JP2017111246A - Display, electronic apparatus, image processing device, and image processing program - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a display device, an electronic device, an image processing device, and an image processing program.
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)。立体像を表示する表示装置の表示面に対して垂直な方向以外の方向から観察した場合に、垂直方向から観察した立体像に対して変化した立体像が観察されてしまう問題がある。 A display device that displays a stereoscopic image is known (for example, Patent Document 1). When observing from a direction other than the direction perpendicular to the display surface of the display device that displays the three-dimensional image, there is a problem that a three-dimensional image changed with respect to the three-dimensional image observed from the vertical direction is observed.
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、前記表示部を第1の方向から見たとき、前記表示部に第1の表示画像用データを表示して形成される第1の像が第2の方向に傾斜して見えるように変形された第2の像を前記表示部が形成するための第2の表示画像用データ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11に記載の電子機器は、請求項10に記載の表示装置と、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操作検出部と、前記操作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と、を備える。
請求項12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、前記表示部を第1の方向から見たとき、前記表示部に形成される第1の像に対応する画像データを第2の方向に傾斜して見えるように変形された第2の像に対応する画像データに変換する第1の変換部と、前記第1の変換部より変換された前記第2の像に対応する画像データを前記表示画像用データに変換する第2の変換部と、を備える。
請求項13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、前記表示部を第1の方向から見たとき、前記表示部に形成される第1の像に対応する画像データを第2の方向に傾斜して見えるように変形された第2の像に対応する画像データへの変換と、前記変換された前記第2の像に対応する画像データの前記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。
The display device according to claim 1 has a plurality of pixels, light from some of the plurality of pixels is incident on one microlens of the plurality of microlenses, and the plurality of pixels A display unit that forms an image at a position where light passing through the microlens intersects, and the display unit is formed by displaying first display image data when the display unit is viewed from a first direction. A display control unit that causes the display unit to display second display image data for the display unit to form a second image deformed so that the first image appears to be inclined in the second direction; .
An electronic device according to an eleventh aspect is the display device according to the tenth aspect, an operation detection unit that detects an operation performed on the image for the operation, and an operation detected by the operation detection unit. And an execution unit that executes processing according to the above.
The image processing apparatus according to claim 12, comprising a plurality of pixels, wherein light from some of the plurality of pixels is incident on one microlens of the plurality of microlenses, and the plurality An image processing device for generating display image data to be displayed on a display device having a display unit that forms an image at a position where light that has passed through the micro lens intersects, wherein the display unit is viewed from a first direction. A first conversion unit that converts image data corresponding to the first image formed on the display unit into image data corresponding to the second image deformed so as to be inclined in the second direction. And a second conversion unit that converts image data corresponding to the second image converted by the first conversion unit into the display image data.
The image processing program according to claim 13 includes a plurality of pixels, light from some of the plurality of pixels is incident on one microlens of the plurality of microlenses, and the plurality of pixels An image processing program for generating display image data to be displayed on a display device including a display unit that forms an image at a position where light that has passed through the micro lens intersects, the display unit being viewed from a first direction The image data corresponding to the first image formed on the display unit is converted into image data corresponding to the second image deformed so as to be inclined in the second direction, and the conversion is performed. The computer is caused to execute conversion of the image data corresponding to the second image into the display image data.
(第1の実施の形態)
本実施の形態の三次元表示装置は、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は、三次元画像データにより表現される立体像(三次元像)を観察可能に表示する。三次元画像データは、例えばCOLLADA(登録商標)ドキュメントなどの、周知の三次元コンピュータグラフィックソフトウェア等によって生成された三次元モデルデータである。
(First embodiment)
The three-dimensional display device according to the present embodiment includes a personal computer having a monitor for displaying an image. This three-dimensional display device displays a stereoscopic image (three-dimensional image) expressed by three-dimensional image data so as to be observable. The three-dimensional image data is three-dimensional model data generated by a well-known three-dimensional computer graphic software such as a COLLADA (registered trademark) document.
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、モニタ制御回路103、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、および外部インタフェース108を備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of a
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。
The
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。HDD102には、制御回路101で実行される各種のプログラム等も記録される。
The
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、第1変換部101b、第2変換部101c、第3変換部101d、および表示制御部101e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画像データを読み出す。この三次元画像データは、前述の通り、立体像の三次元モデルデータである。三次元表示装置100は、この三次元画像データに基づき、後述するモニタ104と交差する方向に奥行を持った立体像を表示する。立体像は、たとえば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である。以下の説明では、三次元入力部101aにより読み出された三次元画像データを、三次元原画像データと称する。
The
第1変換部101bは、三次元入力部101aにより読み出された三次元原画像データを、三次元変形画像データに変換する。第2変換部101cは、三次元変形画像データを、二次元中間画像データに変換する。第3変換部101dは、二次元中間画像データを、表示用二次元画像データに変換する。これらの各変換部の動作、および、各変換部が生成する画像データについては、後に詳述する。
The
表示制御部101eは、第3変換部101dにより変換された表示用二次元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、所定角度からみた三次元原画像データに対応する立体像が表示される。
The
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、モニタ制御回路103により制御されて、画像、各種設定を行うためのメニュー画面などが表示される。
A
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。
The
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る。表示器201は、二次元状に配置された複数の表示画素211を有する。これら複数の表示画素211は、それぞれ、単一の表示用マイクロレンズ220に対応する。以下の説明において、ある1つの表示用マイクロレンズ220に対応する表示画素211のグループを、表示画素群210と称する。また、以下の説明において、表示器201の、複数の表示画素211が配列された面を、表示面212と称する。表示面212は、表示用マイクロレンズアレイ202に対向する面である。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、上述したモニタ制御回路103により制御されて、表示用二次元画像データに対応して発光する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
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、所定ピッチdに従って配列されている。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。
The
なお、本実施の形態では、円形形状を有する表示用マイクロレンズ220を二次元状に正方配列しているが、表示用マイクロレンズアレイ202をこれとは異なる構成にしてもよい。例えば、略六角形形状を有する表示用マイクロレンズ220をハニカム状に配列してもよい。
In the present embodiment, the
(モニタ104の観察角度の説明)
図3は、モニタ104と観察者によって観察される立体像との関係を模式的に示す断面図である。本実施の形態のモニタ104は、観察者が、表示用マイクロレンズアレイ202に対して、垂直でない所定の観察角度ηから観察することを前提として構成されている。モニタ制御回路103が、第3変換部101dにより変換された表示用二次元画像データを表示面212に表示させると、観察者からは、表示用マイクロレンズアレイ202の上方に三次元像300が観察される。
(Description of the observation angle of the monitor 104)
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the relationship between the
三次元入力部101a(図1)が読み出す三次元原画像データは、三次元像300の三次元モデルデータである。第1変換部101b、第2変換部101c、および第3変換部101dによって、この三次元モデルデータが表示用二次元画像データに変換される。表示用二次元画像データは、表示面212に表示すると、観察角度ηから三次元像300が観察されるような画像データである。図3では、三次元像300を直方体として図示している。図3の例では、観察者からは、少なくとも直方体の上面301と前面302とが観察される。
The three-dimensional original image data read by the three-
(第1変換部101bの説明)
図4は、第1変換部101bの説明図である。三次元像300を構成する多数の点像(光点)を、P(x,y,z)で表すものとする。第1変換部101bは、次式(1)により、点像P(x,y,z)により構成される三次元像300を、点像P’(x,y,z)により構成される変形三次元像310に変換する。
(Description of the
FIG. 4 is an explanatory diagram of the
上式(1)によって、点像P(x,y,z)は、x座標およびz座標を変化させずに、y座標がz・tanηだけ減じられた位置の点像P’(x,y,z)に移動される。例えば、C点はC’点に、B点はB’点に移動する。z=0のA点については移動せず、A点=A’点となる。すなわち、第1変換部101bは、三次元像300を構成する点像P(x,y,z)を、観察者と反対の方向に、表示面212からの距離および観察角度ηに基づく量だけ水平移動させることにより、三次元像300を変形三次元像310に変形させる。図4に示した例において、観察者と反対の方向とは、図4の紙面左方向である。また、表示面212からの距離とは、z座標の値である。以上のように、第1変換部101bは、三次元原画像データを、観察角度ηに基づき三次元像300を変形させた変形三次元像310に関する三次元変形画像データに変換する。
According to the above equation (1), the point image P (x, y, z) is the point image P ′ (x, y) at the position where the y coordinate is reduced by z · tan η without changing the x coordinate and the z coordinate. , Z). For example, point C moves to point C 'and point B moves to point B'. The A point at z = 0 does not move, and the A point = A ′ point. That is, the
(第2変換部101cの説明)
第2変換部101cは、変形三次元像310に関する三次元変形画像データを、二次元中間画像データに変換する。二次元中間画像データは、表示器201の表示面212に表示すると、観察者が表示用マイクロレンズアレイ202を垂直方向から観察したときに、変形三次元像310が観察されるような二次元画像データである。以下、このような二次元画像データの作成方法について詳述する。
(Description of
The
図5は、表示画素211と、表示用マイクロレンズアレイ202と、観察される変形三次元像310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。いま、変形三次元像310を構成する多数の点像のうち、ある1つの点像に相当する光点LPを考える。なお、図5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。また、図5では、観察者の観察方向を、表示用マイクロレンズアレイ202に対して垂直な方向としている。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship among the
複数の表示画素211の各々から発せられた光束は、それぞれいずれか1つの表示用マイクロレンズ220を通過して、観察者に向かう。それら複数の表示画素211の各々から発せられた光束のうち、ある一群の光束LFが、光点LPを通過して観察者に向かう。観察者は、光点LPを通過して観察者に向かってきた複数の光束LFによって、光点LPを認識する(視認する)。従って、光点LPを構成する複数の光束LFを特定し、それら複数の光束LFが発せられる表示画素211を特定し、特定された表示画素211の各々で、光点LPに対応する表示を行えば、観察者に光点LPを観察させることができる。
The light beam emitted from each of the plurality of
光点LPに対応する表示画素211、すなわち光点LPを構成する複数の光束LFが発せられる表示画素211を特定する際には、逆方向の光束を考えればよい。つまり、複数の光束LFが、光点LPから表示用マイクロレンズアレイ202の方向に向かうものとして、それらの光束LFが入射する表示画素211を特定すればよい。このような考え方は、いわゆるプレンオプティクスとして知られている。
When specifying the
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。
The light beam LF from the light spot LP passes through the plurality of
図6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6では、表示用マイクロレンズ220の外形形状を、円型ではなく正方形で図示している。プレンオプティクスの原理によれば、図5に示す光点LPの光強度(輝度)が、図6に示すパターンPtに分配されることになる。図6においては、パターンPtを斜線を付して示す。図6では、光点LPを構成する複数の光束LFが、5×5の計25個の表示用マイクロレンズ220に分配されている。
FIG. 6 shows a case where the pattern Pt is developed two-dimensionally. In FIG. 6, the external shape of the
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、奥行きを有する変形三次元像310が表示される。具体的には、図6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。つまり、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によって観察者側に投影され、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だけ離れた位置に点像が形成される。
In the
図7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7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7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。
With reference to FIG. 7, how many or which display microlens 220 corresponds to which pattern Pt is explained by projecting the spread of the light beam LF from the light spot LP onto the
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。
When the position of the light spot LP in the z-axis direction is the focal length f of the
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8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8(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8(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8(b)の斜線で示す領域となる。
Here, the case where the position of the light spot LP in the z-axis direction is at the distance 2f will be described. FIG. 8 shows a
図8(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。
As shown in FIG. 8B, the covering region of one
図7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。
FIG. 7 shows the relationship between the position of the light spot LP in the z-axis direction and the magnification, that is, the number of
図9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。
FIG. 9 shows a pattern Pt when the above-described area division is developed on the
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。
The product of the area covered by the
図10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10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10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9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10に示す場合の分割領域が得られる。
FIG. 10 shows a divided region for the light spot LP decentered to the left with respect to the center position of the
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、ひとつの表示用マイクロレンズ220に対して16点の光点群を得ることができる。
If the
次に、観察者が垂直でない観察角度ηから変形三次元像310を観察する場合の、光点LPの構成方法について説明する。観察者が観察角度ηから観察する場合、図5に示した光点LPを通過して観察者の方向すなわち紙面右上上方に向かう光束を考える必要がある。つまり、図5の紙面右上上方から発せられ光点LPを通過する光束が、どのようなパターンPtで表示用マイクロレンズアレイ202に広がるかを考えなければならない。
Next, a method for constructing the light spot LP when the observer observes the deformed three-
図5に示した、観察者が垂直方向から観察する場合には、1つの表示用マイクロレンズアレイ202には、その直下に位置する16×16個の表示画素211が対応していた。換言すると、1つの表示用マイクロレンズアレイ202によって、その直下に位置する16×16個の表示画素211の像が観察者方向すなわち垂直方向に投影されていた。これに対して、観察者が観察角度ηの方向から観察する場合には、観察者方向には、1つの表示用マイクロレンズアレイ202によって、これとは異なる位置の、これとは異なる個数の表示画素211の像が投影される。以下の説明では、1つの表示用マイクロレンズ202によって投影される表示面212上の領域を、投影領域と呼ぶ。
When the observer observes from the vertical direction shown in FIG. 5, one
以下、観察角度ηに対応する投影領域の形状について説明する。表示用マイクロレンズ220のF数をCとし、表示用マイクロレンズ220を介して観察者に向かう光束の開き角(開口角)を2φとすると、F数と開き角との関係は次式(2)により表すことができる。
tanφ = 1/(2C) ・・・(2)
Hereinafter, the shape of the projection area corresponding to the observation angle η will be described. When the F number of the
tanφ = 1 / (2C) (2)
観察者が垂直方向から表示用マイクロレンズアレイ202を観察する場合、1つの表示用マイクロレンズアレイ202によって投影される表示面212上の投影領域は、次式(3)により表される円で囲まれた領域である。
x2+y2 = (f/k)2 …(3)
上式(3)において、k=2Cである。また、fは表示用マイクロレンズ220の焦点距離である。
When the observer observes the
x 2 + y 2 = (f / k) 2 (3)
In the above equation (3), k = 2C. Further, f is the focal length of the
これに対して、観察者が観察角度ηから観察する場合、1つの表示用マイクロレンズアレイ202によって投影される表示面212上の投影領域は、次式(4)により表される楕円で囲まれた領域である。
On the other hand, when the observer observes from the observation angle η, the projection area on the display surface 212 projected by one
上式(4)において、L=tanηである。
In the above equation (4), L = tan η.
図11は、投影領域の形状の一例を示す図である。図11には、表示用マイクロレンズ220の焦点距離fが2mm、表示用マイクロレンズ220のF数が2.875(領域径0.7mm)、観察方向ηが45度の場合における投影領域の形状を図示している。図11に例示するように、表示面212上の投影領域の形状は、図3に示した観察方向ηが大きいほど、y方向に伸びた楕円になる。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the shape of the projection region. FIG. 11 shows the shape of the projection region when the focal length f of the
図12は、z軸方向の位置が距離2fにある光点LPを観察方向ηから観察した場合に関係する表示用マイクロレンズ220を示す図である。図11に例示したように、表示面212上の投影領域の形状は円型ではなく楕円形になるので、図8に示したパターンPtも、これに応じて図12のように変化する。図12(a)は、図8(a)に対応するパターンPtを観察方向ηに関するパターンPtに修正したものである。同様に、図12(b)は、図8(b)に対応するパターンPtを観察方向ηに関するパターンPtに修正したものである。
FIG. 12 is a diagram showing the
なお、図12(a)から明らかなように、投影領域が楕円形になることによって、隣接する表示用マイクロレンズ220に対応する投影領域同士が一部重複してしまう。このように投影領域同士が重複する場合には、隣接する表示用マイクロレンズ220同士のうちの一方について、重複する領域に相当する部分を表示用マイクロレンズアレイ202から削り取り、投影されなくすることが望ましい。
As is apparent from FIG. 12A, when the projection areas are elliptical, projection areas corresponding to
第2変換部101cは、変形三次元像310を構成する多数の点像の各々について、図12等を用いて説明したように、その点像を通過して観察者に向かう複数の光束LFが発せられる位置(表示画素211)を表示面212上に特定する。第2変換部101cは、点像の光量を特定した表示画素211の各々に分配することにより、三次元変形画像データを二次元中間画像データに変換する。このようにして変換された二次元中間画像データは、表示器201に表示すれば、垂直方向から表示用マイクロレンズアレイ202を観察すると変形三次元像310が観察されるような二次元画像データとなっている。
As described with reference to FIG. 12 and the like, the
(第3変換部101dの説明)
第3変換部101dは、上述した手順により作成された二次元中間画像データを、図11に例示したような投影領域の形状に基づき、表示用二次元画像データに変換する。すなわち、第3変換部101dは、観察角度ηに対応する方向に投影される表示面212上の投影領域の形状に基づき、二次元中間画像データを表示用二次元画像データに変換する。
(Description of
The
変換前の二次元中間画像データを構成する各々の画素をQ(x,y)と表記し、返還後の表示用二次元画像データを構成する各々の画素をQ’(X,Y)と表記する。第3変換部101dは、次式(5)、(6)に基づき、Q(x,y)からQ’(X,Y)に変換する。
Each pixel constituting the two-dimensional intermediate image data before conversion is denoted as Q (x, y), and each pixel constituting the returned two-dimensional image data for display is denoted as Q ′ (X, Y). To do. The
第3変換部101dにより変換された表示用二次元画像データは、表示器201の表示面212に表示すると観察者が表示用マイクロレンズアレイ202を垂直でない観察角度ηから観察したときに三次元像300が観察されるような二次元画像データである。すなわち、表示用二次元画像データを表示面212に表示すると、表示面212上の複数の表示画素211からの光束が、複数の表示用マイクロレンズ220から選択された1つ乃至複数の表示用マイクロレンズ220によって三次元像300の点像を形成する。
When the display two-dimensional image data converted by the
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)表示用マイクロレンズアレイ202には、複数の表示用マイクロレンズ220が二次元状に配列される。表示器201は、観察者から表示用マイクロレンズアレイ202を介して観察される表示面212を有する。表示器201は、所定の三次元像300に関する三次元原画像データに基づく表示用二次元画像データを表示面212に表示し、観察者が表示用マイクロレンズアレイ202を垂直でない観察角度ηから観察すると、表示面212上の複数の表示画素211からの光束が、複数の表示用マイクロレンズ220から選択された1つまたは複数の表示用マイクロレンズ220によって三次元像300の点像を形成する。このようにしたので、装置に対して垂直でない観察角度から立体像を正しく観察することができる。
According to the three-
(1) A plurality of
(2)制御回路101は、三次元原画像データを表示用二次元画像データに変換する変換部として機能する。表示器201は、複数の表示用マイクロレンズ220の各々に対応して表示画素211が二次元状に配列された表示画素群210を表示面212上に有する。表示器201は、変換部により変換された表示用二次元画像データを複数の表示画素群210に表示する。このようにしたので、複数の三次元原画像データを、適宜切り替えて表示することができる。また、三次元表示の基となるデータは、一般的な三次元モデルデータである三次元原画像データでよいので、三次元表示装置100を、特別なデータを必要としない汎用的な装置とすることができる。
(2) The
(3)制御回路101は、第1変換部101bと第2変換部101cと第3変換部101dとを有する。第1変換部101bは、三次元原画像データを観察角度ηに基づき三次元像300を変形させた変形三次元像310に関する三次元変形画像データに変換する。第2変換部101cは、三次元変形画像データを二次元中間画像データに変換する。第3変換部101dは、二次元中間画像データを観察角度ηに基づき表示用二次元画像データに変換する。このようにしたので、三次元表示装置100を、特別なデータを必要としない汎用的な装置とすることができる。
(3) The
(4)第2変換部101cは、三次元変形画像データを、表示器201の表示面212に表示すると観察者が表示用マイクロレンズアレイ202を垂直方向から観察したときに変形三次元像310が観察される二次元中間画像データに変換する。このようにしたので、装置に対して垂直でない観察角度から立体像を正しく観察することができる。
(4) When the
(5)第3変換部101dは、複数の表示用マイクロレンズ220の各々を介して観察角度ηに対応する方向に投影される表示面212上の投影領域の形状に基づき、二次元中間画像データを表示用二次元画像データに変換する。このようにしたので、装置に対して垂直でない観察角度から立体像を正しく観察することができる。
(5) The
(6)第2変換部101cは、変形三次元像310を構成する複数の点像の各々について、当該点像を通過して観察者に向かう複数の光束が発せられる位置を表示面212上に特定することにより、三次元変形画像データを二次元中間画像データに変換する。このようにしたので、装置に対して垂直でない観察角度から立体像を正しく観察することができる。
(6) The
(7)第1変換部101bは、三次元像300の各部分を観察者と反対の方向に、表示面212からの距離および観察角度ηに基づく量だけ水平移動させることにより、三次元像300を変形三次元像310に変形させる。このようにしたので、装置に対して垂直でない観察角度から立体像を正しく観察することができる。
(7) The
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。
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。
The three-
The three-
図13は本変形例における電子機器700の要部構成のブロック図を示す。図13の電子機器700においては、図1に示す実施の形態の三次元表示装置100の構成と同一の構成については、同一の符号を付与する。電子機器700は、実施の形態の三次元表示装置100が有する入力部材106に代えて、検出器110を有し、制御回路101は実施の形態において説明した機能に加えてさらに実行部101fを有する。
FIG. 13 is a block diagram showing a main configuration of an
電子機器のモニタ104には、実施の形態のようにして、例えばプッシュボタンやキーボードを構成するキー等の操作用指標が表示される。検出器110は、ユーザによる表示された操作用指標への操作を検出し、ユーザが操作用指標に対して行った操作の位置(xy平面に平行な面上の位置)を示す検出信号を制御回路101へ出力する。検出器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。実行部101fは、検出器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指標に対応する処理を実行する。例えば、電子機器700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、表示された操作用指標を操作することにより、所望する処理を電子機器700に実行させることができる。
On the
別の変形例として、観察角度ηを任意に変更可能に構成することもできる。例えば、視線センサや姿勢センサ等のセンサを三次元表示装置に追加する。これらのセンサによって、観察者の観察角度ηをリアルタイムに検出することができる。観察角度ηが変化したとき、第1変換部101b、第2変換部101c、および第3変換部101dは、三次元入力部101aにより読み出された三次元原画像データを、現在の観察角度ηに基づき、表示用二次元画像データに変換する。表示制御部101eは、変換された新たな表示用二次元画像データを、表示面212に表示させる。このようにすることで、観察者がどのような角度から三次元表示装置を観察した場合であっても、適切に三次元像300を表示することができる。
As another modification, the observation angle η can be arbitrarily changed. For example, sensors such as a line-of-sight sensor and a posture sensor are added to the three-dimensional display device. With these sensors, the observation angle η of the observer can be detected in real time. When the observation angle η changes, the
上記の変形例において、観察者が複数存在する場合、全ての観察者にとって最適な観察角度ηを定めることは困難である。この場合には、何らかの方法でいずれかの観察者を選択し、その観察者に合わせた観察角度ηを設定することが望ましい。以下、観察角度ηを設定する対象となる観察者を特定する方法の例を挙げる。
(1)表示面212を見ている人物
三次元表示装置の周囲に存在する人物から、表示面212を見ている人物を特定し、そのような人物のうちいずれかの人物に合わせた観察角度ηを設定する。表示面212を見ていない人物は、通行人等であると判断して、観察角度ηを設定する対象から除外する。
(2)三次元表示装置を操作している人物
三次元表示装置を操作している人物に合わせた観察角度ηを設定する。
(3)表示面212に最も近い人物
表示面212からの距離が最も近い人物に合わせた観察角度ηを設定する。なお、表示面212からの距離は、種々の方法で計測することができる。例えばカメラで三次元表示装置の周囲を撮像し、撮像した画像に写っている顔のサイズが大きいほど、その人物は表示面212に近い位置にいると判断することができる。また、距離センサ等を用いて表示面212からの距離を測定することもできる。
(4)立ち止まっている人物
三次元表示装置の周囲に存在する人物から、移動していない人物を特定し、そのような人物のうちいずれかの人物に合わせた観察角度ηを設定する。
(5)観察角度が最も垂直に近い人物
三次元表示装置の周囲に存在する人物の各々について、適切な観察角度ηを算出する。算出された複数の観察角度ηから、最も垂直に近い観察角度ηを設定する。換言すると、観察角度ηが最も垂直に近い人物に合わせて観察角度ηを設定する。
(6)表示面212の中央部を観察している人物
表示面212を観察している人物の各々について、表示面212のどの部分を観察しているかを調べ、観察位置が表示面212の中央部に最も近い人物に合わせて観察角度ηを設定する。
In the above modification, when there are a plurality of observers, it is difficult to determine an optimum observation angle η for all observers. In this case, it is desirable to select any observer by some method and set the observation angle η according to the observer. Hereinafter, an example of a method for specifying an observer who is a target for setting the observation angle η will be described.
(1) Person looking at display surface 212 The person who is looking at display surface 212 is identified from the persons existing around the 3D display device, and the observation angle is adjusted to one of such persons Set η. A person who does not look at the display surface 212 is determined to be a passerby or the like, and is excluded from the targets for setting the observation angle η.
(2) Person operating the 3D display device The observation angle η is set according to the person operating the 3D display device.
(3) Person closest to display surface 212 An observation angle η is set according to the person whose distance from the display surface 212 is closest. Note that the distance from the display surface 212 can be measured by various methods. For example, it is possible to determine that the person is closer to the display surface 212 as the size of the face captured in the captured image is larger. In addition, the distance from the display surface 212 can be measured using a distance sensor or the like.
(4) Person who has stopped The person who has not moved is identified from the persons existing around the 3D display device, and the observation angle η is set according to one of such persons.
(5) Person whose observation angle is closest to vertical The appropriate observation angle η is calculated for each person existing around the 3D display device. From the calculated plurality of observation angles η, the observation angle η closest to the vertical is set. In other words, the observation angle η is set according to the person whose observation angle η is closest to the vertical.
(6) Person observing the center of the display surface 212 For each person observing the display surface 212, which part of the display surface 212 is observed is checked, and the observation position is the center of the display surface 212. The observation angle η is set according to the person closest to the part.
別の変形例として、三次元表示装置が第1変換部101b、第2変換部101c、および第3変換部101dを有していない構成とすることもできる。この場合、予め表示用二次元画像データをHDD102等に記憶しておく。表示制御部101eは、HDD102等に記憶されている表示用二次元画像データを表示面212に表示する。
As another modification, the three-dimensional display device may be configured not to include the
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
100…三次元表示装置、101…制御回路、101b…第1変換部、101c…第2変換部、101d…第3変換部、101e…表示制御部、101f…実行部、104…モニタ、110…検出器、700…電子機器
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記表示部を第1の方向から見たとき、前記表示部に第1の表示画像用データを表示して形成される第1の像が第2の方向に傾斜して見えるように変形された第2の像を前記表示部が形成するための第2の表示画像用データ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。 A position having a plurality of pixels, where light from some of the plurality of pixels is incident on one microlens of the plurality of microlenses, and light that has passed through the plurality of microlenses intersects A display unit for forming an image on
When the display unit is viewed from the first direction, the first image formed by displaying the first display image data on the display unit is deformed so as to be inclined in the second direction. A display control unit that causes the display unit to display second display image data for the display unit to form a second image;
A display device comprising:
観察者が前記表示部に形成される像を観察する第3の方向は、前記第2の方向に対して逆方向である表示装置。 The display device according to claim 1,
A display device in which a third direction in which an observer observes an image formed on the display unit is opposite to the second direction.
前記第1の像に対応する画像データは前記第2の像に対応する画像データに変換され、前記第2の像に対応する画像データは中間画像データに変換され、前記中間画像データは前記第2の表示画像用データに変換された表示装置。 The display device according to claim 2,
Image data corresponding to the first image is converted to image data corresponding to the second image, image data corresponding to the second image is converted to intermediate image data, and the intermediate image data is converted to the first image data. The display device converted into the display image data of 2.
前記第2の方向に対応する角度に基づいて、前記第1の像に対応する画像データは前記第2の像に対応する画像データに変換された表示装置。 The display device according to claim 3,
A display device in which image data corresponding to the first image is converted into image data corresponding to the second image based on an angle corresponding to the second direction.
前記第2の方向に対応する角度に基づいて、前記1つのマイクロレンズを前記光が透過する画素を特定し、前記特定された画素に基づいて前記中間画像データが前記表示画像用データに変換される表示装置。 The display device according to claim 3 or 4,
Based on an angle corresponding to the second direction, a pixel through which the light passes through the one microlens is specified, and the intermediate image data is converted into the display image data based on the specified pixel. Display device.
前記第1の像に対応する画像データを前記第2の像に対応する画像データに変換する第1の変換部と、
前記第1の変換部より変換された前記画像データを前記第2の表示画像用データに変換する第2の変換部と、
を備える表示装置。 The display device according to any one of claims 3 to 5,
A first converter that converts image data corresponding to the first image into image data corresponding to the second image;
A second conversion unit that converts the image data converted by the first conversion unit into the second display image data;
A display device comprising:
前記第2の変換部は、前記第1の変換部より変換された前記画像データを前記中間画像データに変換する第3の変換部と、前記第2の方向に対応する角度に基づいて、前記1つのマイクロレンズを前記光が透過する画素を特定し、前記特定された画素に基づいて前記中間画像データを前記表示画像用データに変換する第4の変換部とを有する表示装置。 The display device according to claim 6,
The second conversion unit is configured based on a third conversion unit that converts the image data converted by the first conversion unit into the intermediate image data, and an angle corresponding to the second direction. A display device comprising: a fourth conversion unit that specifies a pixel through which the light passes through one microlens and converts the intermediate image data into the display image data based on the specified pixel.
前記表示部に生成される前記像を観察する観察者を検出する検出部を備え、
前記表示制御部は、前記検出部の検出結果から求めた前記第3の方向により前記像を前記第2の方向に傾斜して見えるように変形された像に対応する画像データが変換された前記第2の表示画像用データに基づいて前記表示部に前記像を表示させる表示装置。 The display device according to any one of claims 3 to 7,
A detection unit for detecting an observer observing the image generated on the display unit;
The display control unit converts the image data corresponding to the image transformed so that the image appears to be inclined in the second direction according to the third direction obtained from the detection result of the detection unit. A display device that displays the image on the display unit based on second display image data.
前記検出部が複数の観察者を検出した場合に、前記複数の観察者の状況に基づいて前記複数の観察者から選択した観察者から求めた前記第3の方向を求め、前記表示制御部は、前記検出部の検出結果から求めた前記第3の方向により前記像を前記第2の方向に傾斜して見えるように変形された像に対応する画像データが変換された表示画像用データに基づいて前記表示部に前記像を表示させる表示装置。 The display device according to claim 8, wherein
When the detection unit detects a plurality of observers, the display control unit obtains the third direction obtained from the observer selected from the plurality of observers based on the situation of the plurality of observers. Based on display image data obtained by converting image data corresponding to an image transformed so that the image appears to be inclined in the second direction by the third direction obtained from the detection result of the detection unit. A display device for displaying the image on the display unit.
前記画像データは、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に対応する表示装置。 The display device according to any one of claims 3 to 9,
The image data is a display device corresponding to an image for an operation displayed at a predetermined position from a display surface of the display unit.
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操作検出部と、
前記操作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と、
を備える電子機器。 A display device according to claim 10;
An operation detection unit for detecting an operation performed on the image for the operation;
An execution unit that executes processing according to the operation detected by the operation detection unit;
Electronic equipment comprising.
前記表示部を第1の方向から見たとき、前記表示部に形成される第1の像に対応する画像データを第2の方向に傾斜して見えるように変形された第2の像に対応する画像データに変換する第1の変換部と、
前記第1の変換部より変換された前記第2の像に対応する画像データを前記表示画像用データに変換する第2の変換部と、
を備える画像処理装置。 A position having a plurality of pixels, where light from some of the plurality of pixels is incident on one microlens of the plurality of microlenses, and light that has passed through the plurality of microlenses intersects An image processing device for generating display image data to be displayed on a display device having a display unit for forming an image on the display device,
When the display unit is viewed from the first direction, the image data corresponding to the first image formed on the display unit corresponds to the second image that is deformed so as to be inclined in the second direction. A first conversion unit for converting into image data to be processed;
A second converter that converts image data corresponding to the second image converted by the first converter into the display image data;
An image processing apparatus comprising:
前記表示部を第1の方向から見たとき、前記表示部に形成される第1の像に対応する画像データを第2の方向に傾斜して見えるように変形された第2の像に対応する画像データへの変換と、
前記変換された前記第2の像に対応する画像データの前記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。 A position having a plurality of pixels, where light from some of the plurality of pixels is incident on one microlens of the plurality of microlenses, and light that has passed through the plurality of microlenses intersects An image processing program for generating display image data to be displayed on a display device having a display unit for forming an image on the screen,
When the display unit is viewed from the first direction, the image data corresponding to the first image formed on the display unit corresponds to the second image that is deformed so as to be inclined in the second direction. Conversion to image data,
Conversion of image data corresponding to the converted second image to display image data;
An image processing program for causing a computer to execute.
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