立體視頻顯示裝置及顯示方法

2023-10-17 14:34:39

專利名稱：立體視頻顯示裝置及顯示方法
技術領域：
本文中所描述的實施方式總體上涉及立體視頻顯示裝置及顯示方法。
背景技術：
已開發了(裸眼方式)自動立體視頻顯示裝置。該自動立體視頻顯示裝置包括具有由布置成矩陣狀的像素形成的畫面的平面顯示單元；以及設置在平面顯示單元的畫面的前面的能夠使來自像素的光線發生折射的光學片。該光學片具有其中(例如)多個柱面透鏡在與其縱向方向垂直的方向上平行布置的構造。已知的是，可以通過使用能夠改變折射率的有源透鏡作為光學片，來在立體視頻顯示裝置中進行立體視頻和二維視頻的切換顯示。此外，能夠實現立體視頻與二維視頻之間不完全切換的立體視頻顯示裝置是已知的。然而，不能基於視頻的內容對立體視頻顯示部分進行微調整。在自動立體視頻顯示裝置中，可通過將柱面透鏡的稜線設置成相對於顯示畫面的列方向傾斜或改變像素形狀來消除雲紋(moire)。然而，存在的問題是，製造立體視頻顯示裝置時的製造誤差會導致產生微小的雲紋，並且該雲紋在灰度級水平或顏色是單色調的區域中易於視覺上被識別出。

發明內容
根據實施方式的一種立體視頻顯示裝置，包括:顯示面板，具有像素以矩陣形式布置在其上的顯示面；有源透鏡，設置在顯示面板的前面以控制來自像素的光線，有源透鏡能夠對顯示面的聚焦狀態進行部分切換；離焦區域檢測單元，被構造成根據輸入的圖像來檢測要進行聚焦處理的區域；以及驅動單元，被構造成驅動有源透鏡，以對離焦區域檢測單元檢測出的要進行離焦的區域執行離焦處理。


圖1是示出了根據第一實施方式的立體視頻顯示裝置的框圖；圖2是示出了有源透鏡20的第一具體示例的示圖；圖3是示出了第一具體示例中的有源透鏡20設置在顯示面板的前面的示例的示圖；圖4的(a)和(b)是用於說明GRIN透鏡的示圖；圖5是用於說明雙折射(雙折射(birefringent))透鏡的示圖；圖6的(a)和(b)示出了用於說明離焦處理的示例的解析度上限曲線；
圖7的(a)至(d)是用於說明深度圖(map)和單調度圖的示圖；以及圖8是示出了根據第二實施方式的立體視頻顯示裝置的框圖。
具體實施例方式根據實施方式的立體視頻顯示裝置包括:顯示面板，具有像素以矩陣形式布置在其上的顯示面；有源透鏡，設置在顯示面板的前面以控制來自像素的光線，有源透鏡能夠對顯示面的聚焦狀態進行部分切換；離焦區域檢測單元，被構造成根據輸入的圖像來檢測將進行聚焦處理的區域；以及驅動單元，被構造成驅動有源透鏡，以對離焦區域檢測單元所檢測到的要進行離焦的區域執行離焦處理。下文中，將參照附圖描述實施方式。(第一實施方式)圖1示出了根據第一實施方式的立體視頻顯示裝置。根據第一實施方式的立體視頻顯示裝置包括圖像輸入單元2、單調區/深度檢測單元3、部分切換驅動單元5、圖像輸出單元6、顯示面板10以及有源透鏡20。顯示面板10是由以矩陣形式布置的像素形成的平面顯示面板。例如，液晶顯示面板、等離子顯示面板、有機EL面板等被用作顯示面板10。圖2示出了有源透鏡20的第一具體示例。第一具體示例中的有源透鏡20是液晶GRIN (梯度折射率)透鏡。共用透明電極26設置在平行布置的兩個透明基板28中的一個之上，梳狀電極27設置在兩個透明基板28中的另一個上。以向列型液晶、藍相液晶等為例的液晶層25夾在這些透明基板28之間。關於用於將電壓施加於電極26和27的方法，存在電極26和27設置有兩個端子並且AC電壓施加於這兩個端子的情況，以及梳狀電極27被分成偶數線組和奇數線組並且AC電壓施加於三個端子的情況。在任意一種情況下,通過在電極26與27之間施加電壓來產生電場的空間分布，並且相對於具有偏振方向22的偏振光分量產生節距為P且焦距為f的透鏡作用(lensaction)。因此，對於具有偏振方向22的線偏振光，有源透鏡20中軌跡是彎曲的。關於液晶層25中的取向狀態，分子長軸的方向在x-z平面內變化。因此，關於垂直偏振分量23，不管電壓施加狀態如何都不進行透鏡作用。結果，在有源透鏡20中偏振分量23直線行進。事實上，電介質層、取向膜等設置在電極與液晶之間的界面上。然而，在圖2中它們未被示出。圖3示出了(例如)在用作顯示面板10的液晶顯示面板前面使用這種有源透鏡20的示例。如圖3中所示，可通過在液晶面板10中將像素19布置為使像素定位在有源透鏡20的焦距f，來相對於具有X軸方向上的偏振分量的線偏振光構造透鏡型立體視頻顯示裝置。在圖3中，液晶面板10具有其中具有介於透明基板之間的液晶的液晶盒13介於偏光板12與14之間的構造。現在，將描述有源透鏡20的第二具體示例。第二具體示例中的有源透鏡20是凸型液晶透鏡類型，並且由JP-A-2010-78653中的圖1所示的光學片和偏振可變單元(polarization variable cell)形成。有源透鏡20具有其中光學片設置在具有布置成矩陣形式的像素的平面顯示裝置的前面並且偏振可變單元設置在平面顯示裝置與光學片之間的構造。該偏振可變單元通過單純的矩陣驅動而被驅動(參見JP-A-2010-78653中的圖7)。並且，可選擇顯示屏幕的部分區域(窗口)並且切換有源透鏡20的打開/關閉(ON/OFF)和聚焦狀態(參見JP-A-2010-78653中的圖9)。在使用這種有源透鏡的自動立體視頻顯示裝置中，由於顯示面板的像素與透鏡節距之間的幹涉效應而易於產生雲紋。因此，通常，像素形狀和透鏡角度被適宜地設計成抑制雲紋。然而，在許多情況下，由於製造誤差等而使得不會完全地消除雲紋。未被完全消除而仍稀疏地殘留的這種雲紋在灰度級水平或顏色是單色調的區域中易於視覺上被識別出。然而，這種雲紋在其他區域中幾乎不能被識別出，從而不會讓人感覺到討厭。此外，可通過使透鏡的焦點稍稍置於顯示面板的像素之外(離焦)來消除淡淡的雲紋。通常，離焦造成模糊或立體感低下。在灰度級水平或顏色是單色調的區域中，由離焦所造成的圖像變化是微小的，而不會產生問題。因此，在本實施方式中，以分析經圖像輸入單元2輸入的圖像；通過利用單調區/深度檢測單元3檢測灰度級水平/顏色是單色調的區域；對能夠經由部分切換驅動單元5部分切換聚焦狀態的有源透鏡20施加電壓，從而對檢測出的灰度級水平/顏色是單色調的區域執行離焦處理來執行控制。此時，經由圖像輸入單元2輸入的圖像數據被發送至圖像輸出單元6並被顯示在顯示面板10上。由於對灰度級水平/顏色是單色調的區域執行離焦處理的控制，所以在本實施方式中可以使得雲紋視覺上不可識別出。如果以這種方式對所選的區域執行離焦，則就圖像整體而言，不會引起立體感低下或模糊的問題。關於灰度級水平/顏色是否是單色調的判斷基準，變化是否小於所產生的雲紋的空間頻率和亮度變化幅度是標準。例如，如果出現空間頻率在55英寸屏幕中具有2cm的重複周期以及亮度變化1%的雲紋，則當短於2cm周期的變化是1%以下時應進行離焦處理。例如，就離焦處理而言，焦距應被移動約0.5mm至1.0mm,以使亮度變化在0.5%以下。通過將不同組合的電壓施加於允許部分切換的GRIN透鏡中的多個電極或者將不同電壓施加於用於部分切換透鏡控制的偏振切換單元(cell)來執行焦距的控制。在使用有源透鏡的自動立體視頻顯示裝置中，通過在多個方向上出射光線的密度來限制顯示解析度。因此，隨著部分的投影或深度變得越大，解析度下降並且出現模糊。然而，可通過使透鏡的焦點稍稍置於顯示面板中的像素之外(離焦)來降低投影或深度較大時的視頻的模糊(參見，T.Saishu et al.，Proc.SPIE Vol.677867780E-1，或JP-A-2009-237461)。通過在視頻具有投影的情況下縮短焦距以及通過在視頻具有深度的情況下延長焦距來降低模糊。在本實施方式中，單調區/深度檢測單元3通過分析經由圖像輸入單元2輸入的視頻來檢測投影/深度區域。通過將不同組合的電壓施加於允許部分切換聚焦狀態的有源透鏡20來對投影/深度較大的區域執行離焦控制。此時，經由圖像輸入單元2輸入的圖像數據被發送至圖像輸出單元6並且被顯示在顯示面板10上。在本實施方式中，對投影/深度較大的區域執行離焦控制，並因此可降低模糊。關於投影/深度是否較大的判斷基準，在後面描述的圖6的(a)中示出的解析度上限曲線是否變得小於I或特定值(例如，0.5)是標準。例如，如果在55英寸顯示裝置中使解析度上限曲線等於0.5的投影/深度相對於作為基準的顯示面是± 10cm，則應對投射/深度大於它的區域執行離焦處理。例如，就離焦處理而言，焦距應被移動約0.5mm至1mm。通過將不同組合的電壓施加於允許部分切換焦距狀態的GRIN透鏡中的多個電極或者將不同電壓施加於允許部分切換的透鏡的偏振切換單元來執行焦距的控制。現在將參照圖4的(a)和(b)來描述用作本實施方式中的有源透鏡20的GRIN透鏡。圖4的(a)是示出了設置在顯示面板10前面的GRIN透鏡20的截面示圖，以及圖4的(b)是GRIN透鏡的局部放大示圖。設置在顯示面板10前面的GRIN透鏡110包括兩個透明基板151和153以及介於這些透明基板151和153之間的液晶層152。沿第一方向平行布置的多個電極155設置在與透明基板153相對的透鏡基板151的平面上。沿垂直於第一方向的第二方向平行布置的多個電極設置在與透明基板151相對的透鏡基板153的平面上。換言之，電極154和電極155構成簡單矩陣型電極。在具有這種構造的GRIN透鏡110中，可通過改變施加於多個電極154和155上的電壓來改變液晶層152中的液晶的排列狀態，以將GRIN透鏡110的焦距從無限遠(透鏡關閉狀態)改變至顯示面板上的像素附近。參考標號114和115表示GRIN透鏡110的焦距被改變至像素附近的情況下的光線。以這種方式，可通過改變施加於GRIN透鏡110的電極154和155的電壓來進行微調節，以使透鏡在像素附近處於打開狀態。結果，在三維視頻顯示狀態下可減少雲紋和模糊。現在將參照圖5描述用作本實施方式中的有源透鏡20的雙折射透鏡111和允許部分切換的用於透鏡控制的偏振切換單元112。圖5是示出了雙折射透鏡111和用於透鏡控制的偏振切換單元112的截面圖。雙折射透鏡111設置在顯示面板10的前面，並且用於透鏡控制的偏振切換單元112設置在顯示面板與雙折射透鏡111之間。雙折射透鏡111包括透明基板161 (其表面上形成有多個透鏡形凹部)、透明基板163以及介於透明基板161與透明基板163之間的液晶層162。通過此方式，透鏡形凹部也可設置在透明基板163的面上並且在與透明基板161的凹部相對應的位置處與液晶層162相對。在用於透鏡控制的偏振切換單元112中，液晶介於兩個透明基板(即，第一透明基板和第二透明基板)之間，並且多個第一電極和多個第二電極分別被設置在第一透明基板和第二透明基板上。這些第一電極和第二被設置成彼此垂直。可通過改變施加於用於透鏡控制的偏振切換單元112的電壓來將透鏡的焦距從無限遠(透鏡關閉狀態)改變至顯示面板上的像素的附近。參考標號114和115表示在雙折射透鏡111的焦距被改變至像素附近的情況下的光線。以這種方式，可通過改變施加於用於透鏡控制的偏振切換單元112的第一電極和第二電極的電壓進行微調節，以使透鏡在像素附近處於打開狀態。結果，可在三維視頻顯示狀態下降低雲紋或模糊。圖6的(a)示出了解析度上限曲線的示例。通過參考標號172表示焦距與像素匹配的狀態下的曲線。在焦距被縮短的曲線171的情況下，降低了投影側上的模糊。在焦距被延長的曲線173的情況下，降低了深度側上的模糊。通過這種方式，圖6的(b)是示出了觀看者200與顯示面板10之間的位置關係的俯視圖。現在將參照圖7的(a)至(d)來描述深度圖和單色調圖(單調度)。圖7的(a)示出了原始視頻。圖7的(b)示出了深度圖，並且深度側區域210被描述為黑色而投影側區域220被描述為白色。圖7的(c)示出了單調度圖，並且在原始視頻中灰度級水平或顏色是單色調(單調)的區域230被描述為白色，而微細區域235被描述為黑色。圖7的(d)示出了示出基於圖7的(b)和(c)要進行離焦處理的區域的圖的示例。被描述為白色的局部區域230由於其是單調的而進行離焦處理。根據投影/深度來對被描述為灰色的區域240進行離焦。被描述為黑色的區域245不進行離焦處理。如果可離焦控制的區域限於矩形，則圖7的(d)中示出的離焦處理區域近似與其相關聯。根據本實施方式，執行控制以對灰度級水平/顏色是單色調的區域執行離焦處理，並因此可使雲紋視覺上不可識別出，如在此之前所描述的。如果以這種方式來選擇並離焦一區域，則立體感的下降或模糊不會影響圖像的整體。此外，在被實施方式中，執行控制以對投影/深度較大的區域離焦。結果，可降低模糊。(第二實施方式)現在將參照圖8描述根據第二實施方式的立體視頻顯示裝置。根據第二實施方式的立體視頻顯示裝置具有通過在圖1中示出的第一實施方式的構造中設置用戶位置檢測單元4所得到的構造。用戶位置檢測單元4通常設置在顯示面板10的框架中，以檢測用戶(觀看者)相對於顯示面板的位置。通過(例如)檢測觀看者的面部來進行位置的檢測。通常，在使用透鏡的自動立體視頻顯示裝置中，視域範圍較窄，因此使用透鏡的自動立體視頻顯示裝置通過使用面部跟蹤功能可被構造成具有加寬視域範圍的功能。在本實施方式中，包括了藉助於利用用戶位置檢測單元4的面部跟蹤功能的加寬視域範圍的功倉泛。此外，透鏡的聚焦狀態取決於觀看者觀看所處的角度或距離。如果角度較大，則存在聚焦狀態最初很差的情況。此外，相反，還存在聚焦狀態好的情況。還存在對於某些角度範圍或觀看距離不應執行離焦處理的情況。因此，在面部跟蹤過程中觀察者從具有角度的特定視點觀看的情況中，例如，在相對於正面至少20度的角度的情況下，因此執行參照第一實施方式描述的離焦處理。在觀看者在面部跟蹤過程中從某個距離觀看的情況下，例如，在假定觀看距離是3H的情況下，也可採用其中執行第一實施方式中所描述的離焦處理以在比該距離更短的情況下將焦距縮短並且在比該距離更長的情況下將焦距延長。H表示顯示面板的顯示區域的高度。還是在第二實施方式中，可防止雲紋視覺上可識別出並且降低模糊。儘管已描述了特定實施方式，但這些實施方式僅以示例的方式給出，並不意旨限制本發明的範圍。實際上，本文所描述的新方法和系統可以各種其他形式實施；此外，在不背離發明的精神的情況下，可在本文所描述的方法和系統的形式上進行各種省略、替代和改變。所附權利要求及其等價物意在覆蓋這種形式或修改，並且這種形式或修改應當落入發明的範圍和思想內。
權利要求
1.一種立體視頻顯示裝置，包括: 顯示面板，具有像素以矩陣形式布置在其上的顯示面； 有源透鏡，設置在所述顯示面板的前面以控制來自所述像素的光線，所述有源透鏡能夠對所述顯示面的聚焦狀態進行部分切換； 離焦區域檢測單元，被構造成根據輸入的圖像檢測要進行離焦處理的區域；以及驅動單元，被構造成驅動所述有源透鏡，以對所述離焦區域檢測單元檢測出的要進行離焦的區域執行離焦處理。
2.根據權利要求1所述的立體視頻顯示裝置，其中，所述要進行離焦的區域是灰度級水平或顏色是單色調的區域或投影或深度量相比於其他區域更大的區域。
3.根據權利要求1所述的立體視頻顯示裝置，其中，所述離焦處理通過移動所述有源透鏡的焦距來執行。
4.根據權利要求1所述的立體視頻顯示裝置，其中， 所述有源透鏡是GRIN透鏡，以及 所述離焦處理通過將不同組合的電壓施加於所述GRIN透鏡來執行。
5.根據權利要求1所述的立體視頻顯示裝置，其中， 所述有源透鏡包括設置在所述顯示面板的前面的雙折射透鏡和設置在所述雙折射透鏡與所述顯示面板之間的用於透鏡控制的偏振切換單元，以及 所述離焦處理通過將不同組合的電壓施加於所述用於透鏡控制的偏振切換單元來執行。
6.根據權利要求1所述的立體視頻顯示裝置，進一步包括位置檢測單元，所述位置檢測單元用以檢測觀看者的位置， 其中，所述離焦處理通過利用所述位置檢測單元檢測出的所述觀看者的位置來執行。
7.一種用於在立體視頻顯示裝置上顯示視頻的立體視頻顯示方法，所述立體視頻顯示裝置包括:顯示面板，具有像素以矩陣形式布置在其上的顯示面；以及有源透鏡，設置在所述顯示面板的前面以控制來自所述像素的光線，所述有源透鏡能夠對所述顯示面的聚焦狀態進行部分切換，所述立體視頻顯示方法包括: 根據輸入的圖像檢測要進行離焦處理的區域；以及 驅動所述有源透鏡，以對檢測出的要進行離焦的區域執行離焦處理。
全文摘要
本發明公開了立體視頻顯示裝置及顯示方法，根據實施方式的立體視頻顯示裝置，包括顯示面板，具有像素以矩陣形式布置在其上的顯示面；有源透鏡，設置在顯示面板的前面以控制來自像素的光線，有源透鏡能夠對顯示面的聚焦狀態進行部分切換；離焦區域檢測單元，被構造成根據輸入的圖像檢測要進行聚焦處理的區域；以及驅動單元，被構造成驅動有源透鏡，以對離焦區域檢測單元檢測出的要進行離焦的區域執行離焦處理。
文檔編號G02B27/26GK103167310SQ20121022664
公開日2013年6月19日 申請日期2012年6月29日 優先權日2011年12月9日
發明者最首達夫 申請人:株式會社東芝