JP2023139880A - 表示装置、表示方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】ボリュームディスプレイによって表示される立体像の見え方を改善する。【解決手段】表示装置10は、光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能な複数のスクリーン22を積層させた表示体12と、表示体12に向けて画像表示光24を照射する照射部14と、表示体12に対する観察者26の位置を検出するセンサ16と、センサ16によって検出される観察者26の位置に応じて、複数のスクリーン22のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容の切り替えとを同期して制御する制御部18と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、表示装置、表示方法およびプログラムに関する。
三次元画像の表示装置として、立体を空間にそのまま表示するよう構成されるボリュームディスプレイが知られている。例えば、往復運動する投影スクリーンに向けてプロジェクタ光を出力する構成が提案されている。
ボリュームディスプレイでは、観察者が視点を変えて観察できるように、内部が透けて見えるように表示されることが一般的である。しかしながら、透明ではない実際の立体を観察する場合には内部が透けて見えないため、実際の見え方との差異が生じてしまう。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ボリュームディスプレイによって表示される立体像の見え方を改善する技術を提供することを目的とする。
本発明のある態様の表示装置は、光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能な複数のスクリーンを積層させた表示体と、表示体に向けて画像表示光を照射する照射部と、表示体に対する観察者の位置を検出するセンサと、センサによって検出される観察者の位置に応じて、複数のスクリーンのそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する制御部と、を備える。
本発明の別の態様の表示装置は、複数のスクリーンを積層させた表示体であって、複数のスクリーンのそれぞれが面内方向に配列された複数の画素を含み、複数の画素が画素ごとに透過状態と拡散状態とを切り替え可能である表示体と、表示体に向けて画像表示光を照射する照射部と、表示体に対する観察者の位置を検出するセンサと、センサによって検出される観察者の位置に応じて、複数のスクリーンの複数の画素のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する制御部と、を備える。
本発明のある態様の表示方法は、光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能な複数のスクリーンを積層させた表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出するステップと、センサによって検出される観察者の位置に応じて、複数のスクリーンのそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御するステップと、を備える。
本発明の別の態様の表示方法は、複数のスクリーンを積層させた表示体であって、複数のスクリーンのそれぞれが面内方向に配列された複数の画素を含み、複数の画素が画素ごとに透過状態と拡散状態とを切り替え可能である表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出するステップと、センサによって検出される観察者の位置に応じて、複数のスクリーンの複数の画素のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御するステップと、を備える。
本発明のある態様のプログラムは、光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能な複数のスクリーンを積層させた表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出する機能と、センサによって検出される観察者の位置に応じて、複数のスクリーンのそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する機能と、をコンピュータに実行させるよう構成される。
本発明の別の態様のプログラムは、複数のスクリーンを積層させた表示体であって、複数のスクリーンのそれぞれが面内方向に配列された複数の画素を含み、複数の画素が画素ごとに透過状態と拡散状態とを切り替え可能である表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出する機能と、センサによって検出される観察者の位置に応じて、複数のスクリーンの複数の画素のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する機能と、をコンピュータに実行させるよう構成される。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、ボリュームディスプレイによって表示される立体像の見え方を改善することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、図面において、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。説明の理解を助けるため、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の寸法比と一致しない。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る表示装置10の構成を模式的に示す図である。表示装置10は、表示体12と、照射部14と、センサ16と、制御部18とを備える。表示装置10は、いわゆるボリュームディスプレイであり、外部装置20から提供される三次元データを用いて、表示体12の内部に立体像Sを描画するよう構成される。
図1は、第1実施形態に係る表示装置10の構成を模式的に示す図である。表示装置10は、表示体12と、照射部14と、センサ16と、制御部18とを備える。表示装置10は、いわゆるボリュームディスプレイであり、外部装置20から提供される三次元データを用いて、表示体12の内部に立体像Sを描画するよう構成される。
表示体12は、平板形状を有する複数のスクリーン22を備える。表示体12は、複数のスクリーン22のそれぞれの面内方向(x方向およびy方向)と直交する方向(z方向)に積層される複数のスクリーン22によって構成される。表示体12は、円柱形状、多角柱形状または直方体形状となるように構成される。複数のスクリーン22のそれぞれの外形は、円形、多角形または矩形である。図1に示す例において、表示体12が直方体形状であり、複数のスクリーン22のそれぞれの外形は矩形である。
複数のスクリーン22の枚数は特に問わないが、例えば、10以上とすることができ、100以上としてもよく、1000以上としてもよい。複数のスクリーン22の枚数は、表示体12のz方向の解像度を決める。一方、表示体12のx方向およびy方向の解像度は、照射部14から照射される画像表示光24の解像度によって決まる。
スクリーン22は、光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能となるように構成される。透過状態とは、可視光に対して透明な状態を意味し、入射する可視光をそのまま透過させ、入射する可視光が散乱されずに直進する状態を意味する。一方、拡散状態とは、入射する可視光を散乱させる状態を意味し、入射する可視光が様々な方向に散乱される状態を意味する。透過状態のスクリーン22は、可視光に対する透過率が高い透明板として機能する。拡散状態のスクリーン22は、可視光を散乱させるスクリーン板として機能する。
図2は、スクリーン22の構成の一例を模式的に示す図である。スクリーン22は、第1電極層22aと、拡散層22bと、第2電極層22cとを備え、これらを積層させた構造を有する。第1電極層22aおよび第2電極層22cは、可視光に対して透明な材料で構成され、例えば酸化インジウム錫(ITO;Indium Tin Oxide)などの透明導電性材料で構成される。拡散層22bは、第1電極層22aと第2電極層22cの間に印加される電圧の有無によって、透過状態と拡散状態の間を切り替わるよう構成される。拡散層22bは、例えばエレクトロクロミック材料や液晶材料で構成される。
図1に戻り、照射部14は、表示体12に向けて画像表示光24を照射するよう構成される。照射部14は、複数のスクリーン22の積層方向に画像表示光24を照射する。照射部14から照射される画像表示光24は、透過状態のスクリーン22を透過し、拡散状態のスクリーン22にて散乱される光である。その結果、拡散状態のスクリーン22において、画像表示光24の表示内容に対応した画像が表示される。
照射部14は、例えばプロジェクタであり、照明光を生成する光源と、光源からの照明光を変調して画像表示光24を生成する画像表示素子と、画像表示光24を投射する投射光学系とを含む。画像表示素子は、液晶パネルなどの透過型の表示素子であってもよいし、DMD(Digital Mirror Device)やLCOS(Liquid Crystal on Silicon)などの反射型の表示素子であってもよい。照射部14は、レーザ光を二次元で走査することによって画像表示光24を生成するレーザ走査式のプロジェクタであってもよい。この場合、照射部14の画像表示素子は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)方式等のLSM(Laser Scanning Module)であってもよい。
センサ16は、表示体12を観察する観察者26を検出する。センサ16は、例えば、表示体12からz方向に離れた位置に配置され、表示体12の周囲に存在する観察者26を検出する。センサ16は、例えば、表示体12および表示体12の周囲360度を撮影可能な全天周カメラであり、全天周カメラの撮像画像に含まれる表示体12と観察者26の配置から表示体12に対する観察者26の位置を検出する。センサ16は、表示体12の中心を基準とする座標系(例えばx方向、y方向およびz方向)における観察者26の位置座標を検出する。センサ16は、複数の位置に配置される複数のセンサによって構成されてもよく、例えば位置および画角が異なる複数のカメラによって構成されてもよい。
センサ16は、観察者26の視点位置26aおよび視線方向26bをさらに検出するよう構成されてもよい。観察者26の視点位置26aは、観察者26の両眼が検出される場合には両眼の中間点であり、観察者26の片眼のみが検出される場合には検出された片眼の位置である。観察者26の視線方向26bは、観察者26の眼の向きを公知の技術を用いて検出することにより特定できる。観察者26の眼の向きは、例えば、眼球を動かしたときに移動する眼球の虹彩や瞳孔といった動点と、眼球を動かしたとしても移動しない目頭や目尻といった定点との位置の差に基づいて検出できる。
制御部18は、表示装置10の動作全般を制御する。制御部18により提供される各種機能は、例えば、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。制御部18のハードウェアは、コンピュータが備えるプロセッサやメモリといった素子や機械装置で実現される。制御部18のソフトウェアは、プロセッサによって実行されるプログラム等によって実現される。
外部装置20は、三次元データを生成可能な情報処理装置である。外部装置20は、制御部18と同様、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。外部装置20のハードウェアは、コンピュータが備えるプロセッサやメモリといった素子や機械装置で実現することができ、外部装置20のソフトウェアは、プロセッサによって実行されるプログラム等によって実現することができる。
図3は、制御部18の機能構成の一例を模式的に示すブロック図である。制御部18は、三次元データ取得部30と、観察者位置特定部32と、表示データ生成部34と、スクリーン制御部36と、照射制御部38とを備える。
三次元データ取得部30は、外部装置20から三次元データを取得する。外部装置20から取得される三次元データは、表示体12に表示すべき立体像Sの三次元形状を特定するためのデータである。三次元データは、立体像Sの輪郭の三次元位置および表示色を指定する立体輪郭画像データであってもよい。三次元データは、動画データであってもよく、動画となる立体像Sの各フレームを描画するためのフレームデータを含んでもよい。
図4は、三次元データの一例を模式的に示す図であり、表示体12に表示すべき立体像Sが円錐体40である場合を示す。三次元データは、円錐体40の輪郭となる円錐面(または側面)42および底面44の三次元位置および表示色を指定するためのデータを含む。三次元データは、例えば、表示体12の中心を基準とする座標系(例えばx方向、y方向およびz方向)を用いて定義される。
図3に戻り、観察者位置特定部32は、センサ16から取得する情報を用いて観察者26の位置を特定する。観察者位置特定部32は、例えば、センサ16がカメラである場合、センサ16の撮像画像を取得し、取得した撮像画像から観察者26の位置を特定する。観察者位置特定部32は、センサ16によって検出される観察者26の位置座標をセンサ16から取得してもよい。観察者位置特定部32は、観察者26の視点位置26aを特定してもよいし、観察者26の視線方向26bを特定してもよい。
表示データ生成部34は、三次元データ取得部30によって取得された三次元データと、観察者位置特定部32によって特定された観察者26の位置とを用いて、立体像Sを表示するための表示データを生成する。表示データ生成部34によって生成される表示データは、表示体12および照射部14の動作の制御に用いられる。
表示データ生成部34は、表示体12の中心を基準とする座標系において、三次元データに基づく立体像Sの三次元形状と、観察者26の位置とをマッピングし、観察者26の位置から視認可能となる立体像Sの輪郭部分を特定する。別の言い方をすれば、表示データ生成部34は、観察者26の位置から視認不可となる立体像Sの輪郭部分を特定する。ここで、視認可能となる輪郭部分とは、立体像Sの輪郭のうち観察者26に向けられている部分であり、立体像Sとして表示すべき表示部分である。一方、視認不可となる輪郭部分とは、観察者26から見たときに表示部分によって遮られて見えない部分であり、立体像Sとして表示すべきではない非表示部分である。
図5(a),(b)は、表示部分46および非表示部分48の一例を模式的に示す図であり、立体像Sが図4に示す円錐体40である場合を示す。図5(a)は、図1に対応する斜視図であり、図5(b)は、図1のセンサ16から見たときに対応する上面図である。図5(a),(b)の例では、円錐体40の-x方向側に観察者26が位置し、観察者26の視線方向26bは、円錐体40に向かう+x方向に向けられている。このとき、円錐体40の-x方向側の半分の円錐面42aは、観察者26の視点位置26aから視認可能な表示部分46である。一方、円錐体40の+x方向側の半分の円錐面42bと、円錐体40の底面44とは、観察者26の視点位置26aから視認不可な非表示部分48である。非表示部分48は、観察者26の視点位置26aから見たときに表示部分46によって遮られて視認不可となる部分である。
表示データ生成部34は、例えば、円錐体40の輪郭部分の三次元位置を示す座標点50と視点位置26aの間に線分52を設定し、線分52上に円錐体40の輪郭部分が存在するか否かを判定する。線分52上に円錐体40の輪郭部分が存在しない場合、座標点50を表示部分46とする。線分52上に円錐体40の輪郭部分が存在すれば、座標点50を非表示部分48とする。表示データ生成部34は、円錐体40の輪郭部分の三次元位置を示す全ての座標点について、表示部分46または非表示部分48のいずれであるかを判定する。図5(a),(b)に示す例では、線分52上に表示部分46となる別の座標点54が存在するため、判定対象とした座標点50は非表示部分48となる。
表示データ生成部34は、観察者26の視野となる範囲を考慮して、表示部分46または非表示部分48のいずれであるかを判定してもよい。表示データ生成部34は、例えば、視点位置26aから特定方向に延びる線分52上に存在する座標点のみを表示部分46の候補とし、特定方向とは異なる方向に延びる線分52上に存在する座標点を全て非表示部分48としてもよい。ここで、特定方向とは、観察者26の視線方向26bを中心として上下方向および左右方向のそれぞれについて所定の角度範囲となる方向である。例えば、人間の一般的な視野範囲に基づいて、視線方向26bに対して上方向に60度、下方向に70度、左方向に60度、右方向に60度となる範囲を特定方向とすることができる。
図6は、断面画像データの生成方法を模式的に示す図である。表示データ生成部34は、表示部分46のみで構成される三次元データから複数の断面画像データを生成する。表示データ生成部34は、複数のスクリーン22のz座標の位置に対応する複数のxy平面56a~56fにおいて、表示部分46の断面部分46a~46fの形状を示す断面画像データを生成する。複数の断面画像データは、複数のスクリーン22のそれぞれに投影すべき画像を表示するための表示データである。
図7(a)~図7(f)は、断面画像の一例を模式的に示す図であり、図6のxy平面56a~56fのそれぞれに対応する断面画像を示す。図7(a)~図7(f)に示されるように、複数の断面画像のそれぞれに含まれる断面部分46a~46fは、円錐面42の半分に対応する表示部分46に対応した円弧形状を有する。
図3に戻り、スクリーン制御部36は、表示体12が備える複数のスクリーン22の動作を制御する。スクリーン制御部36は、複数のスクリーン22のいずれか一つを拡散状態とし、残りのスクリーン22を透過状態とする。スクリーン制御部36は、拡散状態とするスクリーン22を切り替えし、複数のスクリーン22のそれぞれが順番に異なるタイミングに拡散状態となるように制御する。
照射制御部38は、照射部14の動作を制御する。照射制御部38は、表示データ生成部34によって生成される表示データを用いて、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を制御する。照射制御部38は、スクリーン制御部36の動作と同期して画像表示光24の表示内容を切り替えることにより、複数のスクリーン22のそれぞれに、対応する表示内容の画像表示光24が照射されるようにする。照射制御部38は、複数のスクリーン22のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えに同期して、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を表示データ生成部34が生成した複数の断面画像データを用いて切り替える。
図8は、第1実施形態に係る表示方法の一例を示すフローチャートである。三次元データ取得部30は、外部装置20から三次元データを取得する(S10)。観察者位置特定部32は、センサ16を用いて表示体12に対する観察者26の位置を検出する(S12)。表示データ生成部34は、検出した観察者26の位置から三次元データの表示部分46と非表示部分48を特定し(S14)、特定した表示部分46を表示するための複数の断面画像データを生成する(S16)。スクリーン制御部36は、表示体12を構成する複数のスクリーン22の透過状態と拡散状態を切り替える(S18)。照射制御部38は、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を表示データ生成部34が生成した複数の断面画像データを用いて切り替える(S20)。
制御部18は、スクリーン制御部36による複数のスクリーン22の状態の切り替え(S18)と、照射制御部38による画像表示光24の表示内容の切り替え(S20)とを同期して制御する。複数のスクリーン22の状態を切り替える周期は、例えば数ミリ秒程度であり、複数のスクリーン22の全てを切り替えるのにかかる時間は、例えば、数十ミリ秒~数百ミリ秒程度である。これにより、複数のスクリーン22のそれぞれに時分割で表示される表示内容が残像となって観察者26に一緒に視認され、表示体12に立体像Sが生成される。照射制御部38は、外部装置20から取得した三次元データのうち、観察者26から視認可能となるべき部分のみを立体像Sとして表示するように画像表示光24の表示内容を制御する。これにより、観察者26から見て立体像Sの裏側が透けて見えない立体像Sを表示できる。
図9(a)は、比較例に係る観察者26から見た立体像S1の表示例であり、図9(b)は、実施例に係る観察者26から見た立体像Sの表示例である。図9(a)の比較例では、観察者26の位置を用いて表示部分46を特定しておらず、外部装置20から取得した三次元データの全体を立体像S1として表示する。図9(a)の比較例では、非表示部分48も立体像S1として表示するため、観察者26からは円錐体40の裏側となる部分58が透けて見えてしまう。一方、図9(b)の実施例では、表示部分46のみの表示データを用いるため、円錐体40の裏側が非表示となり、観察者26からは円錐体40の裏側が透けて見えない表示態様を実現できる。
制御部18は、外部装置20から動画データの各フレームに対応する三次元データを取得し、フレームごとに異なる立体像Sを表示してもよい。これにより、動画となる立体像Sを表示できる。制御部18は、観察者26の位置が変化する場合、三次元データのうち表示部分46とする部分を動的に変化させて立体像Sを表示する。これにより、観察者26の位置が変化する場合であっても、観察者26から見たときに立体像Sの裏側が透けて見えない表示態様を実現できる。
(第2実施形態)
図10は、第2実施形態に係る表示装置60の構成を模式的に示す図である。第2実施形態では、複数のスクリーン62のそれぞれが画素構造を有する点で、第1実施形態と相違する。以下、第2実施形態について、上述の第1実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。
図10は、第2実施形態に係る表示装置60の構成を模式的に示す図である。第2実施形態では、複数のスクリーン62のそれぞれが画素構造を有する点で、第1実施形態と相違する。以下、第2実施形態について、上述の第1実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。
表示装置60は、表示体12と、照射部14と、センサ16と、制御部18とを備える。照射部14、センサ16および制御部18は、第1実施形態と同様に構成されてもよい。
表示体12は、z方向に積層される複数のスクリーン62を備える。スクリーン62は、面内方向(x方向およびy方向)に配列される複数の画素64を含む。スクリーン62は、画素64ごとに透過状態と拡散状態を切り替え可能となるよう構成される。スクリーン62は、一部の画素64を選択的に拡散状態に切り替え可能となるよう構成される。
第2実施形態によれば、スクリーン62が画素構造を有することにより、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容に対応する一部の画素64を選択的に拡散状態にすれば、画像表示光24の表示内容をスクリーン62に表示できる。第2実施形態によれば、複数のスクリーン62のうち二以上のスクリーン62に同時に画像表示光24を照射し、二以上のスクリーン62に同時に画像表示光24の表示内容を表示できる。二以上のスクリーン62のそれぞれは、画像表示光24の照射方向に重ならない位置にある少なくとも一つの画素64が同時に拡散状態となる。
図11(a)~(c)は、第2実施形態に係る表示方法を模式的に示す図であり、二以上のスクリーン62a,62dの画素66a,66dを同時に拡散状態とする場合を示す。
図11(a)は、図6の第1平面56aに対応する第1スクリーン62aの制御例を示す。第1スクリーン62aでは、第1断面部分46aと重なる画素66aが拡散状態となり、第1断面部分46aと重ならない画素68aが透過状態となる。図11(b)は、図6の第4平面56dに対応する第4スクリーン62dの制御例を示す。第4スクリーン62dでは、第4断面部分46dと重なる画素66dが拡散状態となり、第4断面部分46dと重ならない画素68dが透過状態となる。
このとき、第1スクリーン62aにおいて拡散状態となる画素66aは、第4スクリーン62dにおいて拡散状態となる画素66dと積層方向(z方向)に重ならない。つまり、第1スクリーン62aの拡散状態の画素66aは、第4スクリーン62dの透過状態の画素68dと積層方向(z方向)に重なる。同様に、第4スクリーン62dの拡散状態の画素66dは、第1スクリーン62aの透過状態の画素68aと積層方向(z方向)に重なる。
図11(c)は、第1スクリーン62aおよび第4スクリーン62dに照射される画像表示光24の表示内容を示す。図11(c)の表示内容は、第1スクリーン62aに表示すべき第1断面部分46aと、第4スクリーン62dに表示すべき第4断面部分46dとを重畳した画像となる。第1断面部分46aは、第1スクリーン62aの拡散状態の画素66aに表示される。第4断面部分46dは、第1スクリーン62aの透過状態の画素68aを透過し、第4スクリーン62dの拡散状態の画素66dに表示される。
図11(a)~(c)に示す例では、図6の第1断面部分46aと第4断面部分46dを同時に表示する場合を示している。同様の制御により、図6の第2断面部分46bと第5断面部分46eを同時に表示することが可能であり、図6の第3断面部分46cと第6断面部分46fを同時に表示することが可能である。このようにして複数のスクリーン62の二以上のスクリーン62に同時に表示することにより、複数のスクリーン62の全ての表示にかかる時間を短縮でき、立体像Sの表示を更新するフレームレートを高めることができる。例えば、同時に二つのスクリーン62に表示することにより、立体像Sの表示を更新するフレームレートを2倍にできる。
第2実施形態において、表示データ生成部34は、スクリーン62の複数の画素64の状態を制御するための画素パターンデータを生成する。画素パターンデータは、複数の画素64のいずれを拡散状態とし、いずれを透過状態とするかを定める。例えば、第1スクリーン62aについて、図11(a)に示される拡散状態の画素66aと透過状態の画素68aを定める画素パターンデータが生成される。画素パターンデータは、第1実施形態にて説明した断面画像データを用いて生成できる。画素パターンデータは、例えば、断面画像データにおいて表示部分46がある箇所の画素を拡散状態とし、表示部分46がない箇所の画素を拡散状態とするように定めることができる。
表示データ生成部34は、複数のスクリーン62に対応する複数の画素パターンデータのうち、拡散状態の画素が互いに重ならない二以上の画素パターンデータの組み合わせを決定する。表示データ生成部34は、例えば、図11(a)の第1スクリーン62aの画素パターンデータと、図11(b)の第4スクリーン62dの画素パターンデータとの組み合わせを決定する。表示データ生成部34は、画素パターンデータの組み合わせの数が最小となるように組み合わせを決定してもよい。この場合、複数のスクリーン62の全ての表示にかかる時間をより短縮できる。表示データ生成部34は、一つの組み合わせに三以上の画素パターンデータを含めてもよい。また、拡散状態の画素が互いに重ならない組み合わせが見つからない画素パターンデータについては、別の画素パターンデータと組み合わせずに単独のままとしてもよい。
表示データ生成部34は、画素パターンデータの組み合わせに基づいて、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を制御するための表示画像データを生成する。表示データ生成部34は、画素パターンデータの組み合わせに対応する複数の断面画像データを重畳することにより表示画像データを生成する。表示データ生成部34は、例えば、図11(a)の第1スクリーン62aの画素パターンデータと、図11(b)の第4スクリーン62dの画素パターンデータの組み合わせに基づいて、図11(c)の表示内容に対応する表示画像データを生成する。図11(c)に対応する表示画像データは、第1スクリーン62aの表示内容に対する第1断面画像データと、第4スクリーン62dの表示内容に対応する第4断面画像データとを重畳することにより生成される。
スクリーン制御部36は、画素パターンデータの組み合わせに基づいて、複数のスクリーン62の複数の画素64の透過状態と拡散状態の切り替えを制御する。スクリーン制御部36は、一つの組み合わせに二以上の画素パターンデータが含まれる場合、対応する二以上のスクリーン62のそれぞれに含まれる少なくとも一つの画素64を画素パターンデータに基づいて拡散状態に切り替える。スクリーン制御部36は、画素パターンデータの組み合わせを順番に切り替えることにより、複数のスクリーン62のそれぞれの画素パターンを時分割で制御する。
照射制御部38は、スクリーン制御部36の動作と同期して画像表示光24の表示内容を切り替える。照射制御部38は、画素パターンデータの組み合わせに対応して生成された表示画像データを用いて、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を制御する。照射制御部38は、表示画像データを順番に切り替えることにより、複数のスクリーン62のそれぞれの表示内容を時分割で制御する。
図12は、第2実施形態に係る表示方法の一例を示すフローチャートである。三次元データ取得部30は、外部装置20から三次元データを取得する(S30)。観察者位置特定部32は、センサ16を用いて表示体12に対する観察者26の位置を検出する(S32)。表示データ生成部34は、検出した観察者26の位置から三次元データの表示部分46と非表示部分48を特定し(S34)、特定した表示部分46を表示するための複数の断面画像データを生成する(S36)。
表示データ生成部34は、複数の断面画像データを用いて複数のスクリーン62の複数の画素64の拡散状態と透過状態を定める複数の画素パターンデータを生成する(S38)。表示データ生成部34は、複数の画素パターンデータのうち、拡散状態の画素が互いに重ならない画素パターンデータの組み合わせを決定する(S40)。表示データ生成部34は、画素パターンデータの組み合わせに対応する二以上の断面画像データを重畳して表示画像データを生成する(S42)。
スクリーン制御部36は、表示データ生成部34が生成した画像パターンデータの組み合わせを用いて、複数のスクリーン62の複数の画素64の透過状態と拡散状態を切り替える(S44)。照射制御部38は、表示データ生成部34が生成した複数の表示画像データを用いて照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を切り替える(S46)。
制御部18は、スクリーン制御部36による複数のスクリーン62の複数の画素64の状態の切り替え(S44)と、照射制御部38による画像表示光24の表示内容の切り替え(S46)とを同期して制御することにより、観察者26から見て立体像Sの裏側が透けて見えない立体像Sを表示する。このとき、二以上の画素パターンデータを組み合わせることにより、二以上のスクリーン62に同時に画像表示光24を照射することができ、複数のスクリーン62の全てに画像表示光24を照射して立体像Sを表示するのにかかる時間を短縮できる。
(第3実施形態)
図13は、第3実施形態に係る表示装置70の構成を模式的に示す図である。以下、第3実施形態について、上述の第2実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。
図13は、第3実施形態に係る表示装置70の構成を模式的に示す図である。以下、第3実施形態について、上述の第2実施形態との相違点を中心に説明し、共通点については説明を適宜省略する。
表示装置70は、表示体12と、照射部14と、センサ16と、制御部18とを備える。表示体12は、第2実施形態と同様、画素構造を有する複数のスクリーン62を備える。照射部14、センサ16および制御部18は、第1実施形態と同様に構成されてもよい。
センサ16は、複数の観察者26,76の位置を検出する。センサ16は、例えば、第1観察者26の視点位置26aおよび視線方向26bを検出するとともに、第2観察者76の視点位置76aおよび視線方向76bを検出するよう構成される。図13に示される例では、2人の観察者が同時に検出されているが、3人以上の観察者が同時に検出されてもよい。
第3実施形態では、表示体12の周囲に存在する複数の観察者26,76に対して、立体像Sの裏側が透けて見えにくい表示態様を実現する。第3実施形態において、第1観察者26から見たときの立体像Sの裏側に相当する部分を非表示にすると、第2観察者76から見たときの立体像Sの表側に相当する部分が非表示となり、第2観察者76に対して適切な立体像Sを表示できなくなる。したがって、第3実施形態では、立体像Sの裏側が透けて見えない表示態様を実現するために、立体像Sの一部を非表示にすることは不適切となりうる。第3実施形態では、スクリーン62の拡散状態の画素を用いて、複数の観察者26,76から見て立体像Sの裏側に相当する部分からの光を遮蔽することにより、立体像Sの裏側が透けて見えにくい表示態様を実現する。
図14は、第3実施形態に係る表示方法を模式的に示す断面図である。図14は、第1スクリーン62aを拡散状態とし、第1スクリーン62aに画像表示光24を照射している状況を示す。第1スクリーン62aには、立体像Sの輪郭部分となる第1表示部分80および第2表示部分82が表示されている。第1表示部分80は、第1観察者26から見て立体像Sの表側となる部分であり、第2観察者76から見て立体像Sの裏側となる部分である。第2表示部分82は、第1観察者26から見て立体像Sの裏側となる部分であり、第2観察者76から見て立体像Sの表側となる部分である。
図14において、複数のスクリーン62a~62fは、第1観察者26が第1表示部分80を視認可能となるように、第1表示部分80から第1観察者26に向かう第1直線84上の画素が透過状態となるように制御される。例えば、第1直線84と第2スクリーン62bの交点に位置する画素94は、透過状態に制御される。同様に、第2観察者76が第2表示部分82を視認可能となるように、第2表示部分82から第2観察者76に向かう第2直線86上の画素が透過状態となるように制御される。例えば、第2直線86と第2スクリーン62bの交点に位置する画素96は、透過状態に制御される。
図14において、複数のスクリーン62a~62fは、第1観察者26が第2表示部分82を視認困難となるように、第2表示部分82から第1観察者26に向かう第3直線88上の少なくとも一つの画素が拡散状態となるように制御される。例えば、第3直線88と第3スクリーン62cの交点に位置する画素98は、拡散状態に制御される。同様に、第2観察者76が第1表示部分80を視認困難となるように、第1表示部分80から第2観察者76に向かう第4直線90上の少なくとも一つの画素が拡散状態となるように制御される。例えば、第4直線90と第3スクリーン62cの交点に位置する画素100は、拡散状態に制御される。なお、第3直線88および第4直線90と第2スクリーン62bの交点に位置する画素92を拡散状態に制御してもよい。拡散状態の画素による遮蔽性を高めるため、第3直線88上の複数の画素92,98を同時に拡散状態にしてもよいし、第4直線90上の複数の画素92,100を同時に拡散状態にしてもよい。
第3実施形態において、表示データ生成部34は、複数の観察者26,76に対応する複数の表示部分80,82を特定する。表示データ生成部34は、例えば、第1観察者26から見て表示すべき部分を第1表示部分80に特定し、第2観察者76から見て表示すべき部分を第2表示部分82に特定する。表示データ生成部34は、複数の表示部分80,82のうち複数の観察者26,76に対して遮蔽すべき部分を特定する。例えば、第1表示部分80ではない表示部分(例えば第2表示部分82)を第1観察者26に対して遮蔽すべき第1遮蔽部分に特定し、第2表示部分82ではない表示部分(例えば第1表示部分80)を第2観察者76に対して遮蔽すべき第2遮蔽部分に特定する。
表示データ生成部34は、複数のスクリーン62のそれぞれについて、複数の表示部分80,82を表示するための断面画像データを生成する。表示データ生成部34は、一つのスクリーン62に断面画像データに基づく画像表示光24が照射されるときに、残りのスクリーン62の複数の画素64の透過状態と拡散状態を定める画素パターンデータを生成する。例えば、第1スクリーン62aに第1断面画像データに基づく画像表示光24が照射されるときに用いられる画素パターンデータとして、第1スクリーン62aとは異なるスクリーン(例えば第2スクリーン62bおよび第3スクリーン62c)の画素パターンデータが生成される。第1スクリーン62aとは異なるスクリーンの画素パターンデータは、表示部分80,82から対応する観察者26,76に向けて延びる直線上の画素が透過状態となり、遮蔽部分82,80から対応する観察者26,76に向けて延びる直線上の画素の少なくとも一つが拡散状態となるように定められる。例えば、第1表示部分80から第1観察者26に向けて延びる直線上の画素が透過状態となり、第2表示部分82から第2観察者76に向けて延びる直線上の画素が透過状態となり、第1遮蔽部分82から第1観察者26に向けて延びる直線上の少なくとも一つの画素が拡散状態となり、第2遮蔽部分80から第2観察者76に向けて延びる直線上の少なくとも一つの画素が拡散状態となる。
スクリーン制御部36は、画素パターンデータに基づいて複数のスクリーン62の複数の画素64の透過状態と拡散状態の切り替えを制御する。スクリーン制御部36は、例えば、画像表示光24の照射対象となるスクリーン62の全ての画素64を拡散状態とし、照射対象とは異なるスクリーン62の複数の画素64の透過状態と拡散状態を画素パターンデータに基づいて制御する。例えば、第1スクリーン62aに画像表示光24の表示内容を表示する場合、第1スクリーン62aとは異なるスクリーン62b~62fの少なくとも一部の画素64が画素パターンデータに基づいて拡散状態に制御される。また、第2スクリーン62bに画像表示光24の表示内容を表示する場合、第2スクリーン62bとは異なるスクリーン62a,62c~62fの少なくとも一部の画素64が画素パターンデータに基づいて拡散状態に制御される。
照射制御部38は、スクリーン制御部36の動作と同期して画像表示光24の表示内容を切り替える。照射制御部38は、生成した断面画像データを用いて、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を制御する。照射制御部38は、断面画像データを順番に切り替えることにより、複数のスクリーン62のそれぞれの表示内容を時分割で制御する。
第3実施形態によれば、複数の観察者26,76のそれぞれから見て立体像Sの裏側となる部分からの光を拡散状態の画素を用いて遮蔽または散乱させることにより、立体像Sの裏側が透けて見えにくい表示態様を実現できる。
図15は、第3実施形態に係る表示方法の一例を示すフローチャートである。三次元データ取得部30は、外部装置20から三次元データを取得する(S50)。観察者位置特定部32は、センサ16を用いて表示体12に対する複数の観察者26,76の位置を検出する(S52)。表示データ生成部34は、検出した複数の観察者26,76の位置から三次元データの表示部分80,82と遮蔽部分82,80を特定し(S54)、特定した表示部分80,82を表示するための複数の断面画像データを生成する(S56)。表示データ生成部34は、特定した表示部分80,82から対応する観察者26,76に向かう光を透過させ、特定した遮蔽部分82,80から対応する観察者26,76に向かう光を遮蔽するための画素パターンデータを生成する(S58)。スクリーン制御部36は、表示データ生成部34が生成した画素パターンデータを用いて複数のスクリーン62の複数の画素64の透過状態と拡散状態を切り替える(S60)。照射制御部38は、照射部14から照射される画像表示光24の表示内容を表示データ生成部34が生成した表示画像データを用いて切り替える(S62)。制御部18は、スクリーン制御部36による複数のスクリーン62の複数の画素64の状態の切り替え(S60)と、照射制御部38による画像表示光24の表示内容の切り替え(S62)とを同期して制御する。これにより、複数の観察者26,76から見て立体像Sの裏側が透けて見えにくい表示態様となる立体像Sを表示できる。
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各表示例に示す構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。
10,60,70…表示装置、12…表示体、14…照射部、16…センサ、18…制御部、22,62…スクリーン、24…画像表示光、26…観察者、30…三次元データ取得部、32…観察者位置特定部、34…表示データ生成部、36…スクリーン制御部、38…照射制御部、46…表示部分、48…非表示部分、64…画素。
Claims (7)
- 光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能な複数のスクリーンを積層させた表示体と、
前記表示体に向けて画像表示光を照射する照射部と、
前記表示体に対する観察者の位置を検出するセンサと、
前記センサによって検出される観察者の位置に応じて、前記複数のスクリーンのそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、前記照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する制御部と、を備える表示装置。 - 複数のスクリーンを積層させた表示体であって、前記複数のスクリーンのそれぞれが面内方向に配列された複数の画素を含み、前記複数の画素が画素ごとに透過状態と拡散状態とを切り替え可能である表示体と、
前記表示体に向けて画像表示光を照射する照射部と、
前記表示体に対する観察者の位置を検出するセンサと、
前記センサによって検出される観察者の位置に応じて、前記複数のスクリーンの前記複数の画素のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、前記照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する制御部と、を備える表示装置。 - 前記制御部は、前記センサによって検出される観察者の位置および前記照射部から照射される画像表示光の表示内容の少なくとも一方に応じて、前記複数のスクリーンのうちの二以上のスクリーンのそれぞれに含まれる少なくとも一つの画素を同時に拡散状態にする、請求項2に記載の表示装置。
- 光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能な複数のスクリーンを積層させた表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出するステップと、
前記センサによって検出される観察者の位置に応じて、前記複数のスクリーンのそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、前記表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御するステップと、を備える表示方法。 - 複数のスクリーンを積層させた表示体であって、前記複数のスクリーンのそれぞれが面内方向に配列された複数の画素を含み、前記複数の画素が画素ごとに透過状態と拡散状態とを切り替え可能である表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出するステップと、
前記センサによって検出される観察者の位置に応じて、前記複数のスクリーンの前記複数の画素のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、前記表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御するステップと、を備える表示方法。 - 光を透過させる透過状態と、光を拡散させる拡散状態とを切り替え可能な複数のスクリーンを積層させた表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出する機能と、
前記センサによって検出される観察者の位置に応じて、前記複数のスクリーンのそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、前記表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する機能と、をコンピュータに実行させるよう構成されるプログラム。 - 複数のスクリーンを積層させた表示体であって、前記複数のスクリーンのそれぞれが面内方向に配列された複数の画素を含み、前記複数の画素が画素ごとに透過状態と拡散状態とを切り替え可能である表示体に対する観察者の位置をセンサを用いて検出する機能と、
前記センサによって検出される観察者の位置に応じて、前記複数のスクリーンの前記複数の画素のそれぞれの透過状態と拡散状態の切り替えと、前記表示体に向けて照射部から照射される画像表示光の表示内容の切り替えとを同期して制御する機能と、をコンピュータに実行させるよう構成されるプログラム。
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