立体影像显示装置以及立体影像显示方法

专利名称：立体影像显示装置以及立体影像显示方法
技术领域：
本发明涉及立体影像显示装置以及立体影像显示方法。
背景技术：
在可以显示运动图像的立体视图像显示装置、所谓三维显示器 中，公知各种方式。近年来，平板类型且无需专用眼睛等的方式的要 求变得特别高。在该类型的立体运动图像显示装置中，利用全息原理 的方式难以实现全彩色运动图像，但可以较容易地实现在直视型或投 射型的液晶显示装置、等离子显示装置等那样的像素位置被固定的显 示面板(显示装置)的跟前设置对来自显示面板的光线进行控制并朝 向观察者的光线控制元件的方式。
光线控制元件一般还被称为视差(parallax)栅栏，对光线进行 控制，使得即使在光线控制元件上的同一位置处也观察到根据角度而 不同的图像。具体而言，在仅提供左右视差(水平视差)的情况下， 使用狭缝或双凸透镜片(柱面透镜阵列)，在还包括上下视差(垂直 视差)的情况下，使用小孔阵列或透镜阵列。即使在使用视差栅栏的 方式中，进而被分类成2眼式、多眼式、超多眼式(多眼式的超多眼 条件)、集成摄影(以下还称为IP)。这些的基本原理实质上与在大 约100年前发明的立体照相中使用的原理相同。
其中IP方式具有视点位置的自由度高、且可以自由地进行立体 视的特征。在仅具有水平视差而无垂直视差的一维IP方式中，如非 专利文献l中记载的那样，可以比较容易地实现分辨率高的显示装置。 与其相对，在2眼方式和多眼方式中，存在可以进行立体视的视点位 置的范围、即视域变窄而难以观察这样的问题，但作为立体图像显示 装置的结构最简单，且还可以简单地制作显示图像。 在使用了这样的狭缝阵列或双凸透镜片的直视型肉眼立体影像 显示装置中，由于液晶面板等要素图像显示部的视场角特性、向透镜 的入射角以及透镜像差，越是中央的视差，亮度越高，所以在正面以
外在左右眼中产生亮度差。在2眼方式中由于视域被限定在画面正面 而不会发生该问题，但在视域宽且视差数多的IP方式和多眼方式中 发生该问题。
非专利文献l: SID 04 Digest 1438 (2004)

发明内容
如上所述，对于视域宽且视差数多的以往的立体影像显示装置， 存在从画面正面以外进行观察的情况下在左右眼中发生亮度差这样
的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种立体影像 显示装置以及立体影像显示方法，使得即使视域宽且视差数多，也不 依赖于观察位置并且在左右眼中不产生亮度差。
本发明的第l方式的立体影像显示装置的特征在于，具备要素 图像显示部，沿着纵向以及横向矩阵状地排列有像素；光线控制元件， 与上述要素图像显示部对置设置，沿着横向排列有沿着纵向延伸的直 线状光学开口部；以及亮度校正处理部，对与上述各光学开口部对应 的各要素图像，将位于上述要素图像的中央的像素上显示的图像的明 亮度的范围设定成小于位于上述要素图像的边界的像素上显示的图 像的明亮度的范围。
另外，本发明的第2方式的立体影像显示装置的立体影像显示方 法，该立体影像显示装置具备要素图像显示部，沿着纵向以及横向 矩阵状地排列有像素；以及光线控制元件，与上述要素图像显示部对 置设置，沿着横向排列有沿着纵向延伸的直线状光学开口部，该立体 影像显示方法的特征在于，
具备如下步骤，对与上述各光学开口部对应的各要素图像，将位 于上述要素图像的中央的像素上显示的图像的明亮度的范围设定成
小于位于上述要素图像的边界的像素上显示的图像的明亮度的范围。根据本发明，可以提供一种立体影像显示装置以及立体影像显示 方法，使得即使视域宽且视差数多，也不依赖于观察位置且在左右眼 中不产生亮度差。


图1是本发明的一个实施方式的立体影像显示装置的左右方向 的截面图。图2是示出立体影像显示装置中的每个理想的视差方向的亮度 分布图的例子的图。图3是示出以往的立体影像显示装置中的每个实际的视差方向 的亮度分布图的例子的图。图4是示出一个实施方式的立体影像显示装置中的要素图像显 示部的亮度分布的图。图5是示出一个实施方式的立体影像显示装置中的亮度补偿处 理步骤的一个例子的流程图。图6是示出一个实施方式的立体影像显示装置中的亮度补偿处 理步骤的其他例子的流程图。图7是示出一个实施方式的立体影像显示装置中的亮度补偿处 理部的结构的框图。图8是示出一个实施方式的立体影像显示装置中的每个视差序 号的亮度*色度补偿表的一个例子的图。图9是示出一个实施方式的立体影像显示装置中的每个透镜序 号的亮度，色度补偿表的 一个例子的图。图IO是概略地示出立体影像显示装置的整体结构的立体图。图11是概略地示出立体影像显示装置中使用的光线控制元件的 立体图。图12是概略地示出立体影像显示装置的整体结构的展开图。 图13是概略地示出立体影像显示装置的一部分结构的立体图。(标号说明)10要素图像显示部 lla、 lib玻璃基板 12a、 12b偏振片 15要素图像 20光线控制元件 31子像素32立体影像显示时的有效像素 34子像素的开口部 41水平方向的视角 42垂直方向的^f见角 43视距面44观察者的假设位置46连接^L点与孔径中心(透镜主点)的线201双凸透镜片的一部分333狭缝334双凸透镜片具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。 图1示出本发明的一个实施方式的立体影像显示装置。图1是本 实施方式的立体影像显示装置1的左右方向的截面图。要素图像显示 部10是液晶面板，在2张玻璃基板lla、 llb之间有像素面，在玻璃 基板lla、 llb的外侧设置有偏振片12a、 12b。液晶面板10的像素被 分成沿着左右方向具有3个颜色成分(例如R (红)、G (绿)、B (蓝)的颜色成分)的子像素。光线控制元件20是双凸透镜片。与双 凸透镜片20的1个透镜对应的像素组为1个要素图像15，该要素图 像15在图1中是6个子像素列。来自要素图像15的光线通过双凸透 镜片20的透镜向6个方向射出。各方向的光具有某种程度的扩展， 在各像素中显示同 一明亮度的图像的情况下，针对该角度的亮度分布 (以下称为亮度分布)成为图1所示那样的正态分布。这些各方向的 光线中的某一个向右眼、左眼入射，观察者通过左右眼观察不同的影 像，而识别成立体影像。在图2、图3中，针对视差数为9时的9个方向的光线，示出立 体影像显示装置的每个视差方向的亮度分布的例子。在图2以及图3 中，横轴表示角度，纵轴表示亮度。如图2所示的理想的情况，如果 与各视差相当的亮度分布一致则没有问题，但实际上如图3所示的情 况那样具有如下倾向，越是中央的视差序号(来自要素图像的中央的 像素的光线)，亮度越高，越是远离中央的视差序号(来自接近要素 图像的边界的像素的光线)，亮度越低。其起因于液晶面板等要素图 像显示部10的视场角特性、透镜入射角的差异或像差，视域角越宽 且视差数越多，越显著。在观察者从画面的正面进行观察的情况下， 例如，向左右眼入射104、 106的光线，所以无亮度差，但在正面以 外，例如向左右眼入射102、 104的光线而发生亮度差。左右眼的亮 度差在立体像的识别中有时造成不适感。另外，在图2以及图3中，0R表示右侧的视域边界角度，et表示左侧的视域边界角度。图4示出本实施方式的立体影像显示装置的要素图像显示部(液 晶面板)的亮度分布的例子。在图4中，横轴表示角度，纵轴表示亮 度。标号151表示立体显示用的理想的亮度分布，在视域角的范围(右 侧的视域边界角度0R与左侧的视域边界角度e^之间的范围的角度) 中成为一定，但难以实现这样的亮度分布。标号152是适合于立体显 示的亮度分布的一个例子，虽然存在角度依赖性，但该亮度分布是在 左右眼的位置处几乎无亮度差那样的分布。对于这样的亮度分布，在 具备指向性切换背光源而亮度分布在时间上平均的液晶面板中，如果 进行考虑了对称性的设计，则可以实现某种程度的特性的分布，但难 以得到充分的特性。标号153是标准的液晶面板的亮度分布。标号154 是进行了本实施方式的校正处理时的要素图像中央部的像素的亮度 分布。进行了本实施方式的校正处理时的要素图像边界部的像素的亮
度分布成为标号153所示的分布，中央部与边界部之间的像素被设定 成在亮度分布154与亮度分布153中间阶段性地变化。图5至图6示出本实施方式的立体影像显示装置以及显示方法的 亮度补偿处理的处理步骤，图7示出框图。图5示出包括计算机图形 (CG)的实时处理的立体显示方法的亮度补偿处理。首先，预先对亮 度的校正值进行调整(步骤Sl)，存储到亮度补偿表(步骤S2 )。 接下来，在从立体目标数据生成多视点图像的阶段(步骤S3)，针对 每个视点图像，按照亮度补偿表改变图像的明亮度的范围，交织状地 进行重排序处理而转换成要素图像阵列(步骤S4)。然后，在要素图 像显示部IO上显示转换成要素图像阵列的图像数据(步骤S5)。也 可以通过软件的控制面板画面、硬件的调整旋纽等，对亮度补偿表的 校正系数进行调整。图6是示出根据现有的多视点图像来显示立体影像时的亮度补 偿处理的流程图。在该情况下，也预先对亮度的校正值进行调整(步 骤Sll)，并存储到亮度补偿表(步骤S12)。接下来，根据立体目 标数据，生成多视点图像(步骤S13)。之后，根据亮度补偿表对各 视点图像进行滤波处理来改变图像的明亮度的范围，交织状地进行重 排序处理而转换成要素图像阵列(步骤S14)。然后，在要素图像显 示部10上显示转换成要素图像阵列的图像数据(步骤S15)。图6 所示的亮度补偿处理适合于从实况图像、已经生成并保存的CG图像 显示立体影像的情况。图7是示出本实施方式的立体影像显示装置的亮度校正处理部 的结构的框图，具备数据输入部61，读出包括目标数据等立体信息 的数据；多视点图像生成部63，根据数据生成多视点图像；重排序处 理部64,将多视点图像矩阵状地重排序；以及要素图像显示部65， 显示通过重排序生成的要素图像阵列。校正值调整部62在进行图5 所示的亮度补偿处理的情况下，与多视点图像生成部63连接，在进 行图6所示的亮度补偿处理的情况下，与重排序处理部64连接。接下来，在图8中示出本实施方式的立体影像显示装置的每个视
差序号的亮度.色度补偿表的一个例子。被设定成针对中央的视差序号5的校正系数最小，针对两端的视差序号l、 9的校正系数最大。即， 被设定成位于要素图像的中央的像素上显示的图像的明亮度的范围 小于位于要素图像的边界的像素上显示的图像的明亮度的范围，并且 被设定成从要素图像的中央朝向要素图像的边界阶段性地减少。通过 对明亮度的等级乘上校正系数，经由透镜观察的亮度分布的峰值亮度 变小。只要设置通过软件等调整该补偿表的单元，则可以对明亮度的 范围进行调整。如果针对每个颜色成分独立地设定校正系数，则除了 亮度差以外还可以对色度差进行补偿。接下来，图9示出本实施方式的立体影像显示装置的每个透镜序 号的亮度*色度补偿表的一个例子。在该例子中，除了图8所示的例子 的每个视差序号的补偿以外，还进行每个透镜序号的补偿。由此，可 以消除依赖于视角而被观察者识别的画面内的亮度分布(越是画面两 端越暗)。即，被设定成位于要素图像显示部10的中央处的各要素 图像的中央的像素上显示的图像的明亮度的范围小于位于要素图像 显示部10的左右端处的各要素图像的中央的像素上显示的图像的明 亮度的范围。只要设置通过软件等调整该补偿表的单元，则可以对明 亮度的范围进行调整。如果针对每个颜色成分独立地设定校正系数， 则除了亮度差以外还可以对色度差进行补偿。接下来，使用图10至图13对一维IP方式和多眼方式的立体影 像显示进行说明。图IO是概略地示出立体影像显示装置的整体的立体图。要素图 像显示部10是具有如上所述的开口部形状的子像素被矩阵状地排列 的镶嵌彩色滤光片排列的高精细液晶面板模块。彩色滤光片排列也可 以是纵条紋、横条紋等。要素图像显示部只要是子像素开口部的形状 以及彩色排列满足上述条件，则也可以是等离子显示面板、有机EL 显示面板、场致发射型显示面板等，而对种类没有限定。光线控制元 件20与要素图像显示部IO对置设置。假设的观察者的位置是视距上 的位置44的附近且视域宽度W的范围，可以在水平视角41、垂直场
角42的范围内，在光线控制元件20的前面以及背面的附近观察立体 影像。视域宽度W对应于右侧的视域边界角度0R和左侧的视域边界 角度6l。图11 ( a )是作为光线控制元件20的双凸透镜片334的立体图， 图11 (b)是作为光线控制元件20的狭缝阵列333的立体图。水平间 距Ps是与要素图像显示部的像素行方向一致的方向的间距。透镜、 狭缝所延伸的方向也可以不必与垂直方向(纵向、像素列方向)相同， 也可以是倾斜方向。图12 (a) 、 12 (b) 、 12 (c)是以图10所示的立体影像显示 装置的显示部为基准而概略地示出垂直面内以及水平面内的光线再 现范围的展开图。图12 (a)示出要素图像显示部10以及光线控制元 件20的正面图，图12 (b)是示出立体影像显示装置的图像配置的平 面图，图12 (c)示出立体影像显示装置的侧面图。如图10以及图 11所示，立体影像显示装置具备液晶显示面板等要素图像显示部10 以及具有光学开口的光线控制元件20。在图12 (a) 、 12 (b) 、 12 (c)中，如果光线控制元件20与 视距面43之间的视距L、光线控制元件20的水平间距Ps、光线控制 元件20与像素面的间隙d被决定，则由从视距面43上的视点将孔径 (或透镜主点)中心投影到显示画面上的间隔决定要素图像的水平间 距Pe。标号46表示连接视点位置与各孔径中心的线，视域宽度W是 根据在显示装置的显示面上要素图像彼此未重叠这样的条件来决定 的。在具有平行光线的组的条件的一维IP方式的情况下，要素图像 的水平间距的平均值稍微大于像素的水平间距的整数倍，并且光线控 制元件20的水平间距等于像素的水平间距的整数倍。在多眼方式的 情况下，要素图像的水平间距等于像素的水平间距的整数倍，并且光 线控制元件20的水平间距稍微小于像素的水平间距的整数倍。图13是概略地示出本实施方式的立体影像显示装置的一部分结 构的立体图。示出在液晶面板等平面状的要素图像显示部的前面配置 有柱面透镜阵列(双凸透镜片)201的情况。如图13所示，在显示装
置的显示面上，沿着横向以及纵向分别直线状地配置有矩阵状的纵横比为3:1的子像素31，各像素31被配置成沿着行方向以及列方向交 替地排列有红(R)、绿(G)、蓝(B)。该颜色排列一般被称为镶 嵌排列。子像素31的开口部形状是图13所示的形状。由9列3行的 子像素31构成1立体显示时像素32 (用黑框表示)。在这样的显示 部的结构中，立体显示时像素为27个子像素，所以可以实现沿着水 平方向提供9个视差的立体图像显示(立体影像显示)。通过以上的方法，在视域宽且视差数多的立体影像显示装置中， 从任意观察位置都消除左右眼的亮度差而提高观察性。另外，本发明不限于上述实施方式，可以在实施阶段，在不脱离 其要旨的范围内对结构要素进行变形而具体化。另夕卜，可以通过上述实施方式中公开的多个结构要素的适当组合 来形成各种发明。例如，也可以从实施方式示出的全部结构要素删除 几个结构要素。进而，也可以适当组合不同实施方式中的结构要素。
权利要求
1. 一种立体影像显示装置，其特征在于，具备要素图像显示部，沿着纵向以及横向矩阵状地排列有像素；光线控制元件，与上述要素图像显示部对置设置，并沿着横向排列有沿着纵向延伸的直线状光学开口部；以及亮度校正处理部，对与上述各光学开口部对应的各要素图像，将位于上述要素图像的中央的像素上显示的图像的明亮度的范围设定成小于位于上述要素图像的边界的像素上显示的图像的明亮度的范围。
2. 根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其特征在于，上 述明亮度的范围从上述要素图像的边界朝向上述要素图像的中央阶 段性地减少。
3. 根据权利要求1所述的立体影像显示装置，其特征在于，位 于上述要素图像显示部的中央处的上述要素图像各自的中央的像素 上显示的图像的明亮度的范围被设定成小于位于上述要素图像显示 部的左右端处的上述要素图像各自的中央的像素上显示的图像的明 亮度的范围。
4. 根据权利要求1 3中的任意一项所述的立体影像显示装置， 其特征在于，还具备对上述明亮度的范围进行调整的调整部。
5. 根据权利要求1 3中的任意一项所述的立体影像显示装置， 其特征在于，上述明亮度的范围的增减对每个颜色成分的象素不同。
6. —种立体影像显示装置的立体影像显示方法，该立体影像显 示装置具备要素图像显示部，沿着纵向以及横向矩阵状地排列有像素；以及 光线控制元件，与上述要素图像显示部对置设置，并沿着横向排列有沿着纵向延伸的直线状光学开口部， 该立体影像显示方法的特征在于，具备如下步骤，对与上述各光学开口部对应的各要素图像，将位于上述要素图像的中央的像素上显示的图像的明亮度的范围设定成 小于位于上述要素图像的边界的像素上显示的图像的明亮度的范围。
全文摘要
本发明提供一种立体影像显示装置以及立体影像显示方法，即使视域宽且视差数多，也不依赖于观察位置并且在左右眼中不产生亮度差。具备要素图像显示部(10)，沿着纵向以及横向矩阵状地排列有像素；光线控制元件(20)，与要素图像显示部对置设置，沿着横向排列有沿着纵向延伸的直线状光学开口部；以及亮度校正处理部，对与各光学开口部对应的各要素图像，将位于要素图像的中央的像素上显示的图像的明亮度的范围设定成小于位于要素图像的边界的像素上显示的图像的明亮度的范围。
文档编号G03B35/00GK101398608SQ20081021574
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年9月25日
发明者平和树, 最首达夫, 柏木正子, 高木亚矢子 申请人:株式会社东芝