JP2010139855A - 表示装置、表示装置の制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】正常な立体視が可能な表示を行なう立体画像表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、右眼用画像または左眼用画像を表示する表示パネルと、表示パネルの背面から観察者の左眼方向に光を照射する左眼用光源および右眼方向に光を照射する右眼用光源とを備える。タイミング制御部は、表示パネルに左眼用画像が表示されている期間は左眼用光源を点灯し、右眼用画像が表示されている期間は右眼用光源を点灯し、右眼用画像と左眼用画像との表示の切替の前後所定期間には両光源を消灯するよう、表示パネルでの画像の表示の切替と、光源の点等の切替とのタイミングを制御する。
【選択図】図６

Description

この発明は表示装置、表示装置の制御方法、および制御プログラムに関し、特に、立体画像を表示する表示装置、当該表示装置の制御方法、および制御プログラムに関する。

近年、映像表示分野においては、様々な映像の提供の方法が考えられている。たとえば、特定の方向からのみ映像が観察できる配光制限型表示装置や、立体的に映像を知覚させる立体映像表示装置が実用化されつつある。

立体映像表示装置は、人がその映像を見たときに立体的に知覚することができる映像表示装置である。人間が物を見たときに立体的に知覚する要素としては、輻輳、両眼視差、運動視差、および調節があると言われている。輻輳とは、物を見るときに左右の眼球が内向きに向く運動である。脳は、眼に輻輳角を与える筋肉の緊張を認識することで、立体感を得る。両眼視差とは、注視点を観察している時の両眼に投影される網膜上像のずれ（いわゆる視差）である。脳はこの視差を立体感として知覚する。運動視差とは、視点の位置の変化につれて変化する、奥行きごとの見え方の変化量である。脳は、変化量、つまり物の見え方が変化することで立体感を得る。調節とは、見ている物の距離に応じて水晶体の厚みを変化させることである。脳は、調節のための筋肉の緊張を認識することで、立体感を得るものである。

これらの立体視を促す知覚作用を利用した従来の立体映像装置は、（１）２眼式、（２）多眼式、（３）体積表示式、および（４）空間像再生式の４種類に大別できる。これらの方式の特徴を、以下に簡単に述べる。

（１）２眼式とは、主に輻輳と両眼視差とを用いた方式である。左眼で見たときの映像と右眼で見たときの映像とを用意して、観察者の左眼には左眼用映像を、右眼には右眼用映像を独立提示する。独立提示する方法は複数の方法が提案されている。よく知られている方法としては、左右像を分離するためのメガネを用意する方法が挙げられる。具体的には、左眼用映像を赤、右眼用映像を青で表示し、左右のレンズの色が各々青および赤であるメガネを通して見るアナグリフ式や、左眼用映像を表示している時と右眼用映像を表示している時とで、メガネ側で時分割シャッタを用いて左右映像を観察者に独立提示する方法がある。最近では、左眼用と右眼用とで映像の偏光方向を変えて表示し、メガネ側で左右映像を分離する偏光フィルタを用いて左右映像を観察者に独立提示する方法がある。この方法では用いられるメガネを軽量化できるため観察者への負担を抑えることができる。メガネを使用しない方法としては、表示画像をパララックスバリアやレンチキュラレンズを利用して左右像に分離する方式がある。

（２）多眼式とは、視点を２眼式の２点以外にも準備する方法である。すなわち、複数の視点からの２次元画像を、パララックスバリアやレンチキュラレンズを利用して、観察方向に対して左眼用映像と右眼用映像とを独立して提示する方法である。この方式によると、輻輳と両眼視差とに加えて、観察位置の移動に伴い視点数の数だけ左右眼画像が切り替わって観察者に投影されるので、運動視差を与えることができる。

（３）体積表示式は、奥行き方向に複数の表示面を用意する、または表示面を回転させる等で奥行き方向にも表示面を用意し、奥行きに応じた位置に像を表示するものである。この方式によると、輻輳と両眼視差とに加えて、調節が可能となる。

（４）空間像再生式は、被写体からの光線の方向を制御することで立体的に再生する方式である。すなわち、一定間隔で並んだ視点からの画像を合成した特殊画像を表示し、その画像からの光線の方向を多方向に制御することで、実物に近い光線を再生する方式である。この方式によると、実際に物体を見るのと同じ効果が得られ、輻輳、両眼視差、運動視差、および調節のいずれの効果も得られる。この方式を利用した立体映像方法には、光線再生法やホログラフィがある。

裸眼で立体視が可能な方式を採用した立体映像表示装置として、左右眼用の映像を分離するために、たとえば液晶パネルのような空間光変調器に左右眼用の映像を交互に表示させ、それと同期させてバックライトから発生する指向性のある光の向きを左右の眼に交互に変えることで、左眼用の映像を左眼に、右眼用の映像を右眼に表示させることで立体視させる立体映像表示装置がある。

以上の立体映像表示装置のうちの、特に裸眼で立体視が可能であり、左右眼画像を時分割で切り替えることで観察者に立体視させる２眼式の立体画像表示装置について、図１０を用いて説明する。図１０における表示画像とは、画像表示装置に表示されている画像を指す。以降の、図１１においても同様である。

左右眼用の映像を分離するために、たとえば液晶パネルのような透過型の表示装置では、第１の期間は左眼へ表示する左眼画像を表示し、次の第２の期間は右眼に表示する右眼画像を表示する。そして、当該表示装置では、第１の期間の表示と第２の期間の表示とを交互に行なう。一方、当該表示装置では、左眼画像を表示する第１の期間には観察者の左眼に配光可能な光源を点灯する。右眼画像を表示する第２の期間には、観察者の右眼に配光可能な光源を点灯し、上記の左眼に配光可能な光源は消灯する。上記の光源は指向性があり、観察者の片眼にだけ配光することが可能である。図１０は、上述の表示装置における表示する画像の制御と光源の点灯の制御との流れを示している。このように、当該表示装置では、左右眼画像の時分割表示とバックライトの配光制御とを連携して実行する。これにより、観察者の左眼には左眼画像が、右眼には右眼画像がそれぞれ表示される。そのため、観察者は裸眼で立体視することができる。

たとえば、特開平８−３３４７３０号公報（以下、特許文献１）は、裸眼で立体視可能な２眼式の立体画像表示装置を開示している。当該表示装置は、液晶パネルでの左眼画像の表示と右眼画像の表示との切り替えと同期して、複数の開口の位置を切り替える。これにより、指向性を有する光線を観察者の左右の眼へ割り振り、左右眼用の映像を分離させている。

また、多眼方式や光線再生法では、観察者の片眼分にまで立体像を観察できる範囲を絞ることで、立体像の解像度を向上させることができる。その場合、他方の眼への画像は、時分割で左眼画像と右眼画像とを切り替え、それと同期させてバックライトから発生する指向性のある光の向きを左右の眼に交互に変えることで表示する。
特開平８−３３４７３０号公報

しかしながら、左眼画像と右眼画像とを交互に表示させることで観察者に裸眼で立体視させる表示装置では、左眼画像の画像と右眼画像の画像とが十分に分離せず、左眼画像と右眼画像との両方が観察者の片方の眼に同時に表示されてしまい、観察者が正常に立体視できない場合がある、という問題がある。図１１を用いて、その一例を説明する。

当該表示装置において表示される画像が左眼画像から右眼画像に切り替わる時、つまり、上述の第１の期間から第２の期間に移行する際、左眼用の光源と右眼用の光源との点灯が切替わるタイミングと、左眼画像の表示と右眼画像の表示が切替わるタイミングとがずれる場合がある。具体的には、図１１を参照して、光源の点灯が切替わり、左眼用の光源が消灯して右眼用の光源が点灯しているにも関わらず、表示画像が右眼画像に切替わらずに左眼画像である場合がある。この時、右眼光源が右眼に光線を照射しているため、本来左眼だけに表示されるはずの左眼画像が右眼に表示されてしまう。つまり、光源の切替の制御と表示画像の切替の制御とのずれが生じた場合には、２眼式の立体画像表示装置では正常な立体視ができなかったり、立体映像が２重に見えたりするなど、映像の品質が著しく低下するという問題が生じる。

映像の品質を向上させる技術として、特許文献１では、観察者の眼と表示器との間に設けた開口の位置を、観察者が射出瞳の移動を認識できないよう、人間の眼の残像許容時間以下の周期で高速に切り替える技術を開示している。しかし、この技術を採用しても、図１１に表わされたような、光源の切替の制御と表示画像の切替の制御とのずれを修正することはできず、左眼画像と右眼画像とを完全に分離できない場合があるという問題がある。

一方、光源の切替の制御と表示画像の切替の制御とのずれを修正するため、液晶テレビで一般的に採用されている、映像のコマとコマとの間に全画面黒の映像を挿入することで眼の残像をリセットする技術を採用して、立体画像表示装置において、左眼画像と右目画像との切替え時に全画面黒の画像を表示し、その間で左眼光源と右光源とを切り替えることが考えられる。たとえば、立体画像表示装置において、毎秒１２０フレームで画像を切り替える液晶パネルを使用する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、連続する２フレーム（コマ）のうちの１フレームは全画面黒の画像であり、左右眼用の画像を交互に表示する立体視用の画像の表示に採用することができない。立体画像表示装置では、上述のように、左画像と右画像とを交互にそれぞれ右眼と左眼とに表示するため、上述の方法を採用したとすると、片目に映像が表示されるのは４フレーム中の１フレームのみとなる。つまり、実質のフレーム数は１２０フレームの４分の１、すなわち３０フレームとなり、画面がちらつき、映像の品質が悪化する。さらに、応答の遅い液晶パネルの制御によって、光源の切替の制御と表示画像の切替の制御とのずれを修正することは困難である。よって、立体画像表示装置では、黒画面を表示させず、片目に対しては、ちらつきを観測しづらい６０フレームで表示することが好ましい。

また、液晶テレビでは、映像の１フレーム中で、画面を複数の領域に分け、バックライトの一部を領域ごとに連続して消灯することで、眼の残像をリセットする技術が知られている。この技術では、連続したフレーム１からフレーム２に切り替わる際、フレーム１の画像とフレーム２の画像とが混在している。しかしながら、上述の技術は、眼の残像をリセットするため、フレーム中でバックライトを消灯するための技術であり、フレーム１とフレーム２とを分離することを考慮した技術ではない。すなわち、通常の動画であれば、フレーム１の画像とフレーム２の画像とはほぼ同じであり、混在した画像が眼に入射しても違和感はないのに対して、立体画像表示装置では、フレーム１とフレーム２とはそれぞれ左右眼用の視差画像であり、異なった画像であるため、混在してしまうと正確な立体視が実現されないという問題が生じる。よって、上述の液晶テレビでの技術をそのまま立体画像表示装置に適用しても、正常な立体視がなされないという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、左右眼用の光源の点灯の切替および左右眼用の画像の表示の切替によって立体画像を表示する表示装置において、これらの切替のタイミングのずれによる立体画像の表示品質の低下を防止し、正常な立体視が可能な表示を行なう立体画像表示装置、表示装置の制御方法、および制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、表示装置は、第１の画像または第２の画像を表示する透過型の画像表示手段と、画像表示手段を挟んで観察者から遠い側に相当する画像表示手段の背面に位置し、観察者の左眼方向に相当する第１の方向に画像表示手段に向けて光を照射する第１の光源、および右眼方向に相当する第２の方向に画像表示手段に向けて光を照射する第２の光源を含む、指向性のある光を照射する発光手段と、画像表示手段で表示される画像を第１の画像または第２の画像に切り替える制御を行なう表示制御手段と、発光手段で点灯する光源を第１の光源または第２の光源に切り替える点灯制御手段と、表示制御手段での表示される画像の制御、および点灯制御手段での点灯する光源の制御のタイミングを制御するタイミング制御手段とを備え、タイミング制御手段は、交互に繰り返される第１の期間および第２の期間であって、第１の期間には、画像表示手段に第１の画像を表示させ、かつ第１の光源を点灯して第２の光源を消灯させ、第２の期間には、画像表示手段に第２の画像を表示させ、かつ第１の光源を消灯して第２の光源を点灯させるよう、表示制御手段および点灯制御手段を制御し、タイミング制御手段は、さらに、第１の期間から第２の期間に移行するタイミングの前後の所定期間と、第２の期間から第１の期間に移行するタイミングの前後の所定期間との少なくとも一方に、第１の光源および第２の光源の両光源を消灯させるよう点灯制御手段を制御する。

好ましくは、上述の所定期間は、表示制御手段が、画像表示手段での表示を第１の画像から第２の画像に切り替える際、または第２の画像から第１の画像に切り替える際に、画像表示手段に第１の画像および第２の画像が混在して表示される期間を含む期間である。または、好ましくは、上述の所定期間は、表示制御手段が、画像表示手段で第１の画像または第２の画像の表示の開始を制御してから画像表示手段に第１の画像または第２の画像が表示されるまでの期間を含む期間である。

好ましくは、発光手段は、第１の光源から照射される光の方向を第１の方向に制限し、第２の光源から照射される光の方向を第２の方向に制限する第１の光線方向制限手段を含む。

より好ましくは、第１の光線方向制御手段は、画像表示手段と平行して備えられるレンズアレイを含み、第１の光源および第２の光源は、レンズアレイから略焦点距離だけ離れた位置に配設される。さらに好ましくは、レンズアレイは、レンチキュラレンズおよびマイクロレンズアレイのうちの一方である。

好ましくは、第１の画像および第２の画像は人の左右の眼からの視差を含んだ画像であり、タイミング制御手段は、２眼式の立体表示方式を利用した表示を行なうために表示制御手段での表示される画像の制御、および点灯制御手段での点灯する光源の制御のタイミングを制御する。

好ましくは、第１の画像と前記第２の画像とは、同じ観察物を一定の視点間隔の視点から観察して得られる画像であって、像表示手段の観察者に近い側に相当する画像表示手段の前面に位置し、画像表示手段から照射される光の方向を制限する第２の光線方向制限手段を含み、第２の光線方向手段は、画像表示手段に表示される第１の画像から照射される光および第２の画像から照射される光の方向を制御し、観察物からの光線を再生することを特徴とする。

より好ましくは、第２の光線方向制御手段は、画像表示手段と平行して備えられるレンチキュラレンズを含み、画像表示手段は、レンチキュラレンズから略焦点距離だけ離れた位置に配設される。

好ましくは、第１の光源および前記第２の光源は、半導体発光素子を含む。
本発明の他の局面に従うと、第１の画像または第２の画像を表示する透過型の画像表示手段と、画像表示手段を挟んで観察者から遠い側に相当する画像表示手段の背面に位置し、観察者の左眼方向に相当する第１の方向に画像表示手段に向けて光を照射する第１の光源、および右眼方向に相当する第２の方向に画像表示手段に向けて光を照射する第２の光源を含む、指向性のある光を照射する発光手段と、を含む表示装置の制御方法であって、交互に繰り返される第１の期間および第２の期間のうち、第１の期間において、画像表示手段に第１の画像を表示させ、かつ第１の光源を点灯して第２の光源を消灯させるステップと、第２の期間において、画像表示手段に第２の画像を表示させ、かつ第１の光源を消灯して第２の光源を点灯させるステップと、第１の期間から第２の期間に移行するタイミングの前後の所定期間と、第２の期間から第１の期間に移行するタイミングの前後の所定期間との少なくとも一方において、第１の光源および第２の光源の両光源を消灯させるステップとを備える。

本発明のさらに他の局面に従うと、制御プログラムは表示装置の制御をコンピュータに実行させるプログラムであって、表示装置は、第１の画像または第２の画像を表示する透過型の画像表示手段と、画像表示手段を挟んで観察者から遠い側に相当する画像表示手段の背面に位置し、観察者の左眼方向に相当する第１の方向に画像表示手段に向けて光を照射する第１の光源、および右眼方向に相当する第２の方向に画像表示手段に向けて光を照射する第２の光源を含む、指向性のある光を照射する発光手段と、を含み、交互に繰り返される第１の期間および第２の期間のうち、第１の期間において、画像表示手段に第１の画像を表示させ、かつ第１の光源を点灯して第２の光源を消灯させるステップと、第２の期間において、画像表示手段に第２の画像を表示させ、かつ第１の光源を消灯して第２の光源を点灯させるステップと、第１の期間から第２の期間に移行するタイミングの前後の所定期間と、第２の期間から第１の期間に移行するタイミングの前後の所定期間との少なくとも一方において、第１の光源および第２の光源の両光源を消灯させるステップとを実行させる。

本発明によると、時分割で左目用の画像と右目用の画像とを交互に表示し、一方の眼用の画像を表示中には他方の眼にその画像が投影されないようにすることで立体画像を表示する装置において、一方の眼用の画像が他方の眼に投影されることを防止して、正常な立体視を可能とする。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態にかかる、２眼式の立体画像表示装置（以下、表示装置）１００の構成の具体例を示すブロック図である。図１を参照して、表示装置１００Ａは、装置全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含んだ制御部１と、表示パネル２と、バックライト部３と、記憶部４とを含む。

記憶部４は、制御部１に含まれるＣＰＵにおいて実行されるプログラムなどを記憶する。さらに、記憶部４は画像記憶部４１を含み、表示パネル２で表示するための画像データとして、右眼用の画像データと左眼用の画像データとを記憶する。右眼用の画像と左眼用の画像とは、人の左右の眼の位置を視点位置として同じ観察物を観察して得られる２つの画像であって、視差を含んだ画像である。すなわち、右眼用画像は、観察物を右眼位置から見た画像であり、左眼用画像は、同じ観察物を同じ観察者の左眼位置から見た画像に相当する。

制御部１は、画像制御部１４、光源制御部１５、およびタイミング制御部１６を含む。これらは、制御部１に含まれるＣＰＵが、記憶部４に記憶されるプログラムを読み出して実行することで制御部１に形成される。

表示パネル２は画像を表示するためのパネルであり、画素単位で画像データを表示可能である。バックライト部３は、表示パネル２の背面、すなわち表示パネル２を挟んで観察者から遠い側に配設され、表示パネル２に背面から光を照射する。表示パネル２は、背面に位置するバックライト部３からのバックライト光により画像データを表示可能な透過型パネルであり、たとえば液晶パネルが用いられる。画像制御部１４は、画像記憶部４１に記憶されている画像データを読み出して表示パネル２に表示させるための表示制御を実行する。

バックライト部３は、１組の右眼用光源素子３１および左眼用光源素子３２からなる１ブロックの光源を複数ブロック含み、さらに配光用レンズアレイ３３を含む。光源制御部１５は、各ブロックにおける光源素子３１，３２を点灯または消灯させるための点灯制御を実行する。光源素子３１，３２は光源制御部１５によって点灯され、光を照射する。配光用レンズアレイ３３は、光源素子３１，３２と表示パネル２との間に配設される。この配置により、光源素子３１，３２から照射された光は配光用レンズアレイ３３を通って、表示パネル２に照射される。配光用レンズアレイ３３は、複数の凸レンズが連続してなるレンチキュラレンズで構成されるものとする。配光用レンズアレイ３３は、レンチキュラレンズに替えてマイクロレンズアレイで構成されてもよい。この構成により、配光用レンズアレイ３３は、光源素子３１，３２から入射された光の方向を屈折させる。

タイミング制御部１６は、画像制御部１４での表示制御と、光源制御部１５での点灯制御のタイミングを制御する。

図２は、バックライト部３の詳細な構成の具体例を示す斜視図であり、後述する１ブロック分の右眼用の光源素子３１および左眼用の光源素子３２の詳細な構成の具体例を示す図である。図２を参照して、各光源素子３１，３２は、半導体光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）３４と、ＬＥＤ３４の光を受ける導光路３５とを含む線状光源である。線状光源である各光源素子３１，３２は好適には、配光用レンズアレイ３３を構成するレンチキュラレンズから、レンチキュラレンズの焦点距離だけ隔たれ、レンチキュラレンズの主軸の方向と平行に配設される。配光用レンズアレイ３３を構成するレンチキュラレンズの１つの凸レンズ部分に、１組の、線状光源である右眼用光源素子３１および左眼用光源素子３２が配設され、レンチキュラレンズの１つの凸レンズ部分に対応した１組の光源素子３１，３２を「１ブロック」と称する。

図３は、バックライト部３での配光の原理を説明する図である。また、図４（Ａ），図４（Ｂ）は観察者の眼に画像が入射される様子を模式的に表わした図であって、図４（Ａ）は観察者の右眼に右眼画像が入射する様子、図４（Ｂ）は観察者の左眼に左眼画像が入射する様子を模式的に示している。

図３を参照して、光源素子３１，３２側を手前として光源素子３１，３２側から配光用レンズアレイ３３を見たとき、１組の光源素子の右側に右眼用光源素子３１が配され、左側に左眼用光源素子３２が配される。さらに、右眼用光源素子３１は、配光用レンズアレイ３３を構成するレンチキュラレンズの対応する１つの凸レンズの光軸に対して、照射された光が凸レンズによって光軸に対して角度θ１に屈折されて出射する位置に配される。左眼用光源素子３２は、同様に、照射された光が凸レンズによって光軸に対して角度θ２に屈折されて出射する位置に配される。

線状光源である光源素子３１，３２は、レンチキュラレンズの対応する凸レンズの焦点距離付近に配設されるため、出射される各光源素子３１からの光線は、略平行となる。同様に、各光源素子３２からの光線も略平行となる。配光用レンズアレイ３３を構成するレンチキュラレンズの対応する凸レンズによって屈折された光源素子３１，３２から光は、非常に強い指向性を有する。すなわち、各右眼用光源素子３１から照射され、配光用レンズアレイ３３を構成するレンチキュラレンズの対応する凸レンズによって光軸に対して角度θ１に屈折されて出射された各光は、略平行に進行し、配光用レンズアレイ３３に対して光源素子３１，３２と反対の側に位置する観察者の右眼に配光される。同様に、各左眼用光源素子３２から照射され、配光用レンズアレイ３３を構成するレンチキュラレンズの対応する凸レンズによって光軸に対して角度θ２に屈折されて出射された各光は、略平行に進行し、観察者の左眼に配光される。

画像制御部１４は、表示パネル２に画像を表示する際、当該画像を表示するための画像データとして画像記憶部４１に記憶されている１対の右眼用画像データおよび左眼用画像データを読み出して、第１の期間には右眼用画像データに基づいた右眼用画像を表示パネル２に表示し、第１の期間に続く第２の期間には左眼用画像データに基づいた左眼用画像を表示パネル２に表示する。光源制御部１５は、バックライト部３のすべての右眼用光源素子３１およびすべての左眼用光源素子３２を、独立に点灯制御する。タイミング制御部１６は、これらの制御のタイミングを同期させる。つまり、画像表示部１４が表示パネル２に右眼用画像を表示させている第１の期間には、光源制御部１５に右眼用光源素子３１を点灯させて左眼用光源素子３２を消灯させ、画像表示部１４が表示パネル２に左眼用画像を表示させている第２の期間には、光源制御部１５に左眼用光源素子３２を点灯させて右眼用光源素子３１を消灯させる。上記第１の期間の制御と第２の期間の制御とは繰り返し実行される。これにより、図４（Ａ）に示されるように、観察者の右眼に、表示パネル２に表示された右眼用画像が配光される状態と、図４（Ｂ）に示されるように、観察者の左眼に、表示パネル２に表示された左眼用画像が配光される状態とが繰り返されることになる。

図５は、第１の実施の形態にかかる、タイミング制御部１６における制御の流れを示すフローチャートである。図５のフローチャートに示される制御は、制御部１に含まれるＣＰＵが記憶部４に記憶されるプログラムを読み出して実行することによって実現される制御であって、指定された画像を表示する際に行なわれる制御である。図５の例では、具体的に、表示パネル２において左眼用画像から表示を開始し、各画像が時間Ｔずつ交互に表示されるものとする。

図５を参照して、表示が開始されると、タイミング制御部１６は、左眼用画像を表示させるタイミングと判断して画像制御部１４に対して左眼用画像データに基づいた表示を表示パネル２に行なわせるための制御信号を出力する。同時に、内蔵する（図示しない）タイマでの計時を開始する（ステップ（Ｓ）１０１）。画像制御部１４は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、表示パネル２に左眼用画像を表示する。

タイミング制御部１６はＳ１０１からの時間経過を監視する。計時開始、すなわちＳ１０１での左眼用画像の表示開始から時間△ｔ経過したことを検出すると（Ｓ１０３でＹＥＳ）、タイミング制御部１６は、左眼用の光源素子３２を点灯させるタイミングと判断して光源制御部１５に対して光源素子３２を点灯させるための制御信号を出力する（Ｓ１０５）。光源制御部１５は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、光源素子３２を点灯する。

タイミング制御部１６はさらにタイマでの計時を続け、計時開始、すなわちＳ１０１での左眼用画像の表示開始から時間（Ｔ−△ｔ）経過したことを検出すると（Ｓ１０７でＹＥＳ）、左眼用の光源素子３２を消灯するタイミングと判断する。タイミング制御部１６は、光源制御部１５に対して光源素子３２を消灯させるための制御信号を出力する（Ｓ１０９）。光源制御部１５は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、光源素子３２を消灯する。

タイミング制御部１６はさらにタイマでの計時を続け、計時開始、すなわちＳ１０１での左眼用画像の表示開始から時間Ｔ経過したことを検出すると（Ｓ１１１でＹＥＳ）、表示パネル２での表示を、左眼用画像から右眼用画像に切り替えるタイミングと判断する。タイミング判断部１６は、画像制御部１４に対して左眼用画像の表示パネル２での表示を終了させるための制御信号を出力する。同時に、タイマをリセットする（Ｓ１１３）。そして、タイミング判断部１６は、画像制御部１４に対して右眼用画像を表示パネル２で表示させるための制御信号を出力する。同時に、タイマでの計時を開始する（Ｓ１０１’）。画像制御部１４は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、表示パネル２の表示を、左眼用画像から右眼用画像に切り替える。

以上のＳ１０１〜Ｓ１１３は、表示パネル２に左眼用画像が表示されている間のタイミング制御部１６での制御であり、同じ制御が、Ｓ１０１’以降、右眼用画像に対しても行なわれる。そして、Ｓ１０１〜Ｓ１１３の制御およびＳ１０１’以降の同様の制御が、画像の表示が終了するまで繰り返される。

以上の制御がタイミング制御部１６で行なわれることで、画像制御部１４および光源制御部１５では図６に示されるようなタイミングで各々制御が行なわれ、左右眼用の画像が分離して表示されることになる。詳しくは、図６を参照して、画像制御部１４の制御によって、時間Ｔのある期間は左眼用の画像が表示パネル２に表示され、時間Ｔである次の期間には右眼用の画像が表示パネル２に表示される。これらの左右画像の表示は交互に行なわれる。一方、光源制御部１５の制御によって、バックライト部３では、左眼用画像を表示パネル２に表示される期間には左眼用光源３２が点灯し、右眼用画像が表示パネル２に表示される期間には右眼用光源３１が点灯する。左右眼用の表示画像が切り替わるタイミング前後の時間△ｔでは、左眼用光源３２と右眼用光源３１との両方を消灯する。

左右眼用の表示画像が切り替わるタイミング前後の時間間隔△ｔは、左右眼用の画像の表示を切り替えるのに要する時間のばらつきを予め測定しておき、そのばらつき以上の時間と設定されることが好適である。左右眼用の画像の表示を切替えるのに要する時間とは、具体的には、画像制御部１４で一方の眼用の画像の表示開始が制御されてから実際の表示パネル２に当該画像が表示されるまでの時間や、左右眼用の画像の表示の切替時に表示パネル２に両画像が混在して表示される時間が該当する。図６の例では、前者の場合が示されているが、後者の場合でも同様である。後者の例は、第２の実施の形態において示されている。第２の実施の形態においても、前者の場合でも同様である。なお、左右眼用の表示画像が切り替わるタイミングの前の時間間隔と後の時間間とは、同じ時間△ｔでなく、異なっていてもよい。同様に、右眼用画像が表示される時間間隔と、左眼用画像が表示される時間間隔とは、同じ時間Ｔでなく、異なっていてもよい。以降の他の実施の形態でも同様である。また、上の例では、右眼用画像から左眼用画像に表示が切り替わる際、および左眼用画像から右眼用画像に表示が切り替わる際の両方のタイミングの前後所定期間に光源３１，３２が消灯されるとしているが、一方の切替のタイミングの前後所定期間のみ消灯されてもよい。

従来の空間的に左右眼画像を分離する方法であると、右眼用画像および左眼用画像が、同時に、空間的に区切られて表示されるため、各画像の画素数は表示パネルの画素数の半分になっていた。このため、立体画像の表示解像度も表示パネルの表示解像度の半分に低下していた。また、左右眼画像を時分割で表示することで右眼用画像および左眼用画像の各解像度を維持し、左右眼画像の表示と同期した左右眼用シャッタ付きのメガネを観察者が使用することで左右像分離する方法もあるが、観察者はメガネをかける必要があり、また、メガネの構造が複雑となりがちで、観察者に負担を強いていた。

しかしながら、本実施の形態にかかる表示装置１００Ａでは、上記構成であることによって、右眼用画像および左眼用画像は、時分割で、表示パネル２の全面を用いて表示される。そのため、各画像において表示パネル２の画素数が維持され、画像品質が劣化しない。また、本実施の形態にかかる表示装置１００Ａでは、バックライト部３の光源素子の点灯／消灯によって左右眼画像を分離するため、観察者は、左右眼画像を分離するためにメガネ等を装着する必要がない。従って、表示装置１００Ａを用いることで、観察者は、メガネを用いずに高解像度の立体画像を観察することができる。

また、図５、図６に示されたようなタイミング制御が行なわれることで、観察者の左眼には左眼用画像が、右眼には右眼用画像が、それぞれ表示されることになり、観察者は視差画像を利用した立体視が可能となる。さらに、右眼用光源３２が点灯している時に表示パネル２に表示される画像が左眼用画像となったり、左眼用光源３１が点灯している時に表示パネル２に表示される画像が右眼用画像となったりすることで、立体視が正常に行なわれなかったり、二重映りによって画質が低下したりすることを防止できる。

なお、上の例では、表示装置１００Ａにおいては、光源３１，３２として半導体発光素子であるＬＥＤが用いられているが、光源３１，３２はＬＥＤには限定されない。しかしながら、ＬＥＤは、一般に、液晶パネルのバックライトとして多く用いられている冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）に比べて小型であるので、実装しやすく、応答速度が速い。そのため、ＬＥＤは時分割の点灯制御に対応でき、駆動回路が簡易に実現できる。よって、光源３１，３２としてＬＥＤを用いることで、バックライトを全て消灯する時間を、左右眼用の画像の表示を切り替えるのに要する時間のばらつき間隔に近づけることができ、バックライトを全て消灯する時間をできるだけ短くすることができる。つまり、液晶パネルで黒を表示させる時間をより短くできるために表示画面が明るくなり、映像の品質を向上させることができるため、光源３１，３２としてより好適にはＬＥＤが用いられる。

［第２の実施の形態］
図７は、第２の実施の形態にかかる、光線再生式の表示装置１００Ｂの構成の具体例を示すブロック図である。図７を参照して、表示装置１００Ｂは、図１に示された表示装置１００Ａの構成に加えて、立体視用レンズアレイ６を含む。

立体視用レンズアレイ６は、表示パネル２の前面、すなわち観察者側に配設される。この配置により、表示パネル２から照射された光は立体視用レンズアレイ６を通って、観察者側に照射される。立体視用レンズアレイ６は、レンチキュラレンズで構成されるものとする。立体視用レンズアレイ６は、レンチキュラレンズに替えてマイクロレンズアレイで構成されてもよい。この構成により、立体視用レンズアレイ６は、表示パネル２から入射された光の方向を屈折させ、観察物から得られた光を再生することで、観察者に対して、輻輳、両眼視差、調節のいずれもを、自然に物を見ている状態と同等に与える。

第２の実施の形態にかかる記憶部４に含まれる画像記憶部４１には、一定の視点間隔の異なる視点位置から同じ観察物を観察して得られる複数の画像の画像データが記憶される。画像データは、観察者の片眼分にまで立体像を観察できる範囲を絞るため、視点間隔を狭くして作成されている。画像記憶部４１には右眼用画像データと左眼用画像データとが記憶される。これにより、表示装置１００Ｂでは、観察者の片眼分にまで立体像を観察できる範囲を絞ることができ、立体像の解像度を向上させることができる。

第２の実施の形態にかかるタイミング制御部１６は、時分割で表示される画像として左眼画像と右眼画像とを切り替え、それと同期させてバックライトから発生する指向性のある光の向きを左右の眼に交互に変える。これにより、第２の実施の形態にかかる表示装置１００Ｂは、両眼に対して光線再生法による立体像を表示する。

図８は、第２の実施の形態にかかる、タイミング制御部１６における制御の流れを示すフローチャートである。図８のフローチャートに示される制御もまた、制御部１に含まれるＣＰＵが記憶部４に記憶されるプログラムを読み出して実行することによって実現される制御であって、指定された画像を表示する際に行なわれる制御である。図８の例では、具体的に、表示パネル２において、各画像が時間Ｔずつ交互に表示されるものとし、図８には、その途中における制御が示されている。

図８を参照して、左眼用画像を表示するタイミングに達すると、タイミング制御部１６は画像制御部１４に対して左眼用画像データに基づいた表示を表示パネル２に行なわせるための制御信号を出力する。同時に、内蔵する（図示しない）タイマでの計時を開始する（Ｓ２０１）。画像制御部１４は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、表示パネル２に左眼用画像を表示する。

タイミング制御部１６はＳ２０１からの時間経過を監視する。計時開始、すなわちＳ２０１での左眼用画像の表示開始から時間△ｔ経過したことを検出すると（Ｓ２０３でＹＥＳ）、タイミング制御部１６は、左眼用の光源素子３２を点灯させるタイミングと判断して光源制御部１５に対して光源素子３２を点灯させるための制御信号を出力する（Ｓ２０５）。光源制御部１５は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、光源素子３２を点灯する。

タイミング制御部１６はさらにタイマでの計時を続け、計時開始、すなわちＳ１０１での左眼用画像の表示開始から時間Ｔ経過したことを検出すると（Ｓ２０７でＹＥＳ）、表示パネル２での表示を、左眼用画像から右眼用画像に切り替えるタイミングと判断する。タイミング判断部１６は、画像制御部１４に対して左眼用画像の表示パネル２での表示を終了させるための制御信号を出力する。また、左眼用の光源素子３２を消灯するタイミングと判断する。タイミング制御部１６は、光源制御部１５に対して光源素子３２を消灯させるための制御信号を出力する。同時に、タイマをリセットする（Ｓ２０９）。画像制御部１４は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、表示パネル２の表示を、左眼用画像から右眼用画像に切り替える。また、光源制御部１５は、タイミング制御部１６からの制御信号に従って、光源素子３２を消灯する。

そして、タイミング判断部１６は、画像制御部１４に対して右眼用画像を表示パネル２で表示させるための制御信号を出力する。同時に、タイマでの計時を開始する（Ｓ２０１’）。

以上のＳ２０１〜Ｓ２０９は、表示パネル２に左眼用画像が表示されている間のタイミング制御部１６での制御であり、同じ制御が、Ｓ２０１’以降、右眼用画像に対しても行なわれる。そして、Ｓ２０１〜Ｓ２０９の制御およびＳ２０１’以降の同様の制御が、画像の表示が終了するまで繰り返される。

画像制御部１４が表示パネル２での画像の表示を終了させる制御を行なってから実際に表示パネル２から完全に当該画像がなくなるまでにはある程度の時間が必要となることが多い。また、同様に、第１の実施の形態で説明されたように、表示を開始させる制御を行なってから実際に表示パネル２に当該画像が表示されるまでにある程度の時間が必要となることもある。そのため、画像制御部１４が左眼用画像の表示を終了し、右眼用画像の表示を開始する制御を行なった場合、表示パネル２には、図９に示されるように、両画像が混在して表示されることがある。第２の実施の形態にかかるタイミング制御部１６での制御では、その両画像が混在する、時間△ｔの間、図９に示されるように、両眼用の光源素子３１，３２を消灯する。これにより、表示パネル２に表示されている片眼用の画像が他方の眼に投影されないように分離されると共に、左眼用画像と右眼用画像とが混在した表示が片眼に投影されないようにできる。このため、２重映りによる画質の低下を防ぐことができる。

さらに、タイミング制御部１６での制御を含む上述の表示装置１の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。

なお、本発明にかかるプログラムは、コンピュータのオペレーティングシステム（ＯＳ）の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものであってもよい。その場合、プログラム自体には上記モジュールが含まれずＯＳと協働して処理が実行される。このようなモジュールを含まないプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。

また、本発明にかかるプログラムは他のプログラムの一部に組込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には上記他のプログラムに含まれるモジュールが含まれず、他のプログラムと協働して処理が実行される。このような他のプログラムに組込まれたプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。

提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施の形態にかかる表示装置の構成の具体例を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかる表示装置の、バックライト部の詳細な構成の具体例を示す斜視図である。 第１の実施の形態にかかる表示装置のバックライト部での、配光の原理を説明する図である。 観察者の眼に画像が入射される様子を模式的に表わした図である。 第１の実施の形態にかかる表示装置の、タイミング制御部における制御の流れを示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかる表示装置でのタイミング制御による、画像制御部での表示制御および光源制御部での点灯制御のタイミングを説明する図である。 第２の実施の形態にかかる表示装置の構成の具体例を示すブロック図である。 第２の実施の形態にかかる表示装置の、タイミング制御部における制御の流れを示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかる表示装置でのタイミング制御による、画像制御部での表示制御および光源制御部での点灯制御のタイミングを説明する図である。 従来の２眼式の立体画像表示装置での、表示する画像の制御と光源の点灯の制御との流れを説明するための図である。 従来の２眼式の立体画像表示装置での、左眼用の光源と右眼用の光源との点灯が切替わるタイミングと、左眼画像の表示と右眼画像の表示が切替わるタイミングとがずれを説明するための図である。

符号の説明

１ 制御部、２ 表示パネル、３ バックライト部、４ 記憶部、６ 立体視用レンズアレイ、１４ 画像制御部、１５ 光源制御部、１６ タイミング制御部、３１ 右眼用光源素子、３２ 左眼用光源素子、３３ 配光用レンズアレイ、３４ ＬＥＤ、３５ 導光路、４１ 画像記憶部、１００Ａ，１００Ｂ 表示装置。

Claims (12)

1. 第１の画像または第２の画像を表示する透過型の画像表示手段と、
   前記画像表示手段を挟んで観察者から遠い側に相当する前記画像表示手段の背面に位置し、前記観察者の左眼方向に相当する第１の方向に前記画像表示手段に向けて光を照射する第１の光源、および右眼方向に相当する第２の方向に前記画像表示手段に向けて光を照射する第２の光源を含む、指向性のある光を照射する発光手段と、
   前記画像表示手段で表示される画像を前記第１の画像または前記第２の画像に切り替える制御を行なう表示制御手段と、
   前記発光手段で点灯する光源を前記第１の光源または前記第２の光源に切り替える点灯制御手段と、
   前記表示制御手段での前記表示される画像の制御、および前記点灯制御手段での前記点灯する光源の制御のタイミングを制御するタイミング制御手段とを備え、
   前記タイミング制御手段は、交互に繰り返される第１の期間および第２の期間であって、前記第１の期間には、前記画像表示手段に前記第１の画像を表示させ、かつ前記第１の光源を点灯して前記第２の光源を消灯させ、前記第２の期間には、前記画像表示手段に前記第２の画像を表示させ、かつ前記第１の光源を消灯して前記第２の光源を点灯させるよう、前記表示制御手段および前記点灯制御手段を制御し、
   前記タイミング制御手段は、さらに、前記第１の期間から前記第２の期間に移行するタイミングの前後の所定期間と、前記第２の期間から前記第１の期間に移行するタイミングの前後の所定期間との少なくとも一方に、前記第１の光源および前記第２の光源の両光源を消灯させるよう前記点灯制御手段を制御する、表示装置。
2. 前記所定期間は、前記表示制御手段が、前記画像表示手段での表示を前記第１の画像から前記第２の画像に切り替える際、または前記第２の画像から前記第１の画像に切り替える際に、前記画像表示手段に前記第１の画像および前記第２の画像が混在して表示される期間を含む期間である、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記所定期間は、前記表示制御手段が、前記画像表示手段で前記第１の画像または前記第２の画像の表示の開始を制御してから前記画像表示手段に前記第１の画像または前記第２の画像が表示されるまでの期間を含む期間である、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記発光手段は、前記第１の光源から照射される光の方向を前記第１の方向に制限し、前記第２の光源から照射される光の方向を前記第２の方向に制限する第１の光線方向制限手段を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の表示装置。
5. 前記第１の光線方向制御手段は、前記画像表示手段と平行して備えられるレンズアレイを含み、
   前記第１の光源および前記第２の光源は、前記レンズアレイから略焦点距離だけ離れた位置に配設される、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記レンズアレイは、レンチキュラレンズおよびマイクロレンズアレイのうちの一方である、請求項５に記載の表示装置。
7. 前記第１の画像および前記第２の画像は人の左右の眼からの視差を含んだ画像であり、
   前記タイミング制御手段は、２眼式の立体表示方式を利用した表示を行なうために前記表示制御手段での前記表示される画像の制御、および前記点灯制御手段での前記点灯する光源の制御のタイミングを制御する、請求項１〜６のいずれかに記載の表示装置。
8. 前記第１の画像と前記第２の画像とは、同じ観察物を一定の視点間隔の視点から観察して得られる画像であって、
   前記画像表示手段の前記観察者に近い側に相当する前記画像表示手段の前面に位置し、前記画像表示手段から照射される光の方向を制限する第２の光線方向制限手段を含み、
   前記第２の光線方向手段は、前記画像表示手段に表示される前記第１の画像から照射される光および前記第２の画像から照射される光の方向を制御し、前記観察物からの光線を再生することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の表示装置。
9. 前記第２の光線方向制御手段は、前記画像表示手段と平行して備えられるレンチキュラレンズを含み、
   前記画像表示手段は、前記レンチキュラレンズから略焦点距離だけ離れた位置に配設される、請求項８に記載の表示装置。
10. 前記第１の光源および前記第２の光源は、半導体発光素子を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の表示装置。
11. 第１の画像または第２の画像を表示する透過型の画像表示手段と、
    前記画像表示手段を挟んで観察者から遠い側に相当する前記画像表示手段の背面に位置し、前記観察者の左眼方向に相当する第１の方向に前記画像表示手段に向けて光を照射する第１の光源、および右眼方向に相当する第２の方向に前記画像表示手段に向けて光を照射する第２の光源を含む、指向性のある光を照射する発光手段と、を含む表示装置の制御方法であって、
    交互に繰り返される第１の期間および第２の期間のうち、前記第１の期間において、前記画像表示手段に前記第１の画像を表示させ、かつ前記第１の光源を点灯して前記第２の光源を消灯させるステップと、
    前記第２の期間において、前記画像表示手段に前記第２の画像を表示させ、かつ前記第１の光源を消灯して前記第２の光源を点灯させるステップと、
    前記第１の期間から前記第２の期間に移行するタイミングの前後の所定期間と、前記第２の期間から前記第１の期間に移行するタイミングの前後の所定期間との少なくとも一方において、前記第１の光源および前記第２の光源の両光源を消灯させるステップとを備える、表示装置の制御方法。
12. 表示装置の制御をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記表示装置は、
    第１の画像または第２の画像を表示する透過型の画像表示手段と、
    前記画像表示手段を挟んで観察者から遠い側に相当する前記画像表示手段の背面に位置し、前記観察者の左眼方向に相当する第１の方向に前記画像表示手段に向けて光を照射する第１の光源、および右眼方向に相当する第２の方向に前記画像表示手段に向けて光を照射する第２の光源を含む、指向性のある光を照射する発光手段と、を含み、
    交互に繰り返される第１の期間および第２の期間のうち、前記第１の期間において、前記画像表示手段に前記第１の画像を表示させ、かつ前記第１の光源を点灯して前記第２の光源を消灯させるステップと、
    前記第２の期間において、前記画像表示手段に前記第２の画像を表示させ、かつ前記第１の光源を消灯して前記第２の光源を点灯させるステップと、
    前記第１の期間から前記第２の期間に移行するタイミングの前後の所定期間と、前記第２の期間から前記第１の期間に移行するタイミングの前後の所定期間との少なくとも一方において、前記第１の光源および前記第２の光源の両光源を消灯させるステップとを実行させる、制御プログラム。

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