JP2023139880A - 表示装置、表示方法およびプログラム - Google Patents

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。

特許６７１６５６５号公報

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。

第１実施形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。 スクリーンの構成の一例を模式的に示す図である。 制御部の機能構成の一例を模式的に示すブロック図である。 三次元データの一例を模式的に示す図である。 図５（ａ），（ｂ）は、表示部分および非表示部分の一例を模式的に示す図である。 断面画像データの生成方法を模式的に示す図である。 図７（ａ）～（ｆ）は、断面画像の一例を模式的に示す図である。 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。 図９（ａ）は、比較例に係る観察者から見た立体像の表示例を示す図であり、図９（ｂ）は、実施例に係る観察者から見た立体像の表示例を示す図である。 第２実施形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。 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る。 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。 第３実施形態に係る表示装置の構成を模式的に示す図である。 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。 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。

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。

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。

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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