(57)【要約】【課題】観察者の観察位置に配光方向を追従できる映像表示装置を提供する。【解決手段】配光制御型表示装置は、表示パネル２と、画像制御部４と、バックライト部７と、光源制御部８と、カメラ９と、位置検出部１０とを備える。光源制御部８は、バックライト部７の各光源を独立に点灯制御する。光源制御部８による制御により、バックライト部７は表示パネル２を発する光を複数の領域のうちのいずれかの領域に配光可能である。位置検出部１０は、カメラ９による撮像画像を画像処理することにより、観察者の位置を検出する。光源制御部８は、位置検出部１０が検出した観察者の位置に基づいて、バックライト部７による配光を制御する。【選択図】図１
2010113161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に向けて画像を投影する映像表示装置であって、
前記画像を表示可能な画像表示手段と、
前記画像表示手段から発する光を複数の領域のいずれかの領域に配光可能な配光手段と、
前記対象物の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段が検出した前記位置に基づいて前記配光手段による配光を制御する配光制御手段とを備える、映像表示装置。
【請求項２】
前記配光制御手段は、前記対象物が所定の領域中にある間、前記所定の領域に配光するように前記配光手段を制御する、請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】
前記配光制御手段は、前記位置に追従して配光するように前記配光手段を制御する、請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項４】
前記所定の領域は、第１の領域および前記第１の領域に隣接する第２の領域を含み、
前記配光制御手段は、前記対象物が前記第１の領域にある間、前記第１の領域に配光し、前記対象物が前記第２の領域にある間、前記第２の領域に配光する、請求項３に記載の映像表示装置。
【請求項５】
前記配光制御手段は、前記対象物が前記第１の領域から前記第２の領域へ移動したことが検出されてから所定の時間、前記第１の領域および前記第２の領域に配光する、請求項４に記載の映像表示装置。
【請求項６】
前記配光制御手段は、前記対象物が前記第２の領域に移動してから、前記対象物が前記第２の領域内の所定の位置で検出されるまで、前記第１の領域および前記第２の領域に配光する、請求項５に記載の映像表示装置。
【請求項７】
前記配光制御手段は、前記対象物が前記第１の領域中で前記第２の領域から所定の距離内にある領域に位置する場合、前記第１の領域および前記第２の領域に配光する、請求項４から６のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項８】
前記対象物は、前記画像の観察者の瞳を含む部位である、請求項１から７のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項９】
前記画像表示手段が発する光の進行方向を制限する方向制限手段をさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項１０】
前記対象物は、前記画像の観察者の左右の瞳であって、
前記配光制御手段は、時分割で交互に前記左右の瞳に配光するように前記配光手段を制御する、請求項９に記載の映像表示装置。
【請求項１１】
前記画像表示手段は、複数の画像を時間的に分割表示し、
前記配光制御手段は、前記複数の画像の表示と同期して前記配光手段による配光を制御する、請求項９に記載の映像表示装置。
【請求項１２】
前記画像表示手段は、光線再生式の立体表示方式に沿った画像を表示する、請求項９から１１のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項１３】
前記画像表示手段は、複数の画素を有する画像表示部を含み、、
前記配光手段は、
複数の光源素子からなる光源群を複数備える光源部と、
前記画像表示部と前記光源部の間に配設され、前記複数の光源群にそれぞれ対応した複数の開口部を有し、通過した光線が前記画像表示部を照明すべく導光する導光部とを含み、
前記配光制御手段は、各前記光源素子を独立に制御可能であり、各前記光源群から出射される光線が前記開口部を通過し所定の方向へ導光されるべく各前記光源素子を制御し、前記画像表示手段から発する光を前記複数の領域のいずれかの領域に配光することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示装置に関し、特に、対象物に向けて画像を投影する映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像表示分野において、様々な映像の提供の方法が考えられている。例えば、特定の方向からのみ映像が観察できる配光制限型表示装置や、立体的な映像をユーザに知覚させる立体映像表示装置が実用化されつつある。
【０００３】
配光制限型表示装置の具体例としては、視野角を狭くした携帯電話やモバイル情報機器のモニタがある。このモニタは、正面付近から見る本人以外の角度からの観察位置からではモニタの表示内容が見えない事を特徴としたものである。また、配光制限型表示装置の他の具体例として、カーナビゲーションの２方向モニタがある。この２方向モニタは、センターコンソール付近に配置され、運転側方向には地図画面を、助手席側方向にはＴＶ画像等を表示できる。このような配光制限型表示装置には、例えば、特許文献１（特許第４０７４２３３号公報）に記載のデュアルビュー液晶あるいはベールビュー液晶を用いることができる。
【０００４】
立体映像表示装置は、人がその映像を見たときに立体的に知覚することができる映像を表示する。人間が物を見たときに立体的に知覚する要素としては、輻輳、両眼視差、運動視差、調節があると言われており、立体映像表示装置は、これらの要素を利用している。
【０００５】
輻輳とは、物を見るときに左右の眼球が内向きに向く運動のことである。眼に輻輳角を与える筋肉の緊張を脳が認識することで、人間は立体感を得る。両眼視差とは、注視点を観察している時の両眼に投影される網膜上像のズレ（いわゆる視差）のことである。人間は、この両眼視差を立体感として知覚する。運動視差とは、物を見る視点を変えた時に視点が移動するにつれて物の見え方が変化することである。人間は、この運動視差を立体感として知覚する。調節とは、見ている物の距離に応じて水晶体の厚みが変化することである。水晶体の厚みを変化させる筋肉の緊張を脳が認識することで、人間は立体感を得る。
【０００６】
これらの立体視を促す知覚作用を利用した従来の立体映像装置は、（ｉ）２眼式、（ｉｉ）多眼式、（ｉｉｉ）体積表示式、（ｉｖ）空間像再生式の４種類に大別できる。これらの方式の特徴を以下に簡単に述べる。
【０００７】
（ｉ）２眼式とは、左眼で見たときの映像と右眼で見たときの映像を用意して、観察者の左眼には左眼用映像を提示し、右眼には右眼用映像を提示する方法である。２眼式は、主に輻輳と両眼視差とを用いて立体感を与える。２種の映像を両目に独立提示する方法にはいくつかある。
【０００８】
よく知られるのが、左右像を分離するためのメガネを用意するものである。具体的には、左眼用映像を赤、右眼用映像を青で表示し、青／赤のメガネを通して見るアナグリフ式のものがある。あるいは、左眼用映像と右眼用映像とを時間的に交互に表示し、左右映像を時分割シャッタを備えるメガネを通して観察者に独立提示する方法がある。最近では、偏光方向を変えて左眼用映像と右眼用映像とを表示し、左右映像を分離する偏光フィルタを備えるメガネを用いて左右映像を観察者に独立提示する方法がある。この方法では、時分割シャッタを用いる方法に比べ、メガネを軽量に出来るので、観察者への負担が少なくてすむ。
【０００９】
独立提示する方法には、メガネを使用しないものもある。メガネを使用しない方法としては、表示画像をパララックスバリアやレンチキュラレンズを利用して左右像に分離する方式がある。また、特許文献２（特開２００５−７７４７２号公報）には、液晶表示パネルと、観察者の一方の眼の方向に出射光強度のピークが存在する第１の照明光と、観察者の他方の眼の方向に出射光強度のピークが存在する第２の照明光とを交互に出射する面光源とを備える液晶表示装置が開示されている。この液晶表示時装置は、液晶表示パネルに左目用画像データと右目用画像データとを交互に書き込み、画像データの書き込みに同期させて、第１の照明光または第２の照明光のいずれかを面光源から出射させる。
【００１０】
（ｉｉ）多眼式とは、視点を２眼式の２点以外にも準備するものである。すなわち、多眼式では、複数の視点からの左眼用映像および右眼用映像を、パララックスバリアやレンチキュラレンズを利用して、観察方向に対して独立提示してやる方法である。多眼式では、輻輳および両眼視差に加えて、観察位置の移動に伴い、視点の数だけ左右画像が切替わって観察者に投影されるので、観察者に運動視差による立体感を与える事ができる。
【００１１】
多眼式の映像表示に関し、特許文献３（特許第３０５４３１２号公報）には、観察者の視点位置を検出し、検出位置を視点とする画像を、予め準備されている多視点画像データから再構成する画像処理装置が開示されている。
【００１２】
（ｉｉｉ）体積表示式とは、例えば、奥行き方向に複数の表示面を用意する、あるいは表示面を回転させる等で、奥行きに応じた位置に像を表示するものである。体積表示式では、輻輳および両眼視差に加えて、調節による立体感を作りだすことが可能となる。
【００１３】
（ｉｖ）空間像再生式は、被写体の光線そのものを再生する方式である。空間像再生式は、実際に物体を見るのと同じように、観察者が輻輳、両眼視差、運動視差、調節のいずれの効果も得られるという点で優れた方式である。この方式には、光線再生法やホログラフィがある。
【００１４】
ここで、光線再生法による立体映像表示についての原理を、図１２および図１３を用いて簡単に説明する。図１２は、光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系を横から見た図である。図１３は、光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系の斜視図である。
【００１５】
立体映像表示装置は、図１２および図１３に示すように、表示パネル１２とレンズアレイ１３とを備える。表示パネル１２は、複数の画素を有する。表示パネル１２としては、例えば、液晶ディスプレイが利用される。レンズアレイ１３は、複数のレンズを一平面内に配置したものである。ここでは、図１３に示すように、レンズアレイ１３として、マイクロレンズが２次元的に配置されたマイクロレンズアレイを用いる例を説明する。
【００１６】
立体映像表示装置は、表示パネル１２上に、複数の画素にて生成された要素画像１４を表示する。レンズアレイ１３を通して得られる表示パネル１２の画像の光線は、図１のようになり、観察者は、表示パネル１２に表示された要素画像１４をレンズアレイ１３を通して観察すると、あたかも再生像１１が存在するかのように感じる（逆に言えば、レンズアレイ１３を通して要素画像１４を観察した観察者があたかも再生像１１が存在するかのように感じるように、立体映像表示装置は、要素画像１４を表示パネル１２に表示する）。このため、観察者に対して、輻輳、両眼視差、調節の何れもが、自然に物を見ている状態と同等に与えられる。
【００１７】
また、図１３に示すように、光線再生法によって再生された像の各点はレンズを通して各方向に光線を放っている。なお、図１３には、再生像１１の点Ａに対応する光線を示している。このため、観察方向を変えた場合には、観察者は、その方向から見た画像を観察する。すなわち、観察者は、運動視差を感じる。ここで説明している例では、立体映像表示装置は、レンズアレイ１３としてマイクロレンズアレイを用いているので、観察者に、上下左右についての運動視差を与えることができる。
【００１８】
ここで、光線再生法で立体像を見ることのできる範囲（視域）について図１４および図１５を参照して説明する。図１４は、１つのレンズを通る光の視域角を示す図である。図１４に示すように、レンズアレイ１３に対応して、要素画像を表示する要素画像領域１５が設定される。要素画像領域１５の画像は、視域角１６内の領域で観察できる。図１５は、視域を示す図である。レンズアレイ１３の全てのレンズを通して要素画像が観察できる領域が、視域１７となる。
【００１９】
ところで、立体表示装置においては、観察者が立体像を観察できる領域（視域）が広いことが好ましい。しかしながら、光線再生法では、立体像の解像度と視域の両立が難しい。
【００２０】
光線再生法は、レンズアレイを通して立体像を表示する方法であり、観察者は一つのレンズを通して１〜２画素の画像を観察する。そのため、立体像の解像度はレンズアレイの解像度と同等になる。例えば、表示パネルの解像度が２００×２００画素であり、要素画像領域が１０×１０画素とすると、レンズアレイのレンズ数は２０×２０個となる。このレンズ数が立体像の解像度と同等となる。なお、要素画像領域の画素数は、表示できる視差の数（運動視差の数）を表している。上の例の場合、運動視差の数は左右に１０視差及び上下に１０視差となる。
【００２１】
視域を広げるために各レンズの視野角を増やそうとすると、視差数すなわち要素画像画素数を多く取るとともにレンズ面積を大きくする必要がある。レンズ面積の増大はレンズ数の低下を招くので、立体像の解像度が低下する。
【００２２】
これを解決する方法には、表示パネルの画素数を上げればよいが、それにも限度がある。例えば２次元ディスプレイでは普通になっているＳＶＧＡ（８００×６００画素）レベルの立体像を得ようとすると、レンズアレイのレンズ数が８００×６００個必要となり、要素画像を１０×１０画素としても、表示パネルとして８０００×６０００画素が必要となる。しかしながら、現在ではこのような表示が出来る直視型ディスプレイは入手できる状況にない。また、このようなディスプレイを開発することも、技術的・価格的課題が多く現実的でない。
【００２３】
特許文献４（特開２００２−３３０４５２号公報）には、立体像の解像度と視域の両立に関し、視野角を広げるために表示パネル自体を機械的に動かす技術が開示されている。
【特許文献１】特許第４０７４２３３号公報
【特許文献２】特開２００５−７７４７２号公報
【特許文献３】特許第３０５４３１２号公報
【特許文献４】特開２００２−３３０４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
配光制限型表示装置で現状実用化されているデュアルビュー液晶やベールビュー液晶では、配光できる方向が固定であり、観察者の観察位置が変わった場合に追従できるものではない。そのために、観察者が立体像の観察位置を制限されるという不便が生じる。また、これらの技術では、不要な方向の光源の光を遮光して、配光領域の制限を実現しており、遮光された光が無駄に使われているという問題がある。
【００２５】
配光方向を制御する方法として、特許文献４に記載の技術を用いることも考えられる。しかしながら、表示パネル自体を機械的に動かす特許文献４に記載の技術は、機構が複雑となり、信頼性に問題がある。また、パネルを動かし得るだけの、相応の設置スペースを必要とする問題もある。
【００２６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、観察者の観察位置に配光方向を追従できる映像表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
１つの局面に係る本願発明は、対象物に向けて画像を投影する映像表示装置であって、画像を表示可能な画像表示手段と、画像表示手段から発する光を複数の領域のいずれかの領域に配光可能な配光手段と、対象物の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段が検出した位置に基づいて配光手段による配光を制御する配光制御手段とを備える。
【００２８】
好ましくは、配光制御手段は、対象物が所定の領域中にある間、所定の領域に配光するように配光手段を制御する。
【００２９】
好ましくは、配光制御手段は、位置に追従して配光するように配光手段を制御する。
さらに好ましくは、所定の領域は、第１の領域および第１の領域に隣接する第２の領域を含み、配光制御手段は、対象物が第１の領域にある間、第１の領域に配光し、対象物が第２の領域にある間、第２の領域に配光する。
【００３０】
さらに好ましくは、配光制御手段は、対象物が第１の領域から第２の領域へ移動したことが検出されてから所定の時間、第１の領域および第２の領域に配光する。
【００３１】
さらに好ましくは、配光制御手段は、対象物が第２の領域に移動してから、対象物が第２の領域内の所定の位置で検出されるまで、第１の領域および第２の領域に配光する。
【００３２】
さらに好ましくは、配光制御手段は、対象物が第１の領域中で第２の領域から所定の距離内にある領域に位置する場合、第１の領域および第２の領域に配光する。
【００３３】
好ましくは、対象物は、画像の観察者の瞳を含む部位である。
好ましくは、画像表示手段が発する光の進行方向を制限する方向制限手段をさらに備える。
【００３４】
さらに好ましくは、対象物は、画像の観察者の左右の瞳であって、配光制御手段は、時分割で交互に左右の瞳に配光するように配光手段を制御する。
【００３５】
さらに好ましくは、画像表示手段は、複数の画像を時間的に分割表示し、配光制御手段は、複数の画像の表示と同期して配光手段による配光を制御する。
【００３６】
さらに好ましくは、画像表示手段は、光線再生式の立体表示方式に沿った画像を表示する。
【００３７】
好ましくは、画像表示手段は、複数の画素を有する画像表示部を含み、配光手段は、複数の光源素子からなる光源群を複数備える光源部と、画像表示部と光源部の間に配設され、複数の光源群にそれぞれ対応した複数の開口部を複数有し、通過した光線が画像表示部全体を照明すべく導光する導光部とを含み、配光制御手段は、各光源素子を独立に制御可能であり、各光源群から出射される光線が開口部を通過し所定の方向へ導光されるべく各光源素子を制御し、画像表示手段から発する光を複数の領域のいずれかの領域に配光する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、光を複数の領域のいずれかの領域に配光可能な配光手段と、画像投影の対象物の位置を検出する位置検出手段とを備え、対象物の位置に基づいて、配光手段による配光を制御する。したがって、観察者の位置に追従した映像表示を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部分には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００４０】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態では、本発明の配光制御型表示装置への適用例を説明する。以下、第１の実施の形態に係る配光制御型表示装置について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態に係る配光制御型表示装置を示す図である。
【００４１】
図１を参照して、配光制御型表示装置は、表示パネル２と、画像制御部４と、バックライト部７と、光源制御部８と、カメラ９と、位置検出部１０とを備える。
【００４２】
表示パネル２は、画像を表示するためのパネルであり、複数の画素を含む。表示パネル２は、バックライト部７からのバックライト光を、画素単位で透過制御することで画像を表示可能な透過型パネルである。表示パネル２としては、例えば液晶パネルを用いることができる。
【００４３】
画像制御部４は、表示パネル２に画像を表示すべく表示パネル２の表示画像を制御する部分である。より具体的には、画像制御部４は、表示パネル２の各画素の動作、詳しくは、各画素による光の透過状態を決定する。
【００４４】
バックライト部７は、表示パネル２に照射する照射光を出力する。バックライト部７は、光源部５と、配光用レンズアレイ６とを含む。バックライト部７は、観察者から見て、表示パネル２の背後に配置される。光源部５は複数の光源素子を有する。
【００４５】
光源制御部８は、バックライト部７の各光源を独立に点灯制御する。光源制御部８による制御により、バックライト部７は表示パネル２を発する光を複数の領域に配光可能であり、複数の領域のうちのいずれかの領域に配光する。光源制御部８が、どのように点灯する光源を決めるかについては後述する。
【００４６】
バックライト部７の具体例を、図２および図３を参照して説明する。図２は、バックライト部７を側面方向から見た図である。図３は、バックライト部７を斜めから見た図である。図２および図３を参照して、本実施の形態に係るバックライト部７における光源部５は、半導体光源であるＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）２１と、ＬＥＤ２１の光を受ける導光路２２とを組み合わせた線状光源を複数含む。また、配光用レンズアレイ６は、レンチキュラレンズ２３である。図３に示すように、各線状光源は、レンチキュラレンズ２３の主軸の方向と平行に配設される。
【００４７】
ここで、配光を実現する仕組みについて説明する。以下では、レンチキュラレンズ２３の一つのレンズ部分に相当する複数の線状光源を１ブロックとよぶ。
【００４８】
レンズの光源部５側の面（入射面）に入射した光は、光の入射面への入射角および入射位置ならびにレンズ形状に応じた出射角で、レンズの観察者側の面（出射面）から出射する。したがって、１ブロック中の各光源を発し各レンズに入射した光は、各光源とレンズとの位置関係ならびにレンズの形状で決まる角度でレンズから出射する。別の観点から言うと、１ブロックに含まれる各光源は、各光源が出射する光が、レンズの通過後、異なる角度に進行するように配置される。
【００４９】
したがって、バックライト部７は、点灯する光源の位置により、決められた方向に光を配光できる。例えば、図２中の１ブロック中の一番右端の線状光源を点灯すると、レンズの光軸に対してθ１の角度で光が出射される。θ１の値は、レンズと線状光源の位置関係で決まる。、また、１ブロック中の右端から７番目の線状光源を点灯すると、レンズの光軸に対してθ２の角度で光が出射される。
【００５０】
光源制御部８は、所望の出射角度に応じたバックライト部７の光源を点灯制御する。出射角度と、点灯する光源との関係は、バックライト部７の設計により予め定まっており、光源制御部８は、この関係に基づき、点灯する光源を決定する。光源制御部８は、各ブロックから出射される光線が開口部を通過し所定の方向へ導光されるべく各光源素子の点灯を制御し、表示パネル２から発する光を複数の領域のうちのいずれかの領域に配光する。
【００５１】
なお、本装置による配光制御は以上のように行なわれるため、光源部５は、レンチキュラレンズ２３の焦点距離に配設されることが好ましい。この時、各線状光源を発して、レンチキュラレンズ２３を透過する各光線は、略平行となるため、レンチキュラレンズ２３からは、非常に指向性の強い光が出射される。よって、本実施の形態に係る配光制御型表示装置は、狭い範囲、例えば、観測者の位置に配光できる。
【００５２】
カメラ９は、観察者を含む領域の画像を撮影する。カメラ９は、配光すべき対象物の位置を検出するためのセンサとして用いられる。本実施の形態では、画像の観察者に配光することとする。ここでは、例として観察者の頭部の中心位置を「観察者の位置」として検出するものとする。
【００５３】
位置検出部１０は、カメラ９による撮像画像を画像処理することにより、観察者の位置を検出する。例えば、位置検出部１０は、観察者の輪郭など画像中の特徴的な領域を抽出し、抽出した領域に基づいて観察者の位置を判定する。光源制御部８は、観察者と配光制御型表示装置との位置関係に基づいて、配光方向および配光方向に対応して点灯する光源を決定する。このように、本実施の形態に係る配光制御型表示装置によれば、観察者の観察位置に応じた配光が可能となる。観察者の観察位置が変わった場合に、配光方向を観察位置に追従させることができる。
【００５４】
観察者が移動した場合の配光制御について、以下、詳しく説明する。配光制御にあたっては、光源制御部８は、空間を分割した複数のエリアを設定し、観察者の観察位置がどのエリアであるかに応じて、配光を制御する。例として、図４に示すように、観察者が表示パネル２から距離Ｌだけ離れたところから表示パネル２を観察する場合を考える。図４は、配光制御にあたって設定されるエリアならびにエリアと配光との関係を説明するための図である。図４に示すように、図４における横方向にＸ軸を取り、０≦Ｘ＜Ｘａの範囲をエリアＡ、Ｘａ≦Ｘ＜Ｘｂの範囲をエリアＢ、Ｘｂ≦Ｘ＜Ｘｃの範囲をエリアＣとする。光源制御部８は、例えば、観察者の位置がエリアＡであると位置検出部１０が検出した場合には、図４に示す配光Ａの部分にバックライト部７にて配光する。光源制御部８は、観察者の位置がエリアＢであると位置検出部１０が検出した場合には図４に示す配光Ｂの部分にバックライト部７にて配光する。
【００５５】
ここで、観察者の位置がエリアＡからエリアＢに移動した場合の本実施の形態における配光制御について図５を用いて説明する。図５は、第１の実施の形態における配光制御について説明するための図である。
【００５６】
図５（ａ）は、検出された観察者の位置の時間変化の様子を示す。光源制御部８は、この検出結果から、検出位置Ｘ＝Ｘａとなる時刻ｔ＝ｔ０以前では観察者はエリアＡにおり、ｔ＝ｔ０以後ではエリアＢにいると判断する。また、光源制御部８は、ｔ＝ｔ０の前後における検出位置に基づいて、観察者が時刻ｔ＝ｔ０においてエリアＡからエリアＢに移動したと判断する。
【００５７】
観察者に追随した配光のためには、光源制御部８は、図５（ｂ）のように、ｔ＝ｔ０以前では配光Ａを実施し、ｔ＝ｔ０時点で配光Ａから配光Ｂに切り換え、ｔ＝ｔ０以後では配光Ｂを実施することが考えられる。しかしながら、図５（ｂ）のような配光制御では、Ｘａ付近での検出誤差などにより、観察者が未だエリアＡに居るにもかかわらず配光Ａを消滅してしまい、観察者が画像を観察出来なくなる可能性がある。そこで、本実施の形態では、光源制御部８は、図５（ｃ）のように、観察者がエリアＡからエリアＢに移動した事を検出してから一定の時間ｔｄだけは配光Ａを維持するようにする。この配光制御により、上記の不具合が解消される。なお、ｔｄは予め定められたものであってもよいし、ユーザが設定できるものであってもよい。
【００５８】
特に、本配光制御型表示装置を、従来技術で説明したカーナビゲーション用モニタに適用することもできる。この場合、カメラ９により運転者および助手席乗員の位置を検出し、検出結果に基づいて２方向に配光する。この場合、表示装置に複数のカメラ９を設けてもよい。２方向に配光するには、例えば、光源制御部８は、運転者側に照射される光を発する光源と、助手席側に照射される光を発する光源とを、時間的に交互に点灯する。この時、画像制御部４は、配光に同期して、運転者用画像と助手席側画像とを切り換えて表示パネル２に表示させればよい。光源制御部８は、運転者用画像の配光および助手席側画像の配光を、それぞれ、運転者および助手席乗員の位置に応じて制御する、なお、同様に、本配光制御型表示装置を用いて、２以上の複数の方向に配光することも可能である。
【００５９】
本実施の形態に係る配光制御型表示装置には、光源の光の利用効率を向上できるという利点もある。通常のディスプレイは広い範囲に光線を放射しており、観察者以外の方向への無駄な光線を放射している。したがって、通常のディスプレイは、観察者に画像を表示する以外にも無駄な電力を消費している。本発明によれば、観察者以外の方向への光線の放射を抑制できる。すなわち、必要な光線のみ発生できる。そのため、非常に低消費電力なディスプレイが実現できる。
【００６０】
また、対象物の位置の検出手段は、上述のようなカメラ９および位置検出部１０に限られない。例えば、カメラ９に代えて、配光方向を指定する情報を出力する装置を用いることができる。この場合、位置検出部１０は、画像処理を行なう必要はなく、入力された情報を処理できるものであればよい。例えば、カメラ９のかわりに各々異なる方向を指示する複数のスイッチを用い、位置検出部１０として、どのスイッチが操作されたか判断する装置を用いることができる。
【００６１】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態に記した制御では、Ｘａ付近での検出誤差などを考えると、観察者がエリアＢに移動したにも関わらず、配光Ｂが生成されない可能性がある。第２の実施の形態では、対象物が、エリアＡに隣接するエリアＢの近傍に入った時点で、エリアＢに対する配光を行なう、配光制御型表示装置について説明する。第２の実施の形態に係る配光制御型表示装置によれば、上述の問題を解決できる。
【００６２】
第２の実施の形態に係る配光制御型表示装置の構成は、第１の実施の形態に係る配光制御型表示装置の構成と同様である。ただし、第２の実施の形態に係る配光制御型表示装置による配光制御は、第１の実施の形態と異なる。第２の実施の形態に係る配光制御について図６を参照して説明する。図６は、第２の実施の形態における配光制御について説明するための図である。
【００６３】
第２の実施の形態では、図６（ａ）のように、観察者位置の検出に関し、エリアＡ内の所定の位置Ｘａ１を設定する。光源制御部８は、図６（ｂ）に示すように、観察者位置がＸａ１≦Ｘ＜Ｘａの範囲にある場合、配光Ａに加えて配光Ｂを生成する。このため、上記の不具合が解消される。
【００６４】
図６（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る光源制御部８は、さらに、観察者がエリアＢに移動した事を検出してから一定の時間ｔｄだけ配光Ａを維持する。そのため、本実施の形態に係る表示装置は、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。ただし、ｔ＝ｔ０以後の配光Ａの維持は必須ではない。
【００６５】
［第３の実施の形態］
第１および第２の実施の形態に記した制御では、観察者がエリアＢに移動した事を検出してから一定の時間ｔｄだけ配光Ａを維持するようにしていた。しかしながら、検出誤差などを考えると、エリアＡとエリアＢとの境界であるＸａ近傍に観察者が長時間滞在する場合、観察者がエリアＢ内に移動したと検出されてからｔｄが経過しても、実際には観察者が未だエリアＡにいることもおきる。第１および第２の実施の形態の配光制御では、この場合でも、時間ｔ０のｔｄ後に配光Ａが消滅してしまう。
【００６６】
第３の実施の形態に係る配光制御型表示装置は、上述の問題を鑑み、以下のような配光制御を行なう。なお、第３の実施の形態に係る配光制御型表示装置は、第１および第２の実施の形態と同様の装置構成を有するものとする。
【００６７】
第３の実施の形態に係る配光制御について図７を参照して説明する。図７は、第３の実施の形態における配光制御について説明するための図である。
【００６８】
第３の実施の形態では、図７（ａ）のように、観察者位置の検出に関し、エリアＢ内の所定の位置Ｘｂ１を設定する。光源制御部８は、図７（ｂ）に示すように、観察者位置がＸａ１≦Ｘ＜Ｘｂ１の範囲にある場合、配光Ａおよび配光Ｂを生成する。このため、上記の不具合が解消される。
【００６９】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、本発明の光線再生式立体表示装置への適用例を説明する。第４の実施の形態に係る立体表示装置について図８を参照して説明する。
【００７０】
図８を参照して、立体表示装置は、立体表示パネル３と、画像制御部４と、バックライト部７と、光源制御部８と、カメラ９と、瞳位置検出部２６とを備える。
【００７１】
立体表示パネル３は、光線再生式の立体像を表示する。立体表示パネル３は、立体視用レンズアレイ１と、表示パネル２とを含む。表示パネル２の構造は、第１の実施の形態のものと同様である。表示パネル２は、光源再生式の立体表示方式に基づいて、立体像のもととなる要素画像を表示する。立体視用レンズアレイ１は、図１２および図１３に示したレンズアレイ１３に相当する。図１２および図１３では、レンズアレイ１３としてマイクロレンズアレイを用いていたが、ここではレンチキュラレンズを用いることとする。この場合、運動視差は上下方向には発生しないものの、上下の運動視差はあまり求められないので立体視に関して大きな影響は無いと考えられる。もちろん、レンズアレイ１３としてマイクロレンズアレイを用いてもよい。
【００７２】
画像制御部４の構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様である。また、バックライト部７および光源制御部８の構成も、第１の実施の形態で説明したものと同様である。
【００７３】
カメラ９は、第１の実施の形態と同様、観察者を含む領域の画像を撮影する。瞳位置検出部２６は、カメラ９による撮像画像を画像処理することにより、観察者の瞳位置を検出する。例えば、瞳位置検出部２６は、画像中の明暗パターンなどに基づいて、観察者の瞳位置を検出する。
【００７４】
光源制御部８は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、観察者の瞳付近の位置に向かって配光するように、バックライト部７の光源部５の各ブロックからの光線出力を制御する。また、画像制御部４は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、要素画像の表示位置を適宜制御する。
【００７５】
本実施の形態に係る立体表示装置は、光線再生式の課題である解像度と視野角の両立を克服し、立体像を観察できる領域（視域）が広く、かつ、高い解像度を持つ立体像を生成できる。このことを以下説明する。
【００７６】
本実施の形態では、解像度と視野の両立のため、立体像の解像度の確保のためにレンズ数の多いレンズアレイを用いつつ、レンズ数を増やすことにより低下する視野角を表示パネルで表示する画像を制御することで補う方法をとる。この方法について図９および図１０を用いて説明する。
【００７７】
図９は、図１４のレンズアレイ１３に比べて、小さく、かつ、多数のレンズを有するレンズアレイ１３ａを用いた場合の視域角を示す図である。この場合、視域角は図９に示す視域角１６ａとなり、当然ながら図１４の視域角１６よりも狭くなる。この場合、観察者は、観察者位置ａでは表示画像を観察可能であるが、観察位置ｂや観察位置ｃでは観察できなくなる。
【００７８】
観察位置ｂおよびｃにおいても表示画像を観察者が観察できるようにするためには、要素画像領域１５を図１０に示すように要素画像領域１５ａまで拡大してやればよい。すなわち、観察者が観察位置ｂにいる時には要素画像を領域ｂに表示し、観察者が観察位置ｃにいる時には要素画像を領域ｃに表示してやるとよい。このように、要素画像を表示する領域を固定せずに観察者の位置に応じて変更することにより、視域角を拡大することができる。
【００７９】
本実施の形態に即して説明すると、画像制御部４は、瞳位置検出部２６の検出結果に基づいて、表示パネル２に表示する要素画像を制御する。また、光源制御部８は、要素画像が観察者の瞳を含む領域に投影されるように、バックライト部７の配光を制御する。
【００８０】
図１０に示したのは、観察位置において、視域が観察者の両眼をカバーしている場合であるが、立体像の解像度をさらに向上させるために、観察者の片眼分にまで視域角を絞ることができる。
【００８１】
この場合は、観察者の位置に応じて要素画像の表示領域を変更するだけでは立体視できず、左右眼用の画像分離を実現する仕組み、すなわち、一方の眼用の画像を表示中には他方の眼にその画像が投影されないような仕組みが必要である。なぜならば、光線再生法では、視域が観察者の両眼をカバーしているならば、右眼／左眼で見ている光線が異なる事で両眼視差を得ることができるが、視域角が観察者の片眼しかカバーしていない場合、表示画像はどちらか一方の眼に投影させる為の画像であり、これを他方の眼に投影しても両眼視差を得ることができないためである。
【００８２】
光線再生法の場合、左右眼用の画像分離は、２眼式のようなパララックスバリアやレンチキュラレンズで行なう事は難しく、時分割で左右眼用の画像分離を行なう方法が好適である。本実施の形態においても、この方法を採用する。
【００８３】
本実施の形態に係る立体表示装置による立体視可能な仕組みについて、より詳しく説明する。光線再生式のパネルである立体表示パネル３は、立体像の解像度を向上させるために、視域が観察者の片眼分にまで絞られるように設計されている。
【００８４】
立体表示装置は、片眼用の画像を表示中には他方の眼にその画像が投影されないように、時分割で左右眼用の画像分離を行なう。すなわち、画像制御部４は、ある期間は右眼用画像を表示し、次の期間は左眼用画像を表示するというように、交互に右目用画像と左目用画像とを表示パネル２に表示する。また、画像制御部４は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、観察者の瞳の位置に応じて要素画像の表示領域を変更する。
【００８５】
また、光源制御部８は、バックライト部７を制御し、右眼用画像表示期間には、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、観察者の右眼にバックライトを配光する。左眼用画像表示期間には、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、観察者の左眼にバックライトを配光する。光源制御部８は、左目用画像および右目用画像のそれぞれに対し、左目および右目位置に追従させた配光制御を行なう。各画像に関する配光制御としては、第１〜第３の実施の形態で説明したものを用いることができる。
【００８６】
このように、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、左右画像の時分割表示およびバックライトの配光制御を連携的に実行することで、片眼用の画像を表示中に、他方の眼にその画像が投影されないようにできる。これら一連の連携的な制御によって、広い視域にわたって、観察者に光線再生式の高解像度の立体表示像を知覚させることができる。つまり、立体映像表示装置における立体像の解像度と視域角拡大の両立を果たすことができる。
【００８７】
［第５の実施の形態］
第４の実施の形態では、立体像再生の方式を光線再生法として説明したが、それ以外の方式にも対応可能である。ここでは、２眼式の立体表示装置について説明する。既に述べたように、２眼式の立体視の原理は、観察者の左右の眼に対して、それぞれ、左眼用および右眼用の画像を表示する、というものである。本実施の形態に係る立体表示装置によれば、右眼用画像と左眼用画像とを時分割で表示し、それに同期して右眼と左眼にバックライトを配光制御する。
【００８８】
図１１に、本実施の形態に係る立体表示装置の構成を示す。これは、第２の実施の形態および第３の実施の形態に係る立体表示装置に対して、立体視用レンズアレイ１を省いたものである。
【００８９】
この構成による２眼式の立体表示装置によれば、左右画像を時分割で表示パネル２に表示し、瞳位置検出部２６で検出した観察者の瞳の位置に基づいて、バックライト部７により左右の眼に画像と同期して配光することで、左右画像を分離できる。したがって、この立体表示装置によれば、２眼式の立体表示が実現できる。
【００９０】
従来は、パララックスバリアやレンチキュラレンズによって左右画像を空間的に分離していた。この方法であると、右目用および左目用画像を同時に表示するために、各画像の画素数は表示パネルの画素数の半分になり、したがって立体画像の表示解像度も表示パネルの表示解像度の半分に低下する。
【００９１】
解像度を維持するための従来の方法として、左右画像を時分割で表示し、左右像の表示と同期した左右眼用シャッタ付きのメガネを観察者が使用することで左右像分離するものはあった。しかし、この方法は、観察者にメガネをかけさせる必要があり、また、メガネの構造が複雑となりがちで、観察者に負担を強いていた。
【００９２】
本実施の形態に係る立体表示装置によれば、右眼用及び左眼用画像は時分割で表示しているため表示パネルの画素数を維持でき、かつ、観察者はメガネ等を装着する必要が無い。従って、観察者は、メガネ無しで高解像度の立体画像を観察することができる。
【００９３】
［その他］
以上の各実施の形態においては、光源として半導体発光素子であるＬＥＤを用いた例を示した。ＬＥＤは、液晶パネルのバックライトとしてよく用いられる冷陰極管（ＣＣＦＬ）に比べて、小型であるので実装しやすい。また、応答速度が速いので時分割の点灯制御に対応できる。さらに、駆動回路が簡易に実現できる。これらのことからＬＥＤを用いるのが好適である。しかしながら、本発明における光源素子をＬＥＤに限定するものではない。
【００９４】
各実施の形態を適宜組み合わせたものも、本発明に含まれる。例えば、第１の実施の形態において、位置検出部１０のかわりに瞳位置検出部２６を用いてもよい。あるいは、第１の実施の形態において、バックライト部７を、マイクロレンズアレイに対応したものに置き換えてもよい。このように置き換えた表示装置は、上下方向の配光も行なうことができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第１の実施の形態に係る配光制御型表示装置を示す図である。
【図２】バックライト部７を側面方向から見た図である。
【図３】バックライト部７を斜めから見た図である。
【図４】配光制御にあたって設定されるエリアならびにエリアと配光との関係を説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態における配光制御について説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態における配光制御について説明するための図である。
【図７】第３の実施の形態における配光制御について説明するための図である。
【図８】第４の実施の形態に係る立体表示装置を示す図である。
【図９】図１４のレンズアレイ１３に比べて、小さく、かつ、多数のレンズを有するレンズアレイ１３ａを用いた場合の視域角を示す図である。
【図１０】要素画像領域を拡大した場合の視域角を示す図である。
【図１１】第５の実施の形態に係る立体表示装置を示す図である。
【図１２】光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系を横から見た図である。
【図１３】光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系の斜視図である。
【図１４】１つのレンズを通る光の視域角を示す図である。
【図１５】視域を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  立体視用レンズアレイ、２  表示パネル、３  立体表示パネル、４  画像制御部、５  光源部、６  配光用レンズアレイ、７  バックライト部、８  光源制御部、９  カメラ、１０  位置検出部、１１  再生像、１２  表示パネル、１３  レンズアレイ、１３ａ  レンズアレイ、１４  要素画像、１５  要素画像領域、１５ａ  要素画像領域、１６  視域角、１６ａ  視域角、１７  視域、２２  導光路、２３  レンチキュラレンズ、２６  瞳位置検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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