JP2017107133A - 表示装置、電子機器、画像処理装置および画像処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】三次元動画像を表示する三次元表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、複数の画素を有し、複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部と、第1の方向から表示部を見て表示部が形成した像が見えない部分に像を形成する表示画像データを、第2の方向から表示部を観察するときに表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】表示装置は、複数の画素を有し、複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部と、第1の方向から表示部を見て表示部が形成した像が見えない部分に像を形成する表示画像データを、第2の方向から表示部を観察するときに表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、表示装置、電子機器、画像処理装置および画像処理プログラムに関する。
立体像を表示する表示装置が知られている(たとえば特許文献1)。表示装置の正面以外の方向から観察すると立体像の一部が欠落する場合があるという問題が知られている。
請求項1に記載の表示装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部と、第1の方向から前記表示部を見て前記表示部が形成した像が見えない部分に前記像を形成する表示画像データを、第2の方向から前記表示部を観察するときに前記表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
請求項4に記載の表示装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部と、表示画像用データにより前記画素を制御して、所定の物体が移動または変形する三次元動画像を前記表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
請求項13に記載の電子機器は、請求項1〜12のいずれか一項に記載の表示装置を備える。
請求項14に記載の画像処理装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部を備える表示装置に表示する表示画像用データを生成する画像処理装置であって、所定の物体の画像データを入力する入力部と、前記入力部から入力された前記所定の物体の画像データを、前記所定の物体が移動または変形する三次元動画像の表示画像用データに変換する変換部と、を備える。
請求項15に記載の画像処理プログラムは、複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部を備える表示装置に表示する表示画像用データを生成する画像処理プログラムであって、所定の物体の画像データの入力と、入力された前記所定の物体の画像データの、前記所定の物体が移動または変形する三次元動画像の表示画像用データへの変換と、をコンピュータに実行させる。
請求項4に記載の表示装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部と、表示画像用データにより前記画素を制御して、所定の物体が移動または変形する三次元動画像を前記表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
請求項13に記載の電子機器は、請求項1〜12のいずれか一項に記載の表示装置を備える。
請求項14に記載の画像処理装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部を備える表示装置に表示する表示画像用データを生成する画像処理装置であって、所定の物体の画像データを入力する入力部と、前記入力部から入力された前記所定の物体の画像データを、前記所定の物体が移動または変形する三次元動画像の表示画像用データに変換する変換部と、を備える。
請求項15に記載の画像処理プログラムは、複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部を備える表示装置に表示する表示画像用データを生成する画像処理プログラムであって、所定の物体の画像データの入力と、入力された前記所定の物体の画像データの、前記所定の物体が移動または変形する三次元動画像の表示画像用データへの変換と、をコンピュータに実行させる。
本実施の形態の三次元画像表示装置は、画像を表示するためのモニタを有するパーソナルコンピュータ等により構成される。この三次元表示装置では、公知のプレンオプティックカメラ(Plenoptics Camera)またはライトフィールドカメラ(Light Field Camera)等によって生成された三次元情報を有する画像データに対応する画像や、公知の三次元モデルデータに対応する画像が三次元画像として観察可能に表示される。さらに、文字等の二次元情報に対応する画像データに対応する画像は、空中に二次元状に観察可能に表示される。以下、詳細に説明する。
図1は、実施の形態による三次元表示装置100の要部構成を説明するブロック図である。三次元表示装置100は、制御回路101、HDD102、モニタ104、メモリ105、入力部材106、メモリカードインタフェース107、外部インタフェース108、および検出部110を備える。
入力部材106は、ユーザによって操作されるスイッチやボタンを有するキーボードや、マウス等の操作部材である。入力部材106は、モニタ104に表示されたメニュー画面からユーザが所望するメニューや設定を選択し、選択したメニューや設定を実行させる際にユーザにより操作される。
検出部110は、ユーザから観察可能に表示された操作用の指標(操作のための画像)(例えばプッシュボタン等)へのユーザによる操作を検出する。検出部110は、ユーザが操作用の指標に対して行った操作の位置(所定平面上の位置)を示す検出信号を制御回路101へ出力する。検出部110としては、例えば、ユーザの操作に応じてモニタ104の上面の静電容量の変化を検出する静電容量パネルや、モニタ104の上部を撮影することによりユーザの操作位置を検出する撮像装置等を用いることができる。
HDD102には、たとえばデジタルカメラで撮影した動画や静止画に対応する画像ファイルなどが記録されている。外部インタフェース108は、たとえばUSBインタフェースケーブルや無線伝送路を介してデジタルカメラ等の外部機器とデータ通信を行う。三次元表示装置100は、メモリカードインタフェース107や外部インタフェース108を介してメモリカード207aや外部機器から画像ファイルなどを入力する。入力された画像ファイルは、制御回路101により制御されてHDD102に記録される。デジタルカメラで生成された画像ファイルは、制御回路101によりHDD102に記録される。HDD102には、制御回路101で実行される各種のプログラム等が記録される。
制御回路101は、三次元表示装置100の制御を行うマイクロコンピュータであり、CPUやROMその他周辺回路により構成される。制御回路101は、三次元入力部101aと、二次元入力部101bと、表示用データ変換部101dと、表示制御部101eと、実行部101fとを機能として備える。三次元入力部101aは、たとえばHDD102に記録されている三次元情報を有する画像データ(三次元画像データ)を読み出す。三次元画像データに対応する画像は、後述するモニタ104上に奥行を持った立体像として表示される。
二次元入力部101bは、たとえばHDD102に記録されている二次元の画像データ(二次元画像データ)を読み出す。二次元画像データは、たとえば文字や、各種の操作入力を行うためのコマンドボタンやコマンドボタン上の文字等の操作用指標や、ウインドウ枠等の二次元情報を有する画像に対応する画像データである。表示用データ変換部101dは、三次元画像データおよび二次元画像データを表示画像用データに変換する。この場合、表示用データ変換部101dは、三次元画像データや二次元画像データを複数の部分画像データに分割することにより表示画像用データに変換する。
表示制御部101eは、表示用データ変換部101dにより変換された表示画像用データである複数の部分画像データに基づいて、後述するモニタ104が備える表示画素を制御する。これにより、モニタ104の上部に三次元画像データに対応する立体像が表示されるとともに、二次元画像データに対応する二次元画像がモニタ104から所定の距離の位置に表示される。
実行部101fは、検出部110から入力した検出信号に基づいて、ユーザが操作した位置に表示された操作用の指標に対応する処理を実行する。例えば、三次元表示装置100が自動券売機であれば実行部101fは発券のための処理を実行し、車載ナビゲーション装置であれば実行部101fは経路検索等の処理を実行する。この結果、ユーザは、操作用指標を操作することにより、所望する処理を三次元表示装置100に実行させることができる。
なお、表示制御部101eは、立体像と二次元画像とをモニタ104に表示させるものに限定されず、立体像と二次元画像とうちの一方をモニタ104に表示させるものであっても良い。なお、三次元入力部101aと、二次元入力部101bと、表示用データ変換部101dと、表示制御部101eとの詳細については、説明を後述する。また、本明細書においては、立体像と、二次元画像とを総称して三次元画像と呼ぶ。
メモリ105は制御回路101のワーキングメモリであり、たとえばSDRAMにより構成される。モニタ104は、たとえば液晶モニタである。モニタ104は、表示画像用データに対応する画像、各種設定を行うためのメニュー画面などを表示する。
図2を参照して、モニタ104について説明する。なお、図2においては、モニタ104の表示面の水平方向をx軸、鉛直方向をy軸とし、xy平面(モニタ104の表示面)に垂直な方向をz軸として座標系を設定する。図2(a)は、モニタ104をz軸方向ユーザ側から見た場合のモニタ104の斜視図であり、図2(b)は図2(a)を一部拡大して示す図であり、図2(c)はz軸方向におけるモニタ104の断面を模式的に示す図である。
図2(a)、(b)に示すように、モニタ104は、表示器201と、表示用マイクロレンズアレイ202とを備える。表示器201は、たとえばバックライトを有する液晶表示器や有機EL表示器等により構成され、二次元状に配置された複数の表示画素群210を有する。これら複数の表示画素群210のそれぞれは、二次元状に配置された複数の表示画素211を有する。なお、本実施の形態においては、1個の表示画素群210には、16×16個の表示画素211が含まれるものとする。ただし、図2においては、図示の都合上、表示画素211の個数を実際よりも少なく描いている。表示画素211は、上述した表示制御部101eにより制御されて、表示画像用データに対応して発光する。
表示用マイクロレンズアレイ202は、二次元状に配列された複数の表示用マイクロレンズ220により構成される。図2(b)に示すように、各表示用マイクロレンズ220は、複数の表示画素群210に対応した配置パターンで配置されている。また、図2(c)に示すように、表示用マイクロレンズアレイ202はz軸方向ユーザ側に、表示用マイクロレンズ220の焦点距離fだけ表示画素211から離れた位置に配置される。各表示用マイクロレンズ220は、画像データに応じて表示画素211からの光をz軸方向ユーザ側の所定の像面に投影する。なお、表示用マイクロレンズ220のF値は1〜3であることが好ましい。表示用マイクロレンズ220のF値を1〜3にすることで、図1のようなユーザの操作を受け付ける三次元画像表示装置の視野角がユーザが三次元画像を観察するために最適な値となる。
次に、モニタ104による三次元画像の表示原理について、立体像の場合と二次元画像の場合とに分けて説明する。
<立体像の表示原理について>
モニタ104の表示原理はプレンオプティクスの原理を逆にしたものである。まず、図3を用いて、プレンオプティクスの原理について簡単に説明する。
<立体像の表示原理について>
モニタ104の表示原理はプレンオプティクスの原理を逆にしたものである。まず、図3を用いて、プレンオプティクスの原理について簡単に説明する。
図3は、表示画素211と、表示用マイクロレンズアレイ202と、表示される光点LPとの関係を示した図である。上述したように、表示用マイクロレンズアレイ202は、表示画素211から、表示用マイクロレンズ220の焦点距離fだけz軸方向に離れた位置に設けられている。なお、図3においては、光点LPは、表示用マイクロレンズアレイ202からz軸方向ユーザ側に距離4fだけ離れた位置にあるものとする。
光点LPから表示画素211に向かって光束LFを辿った場合がプレンオプティクスである。光点LPからの光束LFは、複数個の表示用マイクロレンズ220を通過して、表示用マイクロレンズ220から4f/3の位置で焦点を結ぶ。しかし、表示用マイクロレンズ220は表示画素211からz軸方向に距離fだけ離れた位置に配置されているので、各表示用マイクロレンズ220を通過した光束LFは、入射した表示用マイクロレンズ220のそれぞれに対応する表示画素211で広がりを持った像となる。以後、この広がりを持った像を光断面と呼び、光断面の形状をパターンPtと呼ぶ。
図4に、上記のパターンPtを二次元的に展開した場合を示す。なお、図4においては、図示の都合上、表示用マイクロレンズ220の配列を正方として描く。すなわち、プレンオプティクスの原理によれば、図3に示す光点LPの光強度(輝度)が、図4に示すパターンPtに分配されることになる。図4においては、パターンPtを斜線を付して示す。
モニタ104では、上述したプレンオプティクスの原理を逆にすることによって、すなわち表示画素211から輻射される光束を、表示用マイクロレンズ220を介して投影することにより奥行きを有する立体像が表示される。具体的には、図4に示すパターンPtが、表示器201を構成する表示画素211上に割り当てられる。このとき、図3を用いて説明した場合とは逆に、表示画素211に割り当てられたパターンPtは表示用マイクロレンズ220によって投影されて光点LPに点像を形成する。各パターンPtに含まれる表示画素211から輻射される多方向に進む光束には、その中に光点LPに集光する方向の光束、すなわち上述した入射光束LFの表示画素211への入射角度と同一の角度で輻射する光束が含まれるからである。このため、表示用マイクロレンズアレイ202からz軸方向に距離4fだけ離れた位置に立体像が形成される。
図5を用いて、いくつ、あるいは、どの表示用マイクロレンズ220といずれのパターンPtとが対応するかについて、光点LPからの光束LFの広がりを表示用マイクロレンズ220上に投影することにより説明する。なお、図5では、光点LPから広がる光束LFは、光点LPのz軸方向の位置が表示用マイクロレンズ220の焦点距離fの場合と、その二倍の距離2fの場合とについて示している。図5においては、光点LPのz軸方向の位置が距離fの場合の光束LFの広がり(領域)r1を破線で示し、距離2fの場合の領域r2を一点鎖線で示す。光点LPが表示用マイクロレンズ220の焦点距離fの位置にあると、光束LFの領域r1は表示用マイクロレンズ220で規定されているので、光束LFは1個の表示用マイクロレンズ220内に入射する。以上により、1個の光点LPに対応する表示用マイクロレンズ220が決まる。
光点LPのz軸方向の位置が表示用マイクロレンズ220の焦点距離fのときは、光束LFはその表示用マイクロレンズ220の直下の領域全体に円形開口の光として広がる。このため、正方領域に内接する円の内部に含まれるすべての表示画素211が発光すると、パターンPtが投影されて光点LPで空中に点像が形成される。光点LPのz軸方向の位置の絶対値が焦点距離fより小さい場合には、光束LFは表示用マイクロレンズ220の直下の領域内で収束せずに広がる。しかし、光点LPから広がる光束LFの角度は表示用マイクロレンズ220のF値で開口の最大(Fの最小)が規定されるので、入射する光束LFは広がり角の制限を受け、パターンPtは被覆領域にとどまる。
ここで光点LPのz軸方向の位置が距離2fにある場合について説明する。図6に、この場合に関係する表示用マイクロレンズ220を示す。図6(a)に示すように、関係する表示用マイクロレンズ220は自身、すなわち光点LPとz軸方向について同軸上に配置された表示用マイクロレンズ220(以後、基点マイクロレンズ220a)とそれに隣接する8個の表示用マイクロレンズ220である。表示用マイクロレンズ220による開口の制限を考えるとき、図6(a)において斜線で示す被覆領域のなかにパターンPtが存在することになる。この場合、各表示用マイクロレンズ220に対応するパターンPtは、図6(b)の斜線で示す領域となる。
図6(b)に示すように、ひとつの基点マイクロレンズ220aの被覆領域が分割され、隣接する表示用マイクロレンズ220に配分されている。分割され配分された被覆領域(部分領域)を積算した場合の全領域は、ひとつの表示用マイクロレンズ220の開口領域になる。そのため、どのような位置の光点LPでもパターンPtの全領域の大きさは同じになるので、部分領域を積算して全領域を算出する場合には、それぞれの部分領域が所属する表示用マイクロレンズ220が決まればよいことになる。
図5において、光点LPのz軸方向の位置と、倍率つまり基点マイクロレンズ220aに隣接する表示用マイクロレンズ220との個数と関係について示したが、これを仮想的な開口領域に適用する。たとえば、倍率で縮小した表示用マイクロレンズ220の配列で開口領域を分割し、これで定義された表示用マイクロレンズ220の中の同じ位置に開口領域の断片を配するという方法をとる。開口領域に外接する正方形を倍率2で縮小し、表示用マイクロレンズ220の配列で開口領域を分割(領域分割)した場合を例に説明する。
図7は、上記の領域分割を基点マイクロレンズ220aに展開した場合のパターンPtを示している。同様の領域分割を倍率に応じて行うと、倍率、すなわち光点LPに対するパターンPtが得られる。具体的には、表示用マイクロレンズ220の径(マイクロレンズの一辺の大きさ)をgとするとき、g/m幅の格子で開口領域が分割される。倍率は、光点LPの高さ(位置)yとマイクロレンズの焦点距離fとの比m=y/fで表すことができる。比mには負の符号も存在する。比mの符合が負の場合には、表示用マイクロレンズ220より表示画素211側に光点LPがあるものとする。
表示用マイクロレンズ220による被覆領域と表示用マイクロレンズ220の個数との積は、ほぼ表示画素群210に含まれる表示画素211の全画素数に等しくなる。このため、1個の表示用マイクロレンズ220内で偏心した複数の点のそれぞれに対応する光点LPを形成することは、表示画素211に再現されたパターンPtを重畳して投影することに等しい。すなわち、各偏心した光点LPからの光束LFが重畳して表示画素211上に存在している。ただし、倍率が1倍のときには、この演算は、単なる内挿作業になって、分解能向上には実質的に寄与しない。これは、表示用マイクロレンズ220頂点近辺に結像すれば、光学的に奥行き方向の情報が失われることを示している。
図8は、基点マイクロレンズ220aの中心位置に対して左に偏心した光点LPについての分割領域を表したものある。基点マイクロレンズ220a(レンズ径をgとする)の中心から図8の左方向へpだけ偏心して、光点LPの高さ(位置)が2fの場合について説明する。なお、図8においては、点O1は偏心した光点LP、点O2は表示用マイクロレンズ220の中心位置を示す。この場合、図7に示す表示用マイクロレンズ220を図中の右方向へpだけずらし、開口領域を分割すれば、図8に示す場合の分割領域が得られる。
表示用マイクロレンズ220を16個に分割するとすれば、中心位置の座標を(0,0)として、x軸y軸に対して、それぞれ−g/2、−g/4、0、g/4、g/2の位置のパターンとそれによる分割領域および、全領域の積算をおこなえば、ひとつのマイクロレンズ120に対して16点の光点群を得ることができる。
<二次元画像の表示原理>
文字や操作用指標等の二次元画像をモニタ104からz軸方向の所定位置に空中像として二次元表示させる場合の原理について説明する。この場合、図9に示すように、表示用マイクロレンズ220に対応する表示画素群210のそれぞれについて、16×16個の表示画素211を4×4個の合成表示画素212に纏めた系を考える。この合成表示画素212を1つの画素とみなして、二次元表示させる二次元画像データのパターンPtが割り当てられる。
文字や操作用指標等の二次元画像をモニタ104からz軸方向の所定位置に空中像として二次元表示させる場合の原理について説明する。この場合、図9に示すように、表示用マイクロレンズ220に対応する表示画素群210のそれぞれについて、16×16個の表示画素211を4×4個の合成表示画素212に纏めた系を考える。この合成表示画素212を1つの画素とみなして、二次元表示させる二次元画像データのパターンPtが割り当てられる。
図10は、二次元表示する画像の一例が文字「A」であることを示す。図10に示す文字「A」が表示用マイクロレンズ220からz軸方向に距離4fの位置に二次元表示されるためには、図11に示すようにパターンPtが合成表示画素212に割り当てられる。なお、図11(a)は表示用マイクロレンズ220が正方配列の場合を示し、図11(b)は表示用マイクロレンズ220がハニカム配列の場合を示している。図11に示すようなパターンPtが合成表示画素212に割り当てられることによって、図12に示すように、表示用マイクロレンズ220からz軸方向に距離4fの位置に形成される表示空中像面Sに、文字「A」が空中像として二次元表示される。なお、表示空中像面Sは距離4fの位置に形成されるものに限定されず、表示用マイクロレンズ220の焦点距離f以上の位置、または表示用マイクロレンズ220のレンズ面に形成されるものであってもよい。表示空中像面Sは、ユーザが入力部材106を操作することにより、所望の位置に形成される。
二次元画像が空中像として表示されるためには、二次元画像を構成する各点像、すなわち各光点LPが表示空中像面Sにて合成される必要がある。上述したように、1つの光点LPが形成されるために、1個の表示用マイクロレンズ220による被覆領域に含まれる合成表示画素212、すなわち16個の合成表示画素212に割り当てられたパターンPtの表示用マイクロレンズ220による投影像が合成される。そのため、1個の表示用マイクロレンズ220が16個の光点LPの形成に寄与している場合には、1個の表示用マイクロレンズ220について、表示用マイクロレンズ220による被覆領域内の合成表示画素212の出力の16倍の出力が必要となり、これら全ての出力が合成される必要がある。具体的には、1個の光点LPを形成する各合成表示画素212の大きさが分配されると、隣接する光点LPでは合成表示画素212の出力に加算するようにして出力が分配される。換言すると、1つの光点LPについて16個分の合成表示画素212の出力が重畳されたものとなり、画素出力は最大16倍のダイナミックレンジが必要となる。
三次元表示装置100の制御回路101は、上述した図11に示すようにパターンPtを表示画素211に割り当てることにより、表示用マイクロレンズアレイ202からz軸方向の所定の高さに形成される表示空中面Sに文字等の二次元画像を表示させる。表示空中面Sの二次元画像は、表示用マイクロレンズ220によって合成された各点像である各光点LPが合成されたものである。このため、表示空中面Sの二次元画像の最小分解能は表示用マイクロレンズ220の大きさになる。すなわち、表示空中面Sの二次元画像の解像度は表示用マイクロレンズ220の配列ピッチによって決まる。
表示用データ変換部101dは、二次元画像データを、複数の表示用マイクロレンズ220に応じた部分画像データに分割することにより表示画像用データを生成する。図10に示す例においては、表示用データ変換部101dは、16個の部分画像データに分割する。そして、表示用データ変換部101dは、分割した部分画像データのそれぞれについて表示画像用データを生成する。表示画像用データは、図11に示すようなパターンPtを表す画像データである。表示画像用データが生成されると、表示制御部101eは、表示画像用データが示すパターンPtを合成表示画素212に割り当てる。換言すると、表示制御部101eは、表示画像用データとして分割された各部分画像データに対応する位置に配置された合成表示画素212を発光させる。
三次元画像(すなわち立体像および二次元画像)を同一のモニタ104に表示する場合の三次元表示装置100による処理について説明する。この場合、三次元表示装置100の制御回路101は、たとえばモニタ104に表示される複数のウインドウのうち、あるウインドウは三次元表示させ、他のウインドウ等は二次元表示させる。あるいは、制御回路101は、モニタ104にある画像データに対応する画像を三次元表示させ、画像の枠部分に対応する部分を二次元表示させる。
三次元入力部101aは、モニタ104に立体像として表示させる画像データをHDD102から読み出す。三次元入力部101aから読み出される画像データは、たとえばプレンオプティクスカメラ等によって取得された三次元情報、すなわちパターンPtを表す画像データである。三次元入力部101aから読み出される画像データの別の例は、三次元モデルデータである。二次元入力部101bは、モニタ104に二次元画像として表示させる文字等に対応する二次元画像データをHDD102から読み出す。表示用データ変換部101dは、立体像として表示させるための三次元画像データと、二次元画像データとを三次元表示画像用データに変換する。表示制御部101eは、表示画像用データを示すパターンPtを表示画素211に割り当てて発光させる。これにより、表示制御部101eは、z軸方向に奥行きを有する立体像と、z軸方向の所定の高さに二次元表示された二次元画像とを三次元画像として同一画面、すなわちモニタ104に表示させる。
このとき、立体像として表示するための画像データを生成したプレンオプティックカメラが有するマイクロレンズの中心位置(光軸)と、表示用マイクロレンズ220の中心位置(光軸)とが異なる場合、表示制御部101eは公知の方法を用いて画像データに対して正規化処理を施す。これにより、表示制御部101eは、各パターンPtに対応した光点LPが基点マイクロレンズ220aの中心軸上に位置するように、画像データの位置をxy平面上で移動させる。さらに、表示制御部101eは、各基点マイクロレンズ220aに隣接する表示用マイクロレンズ220に対応するパターンPtを、基点マイクロレンズ220aを中心として点対称の位置に変換することにより表示画像用データを生成する。この処理は、画像データを取得する際のプレンオプティックカメラにおける光の進行方向と、モニタ104における光の進行方向が逆であることから、立体像の奥行き方向(z軸方向)における凹凸と撮影時の奥行き方向の凹凸とを一致させるためのものである。そして、表示制御部101eは、生成した表示画像用データが示すパターンPtを表示画素211に割り当てる。
<表示制御部101eと検出部110との協調動作の説明>
図13(a)は、表示制御部101eにより表示される操作用指標であるプッシュボタン300の斜視図である。図13(b)は、プッシュボタン300の断面図である。プッシュボタン300は、板状の基部320と、基部320に設けられたボタン部310とから成る。ボタン部310は、基部320からユーザ側に張り出している。
図13(a)は、表示制御部101eにより表示される操作用指標であるプッシュボタン300の斜視図である。図13(b)は、プッシュボタン300の断面図である。プッシュボタン300は、板状の基部320と、基部320に設けられたボタン部310とから成る。ボタン部310は、基部320からユーザ側に張り出している。
表示制御部101eは、ユーザから所定距離だけ離れた位置に、プッシュボタン300を表示する。検出部110は、ユーザの手指等によるボタン部310への押下操作を検出する。具体的には、図13(b)に示す面330よりも奥側(表示用マイクロレンズアレイ202側)にユーザの手指等が移動すると、検出部110は、ボタン部310に押下操作が為されたと判断する。
表示制御部101eは、検出部110により押下操作が検出されたことに応じて、プッシュボタン300のボタン部310を奥側(表示用マイクロレンズアレイ202側)に縮める。すなわち表示制御部101eは、ボタン部310を表示用マイクロレンズ220の光軸方向(z方向)に向けて変形させる。
図14は、変形後のボタン部310を模式的に示す断面図である。図14では、ボタン部310の基部320からの高さが、図13(b)よりも低くなっている。
なお、ボタン部310の変形は滑らかに行うことが望ましい。つまり、表示制御部101eは、押下操作に応じてプッシュボタン300の表示態様を図13(b)に示す態様から図14に示す態様に変化させるが、この表示態様の変化は少しずつ行うことが望ましい。換言すると、表示制御部101eは、まずボタン部310の基部320からの高さを、図13(b)からわずかな量だけ減らす。一定時間(例えば30分の1秒)後に、表示制御部101eは、ボタン部310の基部320からの高さを、更にわずかな量だけ減らす。表示制御部101eは、これを繰り返すことにより、最終的にボタン部310の基部320からの高さを、図14に示す高さにする。
HDD102には、ボタン部310の基部320からの高さがさまざまな高さである状態のプッシュボタン300に対応する複数の画像データが記憶されている。表示用データ変換部101dは、これら複数の画像データを、順次表示画像用データに変換する。表示制御部101eは、それら複数の表示画像用データを、モニタ104に順次表示させることにより、ボタン部310をアニメーションさせる。すなわち、表示制御部101eは、プッシュボタン300の1コマ1コマを順次再生することにより、プッシュボタン300が変形する三次元動画像をモニタ104に表示させる。
ユーザは、プッシュボタン300の変化を目視することにより、プッシュボタン300への押下操作が為されたことを確認することができる。つまり、ユーザによる押下操作を、ユーザの視覚へとフィードバックすることができる。
以上で説明した実施の形態による三次元表示装置100によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)表示制御部101eは、表示画素211を制御して、ボタン部310が移動および変形する三次元動画像をモニタ104に表示させる。このようにしたので、インタラクティブに変化する三次元画像をユーザに観察させることができる。
(1)表示制御部101eは、表示画素211を制御して、ボタン部310が移動および変形する三次元動画像をモニタ104に表示させる。このようにしたので、インタラクティブに変化する三次元画像をユーザに観察させることができる。
(2)表示制御部101eは、ボタン部310が複数の表示用マイクロレンズ220の光軸方向(z方向)に移動および変形する三次元動画像を表示させる。このようにしたので、前後方向への変化という、三次元画像特有の動きをユーザに観察させることができる。
(3)検出部110は、モニタ104の表示面から所定の位置に表示された、操作用の指標であるプッシュボタン300に対して行われた操作を検出する。表示制御部101eは、検出部110によって検出された操作に応じてボタン部310が移動および変形する三次元動画像を表示させる。このようにしたので、ユーザによる操作をユーザの視覚にフィードバックすることができ、ユーザに対して自分が操作を行ったという実感をより確実に与えることができる。
(4)検出部110は、ボタン部310に対して行われた押下操作を検出する。表示制御部101eは、検出部110によって検出された押下操作に応じてボタン部310が複数の表示用マイクロレンズ220の光軸方向(z方向)に移動および変形する三次元動画像を表示させる。このようにしたので、ユーザによる操作をユーザの視覚にフィードバックすることができ、ユーザに対して自分が操作を行ったという実感をより確実に与えることができる。
以上で説明した実施の形態による三次元表示装置100を、以下のように変形できる。
図2において説明したように、表示画素211は、表示用マイクロレンズ220から焦点距離fだけ離れた位置に設けられていた。表示画素211を、表示用マイクロレンズ220から、焦点距離fよりも大きく離すこともできる。
図2において説明したように、表示画素211は、表示用マイクロレンズ220から焦点距離fだけ離れた位置に設けられていた。表示画素211を、表示用マイクロレンズ220から、焦点距離fよりも大きく離すこともできる。
図15は、本変形例における表示画素211と表示用マイクロレンズ220との関係を模式的に示す断面図である。図15では、表示画素211と表示用マイクロレンズ220との距離は、1.3fである。この場合、表示画素211から発せられ、表示用マイクロレンズ220を通過した光束は、表示用マイクロレンズ220からz方向に4fだけ離れた位置で集光される。このように、表示画素211を表示用マイクロレンズ220から焦点距離fよりも大きく離すことで、空中に表示される三次元画像は実施の形態よりも大きく飛び出して観察される。つまり、より大きな立体効果を得ることができる。
また、表示用マイクロレンズ220のF値は、1〜4であることが好ましい。前述したようにユーザが操作を行う操作部材を表示する場合は、操作するユーザの目と三次元表示装置100との間の距離は、15〜100cm程度であり、F値を1〜4にするとマイクロレンズの視野角内にユーザの両目が収まり、立体感が損なわれることがない。
また、表示用マイクロレンズ220のF値は、1〜4であることが好ましい。前述したようにユーザが操作を行う操作部材を表示する場合は、操作するユーザの目と三次元表示装置100との間の距離は、15〜100cm程度であり、F値を1〜4にするとマイクロレンズの視野角内にユーザの両目が収まり、立体感が損なわれることがない。
また、三次元表示装置100は、実施の形態において例に挙げたモニタを有するパーソナルコンピュータ等に限定されるものではなく、モニタを備える電子機器に組み込まれても良い。この場合、電子機器としては、例えば、現金自動預払機(ATM装置)や、公共交通機関の乗車券、定期券等の自動券売機や、映画館等の入場券等の自動券売機や、図書館や美術館等の各種情報端末装置や、車載ナビゲーション装置等に用いることができる。
上述した実施の形態では、HDD102にプッシュボタン300の1コマ1コマに対応する複数の三次元画像データを記憶しておき、表示の際に表示用データ変換部101dがそれらを都度表示画像用データに変換していた。しかしながら、プッシュボタン300への押下操作の都度、画像データを変換するのは非効率的である。そこで、予め変換しておいた複数の表示画像用データをHDD102に記憶させておくこともできる。
上述した実施の形態では、ボタン部310の押下量(すなわち図13(b)に図示したボタン部310の基部320からの高さh1と、図14に図示したボタン部310の基部320からの高さh2との差)は、常に一定であった。ボタン部310の押下量を、ユーザによる押下操作の操作量(すなわち押下量)に応じて変化させてもよい。例えば、ユーザが手指等をより大きく動かすと、ボタン部310の押下量がより大きくなるように、表示制御部101eを構成してもよい。また、ボタン部310の押下量が大きくなるのではなく、押下速度が速くなるようにしてもよい。例えば、1コマ1コマの表示間隔を短くすれば、ボタン部310の押下速度を速くすることができる。
上述した実施の形態では、操作用の指標の例としてプッシュボタン300を挙げたが、これとは異なる物体を操作用の指標とすることもできる。例えばスライドスイッチやシーソースイッチ、レバー、ダイヤル等の種々の指標を表示することができ、検出部110がそれらの指標に対する操作を検出するようにすることができる。
また、本実施の形態において、プッシュボタン300に対応する画像データを表示画像用データに変換する際に、ボタン部310の奥の基部320の部分(三次元表示装置100の正面から見た際にボタン部310によって隠れて見えない基部320の部分)に対応する表示画像用データを生成することが好ましい。これにより三次元表示装置100の正面より少しずれた位置からプッシュボタン300を見た際に、三次元表示装置100の正面から見た際にボタン部310によって隠れて見えていなかった基部320の部分の画像を見ることができる、三次元表示装置100の正面から見た際にボタン部310によって隠れて見えていなかった基部320の部分の画像が欠落する現象(オクルージョン)をなくすことができる。なお、ボタン部310の奥の基部320の部分に対応する表示画像用データを生成する際に、ボタン部310の奥以外の部分の基部320の画像データを用いてボタン部310の奥の基部320の部分に対応する表示画像用データを生成してもよい。
また、図13においてプッシュボタン300のボタン部310の形状を直方体でなく四角錐台にしてもよい。四角錐台にすることで、ボタン部310の側面の部分が斜面となるため、上述したオクルージョンをなくすことができる。
また、図13においてプッシュボタン300のボタン部310の形状を直方体でなく四角錐台にしてもよい。四角錐台にすることで、ボタン部310の側面の部分が斜面となるため、上述したオクルージョンをなくすことができる。
また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。説明に用いた実施の形態および変形例は、それぞれを適宜組合わせて構成しても構わない。
100…三次元表示装置、101…制御回路、101b…二次元入力部、101d…表示用データ変換部、101e…表示制御部、101f…実行部、104…モニタ、110…検出部
Claims (15)
- 複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部と、
第1の方向から前記表示部を見て前記表示部が形成した像が見えない部分に前記像を形成する表示画像データを、第2の方向から前記表示部を観察するときに前記表示部に表示させる表示制御部と、
を備える表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記表示制御部は、前記表示部に第1の像と前記第1の像とは異なる第2の像とを前記マイクロレンズの光軸方向に所定の間隔離れた位置に形成することにより、前記第1の方向から前記表示部を見て前記表示部が形成した像が見えない部分に前記像を形成する表示画像データを、前記第2の方向から前記表示部を観察するときに前記表示部に表示させる表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置において、
前記表示制御部は、前記第1の像と前記第2の像とにより、前記表示部の表示面から所定の位置に操作用のための画像を表示する表示装置。 - 複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部と、
表示画像用データにより前記画素を制御して、所定の物体が移動または変形する三次元動画像を前記表示部に表示させる表示制御部と、
を備える表示装置。 - 請求項4に記載の表示装置において、
前記表示制御部は、前記物体が少なくとも前記複数のマイクロレンズの光軸方向に移動または変形する前記三次元動画像を表示させる表示装置。 - 請求項4または5に記載の表示装置において、
前記物体は、前記表示部の表示面から所定の位置に表示された操作のための画像であり、
前記操作のための画像に対して行われた操作を検出する検出部を更に備え、
前記表示制御部は、前記検出部によって検出された操作に応じて前記操作のための画像が移動または変形する前記三次元動画像を表示させる表示装置。 - 請求項6に記載の表示装置において、
前記検出部は、前記操作のための画像に対して行われた押下操作を検出し、
前記表示制御部は、前記検出部によって検出された押下操作に応じて前記操作のための画像が前記複数のマイクロレンズの光軸方向に移動または変形する前記三次元動画像を表示させる表示装置。 - 請求項7に記載の表示装置において、
前記表示制御部は、前記検出部によって検出された押下操作の押下量に応じた量だけ前記操作のための画像が前記複数のマイクロレンズの光軸方向に移動または変形する前記三次元動画像を表示させる表示装置。 - 請求項7または8に記載の表示装置において、
前記表示制御部は、前記検出部によって検出された押下操作の押下量に応じた速度で前記操作のための画像が前記複数のマイクロレンズの光軸方向に移動または変形する前記三次元動画像を表示させる表示装置。 - 請求項6〜9のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記検出部によって検出された操作に応じた処理を実行する実行部を更に備える表示装置。 - 請求項6〜10のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記表示画像用データは異なる複数の前記操作のための画像であり、前記表示制御部は、複数の前記操作のための画像を切り替えて表示することによりが前記操作のための画像移動または変形する前記三次元動画像を表示させる表示装置。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の表示装置において、
前記複数の画素と前記複数のマイクロレンズとの間の距離は、前記複数のマイクロレンズの焦点距離よりも大きい表示装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の表示装置を備える電子機器。
- 複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部を備える表示装置に表示する表示画像用データを生成する画像処理装置であって、
所定の物体の画像データを入力する入力部と、
前記入力部から入力された前記所定の物体の画像データを、前記所定の物体が移動または変形する三次元動画像の表示画像用データに変換する変換部と、
を備える画像処理装置。 - 複数の画素を有し、前記複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が複数のマイクロレンズのうち1つのマイクロレンズに入射し、前記複数のマイクロレンズを通過した光が交差する位置に像を形成する表示部を備える表示装置に表示する表示画像用データを生成する画像処理プログラムであって、
所定の物体の画像データの入力と、
入力された前記所定の物体の画像データの、前記所定の物体が移動または変形する三次元動画像の表示画像用データへの変換と、
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
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JP2015242557A JP2017107133A (ja) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 表示装置、電子機器、画像処理装置および画像処理プログラム |
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WO2021260989A1 (ja) * | 2020-06-24 | 2021-12-30 | 日立チャネルソリューションズ株式会社 | 空中像表示入力装置及び空中像表示入力方法 |
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2015
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