JP4979951B2 - モアレパターンを除去した直視型立体画像ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、モアレパターンを除去して画質を向上させた直視型立体画像ディスプレイに関する。

一般的に、３次元画像は、人間の二つの眼を通じたステレオ視覚の原理によってなされるが、両眼が約６５ｍｍほど離れて存在するため、現れる両眼時差が立体感の最も重要な要因といえる。３次元画像ディスプレイには、眼鏡を利用したディスプレイと無眼鏡方式のディスプレイとがあり、無眼鏡方式のディスプレイは、眼鏡を使用せず、左右画像を分離して３次元画像を得るものである。無眼鏡方式には、例えば、パララックスバリヤ方式とレンチキュラー方式とがある。

パララックスバリヤ方式は、左右両眼がそれぞれ見なければならない画像を交代で縦パターンに印刷または写真で印画して、これを極めて細い縦格子列、すなわち、バリヤを利用して見るものである。これにより、左眼に入る縦パターン画像と右眼に入る縦パターン画像とがバリヤによって配分されて、左眼と右眼とにそれぞれ異なる時点の画像が見えることによって、３次元画像として見られる。

図１Ａは、従来の直視型３次元画像ディスプレイを示す図であって、画像信号部１０から画像信号がディスプレイ素子１５に入力されて画像が形成され、前記画像がパララックスバリヤ１７によってそれぞれ右眼ＲＥ及び左眼ＬＥに分離されて表示されることによって、３次元画像が形成される。

パララックスバリヤ１７は、図１Ａに示したように、スリット１７ａとバリヤ１７ｂとが交代で配列されて形成され、スリット１７ａを通じて前記画像がそれぞれ左眼画像と右眼画像とに分離されて３次元画像が形成される。

しかし、このような方式によれば、スリット１７ａを通じて画像が形成される一方、バリヤ１７ｂを通じては画像が遮断されるため、図１Ｂに示したように、左眼画像Ｌがスリット１７ａを通じて、例えば、偶数番目のラインにのみ形成される一方、奇数番目のラインには、バリヤ１７ｂによって遮断されてブラックラインＫが形成される。また、右眼画像Ｒは、例えば、スリット１７ａを通じて奇数番目のラインにのみ形成される一方、偶数番目のラインには、画像がバリヤ１７ｂによって遮断されてブラックラインＫが形成される。したがって、ディスプレイ全体的に解像度が劣化し、３次元画像の輝度が低下するという問題点がある。

また、ディスプレイ素子１５によって形成された画像及びパララックスバリヤ１７の周期的なパターンの干渉によってモアレパターンが生成される。

モアレパターンは、周期性を有する空間的なパターンが重畳された時に干渉によって現れるパターンであって、図２は、モアレ干渉パターンの発生を示す図である。モアレパターンによって画質が低下するという問題がある。
米国特許第６０４９４２４号明細書 米国特許第６２０４９６７号明細書

本発明が解決しようとする課題は、画素数の増加なしに、そして解像度の低下なしにモアレパターンを除去して画質を向上させた直視型立体画像ディスプレイを提供することである。

前記課題を達成するために本発明による直視型立体画像ディスプレイは、１フレーム画像信号から分岐された第１フィールド画像信号を有する第１メモリと、１フレーム画像信号から分岐された第２フィールド画像信号を有する第２メモリと、前記第１フィールド画像信号と第２フィールド画像信号とによる第１フィールド画像及び第２フィールド画像を形成するディスプレイ素子と、前記第１フィールド画像と第２フィールド画像とを時間順次的にシフトさせる画像シフトユニットと、前記第１フィールド画像と第２フィールド画像とを視域分離するための視域分離部とを備え、前記第１フィールド画像とシフトされた第２フィールド画像とによってモアレパターンを除去することを特徴とする。

前記ディスプレイ素子は、０.５のフィルファクターを有する。

前記画像シフトユニットは、前記ディスプレイ素子と画像分離部との間に配置された入射光の偏光方向を選択的に変換させる偏光変換スイッチと、前記偏光変換スイッチを通過した光を偏光方向によって屈折率が変わって、光を透過または屈折させる複屈折素子を備える。

前記偏光変換スイッチは、液晶偏光変換器でありうる。前記偏光変換スイッチは、前記第１及び第２フィールド画像信号に同期されてオン−オフ作動されることを特徴とする。

前記複屈折素子は、方解石または液晶で構成される。前記複屈折素子は、三角柱状に形成され、前記複屈折素子にプリズムが接合されることを特徴とする。前記複屈折素子とプリズムとは、アレイ状に配列されたことを特徴とする。

前記視域分離部は、レンチキュラーレンズ、フライアイレンズまたはパララックスバリヤで構成されることを特徴とする。前記視域分離部は、液晶バリヤを備えて２次元画像と３次元画像とを選択的に転換できることを特徴とする。

前記ディスプレイ素子は、ＬＣＤ（液晶表示）またはＦＬＣＤ（フェロＬＣＤ）であることを特徴とする。

本発明による直視型立体画像ディスプレイは、１フレームの画像を第１フィールド画像と第２フィールド画像とに分離し、第２フィールド画像を第１フィールド画像に比べて所定距離シフトさせてディスプレイすることによって、モアレパターンを除去して画質を改善する。また、ディスプレイ素子のフィルファクターを０.５で構成し、第１フィールド画像と第２フィールド画像とが全体的に１であるフィルファクターを有させることによって、ディスプレイ素子の画素数を増やさず、解像度の低下なしに２次元画像及び３次元画像を具現する。

また、視域分離部として液晶バリヤを採用して、２次元画像と３次元画像とを選択可能にして、視聴者の便宜を図りうる。

以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

本発明による直視型立体画像ディスプレイは、図３を参照するに、画像信号部２５からの信号を、信号分配器によって第１フィールド画像信号と第２フィールド画像信号とに分離して送出し、前記第１フィールド画像信号による第１フィールド画像及び第２フィールド画像信号による第２フィールド画像の夫々に対して視域分離を行って右眼ＲＥ及び左眼に結ぶことによって３次元画像を具現する。

前記第１フィールド画像信号は、第１メモリ３０に保存され、第２フィールド画像信号は、第２メモリ３１に保存される。第１及び第２メモリ３０，３１は、画像を形成するディスプレイ素子３３に結合され、ディスプレイ素子３３の次には、ディスプレイ素子３３によって形成された画像を所定距離ほどシフトさせるための画像シフトユニット３８が備えられる。画像シフトユニット３８の次には、第１フィールド画像及び第２フィールド画像の夫々に対して視域分離を行って右眼ＲＥ及び左眼ＬＥにそれぞれ送ることによって、立体画像を形成するための視域分離部４０が備えられる。

ディスプレイ素子３３は、偏光依存型のＬＣＤまたはＦＬＣＤであり、透過型であることが望ましい。

画像シフトユニット３８は、図４Ａに示したように、入射光の偏光方向を時間順次的に変換させる偏光変換スイッチ３５と、入射光の偏光方向によって屈折率が変わって、入射光を直進透過または屈折させる複屈折素子３７とを有する。

偏光変換スイッチ３５は、例えば、液晶偏光変換器であって、電源をピクセル別に選択的に印加して入射光の偏光方向を変換させうる。

複屈折素子３７は、入射光の偏光方向によって屈折率が変わる性質がある。すなわち、前記複屈折素子の結晶光軸と平行な偏光方向を有する正常光線は、複屈折素子の正常屈折率によってそのまま透過され、複屈折素子の結晶光軸に対して垂直である偏光方向を有する異常光線は、複屈折素子の異常屈折率によって屈折される。したがって、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光とが複屈折素子３７を通過するとき、異なる角度に屈折される。複屈折素子３７は、例えば、方解石または液晶で構成される。

複屈折素子３７ｂが、図４Ｂに示したように、三角柱状であり、複屈折素子３７ｂに三角柱状のプリズム３７ａが接合されて構成されうる。プリズム３７ａと複屈折素子３７ｂとが複数個備えられ、アレイ状に配列されるか、または一つのプリズムと一つの複屈折素子とで構成されてもよい。プリズム３７ａは、複屈折素子３７ｂの正常屈折率のような屈折率を有し、正常光線、例えば、Ｐ偏光の光は、プリズム３７ａと複屈折素子３７ｂとの境界面で屈折なしに透過して通過し、異常光線、例えば、Ｓ偏光の光は、境界面で屈折を起こす。

図４Ａを参照するに、第１フィールド画像信号がディスプレイ素子３３に入力されて第１フィールド画像が形成され、第１フィールド画像Ｆ１が第１偏光方向、例えば、Ｓ偏光方向を有するとき、偏光変換スイッチ３５がオフであれば、第１偏光方向の第１フィールド画像が複屈折素子３７に入射されて直進透過される。次いで、第２フィールド画像信号がディスプレイ素子３３に入力されて第２フィールド画像Ｆ２が形成され、偏光変換スイッチ３５がオンであるとき、第１偏光方向が第２偏光方向、例えばＰ偏光方向に変換されて第２偏光方向の第２フィールド画像Ｆ２が複屈折素子３７に入射される。第２偏光方向の第２フィールド画像は、複屈折素子３７を通じて屈折される。

第１フィールド画像Ｆ１は、複屈折素子３７を直進透過する一方、第２フィールド画像Ｆ２は、複屈折素子３７で屈折されて第１フィールド画像Ｆ１に比べて所定距離ほど離隔される。このとき、シフト距離ｄは、複屈折素子３７の厚さを変化させて調節できる。前記シフト距離ｄは、画素の１／２ピッチであることが望ましい。

第１フィールド画像Ｆ１及び第２フィールド画像Ｆ２は夫々、視域分離部４０によって左眼と右眼とに分離されて結ばれることによって立体画像をディスプレイする。視域分離部４０は、レンチキュラーレンズ、フライアイレンズまたはパララックスバリヤで構成されうる。レンチキュラーレンズは、異なる角度で入射された光をそれぞれ異なる焦点に結ぶことによって、画像を左眼画像と右眼画像とに分離する。パララックスバリヤは、スリット及びバリヤが交互に配列されて形成され、異なる角度で入射された光をスリット及びバリヤを通じて異なる位置に結ぶことによって、画像を左眼画像と右眼画像とに分離する。

前記レンチキュラーレンズ、パララックスバリヤまたはフライアイレンズは、画像を左眼画像と右眼画像とに分離してそれぞれ左眼及び右眼に集束させることによって３次元画像を形成する。このような画像分離部は、３次元モードのみを具現し、２次元モードに転換できない。

一方、視域分離部４０が２次元モードと３次元モードとをスイッチングできる液晶バリヤでありうる。液晶バリヤからなる視域分離部は、３次元モードと２次元モードとを選択的にスイッチングできる。液晶バリヤは、液晶に結合された電極のオン−オフ作動によって、スリット４０ａとバリヤ４０ｂとを選択的に形成できる。液晶バリヤの電極を全体的にオフにして液晶バリヤ全体をスリットに作ることによって、画像を左眼画像と右眼画像とに分離させず、そのまま通過させうる。それにより、同じ画像が左眼及び右眼に共に結ばれて２次元画像が実現される。また、液晶バリヤの電極をピクセル別にオン−オフ調節してスリット４０ａとバリヤ４０ｂとを交互に配列させることによって、画像を右眼画像と左眼画像とに分離して送り、それにより、３次元画像を具現する。

次いで、本発明によるディスプレイでモアレパターンが除去された画像が得られる作用効果を説明する。

画像信号部２５から第１メモリ３０に第１フィールド画像信号が入力され、第２メモリ３１に第２フィールド画像信号が入力される。まず、第１フィールド画像信号がディスプレイ素子３３に入力されて第１フィールド画像が形成される。本発明では、ディスプレイ素子３３のフィルファクターが０.５であることが望ましい。フィルファクターは、画素全体サイズに対する有効画素サイズの比を表す。有効画素サイズとは、画像を形成するために実際使われるサイズを表す。ディスプレイ素子に入力される画像は、フィルファクターが１.０である時と０.５であるとき、同じ信号が入力されるので、輝度は多少低下するが、解像度は低下しない。輝度の低下は、光源を補強して解消できる。このように、本発明では、ディスプレイ素子３３のフィルファクターを調節して解像度の低下を防止する。

前記第１フィールド画像は、偏光変換スイッチ３５がオフになるとき、第１フィールド画像の第１偏光方向、例えば、Ｐ偏光方向の変更なしに偏光変換スイッチ３５を通過した後に複屈折素子３７を直進透過する。

次いで、第２フィールド画像信号によってディスプレイ素子３３で形成された第２フィールド画像が偏光変換スイッチ３５に入射されるとき、偏光変換スイッチ３５がオンになって第２フィールド画像の偏光方向が変換される。第２偏光方向、例えば、Ｓ偏光方向に変換された第２フィールド画像が複屈折素子３７を屈折して通過し、第１フィールド画像に比べて所定距離ほどシフトされる。第２フィールド画像のシフト距離は、ディスプレイ素子３３の画素ピッチの１／２であることが望ましい。

偏光変換スイッチ３５と複屈折素子３７とを通じて、図５に示したように、第１フィールド画像が画素Ｐの左側１／２画素Ｌに形成され（図５Ａ）、第２フィールド画像が偏光変換素子３３及び複屈折素子３７によって１／２画素ほど移動して画素の右側１／２画素Ｒに形成される（図５Ｂ）。

図６Ａに示したように、前記第１フィールド画像及び視域分離部４０の周期的なバリヤパターンによって第１モアレパターンが形成される一方、図６Ｂに示したように、シフトされた第２フィールド画像及び視域分離部４０の周期的なバリヤパターンによって第２モアレパターンが形成される。第２フィールド画像は、第１フィールド画像が１／２画素ほどシフトされて形成されたものであり、視域分離部４０の周期的なバリヤパターンは、第１フィールド画像と第２フィールド画像とに対して同一に提供されるので、第２モアレパターンは、第１モアレパターンの位相が反転されて形成されたものと同じである。したがって、第１モアレパターンと第２モアレパターンとは互いに相殺されて、結果的にモアレパターンが除去された画像が得られる。

例えば、１フレームの周期が１／３０秒であるとき、第１フィールド画像が１／６０秒間、第２フィールド画像が１／６０秒間ディスプレイされ、偏光変換スイッチ３５は、第２フィールド画像信号に同期されてスイッチングされて第２フィールド画像の偏光方向を変換させる。

本発明では、フィルファクターを０.５とし、１フレームの期間の間に画素ピッチを１／２ずつシフトさせて２個のフィールドをディスプレイすることによって解像度の低下なしに２次元画像及び３次元画像を具現すると共に、モアレパターンを除去した高画質の画像を得る。

本発明は、図面に示された実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。

本発明は、立体画像ディスプレイ関連の技術分野に適用可能である。

従来の直視型立体画像ディスプレイを概略的に示す図である。 図１Ａに示した立体画像ディスプレイによって形成された左眼画像と右眼画像とを示す図である。 従来の直視型立体画像ディスプレイで形成されたモアレパターンを示す図である。 本発明によるモアレパターンを除去した直視型立体画像ディスプレイを概略的に示す図である。 本発明による直視型立体画像ディスプレイに備えられた画像シフトユニットの一例を示す図である。 本発明による直視型立体画像ディスプレイに備えられた画像シフトユニットの他の例を示す図である。 本発明による直視型立体画像ディスプレイに備えられたディスプレイ素子で左眼画像が形成された例を示す図である。 本発明による直視型立体画像ディスプレイに備えられたディスプレイ素子で右眼画像が形成された例を示す図である。 本発明でモアレパターンが除去される原理を説明するための図である。 本発明でモアレパターンが除去される原理を説明するための図である。

符号の説明

２５ 画像信号部
３０ 第１メモリ
３１ 第２メモリ
３３ ディスプレイ素子
３５ 偏光変換スイッチ
３７ 複屈折素子
３８ 画像シフトユニット
４０ 視域分離部
４０ａ スリット
４０ｂ バリヤ
ＲＥ 右眼
ＬＥ 左眼

Claims (11)

1. １フレーム画像信号から分岐された第１フィールド画像信号を有する第１メモリと、
   前記１フレーム画像信号から分岐された第２フィールド画像信号を有する第２メモリと、
   前記第１のメモリ及び前記第２のメモリに結合され、前記第１フィールド画像信号に基づく第１フィールド画像と、前記第２フィールド画像信号に基づく第２フィールド画像とを時間順次的に形成するディスプレイ素子と、
   前記ディスプレイ素子の前に配置され、前記第１フィールド画像及び前記第２フィールド画像を時間順次的に通し、前記第２フィールド画像を前記第１フィールド画像に対して所定距離シフトさせる画像シフトユニットと、
   前記画像シフトユニットの前に配置され、時間順次的に到達した前記第１フィールド画像及び前記第２フィールド画像の夫々に対し視域分離を行うための視域分離部とを備え、
   前記第１フィールド画像及び前記第２フィールド画像が空間的に重なり合わず且つ時間順次的に交互に現れることによってモアレパターンを除去することを特徴とする直視型立体画像ディスプレイ。
2. 前記ディスプレイ素子は、０.５のフィルファクターを有し、よって前記第１フィールド画像が前記ディスプレイ素子の画素の１／２に形成され、前記第２フィールド画像が前記ディスプレイ素子の画素の残りの１／２に形成されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像ディスプレイ。
3. 前記画像シフトユニットは、
   前記ディスプレイ素子と前記視域分離部との間に配置された入射光の偏光方向を選択的に変換させる偏光変換スイッチと、該偏光変換スイッチと前記視域分離部との間に配置され、前記偏光変換スイッチを通過した光の偏光方向によって屈折率が変わって、光を透過または屈折させる複屈折素子とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
4. 前記偏光変換スイッチは、液晶偏光変換器であることを特徴とする請求項３に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
5. 前記偏光変換スイッチは、前記第１フィールド画像信号及び前記第２フィールド画像信号に同期されてオン−オフ作動されることを特徴とする請求項４に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
6. 前記複屈折素子は、方解石または液晶で構成されたことを特徴とする請求項３に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
7. 前記複屈折素子が、三角柱状に形成され、前記複屈折素子にプリズムが接合されることを特徴とする請求項３に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
8. 前記複屈折素子及びプリズムがアレイ状に配列されたことを特徴とする請求項７に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
9. 前記視域分離部は、レンチキュラーレンズ、フライアイレンズまたはパララックスバリヤであることを特徴とする請求項１または２に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
10. 前記視域分離部は、液晶バリヤを備えて２次元画像と３次元画像とを選択的に転換できることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか一項に記載の直視型立体画像ディスプレイ。
11. 前記ディスプレイ素子は、ＬＣＤまたはＦＬＣＤであることを特徴とする請求項１または２に記載の直視型立体画像ディスプレイ。

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