した方向別視差映像が配置される。すなわち、何れかのピクセルに第５番目の方向別視差映像が配置される場合、その右側には第１２番目の方向別視差映像が配置される。

より具体的に説明すると、単位立体映像を構成する各サブピクセルのうち最上端の第１行のサブピクセルには、左から右に第４、第１１、第１８、第２５及び第３２番目の方向別視差映像が配置され、第２行のサブピクセルには、左から右に第７、第１４、第２１、第２８及び第３５番目の方向別視差映像が配置され、第２行を基準にして左側に１個のサブピクセルだけ移動して配置される第３行のサブピクセルには、左から右に第３、第１０、第１７、第２４及び第３１番目の方向別視差映像が配置され、第４行のサブピクセルには、左から右に第６、第１３、第２０、第２７及び第３４番目の方向別視差映像が配置され、第４行を基準にして左側に１個のサブピクセルだけ移動して配置される第５行のサブピクセルには、左から右に第２、第９、第１６、第２３及び第３０番目の方向別視差映像が配置され、第６行のサブピクセルには、左から右に第５、第１２、第１９、第２６及び第３３番目の方向別視差映像が配置され、第６行から左側に１個のサブピクセルだけ移動して配置される第７行のサブピクセルには、左から右に第１、第８、第１５、第２２及び第２９番目の方向別視差映像が配置されるパターンでマルチプレキシングされる。

ここで、一つのサブピクセル内で、前記第２行の方向別視差映像は、前記第１行の方向別視差映像と水平方向に同一の位置に備わる。そして、前記第４行の方向別視差映像は、前記第３行の方向別視差映像と水平方向に同一の位置に備わる。また、前記第６行の方向別視差映像は、前記第５行の方向別視差映像と水平方向に同一の位置に備わる。

図１１に示すように方向別視差映像が配置される場合、解像度の低下なしに３５個の方向別視差映像を一つのレンティキュラレンズを用いて表示するために、レンティキュラレンズ板２４の縦軸２５は、平板表示素子２２の垂直軸に対して角度αだけ傾斜するように配置されるべきである。このとき、レンティキュラレンズ板２４の縦軸２５の傾斜角度αは、図８に示した三角形２９を用いて算出され、これを数式化すると次の通りである。

ここで、Ｈｐは、水平方向の最小単位画素周期を示し、Ｖｐは、垂直方向の最小単位画素周期を示す。

このとき、レンティキュラレンズ板２４を構成する一つのレンティキュラレンズ２４ａは、水平方向に５個のサブピクセルに対応するように形成される。

図１２は、本発明に係る立体映像表示装置の解像度と、従来技術に係る立体映像表示装置の解像度とを比較して示した図である。図１２Ａでは、本発明の一実施例によって単位立体映像を３５個の方向別視差映像を用いて構成し、レンティキュラレンズ板２４を、数学式３によって算出される角度だけ傾斜するように配置した。そして、図１２Ｂでは、従来技術によって単位立体映像を９個の方向別視差映像を用いて構成し、レンティキュラレンズ板１２を、数学式１によって算出される角度だけ傾斜するように配置した。図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、四角形３０，３２は、レンティキュラレンズ板２４，１２の効果による単位解像度を示すもので、その面積Ａ，Ｂが小さいほど高い解像度を有するものと定義される。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、３５個の方向別視差映像を用いた本発明の単位解像度の面積Ａは、９個の方向別視差映像を用いた従来技術の単位解像度の面積Ｂの約８３％であるので、本発明に係る立体映像表示装置の解像度がより高いことが分かる。すなわち、数学式２を考慮するとき、本発明は、従来技術より多くの方向別視差映像を用いたので、単位立体空間の大きさが増加するとともに、解像度も増加することが分かる。

一方、図１３は、図９に示すように、立体映像装置に含まれた平板表示素子２２がＬＣＤで具現される場合、ＬＣＤの外側に支持板を付着させることで、ＬＣＤの曲がり現象を防止できる立体映像表示装置を示している。図１３に示すように、本発明の一実施例に係る立体映像表示装置のＬＣＤには、ＬＣＤを構成する各偏光板３６，３８の外側に平板支持板４０，４２が付着される。平板支持板４０，４２は、液晶４４の外側に配置される透明基板４６，４８と同様に、透明プラスチックまたは透明ガラスなどで形成することが好ましい。

上述した実施例においては、前記平板支持板４０，４２が各偏光板３６，３８の外側に全て付着されているが、変形された実施例においては、前記平板支持板４０，４２が各偏光板３６，３８のうち何れか一つの外側のみに形成されることもある。また、上述した立体映像表示装置は、複数個の方向別視差映像を分離するための立体映像フィルター５０として、レンティキュラレンズ板のみならず、スリット配列板を用いることもできる。

本発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、添付された特許請求の範囲から分かるように、本発明の属する分野で通常の知識を有する者によって変形可能であり、このような変形は本発明の範囲に属する。

本発明に係る立体映像表示装置によると、方向別視差映像の個数を増加させる場合にも解像度が低下しない。

レンティキュラ方式を用いた従来の立体映像表示装置を示した図である。図１に示した立体映像表示装置における解像度低下を示した図である。レンティキュラ方式を用いた従来の他の立体映像表示装置を示した図である。図３に示した立体映像表示装置における解像度低下を示した図である。レンティキュラ方式を用いた従来の立体映像表示装置における単位立体空間を示した図である。レンティキュラ方式を用いた従来の立体映像表示装置における単位立体空間を示した図である。ＬＣＤで平板表示素子を具現する場合におけるＬＣＤの曲がり現象を示した図である。ＬＣＤで平板表示素子を具現する場合におけるＬＣＤの曲がり現象を示した図である。レンティキュラ方式を用いた本発明の一実施例に係る立体映像表示装置を示した図である。複数個の方向別視差映像を生成する過程を示した図である。本発明の一実施例に係る複数個の方向別視差映像のマルチプレキシングパターン及びレンティキュラレンズ板の傾斜角度を示した図である。本発明に係る立体映像表示装置の解像度と、従来技術に係る立体映像表示装置の解像度とを比較して示した図である。平板表示素子として用いられるＬＣＤの曲がり現象を防止できる立体映像表示装置を示した図である。

符号の説明

２２平板表示素子
２４レンティキュラレンズ板
２６バックライト
２５レンティキュラレンズ板の縦軸
２７ａ〜２７ｎカメラ
２８単位立体映像
３０単位解像度
３６，３８偏光板
４０，４２支持板
４４液晶
４６，４８透明基板
５０立体映像フィルター

Claims

立体映像を具現するために、複数個の方向別視差映像がサンプリング及びマルチプレキシングされて表示される表示素子と；
前記表示素子の前面に備わり、縦軸が前記表示素子の垂直軸に対して所定角度αだけ傾斜したレンティキュラレンズ板と；を含んで構成され、
前記立体映像をなす単位立体映像を構成する方向別視差映像は、その個数が７の倍数で、水平方向に５個備わり、
前記所定角度αは、次式
α＝ａｒｃｔａｎ（５Ｈｐ／７Ｖｐ）
（ここで、Ｈｐは、水平方向の最小単位画素周期を示し、Ｖｐは、垂直方向の最小単位画素周期を示す。）
によって求められ、
前記単位立体映像は、
最上端の第１行には、第１方向から第２方向に第４、第１１、第１８、第２５及び第３２番目の方向別視差映像が配置され、
第２行には、第１方向から第２方向に第７、第１４、第２１、第２８及び第３５番目の方向別視差映像が配置され、
第２行から第１方向に１個のサブピクセルだけ移動して配置される第３行には、第１方向から第２方向に第３、第１０、第１７、第２４及び第３１番目の方向別視差映像が配置され、
第４行には、第１方向から第２方向に第６、第１３、第２０、第２７及び第３４番目の方向別視差映像が配置され、
第４行から第１方向に１個のサブピクセルだけ移動して配置される第５行には、第１方向から第２方向に第２、第９、第１６、第２３及び第３０番目の方向別視差映像が配置され、
第６行には、第１方向から第２方向に第５、第１２、第１９、第２６及び第３３番目の方向別視差映像が配置され、
第６行から第１方向に１個のサブピクセルだけ移動して配置される第７行には、第１方向から第２方向に第１、第８、第１５、第２２及び第２９番目の方向別視差映像が配置されるパターンでマルチプレキシングされ、
前記一つのサブピクセル内で、
前記第２行の方向別視差映像は、前記第１行の方向別視差映像と水平方向に同一の位置に備わり、前記第４行の方向別視差映像は、前記第３行の方向別視差映像と水平方向に同一の位置に備わり、前記第６行の方向別視差映像は、前記第５行の方向別視差映像と水平方向に同一の位置に備わることを特徴とする立体映像表示装置。
前記表示素子は、液晶パネル（ＬＣＤ）であり、光源をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
前記表示素子は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）であることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
前記液晶パネルの前面及び後面のうち少なくとも一つに備わり、前記液晶パネルの形状を平面で支持する平板支持板をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の立体映像表示装置。
前記平板支持板は、透明プラスチックまたは透明ガラスのうち何れか一つで形成されることを特徴とする請求項４に記載の立体映像表示装置。