JP2010072455A - 車載用表示装置及び表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる車載用表示装置及び表示方法を提供する。
【解決手段】表示オブジェクトを含む映像を投影するための光束を、観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、前記観視者の片目を検出する位置検出部と、を備え、前記映像投影部は、前記位置検出部により検出された前記片目の位置に基づいて、前記表示オブジェクトの前記映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることを特徴とする車載用表示装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用表示装置及び表示方法に関する。

車載用表示装置として、ヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display; ＨＵＤ）と呼ばれる一群の表示装置がある。これらの表示装置は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）などの画像形成装置により呈示された映像を、光学系を介してハーフミラーなどの半透過反射体に反射させ、車両を運転する観察者に与えるものである。半透過反射体はコンバイナと呼ばれ、反射させて観察者に至る画像形成装置の画像と、透過して観察者に至る外界情報を重畳させて観察者に与える。その結果、観察者は外界情報と画像形成装置による画像情報とを同時に視認することが可能となる。

このような表示装置に対して、背景となる外界情報と、呈示される画像情報とを完全に重畳させ、例えば、外界情報の空間位置に対応する位置に、呈示画像情報を配置して投影する、といった要望は強い。特に、車載用のカーナビゲーションに用いるために、車両の経路情報をより背景の外界情報に適合させた状態で呈示する試みが行われている。

特許文献１には、移動体のフロントガラスの前方に見える風景に重なるように、像の大きさを移動体の移動に伴う時間経過に沿って変化させながら掲示する技術が公開されている。

しかしながら、このような従来のＨＵＤにおいては、呈示情報の主観的奥行き位置（奥行き知覚位置）が、虚像として観察される虚像距離に一致してしまうために、どのような呈示情報を与えようとも、呈示情報の奥行き知覚位置を実際の空間位置と一致させることは困難であった。

なお、非特許文献１に、ヒトの奥行感度に関して、各要因による奥行感度の距離特性が報告されている。
特開２００６−１７６２６号公報 長田昌次郎、「視覚の奥行き距離情報とその奥行き感度」、テレビジョン学会誌、１９７７年、第３１巻、第８号、p.649-655

本発明は、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる車載用表示装置及び表示方法を提供する。

本発明の一態様によれば、表示オブジェクトを含む映像を投影するための光束を、観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、前記観視者の片目を検出する位置検出部と、を備え、前記映像投影部は、前記位置検出部により検出された前記片目の位置に基づいて、前記表示オブジェクトの前記映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることを特徴とする車載用表示装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、観視者の片目の位置を検出し、前記検出された片目の位置に基づいて、表示オブジェクトの映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させて、前記表示オブジェクトを含む映像を投影するための光束を、前記観視者の前記片目に向けて投影することを特徴とする表示方法が提供される。

本発明によれば、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる車載用表示装置及び表示方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。なお、説明中の上下左右前後は、図面中の記載を基準とした相対的なものである。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の構成を例示する模式図である。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係わる車載用表示装置１０は、表示オブジェクトを含む映像を投影するための光束１１２を、観視者１００の片目１０１に向けて投影する映像投影部１１５と、前記観視者１００の前記片目１０１を検出する位置検出部２１０と、を備える。

表示オブジェクトとは、車載用表示装置１０が観視者１００に呈示する映像に設けられるものであり、例えば、車載用表示装置１０が搭載される移動体７３０の運行情報に関する、進行方向を示す矢印や、速度、注意や警告などの表示内容である。

同図に例示したように、車載用表示装置１０は、例えば車両等の移動体７３０の中、すなわち、例えば、操縦者である観視者１００からみて移動体７３０のダッシュボード７２０の奥に設けられる。

映像投影部１１５は、例えば、映像生成部１３０と、映像形成部１１０と、投影部１２０と、を有する。

映像生成部１３０は、表示オブジェクトを含む映像に対応する映像信号を生成し、映像形成部１１０に供給する。

映像形成部１１０としては、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、及び、ＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical System）等の各種光スイッチを用いることができる。そして、映像形成部１１０は、映像生成部１３０から所定の映像を含む映像信号が供給され、映像形成部１１０の画面に映像を形成する。

一方、投影部１２０には、例えば、各種の光源、投影レンズ、ミラー、及び、発散角（拡散角）を制御する各種の光学素子が用いられる。
本具体例では、投影部１２０には、例えば、光源１２１、テーパライトガイド１２２、第１レンズ１２３、可変アパーチャ１２４、第２レンズ１２５、例えば凹面状の可動式のミラー１２６、及び、非球面フレネルレンズ１２７が用いられている。
なお、例えば、第１レンズ１２３の焦点距離をｆ１、第２レンズ１２５の焦点距離をｆ２とすると、可変アパーチャ１２４は、第１レンズ１２３からｆ１の距離で、第２レンズ１２５からｆ２の距離の位置に設置されている。

そして、第２レンズ１２５から出射した光束は、映像形成部１１０に入射し、形成された映像に基づいて変調された光束１１２となる。

その光束１１２は、ミラー１２６及び非球面フレネルレンズ１２７を経て、車載用表示装置１０が搭載される移動体７３０の例えばフロントガラス７１０（ウインドシールド、透明板）に設けられる反射体７１１により反射され、観視者１００の片目１０１に投影される。そして観視者１００は、反射体７１１を介して、虚像形成位置３１０ａの位置に形成された虚像３１０を知覚する。このように、車載用表示装置１０は、ＨＵＤとして使用できる。

なお、光源１２１には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、レーザなど各種のものを用いることができる。また、非球面フレネルレンズ１２７は、例えば、フロントガラス７１０の形状に合わせて光束１１２の形（断面形状など）を制御できるように設計することができる。
なお、映像投影部１１５は、上記の具体例の他に、各種の変形が可能である。

一方、位置検出部２１０は、観視者１００の映像を投影するための片目１０１を検出する。位置検出部２１０は、例えば、観視者１００を撮像する撮像部２１１と、撮像部２１１によって撮像された撮像画像を画像処理する画像処理部２１２と、画像処理部２１２で画像処理されたデータに基づいて、観視者１００の片目１０１の位置を判断し、検出する演算部２１３と、を含むことができる。

演算部２１３においては、例えば、特許第３２７９９１３号公報などに記載されている人物認証に関する技術を用いて、観視者１００の顔認識と顔部品としての眼球位置を算出し、観視者１００の映像を投影すべき片目１０１の位置を判断して検出する。

なお、撮像部２１１は、例えば、移動体７３０の運転席の前方や側方に配置され、例えば、操縦者である観視者１００の顔面の像を撮像し、上記のように、観視者の片目１０１の位置を検出する。

そして、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、映像投影部１１５は、位置検出部２１０により検出された片目１０１の位置に基づいて、表示オブジェクトの映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させる。

すなわち、位置検出部２１０の出力、すなわち、検出された片目の位置に関するデータが映像生成部１３０に供給され、映像生成部１３０は、表示オブジェクトの映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させた映像信号を生成し、その映像信号は、映像形成部１１０に供給され、表示オブジェクトの映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させた映像が、観視者１００の片目１０１に投影される。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の映像を例示する模式図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る車載用表示装置１０において形成される、映像と表示オブジェクトの例を模式的に表している。

図２（ａ）に表したように、車載用表示装置１０においては、映像３３０は表示オブジェクト３３１を有する。映像３３０は例えば、各種の表示装置の画面に表示される画像であり、例えば矩形の領域である。なお、映像３３０の矩形の領域の中に、下記に説明する表示オブジェクトとは別に、任意の画像を表示しても良い。

一方、表示オブジェクト３３１は、映像３３０の中に含まれるもので、本具体例では、矢印を表す模式的な形状とされている。ただし、本発明はこれに限らず、表示オブジェクト３３１は、任意の形状とすることができ、例えば、映像３３０の内容に対応させた、各種の図形や、速度、注意や警告などの表示内容とすることもできる。

そして、図２（ａ）に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、検出された片目１０１の位置に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置を変化させることができる。

また、図２（ｂ）に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、検出された片目１０１の位置に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における形を変化させることができる。形とは、例えば、表示オブジェクト３３０の縦横比や映像３３０内における配置角度などを含む。

さらに、図２（ｃ）に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、検出された片目１０１の位置に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における大きさを変化させることができる。
これらの具体例は、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさを、個別に例示したが、上記の少なくともいずれかを変化させることができ、位置、形及び大きさの２つ以上を同時に変化させても良い。

これにより、本実施形態に係る車載用表示装置１０は、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる車載用表示装置を提供できる。

すなわち、上記の表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかは、以下に説明する動体視差に基づいて変化させることができる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。
すなわち、同図は、観視者１００が、２つの物体、すなわち、観視者１００に近い側の第１物体３２０ａと遠い側の第２物体３２０ｂと、を観視したときの様子を例示している。

図３に表したように、観視者１００が、第１及び第２物体３２０ａ、３２０ｂに対して左側から観視したときには、観視者１００が観視する像３５０ａにおいては、第１物体３４１の像３４１ａは、第２物体３４２の像３４２ａよりも右側に配置される。
また、観視者１００が、第１及び第２物体３２０ａ、３２０ｂに対して右側から観視したときには、観視者１００が観視する像３５０ｃにおいては、第１物体３４１の像３４１ａは、第２物体３４２の像３４２ａよりも左側に配置される。
そして、観視者１００が、第１及び第２物体３２０ａ、３２０ｂに対して正面から観視したときには、観視者１００が観視する像３５０ｂにおいては、第１物体３４１の像３４１ａは、第２物体３４２の像３４２ａと重なって配置される。

このように、観視者１００と物体との位置関係において、観視者１００が移動した場合に、物体の見え方は変化する。すなわち、観視者の頭部運動により運動視差が発生する。このとき、観視者１００に対して、前後に配置された第１物体３２０ａ及び第２物体３２０ｂの奥行きに関する位置関係は、この運動視差に基づいて認識されることが可能となる。

これにより、本実施形態に係る車載用表示装置１０は、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる車載用表示装置を提供できる。

図４は、ヒトの奥行き感度に関する特性を例示する模式図である。
すなわち、同図は、非特許文献１に記載されている、各要因による奥行感度の距離特性を示している。
一般に、ヒトの奥行き知覚を誘発する原因（奥行き知覚手がかり）としては、両眼視差、動体視差、遠近法的要因などがあるとされている。
図４に示されたように、一般に、視点位置が変わると、奥行きの異なる位置に配置された対象物の見えの位置と、それぞれの対象物の見えの様子が変わる。これが動体視差（観視者の頭部移動に基づく運動視差）である。奥行き知覚が与える動体視差の影響は、他の奥行き手がかりに対して、同図に示された傾向を持つことが知られている。

すなわち、観視者から５ｍ程度までは両眼視差が最も奥行き知覚に対して感度が高く、それ以上では動体視差が奥行き感度が高い。

動体視差は、観視者から数十ｍ程度までは最も感度が高く、それよりも遠い距離においては、大きさや空気透視コントラストなど、いわゆる遠近法的な知覚が優位となる。

本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、動体視差と大きさの特性に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることにより、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置することを可能とする。

図５は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。
図５に表したように、例えば、観視位置Ｐｏから固視点Ｐｆまでの距離を固視点距離Ｌｆｘとし、観視位置Ｐｏから虚像位置Ｐｖまでの距離を虚像距離Ｌｖｉとする。なお、この虚像距離Ｌｖｉは、図１に例示した虚像３１０（虚像形成位置３１０ａ）と観視者１００の片目１０１との間の距離に相当する。
そして、観視位置Ｐｏから映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離をＬｄｐ０とする。この奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０は、車載用表示装置１０によって、観視者１００に知覚させたい、呈示情報の目標とする奥行き位置である。この奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０は、車載用表示装置１０の使用状況に基づいて、任意に定められる。例えば、外界情報に適合させて、観視者１００から遠い位置に配置されたり、近くに配置されたり、また、連続的に変化されても良い。

そして、観視者１００の観視位置Ｐｏにおける、初期の視点位置Ｐｏ１から、観視者１００の頭部が移動した際の移動後の視点位置Ｐｏ２まで、の距離を視点移動量Ｓｏｂｓ．とする。

このとき、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、数式（１）を満足するように、虚像移動量Ｓｖｉを設定する。

Ｓｖｉ＝（Ｓｏｂｓ．−Ｌｖｉ／Ｌｄｐ） … （１）

そして、表示オブジェクトの前記映像内における位置を、この虚像移動量Ｓｖｉの距離で変動させる。

すなわち、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、映像投影部１１５は、観視者１００から、反射体７１１によって形成される映像の虚像の位置までの距離をＬｖｉとし、観視者１００から映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離をＬｄｐ０とし、検出された片目の検出位置の変動の距離をＳｏｂｓ．としたとき、表示オブジェクトの映像内における位置を、数式１を満足する虚像移動量Ｓｖｉの距離で変動させる。

これにより、主観的奥行き位置（奥行き知覚位置）Ｐｓｄｐを、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０に配置することができる。すなわち、視点移動量Ｓｏｂｓ．に対応する主観的奥行き距離Ｌｓｄｐを、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離Ｌｄｐ０と一致させることができる。

移動体７３０の外界映像（例えば道路標識などの映像）は、固視点距離Ｌｆｘに配置されるが、上記の条件を満足させることによって、このような固視点距離Ｌｆｘには依存せずに、主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを任意の位置（任意の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０）に配置した様に観視者１００に知覚させることが可能となる。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。
同図は、本実施形態に係る車載用表示装置１０による映像の奥行き呈示目標位置が４種類の場合を模式的に例示している。

図６に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、例えば、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０が、観視者１００からの距離が距離Ｌ１の位置Ｐ１である場合、観視者１００の片目１０１の移動の距離Ｓｏｂｓ．に対して、Ｓｖｉ＝（Ｓｏｂｓ．−Ｌｖｉ／Ｌ１）の量だけ、映像３３０における表示オブジェクト３３１の位置を移動させる。

また、例えば、映像の呈示目標位置が、観視者１００からの距離が距離Ｌ２、Ｌ３及びＬ４である位置Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の位置である場合も同様に、数式１に基づいて、映像３３０における表示オブジェクト３３１の位置が移動させられる。
これにより、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の別の動作を例示する模式図である。
同図は、本実施形態に係る車載用表示装置１０による映像の奥行き呈示目標位置が４種類の場合を模式的に例示している。

図７に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、例えば、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０が、観視者１００からの距離が距離Ｌ１の位置Ｐ１である場合、観視者１００の片目１０１の移動の距離Ｓｏｂｓ．に対して、距離Ｌ１と、距離Ｓｏｂｓ．と、に基づいて、表示オブジェクトの形を変化させる。

また、例えば、映像の呈示目標位置が、観視者１００からの距離が距離Ｌ２、Ｌ３及びＬ４である位置Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の位置である場合も同様に、距離Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４と、距離Ｓｏｂｓ．と、に基づいて、映像３３０における表示オブジェクト３３１の形を変化させる。

すなわち、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、映像投影部１１５は、観視者１００から奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離をＬｄｐ０とし、検出された片目１０１の検出位置の変動の距離Ｓｏｂｓ．としたとき、距離Ｌｄｐ０と、距離Ｓｏｂｓ．と、に基づいて、表示オブジェクト３３１の形を変化させる。

具体的には、上記の角度（図５中の角度θ）は、図５に表したように、距離Ｌｓｄｐの線分を隣辺とし、距離Ｓｏｂｓ．を対辺とする直角三角形の鋭角の頂角である。

具体的には、図５に例示された、距離Ｌｄｐ０の線分と、距離Ｓｏｂｓ．の線分と、を隣辺と対辺とする直角三角形の頂角θに基づいて、表示オブジェクト３３１の形を変えることができる。
すなわち、距離Ｌｄｐ０の線分と、距離Ｓｏｂｓ．の線分と、を隣辺と対辺とする直角三角形の２つの鋭角のいずれか、に基づいて、表示オブジェクト３３１の形が変形される。

そして、例えば、映像３３０内における表示オブジェクト３３１の縦横比や配置角度などが変えられる。
これにより、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の別の動作を例示する模式図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る車載用表示装置１０において、観視者１００に与える映像が、立体的な構成を持った対象物を示す表示オブジェクト３３１を含む映像の場合の動作を例示している。すなわち、本具体例では、表示オブジェクト３３１として、立体的な、厚みを持った矢印が用いられる例である。

図８に表したように、立体的な構成を持った表示オブジェクト３３１を呈示する場合、観視者１００の片目１０１の位置（視点位置）の変化により、表示オブジェクト３３１を見込む視角は変化する。このために、表示オブジェクト３３１となる矢印の形状は、視点位置によって、立体的な形状として変化する。本実施形態に係る車載用表示装置１０は、この見込む角度に応じて、表示オブジェクト３３１の形を変形させる。これにより、知覚される対象物３２２（矢印）は、所望に設定される奥行き呈示目標位置と立体感によって観視者１００に知覚される。

上記の見込む角度は、上記の距離Ｌｄｐ０と、距離Ｓｏｂｓ．とに依存して変化する。例えば、上記の見込む角度は、距離Ｌｄｐ０の線分と、距離Ｓｏｂｓ．の線分と、を隣辺と対辺とする直角三角形の鋭角である角度θであり、この角度θに基づいて、表示オブジェクト３３１の形を変化させる。

これにより、運動視差に基づく視角変化に対応した映像を観視者１００に与えることにより、観視者１００に、より立体的な対象物知覚を与えることが可能になる。これにより、より主観的な奥行き位置の精度を増強させることが可能である。

図９は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の別の動作を例示する模式図である。
同図は、本実施形態に係る車載用表示装置１０による映像の奥行き呈示目標位置が４種類の場合を模式的に例示している。

図９に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、例えば、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０が、観視者１００からの距離が距離Ｌ１である位置Ｐ１である場合、観視者１００の片目１０１の移動の距離Ｓｏｂｓ．に対して、距離Ｌｄｐ１＝（Ｓｏｂｓ．^２＋Ｌ１^２）^１／２と、距離Ｌｄｐ０と、に基づいて、表示オブジェクト３３１の大きさを変化させることができる。この距離Ｌｄｐ１は、図５に例示された、距離Ｌｄｐ０の線分と、距離Ｓｏｂｓ．の線分と、を隣辺と対辺とする直角三角形の斜辺の長さに相当する長さである。

また、例えば、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０が、観視者１００からの距離が距離Ｌ２、Ｌ３及びＬ４である位置Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の位置である場合も、同様に、距離Ｌｄｐ０の線分と、距離Ｓｏｂｓ．の線分と、を隣辺と対辺とする直角三角形の斜辺の長さと、距離Ｌｄｐ０と、に基づいて、映像３３０における表示オブジェクト３３１の大きさを変化させる。

すなわち、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、映像投影部１１５は、観視者１００から奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離をＬｄｐ０とし、検出された片目１０１の検出位置の変動の距離をＳｏｂｓ．としたとき、距離Ｌｄｐ１＝（Ｓｏｂｓ．^２＋Ｌｄｐ０^２）^１／２と、距離Ｌｄｐ０と、に基づいて、表示オブジェクト３３１の大きさを変化させる。
このとき、上記の距離Ｌｄｐ１＝（Ｓｏｂｓ．^２＋Ｌｄｐ０^２）^１／２と、距離Ｌｄｐ０と、の比に基づいて、表示オブジェクト３３１の大きさを変化させることができる。

この距離Ｌｄｐ１と、距離Ｌｄｐ０と、は、図５に例示したように、距離Ｌｄｐ０の線分を隣辺とし、距離Ｓｏｂｓ．を対辺とする直角三角形における、斜辺と隣辺とに相当する。

これにより、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる。
すなわち、観視者１００による個人差や奥行き定位位置のばらつきを少なくするとともに、呈示映像の主観的奥行き位置を任意の場所に定位させることが可能となる。

なお、表示オブジェクト３３１の大きさを変える際に、上記のように、運動視差に基づいて変える他に、観視者１００から奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離Ｌｄｐ０によって大きさを変えても良い。

また、上記の図６〜図９は、表示オブジェクト３３１の映像３３０内の位置と、形と、大きさと、をそれぞれ独立して変化させる例であるが、これらを任意に組み合わせることができる。

ところで、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、上記のように運動視差に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることによって、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できるのは、観視者１００が片目１０１で映像を観視するためである。

すなわち、両目で映像を観視する従来の車載用表示装置、すなわち、ＨＵＤにおいては、反射体７１１で反射した光束１１２が観視者の両眼に投影される。このとき、運動視差に基づいて表示オブジェクト３３１の映像３３０内の位置、形及び大きさのいずれを変えても、観視者１００が主観的に感じる奥行き位置は、いわゆる両眼視差の効果によって、反射体７１１によって形成される虚像３１０の位置（虚像形成位置３１０ａ）に影響される。従って、呈示情報の奥行き知覚位置は虚像３１０の位置（虚像形成位置３１０ａ）から動いた位置に知覚されにくい。

すなわち、例えば、図３に例示したように、映像内に、奥行きの異なる２つの表示オブジェクト（第１物体３４１及び第２物体３４２）がある場合、運動視差によって、像３４２ａと像３４２ｂとの配置が変化するが、このような映像を、従来のＨＵＤによって両眼で観視した場合には、単に、２つの物体（第１物体３４１及び第２物体３４２）の位置がずれたと見え、この２つの物体の奥行きが異なったと知覚されにくい。

これに対し、本実施形態に係る車載用表示装置１０では、片目１０１で映像が観視される。このため、運動視差によって、像３４２ａと像３４２ｂとの配置が変化する映像を観視した場合には、この２つの物体の奥行きが異なって知覚される。そして、図４によって説明したように、車載用表示装置１０が応用される、５ｍ〜十ｍ程度の観視距離においては、運動視差の奥行き知覚に対する感度が他の要素に比べて最も高いため、車載用表示装置１０は、非常に効率良く、効果的に、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる。

このように、車載用表示装置１０は、頭部移動に合わせた視点位置の変化に対応して表示物（表示オブジェクト３３１）の位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変えることにより、動体視差による奥行き手がかりを与えることができ、表示物の主観的奥行き位置を定位させる。

上記の本実施形態に係る車載用表示装置１０の効果は以下に説明される実験によっても確認された。
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置に関する実験系を例示する模式図である。
図１０に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置１０に関する実験系においては、スクリーン３６２上に「街路」の像を投影したものを背景としてハーフミラー３５３を介して被験者１００ａに与えられる。

すなわち、スクリーン３６２上に、プロジェクタ３６０から画像３６１を投影し、これを、移動体における外界情報（外界の景色）として代用した。なお、画像３６１は、「街路」の画像である。

一方、ＬＣＤ３５１から出射した光束３５２は、ハーフミラー３５３を経て、被験者１００ａに投影される。被験者１００ａは、ＬＣＤ３５１から出射された光束３５２に含まれる映像を、左右眼独立に偏光フィルタ３５４ａ、３５４ｂを介して観察する。

なお、ＬＣＤ３５１から出射される光束１１２は実質的に直線偏光であるため、優位眼に対応する偏光フィルタ３５４ａは、光束１１２の偏光方向と平行の偏光状態とし、非優位眼に対応する偏光フィルタ３５４ｂを光束１１２の偏光方向と直交する偏光状態に設定することで、被験者１００ａには優位眼だけに映像を呈示することが可能となる。なお、このＬＣＤ３５１が、車載用表示装置１０における映像投影部１１５に相当する。

そして、ＬＣＤ３５１が表示する画像、すなわち、映像３３０内の表示オブジェクト３３１は、同図に例示される「矢印」とした。

被験者１００ａは、偏光フィルタ３５４ａ、３５４ｂとともに、頭部を左右に移動させる。この頭部移動量は、頭部追尾センサ３５５で検知される。頭部追尾センサ３５５が、車載用表示装置１０における位置検出部２１０に相当する。

そして、頭部追尾センサ３５５によって検出された頭部の移動による運動視差に基づいて、奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０に対応する虚像移動量Ｓｖｉによって、ＬＣＤ３５１に表示させる映像３３０内の表示オブジェクト３３１の位置を移動させる。

この実験系により、動体視差を反映させた表示オブジェクト３３１を含む映像を、虚像刺激として、単眼視状態で被験者１００ａに与えた。
そして、被験者１００ａには、この実験系によって与えられた虚像刺激の主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを回答させた。

なお、上記において、被験者１００ａからハーフミラー３５３までの距離は、０．７５ｍとし、被験者１００ａから虚像形成位置３１０ａ（光学的な虚像呈示位置）までの距離は２．５ｍとし、被験者１００ａからスクリーン３６２（背景位置）までの距離は、５ｍ及び７．５ｍの２種類で実験を行った。また、奥行き設定距離Ｌｄｐ０（被験者１００ａの位置から映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離）を１５ｍ〜１２０ｍの範囲で変えて実験を行った。なお、被験者１００ａは、画像関係技術者５人であった。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。
同図の横軸は、奥行き設定距離Ｌｄｐ０（被験者１００ａの位置から映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０までの距離）を示し、縦軸は、主観的奥行き距離Ｌｓｄｐ（被験者１００ａから、被験者１００ａが回答した主観的奥行き位置Ｐｓｄｐまでの距離）を示す。
図１１に表したように、運動視差を基に表示オブジェクト３３１の表示位置を変えた本実験において、被験者１００ａが回答した主観的奥行き位置までの距離Ｌｓｄｐは、奥行き設定距離Ｌｄｐ０と良く一致した。すなわち、被験者１００ａは、設定した奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０と実質的に対応する位置に、主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを関知する。

このことから、本実施形態に係る車載用表示装置１０は、設定した奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０に対応した主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを被験者１００ａに与えることが分かる。

本実験のように、運動視差に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像内における表示位置のみを変えた場合において上記のように高い効果が得られたが、さらに、表示オブジェクト３３１の形や大きさなどを変えることで、主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを任意の設定位置にさらに精度良く一致させることができる。

なお、比較例として、上記の実験系において、被験者１００ａに両眼視状態で虚像刺激を観察させたが、この場合には、奥行き設定距離Ｌｄｐ０を１５ｍ〜１２０ｍの範囲で変えても、目標主観的奥行き位置Ｐｓｄｐは、虚像位置（本実験の場合距離Ｌｖｉである２．５ｍの位置）に精度高く固定され、主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを変化させることはできなかった。

なお、両眼立体視を用いて表示映像の奥行き位置を任意に変えるという手法は古くから試みられているが、両眼立体視においては、輻輳角に対応した両眼視差映像を左右眼に独立に入射する必要がある。そして、左右眼に入れるそれぞれの両眼視差映像は輻輳角に依存するために、観視者の固視点に応じて動的に変えなければならない。
これに対し、本実施形態に係る車載用表示装置１０においては、固視点位置に依存せず、虚像位置にある表示映像の動きを制御することで、主観的な奥行き位置を与えることが可能であり、この点において、両眼立体視に比べて映像処理量が非常に小さいという利点を与える。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態に係る車載用表示装置２０の構成は、図１に例示した車載用表示装置１０の構成と同様なので省略する。本実施形態に係る車載用表示装置２０の動作は第１の実施形態の車載用表示装置１０の動作に加えてさらに高度な動作を実施する。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。
図１２に表したように、本実施形態に係る車載用表示装置２０においては、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０を連続的に変化させる。例えば、奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０を、観視者１００から最も遠い位置Ｐ４から、位置Ｐ３及び位置Ｐ２を経て、最も近い位置Ｐ１に向かって変化させる。また、逆向きの方向に変化させても良い。

そして、その奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０の連続的な変化に合わせて、位置検出部２１０により検出された片目１０１の位置に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかが同時に変化させられる。
本具体例では、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置及び形が、同時に、連続的に変化されている。

これにより、奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０の連続的な変化に対応して、主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを連動して変化させる。これにより、例えば、移動体７３０が走行中に背景情報の奥行き位置が変化し、これに連動して、表示オブジェクト３３１の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０を変化させ、それに連動した位置に主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを配置することができる。

例えば、同図に例示したように、奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０が観視者１００から遠い場合、表示オブジェクト３３１の見込みの視角に対する映像の差は小さいが、奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０が観視者１００から近くなるにつれ、表示オブジェクト３３１の見込みの視角に対する映像の差が増大する。この動作により、主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを遠方から近傍まで、あるいは、その逆に、任意の方向に、連続して変化させることができる。 そして、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる。

（第３の実施の形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る車載用表示装置の構成を例示する模式図である。
図１３に表したように、本発明の第３の実施形態に係る車載用表示装置３０は、第１及び第２の実施形態に係る車載用表示装置１０、２０の構成に加え、位置検出部２１０で検出された観視者１００の片目１０１の位置に基づいて、映像投影部１１５を制御することにより、前記光束１１２の投影範囲１１４ａと投影位置１１４の少なくともいずれかを調整する制御部２５０をさらに備える。

制御部２５０は、例えば、本具体例の場合、投影部１２０の一部を構成するミラー１２６に連結された駆動部１２６ａを制御して、ミラー１２６の角度を制御することによって、投影位置１１４を制御する。

また、制御部２５０は、例えば、光源１２１や可変アパーチャ１２４などを制御して、投影範囲１１４ａを制御することができる。

これにより、観視者１００の頭部１０５が動いた際にも、それに追従して、映像の呈示位置を制御することが可能となり、観視者１００の頭部の移動による映像呈示位置からの外れが無くなり、実用的な観視範囲を広くすることが可能となり、使い易くなる。

本実施形態に係る車載用表示装置３０により、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置でき、さらに使い易い車載用表示装置が提供できる。

なお、制御部２５０は、例えば、光源１２１や可変アパーチャ１２４、映像形成部１１０を制御して、映像の輝度やコントラストなどを調整しても良い。

図１４は、本発明の第３の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示するブロック図である。
図１４に表したように、撮像部２１１により観視者１００が撮像される（ステップＳ１０）。そして、その画像から、画像処理部２１２によって、観視者１００の顔認識の画像処理が行われる（ステップＳ２０）。そして、その結果に基づいて、演算部２１３によって、観視者１００の片目１０１の位置が検出される（ステップＳ３０）。

そして、検出された片目１０１の位置に基づいて、演算部２１３によってミラー１２６の角度が算出される（ステップＳ４０）。そして、算出された角度に基づいて、制御部２５０は駆動部１２６ａを制御し、駆動部１２６ａはミラー１２６を所定の角度に制御する（ステップＳ４１）。

一方、検出された片目１０１の位置に基づいて、演算部２１３は、動体視差を算出する（ステップＳ５０）。そして、動体視差に基づいて、映像生成部１３０は、表示オブジェクト３３１を変形して、表示オブジェクト３３１を含む映像データを生成する（ステップＳ６０）。そして、必要に応じて、映像歪みの補正が行われる（ステップＳ６１）。そして、そのデータ映像信号が映像形成部１１０に供給され、映像が形成される（ステップＳ７０）。そして、例えば投影部１２０で生成された光束が映像形成部１１０に入射し、映像を含む光束１１２が観視者１００の片目１０１に入射される。

このようにして、本実施形態に係る車載用表示装置３０は、光束１１２の投影範囲１１４ａと投影位置１１４の少なくともいずれかを調整しつつ、観視者１００の運動視差に基づいて表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させる。これにより、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置でき、さらに使い易い車載用表示装置が提供できる。

（第４の実施の形態）
図１５は、本発明の第４の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。
図１５に表したように、本発明の第４の実施形態に係る表示方法においては、まず、観視者１００の片目１０１の位置を検出する（ステップＳ１１０)。これには、図１に例示した位置検出部２１０を用いることができる。

そして、前記検出された片目１０１の位置に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させて、前記表示オブジェクト３３１を含む映像を含む光束１１２を、前記観視者１００の前記片目１０１に向けて投影する（ステップＳ１２０）。これには、図１に例示した映像投影部１１５を用いることができる。

このとき、既に説明したように、前記検出された前記片目１０１の位置から算出された動体視差に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることができる。
これにより、呈示情報の奥行き知覚位置を任意の位置に安定して配置できる表示方法が提供できる。

また、本実施形態に係る表示方法において、前記動体視差と、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０と、に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることができる。これにより、任意の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０に主観的奥行き位置Ｐｓｄｐを配置することができる。

さらに、奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０を連続的に変えつつ、動体視差と、映像の奥行き呈示目標位置Ｐｄｐ０と、に基づいて、表示オブジェクト３３１の映像３３０内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、車載用表示装置及び表示方法を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した車載用表示装置及び表示方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての車載用表示装置及び表示方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の構成を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の映像を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。 ヒトの奥行き感度に関する特性を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の別の動作を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の別の動作を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置の別の動作を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置に関する実験系を例示する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る車載用表示装置に関する実験結果を例示するグラフ図である。 本発明の第２の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る車載用表示装置の構成を例示する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る車載用表示装置の動作を例示するブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る表示方法を例示するフローチャート図である。

符号の説明

１０、２０、３０ 車載用表示装置
１００ 観視者
１００ａ 被験者
１０１ 片目
１０５ 頭部
１１０ 映像形成部
１１２ 光束
１１４ 投影位置
１１４ａ 投影範囲
１１５ 映像投影部
１２０ 投影部
１２１ 光源
１２２ テーパライトガイド
１２３ 第１レンズ
１２４ 可変アパーチャ
１２５ 第２レンズ
１２６ ミラー
１２６ａ 駆動部
１２７ 非球面フレネルレンズ
１３０ 映像生成部
２１０ 位置検出部
２１１ 撮像部
２１２ 画像処理部
２１３ 演算部
２５０ 制御部
３１０ 虚像
３１０ａ 虚像形成位置
３２０ａ 第１物体
３２０ｂ 第２物体
３２２ 対象物
３３０ 映像
３３１ 表示オブジェクト
３４１ 第１物体
３４１ａ 像
３４２ 第２物体
３４２ａ、３４２ｂ 像
３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ 像
３５１ ＬＣＤ
３５２ 光束
３５３ ハーフミラー
３５４ａ、３５４ｂ 偏向フィルタ
３５５ 頭部追尾センサ
３６０ プロジェクタ
３６１ 画像
３６２ スクリーン
７１０ フロントガラス
７１１ 反射体
７２０ ダッシュボード
７３０ 移動体

Claims (12)

1. 表示オブジェクトを含む映像を投影するための光束を、観視者の片目に向けて投影する映像投影部と、
   前記観視者の片目を検出する位置検出部と、
   を備え、
   前記映像投影部は、前記位置検出部により検出された前記片目の位置に基づいて、前記表示オブジェクトの前記映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることを特徴とする車載用表示装置。
2. 前記映像投影部は、前記位置検出部により検出された前記片目の位置から算出された前記観視者の動体視差に基づいて、前記表示オブジェクトの前記映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることを特徴とする請求項１記載の車載用表示装置。
3. 前記映像投影部は、前記動体視差と、前記映像の奥行き呈示目標位置と、に基づいて、前記表示オブジェクトの前記映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることを特徴とする請求項２記載の車載用表示装置。
4. 前記映像投影部は、前記奥行き呈示目標位置を連続的に変つつ、前記動体視差と、前記奥行き呈示目標位置と、に基づいて、前記表示オブジェクトの前記映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させることを特徴とする請求項３記載の車載用表示装置。
5. 前記映像投影部は、
   前記観視者から前記奥行き呈示目標位置までの距離をＬｄｐ０とし、
   前記検出された片目の検出位置の変動の距離をＳｏｂｓ．としたとき、
   前記Ｌｄｐ０と、前記Ｓｏｂｓ．と、に基づいて、前記表示オブジェクトの形を変化させることを特徴とする請求項３または４に記載の車載用表示装置。
6. 前記映像投影部は、前記Ｌｄｐ０の線分と、前記Ｓｏｂｓ．の線分と、を隣辺と対辺とする直角三角形の２つの鋭角のいずれかに基づいて、前記表示オブジェクトの形を変形することを特徴とする請求項５記載の車載用表示装置。
7. 前記映像投影部は、
   前記観視者から前記奥行き呈示目標位置までの距離をＬｄｐ０とし、
   前記検出された片目の検出位置の変動の距離をＳｏｂｓ．としたとき、
   距離Ｌｄｐ１＝（Ｓｏｂｓ．^２＋Ｌｄｐ０^２）^１／２と、前記Ｌｄｐ０と、に基づいて、前記表示オブジェクトの大きさを変化させることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載の車載用表示装置。
8. 前記映像投影部は、前記観視者に、前記光束を反射して前記観視者の片目に向けて投影する反射体を介して前記映像を観視可能とさせることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の車載用表示装置。
9. 前記映像投影部は、
   前記観視者から、前記反射体によって形成される前記映像の虚像の位置までの距離をＬｖｉとし、
   前記観視者から前記映像の奥行き呈示目標位置までの距離をＬｄｐ０とし、
   前記検出された片目の検出位置の変動の距離をＳｏｂｓ．としたとき、
   前記表示オブジェクトの前記映像内における位置を、Ｓｖｉ＝（Ｓｏｂｓ．−Ｌｖｉ／Ｌｄｐ０）の距離で変動させることを特徴とする請求項８記載の車載用表示装置。
10. 前記映像投影部は、前記映像の奥行き呈示目標位置に基づいて、前記表示オブジェクトの前記映像内における大きさを変化させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の車載用表示装置。
11. 前記検出された片目の位置に基づいて、前記映像投影部を制御することにより、前記光束の投影範囲と投影位置の少なくともいずれかを調整する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の車載用表示装置。
12. 観視者の片目の位置を検出し、
    前記検出された片目の位置に基づいて、表示オブジェクトの映像内における位置、形及び大きさの少なくともいずれかを変化させて、前記表示オブジェクトを含む映像を投影するための光束を、前記観視者の前記片目に向けて投影することを特徴とする表示方法。