JP2006189833A - ３次元映像ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏光変換スイッチにより入射光の偏光方向を経時的に変換させ、偏光方向が変換された映像を複屈折素子を通じてシフトさせることによって、３次元映像の解像度を向上させうる２次元及び３次元兼用映像ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 左眼映像情報と右眼映像情報とを有するディスプレイ素子と、入射光を左眼映像と右眼映像とに分離させる映像分離部と、入射光の偏光方向を経時的に変換させる偏光変換スイッチと、偏光変換スイッチを通過した光の偏光方向によって光を透過させるか、屈折させる複屈折素子と、を備え、偏光変換スイッチにより偏光方向が変換された映像を複屈折素子を通じてシフトさせることによって、解像度を向上させることを特徴とする映像ディスプレイ装置である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２次元及び３次元兼用映像ディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、２次元映像と３次元映像とを転換でき、３次元映像の解像度を向上させた無メガネ式３次元映像ディスプレイ装置に関する。

一般的に３次元映像は、人の両眼を通じたステレオ視覚の原理によりなされるが、両眼が約６５ｍｍ離れて存在するために現れる両眼視差が立体感の最も重要な要因と言える。３次元映像ディスプレイには、メガネを用いたディスプレイと無メガネ方式のディスプレイがあり、無メガネ方式のディスプレイは、メガネを使用せずに、左右映像を分離して３次元映像を得るものである。無メガネ方式には、例えば、パララックスバリア方式とレンチキュラー方式とがある。

パララックスバリア方式は、左右両眼が各々見なければならない画像を交互に縦パターンの形で印刷するか、または写真に焼き付け、これを極めて細い縦格子列、すなわち、バリアを用いて見るものである。このようにすることによって、左眼に入る縦パターンの画像と右眼に入る縦パターンの画像とがバリアにより配分され、左眼と右眼とに各々異なる視点（ｖｉｅｗ ｐｏｉｎｔ）の画像が見えることによって、立体映像と見える。

パララックスバリア方式によれば、図１Ａに示されたように観察者の左眼ＬＥと右眼ＲＥとに対応する左眼画像情報Ｌ及び右眼画像情報Ｒを有する液晶パネル３の前に垂直格子状の開口５とマスク７とを有するパララックスバリア１０を配し、前記パララックスバリア１０の開口５を通じて映像を分離する。前記液晶パネル３には、左眼に入力される画像情報Ｌと右眼に入力される画像情報Ｒとが水平方向に沿って交互に配列されている。

例えば、左眼画像情報Ｌを有する画素と右眼画像情報Ｒを有する画素とが１セットになり、前記開口５を中心に左右の画素が各々異なる視点の画素となって立体映像を具現できる。例えば、第１左眼画像が左眼に、第１右眼画像が右眼に、各々入り、第２左眼画像が左眼に、第２右眼画像が右眼に、各々入り、同じ方式で左右の画素が各々対応する左眼と右眼とに入る。

このような方式によれば、前記開口５を通じて画像が形成され、一方、前記マスク７を通じて画像が遮断されるために、図１Ｂに示されたように、左眼画像Ｌは、例えば、偶数番目のラインにだけ形成され、一方、奇数番目のラインには、前記マスク７により遮断されてブラックラインＫが形成される。また、右眼画像Ｒは、例えば、奇数番目のラインにのみ形成され、一方、偶数番目のラインには、前記マスク７により遮断されてブラックラインＫが形成される。

したがって、ディスプレイの全体的な解像度が落ち、３次元映像の輝度が低下する問題点がある。
日本特開平９−１５９９７１号公報

本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであって、３次元映像の解像度を向上させ、２次元映像と３次元映像とを兼用できる映像ディスプレイ装置を提供するところにその目的がある。

前記目的を達成するために本発明による映像ディスプレイ装置は、左眼映像情報と右眼映像情報とを有するディスプレイ素子と、入射光を左眼映像と右眼映像とに分離させる映像分離部と、入射光の偏光方向を経時的に変換させる偏光変換スイッチと、前記偏光変換スイッチを通過した光の偏光方向によって光を透過させるか、屈折させる複屈折素子と、を備え、前記偏光変換スイッチにより偏光方向が変換された映像を複屈折素子を通じてシフトさせることによって、解像度を向上させることを特徴とする。

前記複屈折素子は、方解石またはネマチック液晶からなることを特徴とする。

前記映像分離部は、レンチキュラーレンズ、フライアイレンズアレイまたはパララックスバリアであることを特徴とする。

前記ディスプレイ素子は、ＬＣＤ（液晶表示）またはＦＬＣＤ（フェロエレクトリックＬＣＤ）であることを特徴とする。

前記偏光変換スイッチは、液晶偏光変換スイッチであることを特徴とする。

前記偏光変換スイッチは、前記ディスプレイ素子の映像信号と同じ周波数で動作することを特徴とする。

前記ディスプレイ素子は、可動ミラー装置であり、前記ディスプレイ素子と映像分離部との間、または映像分離部と偏光変換スイッチとの間に、入射光を一偏光の光に変換する偏光変換器が備えらえることを特徴とする。

前記右眼映像情報と左眼映像情報とを同一に構成して２次元映像を形成することを特徴とする。

本発明による映像ディスプレイ装置は、偏光変換スイッチにより入射光の偏光方向を経時的に変換させ、偏光方向が変換された映像を複屈折素子を通じてシフトさせることによって、３次元映像の解像度を向上させる。また、３次元映像の具現時に発生するカラー分離現象を防止しうる。

また、右眼映像と左眼映像とを同一に構成して、２次元映像を具現することによって、２次元映像と３次元映像とを選択的にディスプレイしうる。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。

本発明の望ましい実施形態によるディスプレイ装置は、図２を参照すれば、光源１５と映像情報とを有するディスプレイ素子２０と、前記ディスプレイ素子２０からの映像情報による左眼映像と右眼映像とを光路を異ならせて分離させる映像分離部２５と、入射光の偏光方向を選択的に変換させうる偏光変換スイッチ３０と複屈折素子３５とを含む。

前記ディスプレイ素子２０は、左眼映像情報と右眼映像情報とを含み、前記左眼映像情報と右眼映像情報は、１フレームの映像情報について各々複数個視点による映像情報を含みうる。例えば、左眼映像情報が２視点による映像情報を有する時、奇数番目の映像情報と偶数番目の映像情報とを含みうる。同様に、右眼映像情報が２視点による映像情報である時、奇数番目の映像情報と偶数番目の映像情報とを含み、隣接する奇数番目の右眼映像と奇数番目の左眼映像、そして隣接する偶数番目の右眼映像と偶数番目の左眼画像とが合わせられて、１フレームの映像が形成される。前記ディスプレイ素子２０は、ＬＣＤ、ＦＬＣＤ、可動ミラー装置であり得る。ＬＣＤやＦＬＣＤは、偏光依存型ディスプレイであり、可動ミラー装置は、無偏光の光を用いるディスプレイである。

例えば、前記ディスプレイ素子２０が透過型ＬＣＤであり、前記光源１５は、バックライトで構成されうる。ＬＣＤは、画素単位で薄膜トランジスターと電極とが形成されて液晶に電界を加える方式で画像を表示する。

前記映像分離部２５は、前記ディスプレイ素子２０の左眼映像情報及び右眼映像情報による左眼映像Ｌ及び右眼映像Ｒを、左眼ＬＥ及び右眼ＲＥに向けて分離させる。例えば、映像分離部２５は、レンチキュラーレンズ、フライアイレンズアレイまたはパララックスバリアでありうる。または、映像分離部２５は、２次元映像と３次元映像とをスイッチングしうる液晶バリアでありうる。図２では、映像分離部２５としてレンチキュラーレンズが使われた例が図示されている。

前記偏光変換スイッチ３０は、例えば、液晶偏光変換スイッチであって、電源を選択的に印加して入射光の偏光方向を変換する。例えば、入射光がＰ偏光である時には、Ｓ偏光に、Ｓ偏光である時には、Ｐ偏光に変換する。

前記複屈折素子３５は、入射光の偏光方向によって屈折率が変わる性質がある。すなわち、前記複屈折素子の結晶光軸と平行した偏光方向を有する正常光線は、複屈折素子の正常屈折率によってそのまま透過され、複屈折素子の結晶光軸について垂直な偏光方向を有する異常光線は、複屈折素子の以上屈折率によって屈折される。したがって、Ｐ偏光の光とＳ偏光の光とが、前記複屈折素子３５を通過する時、相異なる角度で屈折される。前記複屈折素子３５は、方解石またはネマチック液晶よりなりうる。

前記のように構成された本発明のディスプレイ装置の作動原理について説明すれば、次の通りである。

前記ディスプレイ素子２０から出射された映像は、所定の第１偏光方向、例えば、Ｐ偏光方向を有する。左眼映像Ｌ及び右眼映像Ｒは、前記映像分離部２５を通過して各々左眼対応領域と右眼対応領域とに分離される。そして、前記偏光変換スイッチ３０を通じて複屈折素子３５に入射される。この際、前記偏光変換スイッチ３０は、オフになって前記第１偏光方向を変換させずに、そのまま通過させる。前記第１偏光方向が前記複屈折素子の結晶光軸と平行した偏光方向を有するとすれば、第１偏光方向の光は、前記複屈折素子３５を透過する。例えば、Ｐ偏光の光は、複屈折素子を直線に透過し、Ｓ偏光の光は、屈折を起こして透過する。

図３Ａに示されたように、第１偏光方向を有する第１左眼映像Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５，．．．，Ｌ（２ｎ−１）が形成される。ここで、ｎは、自然数を表す。次いで、同じ左眼映像情報によって処理された第１偏光方向を有する左眼映像が前記偏光変換スイッチ２５に入射されるとき、前記偏光変換スイッチ２５がオンになって偏光方向を変換させる。前記偏光変換スイッチ２５により第１偏光方向が第２偏光方向に変換された左眼映像が前記複屈折素子３５に入射される。第２偏光方向、例えば、Ｓ偏光を有する左眼映像は、複屈折素子３５の結晶光軸と垂直な偏光方向を有し、第１偏光の光と異なる方向に屈折される。したがって、同じ左眼映像情報による映像が偏光方向によってシフトされる効果を奏する。すなわち、図３Ａに示されたように、第２偏光方向を有する第２左眼映像Ｌ２，Ｌ４，．．．，Ｌ（２ｎ）が形成され、第２偏光方向を有する第２映像は、第１偏光方向を有する第１映像に比べて所定間隔シフトされて形成される。

前記偏光変換スイッチ２５は、ディスプレイ素子２０の映像信号に同期されてオン／オフ動作することによって、前記ディスプレイ素子２０の映像信号のような周波数で動作する。例えば、前記ディスプレイ素子２０の映像信号処理速度が６０Ｈｚである時、偏光変換スイッチ２５が１／６０秒単位でオン／オフ動作する。すなわち、ディスプレイ素子２０の一つの映像信号について、前記偏光変換スイッチ２５が一度のオン／オフ動作をすることによって、一つの映像信号に対して第１偏光方向による映像と第２偏光方向による映像とが１セットとなって順次に出る。

前記偏光変換スイッチ２５が、オフである時、前記ディスプレイ素子２０の映像信号による映像が偏光方向の変化なしに、前記複屈折素子３５を透過して第１映像を形成する。そして、前記偏光変換スイッチ２５がオンである時、前記ディスプレイ素子２０の映像信号による映像が、偏光方向が変換されて前記複屈折素子３５に入射され、複屈折素子３５により屈折されて、第１映像に比べてシフトされた第２映像を形成する。第１映像と第２映像とが合成されて１フレームの映像が形成されて、３次元映像の解像度が向上する。

図３Ｂは、本発明によって第１偏光方向の右眼映像と第２偏光方向の右眼映像とが合成されて、１フレームの右眼映像が形成される原理を示すものであって、これは前述した左眼映像の形成原理と同一なので、その詳細な説明は省略する。

結果的に、前記第１偏光方向の左眼映像と第２偏光方向の左眼映像とが合成されて、１フレームの左眼映像が形成され、前記第１偏光方向の右眼映像と第２偏光方向の右眼映像とが合成されて、１フレームの右眼映像が形成される。

本発明では、偏光変換スイッチと複屈折素子の相互作用により映像をシフトさせることによって、３次元映像の解像度を向上させる。

一方、図４は、映像を画素ｐ単位別にさらに詳細に示した図面であって、図４（ａ）は、第１偏光方向による第１映像であり、図４（ｂ）は、第２偏光方向による第２映像であるとすれば、第２偏光方向による第２映像は、第１偏光方向による第１映像に比べてシフトされて形成されることを示す図面である。このように１フレームを構成する第１映像と第２映像とがあり、第２映像が第１映像に比べてシフトされて形成されることによって、図４に示されたように、画素と画素との間に発生するカラー分離現象が防止される。

図５は、図２に示されたディスプレイ映像装置と比較すれば、映像分離部としてパララックスバリア４０が採用されたことだけが違い、残りの部材は同一に構成される。

パララックスバリア４０は、スリット４０ａとバリア４０ｂとが交互に形成されており、前記スリット４０ａを通じて映像が透過され、バリア４０ｂを通じて映像が遮断されることによって、ディスプレイ素子２０から出た映像が右眼映像と左眼映像とに分離される。次いで、前記右眼映像と左眼映像とが偏光方向によって偏光変換スイッチ３０と複屈折素子３５とを通じて映像を形成する過程は、図２を参照して説明した原理と同じなので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

一方、本発明による３次元映像ディスプレイ装置は、２次元モードにも転換されうる。映像を２次元にディスプレイするために、図６Ａに示されたように、左眼映像信号と右眼映像信号とを同じ信号で構成して、第１偏光に対する第１フレームを形成する。この際、図６Ｂに示されたように、左眼及び右眼に各々同じ映像がディスプレイされて２次元映像が具現される。そして、前記偏光変換スイッチ３０を作動して偏光方向を第１偏光から第２偏光に変換し、映像信号を第２偏光に対する映像信号に変換する。第２偏光に対する映像信号を、図７Ａに示したように、左眼及び右眼に各々同じ信号で構成する。第２偏光に対する第２フレームが、図７Ｂに示されたように形成されて２次元映像が具現される。これにより、第１フレームと第２フレームとが１セットとなって、解像度の低下なしに２次元映像を具現する。

次いで、図８は、ディスプレイ素子として可動ミラー装置１６が使われる例を示したものである。可動ミラー装置１６は複数個のマイクロミラーが２次元的に配列され、マイクロミラーごとに独立的に回動自在になっている。マイクロミラーの回動方向によって入射ビームが投射レンズユニット側に向かって進行するか、投射レンズユニット側から離れて進行して、つまり、マイクロミラーが画素単位でオン／オフされることによって映像が具現される。可動ミラー装置１６を使用して映像を形成する場合には、無偏光の光が使われるので、可動ミラー装置１６を通じて出射された光を一偏光方向を有する光に変換するために、可動ミラー装置１６と映像分離部２５との間に偏光変換器１７が備えられる。前記偏光変換器１７は、入射光を、例えば、Ｐ偏光の光に変換させ、Ｐ偏光の光は映像分離部２５を通じて左眼映像と右眼映像とに分離される。そして、偏光変換スイッチ３０がオフになっている時、前記Ｐ偏光の光は偏光変換スイッチ３０と複屈折素子３５とを屈折なしに透過して、左眼映像と右眼映像とを形成する。次いで、前記偏光変換スイッチがオンになる時、前記Ｐ偏光の光は、偏光変換スイッチによりＳ偏光の光に変換され、Ｓ偏光の光は、前記複屈折素子３５で屈折される。これにより、Ｓ偏光による映像は、Ｐ偏光による映像に対してシフトされてディスプレイされ、これにより３次元映像で解像度が低下しない。

前述したように本発明による映像ディスプレイ装置は、偏光変換スイッチと複屈折素子により１つの映像信号に対する映像がシフトされて複数視点の映像を提供するので、解像度が向上する。一方、前記例では、左眼映像と右眼映像とが各々第１偏光方向映像と第２偏光方向映像とを１セットにして、１フレームの画像を構成する例を説明したが、その他にも１フレームの画像を３つ以上の視点からなる画像で構成しうる。このような複数視点の画像を前記偏光変換スイッチと複屈折素子を用いて順次にシフトさせ、前記複数視点の映像に対応する映像信号も順次に移動させる。

本発明は、３次元映像ディスプレイ装置に関連した技術分野に好適に適用されうる。

従来のパララックスバリア方式による３次元映像ディスプレイ装置を概略的に示す図である。 図１Ａに示された３次元映像ディスプレイ装置により右眼映像と左眼映像とがディスプレイされた状態を示す図である。 本発明の一実施形態による３次元映像ディスプレイ装置の構成図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置により左眼映像がディスプレイされた状態を示す図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置により右眼映像がディスプレイされた状態を示す図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置により映像がシフトされた状態を示す図である。 本発明の他の実施形態による３次元映像ディスプレイ装置の構成図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置における２次元映像を具現する方法を説明するための図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置における２次元映像を具現する方法を説明するための図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置における２次元映像を具現する方法を説明するための図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置における２次元映像を具現する方法を説明するための図である。 本発明による３次元映像ディスプレイ装置の変形例である。

符号の説明

１５ 光源
２０ ディスプレイ素子
２５ 映像分離部
３０ 偏光変換スイッチ
３５ 複屈折素子３５

Claims (8)

1. 左眼映像情報と右眼映像情報とを有するディスプレイ素子と、
   入射光を左眼映像と右眼映像とに分離させる映像分離部と、
   入射光の偏光方向を経時的に変換させる偏光変換スイッチと、
   前記偏光変換スイッチを通過した光の偏光方向によって光を透過させるか、屈折させる複屈折素子と、を備え、前記偏光変換スイッチにより偏光方向が変換された映像を複屈折素子を通じてシフトさせることによって、解像度を向上させることを特徴とする３次元映像ディスプレイ装置。
2. 前記複屈折素子は、方解石またはネマチック液晶からなることを特徴とする請求項１に記載の３次元映像ディスプレイ装置。
3. 前記映像分離部は、レンチキュラーレンズ、フライアイレンズアレイまたはパララックスバリアであることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元映像ディスプレイ装置。
4. 前記ディスプレイ素子は、液晶パネルであることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の３次元映像ディスプレイ装置。
5. 前記偏光変換スイッチは、液晶偏光変換スイッチであることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の３次元映像ディスプレイ装置。
6. 前記偏光変換スイッチは、前記ディスプレイ素子の映像信号のような周波数で動作することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の３次元映像ディスプレイ装置。
7. 前記ディスプレイ素子は、可動ミラー装置であり、前記ディスプレイ素子と映像分離部との間、または映像分離部と偏光変換スイッチとの間に入射光を一偏光の光に変換する偏光変換器が備えられることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の３次元映像ディスプレイ装置。
8. 前記右眼映像情報と左眼映像情報とを同一に構成して２次元映像を形成することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の３次元映像ディスプレイ装置。

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