JP5316516B2 - 立体映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、両眼視差による立体映像を結像させることが可能な立体映像表示装置に関する。

近年、視差を有する２以上の映像をスクリーン等に提示し、観察者に対してあたかも対象が立体的に存在するように知覚させる立体映像表示装置が脚光を浴びている。従来、立体映像を投影する場合には２台の液晶プロジェクタ等を用いる手法が一般的であった。近年では、１台の液晶プロジェクタ等で立体映像を投影することが盛んになりつつある。その際には通常、観察者は液晶シャッタめがねを装着し、液晶シャッタの切換により左目には左目用の映像の光が、右目には右目用の映像の光が入射されることで、立体映像を観察することができる。

特許文献１には、映像表示装置で本来表示できない階調を、表示する階調の空間的密度の変化により疑似的に表示させる場合、すなわち空間的誤差拡散方法を適用する場合に、左目用の映像と右目用の映像の空間的密度の変化の制御を相互に異なる手法によって行うことで疑似的階調表示技術を用いた場合に生じるドット状の画質妨害が目立つことなく、表示階調数を増加させることが可能となる立体映像表示装置が開示されている。

特開２０００−５０３１５号公報

ところで、最近の立体映像表示装置の普及にともない、立体映像表示に対する性能向上の要請は強い。そこで、本発明は、高い階調表示性能、左右画像のチャンネル分離性能を確保できる立体映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、入力される３Ｄ映像信号から左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられた信号に変換する信号処理部（１０１）と、前記左目用信号、右目用信号のそれぞれのデータに別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てることによりフレームレートコントロールを行うフレームレートコントロール部（２４）を備える駆動装置（１０２）と、前記駆動装置で駆動される液晶表示素子（６）と、前記液晶表示素子に照明光を入射させる照明光学系（１）と、前記液晶表示素子から射出された変調光を投射する投射レンズ（１１）と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置を提供する。

また、入力される３Ｄ映像信号から左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられた信号に変換する信号処理部（１０１）と、Ｎ、Ｍ、Ｆ、Ｄを整数としたときに、前記左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられたビット数Ｎの信号データを逆ガンマ補正および直線補間を行ってＮより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換するルックアップテーブル部（２１）と、前記ルックアップテーブル部で処理された（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータを誤差拡散処理により（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換する誤差拡散部（２３）と、前記誤差拡散部で処理された（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータを、前記左目用信号、右目用信号に対応するデータに別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てることによりフレームレートコントロールを行うことによりＭビットのデータに変換するフレームレートコントロール部（２４）と、前記フレームレートコントロール部で処理されたＭビットのデータを用いるとともに、ステップビットパルスにより全サブフレームを構成し、駆動階調が１のとき最後のサブフレームが駆動状態となり、駆動階調が１増加する毎に駆動状態となるサブフレームが１個ずつ既に駆動状態となっているサブフレームの前に向かって増加していく駆動階調テーブルによりサブフレームデータを作成するサブフレームデータ作成部（２６）と、を備えることを特徴とする駆動装置（１０２）と、前記液晶表示素子の駆動装置で駆動される液晶表示素子（６）と、前記液晶表示素子に照明光を入射させる照明光学系（１）と、前記液晶表示素子から射出された変調光を投射する投射レンズ（１１）と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置を提供する。

さらに、入力される３Ｄ映像信号から左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられた信号に変換する信号処理部（１０１）と、Ｎ、Ｍ、Ｆ、Ｄを整数としたときに、左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられたビット数Ｎの信号を直線補間してＮより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換する信号変換部（２２）と、前記信号変換部で処理された（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータを誤差拡散処理により（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換する誤差拡散部（２３）と、前記誤差拡散部で処理された（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータを、前記左目用信号、右目用信号に対応するデータに別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てることによりフレームレートコントロールを行うことによりＭビットのデータに変換するフレームレートコントロール部（２４）と、前記誤差拡散部で処理されたＭビットのデータを用い、駆動階調が１のとき最後のサブフレームが駆動状態となり、駆動階調が１増加する毎に駆動状態となるサブフレームが１個ずつ既に駆動状態となっているサブフレームの前に向かって増加していくとともに、入力映像信号データに対する液晶の光出力が逆ガンマ特性となるようにサブフレーム毎の駆動期間を異ならせた駆動階調テーブルによりサブフレームデータを作成するサブフレームデータ作成部（２６）と、を備えることを特徴とする駆動装置（１０２０）と、前記液晶表示素子の駆動装置で駆動される液晶表示素子（６）と、前記液晶表示素子に照明光を入射させる照明光学系（１）と、前記液晶表示素子から射出された変調光を投射する投射レンズ（１１）と、を備えることを特徴とする立体映像表示装置を提供する。

本発明によれば、高い階調表示性能、左右映像のチャンネル分離性能を確保できる立体映像表示装置を提供することができる。

液晶表示装置１００を用いた立体映像表示装置による立体表示を説明するための図である。 反射型液晶表示素子を用いた液晶表示装置を示す概略構成図である。 デジタル駆動の反射型液晶表示素子における各画素の駆動回路構成を示す図である。 第１の実施形態における反射型液晶表示素子の入力電圧と出力光の強度との関係を示す図である。 ３Ｄ映像信号に関する信号処理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る駆動回路（駆動装置）を示すブロック図である。 第１の実施形態における階調表現を説明するための図である。 第１の実施形態における駆動パターンを示す図である。 第１の実施形態における駆動階調テーブルを示す図である。 第１の実施形態における誤差拡散図を示す図である。 第１の実施形態における誤差拡散フローを示す図である。 第１の実施形態におけるフレームレートコントロールフローを示す図である。 は第１の実施形態におけるフレームレートコントロールテーブルを示す図である。 フレームレートコントロールを左目信号・右目信号の区別をせずに適用した場合の不具合を説明するための図である。 入力映像フレーム番号とフレームレートコントロールにおけるフレーム番号の対応を示した図である。 左目用信号と右目用信号に別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てた場合のフレームレートコントロールテーブルを示した図である。 図１６において、左と右でフレームレートコントロールのパターンの順番を入れ替えた場合の図である。 第１の実施形態において立体映像の場合のフレームレートコントロールフローを説明するための図である。 第１の実施形形態における信号処理を示す図である。 第１の実施形態における反射型液晶表示素子の極性反転駆動を示す図である。 反射型液晶素子における横方向電界の発生メカニズムを説明する図である。 フレームレートコントロールにより、横方向電界が均等に分散されることを説明する図である。 第２の実施形態に係る駆動回路（駆動装置）１０２０を示すブロック図である。 第２の実施の形態における駆動パターンを示す図である。 第２の実施の形態における各サブフレーム毎の期間が変更されていることを説明した図である。 第２の実施の形態において、各サブフレーム期間を調節して、駆動階調毎の輝度がガンマ２．２の線上にあることを表している図である。 直視型液晶表示装置を用いた立体映像表示装置を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係る立体映像表示装置について、添付図面を参照して説明する。以下では表示パネルとしてアクティブマトリクス型の反射型液晶表示素子６を備えた液晶表示装置１００を用いた立体映像表示装置を例にして説明する。

図１は、液晶表示装置１００を用いた立体映像表示装置による立体表示を説明するための図である。立体映像信号源１０４から３Ｄ映像信号が液晶表示装置１００に送られる。液晶表示装置１００では、３Ｄ映像信号を所定の回路により時間順次の左目用信号と右目用信号に変換し交互にスクリーン上に投影する。液晶表示装置１００に内蔵または接続されている液晶シャッタ駆動信号送信機１０３からの駆動信号によりシャッタ動作を行う液晶シャッタめがね１０５を観察者は装着してスクリーン１３に投影された立体映像を観察する。

次に、液晶表示装置１００および反射型液晶表示素子６の概略構成について説明する。図２は、反射型液晶表示素子を用いた液晶表示装置１００を示す概略構成図である。液晶表示装置１００は、概略、反射型液晶表示素子６、偏光ビームスプリッタ５（以下、ＰＢＳという）、投射レンズ１３を含んで構成される。反射型液晶表示素子６は、対向電極（透明電極ともいう）１０と、画素電極８との間に液晶９が封止された構造を有する。

照明光学系１から射出したＳ偏光３とＰ偏光４を含む光２はＰＢＳ５に入射する。ＰＢＳ５にて偏光分離される。Ｓ偏光３はＰＢＳ５の偏光分離面で反射され、反射型液晶表示素子６側に進行する。Ｐ偏光はＰＢＳの偏光分離面を透過する。反射型液晶表示素子６の液晶９は、画素回路７によって画素電極８と対向電極１０の間に印加される電圧に応じて入射したＳ偏光を変調する。対向電極１０に入射したＳ偏光は、画素電極８で反射して対向電極１０から射出するまでの過程で変調を受け、Ｐ偏光とＳ偏光からなる光として対向電極１０から射出される。対向電極１０から射出された光は変調された光であるＰ偏光成分のみがＰＢＳ５を通過し、Ｓ偏光成分はＰＢＳ５で反射される。ＰＢＳ５を通過したＰ偏光は投射レンズ１１によって射出され、射出光１２はスクリーン１３上に投射されて画像が表示される。なお、後述する出力光の強度とは、スクリーン１３上で測定した出力光の照度をいう。

図３はデジタル駆動の反射型液晶表示素子６における各画素の駆動回路構成を示す図である。反射型液晶表示素子６の個々の画素は画素電極８と対向電極１０の間に液晶９がはさまれた構造になっている。破線で示した画素回路７は、サンプルホールド部１６と電圧選択回路１７からなる。サンプルホールド部１６はＳＲＡＭ構造のフリップフロップよりなる。サンプルホールド部１６は列データ線Ｄと行選択線Ｗとに接続されている。サンプルホールド部１６の出力は電圧選択回路１７へと接続されている。電圧選択回路１７はブランキング電圧線Ｖ０、駆動電圧線Ｖ１に接続されている。電圧選択回路１７は画素電極８へと接続され、画素電極８に所定の電圧を与える。対向電極１０の電圧の値は共通電圧Ｖｃｏｍと呼ばれている。

図４は以下の各の実施形態における反射型液晶表示素子６の入力電圧と出力光の強度との関係を示す図である。図４において、横軸は入力電圧であり、画素電極８と対向電極１０との間の電位差、すなわち液晶９の駆動電圧を示す。縦軸は、液晶９から射出される出力光の強度を示す。液晶９から射出される出力光の強度が大きくなり始める電圧が闇値電圧Ｖｔｈである。電圧が０（たとえば、画素電極８と対向電極がともにＧＮＤ）のときは、出力光の強度が少なく、黒状態（ブランキング電圧）であり、出力光が飽和し始める電圧が飽和電圧Ｖｗ（白レベルである。）である。

図５は３Ｄ映像信号に関する信号処理を説明するための図である。立体映像信号源１０４から送出される３Ｄ映像信号は信号処理部としての信号処理回路１０１へ入力される。図５では例として、３Ｄ映像信号が６０Ｈｚのサイドバイサイド方式の場合を示している。信号処理部としての信号処理回路１０１では、入力された信号は左目用信号と右目用信号に分離され、それぞれ表示画面サイズと等しくなるよう左右に伸長される。伸長された左目用信号、右目用信号は時間的に交互に並べ替えられ、表示速度が２倍に変換される。このようにデコードされた映像信号は駆動回路１０２に入力する。駆動回路１０２はデコードされた映像信号に基づいて反射型液晶表示素子６を駆動する。デコードされた映像信号と同期する同期信号は信号処理回路１０１から液晶シャッタ駆動信号送信機１０３に送られる。

液晶シャッタ駆動信号送信機１０３は同期信号に基づいて液晶シャッタの駆動タイミングを決定し、液晶シャッタ駆動信号を液晶シャッタめがね１０５に出力する。液晶シャッタめがね１０５の液晶シャッタは液晶シャッタ駆動信号に基づいて駆動される。図５では３Ｄ映像信号が６０Ｈｚサイドバイサイド方式で入力される様子を示したが、この方式に限定されず他の周波数（例えば５０Ｈｚや２４Ｈｚなど）や他の立体映像フォーマット（例えばフレームパッキングやトップアンドボトム、ラインバイラインなど）でもよい。また信号処理回路１０１は３Ｄ映像信号を２倍の周波数の信号に変換するが、周波数の変換は２倍に限定されず、これ以上でもよい。画面解像度も、画素数１９２０×１０８０以外であってもよい。

図６は本発明の第１の実施形態に係る駆動回路（駆動装置）１０２を示すブロック図である。図７は第１の実施形態における階調表現を説明するための図である。図７は入力された映像信号データのビット数を８ビットとした場合における各プロセス部における階調表現の例を示している。図８は第１の実施形態における駆動パターンを示す図である。図９は第１の実施形態における駆動階調テーブルを示す図である。図１０は第１の実施形態における誤差拡散図を示す図である。図１１は第１の実施形態における誤差拡散フローを示す図である。

図６において、Ｎビットの入力された映像信号データは、ルックアップテーブル部２１にて、Ｎより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換される。ここで、Ｍはサブフレーム数を２進数で表したときのビット数、Ｄは誤差拡散処理部２３により補間されるビット数、Ｆはフレームレートコントロール部２４により補間されるビット数を表している。なおＮ、Ｍ、Ｆ、Ｄは整数である。

図７の例では、入力された映像信号データのビット数は８ビット（Ｎ＝８）、誤差拡散処理部２３にて補間されるビット数は４ビット（Ｄ＝４）、フレームレートコントロール部２４にて補間されるビット数は２ビット（Ｆ＝２）としている。サブフレーム数を２進数で表した場合のビット数は４ビット（Ｍ＝４）、駆動階調は１２個（黒を含まない）としている。

ここでルックアップテーブル部２１の動作を説明する。一般的に映像信号はガンマ補正がかけられている。画像表示装置側ではガンマ補正がかけられた映像信号に対し逆ガンマ補正処理を施してリニアな階調に戻すことが必要である。逆ガンマ補正とは入力Ｘに対して出力がＸの２．２乗となるような補正である。この場合、出力特性は「ガンマ２．２」であると以下表現する。ルックアップテーブル部２１は反射型液晶表示素子６の入出力特性を変換してガンマ２．２の出力特性を有する液晶表示装置を実現する機能を担っている。ルックアップテーブルは、１０ビットの出力が、任意の出力特性（例えばガンマ２．２）となるようにあらかじめ調整されている。例えば、第１の実施形態では図７に示す１２個の駆動階調（黒を含まない）のそれぞれの駆動による画像を図１に示す液晶表示装置で投影し、スクリーン１３上の照度を照度計等でそれぞれ測定しておく。それぞれの駆動階調間の照度を６ビット（Ｍ＋Ｄ＝６）（６４階調）で直線補間することによって、０〜７６８の階調毎の照度データが予測される。それらの照度データから任意の出力特性（例えばガンマ２．２）となるような２５６個のデータを選び、あらかじめルックアップテーブルとして保持されているものとする。

ルックアップテーブル部２１は、２５６ｘ１０ビット（すなわち、「２の８乗」階調ｘ（４＋２＋４）ビット）のルックアップテーブルを有している。ここで、「２の８乗」階調ｘ（４＋２＋４）ビットとは、「２のＮ乗」階調ｘ（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットに対してＮ＝８、Ｍ＝４、Ｆ＝２、Ｄ＝４の値を代入したものに相当する。ルックアップテーブル部２１は、入力された８ビットの画像データを、１０ビットのデータに変換して出力する。

図６に戻り、ルックアップテーブル部２１にて（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットに変換された映像信号データは、誤差拡散部２３により下位Ｄビットの情報を周辺画素に拡散することによって、（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換される。図７の例では、変換された１０ビットのデータは、誤差拡散部２３にて、下位４ビットの情報を周辺画素に拡散し上位６ビットのデータに量子化して出力される。

誤差拡散法とは、表示すべき映像信号と実表示値との誤差（表示誤差）を周辺の画素に拡散することで階調不足を補う方法である。第１の実施形態においては、表示すべき映像信号の下位４ビットを表示誤差とし、図１０のように右隣の画素に表示誤差の７／１６を、左下の画素に表示誤差の３／１６を、直下の画素に表示誤差の５／１６を、右下の画素に表示誤差の１／１６を加える。

誤差拡散部２３の動作を図１１でより詳しく説明する。ある座標の映像信号は上述のように誤差を拡散するとともに、以前の映像が拡散した誤差が加算される。入力された１０ビットのデータは、まず、以前の映像が拡散した誤差が誤差バッファにより加算される。入力映像信号データは誤差バッファの値が加算された後、上位の６ビットと下位の４ビットに分割される。

分割された下位の４ビットの値を以下に示す。右側の値は表示誤差である。
下位４ビット 表示誤差
００００ ０
０００１ ＋１
００１０ ＋２
００１１ ＋３
０１００ ＋４
０１０１ ＋５
０１１０ ＋６
０１１１ ＋７
１０００ −７
１００１ −６
１０１０ −５
１０１１ −４
１１００ −３
１１０１ −２
１１１０ −１
１１１１ ０

分割された下位の４ビットの値に対応する表示誤差は、図１１のように誤差バッファへと加算され保持される。また、分割された下位の４ビットの値に対してスレッショルド比較を行ない、値が１０００より大きい場合（上記の左部の値が１０００である行以降の行）、上位６ビットの値に１が加算される。そして、上位の６ビットのデータが誤差拡散部から出力される。

図６に戻り、誤差拡散部２３にて（Ｍ＋Ｆ）ビットに変換された映像信号データは、フレームレートコントロール部２４に入力される。ここで、フレームレートコントロールとは、表示素子の１画素の表示に対してｍ（ｍ：ｍ≧２、自然数）フレームを１周期として、その周期のｎ（ｎ：ｎ＞０、ｍ＞ｎ、自然数）フレームではオン表示を行ない、残りの（ｍ−ｎ）フレームではオフ表示を行うことにより疑似的に階調を表示させる技術である。言い換えると、フレームレートコントロールとは、画面の書き換えと網膜の残像効果を利用して中間階調を擬似的に作り出す技術である。たとえばあるピクセルを1フレームごとに０階調と１階調に交互に書き換えることにより、人間の眼には０階調と１階調の中間の階調に見えることになる。そして、たとえば４フレームについてのこのような０階調と１階調の交互の書き換えを１セットとして制御することによって、０階調と１階調の間に３段階の階調を擬似的に表現できるようになる。

図１２は第１の実施形態におけるフレームレートコントロールフローを示す図である。図１３は第１の実施形態におけるフレームレートコントロールテーブルを示す図である。図６に示すフレームレートコントロール部２４はフレームレートコントロールテーブルを備えている。フレームレートコントロール部２４では、下位Ｆビットの値と、画素の位置情報及びフレームのカウント情報から、フレームレートコントロールテーブル内の位置を特定し、その値（１または０の値、以下０／１と記載する。）が上位Ｍビットに加えられ、Ｍビットのデータに変換される。

図７の例では、誤差拡散部２３により出力された６ビットのデータは、フレームレートコントロール部２４に入力される。フレームレートコントロール部２４は、下位２ビットの情報と、表示エリアでの位置情報およびフレームカウンタ情報より、フレームレートコントロールテーブルから０／１の値を導き、入力された６ビットから分離された上位４ビットの値に加算する。

フレームレートコントロール部２４の動作を図１２で具体的に説明する。入力された６ビットのデータは、上位の４ビットと下位の２ビットに分割される。入力された６ビットデータの下位２ビットと、画素の表示エリアでの位置情報（すなわち、座標データであるＸ座標の下位２ビットおよびＹ座標の下位２ビット）と、フレームカウンタの下位２ビットとの合計８ビットの値を用いて、図１３のフレームレートコントロールテーブルで示される“０”か“１”の値を特定する。特定された“０”か“１”の値は上位４ビットのデータに加算して、４ビットデータとして出力される。

図１４は、フレームレートコントロールを左目信号・右目信号の区別をせずに適用した場合の不具合を説明するための図である。ここで上述の図１３における「Ｘ座標下位２ビットの０、１、２、３」という表記を、図１４から図１７においては、「Ｈscan１、Ｈscan２、Ｈscan３、Ｈscan４」と表記するものとする。また、図１３における「Ｙ座標下位２ビットの０、１、２、３」という表記を図１４から図１７においては、「Ｖscan１、Ｖscan２、Ｖscan３、Ｖscan４」と表記するものとする。また、図１４から図１７において、３Ｄ映像信号として、左目用信号・右目用信号の交互の繰り返し信号を考える。

通常、フレームレートコントロールは連続する４フレームを１セットとして処理をする。２Ｄ映像信号の場合はその処理で妥当である。しかしながら、３Ｄ映像信号は左目用信号・右目用信号の交互の繰り返しであるため、不具合が発生する。フレームレートコントロールテーブルを通常に適用すると、左目用、右目用と区別をしないため、右目信号の２フレームと左目信号の２フレーム合計４フレームでフレームレートコントロールを行うことになるからである。ところが、立体映像の場合、左と右の信号が高い頻度で異なる値を採る。その結果、以下にて説明するような不具合が発生する。

いまＨscan１〜Ｈscan４およびＶscan１〜Ｖscan４の１６ドットにおいて、右目用信号ではその下位２ビットが０１であり、右目用信号ではその下位２ビットが１１である場合を仮定する。その場合に、フレームレートコントロールを適用した図が図１４である。左目用信号、右目用信号と区別をしない通常のフレームレートコントロールを適用すると、図１４のようになり、フレーム平均をしたときにＨscan１〜Ｈscan４およびＶscan１〜Ｖscan４の１６ドットの値が右目では０の領域と０．５の領域となってしまい、期待される値０．２５にならない。一方、左目では０．５の領域と１．０の領域に分かれてしまい、期待される値０．７５にならない。すなわち、同じ値であるべき１６ドットの値が異なる２つの値になってしまうという不具合が発生する。

図１５は入力映像フレーム番号とフレームレートコントロールにおけるフレーム番号の対応を示した図である。図１５ではフレームレートコントロールをＦＲＣと略記している。通常の（２Ｄ）信号での入力映像フレーム番号とフレームレートコントロールにおけるフレーム番号の対応は、図１５の上段の図のような関係であった。ところが図１５中段の図のように、立体信号の場合に左目用信号、右目用信号とを区別をしない通常のフレームレートコントロールテーブルを適用すると、上記のような不具合が発生する。

そこで、第１の実施形態に係る発明では図１５の下段の図のように左目用信号と右目用信号に別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てる。図１６は、左目用信号と右目用信号に別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てた場合のフレームレートコントロールテーブルを示した図である。下位２ビット信号が００、０１、１０、１１の全ての場合に対してそれぞれ、０、０．２５、０．５、０．７５という正常な値が得られる。すなわち、上記により左目用信号と右目用信号に対して別々にフレームレートコントロールを適用するため、正しい階調を表示することができる。なお、図１７のように、左と右でフレームレートコントロールのパターンの順番を入れ替えてもよい。図１７は、図１６において左と右でフレームレートコントロールのパターンの順番を入れ替えた場合の図である。さらに、左右の信号に異なる種類のパターンにしても良い。

図１８は第１の実施形態において立体映像の場合のフレームレートコントロールフローを説明するための図である。図１８は２つの回路を並列に駆動させて左目用と右目用のフレーム方向の処理を独立させている。また、１つの回路を用いて左目信号と右目信号を判別して、操作を切り替えてもよい。

図７に戻り、フレームレートコントロール部２４から出力された４ビットデータは図６で示されているリミッタ部２５にて駆動階調の最大値である１２に制限された後、サブフレームデータ作成部２６にて、反射型液晶表示素子６へ転送されるべき１２ビットのデータに変換される。１２ビットのデータへの変換は駆動階調テーブル２７を使用する。

図６に戻り、サブフレームデータ作成部２６から出力された１２ビットのデータは、メモリ制御部２８にて、サブフレーム毎に分割されたフレームバッファ２９に格納される。フレームバッファ２９はダブルバッファの構造になっており、フレームバッファ０にデータを格納中は、フレームバッファ１のデータがデータ転送部を経由して反射型液晶表示素子６に転送されることになり、次のフレームでは、前フレーム期間中に格納されたフレームバッファ０のデータがデータ転送部３０を経由して液晶表示素子６に転送され、フレームバッファ１には入力された映像信号データのサブフレームデータ作成部２６からの出力データが格納される。

駆動制御部３１は、サブフレーム毎の処理のタイミング等を制御しており、データ転送部３０への転送指示およびゲートドライバ３４の制御を行う。データ転送部３０は、駆動制御部３１からの指示に従い、メモリ制御部２８に指示を行ない、指定したサブフレームのデータをメモリ制御部２８から受け取りソースドライバ３３へと転送する。ソースドライバ３３は、１ライン分のデータをデータ転送部３０より受け取る毎に、反射型液晶表示素子６の対応する画素回路７へ列データ線Ｄ０−Ｄｎを用いて同時に転送する。この時、ゲートドライバ３４では、駆動制御部３１からの垂直スタート信号（ＶＳＴ）／垂直シフトクロック信号（ＶＣＫ）により指定された行の行選択線Ｗｙをアクティブにし、指定された行ｙの全ての列の画素へとデータが転送される。

図８を用いて第１の実施形態における駆動パターンについて説明する。図８は、映像信号が１秒あたり１２０フレーム、サブフレーム数が１２個の場合について示している。ＷＣは液晶表示素子内の全ての画素にサブフレーム毎のデータを転送するデータ転送期間（ＷＣ期間）を表している。ＤＣは、液晶を駆動する際の駆動期間（ＤＣ期間）を表している。ＷＣ期間は３４７[μs]、ＤＣ期間を３４７[μs]としている。１フレームにおいて、ＷＣ期間とＤＣ期間が交互に１２回連続する。時間的に先頭からＳＦ１、ＳＦ２、…、ＳＦ１１、ＳＦ１２の順番でそれぞれのサブフレームに割り当てられた０または１のデータがＷＣ期間にて転送され、ＤＣ期間全ての画素の液晶が駆動される。画素内にサンプルホールドされたデータが０の場合は、その画素はブランキング状態となり、１の場合は駆動状態となる。

次に、図９に示す第１の実施形態における駆動階調テーブルについて説明する。図８と同様、映像信号は１秒あたり１２０フレーム、サブフレーム数が１２個、データ転送期間（ＷＣ期間）は３４７[μs]、駆動期間（ＤＣ期間）を３４７[μs]としている。図７は駆動階調に対するサブフレーム毎のＤＣ期間の状態を示している。図９の縦の欄の階調とは、フレームレートコントロール部２４で得た４ビットのデータであってリミッタ部２５にて駆動階調の最大値である１２で制限されたものである。ＳＦ１−ＳＦ１２は１フレーム内のサブフレームの順番を表している。ＤＣ期間の欄が１の場合は駆動状態であることを示す。ＤＣ期間の欄が０の場合はブランク状態であることを示す。図９の縦の欄に示す階調が１の場合、最後のサブフィールドであるＳＦ１２のみが駆動状態となる。階調が２の場合、ＳＦ１１とＳＦ１２だけが駆動状態となる。以下、階調の数が増える毎に駆動状態となるサブフレームが増えていき、最も高い階調である１２の場合、全てのサブフレームが駆動状態となる。言い換えると、階調の数が増えるにしたがい、駆動状態となるサブフレームが時間的に前方に増えていく。

ところで第１の実施形態においては、表示素子としてアクティブマトリクス型の反射型液晶表示素子６を備えた投射型表示装置を例にして説明している。ここで、図９の階調駆動テーブルで液晶を駆動する場合の特徴を説明する。図９において、階調がＫであるとする。するとＳＦ（１３−Ｋ）からＳＦ１２までが１（駆動状態）となる。ＳＦ（１３−Ｋ）からＳＦ１２までの１は、ほぼ連続したオン状態とみなされる結果、Ｋ（階調数）と出力光の関係はほぼ図３に示す反射型液晶表示素子６の入力電圧と出力光の強度との関係に近いカーブを描く。これは、ルックアップテーブル部２１の動作に有利に作用する。すなわち、反射型液晶表示素子６の入力電圧と出力光の強度との関係はルックアップテーブル部２１が目標としているガンマ２．２のカーブに比較的近いため、ルックアップテーブル部２１にてガンマ２．２のカーブに変換する負担が少なくなる。以上の特徴は、透過型液晶素子においても同様である。

図１９は第１の実施形態における信号処理を示す図である。図２０は第１の実施形態における反射型液晶表示素子６の極性反転駆動を示す図である。

以下図３、図６、図８を参照しつつ、図１９において信号処理を説明する。図１９において、時刻Ｔ０にて垂直同期信号Ｖｓｙｎｃがアクティブになり、最初に、時刻Ｔ０−Ｔ１の期間にてサブフレーム１（ＳＦ１）のデータを反射型液晶表示素子６に転送する。この期間（Ｔ０−Ｔ１）が転送期間ＷＣとなる。転送期間ＷＣの間、反射型液晶表示素子６は画素内のサンプルホールドされた値に関わらず、ブランキング状態とする必要があり、Ｖ０／Ｖ１／Ｖｃｏｍは同じ電圧（ここではＧＮＤ）を設定する。ここで、Ｖ０はブランキング電圧、Ｖ１は駆動電圧、Ｖｃｏｍ（共通電圧）は液晶の対向電極１０の電圧である。時刻Ｔ１にて転送が終わり、次の期間（Ｔ１−Ｔ３）は駆動期間ＤＣとなる。時刻Ｔ２は期間（Ｔ１−Ｔ３）のちょうど中間となり、期間（Ｔ１−Ｔ２）と期間（Ｔ２−Ｔ３）は同じ時間となる。期間（Ｔ１−Ｔ２）ではＶ１がＶｗ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＧＮＤとなるように、また、期間（Ｔ２−Ｔ３）では期間（Ｔ１−Ｔ２）とは反対に、Ｖ１がＧＮＤ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＶｗとなるように電圧制御部３２にて制御される。

画素回路７内のサンプルホールドの値が“０”の場合、画素回路７内の電圧選択回路１７にてＶ０が画素電極８に印加される。期間Ｔ１−Ｔ２では、画素電極電圧Ｖｐｅと対向電極電圧ＶｃｏｍはともにＧＮＤとなる。液晶９にかかる電圧は０［ｖ］となり、液晶の駆動状態はブランキング状態となる。

画素内のサンプルホールドの値が“１”の場合、画素回路７内の電圧選択回路１７にてＶ１が画素電極８に印加される。期間Ｔ１−Ｔ２では、画素電極電圧ＶｐｅはＶｗ、対向電極電圧ＶｃｏｍはＧＮＤとなる。液晶９にかかる電圧は＋Ｖｗ（対向電極基準）となり、液晶は駆動状態となる。期間Ｔ２−Ｔ３では、画素電極電圧ＶｐｅはＧＮＤ、対向電極電圧ＶｃｏｍはＶｗとなり、液晶９にかかる電圧は−Ｖｗ（対向電極基準）となり、駆動状態となる。

液晶に同じ電圧で方向の異なる電圧（＋Ｖｗ／−Ｖｗ）を同じ期間印加することにより、長時間平均して液晶に印加する電圧を＋Ｖｗ＋（−Ｖｗ）＝０［ｖ］とすることにより、焼き付きを防止している。ＳＦ２−ＳＦ１２もＳＦ１の期間Ｔ０−Ｔ３と同様な電圧制御を行う。図２０において、期間（Ｔ１−Ｔ２）に相当する状態、すなわち、Ｖ１がＶｗ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＧＮＤとなるような状態をＤＣバランス＋と表している。また、期間（Ｔ２−Ｔ３）に相当する状態、すなわち、Ｖ１がＧＮＤ、Ｖ０／ＶｃｏｍがＶｗとなるような状態をＤＣバランス−と表している。

また、第１の実施の形態では、図８、図９に示す通り、動画擬似輪郭の原因となるバイナリビットパルスを用いず、すべて同じ幅のステップビットパルスを用いている点も特徴である。バイナリビットパルスとは各サブフィールドに対して重みが２n （ｎ＝０、１、２、３…）で表されるいわゆる“バイナリの重み付け”を行うものである。一方、ステップビットパルスとは、１、２、４、８、１６のバイナリビットパルスがある場合、３２、３２、３２、３２、３２、３２、３２のような同じ重み付けのパルスのことをいう。すべてバイナリビットパルスにする場合と比較して、ステップビットパルスを併用することで動画擬似輪郭を相対的に軽減する効果がある。

動画擬似輪郭とは、隣り合った画素の似たような階調において、片方の画素でのバイナリビットパルスの多くが駆動状態であり、もう片方の画素でのバイナリビットパルスの多くがブランキング状態である場合、視線を動かした時や、顔のアップ等が動いたときに、意図しない輝度が眼で知覚されることをいう。本実施形態では、動画擬似輪郭の原因となるバイナリビットパルスを用いず、すべて同じ幅のステップビットパルスを用いている。そのため視線方向を動かした場合でも、輝度が著しく変化しないため、動画擬似輪郭はほとんど知覚されない。

次に、反射型液晶表示素子を用いた液晶表示装置の駆動回路にフレームレートコントロール部をもうけたことによる効果を説明する。図２１は、反射型液晶素子における横方向電界の発生メカニズムを説明する図である。図２１に示されるように反射型液晶素子の画素電極８Ａ、８Ｂはシリコン基板４３の上に形成されている。

デジタル駆動の場合、隣り合った画素間で駆動状態（駆動／ブランキング）が異なることが頻繁に起こる。例えば、あるフレームにおいて隣り合った画素の階調がそれぞれ“５”（画素ＰＡ）と“６”（画素ＰＢ）の場合を仮定する。またＤＣバランス＋で、対向電極１０がＶ０の場合を考える。すなわち、図１５においてＤＣバランス＋であるから、Ｖ０＝Ｖｃｏｍ＝０（Ｖ）、V1＝Vｗである。サブフレーム６の時刻では、隣り合った画素の駆動状態が異なる。図９からわかるように、画素ＰＡはブランキング状態なので、画素電極８ＡにはＶ０の電圧がかかり、画素ＰＢは駆動状態なので、画素電極８ＢにはＶ１の電圧がかかっている。

画素電極８ＡにはＶ０の電圧がかかり、画素電極８ＢにはＶ１の電圧がかかっているときの液晶層の電界４１の状態を図２１は示している。画素ＰＢの画素電極８Ｂ（電位：Ｖｗ）と対向電極１０（電位：０（Ｖ））間には電位差が生じ、液晶は所定量の回転をさせられる。このとき、画素ＰＡの画素電極８Ａ（電位：０（Ｖ））と画素ＰＢの画素電極８Ｂ（電位：Ｖｗ）間にも電位差が生じ、横方向に電界が生じてしまう。このような、横方向電界４２は、画素間の液晶の動きに意図しない混乱を発生させる。上記の現象は、画質劣化の一因であった。

フレームレートコントロールを用いることで上記の不具合を解消することができる。図２２はフレームレートコントロールにより、横方向電界が均等に分散されることを説明する図である。

図２２では、フレームレートコントロール部への入力データ（（Ｍ＋Ｆ）ビット）の下位Ｆビットの値が“０１”である場合が例示されている。フレーム毎に４個のテーブル（フレーム０〜３）が用いられる。それぞれのフレームにおいて、隣り合った画素間で駆動状態（駆動またはブランキング）が異なる場合、駆動状態が「１」（駆動状態）である画素から駆動状態が「０」（ブランキング状態）である画素の方向に横方向の電界が生じる。画素間の横方向電界の方向は図２２において矢印で表されている。４個のフレームでの横方向電界の状態を重ね合わせたのが、一番右の状態である。すなわち、４フレームの平均では、すべての画素間での横方向電界は打ち消しあっている。以上のように、フレームレートコントロールを用いることにより、画質劣化の一因である横方向電界を打ち消すことが可能となった。

＜第２の実施形態＞
図２３は本発明の第２の実施形態に係る駆動回路１０２０を示すブロック図である。本実施形態に係る駆動回路では、図６に示す第１の実施形態の駆動回路１０２と比較すると、ルックアップテーブル部２１が、信号変換部２２に変更されている点が異なっている。誤差拡散部２３以降の構成は第１の実施形態の駆動回路と同じである。

図２４は、第２の実施の形態における駆動パターンを示す図である。本実施形態の駆動パターンは、第１の実施形態の駆動パターンと同様、映像信号が１秒あたり１２０フレーム、サブフレーム数が１２個、データ転送期間（ＷＣ期間）が３４７[μs]である。一方、第１の実施形態の場合、全サブフレームの駆動期間が同じ時間であったのに対し、図２４での各サブフレーム毎の駆動期間（ＤＣ期間）の時間は異なっている。

図２５は第２の実施の形態における各サブフレーム毎の駆動期間（ＤＣ期間）が第１の実施の形態に対して変更されていることを説明した図である。図２３、図２５では、駆動階調の設定は第１の実施形態に従っている。すなわち、第１の実施形態における図７の縦の欄に示す階調が１の場合、最後のサブフレームであるＳＦ１２のみが駆動状態となる。階調が２の場合、ＳＦ１１とＳＦ１２だけが駆動状態となる。以下、階調の数が増える毎に駆動状態となるサブフレームが増えていき、最も高い階調である１２の場合、全てのサブフレームが駆動状態となる。言い換えると、階調の数が増えるにしたがい、駆動状態となるサブフレームが時間的に前方に増えていく。

図２５において各サブフレーム毎の期間が第１の実施の形態に対して変更されている点について以下に説明する。図６のルックアップテーブル部２１は反射型液晶表示素子６の入出力特性を変換してガンマ２．２の入出力特性を有する液晶表示装置を実現する機能を担っている。第２の実施形態においては、入出力特性の変換機能を「各サブフレーム毎の駆動期間（ＤＣ期間）の時間を異ならせる」ことで果たしている。以下、具体的に説明する。図２６は第２の実施の形態において、各サブフレーム期間を調節して、駆動階調毎の輝度がガンマ２．２の線上にあることを表している図である。第２の実施形態では、例えば駆動階調毎の輝度特性が図２６のようなガンマ２．２の線上になるように、あらかじめ、各サブフレーム毎のＤＣ期間を図２４のように設定してある。

上記の結果、ルックアップテーブル部に対して逆ガンマ補正の機能を省くことができる。その結果、ルックアップテーブルを用いるルックアップテーブル部２１からルックアップテーブルを使用しない信号変換部２２に変更することができる。ルックアップテーブル部２１を信号変換部２２に変更することは、コスト削減の効果を有する。

以下、信号変換部２２を説明する。第２の実施形態においては、補間駆動階調自体にガンマ２．２の輝度特性があるため、

入力階調Ｘ：補間駆動階調Ｙ＝２５５（最大入力階調）：７６８（最大補間駆動階調）

の関係式から、下記に示す演算式を用いることが可能となっている。信号変換部２２は下記演算式を用いて入力される映像信号データを演算する。

出力データＹ：（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビット＝入力データＸ × ７６８ ／ ２５５
ここで、７６８：最大補間駆動階調（すなわち、１１００００００００）
２５５：最大駆動階調

ここで、駆動階調とは、図６、７、１８、２０、２１に表される、素子単体での階調を表している。また、補間駆動階調とは、誤差拡散部およびフレームレートコントロール部にて補間される擬似階調を含む階調を表している。

また、第２の実施形態においても、第１の実施形態での効果は同等に有している。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、アクティブマトリクス型の透過型液晶表示素子を用いた直視型の液晶表示装置を用いて立体映像表示装置としている。図２７は直視型液晶表示装置を用いた立体映像表示装置を示す図である。第１、第２の実施形態と共通する部分には同じ番号を付し、重複する説明は省略する。直視型液晶表示装置１１０は、バックライト１１１、入口偏光板１１２、直視型液晶表示素子１１３、出口偏光板１１４および信号処理回路１０１、駆動回路１０２を少なくとも含んで構成されている。駆動回路１０２に代えて駆動回路１０２０を用いてもよい。液晶シャッタ駆動信号送信機１０３は直視型液晶表示装置１１０に内蔵されているか、または接続されて用いられる。液晶シャッタ駆動信号送信機１０３からの駆動信号によりシャッタ動作を行う液晶シャッタめがね１０５を観察者は装着してスクリーン１３に投影された立体映像を観察する。

第３の実施形態においても、左目用信号と右目用信号に対して別々にフレームレートコントロールを適用するため、高い階調表示性能、左右画像のチャンネル分離性能を確保できる立体映像表示装置を提供することができる。また、駆動回路１０２または１０２０を用いることによる効果も有する。

第１〜第３の実施形態において、入力された映像信号データのビット数をＮ、表示素子の駆動可能な階調数を２進数で表したときのビット数をＭ、誤差拡散処理により誤差として拡散されるビット数をＤ、フレームレートコントロールにより擬似的な階調として表現されるビット数をＦとしたとき、Ｎ＝８、Ｍ＝４、 Ｄ＝４、Ｆ＝２である場合について説明した。しかし、Ｎ、Ｍ、Ｄ、Ｆの値は上記の値に限定されず、種々の値を用いて実施することができる。そのなかでも、Ｎ＝８〜１２、Ｍ＝４〜６、Ｄ＝４〜８、Ｆ＝２〜３であることがより好ましい。

１ 照明光学系、２ 光、３ Ｓ偏光、４ Ｐ偏光、
５ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、６ 反射型液晶表示素子
７ 画素回路、８ 画素電極、９ 液晶、１０ 対向電極（透明電極）、
１１ 投射レンズ、１２ 射出光、１３ スクリーン、
１５ サンプルホールド部、１７ 電圧選択回路、
２１ ルックアップテーブル部、２２信号変換部、
２３ 誤差拡散部、２４ フレームレートコントロール部、
２５ リミッタ部、２６ サブフレームデータ作成部、
２７ 駆動階調テーブル、２８ メモリ制御部、２９ フレームバッファ、
３０ データ転送部、３１ 駆動制御部、３２ 電圧制御部、
３３ ソースドライバ、３４ ゲートドライバ
４１電界、４２ 横方向電界、４３ シリコン基板
１００ 投射型液晶表示装置、１０１ 信号処理回路（信号処理部）、
１０２、１０２０ 駆動回路（駆動装置）、
１０３ 液晶シャッタ駆動信号送信機、
１０４ 立体映像信号源、１０５ 液晶シャッタめがね、
１１０ 直視型液晶表示装置、１１１ バックライト、
１１２ 入口偏光板、１１３ 直視型液晶表示素子、
１１４ 出口偏光板

Claims (3)

1. 入力される３Ｄ映像信号から左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられた信号に変換する信号処理部と、
   前記左目用信号、右目用信号のそれぞれのデータに別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てることによりフレームレートコントロールを行うフレームレートコントロール部を備える駆動装置と、
   前記駆動装置で駆動される液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子に照明光を入射させる照明光学系と、
   前記液晶表示素子から射出された変調光を投射する投射レンズと、
   を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
2. 入力される３Ｄ映像信号から左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられた信号に変換する信号処理部と、
   Ｎ、Ｍ、Ｆ、Ｄを整数としたときに、前記左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられたビット数Ｎの信号データを逆ガンマ補正および直線補間を行ってＮより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換するルックアップテーブル部と、前記ルックアップテーブル部で処理された（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータを誤差拡散処理により（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換する誤差拡散部と、前記誤差拡散部で処理された（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータを、前記左目用信号、右目用信号に対応するデータに別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てることによりフレームレートコントロールを行うことによりＭビットのデータに変換するフレームレートコントロール部と、前記フレームレートコントロール部で処理されたＭビットのデータを用いるとともに、ステップビットパルスにより全サブフレームを構成し、駆動階調が１のとき最後のサブフレームが駆動状態となり、駆動階調が１増加する毎に駆動状態となるサブフレームが１個ずつ既に駆動状態となっているサブフレームの前に向かって増加していく駆動階調テーブルによりサブフレームデータを作成するサブフレームデータ作成部と、を備えることを特徴とする駆動装置と、
   前記液晶表示素子の駆動装置で駆動される液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子に照明光を入射させる照明光学系と、
   前記液晶表示素子から射出された変調光を投射する投射レンズと、
   を備えることを特徴とする立体映像表示装置。
3. 入力される３Ｄ映像信号から左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられた信号に変換する信号処理部と、
   Ｎ、Ｍ、Ｆ、Ｄを整数としたときに、左目用信号、右目用信号が時間的に交互に並べ替えられたビット数Ｎの信号を直線補間してＮより大きい（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータに変換する信号変換部と、前記信号変換部で処理された（Ｍ＋Ｆ＋Ｄ）ビットのデータを誤差拡散処理により（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータに変換する誤差拡散部と、前記誤差拡散部で処理された（Ｍ＋Ｆ）ビットのデータを、前記左目用信号、右目用信号に対応するデータに別々のフレームレートコントロールテーブルにおけるフレーム番号を割り当てることによりフレームレートコントロールを行うことによりＭビットのデータに変換するフレームレートコントロール部と、前記誤差拡散部で処理されたＭビットのデータを用い、駆動階調が１のとき最後のサブフレームが駆動状態となり、駆動階調が１増加する毎に駆動状態となるサブフレームが１個ずつ既に駆動状態となっているサブフレームの前に向かって増加していくとともに、入力映像信号データに対する液晶の光出力が逆ガンマ特性となるようにサブフレーム毎の駆動期間を異ならせた駆動階調テーブルによりサブフレームデータを作成するサブフレームデータ作成部と、を備えることを特徴とする駆動装置と、
   前記液晶表示素子の駆動装置で駆動される液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子に照明光を入射させる照明光学系と、
   前記液晶表示素子から射出された変調光を投射する投射レンズと、
   を備えることを特徴とする立体映像表示装置。

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