JP6178721B2

JP6178721B2 - 表示装置及び表示方法

Info

Publication number: JP6178721B2
Application number: JP2013266751A
Authority: JP
Inventors: 伊達　宗和; 宗和伊達; 高田　英明; 英明高田; 小澤　史朗; 史朗小澤; 知史三枝; 明小島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: JP2015121748A

Description

本発明は、表示装置及び表示方法に関する。

レンチキュラーレンズにより、方向に応じて異なる画像を表示する表示装置が開示されている（特許文献１参照）。
鋭い指向性の画像を提示することにより、視点位置の変化に追随して滑らかに変化する画像を提示する手法が開示されている（非特許文献１参照）。この手法では、多数のプロジェクタと映像ソースが必要であり、表示装置の構成は大規模である。

特開２０１２‐２３７７９８号公報

岩澤昭一郎, "世界初！200インチ自然裸眼立体視ディスプレイによる立体視の実現",pp.1-4, NICT NEWS No.410, 2011年11月

しかしながら、特許文献１の少数のプロジェクタを使用した表示装置は、構成の規模が小規模であるものの、画像の表示領域をまたいで観察者の視点が移動する場合、画像が視点位置の変化に対し不連続的に不自然に変化してしまう、という問題がある。

上記事情に鑑み、本発明は、装置構成が大規模でなくても、視点の移動時に画像が不自然に変化しないようにすることができる表示装置及び表示方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数の指向性画像を表示可能なスクリーンと、観測者から見て前記スクリーンの後方に配置され、前記指向性画像を前記スクリーンに対して投影する複数のプロジェクタとを備えた表示装置であって、前記指向性画像が、前記スクリーンを透過後、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、前記最大となる箇所と前記所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように結ばれることを特徴とする表示装置である。

本発明の一態様は、複数の指向性画像を表示可能なスクリーンと、前記スクリーンの観察者側の表面に少なくとも二つの指向性画像を混合する映像混合手段と、観測者から見て前記スクリーンの後方に配置され、前記指向性画像を前記スクリーンに対して投影する複数のプロジェクタと、を備えた表示装置であって、前記スクリーンが、同一焦点距離及び同一ピッチを有する２枚のレンチキュラーレンズを主面の間隔が前記焦点距離に等しくなるように積層することで構成される均一輝度多指向スクリーンであり、前記映像混合手段が、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、前記最大となる箇所と前記所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように混合することを特徴とする表示装置である。

本発明の一態様は、前記輝度変化が線形であることを特徴とする表示装置である。

本発明により、各指向性画像の表示領域が円滑に連結されることにより、画像の表示領域をまたいで観察者の視点が移動する場合、装置構成が大規模でなくても、画像が不自然に変化しないようにすることが可能となる。特に、表示領域の連結を線形にすることにより、指向性画像間の差があまり大きくないときに、実物体の周囲を回り込むのと完全に等価な方向性表示でき、実物体と同様に多人数でも異なった方向から同時に観察することが可能となる。

本発明の実施形態における、表示装置の構成例を示す図である。スクリーンが均一輝度多指向スクリーンである場合の表示特性を示す図である。本発明の実施形態における、観察する角度に応じた輝度の分布を示す図である。二つの画像の加重平均と輪郭位置の関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態の表示装置を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態における、表示装置の構成例を示す図である。表示装置１は、プロジェクタ１０‐１〜１０‐Ｎ（Ｎは、２以上の整数）と、スクリーン１１と、混合部１２とを備える。図１では、表示装置１は、一例として、プロジェクタ１０‐１と、プロジェクタ１０‐２と、プロジェクタ１０‐３とを有する。以下、プロジェクタ１０‐１〜１０‐３に共通する事項については、符号を省略して、「プロジェクタ１０」と表記する。

プロジェクタ１０は、観察者３からみてスクリーン１１の後方に配置される。プロジェクタ１０‐１〜１０‐３は、互いに異なる画像を表す表示光を、スクリーン１１に投射する。

表示装置１は、例えば人間を表示する場合、例えば５台のプロジェクタ１０で左横顔、左斜め正面顔、正面顔、右斜め正面顔、右横顔を表示したとき、表示装置１の周囲で視点が移動した際に、表示された左横顔、正面顔、右横顔が連続的に変化し、あたかも実際の人間の頭部が表示装置１のある場所に存在する、と観察者３に感じさせるような表示を想定している。

スクリーン１１は、プロジェクタ１０から投射された表示光を、観察者３のいる方に拡散させる。スクリーン１１は、同一の焦点距離及び同一のピッチを有する２枚のレンチキュラーレンズを主面の間隔が焦点距離と等しくなるように積層した構成を有する均一輝度多指向スクリーンとした。各視域の幅が広く、視域間の映像の分離度が高い均一輝度多指向スクリーンを用いることにより、混合部１２により２台のプロジェクタの映像を１００：０のような高い分離度から５０：５０のような均等な混合状態までを、連続的かつ高い光利用効率で実現できる。

混合部１２は、スクリーン１１の前面、つまり観察者３側に配置される。混合部１２は、表面の微小な凹凸構造により、光を屈折して、前方に拡散させる光学素子により実現される。混合部１２は、例えば、マイクロプリズムシート、又は、ホログラフィック拡散シートである。ホログラフィック拡散シートは、例えば、レンズ拡散板（LSD：Light Shaping Diffuser）である。

混合部１２は、少なくとも二つのプロジェクタ１０からスクリーン１１に投射され、スクリーン１１を透過した表示光を混合する。この場合、混合部１２は、指向性画像の中心で最も高い値で分布する輝度が、画像を観察する角度に応じて低くなり、指向性画像に隣接する他の表示光による画像の中心で所定閾値以下（例えば、輝度値０）となるように、プロジェクタ１０毎に表示光を前方に拡散させる。混合部１２は、指向性画像を観察する角度に応じて、輝度を線形変化させるように、表示光を拡散させる。ここで、画像を観察する角度（観察角度）は、例えば、混合部１２の面を基準する角度である。

観察者３は、表示領域２を移動可能である。図１では、混合部１２は、表示領域２‐１に居る観察者３に対して、少なくともプロジェクタ１０‐１が投射した指向性画像を提示する。混合部１２は、表示領域２‐２に居る観察者３に対して、少なくともプロジェクタ１０‐２が投射した指向性画像を提示する。混合部１２は、表示領域２‐３に居る観察者３に対して、少なくともプロジェクタ１０‐３が投射した指向性画像を提示する。

図２は、スクリーン１１が均一輝度多指向スクリーンである場合の表示特性を示す図である。縦軸は、指向性画像の輝度を示す。横軸は、指向性画像を観察する角度（観察角度）を示す。上段は、プロジェクタ１０‐１による画像の輝度の分布を示す。中段は、プロジェクタ１０‐２による画像の輝度の分布を示す。下段は、プロジェクタ１０‐３による画像の輝度の分布を示す。

図２では、プロジェクタ１０毎の画像の輝度は、隣接する表示領域２に互いにかからないように分布している。したがって、観察者３は、いずれか一つのプロジェクタ１０による画像のみを、表示領域２から観察することができる。観察者３は、表示領域２の境界を通過する際に、輝度等が急激に変化する画像を観察することになる。

図３は、本発明の実施形態における、観察する角度に応じた輝度の分布を示す図である。つまり、図３は、表示装置１の表示特性を示す図である。縦軸は、指向性画像の輝度を示す。横軸は、指向性画像を観察する角度（観察角度）を示す。最上段は、プロジェクタ１０‐１による画像の輝度の分布を示す。上から２段目は、プロジェクタ１０‐２による画像の輝度の分布を示す。上から３段目は、プロジェクタ１０‐３による画像の輝度の分布を示す。最下段は、プロジェクタ１０‐１〜１０‐３による画像の輝度の分布を示す。

プロジェクタ１０‐２による画像の輝度は、表示領域２‐２を二等分する観察角度で、最も高い値となっている。一方、プロジェクタ１０‐２による画像の輝度は、画像を観察する角度に応じて直線的に低くなり、表示領域２‐２に隣接する表示領域２‐１を二等分する観察角度で、所定閾値以下（例えば、輝度値０）となっている。また、プロジェクタ１０‐２による画像の輝度は、画像を観察する角度に応じて直線的に低くなり、表示領域２‐２に隣接する表示領域２‐３を二等分する観察角度で、所定閾値以下となっている。プロジェクタ１０‐１による画像の輝度と、プロジェクタ１０‐３による画像の輝度とについても同様である。例えば、図３に示すように、プロジェクタ１０−２に着目すると、表示領域２−２の中心において輝度が最大値を示し、隣接する表示領域２−１及び２−３の中心で０となりその間の輝度変化は線形となっている。

隣接する表示領域２に隣接する視点の画像をスクリーン１１に表示し、混合部１２で線形の混合比率で混合すると、混合比率によって輪郭位置が滑らかに変化する。

図４は、二つの画像の加重平均と輪郭位置の関係を示す図である。隣接視点間での画像のずれの幅が３[ａｒｃｍｉｎ．]程度の小さい値となるように指向性画像を表示した場合には図４に示すように輪郭位置が加重比が０〜１の間では直線的かつ連続的に変化するため、視点位置にあった適切な輪郭位置の画像が生成された。すなわち、画像のずれが小さい二つの画像を線形に変化する比率で結ぶことにより、忠実に中間視点の画像が知覚される。

混合部１２が、表示領域２‐１〜２‐３について、プロジェクタ１０毎の指向性画像の輝度の分布を、線形の混合比率で混合することにより、表示領域２‐１〜２‐３が滑らかに連結されることになる。なお、混合比率は、輝度の分布が線形変化する比率に限る必要は無く、視点移動に対する画像の変化が許容範囲であれば、線形変化からはずれた滑らかな輝度の分布を用いてもよい。

本発明では、均一輝度多指向スクリーンを使用したが、他の多指向スクリーンを用いてもよい。デルタ関数状など個々の視域の中心付近のみに対して鋭い指向性を有する多指向表示スクリーンを使用しても同様の特性を得ることができる。また、映像の分離度が若干低下するが、ガウシアン状などの輝度分布が裾を引くような一般的な多指向スクリーンを用いてもよい。

以上のように、複数の指向性画像を表示可能なスクリーン１１と、観測者３から見てスクリーン１１の後方に配置され、指向性画像をスクリーン１１に対して投影する複数のプロジェクタ１０とを備えた表示装置１であって、指向性画像は、スクリーン１１を透過後、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、最大となる箇所と所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように結ばれることを特徴とする表示装置１である。

この構成により、指向性画像は、スクリーン１１を透過後、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、最大となる箇所と所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように結ばれる。

これにより、表示装置１は、装置構成が大規模でなくても、視点の移動時に画像が不自然に変化しないようにすることができる。

複数の指向性画像を表示可能なスクリーン１１と、スクリーン１１の観察者３側の表面に少なくとも二つの指向性画像を混合する混合部１２（映像混合手段）と、観測者３から見てスクリーンの後方に配置され、指向性画像をスクリーン１１に対して投影する複数のプロジェクタ１０と、を備えた表示装置１であって、スクリーン１１は、同一焦点距離及び同一ピッチを有する２枚のレンチキュラーレンズを主面の間隔が焦点距離に等しくなるように積層することで構成される均一輝度多指向スクリーンであり、混合部１２（映像混合手段）は、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、最大となる箇所と所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように混合することを特徴とする表示装置１である。輝度変化は、線形である（例えば、図３を参照）。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

上述した実施形態における表示装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

１…表示装置、２…表示領域、３…観察者、１０…プロジェクタ、１１…スクリーン、１２…混合部

Claims

複数の指向性画像を表示可能なスクリーンと、観測者から見て前記スクリーンの後方に配置され、前記指向性画像を前記スクリーンに対して投影する複数のプロジェクタとを備えた表示装置であって、
前記指向性画像は、前記スクリーンを透過後、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、前記最大となる箇所と前記所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように結ばれ、
前記指向性画像は、隣接視点間での前記指向性画像のずれの幅が３［ａｒｃｍｉｎ．］程度となるように表示されることを特徴とする表示装置。
複数の指向性画像を表示可能なスクリーンと、前記スクリーンの観察者側の表面に少なくとも二つの指向性画像を混合する映像混合手段と、観測者から見て前記スクリーンの後方に配置され、前記指向性画像を前記スクリーンに対して投影する複数のプロジェクタと、を備えた表示装置であって、
前記スクリーンは、同一焦点距離及び同一ピッチを有する２枚のレンチキュラーレンズを主面の間隔が前記焦点距離に等しくなるように積層することで構成される均一輝度多指向スクリーンであり、
前記映像混合手段は、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、前記最大となる箇所と前記所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように混合し、
前記指向性画像は、隣接視点間での前記指向性画像のずれの幅が３［ａｒｃｍｉｎ．］程度となるように表示されることを特徴とする表示装置。
前記輝度変化が線形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表示装置。
複数の指向性画像を表示可能なスクリーンと、観測者から見て前記スクリーンの後方に配置され、前記指向性画像を前記スクリーンに対して投影する複数のプロジェクタとを備えた表示装置が実行する表示方法であって、
前記指向性画像が前記スクリーンを透過後、当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、前記最大となる箇所と前記所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように結ばれ、
前記指向性画像は、隣接視点間での前記指向性画像のずれの幅が３［ａｒｃｍｉｎ．］程度となるように表示されることを特徴とする表示方法。
複数の指向性画像を表示可能なスクリーンと、前記スクリーンの観察者側の表面に少なくとも二つの指向性画像を混合する映像混合手段と、観測者から見て前記スクリーンの後方に配置され、前記指向性画像を前記スクリーンに対して投影する複数のプロジェクタと、を備えた表示装置が実行する表示方法であって、
前記スクリーンは、同一焦点距離及び同一ピッチを有する２枚のレンチキュラーレンズを主面の間隔が前記焦点距離に等しくなるように積層することで構成される均一輝度多指向スクリーンであり、
当該指向性画像の輝度が最大となる箇所が当該指向性画像のおおむね中心であり、当該指向性画像の輝度が所定の閾値以下になる箇所が隣接する指向性画像のおおむね中心であり、前記最大となる箇所と前記所定の閾値以下になる箇所との間の輝度変化が滑らかになるように混合し、
前記指向性画像は、隣接視点間での前記指向性画像のずれの幅が３［ａｒｃｍｉｎ．］程度となるように表示されることを特徴とする表示方法。