JP7384419B2 - 画像表示装置、及び画像表示方法 - Google Patents
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Description
本願は、2018年10月16日に、日本に出願された特願2018-194917号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
特許文献1に記載の裸眼立体映像表示装置では、所定の視線方向を観察する観察者の左右の眼に、複数の立体表示画像が周期4以上の時系列で所定の順で順次提示される。
また、本発明の一態様は、上記の画像表示装置において、前記光源部は、前記分割数に応じて前記画像表示面に照射する前記照明光の強度を変化させる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図1は、本実施形態に係る画像表示システム1の一例を示す図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図1に示した矢印A1が示す方向を上方向又は上と称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、上方向と逆の方向を下方向又は下と称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、図1に示した矢印A2が示す方向であって上方向と直交する方向を左方向又は左と称して説明する。また、以下では、説明の便宜上、左方向と逆の方向を右方向又は右と称して説明する。
また、以下では、一例として、下方向が重力方向と一致しており、左右方向が、水平方向と一致している場合について説明する。なお、この方向は一例であって、下方向が、重力方向と一致していない構成であってもよい。
画像表示装置10は、第1表示部11と、照射部12と、拡散板13と、制御装置14とを備える。
なお、サブピクセルは、画像表示システム1において表示される画像を構成している各ピクセルを上下方向と異なる方向に沿ってm等分した部分ピクセルそれぞれのことであってもよい。
なお、第1表示部11は、透過型の第1表示面D1を有していればよく、液晶パネルに代えて、他の表示方式による表示パネルであってもよい。
照射部12は、第2表示部121と、光源部122とを備える。
なお、以下の説明において、第2表示部121は、透過型の第2表示面D2を有しているとして説明するがこれに限られず、例えば、自発光型の表示パネルを有しているものであってもよい。
なお、光源部122は、LEDに代えて、他の光源を用いたものであってもよい。
この一例では、第2表示部121は、第1表示部11と同様のピクセル配置構成を有しており、赤色・緑色・青色の3色のピクセルによってカラー画像を表示可能なカラー液晶パネルである。なお、第2表示部121は、第1表示部11がモノクロ液晶パネルである場合には、モノクロ画像を表示可能なモノクロ液晶パネルである。
つまり、第2サブピクセルを介して光源部122から第1サブピクセルに照射される光の色は、赤色、緑色、青色のいずれかである。
ここで第1サブピクセルは、第1サブピクセルの赤色、緑色、青色の種類に応じて、光源部122が第1サブピクセルに照射した光を透過せずに吸収してしまう場合がある。拡散板13は、第1サブピクセルに照射された光が透過せずに第1サブピクセルに吸収されてしまう問題を解決する。
ここでバリアパターンとは、第2表示面D2上の領域における複数のスリットと、バリアとの配置のことである。スリットとは、第2表示面D2上の領域のうち光を透過させる透過状態の第2サブピクセルを含む領域である。バリアとは、第2表示面D2上の領域のうち光を透過させない遮光状態の第2サブピクセルを含む領域である。
制御装置14は、第1表示部11に表示される画像のうち、左眼用画像の領域と、右眼用画像の領域との配置のパターン、すなわち画像配置パターンを決定する。
本実施形態の制御装置14は、後述する時分割数情報が示す時分割の分割数と、スリット幅情報が示すスリット幅と、スリット傾き情報が示すスリットの傾きとに基づいて、画像配置パターンを決定する。ここで、スリットの配置パターン(すなわち、バリアパターン)のパターン数は、時分割の分割数に応じている。画像配置パターンのパターン数は、バリアパターンのパターン数に応じている。つまり、画像配置パターンのパターン数は、時分割の分割数に応じている。制御装置14は、時分割の分割数に応じたパターン数の画像配置パターンの画像を、第1表示面D1に表示させる。
以下では、時分割の分割数を、単に分割数という場合がある。
例えば、当該分割数が3の場合、制御装置14は、パターンX1~X3の3つのパターンの画像配置パターンを決定する。制御装置14は、パターンX1~X3の画像配置パターンを、第1表示面D1に表示される画像のフレーム毎に、例えば、パターンX1、パターンX2、パターンX3、パターンX1、…、の順に周期的変化させる。
この一例の場合、画像配置パターンは、パターンX1、パターンX2、パターンX3、パターンX1、…、の順に時間軸に沿って並べられている。これらの画像配置パターンのうち、隣り合う画像配置パターンは、互いに左(又は右)方向にスリット幅分ずれた位置にして画像が配置される。
例えば、分割数が3の場合、パターンX1とパターンX2、パターンX2とパターンX3、パターンX3とパターンX1とはそれぞれ、スリット幅分ずれた配置にされる。画像配置パターンの各パターンは、画像表示面のうち左画像データの画像が表示される左画像領域と、画像表示面のうち右画像データの画像が表示される右画像領域との、それぞれの領域の配置パターンの一例である。
つまり、制御装置14は、左画像データ及び右画像データに基づいて第1サブピクセルを制御する。
また、制御装置14は、時分割数情報が示す分割数と、スリット幅情報が示すスリット幅と、スリット傾き情報が示すスリットの傾きとに基づいて、当該分割数に応じたパターン数の、互いに異なるバリアパターンを決定する。ここで制御装置14は、分割数を、距離検出部20によって検出された距離に基づいて算出する。距離検出部20によって検出された距離とは、第1表示面D1と観察者Hの位置との相対的な位置関係を示す距離である。
バリアパターンは、前述した通り、第2表示面D2上の領域のうち透過状態の第2サブピクセルを含む領域である複数のスリットと、遮光状態の第2サブピクセルを含む領域であるバリアとの配置のことである。
距離検出部20は、検出した距離情報を制御装置14に出力する。
図2、及び図3を参照し、画像表示システム1では、距離情報が示す観察者距離HDに応じて、時分割の分割数が変更されることを説明する。画像表示システム1では、距離情報が示す観察者距離HDが相対的に長いときに分割数を相対的に少なくし、距離情報が示す観察者距離HDが相対的に短いときに分割数を相対的に多くする。
図2は、本実施形態に係る分割数が4の場合の時分割によるパララックスバリア方式の立体視の一例を示す図である。図2に示す例では、観察者距離HDを距離DS1とする。
また、図2に示す例では、第2表示部121の第2表示面D2と、第1表示部11の第1表示面D1との距離である表示面間距離DDを、距離ds1とする。
観察者Hの左目と右目との間隔は、距離ΔEyeより大きく、距離ΔLと距離ΔRと距離ΔEyeとの和よりも小さいため、図2に示す例では立体視が可能となる。
図3は、本実施形態に係る分割数が5の場合の時分割によるパララックスバリア方式の立体視の一例を示す図である。図3に示す例では、観察者距離HDが、距離DS2である。ここで距離DS2は、図2に示した距離DS1よりも短い。距離DS2が観察者距離Dよりも短い。上述した図2における分割数は4である。図3における分割数は5である。
つまり、観察者距離HDが短いほど、分割数が多い。
観察者Hの左目と右目との間隔は、距離ΔEye′より大きく、距離ΔL′と距離ΔR′と距離ΔEye′との和よりも小さいため、図3に示す例では立体視が可能となる。
画像表示システム1では、バリアパターンにおけるスリットの幅を変化させずに、分割数を変化させる。画像表示システム1では、スリットの幅は変化させずに、分割数を変化させることにより、分割数の変化に応じてバリアの幅が変化する。画像表示システム1では、分割数の変化に応じてバリアの幅が変化することにより、分割数の変化に応じて複数のスリットの間の間隔が変化する。
以下、第2表示部121の第2表示面D2にあるパターンのバリアパターンが表示されている場合における第1表示面D1の状態と、第2表示面D2の状態とのそれぞれについて説明する。
なお、角度θはゼロであってもよい。
以下、図4を参照し、上述のパラメーターセットPSに基づいて第2表示面D2に表示されるバリアパターンの一例として、分割数が4であり、バリアパターンにおけるスリット幅が2サブピクセルであり、バリアパターンの角度θがtan-1(1サブピクセル/6サブピクセル)である場合に、制御装置14によって第2表示面D2に表示されるバリアパターンであるバリアパターンP1について説明する。
なお、第1表示面D1及び第2表示面D2はいずれも、各ピクセルが赤色、緑色、青色の各サブピクセルを有する、いわゆるカラー液晶パネルであるものとして説明する。
また、制御装置14は、第1表示面D1における画像配置パターンと、第2表示面D2におけるバリアパターンとのそれぞれを周期的に変化させた場合に、各スリットに配置された左画像領域の画像を観察者Hの左眼にのみ視認させるとともに、各スリットに配置された右画像領域の画像を観察者Hの右眼にのみ視認させることができるように、各スリットの左半分に左画像領域が配置され、各スリットの右半分に右画像領域が配置される。
分割数が5であり、バリアパターンにおけるスリット幅が2サブピクセルであり、バリアパターンの角度θがtan-1(1サブピクセル/6サブピクセル)である場合、タイミングT2において、例えば、バリアパターンは、配置MX4のようになる。配置MX4は、第2表示面D2に表示されたバリアパターンの一例である。
なお、バリアパターンにおいて、スリットは上方向に対して斜めになっていなくてもよい(つまり角度θがゼロになっていてもよい)。
以下、図6を参照し、制御装置14の機能構成について説明する。
図6は、本実施形態に係る制御装置14の機能構成の一例を示す図である。制御装置14は、制御部140と、記憶部150とを備える。
第2駆動制御部146は、第2表示部121の第2表示面D2にバリアパターンを表示させる。ここで第2駆動制御部146は、パラメーターセットPSに基づいてバリアパターンを表示させる。
図7を参照し、制御装置14が第2表示面D2にバリアパターンを表示させる処理、及び第1表示面に画像を表示させる処理について説明する。
図7は、本実施形態に係る画像を表示させる処理の一例を示す図である。なお、ステップS130~S140の各処理と、ステップS150~S170の各処理とは、フレーム毎に同期されて並列して実行される。
ここで距離情報は、距離検出部20が検出した観察者距離を示す。位置情報取得部142は、取得した距離情報を分割数算出部143に供給する。
分割数算出部143は、パラメーターセットPSに含まれる分割数の値を、算出した更新後分割数の値により更新する。
ここで、分割数算出部143は、観察者距離HDが相対的に長いときに更新後分割数を相対的に少なくし、観察者距離HDが相対的に短いときに更新後分割数を相対的に多くする。
読出部141は、読みだした第1画像データを画像生成部144に供給する。
複数の表示素子(第1サブピクセル)は、透過型の画像表示面(第1表示部11)にマトリクス状に配置される。
複数の照明配置制御素子(第2サブピクセル)は、画像表示面(第1表示部11)の背面から画像表示面(第1表示部11)に対して照射される照明光の画像表示面(第1表示部11)に対する配置を可変に制御する照明配置面(第2表示面D2)にマトリクス状に配置される。
位置情報取得部142は、観察者Hの両眼のうちの少なくとも一方の眼と画像表示面(第1表示部11)との間の距離である観察者距離HDを示す位置情報(距離情報)を取得する。
分割数算出部143は、位置情報取得部142により取得された位置情報(距離情報)が示す観察者距離HDに基づいて時分割の分割数の更新後の値である更新後分割数を算出する。
ここで本実施形態に係る画像表示装置10では、特許文献1に記載されるような従来の裸眼立体映像表示装置に比べて、画面輝度の消費電力に対する比が大きくでき産業上の利点がある。本実施形態に係る画像表示装置10では、例えば、特許文献1に記載の裸眼立体映像表示装置に比べて、画面輝度の消費電力に対する比が、Lumen/Wattの単位にして3分の4倍程度大きくなる。
この構成により、本実施形態に係る画像表示装置10では、観察者距離HDに応じて更新後分割数を立体視ができる奥行方向の視域を広げるために適した値に変更できる。
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。
上記第1の実施形態では、画像表示装置は、時分割によるパララックスバリア式の裸眼立体映像を表示する場合について説明をした。本実施形態では、画像表示装置が、時分割によるパララックスバリア式の超多眼立体映像を表示する場合について説明をする。
本実施形態に係る画像表示システムを画像表示システム1aといい、画像表示装置を画像表示装置10aという。
画像表示装置10aは、第1表示部11aと、照射部12aと、拡散板13aと、制御装置14(不図示)とを備える。
ここで、制御装置14(不図示)と、距離検出部20(不図示)とが持つ機能は第1の実施形態と同じである。第1の実施形態と同じ機能の説明は省略し、第2の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
観察者Hの1視点の視域の幅である1視点視域幅WVZは、距離dsaと、観察者距離HDaと、ピクセル幅paとが決まると、三角形の相似に基づいて算出される。本実施形態では、算出される1視点視域幅WVZは、約2.3ミリメートルである。
つまり、第1表示面D1aと第2表示面D2aとの表示面間距離DDaは、第1表示面D1aの視域角と、第2表示面D2aに配置された第2ピクセルのピクセル幅paとに基づく距離である。
図9は、本実施形態に係る超多眼表示の一例を示す図である。視域VZは、観察者Hの視域である。
つまり、本実施形態に係る超多眼表示では、観察者Hの右目、及び左目のそれぞれの周辺に9視点ずつの画像が提示される。
観察者Hの両目の間隔は、目間隔DEである。目間隔DEは、一例として、63ミリメートルである。観察者Hの左目及び右目それぞれの瞳孔の直径は、一例として、4ミリメートルである。本実施形態に係る超多眼表示では、観察者Hの左目及び右目それぞれの瞳孔に、第1表示面D1aの第1サブピクセルを透過する少なくとも2本の光線を入射させる。
スリットSL1aは、3ピクセルぶんの幅をもつ。
図11は、本実施形態に係る光の進む角度の一例を示す図である。ここで光の進む角度とは、光が進む方向と、紙面において矢印A2が示す方向と直交する方向との間の角度である。青色第2サブピクセルB0、緑色第2サブピクセルG0、及び赤色第2サブピクセルR0は、第2表示面D2aにおいて左方向からこの順に隣り合って並んでいる。
図17は、本実施形態に対する比較例の光の進む角度の一例を示す図である。赤色第2サブピクセルR10、緑色第2サブピクセルG10、及び青色第2サブピクセルB10は、比較例の第2表示面D20において左方向からこの順に隣り合って並んでいる。
観察者距離HDaが約900ミリメートルである場合、1視点視域幅WVZは、約2.8ミリメートルである。
観察者距離HDaが約1200ミリメートルである場合、1視点視域幅WVZは、約3.7ミリメートルである。
この構成により、本実施形態に係る画像表示装置10では、画像表示面(第1表示部11a)と照明配置面(第2表示面D2a)との距離(表示面間距離DD)を、超多眼立体映像を表示する場合の観察者距離HDa及び視域幅DPに応じた距離に設定できるため、超多眼立体映像を表示できる。
画像配置パターンについては、制御装置は、バリアパターンとしてパターンY1b、及びパターンY3bを用いることに応じて、画像配置パターンを、パターンX1b、パターンX2b、パターンX3b、パターンX4bの順に周期的に変化させる代わりに、パターンX2bとパターンX4bとを用いずに、バリアパターンをパターンX1b、パターンX3bの順に周期的に変化させる。
分割数が1である場合、分割数算出部は更新後分割数の値として1を算出する。分割数算出部が更新後分割数の値として1を算出する場合、画像表示面制御部は、画像表示面のうち左画像領域と、右画像領域との、それぞれの領域の分割数を1から変化させない。また、分割数算出部が更新後分割数の値として1を算出する場合、照明配置面制御部は、バリア領域と、スリット領域との、それぞれの領域の配置パターンを変化させない。
時分割をしないパララックスバリア方式であっても、画像表示面の解像度が十分に高い場合には、画像表示面に表示される立体視画像は、時分割によるパララックスバリア方式の場合の立体視画像と、観察者には区別がつかない。そのため、画像表示面の解像度が十分に高い場合には、時分割をしないパララックスバリア方式であっても、画像表示装置は、立体視ができる奥行方向の視域を、解像度を損なうことなく広げることができる。
制御部は、位置情報取得部と、分割数算出部と、画像表示面制御部と、照明配置面制御部と、を備える。
位置情報取得部は、観察者の両眼のうちの少なくとも一方の眼と画像表示面との間の距離である観察者距離を示す位置情報を取得する。
分割数算出部は、位置情報取得部により取得された位置情報が示す観察者距離に基づいて、画像表示面のうち左眼用画像データの画像が表示される左画像領域と、画像表示面のうち右眼用画像データの画像が表示される右画像領域との、それぞれの領域の分割数の更新後の値である更新後分割数を算出する。
画像表示面制御部は、分割数を分割数算出部により算出された更新後分割数に基づいて変化させる。
照明配置面制御部は、照明配置面のうち照明光が生じるスリット領域の幅を分割数の変化前の幅に保持しつつ、分割数算出部により算出された更新後分割数に基づいて、照明配置面のうち照明光が生じないバリア領域と、スリット領域との、それぞれの領域の配置パターンを変化させる。
また、上述した実施形態における画像表示装置10及び画像表示装置10aの一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。画像表示装置10及び画像表示装置10aの各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。
また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
Claims (5)
- 時分割によるパララックスバリア方式によって立体視画像を表示する画像表示装置であって、
透過型の画像表示面にマトリクス状に配置された複数の表示素子と、
前記画像表示面の背面から前記画像表示面に対して光源部によって照射される照明光の前記画像表示面に対する配置を可変に制御する面であって、前記光源部と前記画像表示面との間に配置される面である照明配置面にマトリクス状に配置された複数の照明配置制御素子と、
左眼用画像データ及び右眼用画像データに基づいて前記表示素子を制御するとともに、前記画像表示面に表示される画像と、前記画像表示面の位置及び当該画像表示面を観察する観察者の位置の相対的な位置関係とに基づいて、前記照明配置制御素子を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記観察者の両眼のうちの少なくとも一方の眼と前記画像表示面との間の距離である観察者距離を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部により取得された位置情報が示す前記観察者距離に基づいて、前記画像表示面のうち前記左眼用画像データの画像が表示される左画像領域と、前記画像表示面のうち前記右眼用画像データの画像が表示される右画像領域との、それぞれの領域の前記時分割の分割数の更新後の値である更新後分割数を算出する分割数算出部と、
前記分割数を前記分割数算出部により算出された前記更新後分割数に基づいて変化させる画像表示面制御部と、
前記照明配置面のうち前記照明光が生じるスリット領域の幅を前記分割数の変化前の幅に保持しつつ、前記分割数算出部により算出された前記更新後分割数に基づいて、前記照明配置面のうち前記照明光が生じないバリア領域と、前記スリット領域との、それぞれの領域の配置パターンを前記時分割で変化させる照明配置面制御部と、を備え、
前記分割数算出部は、前記距離が相対的に長いときに前記更新後分割数を相対的に少なくし、前記距離が相対的に短いときに前記更新後分割数を相対的に多くし、
前記画像表示面における複数の前記左画像領域全てと複数の前記右画像領域全てとを合わせた領域の幅と、前記照明配置面における複数の前記スリット領域全てと複数の前記バリア領域全てとを合わせた領域の幅とは等しい
画像表示装置。
- 前記画像表示面と前記照明配置面との距離は、前記画像表示面の視域角と、前記照明配置面に配置された前記照明配置制御素子の幅とに基づく距離である
請求項1に記載の画像表示装置。 - 前記光源部は、前記分割数に応じて前記画像表示面に照射する前記照明光の強度を変化させる
請求項1または請求項2に記載の画像表示装置。 - 前記照明配置面に配置された前記照明配置制御素子には前記照明光の周波数帯域に応じた複数の種類があり、
前記画像表示面に配置された前記表示素子には前記照明光の周波数帯域に応じた前記複数の種類と同じ数の種類があり、
前記複数の種類の前記照明配置制御素子が前記照明配置面に配置される順番と、前記複数の種類と同じ数の種類の前記表示素子が前記画像表示面に配置される順番とは、前記照明配置面から前記画像表示面の背面へと向う向きにみたときに逆の順番である
請求項1に記載の画像表示装置。 - 時分割によるパララックスバリア方式によって立体視画像を表示する画像表示装置であって、
透過型の画像表示面にマトリクス状に配置された複数の表示素子と、
前記画像表示面の背面から前記画像表示面に対して光源部によって照射される照明光の前記画像表示面に対する配置を可変に制御する面であって、前記光源部と前記画像表示面との間に配置される面である照明配置面にマトリクス状に配置された複数の照明配置制御素子と、
左眼用画像データ及び右眼用画像データに基づいて前記表示素子を制御するとともに、前記画像表示面に表示される画像と、前記画像表示面の位置及び当該画像表示面を観察する観察者の位置の相対的な位置関係とに基づいて、前記照明配置制御素子を制御する制御部と、
を備える前記画像表示装置の画像表示方法であって、
前記観察者の両眼のうちの少なくとも一方の眼と前記画像表示面との間の距離である観察者距離を示す位置情報を取得する位置情報取得過程と、
前記位置情報取得過程により取得された位置情報が示す前記観察者距離に基づいて、前記画像表示面のうち前記左眼用画像データの画像が表示される左画像領域と、前記画像表示面のうち前記右眼用画像データの画像が表示される右画像領域との、それぞれの領域の前記時分割の分割数の更新後の値である更新後分割数を算出する分割数算出過程と、
前記分割数を前記分割数算出過程により算出された前記更新後分割数に基づいて変化させる画像表示面制御過程と、
前記照明配置面のうち前記照明光が生じるスリット領域の幅を前記分割数の変化前の幅に保持しつつ、前記分割数算出過程において算出された前記更新後分割数に基づいて、前記照明配置面のうち前記照明光が生じないバリア領域と、前記スリット領域との、それぞれの領域の配置パターンを前記時分割で変化させる照明配置面制御過程と、を有し、
前記分割数算出過程において、前記距離が相対的に長いときに前記更新後分割数を相対的に少なくし、前記距離が相対的に短いときに前記更新後分割数を相対的に多くし、
前記画像表示面における複数の前記左画像領域全てと複数の前記右画像領域全てとを合わせた領域の幅と、前記照明配置面における複数の前記スリット領域全てと複数の前記バリア領域全てとを合わせた領域の幅とは等しい
画像表示方法。
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