JP4803837B2

JP4803837B2 - 立体画像表示装置

Info

Publication number: JP4803837B2
Application number: JP2008001127A
Authority: JP
Inventors: 広伊藤
Original assignee: Eizo Nanao Corp
Current assignee: Eizo Nanao Corp
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: JP2009163032A

Description

本発明は、特殊なメガネを着用することなく両眼視差のある画像を観察者の左右の眼に分離して入力し、立体画像として認識させる立体画像表示装置に係り、特に、複数の観察者によって立体視が可能な技術に関する。

従来、この種の装置（第１の装置）として、筐体の上面に液晶表示パネルを水平姿勢で配設して構成され、液晶メガネをかけた観察者が装置周囲のどの位置にいるかを位置センサで検出し、その検出結果に基づき液晶メガネのシャッタを制御することにより、観察者ごとの視線方向に応じた立体画像を表示させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、第２の装置として、液晶表示パネルを水平姿勢で備えるとともに、液晶表示パネルにおける分割した小領域に対してそれぞれ多視点の画像を表示させるにあたり、垂直方向から観察方向に光線群を傾斜させることにより立体表示を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、第３の装置として、垂直姿勢の液晶表示パネルの背面に凸レンズ板を介して複数個の光源を配置し、光源の発光位置に応じた画像を液晶表示パネルの全面に表示するものがある（例えば、特許文献３参照）。
特許第３５７９５８５号公報（図２）特許第３８３０７８２号公報（図１）特許第３５１６７７４号公報（段落番号「００９２」及び「００９３」、図４）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置のうち第１の装置は、複数の観察者が立体視することができるものの、観察者が特殊なメガネをかける必要があるという問題がある。また、第２の装置は、液晶表示パネルの表示領域を視点ごとに分割しているので、高精細の立体表示を行うことができないという問題がある。また、第３の装置は、観察者が移動した際の観察視点に応じた画像の観察が可能である一方、複数の観察者が立体視を行うことができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、特殊なメガネを使用することなく、高精細の立体画像を表示させつつも複数の観察者により立体視することができる立体画像表示装置を提供することを目的とする。

（削除）

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、右眼用画像と左眼用画像とを時間的に交互に表示することにより、少なくとも二方向の観察位置にいる観察者に立体画像として認識させる立体画像表示装置において、水平姿勢で配置された透過型の液晶表示パネルと、前記透過型の液晶表示パネルの下面側に配設され、前記透過型の液晶表示パネルを下面側から照射するための右眼用及び左眼用の一対の光源と、前記透過型の液晶表示パネルの下面側に配設され、前記一対の光源からの光を垂直方向から各観察位置側へ傾斜させる光学系と、前記透過型の液晶表示パネルに対して、観察位置ごとに右眼用画像と左眼用画像を時間的に順次に出力する画像出力手段と、前記画像出力手段による観察位置ごとの画像出力に応じて、前記一対の光源からの光を各観察位置に対して照射させる光源制御手段と、を備え、前記一対の光源は、単数であって前記透過型の液晶表示パネルの中央部下方に配設され、前記一対の光源の周囲に配設され、前記一対の光源からの光を各観察位置に反射させる反射板と、前記一対の光源と前記反射板との間に配設され、光透過状態と光遮断状態とを切り換え可能なシャッタと、前記画像出力手段の出力画像に応じて前記シャッタの状態を切り換えるシャッタ制御手段と、を備えている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、一対の光源から出射された光は、光学系を通って透過型の液晶表示パネルを透過し、少なくとも二方向の観察位置に集光される。画像出力手段は、観察位置ごとに右眼用画像と左眼用画像とを時間的に交互に出力するが、その際に、観察位置ごとの画像出力に応じて、光源制御手段が一対の光源からの光を観察位置に対して照射させる。一対の光源から出射された光は各観察位置に反射板で導かれ、また、シャッタ制御手段により制御されるシャッタが各観察位置への光照射状態を切り換える。その結果、特殊なメガネを使用することなく、少なくとも二方向の観察位置において立体画像を観察することができ、同じ立体画像を複数の観察者が観察することができる。また、単体の一対の光源を液晶表示パネルの中央部下方に備えるだけでよいので、装置の小型化を図ることができる。

また、本発明において、装置の周囲風景を取り込む周囲風景取り込み手段と、前記周囲風景取り込み手段からの周囲風景を、前記画像出力手段に与えられる右眼用画像と左眼用画像に関連する３次元物体データに対してマッピングするとともに、マッピングされた３次元物体データに基づき、前記画像出力手段に対して周囲風景が反映された右眼用画像と左眼用画像を出力する環境マッピング手段と、を備えていることが好ましい（請求項２）。周囲風景取り込み手段により取り込んだ周囲風景が、環境マッピング手段により３次元物体データに対してマッピングされるので、表示される立体画像の表面に周囲風景が表示される。したがって、現実感が高い立体表示を行うことができる。

本発明に係る立体画像表示装置によれば、一対の光源から出射された光は、光学系を通って透過型の液晶表示パネルを透過し、少なくとも二方向の観察位置に集光される。画像出力手段は、観察位置ごとに右眼用画像と左眼用画像とを時間的に交互に出力するが、その際に、観察位置ごとの画像出力に応じて、光源制御手段が一対の光源からの光を観察位置に対して照射させる。一対の光源から出射された光は各観察位置に反射板で導かれ、また、シャッタ制御手段により制御されるシャッタが各観察位置への光照射状態を切り換える。したがって、特殊なメガネを使用することなく、少なくとも二方向の観察位置において立体画像を観察することができ、同じ立体画像を複数の観察者が観察することができる。また、単体の一対の光源を液晶表示パネルの中央部下方に備えるだけでよいので、装置の小型化を図ることができる。

以下に、立体画像表示装置について二つの実施例を挙げて説明する。

以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係る立体表示装置の概略構成を示す縦断面図であり、図２は、立体表示装置の概略構成を示す平面図である。

本実施例に係る立体画像表示装置は、縦断面がコの字状を呈する筐体１を備えている。その上面には、上から順に、保護ガラス３と、透過型の液晶表示パネル５と、レンズ７（例えば、凸レンズ）とがそれぞれ水平姿勢で配設されている。筐体１の底部両側には、第１の光源９と第２の光源１１とが配設されている。第１の光源９は、第１の観察位置Ｍ１における観察者の右眼ＥＲ１と左眼ＥＬ１とに光が入射するように、平面視にて装置の中央を挟んで第１の観察位置Ｍ１とは反対側に配設されている。また、第２の光源１１は、第２の観察位置Ｍ２における観察者の右眼ＥＲ２と左眼ＥＬ２に光が入射するように、平面視にて装置の中央を挟んで第２の観察位置Ｍ２とは反対側に配設されている。つまり、立体画像表示装置は、テーブル状に構成され、その上方にて対向する二箇所の観察位置（第１の観察位置Ｍ１，第２の観察位置Ｍ２）から立体画像を観察できるように構成されている。

なお、レンズ７が本発明における光学系に相当する。

第１の光源９と第２の光源１１とは向きが異なるだけで構成は同一であるので、ここでは第１の光源９を例に採ってその構成を説明する。第１の光源９は、右眼用の光源１３と左眼用の光源１５の一対の光源が並設されて構成されている。右眼用の光源１３及び左眼用の光源１５は、取付部材１７を介して筐体１の底部端部に配設されている。右眼用の光源１３及び左眼用の光源１５は、取付部材１７によって上向きの傾斜姿勢とされ、出射された光がレンズ７、透過型の液晶表示パネル５、保護ガラス３を通って第１の観察位置Ｍ１における右眼ＥＲ１と左眼ＥＬ１に集光するようになっている。

また、筐体１の一隅部には、カメラ１９が埋設されている。このカメラ１９は、立体画像表示装置の周囲風景を撮影する。カメラ１９は、広角レンズを備え、周囲風景を広範囲に撮影できることが好ましい。

なお、カメラ１９が本発明における周囲風景取り込み手段に相当する。

次に、図３を参照する。なお、図３は、実施例１に係る立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。

制御部３１は、映像信号ＶＤを受け取るとともに液晶表示パネル５に右眼用画像と左眼用画像とを交互に出力する画像信号出力部３３と、画像信号出力部３３が右眼用画像と左眼用画像とを順次に切り換える際に、垂直同期信号ＶＳに応じて、画像に対応した側の光源１３，１５だけを画像の表示位置に応じて点灯させてゆく光源制御部３５とを備えている。但し、本立体画像表示装置は、二箇所の観察位置（第１の観察位置Ｍ１、第２の観察位置Ｍ２）を有しているので、画像信号出力部３３は、第１の観察位置Ｍ１における右眼用画像と左眼用画像とを切り換えた後、第２の観察位置Ｍ２における右眼用画像と左眼用画像とを切り換える。また、光源制御部３５は、画像信号出力部３３による画像の切り換えに応じて第１の光源９の右眼用の光源１３と左眼用の光源１５との点灯を切り換えるとともに、第２の光源１１の右眼用の光源１３と左眼用の光源１５との点灯を切り換える。

なお、画像信号出力部３３が本発明における画像信号出力手段に相当し、光源制御部３５が光源制御手段に相当する。

また、カメラ１９で撮影された装置の周囲風景は、周囲風景信号ＳＥＳとしてマッピング処理部３６に与えられる。また、制御部３１に与えられる映像信号ＶＤの立体画像に対応する３次元物体データは、３次元物体データメモリ３７に予め記憶されている。マッピング処理部３６は、３次元物体データメモリ３７内の３次元物体データに基づき、周囲風景信号ＳＥＳに応じた周囲風景を右眼用画像と左眼用画像のそれぞれにマッピングする処理を行う。この処理は、物体の表面に周囲環境を写り込ませる環境マッピングと呼ばれ、例えば、”Reflection Vector Shading Hardware”(Douglas Voorhies and Jim Foran: SIGGRAPH 94 Conference Proceedings, P163)に開示されている。また、この環境マッピングにおける欠点を克服する手法が特開２０００−３４８１９７号公報に開示されている。マッピング処理部３６は、マッピングされた３次元物体データに基づき、画像信号出力部３３に対して、周囲風景が反映された右眼用画像と左眼用画像を出力する。

なお、マッピング処理部３６が本発明における環境マッピング手段に相当する。

上述した画像信号出力部３３は、上述したように右眼用画像と左眼用画像とを交互に切り換えることも可能であるが、本実施例装置では、マッピング処理部３６からのマッピング済の３次元物体データを用いて、右眼用画像と左眼用画像に対して周囲環境を反映させた画像を切り換えることができる。

本実施例に係る立体画像表示装置によると、一対の光源１３，１５から出射された光はレンズ７等を通って透過型の液晶表示パネル５を透過して、第１の観察位置Ｍ１及び第２の観察位置Ｍ２に集光される。画像信号出力部３１は、第１の観察位置Ｍ１及び第２の観察位置Ｍ２ごとに右眼用画像と左眼用画像とを交互に出力するが、その際に、第１の観察位置Ｍ１及び第２の観察位置Ｍ２ごとの画像出力に応じて、光源制御部３５が一対の光源１３，１５からの光を第１の観察位置Ｍ１または第２の観察位置Ｍのいずれかに対して照射させる。したがって、第１の観察位置Ｍ１及び第２の観察位置Ｍ２のように観察位置が二箇所である場合、第１の観察位置Ｍ１のために右眼用画像と左眼用画像が交互に出力されると、第１の観察位置Ｍ１に対して集光されるように一対の光源１３，１５の点灯が制御される。また、第２の観察位置Ｍ２のための右眼用画像と左眼用画像が交互に出力されると、第２の観察位置Ｍ２に対して集光されるように一対の光源１３，１５の点灯が制御される。

したがって、本実施例装置によると、特殊なメガネを使用することなく、複数箇所の観察位置Ｍ１、Ｍ２において立体画像を観察することができ、同じ立体画像を二人の観察者が観察することができる。また、液晶表示パネル５を視点ごとに分割することなく全面を利用しているので、高精細の立体画像を表示することができる。さらに、液晶表示パネル５が横置きされているので、例えば、保護ガラス３上に載置した実物と、表示された立体画像とを並べて二者で比較・検討などを行うのに好適である。

また、本実施例装置は、一対の光源１３，１５から出射された光をレンズ７を介して観察位置Ｍ１、Ｍ２へ導くだけであるので、構成を簡単化することができる。したがって、装置の低コスト化を図ることができる。

また、本実施例装置では、カメラ１９により取り込んだ周囲風景が、マッピング処理部３６により環境マッピングされるので、表示される立体画像の表面に周囲風景が表示される。したがって、現実感が高い立体表示を行うことができる。

次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。
図４は、実施例２に係る立体表示装置の概略構成を示す縦断面図である。なお、上述した実施例１と同じ構成については同符号を付すことにより詳細な説明については省略する。

本実施例装置は、透過型の液晶表示パネル５を水平姿勢で上面に配設された筐体１Ａを備えている。筐体１Ａは、内部構成の関係上、上記筐体１よりも容積が小さく構成されている。

筐体１Ａの底部中央には、一対の光源４１，４３が発光面を上方に向けた状態で配設されている。また、一対の光源４１、４３に対向する筐体１Ａの両側の内壁４５には、反射板４７が取り付けられている。一対の光源４１，４３と内壁４５との間には、光透過状態と光遮断状態とを切り換え可能な一対のシャッタ４９，５１が配設されている。各反射板４７は、一対の光源４１，４３からの光を、第１の観察位置Ｍ１の右眼位置ＥＲ１及び左眼位置ＥＬ１と、第２の観察位置Ｍ２の右眼位置ＥＲ２及び左眼位置ＥＬ２とにそれぞれ集光させる。

次に、図５を参照する。なお、図５は、実施例２に係る立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。なお、上述した実施例１と同じ構成については同符号を付すことにより詳細な説明については省略する。

本実施例装置は、光源制御部３５Ａによって一対の光源４１，４３の点灯が制御される。具体的には、右眼用画像が画像信号出力部３３から出力されている場合には、光源４１を点灯させ、左眼用画像が画像信号出力部３３から出力されている場合には、光源４１を消灯させるとともに光源４３を点灯させる。シャッタ制御部５３は、一対のシャッタ４１，４３の光透過状態と光遮断状態とを切換制御するが、画像信号出力部３３が第１の観察位置Ｍ１に右眼用画像と左眼用画像とを出力する際には、シャッタ５１を光遮光状態にするとともにシャッタ４９を光透過状態とし、画像信号出力部３３が第２の観察位置Ｍ２に右眼用画像と左眼用画像とを出力する際には、シャッタ４９を光遮蔽状態にするとともにシャッタ５１を光透過状態にする。また、光源制御部５３Ａは、観察位置Ｍ１に対する右眼用画像が表示される場合には、一対の光源４１，４３のうち光源４３を点灯させ、左眼用画像が表示される場合には、一対の光源４１，４３のうち光源４１を点灯させる。観察位置Ｍ２においては、その逆に一対の光源４１，４３を点灯させる。

なお、シャッタ制御部５３が本発明におけるシャッタ制御手段に相当する。

本実施例装置によると、上述した実施例１と同様の効果を奏するとともに、一対の光源４１，４３を単体で備えればよく、さらに単体の一対の光源４１，４３を液晶表示パネル５の中央部下方に備えるだけでよいので、実施例１の装置に比較して小型化を図ることができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例１，２では、第１の観察位置Ｍ１と第２の観察位置Ｍ２の二箇所から立体画像を観察可能な構成を例示したが、例えば、３箇所以上の観察位置を備える構成としてもよい。この場合には、増加させた観察位置に応じて一対の光源やシャッタを増設するとともに、画像出力の切り換えタイミングを早め、光源の点灯制御やシャッタの切換制御をそれに合わせて変えればよい。

（２）上述した実施例１では、位置固定の第１の光源９及び第２の光源１１に代えて、第１の光源９だけとし、液晶表示パネル５の中央部を中心にして第１の光源９を回転させるように構成してもよい。そして、各観察位置Ｍ１、Ｍ２に対向する位置において右眼用の光源１３と左眼用の光源１５の点灯を制御すればよい。

（３）上述した各実施例１，２では、マッピング処理部３６により、周囲風景を立体画像にマッピングする処理を行っているが、これを省略した構成としてもよい。これにより構成を簡易化でき装置コストを抑制することができる。

（４）上述した実施例２では、シャッタ４９，５１の状態を、第１の観察位置Ｍ１と第２の観察位置Ｍ２とで切り換えるようにしているが、各シャッタ４９，５１を、各光源４１，４３に対しても光透過状態と光遮断状態とに切換可能に構成し、各観察位置Ｍ１，Ｍ２において右眼用画像と左眼用画像とを切り換える際に連動して状態を切り換えるようにしてもよい。これにより光源４１，４３を常時点灯させておくことができ、光源４１，４３の長寿命化を図ることができる。

実施例１に係る立体表示装置の概略構成を示す縦断面図である。立体表示装置の概略構成を示す平面図である。立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。実施例２に係る立体表示装置の概略構成を示す縦断面図である。立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ … 筐体
５ … 透過型の液晶表示パネル
７ … レンズ
９ … 第１の光源
１１ … 第２の光源
Ｍ１ … 第１の観察位置
Ｍ２ … 第２の観察位置
１３ … 右眼用の光源
１５ … 左眼用の光源
１９ … カメラ
３１ … 制御部
３３ … 画像信号出力部
３５ … 光源制御部
３６ … マッピング処理部
３７ … ３次元物体データメモリ

Claims

右眼用画像と左眼用画像とを時間的に交互に表示することにより、少なくとも二方向の観察位置にいる観察者に立体画像として認識させる立体画像表示装置において、
水平姿勢で配置された透過型の液晶表示パネルと、
前記透過型の液晶表示パネルの下面側に配設され、前記透過型の液晶表示パネルを下面側から照射するための右眼用及び左眼用の一対の光源と、
前記透過型の液晶表示パネルの下面側に配設され、前記一対の光源からの光を垂直方向から各観察位置側へ傾斜させる光学系と、
前記透過型の液晶表示パネルに対して、観察位置ごとに右眼用画像と左眼用画像を時間的に順次に出力する画像出力手段と、
前記画像出力手段による観察位置ごとの画像出力に応じて、前記一対の光源からの光を各観察位置に対して照射させる光源制御手段と、
を備え、
前記一対の光源は、単数であって前記透過型の液晶表示パネルの中央部下方に配設され、
前記一対の光源の周囲に配設され、前記一対の光源からの光を各観察位置に反射させる反射板と、
前記一対の光源と前記反射板との間に配設され、光透過状態と光遮断状態とを切り換え可能なシャッタと、
前記画像出力手段の出力画像に応じて前記シャッタの状態を切り換えるシャッタ制御手段と、
を備えていることを特徴とする立体画像表示装置。
請求項１に記載の立体画像表示装置において、
装置の周囲風景を取り込む周囲風景取り込み手段と、
前記周囲風景取り込み手段からの周囲風景を、前記画像出力手段に与えられる右眼用画像と左眼用画像に関連する３次元物体データに対してマッピングするとともに、マッピングされた３次元物体データに基づき、前記画像出力手段に対して周囲風景が反映された右眼用画像と左眼用画像を出力する環境マッピング手段と、
を備えていることを特徴とする立体画像表示装置。