WO2013031864A1

WO2013031864A1 - 表示装置

Info

Publication number: WO2013031864A1
Application number: PCT/JP2012/071908
Authority: WO
Inventors: 圭及部; 柳　俊洋; 亮荒木; 滋規田中; 良信平山; 清志中川
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-03-07
Also published as: US20140152783A1

Abstract

　表示装置（１）は、観察者（２）の視線方向（２０）を表す情報を少なくとも用いて、視線方向（２０）に対応した、観察者（２）の方を向いた三次元映像（１８）を表示する。観察者（２）は、実際の立体物を様々な角度から見たときと同じような感覚で、三次元映像を様々な角度から見ることができる。

Description

表示装置

　本発明は、立体視可能な三次元映像を表示する表示装置に関する。

　近年、観察者が立体視可能な三次元映像を表示できる表示装置が広く普及している。この種の表示装置を登載したテレビやゲーム機は、新たな付加価値を持つ製品として、昨今、消費者に広く受け入れられている。

　観察者が三次元映像を立体視するには、観察者の視差方向を、三次元映像の視差方向に一致させる必要がある。従来の三次元映像表示装置では、映像の視差方向がつねに同じ方向に固定されている。したがって、観察者が頭部を一定の位置に固定することによって、初めて、三次元映像を安定して立体視することが可能となる。

　観察者が頭を大きく動かしたり、あるいは頭を画面に対して斜めに傾けたりすると、観察者の視差方向と映像の視差方向とが互いに一致しなくなるので、三次元映像の品位が大きく損なわれて見える。たとえば、立体視がうまくなされなかったり、映像のクロストークが起こったりする。そこで従来、このような問題を解決しようと試みた技術が、いくつか開発されている。

　特許文献１には、左右眼の表示映像の切り替え等のタイミングを好適化し、切り替え時に観察者がモアレやクロストークを認識するのを軽減できる頭部位置追従型立体映像表示装置が開示されている。

　特許文献２には、遠景映像を広視野で提示する遠景提示手段と、観察者の頭部に装着され、近景映像を提示する近景映像手段とを備える仮想空間提示装置が開示されている。

　特許文献３には、仮想世界中において、ワープロ文書、図面、写真などの二次元の対象を利用して作業する際にも、二次元情報は合成情報表示部に立体視の必要の無い平面映像として表示する没入型表示装置が開示されている。

日本国公開特許公報「特願２００３－１０７３９２号（公開日：２００３年４月９日）」日本国公開特許公報「特開２００２－２９０９９１号（公開日：２００２年１０月４日）」日本国公開特許公報「特開２００３－１４１５７３号（公開日：２００３年５月１６日）」

　特許文献１の技術では、映像の視差方向においては、映像を立体視する範囲を広げることができる。しかし、映像の視差方向はつねに固定されているため、それとは異なる方向では、映像を立体視する範囲を広げることはできない。したがって、観察者が実物を眺めるように感覚で頭部を動かしたとしても、映像を正しく立体視できる範囲には制限がある。

　特許文献２の技術では、複数の投射機やスクリーンを用いるので、装置が大型化してしまう問題がある。また、投射方式とハーフミラーとを組み合わせて利用するため、三次元映像の遠近感の一体感が損なわれてしまう。したがって、感覚上の距離感と、実際の距離とが一致せず、観察者に混乱を与えてしまう。すなわち、実物を見るような感覚で、三次元映像を見ることはできない。なお、特許文献３の技術にも同様の問題がある。

　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の一態様によれば、観察者が、実際の立体物を様々な角度から見たときと同じような感覚で、三次元映像を様々な角度から立体視することができる。

　本発明の一態様に係る表示装置は、上記の課題を解決するために、
　映像データを用いて、立体視可能な三次元映像を表示する表示部と、
　観察者が上記表示部における所定位置を観察する際の視線方向を表す情報を少なくとも取得する取得部と、
　取得された上記情報に基づき、上記視線方向に対応した上記三次元映像を表す上記映像データを生成して上記表示部に提供する生成部とを備えていることを特徴としている。

　上記の構成によれば、表示装置は、映像データを用いて、立体視可能な三次元映像を表示する装置である。観察者は、表示装置の表示部に表示される三次元映像を、その表示方式に応じたやり方で観察する。たとえば、裸眼で観察したり、または専用のメガネを装着して観察したりすれば、三次元映像を立体視することができる。

　表示装置は、観察者が表示部における所定位置を観察する際の視線方向を表す情報を、少なくとも取得する。ここでいう所定位置とは、たとえば表示部における重心位置であったり、中心位置であったりする。あるいは、表示部に表示される三次元映像における何処かの位置であってもよい。すなわち所定位置は、かならずしも、表示部の面内に限られるわけではない。

　表示装置は、取得した情報に基づき、観察者の視線方向に対応した三次元映像を表す映像データを生成して、表示部に提供する。これにより表示部は、観察者の視線方向に応じた、すなわち、観察者の方向を向いた三次元映像を表示することができる。観察者が視線方向を変えれば、表示装置はそれに追従して、映像データの生成、および視線方向に応じた三次元映像の表示を、リアルタイムに実行する。したがって観察者は、実際の立体物を様々な角度から見たときと同じような感覚で、三次元映像を様々な角度から立体視することができる。

　以上のように、本発明に係る表示装置は、観察者が視線方向を変えれば、それに追従して、映像データの生成、および視線方向に応じた三次元映像の表示を、リアルタイムに実行する。これにより、観察者に対し、実際の立体物を様々な角度から見たときと同じような感覚で、三次元映像を様々な角度から見せることができる。

本発明の一実施形態に係る表示装置の要部構成を示すブロック図である。（ａ）および（ｂ）は、立体物を異なる２つの視点からそれぞれ見た場合の、視線方向および視差方向を説明する図である。（ａ）は、観察者が三次元映像を第１の視点から見る際の、表示される三次元映像と観察者の位置との関係を説明する図であり、（ｂ）は、観察者が三次元映像を第１の視点とは異なる第２の視点から見る際の、表示される三次元映像と観察者の位置との関係を説明する図である。

　本発明の一実施形態について、図１～図３を参照して以下に説明する。

　（表示装置１の構成）
　図１は、本発明の一実施形態に係る表示装置１の要部構成を示すブロック図である。この図に示すように、表示装置１は、センサー１０（検知部）、演算処理部１２（取得部、生成部）、表示部１４、およびトランスミッター１６を備えている。

　表示装置１は、映像データを用いて、立体視可能な三次元映像１８を表示部１４に表示する装置である。観察者２が表示部１４を観察するときの視線方向２０が決まると、同時に視差方向２２が決まる。視差方向２２と一致する視差方向３０を有する三次元映像１８が表示部１４に表示されているとき、観察者２は、三次元映像１８を正しく立体視できる。

　観察者２は、表示される三次元映像１８を、その表示方式に応じたやり方で観察する。本実施形態では、観察者２は専用のアクティブシャッターメガネ４を装着して観察することによって、三次元映像を立体視することができる。表示部１４は、時分割方式によって、三次元映像１８を表示する。具体的には、一定数のフレームごとに、左目用映像と右目用映像とを繰り替えて表示する。

　アクティブシャッターメガネ４は、トランスミッター１６から送信される、シャッタータイミングを指示する信号を受信し、その信号に基づき、左右のシャッターのオン／オフのタイミングを制御する。

　具体的には、表示部１４に左目用映像が表示されるときには、アクティブシャッターメガネ４の左目用のシャッターをオンにし、右目用のシャッターをオフにする。一方、表示部１４に右目用映像が表示されるときには、アクティブシャッターメガネ４の右目用のシャッターをオンにし、左目用のシャッターをオフにする。これにより観察者２は、左目は左目用映像のみを見て、右目は右目用映像のみを見ることになるので、三次元映像１８を立体視することができる。

　（センサー１０）
　センサー１０は、観察者２が表示部１４における所定位置を観察する際の、少なくとも視線方向２０を表す情報を取得する。ここでいう所定位置とは、たとえば表示部１４における重心位置であったり、中心位置であったりする。あるいは、表示部１４に表示される三次元映像１８における何処かの位置であってもよい。すなわち所定位置は、かならずしも、表示部１４の面内に限られるわけではない。

　表示装置１では、演算処理部１２が、センサー１０によって生成された情報を、センサー１０から取得する。すなわち表示装置１には、観察者２の視線方向２０を検知する機能が一体化されている。演算処理部１２は、センサー１０から取得した情報に基づき、観察者の視線方向２０に対応した三次元映像１８を表す映像データを生成して、表示部１４に提供する。これにより表示部１４は、観察者の視線方向２０に応じた、すなわち、観察者の方向に合致した三次元映像１８を表示することができる。したがって観察者は、実際の立体物を様々な角度から見たときと同じような感覚で、三次元映像１８を様々な角度から見ることができる。

　（他の検知対象）
　センサー１０は、さらに、観察者２の視差方向２２、観察者の頭部の位置、および観察者の視点から所定位置までの距離のうち、少なくともいずれかを検知し、検知結果を表す情報（他の情報）を生成することができる。このとき演算処理部１２は、観察者２の視線方向２０を表す情報に加えて、さらに視差方向２２等を表す情報も用いて、映像データを生成し、表示部１４に供給する。これにより表示部１４は、観察者２がより自然な立体感を憶える三次元映像１８を表示することができる。なお、用いる情報の種類が多ければ多いほど、より観察者２にとって適切な三次元映像１８を表示することができる。なぜなら、三次元映像１８と観察者２との相対的な位置関係を、より正確に特定することができるからである。

　なお、センサー１０が観察者２の視線方向２０等を検知する際の手法は、公知技術であるため、ここでは具体的な説明を省略する。また、演算処理部１２が、観察者２の視線方向２０等に対応した三次元映像１８を表す映像データを生成する際の手法も、よく知られた技術である。したがって、その詳細な説明をここでは省略する。

　（異なる２つの視点）
　図２の（ａ）は、立体物を異なる２つの視点からそれぞれ見た場合の、観察者２の視線方向および視差方向を説明する図である。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の全体を、立体物の底面の重心を基準に一定角度回転させた状態を表している。これらの図に示すように、観察者２が立体物を観察する際、左目６と右目８との間に、一定の視差が生じ、さらに、その方向（視差方向）が決まる。たとえば観察者２が視点４０ａから立体物を観察する場合、左目６と右目８とを結ぶ視差方向２２ａが決まる。さらに、観察者２が立体物を観察する際の視線方向２０ａも決まる。一方、観察者２が視点４０ａとは異なる視点４０ｂから立体物を観察する場合、左目６と右目８とを結ぶ視差方向２２ｂが決まる。さらに、観察者２が立体物を観察する際の視線方向２０ｂも決まる。

　（三次元映像１８の表示）
　表示装置１は、図２の（ａ）および図２の（ｂ）に示すような、観察者２の視線方向２０および視差方向２２等をリアルタイムで検知し、その検知結果に応じた三次元映像１８を表示部１４に表示する。この点について、図３の（ａ）および図３の（ｂ）を参照して以下に説明する。

　図３の（ａ）は、観察者２が三次元映像１８ａを視点４０ａから見る際の、表示される三次元映像１８ａと観察者２の位置との関係を説明する図である。この図に示すように、観察者２が視点４０ａにいるとき、表示部１４は、観察者２の視線方向２０ａに応じた三次元映像１８ａを表示する。その際、演算処理部１２は入力された映像データから、左目用映像５０および右目用映像５２を含む映像データを生成し、表示部１４に供給する。

　演算処理部１２は、表示部１４に表示される三次元映像１８ａが、観察者２が視点４０ａから実際の立体物を観察した場合と同じように見えるように、映像データを生成する。より具体的には、センサー１０から取得した情報を用いて、立体物のどの部分を三次元映像１８ａとして表示するべきかを演算し、その結果に基づき、映像データを生成する。

　表示部１４は、左目用映像５０と右目用映像５２とを一定数のフレームごとに切り替えて表示する。観察者２は、アクティブシャッターメガネ４を通じて、三次元映像１８ａを立体視する。その際、観察者２は、実際の立体物を視点４０ａから観察する場合と同じ感覚で、三次元映像１８ａを立体視することができる。

　（三次元映像１８の表示）
　図３の（ｂ）は、観察者２が三次元映像１８ｂを視点４０ａとは異なる視点４０ｂから見る際の、表示される三次元映像１８ｂと観察者２の位置との関係を説明する図である。この図に示すように、観察者２が視点４０ａにいるとき、表示部１４は、観察者２の視線方向２０ｂに応じた三次元映像１８ｂを表示する。その際、演算処理部１２は、入力された映像データから、左目用映像５４および右目用映像５６を含む映像データを生成し、表示部１４に供給する。

　演算処理部１２は、表示部１４に表示される三次元映像１８ｂが、観察者２が視点４０ｂから実際の立体物を観察した場合と同じように見えるように、映像データを生成する。より具体的には、センサー１０から取得した情報を用いて、立体物のどの部分を三次元映像１８ｂとして表示するべきかを演算し、その結果に基づき、映像データを生成する。

　表示部１４は、左目用映像５４と右目用映像５６とを一定数のフレームごとに切り替えて表示する。観察者２は、アクティブシャッターメガネ４を通じて、三次元映像１８ｂを立体視する。その際、観察者２は、実際の立体物を視点４０ｂから観察する場合と同じ感覚で、三次元映像１８ｂを観察することができる。

　以上のように、表示装置１は、観察者２の視線方向２０や視差方向２２等を検知し、検知結果に応じた三次元映像１８を表示部１４に表示する。したがって、観察者２が動けば、それに追従して、三次元映像１８の表示状態もリアルタイムに変化する。すなわち表示装置１は、視線方向２０等の検知、映像データの生成、および視線方向２０等に応じた三次元映像の表示を、リアルタイムに実行する。その際、観察者２がどんな位置に動いたとしても、その位置から実際の立体物を観察したときと同じような立体感を有する三次元映像１８を表示する。したがって観察者２は、現実の立体物を様々な角度から眺めるときと同じ感覚で、三次元映像１８を立体視することができる。

　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。当業者は、請求項に示した範囲内において、本発明をいろいろと変更できる。すなわち、請求項に示した範囲内において、適宜変更された技術的手段を組み合わせれば、新たな実施形態が得られる。

　（センサー１０の位置）
　センサー１０は、必ずしも、表示装置１に備えられている必要はない。観察者２に取り付けられていてもよく、あるいは、表示装置１からも観察者２からも離れた位置に取り付けられていてもよい。すなわちセンサー１０は、観察者２の視線方向２０等を検知できる位置であれば、どのような位置に配置されていてもよい。

　（酸化物半導体）
　表示部１４は、酸化物半導体を材料とする半導体層を有するスイッチング素子（ＴＦＴ素子等）を備えていることが好ましい。酸化物半導体には、たとえばＩＧＺＯ（InGaZnO_x）が含まれる。この構成では、表示部１４は非常に高速に映像を表示できる。したがって表示部１４は、観察者２が素早く動いても、それに追従して三次元映像１８を滑らかに変化させて表示することができる。

　また、表示部１４は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）によって構成されているスイッチング素子を備えていてもよい。この構成でも、表示部１４は非常に高速に映像を表示できる。したがって、観察者２が素早く動いても、それに追従して三次元映像１８を滑らかに変化させて表示することができる。

　（データ生成）
　演算処理部１２は、始めから三次元情報を有する入力データを処理して、三次元映像１８を表す映像データを生成することができる。または、演算処理部１２は、二次元映像を表す映像データ（他の映像データ）から、三次元映像１８を表す映像データを生成することもできる。すなわち表示装置１は、もともと三次元の情報を持たない映像データを用いたとしても、三次元映像１８を表示することができる。

　（表示装置１の種類）
　表示装置１は、特定の表示方式の装置に限定されない。たとえば表示部１４が液晶表示パネルであれば、表示装置１を液晶表示装置として実現できる。

　（円偏向方式）
　表示装置１が液晶表示装置である場合、表示部１４は、円偏光方式の液晶表示パネルであることが好ましい。この場合、観察者２が表示部１４をどのような角度から見ても、映像の品位は一定に保たれる。したがって、特に、円偏光方式のアクティブシャッターグラス４を装着した観察者２が、表示部１４に表示される三次元映像１８を観察する場合に、視野角に関わらず、一定品位の三次元映像１８を立体視することができる。

　（複数の観察者２）
　複数の観察者２が同時に表示部１４を観察する場合、表示装置１は、それぞれの観察者２が自身の位置（視点）に対応する三次元映像１８を立体視できるように、表示部１４を制御すればよい。たとえば、時分割方式によって三次元映像１８を表示する際、観察者２ａのアクティブシャッターメガネ４がオンになるタイミングでは、観察者２ａの視線方向等に応じた三次元映像１８を表示し、一方、観察者２ｂのアクティブシャッターメガネ４がオンになるタイミングでは、観察者２ｂの視線方向等に応じた三次元映像１８を表示する。

　（空間分割方式）
　表示部１４は、空間分割方式を用いて三次元映像１８を表示することもできる。具体的には、たとえば、左目用映像と右目用映像とを一行（または一列）ごとに交互に配置した映像を表示する。その際、表示部１４の表示面には、左目用映像が左目のみに入射し、右目用映像が右目のみに入射するような、特別な構造が形成されている。この構造とは、たとえばパララックスバリアである。これにより表示部１４が三次元映像１８を表示した際、観察者２は裸眼で三次元映像１８を立体視することができる。

　なお、表示部１４は、時分割方式と空間分割方式とを組み合わせて三次元映像１８を表示することもできる。

　（表示装置１の配置）
　表示装置１は、表示画面を重力方向と平行に近い状態にして配置してもよいし、あるいは、表示画面を重力方向と垂直に近い状態に配置してもよい。いずれの場合も、演算処理部１２は、表示装置１の配置状態に応じた演算処理を行い、配置状態に応じた三次元映像１８を表す映像データを生成する。

　（その他）
　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記取得部は、さらに、上記観察者の視差方向、上記観察者の頭部の位置、および上記観察者の視点から上記所定位置までの距離のうち、少なくともいずれかを表す他の情報を取得し、
　上記生成部は、上記情報および上記他の情報を用いて、上記映像データを生成することが好ましい。

　上記の構成によれば、視線方向に加えて、視差方向なども反映させた三次元映像を表す映像データを生成することができる。したがって、観察者がより自然な立体感を憶える三次元映像を表示することができる。

　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記観察者の視線方向を検知して、その視線方向を表す情報を生成する検知部を備えており、
　上記取得部は、上記検知部から上記情報を取得することが好ましい。

　上記の構成によれば、視線方向を検知する機能を一体化した表示装置を実現することができる。

　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記表示部は、酸化物半導体を材料とする半導体層を有するスイッチング素子を備えていることが好ましい。

　上記の構成によれば、表示部が非常に高速に映像を表示できる。したがって、観察者が素早く動いても、それに追従して三次元映像を滑らかに変化させて表示することができる。

　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記酸化物半導体は、ＩＧＺＯであることが好ましい。

　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記表示部は、ＭＥＭＳによって構成されているスイッチング素子を備えていることが好ましい。

　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記生成部は、二次元映像を表す他の映像データから、上記三次元映像を表す上記映像データを生成することが好ましい。

　上記の構成によれば、もともと三次元の情報を持たない映像データを用いたとしても、三次元映像を表示することができる。

　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記表示部は、液晶表示パネルであることが好ましい。

　上記の構成によれば、表示装置を液晶表示装置として実現できる。

　本発明の一態様に係る表示装置では、さらに、
　上記表示部は、円偏光方式の液晶表示パネルであることが好ましい。

　上記の構成によれば、表示部をどのような角度から見ても、映像の品位が一定に保たれる。したがって、特に、円偏光方式のアクティブシャッターメガネを装着した観察者が、表示部に表示される三次元映像を観察する場合に、視野角に関わらず、一定品位の三次元映像を立体視することができる。

　本発明に係る表示装置は、立体視可能な三次元映像を表示することができる装置として、幅広く利用できる。たとえば、テレビジョン装置またはゲーム機に組み込まれる表示装置としての用途が見込まれる。

　１　表示装置
　２　観察者
　４　アクティブシャッターメガネ
　１０　センサー（検知部）
　１２　演算処理部（取得部、生成部）
　１４　表示部
　１６　トランスミッター
　１８　三次元映像

Claims

　映像データを用いて、立体視可能な三次元映像を表示する表示部と、
　観察者が上記表示部における所定位置を観察する際の視線方向を表す情報を少なくとも取得する取得部と、
　取得された上記情報に基づき、上記視線方向に対応した上記三次元映像を表す上記映像データを生成して上記表示部に提供する生成部とを備えていることを特徴とする表示装置。
　上記取得部は、さらに、上記観察者の視差方向、上記観察者の頭部の位置、および観察者の視点から上記所定位置までの距離のうち、少なくともいずれかを表す他の情報を取得し、
　上記生成部は、上記情報および上記他の情報を用いて、上記映像データを生成することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
　上記観察者の視線方向を検知して、その視線方向を表す情報を生成する検知部を備えており、
　上記取得部は、上記検知部から上記情報を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
　上記表示部は、酸化物半導体を材料とする半導体層を有するスイッチング素子を備えていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の表示装置。
　上記酸化物半導体は、ＩＧＺＯであることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
　上記表示部は、ＭＥＭＳによって構成されているスイッチング素子を備えていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の表示装置。
　上記生成部は、二次元映像を表す他の映像データから、上記三次元映像を表す上記映像データを生成することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の表示装置。
　上記表示部は、液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の表示装置。
　上記表示部は、円偏光方式の液晶表示パネルであることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
　上記観察者の視線方向を検知して、その視線方向を表す情報を生成する検知部を備えており、
　上記取得部は、上記検知部から上記情報を取得し、さらに、上記観察者の視差方向、上記観察者の頭部の位置、および観察者の視点から上記所定位置までの距離のうち、少なくともいずれかを表す他の情報を取得し、
　上記生成部は、上記情報および上記他の情報を用いて、上記映像データを生成し、
　上記表示部は、酸化物半導体を材料とする半導体層を有するスイッチング素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。