WO2012157212A1

WO2012157212A1 - ３次元画像表示装置、および３次元画像表示方法

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Publication number: WO2012157212A1
Application number: PCT/JP2012/003030
Authority: WO
Inventors: 岸本　和之; 時彦四宮
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2013-11-16

Abstract

　左右画像のクロストークを確実に防止しつつ、表示装置の重量を支える負担を軽減するため、表示部１０１を支持するアーム部材１０３は、３本の剛体棒部材１０３ａ～１０３ｃ、および表示部１０１が、それぞれ関節状の連結部材１０３ｄ～１０３ｆによって互いに回動自在に取り付けられて構成されている。連結部材１０３ｄ～１０３ｆは、ばね等により、表示部１０１の重量を支え、かつ、表示部１０１を視聴者の顔面にわずかに押し付ける方向および大きさの力で、各剛体棒部材１０３ａ～１０３ｃを付勢するようになっている。

Description

３次元画像表示装置、および３次元画像表示方法

　本発明は、両眼視差を利用して３次元画像を表示する３次元画像表示装置、および３次元画像表示方法に関するものである。

　従来より、臨場感のある映像を表示させるために、投射装置から投射された映像を球面状スクリーンに表示する表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、さらに臨場感を増すために、３次元画像表示すなわち立体画像表示を行う技術も用いられている。具体的には、例えば同文献にも記載されているように、特殊な機能を有する特殊眼鏡を用い、光の波長の違いを利用して左右画像を分離する波長分離形の色眼鏡方式、光の偏光状態の違いを利用して左右画像を分離する偏光分離形の偏光眼鏡方式、および左右画像を交互に切り換えて提示する時分割形の眼鏡方式等、種々のものが知られている。

特開平６－１６１３４８号公報

　しかしながら、上記のように特殊眼鏡を用いて左右画像を分離する表示装置は、１つの表示部に時間的または空間的に右目用の画像と左目用の画像を振り分けて表示するものであるため、何れの方式を用いた場合でも、クロストークを確実に防止することが困難である。このため、臨場感の低下や、視覚疲労等の使用者への悪影響を与えがちである。

　そこで、例えば眼鏡型のフレームやゴーグル型のフレームの左右の目の位置に、それぞれ小型の表示装置を設け、左右画像を別個に表示する眼鏡型ディスプレイや、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などを用いることも考えられる。ところが、この種の表示装置は、画像の表示に必要な種々の構成要素を眼鏡型のフレームやゴーグル型のフレームに組み込む必要があるために、重量が重くなって、装着時の快適性が損なわれがちであるという問題点を有していた。

　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、左右画像のクロストークを確実に防止しつつ、表示装置の重量を支える負担を軽減して、装着時の快適性を向上させることができる３次元画像表示装置を提供することにある。

　上記目的を達成するために、第１の発明は、
　左目用の画像と右目用の画像とをそれぞれ別個に表示する表示部と、
　上記表示部の重量の少なくとも一部を支える支持部と、
　上記表示部を目の位置の動きに追随させる位置決め部と、
　を備えたことを特徴とする。

　これにより、表示部には、左目用の画像と右目用の画像とがそれぞれ別個に表示されるので、左右画像のクロストークは確実に防止される。しかも、そのような表示部を用いても、その表示部の重量の少なくとも一部が支持部によって支えられるので、視聴者が表示装置の重量を支える負担を軽減して、装着時の快適性を向上させることができる。

　第２の発明は、
　第１の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記支持部は、先端部が表示部に接続されたアーム部材を有することを特徴とする。

　第３の発明は、
　第２の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記アーム部材は、複数の剛体棒部材と、上記剛体棒部材を相対移動可能に連結する連結部材とを有し、
　上記連結部材は、上記表示部の重量の少なくとも一部を支える方向に上記剛体棒部材を付勢するように構成されていることを特徴とする。

　第４の発明は、
　第３の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記連結部材は、上記剛体棒部材を相対的に回動自在に連結する関節状に形成されていることを特徴とする。

　第５の発明は、
　第２の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記アーム部材は、屈曲方向に弾性を有する棒状部材を備え、上記棒状部材の弾性力によって、上記表示部の重量の少なくとも一部を支えるように構成されていることを特徴とする。

　第６の発明は、
　第１の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記支持部は、引張力によって上記表示部を上方に付勢する弾性部材を有することを特徴とする。

　第７の発明は、
　第６の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記弾性部材は、上方から垂下されたひも状の部材を有することを特徴とする。

　第８の発明は、
　第１の発明から第７の発明のうち何れか１つの３次元画像表示装置であって、
　上記支持部は、先端部が表示部に接続され、基端部が視聴者が着座するシートに固定されていることを特徴とする。

　これらにより、比較的簡潔な構成で、表示部の重量の少なくとも一部が支持部によって支えられるようにすることが容易にできる。

　第９の発明は、
　第１の発明から第８の発明のうち何れか１つの３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、上記表示部が顔面に押し付けられることによって、上記表示部を目の位置の動きに追随させるように構成されていることを特徴とする。

　第１０の発明は、
　第９の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、上記表示部に設けられて顔面に当接する当接部を有し、
　上記支持部は、上記当接部を顔面に押し付ける方向に付勢するように構成されていることを特徴とする。

　第１１の発明は、
　第９の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、
　上記表示部に取り付けられて顔面に当接する当接部と、
　上記表示部に取り付けられるとともに耳に掛けられる蔓部材と
　を有することを特徴とする。

　第１２の発明は、
　第９の発明の３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、
　上記表示部に取り付けられて顔面に当接する当接部と、
　上記表示部に取り付けられるとともに後頭部に掛け渡される帯部材と
　を有することを特徴とする。

　これらにより、視聴者の顔面や頭部などに大きな力を作用させることなく、表示部を目の位置の動きに追随させることができるので、左右画像のクロストークを確実に防止しつつ、臨場感のある映像を表示させることなどが容易にできる。

　第１３の発明は、
　第１の発明から第１２の発明のうち何れか１つの３次元画像表示装置であって、
　上記表示部は、網膜走査型画像表示装置を有することを特徴とする。

　第１４の発明は、
　第１の発明から第１２の発明のうち何れか１つの３次元画像表示装置であって、
　上記表示部は、表示面に視認可能な画像を表示する画像表示ユニットを有することを特徴とする。

　これらにより、比較的広視野角な画像や高精細な画像などを表示させて、一層、臨場感を向上させることなどが容易にできる。

　第１５の発明は、
　第１の発明から第１４の発明のうち何れか１つの３次元画像表示装置であって、
　さらに、３次元画像表示装置の動作を制御するリモートコントロール信号を受信する受信部を備えたことを特徴とする。

　これにより、受信部を設けることによって表示装置の重量が増加しても、視聴者が表示装置の重量を支える負担が増大するのを回避できるので、やはり、装置の装着時の快適性を向上させつつ、操作性を向上させることもできる。

　本発明によれば、左右画像のクロストークを確実に防止しつつ、表示装置の重量を支える負担を軽減して、装着時の快適性を向上させることができる。

実施形態１の３次元画像表示装置の使用状態を示す側面図である。実施形態１の３次元画像表示装置の詳細な構成を示す斜視図である。実施形態１の３次元画像表示装置の機能的構成を示すブロック図である。実施形態２の３次元画像表示装置の詳細な構成を示す斜視図である。実施形態２の３次元画像表示装置の機能的構成を示すブロック図である。実施形態３の３次元画像表示装置の詳細な構成を示す斜視図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、他の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

　《実施形態１》
　実施形態１の３次元画像表示装置では、図１に示すように、表示部１０１が、視聴者が着座するシート１０２に取り付けられた多関節型のアーム部材１０３によって支持されるようになっている。

　上記表示部１０１は、詳しくは、例えば図２に示すように、通常の眼鏡と同じような形状をしたフレーム１１１に、それぞれ左右の目に対応した別個の、レーザー光源１１２と光走査部１１３とを備えた網膜走査型ディスプレイが取り付けられて構成されている。上記網膜走査型ディスプレイは、レーザー光源１１２から変調されて出射する光束を光走査部１１３によって偏向させながら、眼の網膜上に導いて網膜を走査させることで画像を投影表示するようになっている。フレーム１１１には、また、視聴者の鼻の部分に当接する鼻パッド１１４が設けられている。

　上記表示部１０１を支持するアーム部材１０３は、３本の剛体棒部材１０３ａ～１０３ｃと、表示部１０１とが、それぞれ関節状の連結部材１０３ｄ～１０３ｆによって互いに回動自在に取り付けられて構成されている。また、連結部材１０３ｄ～１０３ｆは、図示しないばね等により、表示部１０１の重量の少なくとも一部を支え、かつ、表示部１０１の鼻パッド１１４を視聴者の顔面にわずかに押し付ける方向および大きさの力で、各剛体棒部材１０３ａ～１０３ｃを付勢し、表示部１０１を目（顔）の位置の動きに追随させるようになっている。なお、アーム部材１０３の関節数は３つに限らず、より少なくてもよいし、より多くして自由度を大きくし、視聴者の座高、姿勢等に応じてより容易に位置調整をしやすくしてもよい。

　次に、３次元画像表示装置の表示機能に関する構成の例について、図３に基づいて説明する。

　同図において、デコーダ２０１は、映像信号源から入力される映像信号をデコードして、表示部１０１を駆動する信号を生成するようになっている。

　リモートコントローラー２０２は、例えばシート１０２の肘掛の先端部等に着脱可能に設けられ、視聴者の好みの画質モードの選択操作や、ビデオオンデマンドの場合の好みのコンテンツの選択操作、ゲーム用途の場合のコントローラーとしての操作等に応じて、赤外線、電波、または超音波などによる操作信号を出力するようになっている。なお、アーム部材１０３に沿ったケーブルを介した有線通信が行われるようにしてもよい。

　表示制御部２０３は、上記操作信号を受信して、視聴者の操作に応じた表示制御を行うようになっている。なお、コンテンツの選択等は、映像信号の信号源となる装置等が受信して種々の処理を行うようにしてもよい。

　画像処理部２０４は、右目用の画像信号処理と左目用の画像信号処理をそれぞれ行うようになっている。

　ドライバ２０５は、画像処理部から出力された信号に応じてレーザー光源１１２（例えばＲＧＢの３色）の発光強度の変調を行うようになっている。

　光走査部１１３は、ガルバノミラーまたはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、およびレンズ等から構成され、レーザー光の変調と同期して偏向を行い、視聴者の網膜の所望の位置にレーザー光を照射するようになっている。

　上記各構成要素のうち、例えば、レーザー光源１１２と、光走査部１１３とを表示部１０１に組み込み、他の構成要素は、アーム部材１０３やシート１０２等に分散配置すれば、表示部１０１の大きさや重量を容易に低減できるが、本実施形態においては、表示部１０１の重量がアーム部材１０３によって支持されるため、例えば表示制御部２０３や画像処理部２０４などの他の構成要素も表示部１０１に組み込んだとしても、視聴者に与える負担が軽減されるので、表示部１０１の重量の制限等を気にすることなく柔軟な装置設計を行うことなどもできる。

　上記のような３次元画像表示装置は、例えば、映画館や、アミューズメントパークでの使用を前提とした装置とすることで、高機能化、高付加価値化がし易くなる。ここで、同じ映像を複数の視聴者に対して一括で提供するようにしてもよいし、ビデオオンデマンドのように各視聴者が好みの映像を見られるようにしてもよい。

　上記のように、アーム部材１０３によって表示部１０１の重量が支えられるとともに鼻パッド１１４によって比較的小さな力でほぼ水平方向の位置決めがなされることにより、視聴者の視覚的負担を軽減するためにクロストークフリーの３次元画像を表示すべく網膜操作型ディスプレイを左右の目に独立に設けても、表示部１０１の重量を支える頭部や首等への負担を軽減して、装着時の快適性を向上させることができる。特に、例えば網膜操作型ディスプレイにおいて走査範囲を広くする等の高機能化を図るために装置重量が増加しても、その重量を使用者が頭部で支える必要がないので、やはり圧迫感等を与えることなどもなく、リラックスして快適な状態で高画質・高臨場感の映像を楽しむことなどができる。

　《実施形態２》
　実施形態２の３次元画像表示装置は、実施形態１の装置と比べて、図４に示すように、網膜走査型ディスプレイに代えてＬＣＤ（液晶表示装置）または有機ＥＬ（electroluminescent）表示装置などの画像表示ユニット１２１が用いられている点が異なっている。また、多関節型のアーム部材１０３に代えて、屈曲自在で、屈曲方向に弾性を有することにより表示部１０１の重量を支持するフレキシブルな棒状弾性体のアーム部材１０４が用いられている。さらに、表示部１０１のフレーム１１１には、通常の眼鏡と同じような蔓１１５が設けられている。

　表示機能に関しては、例えば、図５に示すように、表示部１０１に、実施形態１のようなレーザー光源１１２および光走査部１１３に代えて画像表示ユニット１２１が設けられている点を除き、実施形態１と同様に構成することができる。ここで、画像表示ユニット１２１としては、例えばバックライトを含むものが用いられ得るが、エッジライト方式のものを用いれば特に薄型化が容易である。

　上記のように構成された３次元画像表示装置では、蔓１１５を耳に掛け、鼻パッド１１４を鼻に当接させることによって、表示部１０１の主として水平方向の位置決めをすることができるので、アーム部材１０４は、表示部１０１の重量を補い、かつ、表示部１０１がほぼ水平方向に比較的小さな力で移動し得るように、表示部１０１を支持するようにすればよい。

　これによって、やはり、左右独立の画像表示ユニット１２１によってクロストークフリーの３次元画像を表示しつつ、表示部１０１の重量を支える負担を軽減して、装着時の快適性を向上させることができる。

　《実施形態３》
　上記のように眼鏡のようなフレームを用いるのに限らず、例えば図６に示すように、画像表示ユニット１２１が取り付けられたゴーグルフレーム１３１を用い、帯部材１３２が後頭部に掛け渡されて位置決めがなされるようにしてもよい。

　このように構成される場合にも、やはり、表示部１０１の重量がアーム部材１０４によって支持され、鼻パッド１１４と帯部材１３２によって比較的小さな力でほぼ水平方向の位置決めをするだけでよいので、クロストークフリーの３次元画像を表示しつつ、装着時の快適性を向上させることができる。

　なお、上記各実施形態において、アーム部材１０４は表示部１０１の重量を完全に支持するのに限らず、少なくとも一部を補助的に支持すれば、その分、視聴者の支持負担が軽減される。

　また、表示部１０１の重量を支持する支持部としては、上記のような関節型またはフレキシブルな弾性体のアーム部材１０４に限らず、上方から垂下された例えばひも状の弾性部材が用いられてもよい。より具体的には、例えば、表示部１０１が、吊り下げられるようにして引張力によりほぼ水平方向には移動容易に支持される引張ばねや引っ張りゴムなどが用いられてもよい。

　また、頭部の位置等を検出するセンサとアクチュエータとを用いたフィードバック制御により、表示部の重量を支持しつつ、目の位置に自動的に追随させるようにして視聴者に作用する力を軽減することもできる。

　また、上記各実施形態や変形例で説明した構成要素は、論理的に可能な範囲で種々組み合わせてもよい。具体的には、例えば実施形態１のような関節型のアーム部材１０３を実施形態２、３の３次元画像表示装置に用いたり、逆に実施形態２、３のようなフレキシブルな弾性体のアーム部材１０３を実施形態１の３次元画像表示装置に用いるなどしてもよい。

　以上説明したように、本発明は、両眼視差を利用して３次元画像を表示する３次元画像表示装置等について有用である。

　　　　１０１　　　表示部
　　　　１０２　　　シート
　　　　１０３　　　アーム部材
　　　　１０３ａ～１０３ｃ　　　剛体棒部材
　　　　１０３ｄ～１０３ｆ　　　連結部材
　　　　１０４　　　アーム部材
　　　　１１１　　　フレーム
　　　　１１２　　　レーザー光源
　　　　１１３　　　光走査部
　　　　１１４　　　鼻パッド
　　　　１１５　　　蔓
　　　　１２１　　　画像表示ユニット
　　　　１３１　　　ゴーグルフレーム
　　　　１３２　　　帯部材
　　　　２０１　　　デコーダ
　　　　２０２　　　リモートコントローラー
　　　　２０３　　　表示制御部
　　　　２０４　　　画像処理部
　　　　２０５　　　ドライバ

Claims

　左目用の画像と右目用の画像とをそれぞれ別個に表示する表示部と、
　上記表示部の重量の少なくとも一部を支える支持部と、
　上記表示部を目の位置の動きに追随させる位置決め部と、
　を備えたことを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項１の３次元画像表示装置であって、
　上記支持部は、先端部が表示部に接続されたアーム部材を有することを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項２の３次元画像表示装置であって、
　上記アーム部材は、複数の剛体棒部材と、上記剛体棒部材を相対移動可能に連結する連結部材とを有し、
　上記連結部材は、上記表示部の重量の少なくとも一部を支える方向に上記剛体棒部材を付勢するように構成されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項３の３次元画像表示装置であって、
　上記連結部材は、上記剛体棒部材を相対的に回動自在に連結する関節状に形成されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項２の３次元画像表示装置であって、
　上記アーム部材は、屈曲方向に弾性を有する棒状部材を備え、上記棒状部材の弾性力によって、上記表示部の重量の少なくとも一部を支えるように構成されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項１の３次元画像表示装置であって、
　上記支持部は、引張力によって上記表示部を上方に付勢する弾性部材を有することを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項６の３次元画像表示装置であって、
　上記弾性部材は、上方から垂下されたひも状の部材を有することを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項１から請求項７のうち何れか１項の３次元画像表示装置であって、
　上記支持部は、先端部が表示部に接続され、基端部が視聴者が着座するシートに固定されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項１から請求項８のうち何れか１項の３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、上記表示部が顔面に押し付けられることによって、上記表示部を目の位置の動きに追随させるように構成されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項９の３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、上記表示部に設けられて顔面に当接する当接部を有し、
　上記支持部は、上記当接部を顔面に押し付ける方向に付勢するように構成されていることを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項９の３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、
　上記表示部に取り付けられて顔面に当接する当接部と、
　上記表示部に取り付けられるとともに耳に掛けられる蔓部材と
　を有することを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項９の３次元画像表示装置であって、
　上記位置決め部は、
　上記表示部に取り付けられて顔面に当接する当接部と、
　上記表示部に取り付けられるとともに後頭部に掛け渡される帯部材と
　を有することを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項１から請求項１２のうち何れか１項の３次元画像表示装置であって、
　上記表示部は、網膜走査型画像表示装置を有することを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項１から請求項１２のうち何れか１項の３次元画像表示装置であって、
　上記表示部は、表示面に視認可能な画像を表示する画像表示ユニットを有することを特徴とする３次元画像表示装置。
　請求項１から請求項１４のうち何れか１項の３次元画像表示装置であって、
　さらに、３次元画像表示装置の動作を制御するリモートコントロール信号を受信する受信部を備えたことを特徴とする３次元画像表示装置。
　表示部の重量の少なくとも一部を支えるように支持するとともに、
　上記表示部を目の位置の動きに追随させるように位置決めし、
　上記表示部によって、左目用の画像と右目用の画像とをそれぞれ別個に表示することを特徴とする３次元画像表示方法。