JPWO2012153478A1 - 画像表示装置、画像表示方法、及び集積回路 - Google Patents

画像表示装置、画像表示方法、及び集積回路 Download PDF

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Abstract

画像表示装置（１０）は、光源（１１）と、複数の画素によって構成される画像表示部（１３）と、複数の領域によって構成され、光源（１１）から画像表示部（１３）に向かう光を領域毎に偏向する偏向部（１２）と、偏向部（１２）の複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御部（１６）とを備える。

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイなどの画像を表示させるための画像表示装置及びプロジェクタなどの表示投影装置などに関するものである。
光の振る舞いを能動的に制御可能な素子として、従来から液晶を利用した素子や、屈折率の異なる材料同士を隣接してその間に発生する表面張力を利用した素子（例えばエレクトウェッティング）などが知られている。
特許文献１には、自動車用前照灯に関する下記のような技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、透明電極及び配光膜を有する２枚の透明基板を非平行に対向させ、その間に液晶を充填させた液晶プリズムを利用し、その屈折率変化を利用し光を走査する内容が開示されている。
また、特許文献２には、自動立体視ディスプレイのための指向性照明装置が開示されている。具体的には、特許文献２には、面発光照明手段及び画像化手段を有し、観測者の位置に合わせてアレイ状の液滴駆動セルを使って光を偏向させ集光させる装置が開示されている。なお、液滴駆動セルとは、静電電位を利用して液体の表面張力を制御し、光の屈折力を制御するといったものである。
特開昭６３−１１９１０１号公報 特表２０１０―５２９４８５号公報
近年、画像表示装置のコントラストを向上させることが求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、コントラストを向上させた画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る画像表示装置は、光源と、複数の画素によって構成され、前記光源から出力される光の透過量を前記画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、前記光源から前記画像表示部に向かう光を前記領域毎に偏向する偏向部と、前記偏向部の前記複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御部とを備える。
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本発明によれば、コントラストの高い画像表示装置を得ることができる。
図１は、実施の形態１に係る画像表示装置の外観を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１に係る画像表示装置の機能ブロック図である。 図３は、光源、偏向部、及び画像表示部の構成を示す図である。 図４は、偏向部の具体的な構成を示す図である。 図５Ａは、偏向部を複数の領域に分割する一例を示す図である。 図５Ｂは、偏向部を複数の領域に分割する他の例を示す図である。 図６は、実施の形態１に係る画像表示方法のフローチャートである。 図７は、画像表示部の画素群Ｂが黒表示（明るさが所定の閾値未満）の場合において、偏向部の各領域を透過した光の集光位置を示す図である。 図８は、実施の形態２に係る画像表示装置が出力する光の集光位置を示す図である。 図９は、画像表示部内の画素群Ｄが黒表示（明るさが所定の閾値未満）の場合において、偏向部の各領域を透過した光の集光位置を示す図である。 図１０は、第１及び第２の偏向部を構成する１つの領域の斜視図である。 図１１は、偏向部の領域をサブ画素に対応する小領域に分割した例を示す図である。
上記で説明した従来の技術においては、光線の偏向制御の方法や画像に対する照明制御の方法など、表示装置に表示されている画像の特性に応じた制御について記載がない。また、実際に照明された照明エリアにおける照度分布状態や、表示された画像が網膜上に実際に結像されてなる像の鮮明性における状態又は画質に関する記載がない。
光線を制御する場合において、複数に分割された各エリアを透過する光線を、表示される画像に合わせて偏向方向や駆動方法を効果的に制御する必要がある。これらの制御が適切に実行できない場合は、画質が著しく劣化する課題がある。
このような課題を解決するために、本発明の一形態に係る画像表示装置は、光源と、複数の画素によって構成され、前記光源から出力される光の透過量を前記画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、前記光源から前記画像表示部に向かう光を前記領域毎に偏向する偏向部と、前記偏向部の前記複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御部とを備える。
上記構成のように、画像表示部の各画素の画素値に応じて偏向部の各領域を透過する光の方向を制御することにより、コントラストの高い画像表示装置を得ることができる。
例えば、前記光制御部は、明るさが所定の閾値以上の画素に対応する前記領域を透過する光を前記第１の点に向けて偏向させ、明るさが前記閾値未満の画素に対応する前記領域を透過する光を前記第２の点に向けて偏向させてもよい。
すなわち、黒又は黒に近い色を表示する画素に対応する領域を透過する光を第２の点に向けて偏向させ、それ以外の色を表示する画素に対応する領域を透過する光を第１の点に透過すればよい。
さらに、該画像表示装置は、さらに、視聴者の眼の位置を検出する検出部を備えてもよい。そして、前記光制御部は、前記検出部によって検出された視聴者の眼の位置を前記第１の点とし、視聴者の眼から外れた位置を前記第２の点としてもよい。
これにより、本来視聴者の眼に入るべきでない光（例えば、黒色を表示する画素から漏れ出る光）を、視聴者の眼から外れた位置に向けて偏向するので、コントラストの高い画像表示装置を得ることができる。
また、該画像表示装置は、互いに視差を有する右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示してもよい。そして、前記光制御部は、右眼用画像が表示されるタイミングで、前記検出部で検出された視聴者の右眼の位置を前記第１の点とし、左眼用画像が表示されるタイミングで、前記検出部で検出された視聴者の左眼の位置を前記第１の点としてもよい。
これにより、アクティブシャッター眼鏡等を用いることなく、立体画像を表示することが可能となる。
また、前記偏向部は、前記光源から出力される光を第１の方向に偏向する第１の偏向部と、前記第１の偏向部を透過した光を前記第１の方向と交差する第２の方向に偏向する第２の偏向部とを備えてもよい。
これにより、偏向部の各領域を透過する光を、３次元の任意の位置に向けて偏向することが可能となる。
また、前記領域は、前記画素を構成するｎ（ｎは２以上の自然数）個のサブ画素それぞれに対応して設けられるｎ個の小領域で構成されてもよい。そして、前記光制御部は、前記ｎ個のサブ画素それぞれを透過する光が前記第１の点に向けて偏向されるように、前記ｎ個の小領域の偏向角度を個別に制御してもよい。
これにより、各サブ画素を透過する光の周波数の違いに起因する偏向角度のずれを吸収し、全ての色の光を第１の点に集光させることができる。その結果、さらにコントラストの高い画像表示装置を得ることができる。
例えば、前記画像表示部は、液晶パネルであってもよい。
例えば、前記偏向部は、液晶の配光を変化させることによって、偏向方向を制御してもよい。
例えば、該画像表示装置は、複数の前記光源を備えてもよい。そして、前記画像表示部は、前記光源の数の１０倍以上の前記画素で構成されてもよい。
本発明の一形態に係る画像表示方法は、光源と、複数の画素によって構成され、前記光源から出力される光の透過量を前記画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、前記光源から前記画像表示部に向かう光を前記領域毎に偏向する偏向部とを備える画像表示装置に画像を表示させる方法である。この画像表示方法は、前記偏向部の前記複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御ステップを含む。
本発明の一形態に係る集積回路は、光源と、複数の画素によって構成され、前記光源から出力される光の透過量を前記画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、前記光源から前記画像表示部に向かう光を前記領域毎に偏向する偏向部とを備える画像表示装置に画像を表示させる。この集積回路は、前記偏向部の前記複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御部を備える。
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、図面を参照して、本発明の各実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態１）
図１〜図５Ｂを参照して、実施の形態１に係る画像表示装置の構成を説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１に係る画像表示装置１０の外観を示す斜視図である。また、図２は、実施の形態１に係る画像表示装置１０の機能ブロック図である。
まず、図１に示されるように、実施の形態１に係る画像表示装置１０の典型例は、テレビジョン受像機である。但し、本発明はこれに限定されず、携帯端末、パーソナルコンピュータ等のあらゆる画像表示装置に適用することができる。また、実施の形態１に係る画像表示装置１０は、図２に示されるように、光源１１と、偏向部１２と、画像表示部１３と、画像取得部１４と、検出部１５と、光制御部１６とを主に備える。
光源１１は、光を出力するものであり、画像表示装置１０のバックライトとして機能する。すなわち、光源１１から出力される光は、偏向部１２及び画像表示部１３を透過することによって画像表示装置１０の外部に出力される。光源１１の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、レーザ光源であってもよいし、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源であってもよい。
偏向部１２は、光源１１から出力される光を所定の方向に偏向して画像表示部１３に出力する。より具体的には、偏向部１２は、複数の領域によって構成され、光源１１から画像表示部１３に向かう光を領域毎に個別に偏向する。偏向部１２の具体的な構成は、図４、図５Ａ、及び図５Ｂを参照して、後述する。
画像表示部１３は、マトリクス状に配置される複数の画素によって構成され、画像取得部１４で取得された画像を表示する。画像表示部１３の具体的な構成は特に限定されないが、バックライト（光源１１）の光の透過量を制御することによって画像を表示するものであり、典型的には液晶パネルが該当する。
画像取得部１４は、画像表示装置１０が表示する画像データ（映像データを含む。以下同じ。）を取得する。画像データの取得先は特に限定されないが、画像取得部１４は、画像データを、例えば、放送波から取得してもよいし、インターネット上のコンテンツサーバから通信ネットワークを通じて取得してもよいし、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）等の記憶媒体から取得してもよい。
検出部１５は、画像表示装置１０で画像を視聴する視聴者の眼の位置を検出する。そして、検出部１５は、検出した眼の位置を偏向制御部１６２に通知する。検出部１５の具体的な構成は特に限定されないが、例えば図１に示されるように、画像表示装置１０の表示面を見ることのできる領域を撮影するカメラであってもよい。また、視聴者の眼の位置をより正確に検出したい場合には、ステレオカメラを用いればよい。
但し、画像表示装置１０は、必ずしもカメラを備えている必要はない。すなわち、検出部１５は、外部のカメラと接続するインタフェースを供え、このインタフェースを通じてカメラから取得した画像データを分析して視聴者の眼の位置を検出してもよい。
光制御部１６は、偏向部１２を制御する。より具体的には、光制御部１６は、図２に示されるように、画素判別部１６１と、偏向制御部１６２とを備え、偏向部１２の複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画像表示部１３の画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する。
画素判別部１６１は、画像表示部１３に表示する画像の画像データを取得し、画像表示部１３の各画素の画素値を判別する。より具体的には、画素判別部１６１は、各画素の明るさが所定の閾値以上であるか、或いは所定の閾値未満であるかを判別する。すなわち、画素判別部１６１は、各画素が黒色又は黒色に近い色を表示するか、或いはそれ以外の色を表示するかを判別する。
所定の閾値の具体例は特に限定されないが、例えば、各画素の画素値がＲＧＢで表現される場合に、ＲＧＢの合計を所定の閾値（例えば３０、好ましくは２０、さらに好ましくは５等）としてもよい。または、各画素の画素値が輝度（Ｙ）及び色差（Ｃｂ、Ｃｒ）で表現される場合に、輝度（Ｙ）を所定の閾値（例えば１０、好ましくは５、さらに好ましくは３等）としてもよい。
偏向制御部１６２は、画素判別部１６１から各画素の画素値の判別結果を取得し、検出部１５から視聴者の眼の位置を取得する。そして、偏向制御部１６２は、明るさが所定の閾値以上の画素に対応する偏向部１２の領域を透過する光が第１の点に向けて偏向し、明るさが閾値未満の画素に対応する偏向部１２の領域を透過する光が第２の点に向けて偏向するように、偏向部１２を領域毎に個別に制御する。
ここで、典型的には、第１の点は視聴者の眼の位置であり、第２の点は視聴者の眼から外れた位置である。すなわち、偏向制御部１６２は、黒に近い画素を透過する光が視聴者の眼から外れた位置に集光し、その他の色の画素を透過する光が視聴者の眼の位置に集光するように、偏向部１２を制御する。
次に、図３は、光源１１、偏向部１２、及び画像表示部１３の構成を示す図である。光源１１は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ３色の固体レーザ１１１と、導光板１１２とで構成される。固体レーザ１１１から出射された３色の光線Ｌは、導光板１１２内において全反射を繰り返しながら導光板１１２全体に均一に広がる。また、導光板１１２の底面には、構造物１１３が規則的に配置されており、構造物１１３に反射した光線Ｌは、全反射条件を破り、導光板１１２から上方へ出射される。導光板１１２から出射した光線Ｌは、導光板１１２の上部に配置された偏向部１２に入射する。
図４は、偏向部１２の具体的な構成を示す図である。偏向部１２は、液晶の配光を変化させることによって、光の偏向方向を制御することができるものであり、例えば図４に示されるように、液晶偏向素子１２１と、液晶偏向素子１２１を挟むように配置される一対の透明基材１２４、１２５と、一対の透明基材１２４、１２５のさらに外側に配置される一対の透明電極１２６、１２７とで構成される。
液晶偏向素子１２１は、断面形状が三角形の液晶１２２と、液晶１２２の形状に対して相補的な形状を有する誘電体１２３とを有している。そして、断面形状が三角形の液晶１２２及び誘電体１２３を互いの斜面が接するように配置することにより、液晶偏向素子１２１は全体として断面矩形状に構成されている。
一対の透明基材１２４、１２５は、液晶偏向素子１２１の一方側（光源１１の側）及び他方側（画像表示部１３の側）に配置される。また、透明電極１２６は、透明基材１２４の液晶偏向素子１２１と反対の面側に配置される。また、透明電極１２７は、透明基材１２５の液晶偏向素子１２１と反対の面側に配置される。
言い換えれば、透明基材１２４は、その一方側（図４の下側）の面で液晶偏向素子１２１を保持し、他方側（図４の上側）の面で透明電極１２６を保持する。同様に、透明基材１２５は、その一方側（図４の上側）の面で液晶偏向素子１２１を保持し、他方側（図４の下側）の面で透明電極１２７を保持する。
誘電体１２３は、例えばプラスチック等の高分子樹脂等、或いは、ガラス等で構成することができる。この誘電体１２３は、液晶１２２のある配向状態（例えば、一対の透明電極１２６、１２７に電圧が印加されていない時の液晶１２２の配向状態）における屈折率に略等しい屈折率の材料からなる。
すなわち、一対の透明電極１２６、１２７に電圧が印加されていない状態では、液晶偏向素子１２１に入射した光は、直進する。一方、一対の透明電極１２６、１２７間に所定の電圧を印加すると、液晶１２２の屈折率が変調され、液晶偏向素子１２１に入射した光が所定の方向に偏向される。
具体的には、液晶１２２の屈折率ＮＬが誘電体１２３の屈折率ＮＤよりも高くなると、光は、図４中の矢印αで示す方向に屈折する。一方、液晶１２２の屈折率ＮＬが誘電体１２３の屈折率ＮＤよりも低くなると、光は、図４中の矢印βで示す方向に屈折する。このように、一対の透明電極１２６、１２７間に印加する電圧を制御することにより、光の偏向角度を変調することができる。
また、偏向部１２は、複数の領域に分割されている。そして、一対の透明電極１２６、１２７は、各領域に各々異なる電圧を印加することが可能である。つまりは、各領域を透過する光を、それぞれ異なる方向へ偏向させることができる。そして、図２の偏向制御部１６２は、偏向部１２の各領域を透過する光が所望の方向に偏向するように、各領域の一対の透明電極１２６、１２７に所定の電圧を印加する。
図５Ａ及び図５Ｂは、偏向部１２を複数の領域に分割する例を示す図である。図５Ａに示されるように、偏向部１２は、それぞれが縦方向に延びる帯状（ストライプ状）の領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・・に分割されてもよい。または、図５Ｂに示されるように、偏向部１２は、領域１２ａａ、１２ａｂ、１２ｂａ、１２ｂｂ、・・・のようにマトリクス状に分割されてもよい。そして、図５Ａ及び図５ＢのＩＶ−ＩＶにおける断面が図４に相当する。但し、偏向部１２の分割の仕方はこれらに限定されない。
また、偏向部１２の上部には、集光レンズ１７が配置されている。この集光レンズ１７は、偏向部１２を透過した光の偏向角度を増幅させる。また、集光レンズ１７の上部には、画像表示部１３が配置される。画像表示部１３は、マトリクス状に配置された複数の画素で構成され、所望の入力画像信号により各画素の明るさを決定する電極、駆動装置（ドライバー）等を具備する（図示は省略する）。この画像表示部１３を透過した光は、例えば図３の集光点Ｐに集光する。
なお、偏向部１２の領域の数と画像表示部１３の画素の数とは、１対１又は１対多の関係にある。すなわち、画像表示部１３の画素は、偏向部１２の領域と同等、又はより細かく分割されている。その結果、偏向部１２の１つの領域を透過した光は、画像表示部１３の１以上の画素に入射する。そこで、１つの領域を透過した光が入射する１以上の画素を、領域に対応する画素と表記する。
上記の構成によれば、偏向部１２、集光レンズ１７、及び画像表示部１３を透過した光を任意の集光点Ｐに集光させることができる。ここで任意の集光点Ｐとは、例えば、この画像表示装置１０で画像を視聴する視聴者の眼の位置に対応する。
ここで、画像表示部１３を透過した光を視聴者の眼に集光する事で、画像表示部１３に表示される画像の輝度を向上する事ができる。その結果、光源１１のパワーを最小限に抑える事が可能であるため、省電力化に寄与する。ここで、画像表示部１３の各画素の画素値による偏向部１２の効果的な制御方法の例を図６及び図７を参照して説明する。
まず、光制御部１６の偏向制御部１６２は、第１の点及び第２の点を決定する（Ｓ１１）。具体的には、偏向制御部１６２は、検出部１５で検出された視聴者の眼の位置を第１の点とし、視聴者の眼から外れた位置を第２の点とする。すなわち、図７の例では、集光点Ｐが第１の点となり、集光点Ｑが第２の点となる。
次に、光制御部１６は、図６のステップＳ１２〜ステップＳ１７の処理を偏向部１２の領域毎に実行する。まず、画素判別部１６１は、画像取得部１４から画像データを取得し、処理対象の領域に対応する各画素の画素値（明るさ）を判定する（Ｓ１３）。
そして、当該領域に対応する画素のうち、明るさが閾値以上の画素が存在する場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、偏向制御部１６２は、当該領域を透過する光が集光点Ｐ（第１の点）に集光するように、当該領域の一対の透明電極１２６、１２７に所定の電圧を印加する（Ｓ１５）。一方、当該領域に対応する全ての画素の明るさが閾値未満である場合（Ｓ１４でＮｏ）、偏向制御部１６２は、当該領域を透過する光が集光点Ｑ（第２の点）に集光するように、当該領域の一対の透明電極１２６、１２７に所定の電圧を印加する（Ｓ１６）。
図７は、画像表示部１３の画素群Ｂが黒表示（明るさが所定の閾値未満）の場合において、偏向部１２の各領域を透過した光の集光位置を示す図である。画素群Ｂが黒表示の場合、画素群Ｂに対応する偏向部１２の領域Ａを透過した光を、集光点Ｐではなく、集光点Ｑに集光するように偏向させる。一方、領域Ａ以外の領域を透過した光は、集光点Ｐに集光するように偏向させる。なお、集光点Ｑは、ある限定された位置ではなく、他の光が集光される集光点Ｐと異なる位置であれば良い。すなわち、集光点Ｑは、複数存在してもよい。
ここで、画素群Ｂが黒表示である場合、通常の液晶パネルであれば、画素群Ｂに対応する液晶の偏向方向を変える事で光の透過量が最も低い状態に制御する。しかしながら、それでも一部の光が液晶パネルを透過して視聴者の眼に到達し、画像のコントラストを低下させてしまう。このため、実施の形態１に係る光制御部１６は、黒表示である画素群Ｂを透過した微小な光量の光さえも視聴者の眼に集光させる事を防ぐために、領域Ａを透過する光を集光点Ｐと異なる集光点Ｑに偏向させる。このため、画素群Ｂを透過する光は視聴者の眼に届かない。その結果、画像のコントラストのダイナミックレンジを広げる事ができ、良好な画質が得られる。
ここで、光源１１に固体レーザ１１１を採用しているが、実施の形態１ではこれに限らない。例えば、ＬＥＤ光源であってもよいし、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれが別々の光源でなくてもよい。すなわち、一つの擬似白色からなる光源であってもよい。
なお、光源１１に含まれる固体レーザ１１１は、１つであってもよいし、複数であってもよい。但し、本実施の形態１に係る画像表示方法が顕著な効果を発揮するのは、画像表示部１３の画素数が、光源（図３の例では固体レーザ１１１）の数と比較して極めて大きい場合であり、一例として、画素数が光源の数の１０倍以上の場合である。
また、ここで、視聴者の眼は、左右どちらの眼であってもよい。また、上記の例では片眼に集光させているが、本発明はこれに限定さらない。また、集光の範囲として、光の一部が眼の瞳孔に達すれば良い。すなわち、ユーザの眼の位置を含む所定の領域に集光させればよい。また、集光の範囲が片眼のみでなく、両眼を含んでも良い。また、ある時間は、左眼（右眼）に、また次の時間にはもう片方の右眼（左眼）に集光するように、時分割に偏向部１２を制御しても良い。
さらに、実施の形態１では、１つの領域に対応する全ての画素の明るさが閾値未満の場合に、当該領域を透過する光を第２の点に偏向する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、１つの領域対応する複数の画素のうちの所定の割合（過半数、８０％等）の画素の明るさが閾値未満であれば、当該領域を透過する光を第２の点に偏向させてもよい。または、１の領域に対応する複数の画素の画素値の平均値（又は最も明るい画素の画素値）と閾値とを比較するようにしてもよい。
（実施の形態２）
次に、図８及び図９を参照して、実施の形態２に係る画像表示装置を説明する。なお、実施の形態１との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。実施の形態１、２に係る画像表示装置の基本的な構成は、図１〜図５Ｂと共通する。
図８は、本発明の実施の形態２に係る画像表示装置が出力する光の集光位置を示す図である。実施の形態２に係る画像表示装置１０は、立体画像を構成する右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示させ、且つ右眼用画像の光を視聴者の右眼の位置に集光させ、左眼用画像の光を視聴者の左眼の位置に集光させる。
立体画像表示を行う場合、画像表示部１３には、右眼用画像及び左眼用画像が、シーケンシャルに交互に表示される。右眼用画像とは、ある物体を右眼で見た画像である。左眼用画像とは、ある物体を左眼で見た画像である。すなわち、右眼用画像及び左眼用画像は、見る角度が異なるため、互いに視差をもった画像となる。このような右眼用画像及び左眼用画像をシーケンシャルに表示し、かつ、右眼用画像は視聴者の右眼のみに、左眼用画像は視聴者の左眼のみに集光させる事で、視聴者は立体感を感じることができる。
なお、立体画像データは、上記のように異なる２点から撮影された画像であってもよいし、コンピュータグラフィックスによって生成されたものであってもよい。また、画像取得部１４は、右眼用画像及び左眼用画像を含む画像データを取得してもよいし、取得した２次元画像から３次元画像（右眼用画像及び左眼用画像）を生成してもよい。
また、光制御部１６は、画像表示部１３に右眼用画像が表示されるタイミングで、画像表示装置１０から出力される光が視聴者の右眼の位置に集光するように、偏向部１２の各領域の電圧及び液晶層の屈折率を制御する。ここで、視聴者の右眼及び左眼の位置は、画像表示装置１０に配置されたカメラで撮像した画像から特定することができる。
また、光制御部１６は、画像表示部１３に左眼用画像が表示されるタイミングで、画像表示装置１０から出力される光が視聴者の左眼に集光するように、偏向部１２の各領域の電圧及び液晶層の屈折率を制御する。このように、光制御部１６は、画像表示部１３に表示される画像の切り替えに同期して偏向部１２の制御を行う。
このような構成において、偏向部１２の効果的な制御方法を図９を参照して説明する。図９は、画像表示部１３内の画素群Ｄが黒表示（明るさが所定の閾値未満）の場合において、偏向部１２の各領域を透過した光の集光位置を示す図である。
画素群Ｄが黒表示の場合、光制御部１６は、画素群Ｄに対応する偏向部１２の領域Ｃを透過した光が左右の眼の位置である集光点Ｐ１、Ｐ２ではなく、集光点Ｑ１、Ｑ２に集光するように、偏向部１２を制御する。集光点Ｑ１、Ｑ２は、ある限定された位置ではなく、他の光が集光される集光点Ｐ１、Ｐ２と異なる位置であれば良い。
より具体的には、光制御部１６は、画像表示部１３に右眼用画像が表示されているタイミングで、黒色の画素群Ｄを透過する光が集光点Ｑ１に集光し、その他の画素を透過する光が集光点Ｐ１に集光するように、偏向部１２を制御する。また、光制御部１６は、画像表示部１３に左眼用画像が表示されているタイミングで、黒色の画素群Ｄを透過する光が集光点Ｑ２に集光し、その他の画素を透過する光が集光点Ｐ２に集光するように、偏向部１２を制御する。
なお、実施の形態２では、右眼用画像と左眼用画像とを時分割で交互に表示することによって視聴者に立体画像を視聴させる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、画像表示部１３を空間分割して右眼用画像及び左眼用画像を同時に表示してもよい。具体的には、画像表示部１３は、複数の画素のうちの一部の画素に右眼用画像を表示し、残りの画素に左眼用画像を表示する。そして、光制御部１６は、右眼用画像を表示する画素を透過する光が集光点Ｐ１に集光し、左眼用画像を表示する画素を透過する光が集光点Ｐ２に集光するように、偏向部１２を制御してもよい。
また、実施の形態１、２では、偏向部１２を透過する光を水平方向にのみ偏向する例を示したが、本発明はこれに限定されず、水平方向、垂直方向、及びそれらを組み合わせた任意の方向に光を偏向させてもよい。例えば、図１０に示されるように、第１及び第２の偏向部２２ａ、２２ｂを組み合わせて偏向部１２を構成することによって、光を任意の方向に偏向させることができる。
図１０は、第１及び第２の偏向部２２ａ、２２ｂを構成する１つの領域の斜視図である。図１０に示される偏向部１２は、第１及び第２の偏向部２２ａ、２２ｂを上下に積層することによって構成される。なお、第１及び第２の偏向部２２ａ、２２ｂの基本的な構成は、図４に示される偏向部１２と共通するので、詳しい説明は省略する。
第１の偏向部２２ａ中の網掛けされた面は、液晶２２２ａと誘電体２２３ａとが接する面を示す。この面は、図１０の矢印ａの方向（第１の方向）に傾斜している。同様に、第２の偏向部２２ｂ中の網掛けされた面は、液晶２２２ｂと誘電体２２３ｂとが接する面を示す。この面は、図１０の矢印ｂの方向（第２の方向）に傾斜している。そして、第１及び第２の方向は、互いに交差（直交）する方向である。
そして、下の段の第１の偏向部２２ａは、光源１１（図１０では図示省略）から出力される光を第１の方向に偏向する。また、上の段の第２の偏向部２２ｂは、第１の偏向部２２ａを透過した光を第２の方向に偏向して画像表示部１３（図１０では図示省略）に出力。すなわち、光制御部１６は、第１及び第２の偏向部２２ａ、２２ｂそれぞれに所定の電圧を印加することにより、偏向部１２を透過する光を任意の方向に偏向できる。
また、実施の形態１、２では、偏向部１２の１つの領域を、画像表示部１３の画素と同じ大きさか画素より大きくした例を示したが、図１１に示されるように、この１つの領域をさらに複数の小領域に分割して、小領域毎に個別に偏向制御してもよい。図１１は、偏向部１２の領域をサブ画素に対応する複数の小領域に分割した例を示す図である。
まず、画像表示部１３を構成する画素は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のサブ画素で構成されている。そして、偏向部１２の領域は、対応する画素を構成するサブ画素それぞれに対応するｎ（図１１の例ではｎ＝３）個の小領域３１、３２、３３で構成される。
具体的には、図１１に示される画素は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３つのサブ画素で構成されている。このサブ画素は、各色のカラーフィルタを用いることで実現できる。また、偏向部１２の領域は、赤色のサブ画素に対応する小領域３１と、緑色のサブ画素に対応する小領域３２と、青色のサブ画素に対応する小領域３３とで構成される。
ここで、小領域に分割されていない偏向部１２（例えば、図４の偏向部）で各サブ画素を透過する光を偏向すると、ＲＧＢの各波長の特性によって、３色の光が一点（集光点Ｐ）に集光しない。図１１の例では、緑色のサブ画素を透過した光は集光点Ｐに到達するものの、赤色のサブ画素を透過した光は集光点Ｐの左側にずれ、青色のサブ画素を透過した光は集光点Ｐの右側にずれる（破線の矢印を参照）。
そこで、図１１の例では、このような各波長の特性を吸収して全ての色の光を集光点Ｐに集光させるために、光制御部１６は、各小領域３１、３２、３３を個別に偏向制御する。すなわち、光制御部１６は、赤色のサブ画素に対応する小領域３１を透過する光が破線の矢印よりもさらに右に偏向され、青色のサブ画素に対応する小領域３３を透過する光が破線の矢印よりもさらに左に偏向されるように、各小領域３１、３２、３３それぞれに所定の電圧を印加する。これにより、各サブ画素から出力される光を一点に集光させることができる。
なお、本発明を上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
（１）上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムで実現され得る。ＲＡＭまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
（２）上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、ＲＯＭからＲＡＭにコンピュータプログラムをロードし、ロードしたコンピュータプログラムにしたがって演算等の動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
（３）上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されてもよい。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールには、上記の超多機能ＬＳＩが含まれてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有してもよい。
すなわち、本発明の一形態に係る集積回路は、光源と、複数の画素によって構成され、光源から出力される光の透過量を画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、光源から画像表示部に向かう光を領域毎に偏向する偏向部とを備える画像表示装置に画像を表示させる。この集積回路は、偏向部の複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御部を備える。
（４）本発明は、上記に示す方法で実現されてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムで実現してもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号で実現してもよい。
すなわち、本発明の一形態に係る画像表示方法は、光源と、複数の画素によって構成され、光源から出力される光の透過量を画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、光源から画像表示部に向かう光を領域毎に偏向する偏向部とを備える画像表示装置に画像を表示させる方法である。この画像表示方法は、偏向部の複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御ステップを含む。
また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したもので実現してもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号で実現してもよい。
また、本発明は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送してもよい。
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、メモリは、コンピュータプログラムを記憶しており、マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムにしたがって動作してもよい。
また、プログラムまたはデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、またはプログラムまたはデジタル信号をネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施してもよい。
（５）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせてもよい。
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
本発明の画像表示装置は、光を効果的に偏向制御する事で画像のコントラスト及び画質を向上させる事が可能であり広く表示装置に適用することができる。また、本画像表示装置を用いて液晶表示装置を構成することで、簡便な構成で３Ｄ液晶表示装置やプライバシーディスプレイ等に用いることが可能であり、有用である。
１０ 画像表示装置
１１ 光源
１２ 偏向部
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ａａ，１２ａｂ，１２ｂａ，１２ｂｂ 領域
１３ 画像表示部
１４ 画像取得部
１５ 検出部
１６ 光制御部
１７ 集光レンズ
２２ａ 第１の偏向部
２２ｂ 第２の偏向部
３１，３２，３３ 小領域
１１１ 固体レーザ
１１２ 導光板
１１３ 構造物
１２１ 液晶偏向素子
１２２，２２２ａ，２２２ｂ 液晶
１２３，２２３ａ，２２３ｂ 誘電体
１２４，１２５ 透明基材
１２６，１２７ 透明電極
１６１ 画素判別部
１６２ 偏向制御部

Claims (11)

  1. 光源と、
    複数の画素によって構成され、前記光源から出力される光の透過量を前記画素毎に制御する画像表示部と、
    複数の領域によって構成され、前記光源から前記画像表示部に向かう光を前記領域毎に偏向する偏向部と、
    前記偏向部の前記複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御部とを備える
    画像表示装置。
  2. 前記光制御部は、明るさが所定の閾値以上の画素に対応する前記領域を透過する光を前記第１の点に向けて偏向させ、明るさが前記閾値未満の画素に対応する前記領域を透過する光を前記第２の点に向けて偏向させる
    請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 該画像表示装置は、さらに、視聴者の眼の位置を検出する検出部を備え、
    前記光制御部は、前記検出部によって検出された視聴者の眼の位置を前記第１の点とし、視聴者の眼から外れた位置を前記第２の点とする
    請求項１又は２に記載の画像表示装置。
  4. 該画像表示装置は、互いに視差を有する右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示し、
    前記光制御部は、
    右眼用画像が表示されるタイミングで、前記検出部で検出された視聴者の右眼の位置を前記第１の点とし、
    左眼用画像が表示されるタイミングで、前記検出部で検出された視聴者の左眼の位置を前記第１の点とする
    請求項３に記載の画像表示装置。
  5. 前記偏向部は、
    前記光源から出力される光を第１の方向に偏向する第１の偏向部と、
    前記第１の偏向部を透過した光を前記第１の方向と交差する第２の方向に偏向する第２の偏向部とを備える
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  6. 前記領域は、前記画素を構成するｎ（ｎは２以上の自然数）個のサブ画素それぞれに対応して設けられるｎ個の小領域で構成され、
    前記光制御部は、前記ｎ個のサブ画素それぞれを透過する光が前記第１の点に向けて偏向されるように、前記ｎ個の小領域の偏向角度を個別に制御する
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  7. 前記画像表示部は、液晶パネルである
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  8. 前記偏向部は、液晶の配光を変化させることによって、偏向方向を制御する
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  9. 該画像表示装置は、複数の前記光源を備え、
    前記画像表示部は、前記光源の数の１０倍以上の前記画素で構成される
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  10. 光源と、複数の画素によって構成され、前記光源から出力される光の透過量を前記画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、前記光源から前記画像表示部に向かう光を前記領域毎に偏向する偏向部とを備える画像表示装置に画像を表示させる画像表示方法であって、
    前記偏向部の前記複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御ステップを含む
    画像表示方法。
  11. 光源と、複数の画素によって構成され、前記光源から出力される光の透過量を前記画素毎に制御する画像表示部と、複数の領域によって構成され、前記光源から前記画像表示部に向かう光を前記領域毎に偏向する偏向部とを備える画像表示装置に画像を表示させる集積回路であって、
    前記偏向部の前記複数の領域それぞれを透過する光を、当該領域に対応する画素の画素値に応じて、互いに異なる第１及び第２の点のどちらに向けて偏向させるかを制御する光制御部を備える
    集積回路。
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