JP2008258802A - 画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】歪み補正データの容量を小さくし、かつ光学歪みの個体差にも容易に対応する。
【解決手段】画像表示システム１０００は、画像信号に応じた原画を形成する画像形成素子１０１Ｒ，１０１Ｌ、及び該画像形成素子からの光を観察者の眼に導く光学系１０２Ｒ，１０２Ｌを有する画像表示装置１００と、該光学系により生ずる画像の光学歪みに対する逆の歪みを含む画像信号を画像表示装置に出力する制御装置２００とを有する。制御装置は、逆歪みに関する基準データを記憶した第１の記憶手段２１０Ｒ，２１０Ｌを有し、画像表示装置は、該光学系に対する逆歪みに関するデータであって、基準データに対する差分データを記憶した第２の記憶手段１０３Ｒ，１０３Ｌを有する。制御装置は、基準データと差分データとに基づいて逆歪みを含む画像信号を生成する画像生成手段２０２Ｒ，２０２Ｌを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆるヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置を含む画像表示システムに関し、特に画像表示装置で生じる画像の光学歪みを電気的に補正する機能を備えた画像表示システムに関する。

ヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型画像表示装置：以下。ＨＭＤという）は、ＬＣＤ等の画像形成素子に形成された原画の像を、レンズやプリズム型光学素子等を用いた光学系によって拡大して観察者の眼に導く。画像形成素子は、ＨＭＤにケーブルや無線を介して外部の制御ユニットから供給される画像信号に応じて原画を表示する。

このようなＨＭＤにおいて、光学系に起因する画像の歪み（光学歪み）を電気的な画像処理によって補正する技術が多く提案されている。例えば、光学歪みとは逆の歪みを含む画像信号を制御ユニットで生成してＨＭＤに供給する。

そして、逆歪みを含む画像信号の生成方法として、ＨＭＤが搭載する光学系の歪み特性に応じた歪み補正データテーブルを選択し、該補正データを用いて、歪みのない元の画像信号を、逆歪みを含む画像信号に補正する方法が特許文献１にて開示されている。また、歪み補正テーブルを記憶するメモリ容量を削減するため、点対称な歪みの特性を利用して、画像全体の補正データではなく、画像の１／２や１／４の領域の補正データを対称領域に対しても使用する方法が特許文献２に開示されている。その他、ＲＧＢ各色の画像信号に対して個別に歪み補正を行うことで、光学系の色収差による画像の劣化も補正する方法が特許文献３にて開示されている。
特開平６−２６８９２５号公報 特開平５−１７６２１６号公報 特開平９−１１３８２３号公報

しかしながら、最近では表示する画像の解像度が高くなり、これに伴って歪み補正テーブル等の歪み補正に必要なデータ容量が増大している。このため、特許文献２に開示された方法だけでは、必要なメモリ容量の増大を抑えるには十分ではない。また、膨大な補正データの読み込みに時間がかかるという問題が生ずる。さらに、個々のＨＭＤの光学系には、製造誤差や組立て誤差による個体差があり、該個体差による光学歪みの差に対しても適切に対応する必要がある。

本発明は、歪み補正データの容量を小さくし、かつ光学歪みの個体差にも容易に対応できるようにした画像表示システムを提供する。

本発明の一側面としての画像表示システムは、画像信号に応じた原画を形成する画像形成素子、及び該画像形成素子からの光を観察者の眼に導く光学系を有する画像表示装置と、該光学系により生ずる画像の光学歪みに対する逆の歪みを含む画像信号を画像表示装置に出力する制御装置とを有する。制御装置は、逆歪みに関する基準データを記憶した第１の記憶手段を有し、画像表示装置は、該光学系に対する逆歪みに関するデータであって、基準データに対する差分データを記憶した第２の記憶手段を有する。そして、制御装置は、基準データと差分データとに基づいて逆歪みを含む画像信号を生成する画像生成手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、制御装置側の第１の記憶手段は、設計値等から算出された代表的な補正データである基準データを記憶しておけばよく、画像表示装置側の第２の記憶手段は、光学系の個体差に対応する補正データとしての差分データを記憶しておけばよい。これにより、各記憶手段の必要容量の増大を抑えつつ、制御装置側では基準データと差分データを用いて光学系の個体差に対応した逆歪みを含む画像信号を容易に生成することができる。また。各記憶手段が記憶すべき補正データ量を抑えることで、データ読み込みスピードの高速化を図ることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である頭部装着型画像表示システムの構成を示している。

該画像表示システム１０００は、画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１００と制御装置としての制御ユニット２００とにより構成されている。

ＨＭＤ１００は、不図示の観察者の頭部に装着され、該観察者の左右の眼に画像を提示する。なお、以下の説明において、符号の後にＲが付された構成要素は右眼用であることを示し、Ｌが付された構成要素は左眼用であることを示す。

ＨＭＤ１００は、ＬＣＤや有機ＥＬ等の表示パネル（画像形成素子）１０１Ｒ，１０１Ｌを有する。また、ＨＭＤ１００は、該表示パネル１０１Ｒ，１０１Ｌに表示（形成）された原画の拡大像（つまりは表示パネルからの光）をそれぞれ、観察者の右眼ＥＲ及び左眼ＥＬに導く光学系１０２Ｒ，１０２Ｌを有する。

さらに、ＨＭＤ１００には、ＥＥＰＲＯＭ等により構成されるメモリ（第２の記憶手段）１０３Ｒ，１０３Ｌが設けられている。

光学系１０２Ｒ，１０２Ｌは、レンズや複数の反射面を有するプリズム型の光学素子等によって構成されており、原画の拡大像（提示画像）を歪ませる。この光学系１０２Ｒ，１０２Ｌで生じる画像の歪み（歪曲）を、以下、光学歪みという。

一方、制御ユニット２００は、画像入力部２０１Ｒ，２０１Ｌと、画像処理手段としての歪み補正処理部２０２Ｒ，２０２Ｌと、画像出力部２０３Ｒ，２０３Ｌとを有する。

画像入力部２０１Ｒ，２０１Ｌは、ＤＶＩ等のインターフェース（Ｉ／Ｆ）に代表される、画像信号を伝送用信号からデジタル信号に変換するための変換回路である。

画像入力部２０１Ｒ，２０１Ｌには、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ等の画像供給装置３００の右眼用及び左眼用画像生成部３００Ｒ，３００Ｌからの画像信号が入力される。

また、画像出力部２０３Ｒ，２０３Ｌは、ＬＶＤＳ等に代表される、画像デジタル信号をＨＭＤ１００内に表示パネル１０１Ｒ，１０１Ｌへ伝送するのに適した伝送信号に変換する回路である。

また、歪み補正処理部２０２Ｒ，２０２Ｌは、画像入力部２０１Ｒ，２０１Ｌに入力された画像信号（歪みのない画像信号）から、光学系１０２Ｒ，１０２Ｌの光学歪みに対して逆の歪みを含む画像信号（以下、逆歪み画像信号という）を生成する処理を行う。逆歪み画像信号の生成には、後述する歪み補正基準データと歪み補正差分データとを用いる。

さらに、制御ユニット２００は、ＲＯＭ等のメモリ２１０Ｒ，２１０Ｌを有する。これらのメモリ２１０Ｒ，２１０Ｌには、逆歪み画像信号を生成するために用いられる歪み補正基準データがテーブルデータとして記憶されている。

また、ＨＭＤ１００のメモリ１０３Ｒ，１０３Ｌには、歪み補正処理部２０２Ｒ，２０２Ｌにおいて歪み補正基準データとともに逆歪み画像信号を生成するのに用いられる歪み補正差分データがデータテーブルとして記憶されている。

詳しくは後述するが、これら歪み補正基準データと歪み補正差分データとを用いて逆歪み画像信号を生成することで、ＨＭＤ１００の光学歪みに関する個体差（左右の光学系１０２Ｒ，１０２Ｌ間の個体差を含む）を反映した逆歪み画像信号を生成できる。また、これにより、制御ユニット２００は、同機種の（設計的に同じ）ＨＭＤ１００であれば、どのＨＭＤを接続した場合でも歪みの少ない画像を提示することができる。

次に、歪み補正処理部２０２Ｒ，２０２Ｌでの逆歪み画像信号の生成処理について説明する。

まず、画像入力部２０１Ｒ，２０１Ｌから入力された画像信号（以下、入力画像という）から逆歪み画像信号（以下、出力画像という）を生成するのに必要な歪み補正データ（歪み補正基準データ＋歪み補正差分データ）について説明する。

本実施例での歪み補正データは、図２及び図３に示すように、出力画像の座標（Ｘｏｎ，Ｙｏｎ）（ただし、Ｘｏｎ，Ｙｏｎは整数）へマッピングする入力画像の座標（Ｘｎ，Ｙｎ）のデータである。つまり、例えば図２に示すように、出力画像の座標（１０００，１０００）に変換されるべき入力画像の座標（９８８，９８９）を示すデータである。この歪み補正データは、設計値や理論値ではなく、実際の（実測した）光学歪みに対応した補正データである。

本実施例では、この歪み補正データを、制御ユニット２００側のメモリ２１０Ｒ，２１０Ｌに記憶された歪み補正基準データと、ＨＭＤ１００側のメモリ１０３Ｒ，１０３Ｌに記憶された歪み補正差分データとを用いて生成する。

歪み補正基準データは、光学設計値から求められる理論的な光学歪み座標から算出した座標データである。また、その光学歪みの近似式から算出した座標データとしてもよい。

一方、歪み補正差分データは、実測して得られた光学歪みの座標と歪み補正基準データ上での座標との差分値を示す差分データ（ｄｘｎ，ｄｙｎ）である。

つまり、歪み補正基準データは光学系の設計上での補正データであり、歪み補正差分データは、実際のＨＭＤ１００の組立て後に測定された光学歪みに対応した、歪み補正基準データとの差分データである。

ここで、歪み補正差分データの要素であるｄｘｎとｄｙｎは、単なる製造上の公差又はアライメントのずれによって生じるずれ量に相当することを想定しているため、ｄｘｎとｄｙｎの値としては、ＸｎとＹｎに比べて非常に小さい値である。したがって、歪み補正差分データ（ｄｘｎ，ｄｙｎ）の１単位のデータ量（ビット数）もきわめて小さい。このため、ＨＭＤ１００側のメモリ１０３Ｒ，１０３Ｌに必要な容量も小さくて済む。

なお、歪み補正差分データに含まれる複数のデータ単位に同じ又は互いに近い値が多い場合は、ランレングス符号化やハフマン符号化等のデータ圧縮技術を用いることで、さらにデータ量を削減することができる。

歪み補正処理部２０２Ｒ，２０２Ｌの動作としては、補正テーブル演算処理部２１１Ｒ，２１１Ｌにおいて、ＨＭＤ１００側のメモリ１０３Ｒ，１０３Ｌから歪み補正差分データを読み込む。また、制御ユニット２００内のメモリ２１０Ｒ，２１０Ｌから歪み補正基準データを読み込む。そして、歪み補正差分データ（ｄｘｎ，ｄｙｎ）と歪み補正基準データ（Ｘｎ，Ｙｎ）とから、実際の光学歪みに適合する歪み補正データ（Ｘ′ｎ＝Ｘｎ＋ｄｘｎ，Ｙ′ｎ＝Ｙｎ＋ｄｙｎ）を算出する。

次に、データ座標変換処理部２１２Ｒ，２１２Ｌで、入力画像に対して歪み補正データを適用し、１フレームごとに順次フレームメモリ（ＲＡＭ）２０４Ｒ，１０４Ｌにてマッピングする。こうして生成された出力画像は、フレームメモリ２０４Ｒ，１０４Ｌから読み出されて、画像出力部２０３Ｒ，２０３ＬからＨＭＤ１００に出力される。

図４には、本発明の実施例２である画像表示システムのうち制御ユニット２００′の構成を示している。本実施例では、ＲＧＢの３つの色（第１、第２及び第３色）のそれぞの入力画像に対して逆歪み画像信号である出力画像を生成する場合について説明する。画像表示システムの基本的な構成は、実施例１と同じである。ここでは、実施例１と異なる点に関してのみ説明する。

本実施例では、図４に示すように、歪み補正処理部２０２′の構成が実施例１と異なる。なお、図４中の各構成要素の符号にはＲ，Ｌを付していないが、実際には、各構成要素には、右眼用及び左眼用がある。

実施例１では、光学設計値等から算出される歪み補正基準データと、実測された光学歪みから求められた歪み補正データと歪み補正基準データとの差分に相当する歪み補正差分データをデータテーブルとして各メモリに記憶していた。

これに対し、本実施例では、図５にも示すように、歪み補正処理部２０２′内のメモリ２２１には、第１色用（ここではＧＲＥＥＮ用）の入力画像に対する歪み補正基準データ（第１色基準データ）が記憶されている。

一方、ＨＭＤ側のメモリ１０３には、第２及び第３色用（ここではＲＥＤ及びＢＬＵＥ用）の入力画像に対する、ＧＲＥＥＮ用歪み補正基準データとの差分データであるＲＥＤ及びＢＬＵＥ用歪み補正差分データ（第２及び第３色差分データ）を記憶している。

これにより、データ座標変換処理部２２４は、ＧＲＥＥＮの入力画像に対しては、ＧＲＥＥＮ用歪み補正基準データをそのまま歪み補正データとして用いてＧＲＥＥＮの出力画像を生成する。

また、ＲＥＤ及びＢＬＵＥ歪み補正テーブル演算処理部２２２，２２３ではそれぞれ、ＧＲＥＥＮ用歪み補正基準データとＲＥＤ及びＢＬＵＥ用歪み補正差分データから、ＲＥＤ及びＢＬＵＥ用歪み補正データが生成される。そして、データ座標変換処理部２２４は、ＲＥＤ及びＢＬＵＥの入力画像に対して、ＲＥＤ及びＢＬＵＥ用歪み補正データを用いて、ＲＥＤ及びＢＬＵＥの出力画像を生成する。

こうして生成されたＧＲＥＥＮ，ＲＥＤ及びＢＬＵＥの出力画像は、画像出力部２０３を介してＨＭＤに出力される。ＨＭＤは、ＧＲＥＥＮ，ＲＥＤ及びＢＬＵＥの出力画像のデータに基づくカラー原画を表示パネルに形成し、拡大されたカラー画像を観察者に提示する。

これにより、３つの色の入力画像に対して制御ユニット２００′側で持つメモリ２２１で記憶すべきデータの容量を削減することができる。また、ＨＭＤ側のメモリ１０３で記憶すべきデータの容量も、３つの色用の歪み補正差分データを記憶する場合に比べて削減することができる。しかも、個々の光学系で発生する色収差も良好に補正することができる。

本発明の実施例１である画像表示システムの概略構成を示すブロック図。 実施例１における歪み補正処理の説明図。 実施例１における歪み補正データの構成を示す図。 本発明の実施例２である画像表示システムにおける歪み補正処理部の構成を示す図。 実施例２における歪み補正データの構成を示す図。

符号の説明

１００ ＨＭＤ
１０１Ｒ，１０１Ｌ 表示パネル
１０２Ｒ，１０２Ｌ 光学系
１０３，１０３Ｒ，１０３Ｌ メモリ
２００ 制御ユニット
２０２，２０２Ｒ，２０２Ｌ 歪み補正処理部
２１０Ｒ，２１０Ｌ，２２１ メモリ
２０４Ｒ，２０４Ｌ フレームメモリ
３００ 画像供給装置
１０００ 画像表示システム

Claims (3)

1. 画像信号に応じた原画を形成する画像形成素子、及び該画像形成素子からの光を観察者の眼に導く光学系を有する画像表示装置と、
   前記光学系により生ずる画像の光学歪みに対する逆の歪みを含む画像信号を前記画像表示装置に出力する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、前記逆歪みに関する基準データを記憶した第１の記憶手段を有し、
   前記画像表示装置は、前記光学系に対する前記逆歪みに関するデータであって、前記基準データに対する差分データを記憶した第２の記憶手段を有し、
   前記制御装置は、前記基準データと前記差分データとに基づいて前記逆歪みを含む画像信号を生成する画像生成手段を有することを特徴とする画像表示システム。
2. 前記画像形成素子は、第１、第２及び第３色の画像信号に応じたカラー原画を形成し、
   前記第１の記憶手段は、前記第１色用の前記逆歪みに関する基準データである第１色基準データを記憶し、
   前記第２の記憶手段は、前記第２及び第３色用の前記逆歪みに関するデータであって、前記第１色基準データに対する差分データである第２色差分データ及び第３色差分データとを記憶し、
   前記画像生成手段は、前記第１色基準データに基づいて前記第１色の前記逆歪みを含む画像信号を生成し、前記第１色基準データと前記第２及び第３色差分データとに基づいて前記第２及び第３色の前記逆歪みを含む画像信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の画像表示システム。
3. 前記画像表示装置は、観察者の頭部に装着される頭部装着型画像表示装置であることをと特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示システム。