JP2013228592A - 画像表示装置及び表示制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視認性の高い画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置１は、複数の画素を含む表示素子３２と、半球状の画面２０と、表示素子３２に表示された原画像を、画面２０に投影する投影部３０と、画面２０に投影された投影画像が移動するように原画像を移動させ、移動前の投影画像の所定方向の長さと移動後の投影画像の所定方向の長さとを近づけるように、移動後の原画像の画素数を移動前の画素数から変更する制御回路と、を備えること、を特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置及び表示制御装置に関するものである。

デジタル画像等を表示する画像表示装置として、半球状の表示部を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような半球状の画像表示装置は、球状の表示面に高密度の表示画素を配置することが技術的に困難のため、二次元平面の表示素子上に表示させた原画像を球状のスクリーンに投射して投影画像を作成する方法が用いられている。

特開２００５−２０１９２６号公報

二次元平面の表示素子上に表示させた原画像を球状のスクリーンに投射させた場合、頂部付近よりも底面付近の投影画像が伸張され、画素が同じであっても大きく見える。そして、投影画像を指のタッチ操作により移動可能な場合、投影画像を底面付近から頂部付近に移動させると、頂部において投影画像の大きさが小さくなり、頂部付近での視認性が悪くなる。

本発明の課題は、視認性の高い画像を表示可能な画像表示装置及び表示制御装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１に記載の発明は、複数の画素を含む表示素子（３２）と、半球状の画面（２０）と、前記表示素子（３２）に表示された原画像（Ｂ）を、前記画面（２０）に投影する投影部（３０）と、前記画面（２０）に投影された投影画像（Ａ）が移動するように前記原画像（Ｂ）を移動させ、移動前の前記投影画像（Ａ）の所定方向の長さと移動後の前記投影画像（Ａ）の所定方向の長さとを近づけるように、移動後の前記原画像（Ｂ）の画素数を移動前の画素数から変更する制御部（５０）と、を備えること、を特徴とする画像表示装置（１）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像表示装置（１）であって、前記所定方向の長さが同じになるとは、前記半球の頂部（Ｔ）から底面（Ｓ）まで放射状に伸びる第１曲線（ｍ）に沿った第１長さ（ｙ）の移動前後の長さが同じになること、及び、前記底面（Ｓ）と平行な面と前記画面（２０）との交線である第２曲線（ｎ）に沿った第２長さ（ｘ）の移動前後の長さが同じになること、であること、を特徴とする画像表示装置（１）である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像表示装置（１）であって、前記制御部（５０）は、前記投影画像（Ａ）の前記所定方向の長さが移動前後で同じになるように、前記原画像（Ｂ）の画素数を移動前後でどれくらい変更するかの情報を記憶した記憶部（５１ｂ）を備えること、を特徴とする画像表示装置（１）である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の画像表示装置（１）であって、前記記憶部（５１ｂ）に記憶されている前記情報は、前記底面（Ｓ）の中心（Ｏ）からみたときの、前記底面（Ｓ）から前記投影画像（Ａ）までの仰角（θ）に対応する情報であること、を特徴とする画像表示装置（１）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像表示装置（１）であって、前記制御部（５０）は、前記投影画像（Ａ）を移動させたときに他の投影画像（Ａ’）と重なる場合、前記投影画像（Ａ）の位置をずらして表示すること、を特徴とする画像表示装置（１）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の画像表示装置（１）であって、前記制御部（５０）は、前記投影画像（Ａ）を移動させたときに他の投影画像（Ａ’）と重なる場合、前記投影画像（Ａ）と前記他の投影画像（Ａ’）とをオーバラップさせること、を特徴とする画像表示装置（１）である。
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の画像表示装置（１）であって、前記投影画像（Ａ）と前記他の投影画像（Ａ’）とは、同時に移動されたものであること、を特徴とする画像表示装置（１）である。
請求項８に記載の発明は、複数画素によって形成され、且つ、異なる画面（１０１，１０２）間を移動可能な画像において、同数並んだ画素が、画面（１０１，１０２）によって異なる長さに表示される場合に、移動前後の画像の所定方向の長さが同じになるように、移動後の画像の画素数を移動前の画素数から変更する表示制御装置（１００）である。

本発明によれば、視認性の高い画像を表示可能な画像表示装置及び表示制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態である画像表示装置の外観斜視図である。 画像表示装置の概念的な縦断面図である。 画像表示装置の機能ブロック構成図である。 表示素子およびバックライトの説明図である。 スクリーン上での移動前の画像と移動後の画像を示した図であり（ａ）は本実施形態、（ｂ）は比較形態である。 本発明の変形形態を示した図である。 本発明の変形形態を示した図である。

以下、図面等を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である画像表示装置１の外観斜視図である。図２は、画像表示装置１の概念的な縦断面図である。図３は、画像表示装置１の機能ブロック構成図である。

図１に示すように、画像表示装置１は、半球状のスクリーン２０の周方向全周（周囲３６０°）に画像を表示可能な画像表示装置である。
図１、図２に示すように、画像表示装置１は、直方体状の中空部材である基部筐体１Ａに、表示部１０と、画像撮影部４０と、制御部５０と、を備えて構成されている。
表示部１０は、スクリーン２０と、画像投影部３０と、表示素子３２と、投影レンズ３１と、を備えている。
スクリーン２０は、所定厚さの透明素材（アクリル等の樹脂やガラス）によって中空半球面体のドーム状に形成され、その内周面に、内部から照射される画像光を乱反射するスクリーン層（図示せず）を備えている。
スクリーン２０の外周面には、タッチパネル２１（図３参照。図１および２には示さず）が設けられている。

タッチパネル２１は、ユーザがスクリーン２０の表面を指で接触することによって、画像表示装置１を操作するための操作信号を出力する。
タッチパネル２１は、画像投影部３０による画像の投影範囲（スクリーン２０の表示領域）上に格子状に区切られた微細な入力領域を有しており、ユーザがこのタッチパネル２１上を指やタッチペンで接触（タッチ操作、なぞり操作）すると接触位置にある入力領域がオンされる。
タッチパネル２１は、オンされた入力領域のタッチパネル２１上における位置を特定する情報、たとえば座標値をタッチパネル２１の操作信号として後述する制御回路５１へ出力する。

そして、タッチパネル２１上表示された矩形の写真や機能を示すアイコン等（本明細書ではこれらを総称して画像（投影画像、原画像）という）に接触したまま、ユーザが接触位置をスクリーン上でスライドさせると、その接触位置の座標値情報は、制御回路５１へ出力される。制御回路５１は、指を動かした距離と方向に画像の表示位置を変更する。この指の移動と表示位置の変更はリアルタイムに実行され、使用者はあたかも指で画像をずらしたかのごとく感じることができる。

図２に示すように、画像投影部３０のバックライト３３及び投影駆動部３４と、表示素子３２と、投影レンズ３１とは一体に構成され、基部筐体１Ａの内部の、スクリーン２０の半球面体の中心軸上付近に配置されている。
投影レンズ３１は、たとえば投影角がほぼ１８０°の魚眼レンズであり、後述する表示素子３２が生成した光像をスクリーン２０の内壁面に向けて投影する。

図４は、表示素子３２およびバックライト３３を示す説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はバックライト３３の平面図である。
表示素子３２は、たとえば透過型の液晶パネル等により構成され、制御回路５１からの制御信号によって表示画像を生成する。表示素子３２の画素は、二次元平面上に、例えば等間隔の格子状に配置されている。

バックライト３３は、基板３３ｂ上に複数のＬＥＤ３３ａを全体として均一な発光量の面光源となるように二次元に配列して構成されている。バックライト３３は、表示素子３２の背面側に、表示素子３２に照射光を照射するように隣接して配設されている。
そして、バックライト３３は、制御部５０における制御回路５１からの制御信号に応じて投影駆動部３４により供給される電流に応じた明るさで、表示素子３２を照明する。

ＬＥＤ３３ａの配置は、碁盤の目状に直交する座標の交点上に配設しても良いが、本実施形態では、放射状に配設されている。これにより、光量制御するための回路構成が容易となっている。
投影駆動部３４は、制御回路５１からの制御信号に応じてバックライト３３を制御駆動（電流供給を制御してバックライト３３の明るさを調整）する。

上記構成において、制御回路５１からの情報に基づいて投影駆動部３４によって制御駆動され、バックライト３３の照明光によって照らされた表示素子３２の画像（原画像）を投影レンズ３１がスクリーン２０の内壁面の略全域（後述する画像撮影部４０におけるＰＡＬレンズ４１部分を除いて）に投影する。

そして、上記スクリーン２０と画像投影部３０とから成る表示部１０は、画像投影部３０から投影された光像を、スクリーン２０が、内周面のスクリーン層で画像投影部３０から投影された光像を外部から観察可能な投影画像として表示する。

画像撮影部４０は、画像表示装置１の外部を全方位（水平方向に３６０度）撮影可能な光学系、たとえばＰＡＬ（Ｐａｎｏｒａｍｉｃ Ａｎｎｕａｌ Ｌｅｎｓ）を備える小型カメラであり、スクリーン２０の半球面体の頂部に設けられている。
画像撮影部４０は、ＰＡＬレンズ４１と、撮影レンズ４２と、撮像素子４３とを備えている。

ＰＡＬレンズ４１は、たる型の透明体からなり、一点鎖線で示す軸線Ｚのまわりに凸形状に形成された外周面４１ａと、上端面４１ｂと下端面４１ｃとを有している。上端面４１ｂは凹状の湾曲面で、透明体内を通過してこの到達する光に対しては凸形状の反射面として作用する。下端面４１ｃは軸線Ｚと垂直な平面で、透明体内を通過してこの面に到達する光に対してレンズ面（屈折面）として作用する。

外周面４１ａは軸線Ｚと垂直な平面によって、上方外周面４１ｒと下方外周面４１ｍとに分割され、上方外周面４１ｒは周囲の３次元像が入射する面でレンズ面（屈折面）として作用し、下方外周面４１ｍは上方外周面４１ｒから入射し透明体内を通過してこの面に到達する光に対して凹面状の反射面として作用する。

上記構成のＰＡＬレンズ４１では、その周囲の３６０度の円筒空間Ｐの３次元像は、上方外周面４１ｒのなす空間角の幅で取り込まれる。上方外周面４１ｒを通ってＰＡＬレンズ４１内に入射した光は、対向する下方外周面４１ｍで反射して、次に上端面４１ｂで反射して、下端面４１ｃより射出される。このとき、下端面４１ｃから射出された光束はＰＡＬレンズ４１内に虚像を結ぶ。

撮影レンズ４２は、たとえばリレーレンズにより構成され、後述するようにＰＡＬレンズ４１により虚像を結んだ画像表示装置１の周囲の３６０度方向からの光束を正立像として撮像素子４３に結像させる。
撮像素子４３は、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等により構成され、ＰＡＬレンズ４１および撮影レンズ４２を介して撮像面に結像した像を撮像して、画像信号をケーブル６０を介して後述する制御部５０に出力する。

上記画像撮影部４０は、画像投影部３０からスクリーン２０へ画像投影を極力妨げないように小型に構成されている。

制御部５０は、図３に示すように、制御回路５１と、画像メモリ５２と、外部インタフェース５３と、カードインタフェース５４と有している。
制御回路５１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、制御プログラムに基づいて、画像表示装置１の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行する演算回路である。制御回路５１は、画像処理部５１ａと、記憶部５１ｂと、を機能的に備える。

画像処理部５１ａは、画像撮影部４０から入力した画像信号に対して種々の画像処理を施して投影画像データを生成する。この画像処理は、後述の移動前後で画像のサイズを変更するリサイズ処理も含む。
また、画像処理部５１ａは、画像メモリ５２に記録されている画像データに基づいて、表示部１０による表示画像データ（画像投影部３０によりスクリーン２０に画像を投影するための投影画像データ）を生成する。
記憶部５１ｂは、制御部５０の制御プログラムを格納し、制御部５０は、この制御プログラムに基づいて画像撮影部４０および表示部１０（画像投影部３０）の駆動を制御する。記憶部５１ｂは、後述する補正テーブルを備えている。

外部インタフェース５３は、たとえば画像表示装置１に電子カメラやパーソナルコンピュータなどの外部機器を接続するＵＳＢインタフェースである。画像表示装置１は、外部インタフェース５３を介して外部機器から画像ファイルなどを入力する。
カードインタフェース５４は、メモリカード７０が着脱可能なインタフェースである。カードインタフェース５４は、制御回路５１の制御に基づいて、画像ファイルをメモリカード７０に書き込んだり、メモリカード７０に記録されている画像ファイルを読み出すインタフェース回路である。
メモリカード７０はコンパクトフラッシュ（登録商標）やＳＤカードなどの半導体メモリカードである。

画像メモリ５２は、たとえばハードディスク等の不揮発性メモリである。画像メモリ５２には、外部インタフェース５３やカードインタフェース５４を介して外部機器やメモリカード７０から入力した画像ファイルなどが記録されている。

上記のように構成された制御部５０は、ユーザによる前述したタッチパネル２１の操作入力に基づいて、制御回路５１を制御して記録媒体等（画像メモリ５２、外部インタフェース５３を介した外部機器、カードインタフェース５４に接続されたメモリカード等）が保持する種々画像を表示部１０におけるスクリーン２０に表示する。
また、画像撮影部４０によって画像表示装置１の外部周辺を撮像し、その撮像をスクリーン２０に表示し、指令に応じて記録媒体等に記録する。

ここで、上述のように、本実施形態の画像表示装置は、図１に示すように、指が触れた位置に画像が表示されている位置の場合、指を離さないまま上方に動かすと、制御回路５１はこれを検出し、指を動かした距離と方向に画像の表示位置を変更する。

図１のようにスクリーン２０に矩形で表示される投影画像Ａ１は、表示素子３２上では図４（ａ）に示すように、扇形の一部（扇形において中心から所定半径の部分を切り取った形）の形状を有する原画像Ｂ１として表示されている。
図５（ａ）はスクリーン２０上で移動前の投影画像Ａ１と移動後の投影画像Ａ２を示した図である。図５（ａ）に示すように、スクリーン２０上で投影画像Ａ１を頂部Ｔ側の投影画像Ａ２の位置に動かすことは、表示素子３２上では原画像Ｂ１を表示素子３２の円の中心Ｏに近い原画像Ｂ２の位置に動かすことに相当する。

図５（ｂ）は比較形態であって、移動前の原画像をＤ１、移動後の原画像をＤ２、また、それらのスクリーン２０上への投影画像をＣ１、Ｃ２とする。比較形態は、投影画像Ｃを移動させた後も、原画像Ｄにおいて画素数が変更されない例を示したものである。

図示するように、比較形態において、移動前の原画像Ｄ１と移動後の原画像Ｄ２は同じ画素数（同じ大きさ、縦横の長さが同じ）である。この場合、投影画像Ｃ１とＣ２とは、スクリーン２０上の位置が異なると、異なる大きさ（縦横の長さが異なる）となる。

投影画像Ｃ１の第１辺（本実施形態では頂部Ｔからスクリーン２０の球面に沿って、放射状に延びる曲線ｍに沿った方向）の長さをＹ１とする。また、投影画像Ｃ２の第１辺の長さをＹ２とする。
この場合、図示するように、投影光学系の歪みにより、底部側の投影画像Ｃ１の第１辺Ｙ１よりも、頂部側の投影画像Ｃ２の第１辺Ｙ２のほうが短くなる。

本実施形態においては、半球の底面Ｓの中心Ｏから上記の投影画像上の一点を見たときの仰角θとしたとき、Ｙはθによって定まる。
このときの関係をＹ＝Ｙｃｏｎｓｔｆ（θ）とする。このｆ（θ）は、本実施形態において、投影光学系の特性及びスクリーン２０の形状に基づいて、参照可能なテーブルとして記憶部５１ｂに記録されている。なお、テーブルに限定されず、演算式であってもよい。
そうすると、Ｙ１、Ｙ２は
Ｙ１＝Ｙｃｏｎｓｔｆ（θ１），Ｙ２＝Ｙｃｏｎｓｔｆ（θ２） となり、
Ｙ２／Ｙ１＝ｆ（θ２）／ｆ（θ１）
となる。

本実施形態である図５（ａ）では、移動前の表示素子３２上の画像をＢ１、移動後の表示素子上の画像をＢ２、また、それらのスクリーン２０上への投影画像をＡ１、Ａ２とする。
そして、投影画像Ａ１の第１辺の長さをｙ１、投影画像Ａ２の第１辺の長さをｙ２とする。

本実施形態においては、このｙ２とｙ１とが等しくなるようにすることで、移動前後のスクリーン２０上での大きさを略等し、視認性を向上させる。
そのためには、ｙ２がｙ１に等しくなるように、移動後の原画像Ｂ２の画素数を変更する。
すなわち、第１辺ｙ１に対応する方向の移動前の原画像Ｂ１の画素数をＰ１としたときに、上記のｆ（θ）を用いて、
Ｐ２＝（ｆ（θ１）／ｆ（θ２））×Ｐ１
により求まる画素数Ｐ２を、移動後の原画像Ｂ２の画素数とすると、スクリーン２０上の大きさが一定に保たれる。

ｙと直交するｘ方向（底面ｓと平行な面とスクリーン２０との交線である第２曲線ｎに沿った第２長さ）の長さｑにおいても、θに対応する異なるテーブルが記憶されており、このテーブルに基づいて、移動前のｑ１に対する移動後のｑ２を求めることが可能となっている。
そして、移動後の画像Ｂ２を、上記のｐ２，ｑ２に従いＢ１に対してリサイズ処理を行う。

このように、本実施形態によると、表示素子３２上の原画像Ｂの大きさを、投影画像Ａにおいて同じ大きさになるように変更する。これにより、使用者が画像をスクリーン２０上で移動させても大きさが一定に保たれる。ゆえに、視認性が良く、利便性が向上する。
なお、画像が変形する場合は、もとの形状をそのまま維持するようにしても良い。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態では、半球面状のスクリーン２０において画像を移動させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
図６は、本発明の変形形態を示した図であり、図示するように、例えば互いに解像度の異なるモニタ１０１とモニタ１０２との間で画像を移動させる場合、移動前後で画像の大きさが変わらないようにする表示制御装置１００についても適用可能である。

（２）また、図７（ａ）は、投影画像Ａの移動先に、すでに投影画像Ａ’がある場合を示した図であり、この場合、移動先の投影画像Ａの位置を、ずらして表示するようにしても良い。
（３）また、図７（ｂ）は複数の投影画像Ａ，Ａ’を移動させる例について説明する図である。図示するように、複数の投影画像Ａ，Ａ’を移動させた場合に、両方を表示するスペースがない場合、投影画像Ａ，Ａ’をオーバラップさせるようにしても良い。

なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

１：画像表示装置、１０：表示部、２０：スクリーン、２１：タッチパネル、３０：投影部、３２：表示素子、５０：制御部、５１：制御回路、５１ａ：画像処理部、５１ｂ：記憶部

Claims (8)

1. 複数の画素を含む表示素子と、
   半球状の画面と、
   前記表示素子に表示された原画像を、前記画面に投影する投影部と、
   前記画面に投影された投影画像が移動するように前記原画像を移動させ、移動前の前記投影画像の所定方向の長さと移動後の前記投影画像の所定方向の長さとを近づけるように、移動後の前記原画像の画素数を移動前の画素数から変更する制御部と、
   を備えること、を特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記所定方向の長さが同じになるとは、前記半球の頂部から底面まで放射状に伸びる第１曲線に沿った第１長さの移動前後の長さが同じになること、及び、
   前記底面と平行な面と前記画面との交線である第２曲線に沿った第２長さの移動前後の長さが同じになること、であること、
   を特徴とする画像表示装置。
3. 請求項２に記載の画像表示装置であって、
   前記制御部は、前記投影画像の前記所定方向の長さが移動前後で同じになるように、前記原画像の画素数を移動前後でどれくらい変更するかの情報を記憶した記憶部を備えること、
   を特徴とする画像表示装置。
4. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
   前記記憶部に記憶されている前記情報は、前記底面の中心からみたときの、前記底面から前記投影画像までの仰角に対応する情報であること、
   を特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の画像表示装置であって、
   前記制御部は、前記投影画像を移動させたときに他の投影画像と重なる場合、前記投影画像の位置をずらして表示すること、
   を特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の画像表示装置であって、
   前記制御部は、前記投影画像を移動させたときに他の投影画像と重なる場合、前記投影画像と前記他の投影画像とをオーバラップさせること、
   を特徴とする画像表示装置。
7. 請求項５または６に記載の画像表示装置であって、
   前記投影画像と前記他の投影画像とは、同時に移動されたものであること、
   を特徴とする画像表示装置。
8. 複数画素によって形成され、且つ、異なる画面間を移動可能な画像において、同数並んだ画素が、画面によって異なる長さに表示される場合に、移動前後の画像の所定方向の長さが同じになるように、移動後の画像の画素数を移動前の画素数から変更する表示制御装置。

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