JPWO2004046788A1 - 画像表示装置用光源装置 - Google Patents

Abstract

機械的構成を使用することなく、精度及び耐久性が高く、観者の位置移動に迅速に対応させて光源の発光位置を移動させることができ、透過光で画像を表示する画像表示手段５２を備えた立体画像表示装置用光源装置５０を、白色ＬＥＤ１を配列したＬＥＤアレイ５１Ｕ，５１Ｄを２段に配置し、各段で右側画面と左側画面表示させ、このＬＥＤアレイ５１Ｕ，５１Ｄの白色ＬＥＤ１を点灯制御するＬＥＤ制御手段５３と、を備えて構成した。

Description

発明の技術背景

この発明は、少しのＬＥＤを高速に操作点灯させ、広い視野角で観者に立体画像を表示し、観者が左右に移動しても或は多視点・多人数でも立体像を見ることが可能な立体画像表示装置用光源装置に係り、特に、透過光で画像を表示する画像表示手段を備えた立体画像表示装置用光源装置に関する。

従来から立体的に画像を視覚させる技術は試みられており、多くの分野で立体画像に関する表示方法が研究され実用化されてきた。ここで立体画像の表示方式は観者に特別なメガネやゴーグル等装置を装着させる方式（メガネ方式）と、観者には特別な装置を装着させない方式とがある。
メガネ方式としては、赤、青フィルタを左右にとりつけたメガネを着用する所謂アナグリフ方式や、直交する直線偏光を透過させる偏光フィルタを左右に取り付けたメガネを着用する所謂偏光メガネ方式がある。これらの方式は両眼視差のある画像を観者が両眼で観察してこれらの視差のある像を観察して全体として立体画像を観察することができるものである。しかしながら、これらの方式は観者が特殊なメガネ等を装着する必要があり煩わしいものであった。
また、上述したような特種なメガネ等を装着しない立体画像表示装置として、パララックスバリア方式やレンチキュラ方式と呼ばれるものが提案されている。
また、特開平１０−６３１９９号公報には、図５に示すように、平面光源６５の発光面左右に偏光方向が直交する右眼用偏光フィルタ部６６ａと、左眼用偏光フィルタ部６６ｂとを配置し、各フィルタ部６６ａ，６６ｂを通過した各光をフレネルレンズ６３で平行光として液晶表示素子６２に照射し、この液晶表示素子６２の両面に設けられた偏光フィルタ６２１、６２２のそれぞれを、１水平ラインＬａ、Ｌｂごとに互いに直交する直線偏光フィルタ６２１、６２２からなる直線偏光フィルタ部として交互に配置したものが開示されている。本実施形態例では、光源６５側と観者側との対向する直線偏光フィルタラインを直交する偏光方向とし、液晶表示素子２の液晶パネル６２０には、２枚の偏光フィルタの水平ラインにあわせて１水平ラインごとに右眼用と左眼用の画像情報を交互に表示する構成を備えている。
しかしながら、上述した二眼式のパララックスバリア方式、レンチキュラ方式、及び上述した特開平１０−６３１９９号公報に記載された発明のいずれの場合も立体視可能範囲が制限されているため、観者の位置が多少でも左右にずれると立体画像が左右に反転したり、平面画像しか表示できないという問題がある。また、これらの画像表示装置では、一人の観者に画像を表示できるだけのものであった。このような、問題に対処して、観者の位置を測定し、この移動に対応させて光源を機械的に移動（図８中矢印Ａで示した）させるととも提案されているが、対応速度が遅く、また機械的移動装置の消耗があり耐久性がなく、実際には使用できないという問題を有していた。また、左右に観者がずれると立体が見えない、という問題を有していた。
さらに、立体画像を表示するソースを受けた場合にあって、平面画像の左右同一の画像を同時に表示すると両眼で左右別々の画像を受け取るため、左右に到達する画像は、半分の解像度となる、という問題があった。
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その第１の目的は、機械的構成を使用することなく、精度及び耐久性が高く、観者の位置移動に迅速に対応させて光源の発光位置を移動させることができる立体画像表示装置用光源装置を提供することである。なお、本発明では光源の発光位置を移動制御することを点灯制御ということとする。
また、本発明の第２の目的は、高速でオン・オフできる光源を提供することにより、同期信号やブランキング期間は光源をオフすることで、不要な残像や干渉を除去できると共に、消費電力を大幅に低減させることができる立体画像表示装置用光源装置を提供することである。尚、本発明ではこのように同期信号やブランキング期間は光源をオフできるようにすることを点滅制御ということとする。
さらに、本発明の第３の目的は、時分割式の立体画像表示装置においては、光源に設けられるシャッタ装置を不要とすることができ、構造が簡単で光の透過損が発生しない立体画像表示装置用光源装置を提供することである。
またさらに、本発明の第４の目的は、平面画像表示装置や立体画像表示装置において限られた光源で広い視野角の画像を得ることができる立体画像表示装置用光源装置を提供することである。尚、この場合には、目の位置を検出するための公知の超音波追尾装置・赤外線追尾装置或は画像認識追尾装置を用いることで、観者の目が移動した場合であっても、或は、多人数でも立体像を表示することができる立体画像表示装置用光源装置を提供することである。
そして、本発明の第５の目的は、立体画像ソースを容易に平面画像として表示することができる立体画像表示装置用光源装置を提供することである。即ち、平面画像ソース（左右同じ画像）を両眼で見えるようにして送ったとしても、両眼で左右別々の画像を受け取るため画像は、高い解像度で見えない。このため、立体画像表示装置で平面画像も表示できることが望まれている。
発明の概要
本発明は以下の手段により前記課題を解決するものである。
請求項１に記載の発明は、透過光で画像を表示する画像表示手段を備えた立体画像表示装置用光源装置であって、この光源装置は、白色ＬＥＤまたはＲＧＢのＬＥＤを直列状に配列した上下二列のＬＥＤアレイと、これら各列のＬＥＤアレイの白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点滅制御するＬＥＤ制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項１に記載の発明によれば、光源として消費電力が少なくオン・オフのスイッチング速度が早い白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを使用しているので、ＬＥＤ制御手段の制御により自由な光源の点滅を行うことができる他、消費電力を少ないものとすることができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の立体画像表示装置用光源装置を、左右の眼に対する異なる画像を表示する立体画像表示装置で構成し、上下に設けられた各ＬＥＤアレイは、右目用画像表示用部と左目用画像表示用部として構成したことを特徴とするものである。
本発明によれば、ＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部をＬＥＤ制御手段で発光制御することにより、立体画像の表示制御を高い自由度で行うことができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置において、画像表示装置は観者の画像表示装置に対する位置を測定し位置信号として出力する位置判定手段を備え、前記ＬＥＤ制御手段は前記位置情報に基づいて、観者の観察画像を維持するよう前記白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点灯制御することを特徴とするものである。
本発明によれば、観者の位置に基づいて、右目用画像表示用部と左目用画像表示用部の発光位置を観者の位置に対応させた位置に高速に移動させることができ、この際、機械的動作は伴わないから高精度で、高い耐久性を得ることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置において、画像表示装置は観者が操作するコントローラを備え、前記ＬＥＤ制御手段は前記コントローラの操作情報に基づいて、観者の観察画像を変化させるよう前記白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点灯制御することを特徴とするものである。
本発明によれば、観者のコントローラ操作により、右目用画像表示用部と左目用画像表示用部の発光位置を、観者の希望の位置に高速に移動させることができ、この際、機械的動作は伴わないから高精度で、高い耐久性を持つものとできる。
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置において、画像表示装置は観者の数、及びそれぞれの観者の画像表示装置に対する位置を測定し位置信号として出力する位置判定手段を備え、前記ＬＥＤ制御手段は前記位置情報に基づいて、各観者の観察画像を維持するよう前記白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点灯制御することを特徴とするものである。
本発明によれば、複数の異なる位置にいる観者に適切な立体画像を表示することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置において、ＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部とを点滅制御することを特徴とするものである。
本発明によれば、時分割で左右の画像を表示する立体画像表示装置において、光源に設けられるシャッタ装置を不要とすることができ、構造を簡単にでき且つ光の透過損が発生しない。
請求項７に記載の発明は、請求項２の立体画像表示装置用光源装置において、ＬＥＤ制御手段は観者の表示装置に対する距離に応じてＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部と点灯部分の間隔を変化させることを特徴とするものである。
本発明によれば、観者の位置により右目用画像表示用部と左目用画像表示用部の点灯部分の間隔を変化させることにより、観者の位置にかかわらず適切な立体画像を表示できる。
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の立体画像表示装置用光源装置において、ＬＥＤアレイを各白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤが千鳥状となるように、或は並列に上下２列に並べて配置し、ＬＥＤ制御手段は各ＬＥＤアレイの点滅制御を行うことを特徴とするものである。
本発明によれば、中心部の左右用ＬＥＤを分離しやすく干渉が少ないため、立体画像に悪影響となるの左右画像のクロストークが少なくなる。これは、上下のＬＥＤアレイから照射されるＬＥＤが上下に分離されているため光の干渉を防止するからである。この場合、上下のＬＥＤアレイの間に隔壁のようなものを用いると、よりクロストークが防止できることとなる。２列を同時に点灯した場合には、光量が２倍になり、より明るい画像を表示でき、さらに、２列を同時に点灯させることで立体画像信号を平面画像として表示することができる。
即ち、平面画像信号を受けたとき、立体画像を表示する信号と同じ信号方式で伝達することにより、受信側で簡単なＬＥＤアレイの点灯処理を行うだけで高い解像度の平面画像を表示することができる。
請求項９に記載の発明ＬＥＤ制御手段は、ＬＥＤアレイの白色ＬＥＤを左右方向に高速で点滅スキャンさせることを特徴とするものである。本発明によれば、平面画像表示装置において限られた光源で広い視野角の画像を得ることができる。
請求項１０に記載の発明は、立体画像表示装置用光源装置はテレビジョン、ゲームマシン、パーソナルコンピュータ、携帯電話、又は携帯端末装置の立体又は平面画像表示部装置に使用されることを特徴とするものである。
本発明によれば、大きな画面のテレビジョン、ゲームマシン、パーソナルコンピュータの画面を立体視可できるほか、携帯電話や携帯端末など観者の視線が画面に対して移動しやすい小型の機器の画面を立体視可することができる他、広い視野角が必要とされる平面画像表示としても用いることができる。

図１は、本発明に係る第１の実施の形態に係る立体画像表示装置用光源装置を使用した画像表示装置を示す図である。
図２は、本発明に係る第１の実施の形態に係る立体画像表示装置用光源装置を使用した画像表示装置を示す図である。
図３は、本発明に係る第１の実施の形態に係る立体画像表示装置用光源装置を使用した画像表示装置を示す図である。
図４は、本発明に係る第２の実施の形態に係る立体画像表示装置用光源装置を使用した画像表示装置を示す図である。
図５は、従来の立体画像表示装置の一例を示す図である。
発明の最良な実施の形態
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１乃至図４は発明を実施する形態を示すものである。図１乃至３は本発明の第１形態例を示す図、図４は第２形態例を示す図である。
以下の形態例において、画像表示装置は、立体画像表示装置である。
また、本形態例では、画像表示手段として前記特開平１０−６３１９９号公報に示した画像表示装置と基本的に同様の構造を備えるものを採用できる。この場合は、図５に示すように、右眼用偏光フィルタ部６６ａと、左眼用偏光フィルタ部６６ｂとを配置している。各フィルタ部６６ａ，６６ｂを通過した各光は、このフレネルレンズ６３で平行光として液晶表示素子６２に照射される。
（第１の実施の形態）。
本実施の形態は、図１及び図２に示すように、立体画像表示装置用光源装置５０のＬＥＤアレイ５１を上段部５１Ｕ、下段部５１Ｄの２段に構成したものである。また、本形態例では、上段部５１Ｕ、下段部５１Ｄの各白色ＬＥＤ１に対応する位置に上段部５１Ｕ、下段部５１Ｄに対応する左右の偏光フィルタ５４，５４を配置している。この偏光フィルタは、前記ＬＥＤアレイ５１の上段部５１Ｕ、下段部５１Ｄからの光が透過する偏光フィルタ５４Ｕ，５４Ｄを備えている。また、この偏光フィルタ５４，５４は互いに偏光方向が直交する偏光フィルタから構成されている。
ＬＥＤ制御手段５３は、各ＬＥＤアレイ５１Ｕ、５１Ｄの点滅制御を行うものである。
まず、観者７０が一人の場合について説明する。
観者７０の位置を上述した位置判定手段で判定して、上下のＬＥＤアレイ５４Ｕ、５４Ｄの発光個所７３を発光させ、観者７０に立体画像を表示する。この際、上記形態例で示した位置判別手段５５を用いて観者７０の位置に応じた立体画像が表示できるよう発光個所を移動させる。尚、観者が各ＬＥＤアレイ５１の中央の位置にいる場合には位置判別手段５５を設ける必要はなくなることは勿論である。
次に、複数の観者、たとえば二人の観者７０，７１がいた場合について説明する。このときには図１及び図２に示すように、ＬＥＤ制御手段５３は、位置判定手段５５から信号を得て、２つのＬＥＤアレイ５１上に２つの発光領域７３，７４を設定して、これらの発光領域を高速で交互に点灯制御する。従って、この際、これらの発光領域７３，７４以外のＬＥＤ１は発光せず、ある時点では発光領域７３，７４のいずれか一方が発光する。図１に示すように、複数の白色ＬＥＤ１を複数水平方向に併設したＬＥＤアレイ１１と、画像表示手段１２と、凸レンズの作用をなすフレネルレンズ１４と、を備える。尚、画像表示手段１２は透過型の液晶パネルを使用することができる。
ＬＥＤアレイ５１は、ＬＥＤ制御手段５３によって点灯及び点滅制御される。尚、図１中符号５５は観者７０，７１の位置を測定する位置判定手段を示している。この位置判定手段５５は、赤外線、超音波等の公知の位置検出手段を利用して観者７０，７１の位置を判定し、ＬＥＤ制御手段５３に観者７０，７１の位置を伝達する。
本形態例において前記ＬＥＤ制御手段５３は、ＬＥＤアレイ５１の白色ＬＥＤ１の発光部分を左右方向に高速で点灯スキャンさせる。図１では発光しているＬＥＤ１を「●」、発光していないＬＥＤ１を「○」で表している（以下同じ）。
従って、画像表示手段５２の同期信号やブランキング期間は白色ＬＥＤ１をオフ状態とする点滅制御を行うことにより、不要な残像や干渉を除去できると共に、消費電力が少なくすることができる他、平面画像表示装置において少ないＬＥＤを用い、フレネルレンズと相まって限られた光源で広い視野角の画像を得ることができる。
本形態例によれば、左右用ＬＥＤを上下に分けて分離配置しているので、左右を表示するＬＥＤの間隔が大きくなり各ＬＥＤからの光の干渉が少なくなるため、立体画像に悪影響となるの左右画像のクロストークが少なくなる。
また、図３に示すように、２つのＬＥＤアレイ５１Ｕ，５１Ｄの左右を示す領域６２，６３に加えてその上下の領域６４，６５のＬＥＤを同時に点灯した場合には、三次元画像として画像表示手段に供給された画像が両方とも観者７０に平面画像として表示されると共に、光量が２倍になり、より明るい画像を表示できる。この際、立体画像表示と平面画像表示の切り替えは電気的な制御で簡単に行え、機械的制御を必要としないので機械的摩耗も発生しない。
（第２の実施の形態）。
本実施の形態は、図４に示すように、立体画像表示装置用光源装置５０のＬＥＤアレイ５１を上段部５１Ｕ、下段部５１Ｄの２段で、かつ、上段部５１Ｕ、下段部５１Ｄの各白色ＬＥＤ１の配置位置を上下方向で異なるようにした千鳥状としている。
本形態例によれば、中心部の左右用ＬＥＤを分離しやすく干渉がすくないため立体画像に悪影響を及ぼす心配がなく、左右画像のクロストークを少なくすることができる。
尚、本発明に係る立体画像表示装置の用途は特に限定されるものではないが、例えば、テレビジョン、ゲームマシン、パーソナルコンピュータ、携帯電話、又は携帯端末装置の表示部に使用することができる。
また、本形態例ではＬＥＤアレイ５１を構成するＬＥＤとして白色ＬＥＤを使用したものを示したが、ＬＥＤとしてＲＧＢの各色のＬＥＤを組み合わせて全体として白色光が発せられるようにすることもできる。
さらに、本発明に係る立体画像表示装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

以上、説明したように本発明に係る立体画像表示装置によれば以下の効果を奏し得る。
請求項１に記載の発明によれば、光源として消費電力が少なくオン・オフのスイッチング速度が早い白色ＬＥＤアレイを２列を使用し、各ＬＥＤアレイを右左の表示用に使用しているので、ＬＥＤ制御手段の制御により自由な光源の点滅を行うことができる他、消費電力を少ないものとすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、ＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部をＬＥＤ制御手段で発光制御することにより立体画像の表示制御を高い自由度で行うことができる。
請求項３に記載の発明によれば、観者の位置情報に基づいて、右目用画像表示用部と左目用画像表示用部の発光位置を観者の位置に対応させた位置に高速に移動させることができる。このとき、機械的動作は伴わないので高精度、高耐久性を持って制御ができる。
請求項４に記載の発明によれば、観者のコントローラ操作により、右目用画像表示用部と左目用画像表示用部の発光位置を観者の希望の位置に高速に移動させることができ、この際、機械的動作は伴わないから高精度、高耐久性を持って制御ができ、左右にずれても確実に立体視することができる。
請求項５に記載の発明によれば、画像表示装置は観者の数、及びそれぞれの観者の画像表示装置に対する位置を測定し位置信号として出力する位置判定手段を備え、前記ＬＥＤ制御手段は、前記位置情報に基づいて、各観者の観察画像を維持するよう前記白色ＬＥＤを点滅制御するから、複数の異なる位置にいる観者に適切な立体画像を表示することができる。
請求項６に記載の発明によれば、ＬＥＤ制御手段はＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部とを点滅制御するから、時分割で左右の画像を表示する立体画像表示装置において、光源に設けられるシャッタ装置を不要とでき、構造が簡単で光の透過損が発生しない。
請求項７に記載の発明によればＬＥＤ制御手段は観者の表示装置に対する距離に応じてＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部と点灯部分の間隔を変化から、観者の位置により右目用画像表示用部と左目用画像表示用部の点灯部分の間隔を変化させることにより、観者の位置にかかわらず適切な立体画像を表示できる。
請求項８に記載の発明によれば、ＬＥＤアレイを各白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤが千鳥状となるように、或は並列に上下２列に並べて配置し、ＬＥＤ制御手段は各ＬＥＤアレイの点滅制御を行うこととしたから、中心部の左右用ＬＥＤを分離しやすく干渉がすくないため、立体画像に悪影響となるの左右画像のクロストークがすくなくなる。これは、上下のＬＥＤアレイから照射されるＬＥＤが上下に分離されているため光の干渉を防止するからである。この場合上下のＬＥＤアレイの間に隔壁のようなものを用いると、よりクロストークが防止できることとなる。尚、本発明では、２列を同時に点灯した場合には、光量が２倍になり、より明るい画像を表示でき、さらに、２列を同時に点灯させることで立体画像信号を平面画像として表示することができる
請求項９に記載の発明によれば、ＬＥＤ制御手段は、ＬＥＤアレイの白色ＬＥＤを左右方向に高速で点滅スキャンさせるから、平面画像表示装置において限られた光源で広い視野角の画像を得ることができる
請求項１０に記載の発明によれば、大きな画面のテレビジョン、ゲームマシン、パーソナルコンピュータの画面を立体視可できるほか、携帯電話や携帯端末など観者の視線が画面に対して移動しやすい小型の機器の画面を立体視可することができる他、広い視野角を必要とされる平面画像表示を可能とする。

Claims (10)

1. 透過光で画像を表示する画像表示手段を備えた立体画像表示装置用光源装置であって、この光源装置は、白色ＬＥＤまたはＲＧＢのＬＥＤを夫々直列状に配列した上下二列のＬＥＤアレイと、これら各列のＬＥＤアレイの白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点滅制御するＬＥＤ制御手段と、を備えたことを特徴とする立体画像表示装置用光源装置。
2. 前記画像表示装置は、左右の眼に対する異なる画像を表示する立体画像表示装置であり、上下に設けられた各ＬＥＤアレイは右目用画像表示用部と左目用画像表示用部をなすことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置用光源装置。
3. 立体画像表示装置は、観者の立体画像表示装置に対する位置を測定し位置信号として出力する位置判定手段を備え、前記ＬＥＤ制御手段は、前記位置情報に基づいて、観者の観察画像を維持するよう前記白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点灯制御することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置。
4. 立体画像表示装置は、観者が操作するコントローラを備え、前記ＬＥＤ制御手段は前記コントローラの操作情報に基づいて、観者の観察画像を変化させるよう前記白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点滅制御することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置。
5. 立体画像表示装置は、観者の数、及びそれぞれの観者の画像表示装置に対する位置を測定し位置信号として出力する位置判定手段を備え、前記ＬＥＤ制御手段は前記位置情報に基づいて、各観者の観察画像を維持するように、前記白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤを点滅制御することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置。
6. ＬＥＤ制御手段は、ＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部とを点灯制御することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置用光源装置。
7. ＬＥＤ制御手段は、観者の表示装置に対する距離に応じてＬＥＤアレイの右目用画像表示用部と左目用画像表示用部と点灯部分の間隔を変化させる請求項２に記載のＬＥＤ制御手段することを特徴とする立体画像表示装置用光源装置。
8. ＬＥＤアレイを、各白色ＬＥＤ又はＲＧＢのＬＥＤが並列状あるいは千鳥状となるよう上下２列に並べて配置し、前期ＬＥＤ制御手段は、各列のＬＥＤアレイの点滅制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置用光源装置。
9. ＬＥＤ制御手段は、ＬＥＤアレイの白色ＬＥＤを左右方向に高速で点滅スキャンさせることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の立体画像表示装置用光源装置。
10. 立体画像表示装置用光源装置は、テレビジョン、ゲームマシン、パーソナルコンピュータ、携帯電話、又は携帯端末装置の立体又は平面画像表示装置に使用されることを特徴とする請求項１乃至請求項９記載の立体画像表示装置用光源装置。

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