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    • 专利摘要:
    依據一實施例的立體視訊顯示裝置包括：一顯示面板，具有以矩陣格式排列的像素之顯示面；一主動透鏡，位於顯示面板前方以控制來自像素的光束，主動透鏡能夠處理在顯示面的聚焦狀態下部分交換；一失焦區域偵測單元，設定以偵測受到來自輸入影像的聚焦處理的區域；以及一驅動單元，設定以驅動主動透鏡以在要進行失焦的區域實施失焦處理，其被失焦區域偵測單元所偵測。
    公开号:TW201323929A
    申请号:TW101121106
    申请日:2012-06-13
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Tatsuo Saishu
    申请人:Toshiba Kk；
    IPC主号:G02B30-00
    专利说明:
    立體視訊顯示裝置與顯示方法互相參照之相關案件
    本案是基於且宣告由2011年12月9日在日本提出申請的日本專利前案第2011-270028號的優先權的利益，全文在此合併參考。
    在此描述的實施例是關於一般的立體視訊顯示裝置與顯示方法。
    一種裸眼立體(autostereoscopic)視訊顯示裝置(不具有眼鏡)已經發展出來了。立體視訊顯示裝置包括平面顯示單元，其具有排列以矩陣格式的像素所形成的螢幕和能夠從像素中折射光束的光學板，此光學板設定於平面顯示單元的螢幕前方。舉例來說，光學板具有複數個柱狀透鏡平行排列於與他們長軸方向垂直的方向上的配置。
    已知的是立體視訊與二維視訊的可交換顯示可藉由使用如同光學板一樣能夠改變折射率的主動透鏡來在裸眼立體視訊顯示裝置中進行處理。
    進一步來說，立體視訊顯示裝置在介於立體視訊與二維視訊之間能夠部分的轉換是已知的。然而，這並沒有處理到基於視訊內容來細微調整立體視訊顯示部分。
    在裸眼立體視訊顯示裝置中，波紋可藉由將柱狀透鏡的脊線進行配置以從顯示螢幕的行方向上傾斜或是藉由改變像素的形狀來消除。然而，有問題的是輕微的波紋會藉由當製造立體視訊顯示裝置時的製造錯誤而產生，並且波紋易於在灰階階數或是色彩為單色調區域處在視覺上被識別出來。
    依據一實施例的立體視訊顯示裝置包括：顯示面板，其具有以矩陣格式排列的像素在其上的顯示面；主動透鏡，其置於顯示面板前方以控制來自像素的光束，主動透鏡能夠處理在顯示面的聚焦狀態下的部分轉換；失焦區域偵測單元，其設定以偵測受到來自輸入影像的聚焦處理之區域；以及驅動單元，設定以驅動主動透鏡以在要進行失焦的區域上實施失焦處理，此區域由失焦區域偵測單元所偵測。
    此後，實施例將參照圖示做描述。 (第一實施例)
    圖1繪示依據第一實施例的立體視訊顯示裝置。依據第一實施例的立體視訊顯示裝置包括影像輸入單元2、單色區域/深度偵測單元3、部分轉換驅動單元5、影像輸出單元6、顯示面板10以及主動透鏡20。
    顯示面板10為以矩陣格式排列的像素所形成的平面顯示面板。例如，液晶顯示面板、電漿顯示面板、有機電激發光(organic EL)面板或是同樣用做顯示面板10的面板。
    圖2繪示主動透鏡20的第一具體範例。在第一具體範例中的主動透鏡20為液晶GRIN(梯度指數)透鏡。共同透明電極26設置在平行放置的兩個透明基板28的其中之一上並且類梳狀電極27設置在兩個透明基板28的另一個上。液晶層25，例如為向列型液晶、藍相液晶、或是同樣可插入在這些透明基板28之間的液晶。至於施加電壓到電極26與27的方法，有一種設置具有兩端的電極26與27且AC(Alternating Current；交流)電壓施加到這兩端上的情形，以及類梳狀電極27分開成多組偶數線與奇數線並且AC電壓施加至三端上的情形。
    在任一情形之中，電場空間分布由施加在電極26與27之間的電壓所產生，並且透鏡作用則具有關於有極化方向22的偏光組件所產生的線距p與焦距f。因此，至於具有極化方向22的線性偏光，其軌跡在主動透鏡20處彎曲。
    至於在液晶層25的方向狀態上，分子主軸/長軸的方向在x-z平面上改變。因此，關於垂直偏光組件23方向，不管電壓施加狀態為何透鏡作用不予處理。結果是，偏光組件23促使在主動透鏡20中變直。事實上，介電層、配向膜或類似的層設置在介於電極與液晶之間的介面上。然而，他們並未繪示於圖2。
    圖3繪示此類的主動透鏡20使用於例如做為顯示面板10的液晶顯示面板前方的一個範例。如圖3所示，透鏡型的立體視訊顯示裝置可藉由將像素19安排在液晶面板10中以有關在x軸方向上具有偏光組件的線性偏光做設定來對主動透鏡20的焦距f上的像素進行定位。在圖3中，液晶面板10具有一種結構，此結構中液晶胞13具有插入在透明基板之間的液晶，透明基板則插入在薄偏光片12與14之間。
    主動透鏡20的第二具體範例現將描述。在第二具體範例中的主動透鏡20為凸式的液晶透鏡型態，並且以如案號JP-A-2010-78653中的圖1所示的光學板以及偏光可變胞所構成。主動透鏡20具有一種配置，此配置為將光學板置於具有以矩陣格式排列的像素的平面顯示器的前方以及偏光可變胞置於平面顯示器與光學板之間。偏光可變胞由簡單矩陣驅動器(請看案號JP-A-2010-78653的圖7)所驅動。並且選擇顯示螢幕部分區域(視窗)以及改變ON/OFF(開/關)與主動透鏡20的聚焦狀態是有可能的(請看案號JP-A-2010-78653的圖9)。
    在使用這類的主動透鏡的裸眼立體(autostereoscopic)視訊顯示裝置中，由於介於顯示面板的像素與透鏡線距之間的干擾效應而使得波紋(moiré)易於發生。因此，一般來說，像素形狀與透鏡角度則設計以適合抑制波紋。然而，在許多情形下，由於製造誤差或其它相似的誤差，波紋並不會完全的消除。這類未完全消除且維持稀疏的波紋易於在灰階階數/色彩為單色的區域於視覺上識別出來。然而，這類的波紋在其它區域幾乎無法識別出來，並且沒有給予任何困擾。
    進一步來說，稀疏的波紋可藉由稍微將透鏡的聚焦帶離顯示面板而消除(失焦)。一般而言，失焦則會造成模糊或降低立體感。在灰階階數/色彩為單色時，藉由失焦造成的影像改變是輕微的，並且不會引起問題。
    因此，在本實施例中，運用控制來分析經由影像輸入單元2輸入的影像、藉由利用單色區域/深度偵測單元3來偵測灰階階數/色彩為單色的區域、施加電壓至經由部分交換驅動單元5而能夠部分交換聚焦狀態的主動透鏡20以及藉此在偵測到灰階階數/色彩為單色的區域上實施失焦處理。此時，經由影像輸入單元2輸入的影像資料發送至影像輸出單元6，並且顯示於顯示面板10之上。由於對灰階階數/色彩為單色的區域實施失焦處理的控制，在本實施例中防止波紋在視覺上的識別是有可能的。假如用這樣的方式對選擇的區域實施失焦，以全畫面來看，降低立體感或是模糊並不會造成問題。
    至於在灰階階數/色彩是否為單色的決定參考上，變為是變化是否小於空間頻率與所產生波紋的亮度變化寬度的一種標準。舉例來說，假如在55吋螢幕上具有以空間頻率來說2cm的重複周期及1%亮度變化的波紋出現，然後當短於2cm周期的變化為1%或更少時，則應該要實施失焦處理。至於在失焦處理方面，例如焦距應以約0.5mm至1.0mm來移動以將亮度變化帶至05%或更少。焦距的控制則是藉由施加不同組合的電壓至複數個在GRIN透鏡上的電極來運用，GRIN透鏡容許部分交換或施加不同電壓至用於部分交換透鏡控制的偏光切換胞。
    在利用主動透鏡的裸眼立體視訊顯示裝置上，顯示解析度受限於在大量的方向上所發射光束的密度。因此，當投射影像或深度部分變為較大時，解析度下降並且發生模糊。然而，在投射影像或深度為大的視訊的模糊可藉由將透鏡的聚焦稍微帶離在顯示面板上的像素而減少(失焦)。(請看T.Saishu et al.、Proc.SPIE Vol.6778 67780E-1或JP-A-2009-237461)
    在視訊具有投射影像的情形下模糊則藉由縮短焦距而減少，並且在視訊具有深度的情形下模糊藉由延長焦距而減少。在本實施例中，單色區域/深度偵測單元3藉由對經由影像輸入單元2輸入的影像進行分析來偵測投射影像/深度。並且失焦控制對藉由施加不同組合的電壓至容許聚焦狀態的部分交換之主動透鏡20而使投射影像/深度為大的區域來進行運用。此時，經由影像輸入單元2輸入的影像資料則發送至影像輸出單元6並且顯示在顯示面板10之上。在本實施例中，失焦控制運用在投射影像/深度為大的區域上因而模糊可被減少。至於投射影像/深度是否為大的決定參考上，變為如之後會描述的圖6(a)所繪示的解析度上限曲線是否小於1或是特定值的標準，例如為0.5。舉例來說，假如在55吋顯示裝置中使得解析度上限曲線相等於0.5的投射影像/深度以顯示面做為參考而為±10cm時，失焦處理應該要在投射影像/深度大於其的區域上來處理。至於在失焦處理上，焦距應該以例如約0.5mm到1mm來移動。焦距控制則藉由施加不同組合的電壓至複數個在GRIN透鏡上的電極來進行運用，GRIN透鏡容許聚焦狀態的交換或是施加不同的電壓至用於容許部分交換之透鏡的偏光切換胞。
    在本實施例中用作主動透鏡20的GRIN透鏡將參照至圖4(a)與4(b)來作描述。圖4(a)為繪示置於顯示面板10前方的GRIN透鏡20的剖面圖，而圖4(b)為GRIN透鏡的部分展開圖。置於顯示面板10前方的GRIN透鏡110包括2個透鏡基板151與153以及插入在這些透明基板151與153之間的液晶層152。複數個電極155沿著設置在相對於透明基板153之透明基板151的平面上的第一方向做平行的排列。複數個電極沿著設置在與相對於透明基板151的透明基板153的平面上的第一方向垂直的第二方向做平行的排列。換句話說，電極154與電極155組成簡單矩陣型式的電極。
    在具有這類配置的GRIN透鏡110，藉由改變施加在複數個電極154與155上的電壓在液晶層152上的液晶排列狀態可被改變以將GRIN透鏡110的焦距從無限遠(透鏡關閉狀態；lens off-state)改變至在顯示面板上的像素的附近。參考數字114與115代表著在GRIN透鏡110的焦距改變至像素的附近情形下之光束。如此一來，藉由改變施加至GRIN透鏡110的電極154與155上的電壓而處理微調以將透鏡帶至在像素附近的開啟狀態變為可能。結果是，波紋與模糊在三維視訊顯示狀態下可被減少。
    在本實施例中的雙折射(雙折射；birefringent)透鏡111與用於容許做為主動透鏡20的部分交換的透鏡控制112之偏光切換胞現將參照至圖5來描述。圖5為繪示雙折射透鏡111與用於透鏡控制112之偏光切換胞的剖面圖。
    雙折射透鏡111設置在顯示面板10的前方，並且用於透鏡控制112的偏光切換胞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且其具有形成在其表面的複數個透鏡形狀的凹面部分、包括透明基板163以及包括插入在透明基板161與透明基板163之間的液晶層162。順道一提，透鏡形狀的凹面部分亦可設置在透明基板163的面上，其相對於液晶層162且在對應至透明基板161的凹面部分的部分。
    在用於透鏡控制112的偏光切換胞中，液晶插入在兩片透明基板之間，亦即，第一與第二基板，並且複數個第一電極與複數個第二電極個別設置在第一與第二基板之上。這些第一與第二電極被互相的垂直配置。藉由改變施加至用於透鏡控制112的偏光切換胞的電壓則透鏡的焦距可從無限遠(透鏡關閉狀態)改變至在顯示面板上的像素的附近。參考數字114與115代表著在雙折射透鏡111的焦距改變至像素的附近情形下之光束。如此一來，藉由改變施加至用於透鏡控制112的偏光切換胞的第一與第二電極之電壓來處理微調以將透鏡帶至像素附近的開啟狀態則變為可能。結果是，波紋與模糊在三維視訊顯示狀態下可被減少。
    圖6(a)繪示解析度上限曲線的範例。在焦距匹配像素狀態下的曲線以參考數字172來表示。在焦距被縮短之曲線171的情形中，在投射影像端的模糊則被減少。在焦距加長的曲線173的情形中，在深度端的模糊則被減少。順道一提，圖6(b)為繪示介於觀看者200與顯示面板10之間的位置關係的上視圖。
    深度圖像與平坦度(單色度；monotony degree)圖像現將參照至圖7(a)至7(d)來描述。圖7(a)繪示原始視訊。圖7(b)繪示深度圖像，並且深度端區域210描繪以黑色，反之投射影像端區域220描繪以白色。圖7(c)繪示單色度圖像，並且在原始視訊中的灰階階數或色彩為單色的(單色調的)區域230以白色描繪，反之精細區域235以黑色描繪。圖(7d)繪示表示受到根據圖7(b)與圖7(c)的失焦處理影響的區域之圖像的一個範例。因為為單色，描繪以白色的部分區域230則受到失焦處理影響。描繪以灰色的區域240則相依於投射影像/深度而失焦。描繪以黑色的區域245則未受到失焦處理影響。假如失焦控制的區域可能限制在矩形中，接著如圖7(d)所示的失焦處理區域則大約與其相關聯。
    依據本實施例，如同到此之前所描述的，運用控制來對灰階階數/色彩為單色的區域實施失焦處理因而使得波紋在視覺上不被識別出來是有可能的。假如選擇一個區域並且以如此的方法進行失焦，立體感的下降或模糊不會對整體影像造成問題。
    進一步來說，在本實施例中，運用控制對在投射影像/深度為強烈的區域進行失焦。結果來看，模糊可被減少。 (第二實施例)
    依據第二實施例的立體視訊顯示裝置將參照至圖8來描述。依據第二實施例的立體視訊顯示裝置具有藉由在圖1所繪示第一實施例的組態中設置使用者位置偵測單元4所得到的組態。使用者位置偵測單元4典型上係設定在顯示面板10的框架中以偵測對於顯示面板的使用者(觀看者)的位置。例如，藉由偵測觀看者的臉孔來實施位置之偵測。
    一般而言，在裸視立體視訊顯示裝置使用透鏡上來說，由於視野區域狹窄因而裸視立體顯示裝置使用透鏡上可設定以藉由使用臉孔追蹤功能而具有擴展視野區域的功能。在本實施例中，藉助使用使用者位置偵測單元4的臉孔追蹤功能達到擴展視野區域的功能則包括在內。
    進一步來說，透鏡的聚焦狀態取決於觀看者視野的角度或距離。假如角度大時，則會有聚焦狀態一開始就弱的情況。此外，相反地，也有聚焦狀態好的情況。亦有不應對某些角度範圍或觀看距離實施失焦處理的情況。
    由在具有角度之臉孔追蹤之中的某個視點的觀看者視野的情況中，例如，從前方至少20度角的情況，因此參照至第一實施例所描述的失焦處理並未實施。由在臉孔追蹤的某個距離的觀看者視野的情況中，例如，假設觀看距離為3H的情況，亦可能採取實施在第一實施例中所描述的失焦處理之配置來縮短焦距至比(觀看距離)較短的距離以及延伸焦距至比(觀看距離)較長的距離。H代表顯示面板的顯示區域的高度。
    在第二實施例中亦同，防止波紋在視覺上被識別並且減少模糊是有可能的。
    當某些實施例被描述時，這些實施例只藉由範例的方式呈現，並無意圖限制本發明之範圍。事實上，在此所描述創新的方法與系統可以其它不同的形式體現；此外，各種在此所描述的方法與系統的形式中之刪除、替代及改變則可以不悖離本發明之精神下完成。所附之申請專利範圍與他們的同等範圍預計以涵蓋如此的形式或修改以落入本發明的範圍及精神之中。
    2‧‧‧影像輸出單元
    3‧‧‧單色區域/深度偵測單元
    5‧‧‧部分轉換驅動單元
    6‧‧‧影像輸出單元
    10‧‧‧顯示面板
    12‧‧‧薄偏光片
    13‧‧‧液晶胞
    14‧‧‧薄偏光片
    19‧‧‧像素
    20‧‧‧主動透鏡
    22‧‧‧極化方向
    23‧‧‧偏光組件
    25‧‧‧液晶層
    26‧‧‧透明電極
    27‧‧‧類梳狀電極
    28‧‧‧透明基板
    110‧‧‧GRIN透鏡
    111‧‧‧雙折射透鏡
    112‧‧‧透鏡控制
    114‧‧‧參考數字
    115‧‧‧參考數字
    151‧‧‧透明基板
    152‧‧‧液晶層
    153‧‧‧透明基板
    154‧‧‧電極
    155‧‧‧電極
    161‧‧‧透明基板
    162‧‧‧液晶層
    163‧‧‧透明基板
    171‧‧‧曲線
    172‧‧‧參考數字
    173‧‧‧曲線
    200‧‧‧觀看者
    210‧‧‧區域
    220‧‧‧區域
    230‧‧‧區域
    235‧‧‧區域
    240‧‧‧區域
    245‧‧‧區域
    圖1為繪示依據第一實施例的立體視訊顯示裝置之方塊示意圖。
    圖2為繪示主動透鏡20的第一具體範例之示意圖。
    圖3為繪示在第一具體範例中的主動透鏡20設置在顯示面板前方的範例之示意圖。
    圖4(a)與4(b)為用於解釋GRIN透鏡的示意圖。
    圖5為用於解釋雙折射(雙折射；birefringent)透鏡的示意圖。
    圖6(a)與6(b)繪示用於解釋失焦處理的範例的解析度上限曲線之示意圖。
    圖7(a)到7(d)為用於解釋深度圖像與單色度圖像之示意圖。
    圖8為繪示依據第二實施例的立體視訊顯示裝置之方塊示意圖。
    2‧‧‧影像輸入單元
    3‧‧‧單色區域/深度偵測單元
    5‧‧‧部分轉換驅動單元
    6‧‧‧影像輸出單元
    10‧‧‧顯示面板
    20‧‧‧主動透鏡
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] 一種立體視訊顯示裝置，包含：一顯示面板，具有以矩陣格式排列的多個像素於一顯示面上之該顯示面；一主動透鏡，設置於該顯示面板前方以控制來自該些像素的光束，該主動透鏡能夠對該顯示面的聚焦狀態實施部分轉換；一失焦區域偵測單元，設定以偵測受到來自輸入影像的聚焦處理之區域；以及一驅動單元，設定以驅動該主動透鏡以在要進行失焦的一區域實施失焦處理，其藉由該失焦區域偵測單元所偵測。
    [2] 如申請專利範圍第1項之立體視訊顯示裝置，其中要進行失焦的該區域係為灰階階數或色彩為單色調的區域，或是投射影像或深度之量比其他區域較大的區域。
    [3] 如申請專利範圍第1項之立體視訊顯示裝置，其中該失焦處理藉由將該主動透鏡的焦距移動以實施。
    [4] 如申請專利範圍第1項之立體視訊顯示裝置，其中該主動透鏡係為一梯度指數(GRIN)透鏡；以及該失焦處理藉由施加不同組合的電壓至該梯度指數(GRIN)透鏡以實施。
    [5] 如申請專利範圍第1項之立體視訊顯示裝置，其中該主動透鏡包含一雙折射透鏡設置於該顯示面板前方以及用於透鏡控制的一偏光切換胞設置在介於該雙折射透鏡與該顯示面板之間，以及該失焦處理藉由施加不同組合的電壓至該用於透鏡控制的偏光切換胞以實施。
    [6] 如申請專利範圍第1項之立體視訊顯示裝置，更包含一位置偵測單元以偵測一觀看者之位置，其中該失焦處理藉由利用該位置偵測單元所偵測到的該觀看者之位置以實施。
    [7] 一立體視訊顯示方法，用於在立體視訊顯示裝置上顯示視訊，其包括具有在其上有以矩陣格式排列的多個像素之一顯示面的一顯示面板，以及位於該顯示面板前方的一主動透鏡以控制來自該些像素的光束，該主動透鏡能夠對該顯示面的聚焦狀態實施部分轉換，該立體視訊顯示方法包含：偵測受到來自輸入影像之聚焦過程的一區域；以及驅動該主動透鏡以在要進行失焦的該偵測區域實施失焦處理。
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    法律状态:
    2017-12-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011270028A|JP5253563B2|2011-12-09|2011-12-09|立体映像表示装置および表示方法|
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