JP2015232593A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体感などの仮想現実感を持たせることができる表示装置を提供する。【解決手段】可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーン２１と、スクリーン２１に投影する映像とスクリーン２１の散乱状態とが同期するように制御するタイミング制御装置３１と、スクリーン２１の観察者１０１側に配置されて観察者が入力操作する位置を検出するとともに可視光に対して透明なタッチパネルと、スクリーン２１と離間して配置され、観察者１０１がスクリーン２１を透過して視認可能な不透明ディスプレイ５１と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、映像を表示する表示装置に関する。

従来からプロジェクタ等の光源からの投影映像をスクリーンに投影して映像を表示する表示装置が知られている。

このような表示装置において、例えば特許文献１には、透過率を制御して光透過状態と光散乱状態とを交互に変化させることが可能なスクリーン（透過型スクリーン）を用いて、１フレーム期間の所定の期間のみ散乱状態とするようにＰＷＭ駆動させることで、光透過状態を保ちつつ、コントラストの高い映像を表示することが記載されている。

このような透過型スクリーンの応用例としては、特許文献２に、観察者側にタッチパネルを設けることで、ユーザに開放感を与えることが提案されている。

特開２０１２−２２０５４０号公報 特開２０１０−１０８６４７号公報

近年、３Ｄ（３次元）表示やＡＲ（Augmented Reality）など観察者に仮想現実感を持たせる表示を行う機器等が提案されている。特許文献２に記載されたタッチパネルディスプレイは、透明ディスプレイを使用することで開放感を持たせることはできるものの、単に透明ディスプレイにタッチパネルを設けただけでは立体感などの仮想現実感を持たせることはできない。

そこで、本発明は、上述した問題に鑑み、例えば、立体感などの仮想現実感を持たせることができる表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能な第１表示部と、前記第１表示部に投影する映像と、前記第１表示部の散乱状態と、が同期するように制御する制御部と、前記第１表示部の観察者側に配置されて前記観察者の操作入力位置を検出するとともに可視光に対して透明な入力位置検出部と、前記第１表示部と離間して配置され、前記観察者が前記第１表示部を透過して視認可能な第２表示部と、を有することを特徴とする表示装置である。

請求項９に記載された発明は、可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能な第１表示部と、前記第１表示部の観察者側に配置されて前記観察者の操作入力位置を検出するとともに可視光に対して透明な入力位置検出部と、前記第１表示部と離間して配置され、前記観察者が前記第１表示部を透過して視認可能な第２表示部と、を有する表示装置の制御方法であって、前記第１表示部に投影する映像と、前記第１表示部の散乱状態と、が同期するように制御する制御工程と、前記入力位置検出部の操作入力位置を第２表示部に合わせるように調整する調整工程と、を含むことを特徴とする表示装置の制御方法である。

請求項１０に記載された発明は、請求項９に記載の表示装置の制御方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする表示制御プログラムである。

請求項１１に記載された発明は、請求項１０に記載の表示制御プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本発明の第１の実施例にかかる表示装置の概略構成図である。 図１に示されたスクリーンの模式的な断面図である。 図１に示された表示装置のタイミングチャートである。 図１に示された表示装置のキャリブレーション動作の説明図である。 図１に示されたタイミング制御装置のキャリブレーション動作を示したフローチャートである。 本発明の第１の実施例にかかる表示装置キャリブレーション動作の説明図である。 図６に示された表示装置の他のキャリブレーション動作の説明図である。 スクリーンの他の構成の走査と駆動との同期制御の説明図である。 図８に示されたスクリーンの走査と駆動の模式的なタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態にかかる表示装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる表示装置は、可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能な第１表示部と、第１表示部に投影する映像と、第１表示部の散乱状態と、が同期するように制御する制御部と、第１表示部の観察者側に配置されて観察者の操作入力位置を検出するとともに可視光に対して透明な入力位置検出部と、第１表示部と離間して配置され、観察者が第１表示部を透過して視認可能な第２表示部と、を有している。このようにすることにより、第１表示部および入力位置検出部が第２表示部と離間しているので、２つの映像が離れて表示されることにより、奥行き感などの立体感を持たせることができる。また、観察者が入力位置検出部へ操作を入力することにより、第２表示部の表示が変化すれば、映像よりも手前で操作しているような仮想現実感を持たせることができる。

また、入力位置検出部の操作入力位置を第２表示部に合わせるように調整する調整部を有してもよい。このようにすることにより、離間している第２表示部の表示位置に合わせて入力位置検出部から入力操作をすることができるようになる。

また、第２表示部の複数の位置に位置合わせ用のマーカーを表示し、調整部は、観察者が入力位置検出部からマーカーの位置として入力した位置に基づいて調整を行ってもよい。このようにすることにより、例えば、第２表示部の四隅にマーカーを表示させ、そのマーカーの位置を入力位置検出部から操作を入力させることにより、入力位置検出部の操作入力位置を第２表示部に対応させるようにすることができる。

また、第１表示部の複数の位置に位置合わせ用の第１マーカーを表示するとともに、第２表示部の第１マーカーと対応する複数の位置に位置合わせ用の第２マーカーを表示し、調整部は、第１マーカーと第２マーカーとに基づいて調整を行ってもよい。このようにすることにより、２つのマーカーを合わせることによって調整をすることができる。

また、調整部は、第１マーカーを対応する第２マーカーと重なる位置に移動させる動作に基づいて調整を行ってもよい。このようにすることにより、観察者は、第１マーカーの移動を確認しながら調整をすることができ、調整処理時の操作性と精度を向上させることができる。

また、第１表示部と観察者との相対位置を調整することによって第１マーカーと第２マーカーとが重なるように合わせる調整を行ってもよい。このようにすることにより、観察者の視点位置の移動により調整をすることができる。

また、第１表示部には、第２表示部を操作するための画像が表示されてもよい。このようにすることにより、第１表示部の画像に基づいて第２表示部を操作することができる。したがって、映像よりも手前で操作しているような仮想現実感を持たせることができる。

また、第１表示部と第２表示部とは、互いの表示面が平行とならないように固定されていてもよい。このようにすることにより、第１表示部に投影する映像と第２表示部とが干渉しないように配置しながら、装置の奥行きを短くすることができる。

また、本発明の一実施形態にかかる表示装置の制御方法は、可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能な第１表示部と、第１表示部の観察者側に配置されて観察者の操作入力位置を検出するとともに可視光に対して透明な入力位置検出部と、第１表示部と離間して配置され、観察者が第１表示部を透過して視認可能な第２表示部と、を有する表示装置の制御方法であって、第１表示部に投影する映像と、第１表示部の散乱状態と、が同期するように制御する制御工程と、前記入力位置検出部の操作入力位置を第２表示部に合わせるように調整する調整工程と、を含んでいる。このようにすることにより、第１表示部および入力位置検出部が第２表示部と離間しているので、２つの映像が離れて表示されることにより、奥行き感などの立体感を持たせることができる。また、例えば入力位置検出部へ操作を入力することにより、第２表示部の表示が変化すれば、映像よりも手前で操作しているような仮想現実感を持たせることができる。さらに、調整工程により、離間している第２表示部の表示位置に合わせて入力位置検出部から入力操作をすることができるようになる。

また、上述した表示装置の制御方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする表示制御プログラムとしてもよい。このようにすることにより、可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能な第１表示部と、第１表示部の観察者側に配置されて観察者の操作入力位置を検出するとともに可視光に対して透明な入力位置検出部と、第１表示部と離間して配置され、観察者が第１表示部を透過して視認可能な第２表示部と、を有する表示装置をコンピュータを用いて制御することができる。

また、上述した表示制御プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。このようにすることにより、当該プログラムを機器に組み込む以外に単体でも流通させることができ、バージョンアップ等も容易に行える。

本発明の第１の実施例にかかる表示装置１を有する表示システム５を図１乃至図５を参照して説明する。表示システム５は、図１に示すように、プロジェクタ１１と、スクリーン２１と、タイミング制御装置３１と、タッチパネル４１と、不透明ディスプレイ５１と、ミラー６１と、筐体７１と、を有している。表示装置１は、前記したスクリーン２１と、タイミング制御装置３１と、タッチパネル４１と、不透明ディスプレイ５１と、を有して構成されている。

図２に、光学状態を制御可能なスクリーン２１およびタッチパネル４１の模式的な断面図を示す。図２に示したスクリーン２１は、一対の透明なガラス基板２３、２４の間に液晶を含む複合材料を挟み込んだ光学層である調光部２５を有する。一方のガラス基板２４の調光部２５側には、全面に対向電極２６が形成される。他方のガラス基板２３の調光部２５側には、全面に制御電極２７が形成される。なお、電極２６、２７と調光部２５との間に、絶縁体からなる中間層を形成してもよい。

スクリーン２１は、電圧の印加により光学状態を変化できる素子や材料により構成された調光部２５を備えている。調光部２５の光学状態は、散乱状態が映像を表示する状態であり、それよりも入射光（可視光）の散乱が小さく且つ光線の直線透過率が高い透明な透過状態が映像を表示しない非映像表示状態である。調光部２５は、対向電極２６と制御電極２７との間に配置される。即ち、調光部２５は、２つの電極間に挟持され、２つの電極間に印加された電圧によって光学状態を透過状態と散乱状態とに切り替え可能である。したがって、スクリーン２１が第１表示部として機能する。

調光部２５には、光学状態を散乱状態と透明状態とを切り替えることができるもの、例えば、高分子中にネマティック液晶ドメインを分布させた所謂高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）を用いることができる。また、電圧を印加しない状態において高分子ネットワークがドメインを形成する液晶分子の配向と関連付けられている複合材料を用いれば、より良好な光学状態を実現できる。

ＰＤＬＣを用いた例としては、光重合性モノマー、ネマティック液晶及び重合開始材料を適量混合し、調光部材を構成するガラスや樹脂の５から５０マイクロメートル程度の基板間に配置せしめ、モノマーと液晶が相分離する温度など条件において紫外線を照射することで、高分子中に液晶ドメインを分散させることができる。この場合、通常電圧を印加しない場合に高分子と液晶の屈折率差による散乱が大きく、電場により液晶を配列させた場合に基板法線方向の屈折率差が小さくなるように設計され、ノーマルモードと呼ばれる。この他、ネマティック液晶を含むカプセルをモノマー及び重合開始剤と混合したものを用いることもできる。

電圧を印加しない状態において高分子ネットワークがドメインを形成する液晶分子の配向と関連付けられている複合材料としては、光重合性モノマーが液晶の性質を保有している。基板はラビングなど配向処理がなされ、基板間に配置された混合材料は配向処理に基づいた配列をもつ。この状態で紫外線を照射することで、電圧を印加しない場合に上記初期配列となり、電圧を印加することで液晶ドメインと高分子との屈折率差が生じることで散乱を生じる。なお一方向配列とした場合はこの配向に依存した光学特性を有するが、カイラル材を添加し初期配列にねじれを与えることで、入射光の偏光に依存しない光学特性としたものを用いることもできる。この場合、通常電圧を印加しない場合に高分子と液晶の屈折率差による散乱が小さく、電場により液晶を配列させた場合に屈折率差が大きくなるように設計され、リバースモードと呼ばれる。

即ち、ノーマルモードでは、電極間に所定の電圧を印加した場合に透過状態となり、電極間に電圧を印加しない場合に散乱状態となる。また、リバースモードでは、電極間に所定の電圧を印加した場合に散乱状態となり、電極間に電圧を印加しない場合に透過状態となる。なお、本実施例では、基本的にリバースモードで説明するが、ノーマルモードでも適用できる。

対向電極２６と制御電極２７は、たとえばＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）により、透明電極として形成される。

図２に示したスクリーン２１は、映像光が投影されると、散乱状態に制御された調光部２５で主に投影方向（入射方向）の前方に散乱（前方散乱）し映像として視認される。そのため、調光部２５で投影方向に反射して散乱（反射散乱）される光は少ない。したがって、プロジェクタ１１から投影された映像は、観察者１０１側からは視認できるが、その反対側からは殆ど視認することができない。

観察者１０１からは、スクリーン２１の調光部２５が散乱状態の場合は、スクリーン２１は例えば白濁したように見える。一方、調光部２５が透過状態の場合は、スクリーン２１は透過状態のため、スクリーン２１越しに背景を観察することができる。したがって、調光部２５が散乱状態の場合にはスクリーン２１にプロジェクタ１１から投影される映像が表示され観察者１０１が視認することができ、透過状態の場合にはスクリーン２１は背景を認識しうる透明さを有する。

スクリーン２１は、制御電極２７と対向電極２６との間に電位差を生じるように電圧が印加される。駆動波形（駆動電圧波形）としては、たとえば、一方の電極を直流状態（基準電圧、例えば０ボルト）として、他方の電極に交流電圧を印加するようにしてもよいし、双方の電極に位相が反転した交流電圧を印加して電位差が生じるようにしてもよい。即ち、制御電極２７と対向電極２６との間に電位差を生じるように電圧が印加されると、スクリーン２１がノーマルモードの場合は透過状態になり、リバースモードの場合は散乱状態になる。

入力位置検出部としてのタッチパネル４１は、スクリーン２１のガラス基板２４に重ねて設けられている。タッチパネル４１は、手指やペン等が触れた位置（操作入力位置）を検出することができる入力装置であり、可視光に対して透明なフィルムやガラス基板等に透明電極等が形成されている。タッチパネル４１は、静電容量方式、抵抗膜方式、電磁誘導方式、赤外線方式等周知の方式を適宜選択して用いることができる。なお、タッチパネル４１は、図２に記載した例ではガラス基板２４に重ねられているが、スペーサなどを挟んで若干間隔を開けてもよい。即ち、後述するスクリーン２１に表示された映像にタッチして操作する際に視差による影響が無視できる程度に近接して配置されていればよい。

なお、入力位置検出部としては、タッチパネル４１に限らず、第１表示部の観察者側に配置されて観察者の入力操作位置を検出するとともに可視光に対して透明な部材（装置）であれば、近接センサにより手指等の接近を検出する方法等、他の方法であってもよい。

スクリーン２１とタッチパネル４１とは、筐体７１から露出するように設けられている。また、スクリーン２１とタッチパネル４１とは、鉛直方向から斜め上方向に傾けて設けられている。

制御部としてのタイミング制御装置３１は、筐体７１内に配置されている。タイミング制御装置３１は、例えばプロジェクタ１１に入力される同期信号に基づいて、映像光が投影されるスクリーン２１の調光部２５を、透過状態または散乱状態に制御する。プロジェクタ１１からタイミング制御装置３１へ入力される同期信号は、例えばプロジェクタ１１に入力される映像信号の映像フレーム周期に同期した同期信号を用いることができる。この同期信号によって、プロジェクタ１１は、映像をスクリーン２１が散乱状態のときに投影することができる。

なお、タイミング制御装置３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を備え、メモリ等の記録装置に記録されたプログラムにより動作が制御されるコンピュータで構成されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などから構成された専用のハードウェアでもよい。

第２表示部としての不透明ディスプレイ５１は、例えば周知の液晶ディスプレイやＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどで構成されている。不透明ディスプレイ５１は、スクリーン２１と離間して配置され、スクリーン２１を透過して視認可能となっている。即ち、スクリーン２１の観察者側と反対側に設けられている。また、不透明ディスプレイ５１は、通常プロジェクタ１１から投影される映像とは異なる映像が表示されている。

なお、本実施例では第２表示部として不透明ディスプレイ５１で説明するが、不透明な表示装置であれば、上述したスクリーン２１とは異なる常時映像光を散乱するような周知のスクリーンであってもよい。また、不透明ディスプレイに限らず、上述したスクリーン２１をもう１つ設けて第２表示部を構成してもよい（勿論対応するプロジェクタも設ける）。上述したスクリーン２１をもう１つ設けた場合は、当該スクリーン２１のさらに奥側にある背景も同時に観察することができる。

プロジェクタ１１は、筐体７１内に配置されている。プロジェクタ１１は、走査周期中にスクリーン２１上で黒状態（投射光が出ない状態）を順次シフトさせる透過型あるいは反射型液晶ライトバルブなどを使用できるが、これ以外の素子を用いてもよい。また、プロジェクタ１１は、映像の走査周期においてラスター走査し、スクリーン２１の表示面に映像光（画像光）を線順次で投射するものでもよい。つまり、映像光が所定の周期で間欠的に投射される。このプロジェクタ１１では、強度変調された光ビームの照射方向を可動ミラーで反射して振るような、例えばレーザプロジェクタなどを用いることもできる。このプロジェクタ１１は、映像光の照射位置がスクリーン２１上の一方向に順次走査されているものと同様に考えることができる。

プロジェクタ１１は、映像情報により変調された映像光を投影できるものであればよい。なお、映像情報は、プロジェクタ１１に入力される映像信号から得られる。映像信号には、たとえば、ＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）方式、ＰＡＬ（Phase Alternation by Line）方式のようなアナログ方式の映像信号、ＭＰＥＧ−ＴＳ（Moving Picture Experts Group − Transport Stream）フォーマット、ＨＤＶ（High-Definition Video）フォーマットのようなデジタルフォーマットの映像信号がある。プロジェクタ１１には、動画の映像信号だけでなく、たとえばＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）のような静止画の映像信号が入力されてもよい。この場合、プロジェクタ１１ａは、静止画を表示するための同じ映像光で、スクリーン２１を繰り返し走査すればよい。

ミラー６１は、筐体７１内に配置され、プロジェクタ１１から出射された映像光をスクリーン２１に向けて反射する。なお、ミラー６１を設けずにプロジェクタ１１から直接スクリーン２１に投影してもよいが、ミラー６１を設けた方が筐体７１の奥行きを短くしながらスクリーン２１に投影する映像のサイズを大きくすることができる。

筐体７１は、板金あるいは樹脂等により略箱状に形成され、上述したように、プロジェクタ１１、タイミング制御装置３１、不透明ディスプレイ５１、ミラー６１を収容している。筐体７１の側面には断面略三角形状の凸部７２が形成されている。凸部７２を構成する傾斜面のうち、凸部７２の先端から筐体７１の天面７１ａに向かう傾斜面には開口７２ａが設けられている。したがって、開口７２ａは斜め上方向に開口している。そして、スクリーン２１およびタッチパネル４１は、当該開口７２ａを塞ぐように取り付けられている。即ち、スクリーン２１およびタッチパネル４１は、タッチパネル４１を観察者１０１に向けた状態で筐体７１の側面に表面が斜め上方向を向くように傾けて設けられている。したがって、不透明ディスプレイ５１は、スクリーン２１およびタッチパネル４１を通して外部から観察できるようになっている。なお、不透明ディスプレイ５１も筐体７１内で表面が斜め上方向を向くように傾けて設けられているがスクリーン２１およびタッチパネル４１よりも鉛直に近い角度で設けられている。即ち、スクリーン２１およびタッチパネル４１と不透明ディスプレイ５１とは互いの表面が平行にならないように固定されて設けられている。

図３は上述した構成のスクリーン２１の状態と、調光部２５の正透過率と、プロジェクタ１１から投射される映像光の強度（光強度）と、を示したタイミングチャートである。

図３に示したように、スクリーン２１は、１映像周期内に１回散乱状態と透過状態とに変化する。つまり、透過状態と散乱状態とを所定の周期で交互に切り替えている。１映像周期とは、プロジェクタ１１に入力される映像信号の１フレーム期間などであり、周波数にすると例えば５０〜６０Ｈｚ程度である。したがって、スクリーン２１は、１映像周期よりも短い期間で散乱状態と透過状態との切り替えが行われる。

スクリーン２１（調光部２５）が散乱状態となると、調光部２５の光線の直線透過率は低下する。この期間にスクリーンに入射した光は散乱されるので、映像を表示することが可能となる。この期間にプロジェクタ１１は映像光をスクリーン２１に投影するので映像光強度が上昇し映像が表示される。即ち、タイミング制御装置３１が、スクリーン２１に投影される映像が散乱状態に投影されるようにスクリーン２１を制御している。つまり、図３のような動作が制御工程に相当する。

スクリーン２１が透過状態となると、調光部２５の光線の直線透過率は上昇する。この期間にスクリーンに入射した光はそのまま透過する。したがって、プロジェクタ１１は映像光をスクリーン２１への投影を停止する。そのため、背景（不透明ディスプレイ５１）をスクリーン２１越しに（スクリーン２１を通して）観察することができる。

スクリーン２１には、１映像周期毎に全画面の映像を繰り返し投影しており、人間の目にはこの繰り返しは点滅として認識されないで、時間平均（積分）されることによって、スクリーン２１に投影された映像と背景（不透明ディスプレイ５１）とを、フリッカを感じることなく同時に観察することができる。

なお、図３では、散乱状態の全ての期間でプロジェクタ１１から映像が投影されているが、例えば、散乱状態から透過状態に切り替える時間のマージンを設ける等、散乱状態の期間よりも映像が投射される期間が短くてもよい。即ち、散乱状態の期間内の任意の期間に映像を投影してもよい。或いは、過渡状態の期間にプロジェクタ１１から映像を投影してもよい。この場合は、散乱されずに透過する映像光が発生するものの、短時間であるので影響は少ない。

また、図３のように投影するために、プロジェクタ１１の光源としてレーザ光源やＬＥＤ等の高速に点灯と消灯とを切り替えることができるものを使用してもよいし、プロジェクタ１１の出射口等にシャッタなどを設置する構成でもよい。この場合、スクリーン２１の散乱状態にスクリーン２１に投影される映像が投影されるようにプロジェクタ１１やシャッタを制御している。要するに、プロジェクタ１１から出射される光を間欠的に（パルス状に）出射できる構成とできればよい。

以上の説明から明らかなように、スクリーン２１に投影される映像と、スクリーン２１の散乱状態と、が同期するとは、周期的に投影される映像にスクリーン２１の散乱状態のタイミングを合わせることと、周期的に散乱状態となるスクリーン２１にプロジェクタ１１等からの投影タイミングを合わせることの双方を含むものである。

また、周期的とは、１映像周期の予め定めた期間に散乱状態または映像が投影されることを意味し、散乱状態の期間や映像が投影される期間が一定の期間ごとに発生することに限らない。例えば、１映像周期の先頭から１０％〜２０％の期間と８０％〜９０％の期間が散乱状態になる場合も、それが各映像周期で変わらず発生する場合は周期的に含まれる。つまり、１映像周期内の特定のタイミングであって、それが１映像周期ごとに繰り返えされていればよい。

上述した構成の表示システム５（表示装置１）は、操作する人（観察者１０１）がタッチパネル４１を操作することによって、スクリーン２１または不透明ディスプレイ５１に表示された映像、あるいは各々に表示された映像の両方を変化させることができる（同時に音声信号にも反応があっても良い）。例えばタッチパネル４１のどの位置を触ったかによって、その位置に対応した不透明ディスプレイ５１上の位置の映像が変化させることができる。

或いは、スクリーン２１に、不透明ディスプレイ５１に表示されている映像を操作するアイコン等を表示するなどして、タッチパネル４１で当該アイコン等を操作することで、不透明ディスプレイ５１に表示されている映像を変化させることができる。このときにスクリーン２１に表示されているアイコン等の表示も変化してもよい。即ち、スクリーン２１（第１表示部）には、不透明ディスプレイ５１（第２表示部）を操作するための画像が表示されている。

しかしながら、観察者１０１の目の位置（特に利き目の位置）によってタッチパネル４１の座標系と不透明ディスプレイ５１の座標系が大きく変化するため、観察者１０１がタッチパネル４１の操作を開始する時点で、タッチパネル４１上の座標と、不透明ディスプレイ５１の表示座標と、を合わせるためのキャリブレーション（調整）を実行する必要がある。即ち、タイミング制御装置３１が、タッチパネル４１（入力位置検出部）の操作入力位置を不透明ディスプレイ５１（第２表示部）に合わせるように調整する。

具体的には、不透明ディスプレイ５１の周辺部の最低３か所（特に四隅に近い位置（４か所）が最も望ましい）に○、◎、×、＋、↑などの記号やマーク等による位置合わせ用のマーカーを表示し、タッチパネル４１上でそのマーカーが見えている位置を、観察者１０１にタッチさせることで、タッチパネル４１のタッチ位置座標と不透明ディスプレイ５１の表示座標との関係を検出する。即ち、タイミング制御装置３１が、観察者１０１がタッチパネル４１（入力位置検出部）からマーカーの位置として入力した位置に基づいて調整を行っている。

キャリブレーションの例を図４に示す。図４において、不透明ディスプレイ５１の表示座標およびタッチパネル４１の位置検出座標を左下角を起点（１，１）に、左上角を（１, １０８０）、右下角を（１９２０，１）、右上角を（１９２０, １０８０）としている。そして、不透明ディスプレイ５１に表示される４か所のマーカー表示位置の中心をそれぞれマーカーＡ（１９２, １０８）、マーカーＢ（１９２, ９７２）、マーカーＣ（１７２８, １０８）、マーカーＤ（１７２８, ９７２）とし、それぞれのマーカーに対応してタッチ検出されたタッチパネル４１上の位置検出座標をマーカーＡ´（５９６, ３３４）、マーカーＢ´（４０４，８８０）、マーカーＣ´（１３６４, ３３４）、マーカーＤ´（１５５６，８８０）としている。

図４の例におけるキャリブレーション動作は、不透明ディスプレイ５１の表示座標（Ｘ，Ｙ）がタッチパネル４１上の位置検出座標（ｘ，ｙ）から、以下の調整式により行うことができる。
Ｘ＝１．３３３ｘ＋０．４６８９ｙ−７５９（ｘ≦９８０）・・・（１）
Ｘ＝１．３３３ｘ−０．４６８９ｙ＋６６ （ｘ＞９８０）・・・（２）
Ｙ＝１．５８２４ｙ−４２１・・・（３）

上述したＸの式が（１）式と（２）式の２つあるのは、図４に示したように、台形補正をするため、中心から左側と右側で分ける必要があるからである。また、図４に示した例は、タッチパネルの座標がｘ方向、ｙ方向ともにオフセットしている。これは、観察者１０１の視点位置が必ずしも座標の中心と一致するわけではないために発生するものであり、図４の例においてもそれを加味している。

上述したキャリブレーション動作を図５のフローチャートに示す。図５に示したフローチャートはタイミング制御装置３１で実行される。即ち、このフローチャートが調整工程に相当する。

まず、不透明ディスプレイ５１に上述したマーカーを表示する（ステップＳ１１）。次に、観察者１０１がタッチパネル４１上のマーカー位置をタッチしたことを検出する（ステップＳ１２）。タッチを検出した場合（ステップＳ１２がＹＥＳ）は、そのタッチ位置と不透明ディスプレイ５１上のマーカー位置とに基づいて上述した調整式を求める（ステップＳ１３）。調整式を求めるとは、ｘやｙの係数および加算または減算される定数等を算出することである。

図５のフローチャート以降は、ステップＳ１３で求めた調整式に基づいて、タッチパネル４１にタッチされた位置に応じた動作が例えば不透明ディスプレイ５１の表示に反映される。

また、このキャリブレーション動作は、タッチパネル４１のタッチ位置の調整だけでなく、スクリーン２１に表示する映像の位置の調整に用いてもよい。例えば、不透明ディスプレイ５１の特定の位置に合わせてスクリーン２１に特定の画像や文字等を表示させる場合にキャリブレーション動作で求めた調整式を適用することができる。

本実施例によれば、可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーン２１と、スクリーン２１に投影する映像とスクリーン２１の散乱状態とが同期するように制御するタイミング制御装置３１と、スクリーン２１の観察者１０１側に配置されて観察者が操作入力する位置を検出するとともに可視光に対して透明なタッチパネルと、スクリーン２１と離間して配置され、観察者１０１がスクリーン２１を透過して視認可能な不透明ディスプレイ５１と、を有している。このようにすることにより、スクリーン２１およびタッチパネル４１が不透明ディスプレイ５１と離間しているので、２つの映像が離れて表示されることにより、奥行き感などの立体感を持たせることができる。また、例えばタッチパネル４１へ入力することにより、不透明ディスプレイ５１の表示が変化すれば、映像よりも手前で操作しているような仮想現実感を持たせることができる。

また、タイミング制御装置３１が、タッチパネル４１の入力位置を不透明ディスプレイ５１に合わせてキャリブレーションしているので、離間している不透明ディスプレイ５１の表示位置に合わせてタッチパネル４１から入力できるようになる。

具体的には、不透明ディスプレイ５１の四隅等の複数の位置に位置合わせ用のマーカーを表示し、タイミング制御装置３１は、タッチパネル４１から入力された当該マーカーの位置に基づいてキャリブレーションをする。このようにすることにより、例えば四隅にマーカーを表示させ、そのマーカーの位置をタッチパネル４１から入力させることにより、タッチパネル４１の入力位置を不透明ディスプレイ５１に対応させるようにすることができる。

また、スクリーン２１と不透明ディスプレイ５１とは、互いの表示面が平行とならないように固定されているので、スクリーン２１に投影する映像と不透明ディスプレイ５１とが干渉しないように配置しながら、表示装置１の奥行きを短くすることができる。

また、スクリーン２１には、不透明ディスプレイ５１を操作するための画像が表示されていてもよい。このようにすることにより、スクリーン２１の画像に基づいて不透明ディスプレイ５１を操作することができる。したがって、映像よりも手前で操作しているような仮想現実感を持たせることができる。

次に、本発明の第２の実施例にかかる表示装置を図６および図７を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施例の表示装置１は、構成は第１の実施例と同じであるが、キャリブレーションの方法が第１の実施例とは異なる。本実施例においては、マーカーを不透明ディスプレイ５１だけでなく、スクリーン２１にも表示してキャリブレーションを行う。

図６は、不透明ディスプレイ５１とスクリーン２１との両方にマーカーを表示させた例である。図６（ａ）は不透明ディスプレイ５１におけるマーカー表示であり、Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ（黒丸）がマーカー、即ち第２マーカーである、図６（ｂ）はスクリーン２１におけるマーカー表示であり、Ｅ´，Ｆ´，Ｇ´，Ｈ´（白丸）がマーカー、即ち第１マーカーである。

キャリブレーション時には、観察者１０１は、スクリーン２１に表示されているマーカーを不透明ディスプレイ５１に表示されているマーカーに合わせるように移動させる。例えば右上同士の場合は、スクリーン２１の右上に表示されているマーカーＨ´を不透明ディスプレイ５１に表示されているマーカーＨの位置まで移動させる。移動の方法は、タッチパネル４１を利用して観察者１０１の手指等によるドラッグアンドドロップ操作でもよいし、図示しないジョイスティックやリモートコントローラー（リモコン）等により行ってもよい。即ち、タイミング制御装置３１（調整部）が、第１マーカーを対応する第２マーカーと重なる位置に移動させる動作に基づいて調整を行っている。

このようにしてタッチパネル４１のタッチ位置座標と不透明ディスプレイ５１の表示座標との関係を検出した後は、第１の実施例と同様に、調整式を算出し、その調整式に基づいてタッチパネル４１にタッチされた位置に応じた動作が不透明ディスプレイ５１の表示に反映される。

また、キャリブレーションの例としては、スクリーン２１に表示されたマーカーを移動させる操作するに限らず、図７に示したように、観察者１０１が座っている椅子１１１の座面の前後左右高さ位置を調整するようにしてもよい。つまり、座面を調整して、第１マーカーと第２マーカーとが重なって見えるようにする。これは、筐体７１あるいはスクリーン２１の前後左右高さ位置が調整できるようにしてもよい。即ち、タイミング制御装置３１（調整部）が、スクリーン２１（第１表示部）と観察者１０１との相対位置を調整することによって調整を行ってもよい。

本実施例によれば、スクリーン２１の複数の位置に位置合わせ用のマーカーを表示するとともに、不透明ディスプレイ５１の複数の位置に位置合わせ用のマーカーを表示し、タイミング制御装置３１は、スクリーン２１に表示されたマーカーと不透明ディスプレイ５１に表示されたマーカーとに基づいてキャリブレーションをする。このようにすることにより、２つの表示部にそれぞれ表示されたマーカーを合わせることによってキャリブレーションすることができる。

具体的には、スクリーン２１に表示されているマーカーを対応する不透明ディスプレイ５１に表示されているマーカーに位置に移動させることに基づいてキャリブレーションをする。このようにすることにより、スクリーン２１に表示されているマーカーの移動を確認しながらキャリブレーションすることができ、キャリブレーション処理時の操作性と精度を向上させることができる。

あるいは、スクリーン２１と観察者１０１との相対位置を椅子１１１の座面の前後左右高さを調整することによってキャリブレーションをしてもよい。このようにすることにより、観察者１０１の視点位置の移動によりキャリブレーションすることができる。

また、スクリーン２１に対する投影方式は、図３に示した方式に限らない。例えば、スクリーン２１を複数の領域に分割し、各分割領域を順次散乱状態にして、散乱状態になった分割領域に映像を投影するようにしてもよい。基本的な動作原理を図８を参照して説明する。プロジェクタ１１は、映像情報で変調された映像光で、スクリーン２１を上から下へ縦に走査する。プロジェクタ１１は、走査の繰り返し期間（以下、走査周期ともいう。）毎に、スクリーン２１を上から下へ縦に走査する。

図８（Ａ）から（Ｅ）は、１回の走査周期中の各時点での走査状態を、走査順で示すものである。図８のスクリーン２１は、５つの分割領域２２を有する。５つの分割領域２２は、映像光の走査方向に沿って縦に配列される。

タイミング制御装置３１は、プロジェクタ１１によるスクリーン２１の一次元の縦方向の走査に同期させて、５つの分割領域２２の光学状態を個別に制御する。各分割領域２２は、映像光が投影されていない場合、非映像状態、すなわち入射光の散乱が小さい透明な透過状態に制御される。

映像光の走査が開始されると、プロジェクタ１１の走査光は、まず、図８（Ａ）のように、スクリーン２１の最上部の分割領域２２に照射される。以下、この説明において、走査光が照射される分割領域２２について、走査されていない他の分割領域２２から区別するために、符号２２１を使用する。タイミング制御装置３１は、プロジェクタからの同期信号に基づいて、走査周期中での、この最上部の分割領域２２１が走査される期間を特定し、最上部の分割領域２２１を映像状態に制御する。最上部の分割領域２２１を走査する映像光は、散乱状態の分割領域２２１により散乱され、スクリーン２１を透過する。

映像光の走査は、次に、図８（Ｂ）のように、スクリーン２１の上から２番目の分割領域２２１に移動する。タイミング制御装置３１は、走査周期中での、この上から２番目の分割領域２２１が走査される期間を特定し、上から２番目の分割領域２２１を映像状態に制御する。上から２番目の分割領域２２１を走査する映像光は、散乱状態の分割領域２２１により散乱され、スクリーン２１を透過する。また、タイミング制御装置３１は、上から２番目の分割領域２２１を映像状態に制御した後、最上部の分割領域２２を非映像状態に制御する。その後も、図８（Ｃ）から（Ｅ）に示すように、タイミング制御装置３１は、走査光により走査される分割領域２２１を映像状態に制御し、それ以外の分割領域２２を非映像状態に制御する。

以上の同期制御により、スクリーン２１についての走査光が照射される部位は、映像状態に維持される。これにより、スクリーン２１を走査する映像光は、散乱状態のスクリーン２１で散乱される。また、スクリーン２１についての走査光が照射されない部位は、非映像状態に制御される。各分割領域２２は、走査光により走査されていない殆どの期間において、非映像状態の透明な透過状態に制御される。映像光の投影期間中に、映像の視認性を保ちつつ、スクリーン２１のシースルー特性が得られる。

図９は、スクリーン２１の走査と駆動との模式的なタイミングチャートである。横軸は、時間である。縦軸は、スクリーンの縦方向の位置を示し、スクリーン２１での複数の分割領域２２に対応する。

スクリーン２１の各分割領域２２は、各々の領域を映像光が走査し始めるタイミングより前に、透明な透過状態から散乱状態に制御される。また、散乱状態の分割領域２２は、当該領域についての走査が終了した後に、散乱状態から透明な透過状態に制御される。

複数の分割領域２２は、各々の領域に映像光が走査により照射される部分走査期間ＴＰに同期して映像状態（散乱状態）に制御されることにより、走査順で、時間をずらして、順次映像状態へ切り替えられる。スクリーン２１を走査する映像光は、映像状態に維持された部分により、効率よく散乱され、明るく高い視認性を得ることができる。なお、図９中映像光走査が３本の矢印で表示されているが、これは赤緑青の光の３原色それぞれに対応する映像光を示している。

以上の同期制御により、スクリーン２１は、映像光が照射されるタイミングを含む期間Ｔｏｎにおいて、映像光が照射される部位が散乱状態に維持されるため、映像を表示できる。

しかも、スクリーン２１は、映像光の投影期間中に、各部位が期間Ｔｏｎ以外の時間では透明な透過状態に制御されるので、スクリーン２１を透視することができる。人間の目にはスクリーン２１の透過光が平均（積分）化されて見えるので、十分短い走査周期の場合、フリッカを感じることのないシースルー特性が得られる。

また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の表示装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ 表示装置
５ 表示システム
１１ プロジェクタ
２１ スクリーン（第１表示部）
３１ タイミング制御装置（制御部、調整部）
４１ タッチパネル（入力位置検出部）
５１ 不透明ディスプレイ（第２表示部）
１０１ 観察者
１１１ 椅子（調整部）

Claims (11)

1. 可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能な第１表示部と、
   前記第１表示部に投影する映像と、前記第１表示部の散乱状態と、が同期するように制御する制御部と、
   前記第１表示部の観察者側に配置されて前記観察者の操作入力位置を検出するとともに可視光に対して透明な入力位置検出部と、
   前記第１表示部と離間して配置され、前記観察者が前記第１表示部を透過して視認可能な第２表示部と、
   を有することを特徴とする表示装置。
2. 前記入力位置検出部の操作入力位置を前記第２表示部に合わせるように調整する調整部を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第２表示部の複数の位置に位置合わせ用のマーカーを表示し、
   前記調整部は、前記観察者が前記入力位置検出部から前記マーカーの位置として入力した位置に基づいて前記調整を行うことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記第１表示部の複数の位置に位置合わせ用の第１マーカーを表示するとともに、前記第２表示部の前記第１マーカーと対応する複数の位置に位置合わせ用の第２マーカーを表示し、
   前記調整部は、前記第１マーカーと第２マーカーとに基づいて前記調整を行うことを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
5. 前記調整部は、前記第１マーカーを対応する前記第２マーカーと重なる位置に移動させる動作に基づいて前記調整を行うことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. 前記調整部は、前記第１表示部と前記観察者との相対位置を調整することによって前記調整を行うことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
7. 前記第１表示部には、前記第２表示部を操作するための画像が表示されることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の表示装置。
8. 前記第１表示部と前記第２表示部とは、互いの表示面が平行とならないように固定されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の表示装置。
9. 可視光に対して透過状態と散乱状態とを切り替え可能な第１表示部と、前記第１表示部の観察者側に配置されて前記観察者の操作入力位置を検出するとともに可視光に対して透明な入力位置検出部と、前記第１表示部と離間して配置され、前記観察者が前記第１表示部を透過して視認可能な第２表示部と、を有する表示装置の制御方法であって、
   前記第１表示部に投影する映像と、前記第１表示部の散乱状態と、が同期するように制御する制御工程と、
   前記入力位置検出部の操作入力位置を第２表示部に合わせるように調整する調整工程と、
   を含むことを特徴とする表示装置の制御方法。
10. 請求項９に記載の表示装置の制御方法を、コンピュータにより実行させることを特徴とする表示制御プログラム。
11. 請求項１０に記載の表示制御プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。