JP2011164631A - 表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して観視者の片目に入射させることを特徴とする表示装置、または、映像情報を含む光束を生成する光束生成部と、前記光束を観視者の片目に入射させる視野制御部と、構成する光学素子のうち、前記片目に最も近い光学素子が前記片目と21.7cm以上離れて配置され、前記光束に基づいて像を形成する像形成部と、を備えたことを特徴とする表示装置を提供する。
【選択図】図1
Description
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図1(a)、(b)、(c)は、それぞれ、模式側面断面図、模式側面図、模式正面図である。
図1(a)に表したように、第1の実施形態の表示装置10は、頭部搭載型表示装置(HMD)の一種であり、映像情報を含む光束112を生成する光束生成部110と、光束112に基づいて像を形成する像形成部130と、光束112を制御し光束112を観視者100の片目105に入射させる視野制御部150と、を有している。
図1に例示した表示装置10では、像形成部130と観視者100の目(観視する方の片目105)との距離は27cmに設定されている。すなわち、像形成部130を構成する光学素子190は、スクリーン131であり、観視者100の片目105に最も近い光学素子190はスクリーン131であり、観視者100の片目105に最も近い光学素子190と観視する片目105との距離が27cmに設定されている。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る表示装置の特性についての実験結果を例示するグラフ図である。
図2は、図1に例示した表示装置10により、片目(単眼)で観視した時と両目(両眼)で観視した時の奥行き感を主観評価した結果を示す。すなわち、図1に例示した表示装置10では、液晶シャッタ眼鏡151を用いているため、これの動作により、単眼状態と両眼状態とを切り替えて、観視できる。そして、各種の試験用の映像を表示し、この映像を両眼視で観視した時に対して、単眼視で観視した時の表示性能について、主観評価を行った。この時、「奥行き感がある」、「立体感がある」、「臨場感がある」の3種の評価項目に対して、0±3値の計7値の評価スケールで評価した。そして、両眼視での観視の主観評価を0(基準)とし、単眼視での観視状態の評価値を求めた。3種の評価項目とも、正の値は、両眼視(基準)より、単眼視が優れていることを示している。図2の横軸は、3種の評価項目を示し、縦軸は、評価項目それぞれの評価値を示す。なお、上記の評価項目において、「奥行き感がある」とは、観視した映像中に現れる複数のモノの奥行き関係を知覚することを主に評価し、「立体感がある」とは、映像中に現れる1つのモノの形状の立体感を知覚すること主に評価し、「臨場感がある」とは、それらを複合して、映像空間をリアルに知覚できるかを主に評価するものである。
以下、この単眼視による奥行き知覚の増強効果について行った実験について説明する。 図3は、本発明の第1の実施形態に係る表示装置の特性を評価する実験光学系を例示する模式図である。
図3(a)は、実験光学系の模式平面図、図3(b)は実験においての観視者の状態を示す模式図である。図3(a)に表したように、光束112を発生する光束生成部110として液晶表示装置(LCD: Liquid Crystal Display)210を用いた。そして、像形成部130としてアクリル製のハーフミラー230を用いた。また、視野制御部150として、左右の眼で偏光方向が異なる偏光フィルタを有する偏光眼鏡152を用いた。LCD210から出射された光束112は、アクリル製のハーフミラー230で反射し、この反射で得られた像461(虚像462)を観視者100は観視する。この時、ハーフミラー230で反射した像に対して、Aの偏光フィルタ251は光透過状態で、もう片方のBの偏光フィルタ252は光遮断状態となるように偏光眼鏡152は調整されている。これにより、観視者100は、観視する片目105だけで像を観視でき、もう片方の目101では像を観視できない。また、映像プロジェクタ250でスクリーン260に背景映像262を映写した。
そして、ハーフミラー230から観視者100の観視する方の片目105までの距離Lを変えながら、LCD210からの映像について知覚される奥行きの距離を測定した。なお、LCD210とハーフミラー230との距離は30cmである。ハーフミラー230から観測する方の片目105までの距離Lは、10cm〜100cmの範囲で変えた。なお、ここでハーフミラー230との距離の基準位置は、光束112がハーフミラー230にて反射するエリアの中心点とした。
なお、図3(a)に例示した実験光学系において、LCD210を用いた光束生成部110、ハーフミラー230を用いた像形成部130、片方の眼に光束を入射させる偏光眼鏡152を用いた視野制御部150が、本発明の第1の実施形態の表示装置を構成することができる。そして、像形成部130を構成する光学素子190は、ハーフミラー230である。すなわち、像形成部130を構成する光学素子190のうち、観視者100の観視する片目105に最も近い光学素子190は、ハーフミラー230である。
図4の横軸は、ハーフミラー230から観視者100の観視する片目105までの距離(光学素子の距離)Lを示す。また、図4の縦軸は、虚像462の形成位置と観視者100の片目105までの距離Loと、知覚された奥行き距離Lpとの差(奥行き距離差)ΔLを示している。すなわち、知覚された奥行きと虚像の位置とが一致した時ΔLは0であり、正のΔL値は、知覚された奥行き距離Lpが虚像の位置の距離Loより大きいことを示す。すなわち、奥行き距離差ΔLは、奥行き感の増強の程度を示す。
図4の実線が実験データであり、光学素子の距離LのときのΔLの平均値と標準偏差を示すエラーバーが表示されている。そして、Lが30cm以上の実験データに基づき、中心値と標準偏差の上限と下限について近似直線を求め、平均値の近似直線を破線で、標準偏差の上限の近似直線を一点鎖線で、標準偏差の下限の近似直線を二点鎖線で表示している。
発明者は、単眼投影するシステムについて検討を続けた結果、表示システムが持つ特質の大きな要因として、観視者100と最も近い光学素子190、すなわち、最近接光学素子の位置に問題があることを見出した。すなわち、表示装置で呈示される映像に対して感じるヒトの奥行き知覚の大きな要因として、眼前に配置される光学素子190の位置が重要であった。
映像システムの表示面は、知覚し得る奥行き感の位置の中で最も前方となるアンカーポイントとなる。このアンカーポイントを一定の値より遠方に配置し、単眼への映像呈示を行うことで、ヒトが持つ奥行き感の調整マージンの中で、より映像を遠方に知覚することが可能であることを発見した。
本発明は、図4に例示されたヒトの単眼視に関する新たな発見に基づきなされたものである。
例えば、従来の単眼方式のHMDにおいては、表示部(像形成部)は観視者の眼の直前に配置され、像形成部と眼との距離は数cm以下であった。このため、像形成部はヒトの調節限界よりも近方にあるために、アンカーポイントとはなり得ない。従って、ヒトはより知覚し易い位置で映像を観視してしまうために、眼の直前に小さな表示面(ディスプレイ)があると知覚するのみであり、奥行きを知覚することはできなかった。
これに対して、本発明の実施形態の表示装置においては、観視する片目105に最も近い光学素子190(最近接光学素子)が、一定以上離れて(遠くに配置されて)、片目105に映像を呈示しているので奥行き感を増強できる。
図4の一点鎖線で表したように、実験データの標準偏差の上限の近似特性は、ΔL=3.7614×L−81.619(R2=0.9624)であり、Lが21.7cm以上で、知覚された奥行き距離が虚像の位置より奥になり始めることが分かった。
また、図4の破線で表したように、中心値の近似特性は、ΔL=2.2221×L−56.634(R2=0.9495)であり、Lが25.5cm以上であれば、知覚された奥行き距離は虚像の位置より奥になる。
また、図4の二点鎖線で表したように、標準偏差の下限の近似特性は、ΔL=1.2029×L−76.237(R2=0.8871)であり、Lが63.4cm以上では、ほぼ全ての観視者が、虚像の形成位置より奥に、奥行き感を知覚することが分かった。
なお、図1に例示した表示装置10のように、スクリーン131の一部に半透過部159を設け、像461(虚像462)と同時に外界の背景像を観視できるようにしても良い。
次に、第2の実施の形態について説明する。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式側面断面図である。
図5に表したように、第2の実施形態の表示装置20は、HMDの一種であり、映像情報を含む光束112を生成する光束生成部110と、光束112に基づいて像を形成する像形成部160と、光束112の発散角を制御して観視者の片目に入射させる発散角制御部170と、を有している。なお、「制御」とはアクティブコントロールのみならず、ある光束112が発散角制御部170に入射した際、所定の発散角に発散させる様なパッシブコントロールを含む。
これにより、複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示が可能となる。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る表示装置の光束の形状を例示する模式図である。
図6(a)〜(f)は、本実施形態の表示装置において良好な光束112の状態を例示している。また図6(g)、(h)は、良好でない状態の光束112の状態を例示している。
図6(a)〜(f)に表したように、光束112の観視者100への照射領域112aは、観視者100の観視しない方の片目101に重ならず、観視する方の片目105に重なれば良く、その領域の形状は任意である。すなわち、図6(a)、(d)に例示するように横広の形状でも良く、図6(c)、(d)に例示されているように縦長の形状でも良く、あるいは、図6(e)、(f)に例示されているように、斜めに傾いた形状でも良い。逆に、図6(g)、(h)に例示されているように、両目に光束が入射されないようにする。
図7(a)に表したように、発散角制御部170(370)には、例えば、第1のレンズ371と、アパーチャ373と、第2のレンズ372の光学素子を用いることができる。そして、第1のレンズの焦点距離をf1、第2のレンズの焦点距離をf2とすると、アパーチャ373は、第1のレンズ371からf1の距離で、第2のレンズ372からf2の距離の位置に設置されている。そして、この構成の発散角制御部370は、例えば光源374とコリメート部375、及び、映像を形成する例えば液晶表示素子を用いた画像装置376と組み合わせて使用できる。そして、コリメート部375の出射位置から第1のレンズ371までの距離がf1となるように設置し、また、第2のレンズ372と画像装置376との距離がf2となるように設置する。これにより、光源374からの光束は、アパーチャ373で集光し、さらに第2のレンズ372により発散角が制御された状態で画像装置376に入射する。そして、画像装置376に入射した光束は、拡散角が制御された光束として観視者へ至る。この時、アパーチャ373の径を変えることより、簡便に光束112の照射領域112aを制御することが可能であり、観視者100の片方の目に光束を入射することができる。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る表示装置の発散角制御部を例示する模式図である。
図8(a)に表したように、発散角制御部170には、2枚のレンチキュラー板172を、半円柱状レンズ172aの延在方向が略直交するように、半円柱状レンズ172aが対向するように配置した光学素子を用いることができる。
また、図8(b)に表したように、平板の上にドーム状の微小レンズ174が、直線状に配列したマイクロレンズアレイを有する光学素子を用いることもできる。
また、図8(c)に表したように、平板の上にドーム状の微小レンズ174が、六方稠密に配列したマイクロレンズアレイを有する光学素子を用いることができる。
さらに、図8(d)に表したように、平板に略円形状に屈折率分布を持たせた、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ175を2次元的に配置したマイクロレンズアレイを有する光学素子でも良い。
図9は、本発明の第2の実施形態に係る表示装置の像形成部を例示する模式図である。
図9(a)〜(d)に例示したように、像形成部160には、平板ミラー162a、凹面ミラー163a、プリズム164a、拡散スクリーン165a等の光学素子を用いることができる。
さらに、図9(e)〜(g)に例示したように、半透過性の平板ミラー162b、凹面ミラー163b、プリズム164b等の光学素子を像形成部160として使用できる。
また、図9(h)に例示したように、緩い曲線の光透過板166bとその上に設けた高反射層167との積層光学体168等の光学素子を用いることもできる。また、上記の平板ミラー162a、凹面ミラー163a、プリズム164a、拡散スクリーン165a、及び、半透過性の平板ミラー162b、凹面ミラー163b、プリズム164b、のそれぞれの表面に高反射層167を設けた構造も使用できる。高反射層167は、各種の無機化合物及び有機化合物の膜や積層膜で構成できる。
このように、半透過性のある光学素子を用いることで、例えば、背景の映像と同時に投射された映像を観視でき、例えば、HUD等に応用し易い。
すなわち、図9(i)〜(l)に例示したように、平板ミラー162a、凹面ミラー163a、プリズム164a、拡散スクリーン165aと、平板ミラー162aを組み合わせた構造を使用できる。
また、図9(m)〜(p)に例示したように、平板ミラー162a、凹面ミラー163a、プリズム164a、拡散スクリーン165aと、凹面ミラー163aを組み合わせた構造も使用できる。
また、図9(q)〜(t)に例示したように、半透過性の平板ミラー162b、凹面ミラー163b、プリズム164c、及び、光透過板166bと高反射層167との積層光学体168と、凹面ミラー163aを組み合わせた構造も使用できる。
さらに、光学素子としては、多面ミラー、ペンタゴナルプリズム、ペンタゴナルミラー、多角形プリズム、多角形ミラー等の各種の光路を曲げる手段を用いることができる。また、微小な平板ミラーを複数配置して構成した凹面状のミラー等でも良い。
また、これらの光学素子と、例えば、非球面フレネルレンズ等の集光光学素子を組み合わせたものを像形成部160としても良い。
なお、光束生成部110が光学素子を有する場合、発散角制御部170と像形成部160とを構成する光学素子と兼用されても良い。また、光束生成部110を構成する光学素子と、発散角制御部170と像形成部160とを構成する光学素子が互いに混在して配置されても良い。
すなわち、図4で説明したように、最近接光学素子と観視する片目105との距離は、望ましくは21.7cm以上、さらに望ましくは25.5cm以上、さらに望ましくは63.4cm以上離れて配置される。これにより、奥行き感知覚の増強効果が得られる。
このように、本実施形態の表示装置20は、複雑な装置構成や映像処理を必要とせず、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示が可能となる。
なお、観視者100が身につけている、例えば、視力等を矯正するための眼鏡や、サングラスは、光束生成部110、像形成部160、発散角制御部170、を構成する光学素子とはせず、観視者100の一部と見なされる。
次に第3の実施の形態について説明する。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図10に表したように、第3の実施形態の表示装置23は、光束生成部110として、映像情報を含む光束112を発生するプロジェクタ111を用いる。光束112は、投影レンズ378を経て、レンチキュラー板401に投影され、レンチキュラー板401上に結像され、実像を形成する。この像は、半透過性の球面状の凹面ミラー163bにより反射され、虚像化されて観視者100に投影される。球面状の凹面ミラー163bにより、虚像は拡大されて与えられる。そして、凹面ミラー163bの曲率により観視者100が得られる映像の視野を変えることができる。なお、レンチキュラー板401としては、入射側の開口数NA(Numerical Aperture)が0.03、出射側の開口数NAが0.1のものが例示されるが、これには限定されない。
図10の表示装置においては、光束生成部110は、プロジェクタ111、投影レンズ378、レンチキュラー板401を有する。また、像形成部160と発散角制御部170は、レンチキュラー板401と凹面ミラー163bで構成されている。すなわち、凹面ミラー163bは、レンチキュラー板401上に形成された実像の光束112に基づいて虚像462を形成している。また、レンチキュラー板401の発散角と凹面ミラー163bの曲率により光束112の発散角が制御可能であり、観視者100の位置で光束112の照射領域112aを、直径6cmの略円形とすることができる。これにより、観視者100の片目に光束112が入射され、片目に映像を呈示することができる。
次に第4の実施の形態について説明する。
図11は、本発明の第4の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図11に表したように、第4の実施形態の表示装置24は、図10に例示した表示装置23において、凹面ミラー163bの代わりに、平板ミラー162aと、積層光学体168と、を用い、さらにそれらの間に、集光光学素子として非球面フレネルレンズ402を配置したものである。積層光学体168は、光透過板166bとその上に設けた半透過性の高反射層167で構成されている。
図11に例示した表示装置24においては、レンチキュラー板401の光学特性により、光束112の発散角が制御可能であり、観視者100の位置で光束112の照射領域112aを、直径6cmの略円形とすることができる。これにより、観視者100の片目に光束112が入射され、片目に映像を呈示することができる。
なお、集光光学素子としては、上記の非球面フレネルレンズ402の他、通常の球面レンズや凹面ミラー等を使用することもできる。また、平板ミラー162aは、凹面状のミラー163aに代えることができる。
すなわち、HUDにおいては、車両情報などの映像は、フロントガラスに投影された虚像として呈示される。この時、通常のHUDでは、虚像の形成位置は観視者から1.5〜2.5m程度(車両の先端位置とほぼ同じ位置)であるが、通常の運転状況では、運転者が注視している対象は、運転車両の前方の車両や道路状況等であり、運転している車両の先端位置より遠方を視認している場合が多く、虚像の形成位置とは異なっていた。このため、従来のHUDでは、映像の視認性が悪かった。これに対し、本実施形態の表示装置24をHUDに応用すれば、虚像形成位置より奥に虚像を知覚できるので、視認性の良いHUDが実現でき、車両等のより安全な運行を支援することができる。
次に第5の実施の形態について説明する。
図12は、本発明の第5の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図12に表したように、第5の実施形態の表示装置25は、図11に例示した表示装置24において、光束生成部110としてバックライトを有するLCD404を用いたものである。そして、その前面には、発散角制御部170として、レンチキュラー板401が配置されている。
図12に例示した表示装置25においては、レンチキュラー板401の光学特性により、光束112の発散角が制御可能であり、観視者100の位置で光束112の照射領域112aを、直径6cmの略円形とすることができる。これにより、観視者100の片目に光束112が入射され、片目に映像を呈示することができる。
なお、図12に例示した表示装置25は、光束生成部110としてLCD404を用いているので、図10に例示した表示装置23に比べ、装置構成がさらに小型にできる利点がある。また、LCD404に代えて、CRT(Cathode Ray Tube)や蛍光表示管(VFD: Vacuum Fluorescent Display)、PDP(Plasma Display Panel)、EL(Electro Luminescence)表示装置、有機EL表示装置等の各種の方式のディスプレイを用いることができる。
次に第6の実施の形態について説明する。
図13は、本発明の第6の実施形態に係る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、第6の実施形態の表示装置26は、図11に例示した表示装置24において、積層光学体168の代わりに、第2の平板ミラー162a2を用いたものである。
表示装置26は、表示装置24と同様に、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能である。
また、図11に例示された表示装置24の場合は、生成された映像と、観視視野403の背景情報との両方を観視することができたが、図13に例示した表示装置26では、生成された映像を観視するので、より臨場感のある映像を知覚させることが可能であり、鑑賞用やゲーム用、あるいは、所定の環境状況を生成する各種の用途に適した表示が提供できる。
次に第7の実施の形態について説明する。
図14は、本発明の第7の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図14に表したように、第7の実施形態の表示装置27は、図13に例示した表示装置26において、非球面フレネルレンズ402の設置位置を、平板ミラー162aと第2の平板ミラー162a2との間から、第2の平板ミラー162a2と観視者100の間に、変更したものである。この場合、最近接光学素子は、非球面フレネルレンズ402となり、非球面フレネルレンズ402と観視者100の観視する片目との距離は70cmとされた。
図14に例示された表示装置27は、観視者100の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目105との距離Lは21.7cm以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
次に第8の実施の形態について説明する。
図15は、本発明の第8の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図15に表したように、第8の実施形態の表示装置28は、図13に例示した表示装置26において、第2の平板ミラー162a2の代わりに、プリズム164aを用いたものである。なお、表示装置28において、最近接光学素子はこのプリズム164aであり、プリズム164aと観視者100の観視する片目105との距離は90cmとされた。
表示装置28は、表示装置26と同様に、観視者100の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目105との距離Lは21.7cm以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
次に第9の実施の形態について説明する。
図16は、本発明の第9の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図16に表したように、第9の実施形態の表示装置29は、図15に例示した表示装置28において、プリズム164aの観視者100側の面側に、光束補正用の非球面フレネルレンズ402aを更に設けた構造をしている。これにより、プリズム164aから出射した光を成形することができ、表示均一性を高めることができる。なお、表示装置29において、最近接光学素子はこの非球面フレネルレンズ402aであり、非球面フレネルレンズ402aと観視者100の観視する片目105との距離は、89cmとされた。
表示装置29は、表示装置26と同様に、観視者100の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目105との距離Lは21.7cm以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
次に第10の実施の形態について説明する。
図17は、本発明の第10の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
図17に例示した表示装置30は、表示装置23と同様に、観視者100の片目に映像を呈示し、また、最近接光学素子と観視する片目105との距離Lは21.7cm以上であり、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。
次に第11の実施の形態について説明する。
図18は、本発明の第11の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
また、以上の各種の実施形態の表示装置においては、図11で例示した表示装置と同様に、光束生成部110、像形成部160、発散角制御部170を構成する各種の光学素子の位置や角度、光学特性を制御する制御部601を設けることができる。これにより、観視者100の片目105に対応して、光束112の照射領域112aを効率的に設定でき、また、ピント等が適正化された像を効率的に呈示できる。
次に第12の実施の形態について説明する。第12の実施の形態の表示装置は、観視者の(頭部の)位置に追従して光束の照射位置を制御するものである。
図19は、本発明の第12の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
画像判断部603は、撮像データを基に、例えば、特許文献2に記載された手法により、観視者100の顔面の特徴点として、両眼眼球位置、鼻位置、口の位置等を特定することができる。これにより、観視者100の目の位置を特定し、導出できる。
なお、観視者100の頭部の撮像は、直接的に撮像しても良いし、表示装置を構成する光学素子のいずれかからの出射光を撮像しても良い。また、観視者100への映像呈示位置の制御は、図19に例示した表示装置40では、可動式の平板ミラー162aによって行ったが、これに限らず、表示装置を構成する各種の光学素子のうち、技術的に可能な範囲の全ての光学素子を調整の対象とすることができる。
次に第13の実施の形態の表示方法について説明する。
図20は、本発明の第13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20に表したように、第13の実施形態の表示方法においては、まず、映像情報を含む光束112を生成する(ステップS110)。光束の生成には、既に説明したレーザやLED、ハロゲンランプなどの各種の光源と、光源で生成された光束を走査するミラー等の光学素子190を組み合わせた構造を用いることができる。また、各種の光源とLCDやMEMS等の各種光スイッチからなる光学素子190を組み合わせた構造等を用いることができる。
そして、光束112に基づいて像を形成する(ステップS120)。像の形成には、半透過性や反射性の平板ミラー、凹面ミラー、プリズム、拡散スクリーン、光透過板と高反射層との積層光学体等によって行うことができる。
そして、光束112の発散角を制御して観視者100の片目に入射させる(ステップS130)。発散角の制御には、既に説明した、レンズとアパーチャとの組み合わせ、レンチキュラー板、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、グレーテッドインデクス型マイクロレンズ、各種のプリズムシート、ルーバーシート、切頭三角錐状の導波管を複数配列させたもの等を用いることができる。
これにより、高輝度で低い消費電力の表示が得られ、また、最近接光学素子と観視者100の観視する片目との距離を21.7cm以上に設定することによって、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示を可能とし、また車両等の安全な運行を支援する、表示が可能となる。
次に第14の実施の形態の表示方法について説明する。
図21は、本発明の第14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21に表したように、第14の実施形態の表示方法においては、まず、映像情報を含む光束112を生成する(ステップS210)。
そして、光束112に基づいて像を形成する(ステップS220)。像の形成は、半透過性や反射性の平板ミラー、凹面ミラー、プリズム、拡散スクリーン、光透過板と高反射層との積層光学体等によって行うことができる。
これにより、奥行き感が増強されて知覚できる表示を簡便に実現し、高臨場感の表示が可能となる。
次に第15の実施の形態の表示方法について説明する。
図22は、本発明の第15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。
第15の実施形態の表示方法では、第13の実施形態と第14の実施形態の表示方法に加え、以下を行う。
すなわち、図22に表したように、まず、観視者を撮像する(ステップS310)。撮像には、CCDカメラ、CMOSセンサー等を用いることができる。
そして、撮像された画像を処理し、観視者の片目の位置を導出する(ステップS320)。この際、画像処理と認識の方法としては、例えば、特許文献2に記載されているような、観視者100の顔面の特徴点として、両眼眼球位置、鼻位置、口の位置等を特定し、これにより、観視者100の目の位置を特定する方法が例示できる(ステップS320)。
そして、導出された片目の位置の情報に基づいて、光束の観視者への照射の位置を制御する(ステップS330)。
これにより、観視者100の頭部が動いた際にも、それに自動的に追従して、映像の呈示位置を制御することが可能となり、安定して、奥行き感の知覚が得られる映像を簡便に実現でき、高臨場感の表示が可能となる。またHUD等に応用することで、車両等のより安全な運行を効果的に支援することができる。
本発明の第16の実施形態のヘッドアップディスプレイ(HUD)は、上述した表示装置及び表示方法を自動車用ヘッドアップディスプレイに用いたものである。
図23は、本発明の第16の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を例示する模式図である。
図23に表したように、本発明の第16の実施形態のヘッドアップディスプレイ(HUD)70においては、上述のプロジェクタ111、投影レンズ378、レンチキュラー板401、凹面ミラー163aが、操縦者700(観視者100)からみて自動車(車両)730のダッシュボード720の奥に設けられている。プロジェクタ111は光束112を生成する。その光束112は、投影レンズ378、レンチキュラー401、凹面ミラー163aによって、操縦者700(観視者100)の片目105に入射されるように発散角が制御されて出射する。すなわち、光束投射部750として、プロジェクタ111が用いられており、また、発散角制御手段740としてレンチキュラー板401及び凹面ミラー163aが用いられている例である。
そして、自動車730のフロントガラス(ウインドシールド、透明板)710の一部に光束112を反射する反射層(ハーフミラー)711が設けられている。すなわち、図9(h)で例示した光透過板166b、高反射層167のそれぞれの機能を、フロントガラス710と反射層711が果たす。反射層711が、HUDのコンバイナーとして機能する。そして、発散角制御手段740によって発散角が制御された光束112が、反射層711に投影され、そして、操縦者700(観視者100)の片目105に映像を呈示する。そして、操縦者700(観視者100)は、虚像762を片目で観視する。これにより、本実施形態のHUDは、奥行き感が増強されて知覚できる表示を操縦者700に提供でき、車両等のより安全な運行を支援することができる。
上述の表示装置、表示方法及びヘッドアップディスプレイは、自動車等の車両の他、列車、飛行機、ヘリコプター、船舶等、各種の移動体に応用できる。
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。
70 ヘッドアップディスプレイ(HUD)
100 観視者
101、103、105 片目
110 光束生成部
111 プロジェクタ
112 光束
112a 照射領域
130 像形成部
131 スクリーン
150 視野制御部
151 液晶シャッタ眼鏡
152 偏光眼鏡
160 像形成部
162a、162b 平板ミラー
163a、163b 凹面ミラー
164a、164b プリズム
165a 拡散スクリーン
166b 光透過板
167 高反射層
168 積層光学体
170、370 発散角制御部
171 レンズ
172、401 レンチキュラー板
173 ホログラフィックディフューザ
172a 半円柱状レンズ
173a 凹凸
174 微小レンズ
175 グレーテッドインデクス型マイクロレンズ
190 光学素子
230 ハーフミラー
250 映像プロジェクタ
251、252 偏光フィルタ
260 スクリーン
262 背景映像
270 視標
271 方向
371、372 レンズ
373 アパーチャ
374 光源
375 コリメート部
378 投影レンズ
402、402a 非球面フレネルレンズ
403 観視視野
461、463 像
462、762 虚像
601 制御部
602 撮像部
603 画像判断部
604 画像信号部
700 操縦者
710 ウインドシールド(フロントガラス)
711 反射層(ハーフミラー)
720 ダッシュボード
730 自動車(車両)
740 発散角制御手段
750 光束投射部
Claims (7)
- 映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して観視者の片目に前記光束を入射させる表示装置であって、
前記片目に最も近い光学素子と、前記片目と、の距離が21.7cm以上であり、
第1の集光光学素子と、第2の集光光学素子と、前記第1の集光光学素子と前記第2の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含む発散角制御部を備え、
前記発散角制御部は、前記観視者の前記片目に前記光束を入射させ前記観視者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の発散角を制御することを特徴とする表示装置。 - 前記第1の集光光学素子は第1焦点距離を有し、前記第2の集光光学素子は第2焦点距離を有し、
前記アパーチャは、前記第1の集光光学素子から前記第1焦点距離で、第2の集光光学素子から前記第2焦点距離の位置に設置されることを特徴とする請求項1記載の表示装置。 - 前記観視者は、前記片目で前記映像情報と背景とを同時に観視し、前記片目とは異なる片目で前記背景を観視し前記映像を観視しないことを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
- 前記観視者を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像を処理し、前記観視者の前記片目の位置を導出する画像判断部と、
前記画像判部によって導出された前記片目の位置の情報に基づいて、前記観視者の片目に前記光束を入射させ前記観視者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の方向を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の表示装置。 - 映像情報を含む光束を生成し、
観視者の片目に最も近い光学素子を前記片目から21.7cm以上離して配置して、
第1の集光光学素子と、第2の集光光学素子と、前記第1の集光光学素子と前記第2の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含む発散角制御部を用いて前記光束の発散角を制御して前記光束を前記観視者の両目には入射させず前記光束を前記片目に入射させることを特徴とする表示方法。 - 前記観視者を撮像し、
前記撮像された画像を処理し、前記観視者の前記片目の位置を導出し、
前記導出された片目の位置の情報に基づいて、前記観視者の片目に前記光束を入射させ前記観視者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の方向を制御することをさらに行うことを特徴とする請求項5記載の表示方法。 - 映像情報を含む光束を生成し、前記光束の発散角を制御して操縦者の片目に前記光束を入射させる表示装置と、
前記光束が投影される反射層が設けられた透明板と、
を備え、
前記反射層と前記片目との距離が21.7cm以上であり、
前記表示装置は、
第1の集光光学素子と、第2の集光光学素子と、前記第1の集光光学素子と前記第2の集光光学素子との間に設けられたアパーチャと、を含み、前記操縦者の前記片目に前記光束を入射させ前記操縦者の両目には前記光束を入射させないように前記光束の発散角を制御する発散角制御部を含むことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9696557B2 (en) | 2014-07-25 | 2017-07-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical device |
WO2017134865A1 (ja) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | 日立マクセル株式会社 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
JP2018101425A (ja) * | 2018-01-09 | 2018-06-28 | 株式会社東芝 | 電子機器、表示方法及びシステム |
JP2019191590A (ja) * | 2019-05-29 | 2019-10-31 | 株式会社東芝 | ウェアラブル端末、システム及び表示方法 |
US10671849B2 (en) | 2015-09-01 | 2020-06-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System and method for sensor based visual adjustments |
US10989929B2 (en) | 2016-02-05 | 2021-04-27 | Maxell, Ltd. | Head-up display apparatus |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07228172A (ja) * | 1994-02-21 | 1995-08-29 | Nippondenso Co Ltd | 車両用表示装置 |
-
2011
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07228172A (ja) * | 1994-02-21 | 1995-08-29 | Nippondenso Co Ltd | 車両用表示装置 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9696557B2 (en) | 2014-07-25 | 2017-07-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical device |
US10682405B2 (en) | 2015-09-01 | 2020-06-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System and method and device for adjusting image positioning |
US11789279B2 (en) | 2015-09-01 | 2023-10-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System and method for virtual image adjustment |
US11428944B2 (en) | 2015-09-01 | 2022-08-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wearable device and method for visual image adjustment |
US11002975B2 (en) | 2015-09-01 | 2021-05-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System and method for image generation based on a display-attachable wearable device |
US10671849B2 (en) | 2015-09-01 | 2020-06-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System and method for sensor based visual adjustments |
US10679059B2 (en) | 2015-09-01 | 2020-06-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | System and method for visual image adjustment |
US10685232B2 (en) | 2015-09-01 | 2020-06-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wearable device for displaying checklist of a work |
JPWO2017134865A1 (ja) * | 2016-02-05 | 2018-12-20 | マクセル株式会社 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
US10866415B2 (en) | 2016-02-05 | 2020-12-15 | Maxell, Ltd. | Head-up display apparatus |
US10989929B2 (en) | 2016-02-05 | 2021-04-27 | Maxell, Ltd. | Head-up display apparatus |
WO2017134865A1 (ja) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | 日立マクセル株式会社 | ヘッドアップディスプレイ装置 |
JP2018101425A (ja) * | 2018-01-09 | 2018-06-28 | 株式会社東芝 | 電子機器、表示方法及びシステム |
JP2019191590A (ja) * | 2019-05-29 | 2019-10-31 | 株式会社東芝 | ウェアラブル端末、システム及び表示方法 |
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