JP2016118620A - 表示装置および表示方法 - Google Patents

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【課題】鏡像と映像を用いた重畳画像に奥行感をもたせ、自然な遠近感により、より現実感のある重畳画像を合成することができる表示装置および表示方法を提供すること。【解決手段】一方の面(F)側から入射した光を一方の面側に反射するとともに他方の面(R)側から入射した光を一方の面側に透過する半透過鏡(12)と、半透過鏡の他方の面側に配置されるとともに一方の面側に透過する映像(A、B、C)を表示する少なくとも1つの映像表示部(D1、D2、D3)と、を備え、半透過鏡は一方の面側に配置された対象物(OB)の縮小または拡大された虚像(OB’)を他方の面側に形成し、一方の面側から観察した場合に、映像と虚像とが重畳された画像として観察される。【選択図】図3

Description

本発明は、表示装置および表示方法に関し、特にある画像に別の画像を重畳させて表示する機能を有する表示装置および表示方法に関する。
従来より、ある画像に別の画像を重畳させて表示する表示装置が種々提案されているが、そのような表示装置の一例として、非特許文献1に開示された電子看板が挙げられる。非特許文献1に開示された電子看板は、カメラでユーザを撮影し、CG(Computer Graphics)により加工した映像を鏡のように反転して液晶ディスプレイに表示する。したがって、非特許文献1に開示された電子看板では、鏡は用いていない。
一方、平面鏡を用いた表示装置として、特許文献1、非特許文献2、あるいは非特許文献3に開示されたものが知られている。これらの表示装置は、平面ハーフミラーの背後直近にディスプレイを配置し、該ディスプレイに表示された映像とともに、平面ハーフミラーの前面に位置する対象物の虚像を重畳表示する表示装置である。いずれも基本的な構造は類似しているので、図5(a)を参照して、特許文献1に開示された情報表示機能付ミラーについて説明する。
特許文献1に開示された情報表示機能付ミラーのミラー本体90は、各種画像情報及び文字情報を表示する情報表示部としての液晶表示部92と、この液晶表示部92の背面に配置されたバックライト94と、液晶表示部92の前面に配置された透光性保護板96と、この透光性保護板96の前面に配置され、バックライト94の点灯時に液晶表示部92に表示された各種の情報を透過表示する一方、バックライト94の消灯時に鏡面反射層98aによって鏡面として作用するハーフミラーとしてのカバー98とから構成されている。
特許文献1に開示された情報表示機能付ミラーによれば、ミラー本体90が、バックライト94の点灯時に液晶表示部92に表示された各種画像情報及び文字情報を透過表示する一方、バックライト94の消灯時に鏡面として作用するカバー98を備えたことにより、本来の機能とは別の機能を付加することのでき、汎用性の高いミラーを提供することができるとしている。
さらに、平面鏡を用いた別の表示装置として、特許文献2に開示されたものが知られている。図5(b)に、特許文献2に開示された表示装置100を示す。
図5(b)に示すように、表示装置100は、表示部104の表示面に対応する部分が開口した壁板108の前面側(ユーザ110側)にハーフミラー102を取り付け、ハーフミラー102の前面側上部にデジタルカメラ等の撮像部106が設置され、壁板108の背面側に表示部104が設置される。そして、撮像部106で撮像したユーザ110の画像データと画像データ保存部(図示省略)に保存されている画像データを合成し、合成した画像を表示部104に表示させる。
特許文献2に開示された表示装置100によれば、デジタルカメラ等で撮影したユーザの画像、およびハーフミラーに映るユーザの姿を積極的に利用し、ヘアースタイルやヘアーカラー等のシミュレーションが可能な表示装置が実現できるとしている。
特開2002−229494号公報 特開2005−010356号公報
http://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000005.000003285.html http://www.cybertecturemirror.com/ http://pioneer.jp/corp/news/press/index/1825
しかしながら、カメラと液晶ディスプレイを用いる非特許文献1に開示された電子看板では、鏡像(映像)の現実感に欠けるという欠点がある。これは、鏡像が立体的でないこと、ユーザの実際の動きに対し映像の動きが遅れること等に起因する。また、液晶ディスプレイの表示面近傍の物体はカメラの画角から外れて映らないか、あるいは大きなずれが発生することにも起因している。
また、特許文献1等に開示された平面鏡(ハーフミラー)を用いた表示装置では、深い奥行の表示ができないという欠点がある。平面鏡で観察される鏡像は実世界と同じ奥行であるため、ディスプレイに表示された遠方を看取させる映像と、遠方を意識させるように重畳表示させることは困難である。
本発明は、上記事情を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、鏡像と映像を用いた重畳画像に奥行感をもたせ、自然な遠近感により、より現実感のある重畳画像を合成することができる表示装置および表示方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の表示装置は、一方の面側から入射した光を前記一方の面側に反射するとともに他方の面側から入射した光を前記一方の面側に透過する半透過鏡と、前記半透過鏡の前記他方の面側に配置されるとともに前記一方の面側に透過する映像を表示する少なくとも1つの映像表示部と、を備え、前記半透過鏡は前記一方の面側に配置された対象物の縮小または拡大された虚像を前記他方の面側に形成し、前記一方の面側から観察した場合に、前記映像と前記虚像とが重畳された画像として観察されるものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記半透過鏡は、前記対象物の縮小された前記虚像を、前記半透過鏡の前記他方の面から前記半透過鏡の焦点までの間に形成するものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記映像表示部は、前記半透過鏡の前記他方の面から前記半透過鏡の焦点までの間に前記映像を表示するものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記映像表示部を複数備え、複数の前記映像表示部が、表示の観察方向の前後する位置に配置されているものである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の発明において、前記映像表示部を複数備え、複数の前記映像表示部が、表示の観察方向に交差する方向の異なる位置に配置されているものである。
また、請求項6に記載の発明は、請求項4または請求項5に記載の発明において、複数の前記映像表示部の少なくとも1つが、前記虚像の形成された位置に配置されているものである。
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記観察方向に対して前記虚像の形成された位置よりも前記半透過鏡に近づく位置に配置された映像表示部の表示する映像が、前記虚像が形成された位置に配置されている映像表示部が示す映像に対して近景を表示する映像であるか、前記観察方向に対して前記虚像の形成された位置よりも前記半透過鏡から遠ざかる位置に配置された映像表示部の表示する映像が、前記虚像が形成された位置に配置されている映像表示部が示す映像に対して遠景を表示する映像であるか、の少なくとも一方であるものである。
また、請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の発明において、前記半透過鏡の前記一方の面側の照度に基づいて前記映像表示部に表示する映像の輝度を制御する制御部をさらに備えるものである。
また、請求項9に記載の発明は、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の発明において、前記半透過鏡が、凸面半透過鏡であり、前記映像表示部が液晶ディスプレイであるものである。
一方、上記目的を達成するために、請求項10に記載の表示方法は、一方の面側から入射した光を前記一方の面側に反射するとともに他方の面側から入射した光を前記一方の面側に透過する半透過鏡と、前記半透過鏡の前記他方の面側に配置されるとともに前記一方の面側に透過する映像を表示する少なくとも1つの映像表示部と、を備えた表示装置を用いた表示方法であって、前記半透過鏡により前記一方の面側に配置された対象物の縮小または拡大された虚像を前記他方の面側に形成し、前記一方の面側から観察した場合に、前記映像と前記虚像とが重畳された画像として観察されるように表示するものである。
本発明に係る表示装置および表示方法によれば、鏡像と映像を用いた重畳画像に奥行感をもたせ、自然な遠近感により、より現実感のある重畳画像を合成することができる、という効果を奏する。
実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す概略構成図、および実施の形態に係る表示装置の原理を説明するための概念図である。 第1の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す概略構成図である。 第2の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す概略構成図である。 第3の実施の形態に係る表示装置の構成の一例を示す概略構成図である。 従来技術に係る表示装置の構成図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明するが、まず、図1を参照して、本発明に係る表示装置の共通する構成、および本発明に係る表示方法の原理について説明する。
図1(a)に示すように、本実施の形態に係る表示装置10は、凸面鏡12、ディスプレイD(図1(a)では、「D1」、「D2」、「D3」と表記)、および制御部14を含んで構成されている。
凸面鏡12は、凸面鏡12の前面F側(凸面側)に配置された対象物OBの縮小された虚像を背面R側(凹面側)に形成する半透過鏡(ハーフミラー)である。凸面鏡12としては、図1(a)に示す凸面に形成された反射面を有するいわゆる凸面鏡に限られず、フレネルハーフミラー等を用いてもよい。
ディスプレイDは、表示面16を凸面鏡12の側にして凸面鏡12の背面R側に配置され、上記虚像に重畳させる映像を表示する。ディスプレイDの数は、表示装置10に表示する映像の態様等に応じて任意の数としてよいが、本実施の形態では、位置を前後にずらして(図1(a)の中心線CL上の異なる位置として)多段に配置したディスプレイD1、D2、D3の3つとしている。また、本実施の形態では、ディスプレイDとして多段の液晶ディスプレイを用いているが、多段ディスプレイの形態はこれに限定されない。たとえば、他の例として、ボリュームディスプレイ、多段の透過液晶ディスプレイ、非平面スクリーンへのプロジェクションマッピング、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)アレイ等を用いてもよい。
制御部14は、ディスプレイDに表示する映像の切替、映像の輝度等を制御する部位であり、たとえば、PC(Personal Computer)等を用いて構成されている。制御部14は、ディスプレイDに表示する映像を蓄積した記憶部等を備えていてもよい。
以上のように構成された表示装置10は、凸面鏡12の前面F側から観察者Hが観察した場合に、ディスプレイDに表示された映像と、凸面鏡12によって形成された対象物OBの縮小された虚像とが重畳された画像が観察される重畳画像表示装置となっている。
図1(b)および(c)を参照して、表示装置10による重畳画像について、より詳細に説明する。
図1(b)に示すように、凸面鏡12の前面F側に観察者Hが位置すると、観察者には自身の縮小された虚像H’が観察される。この場合、凸面鏡12と虚像H’との距離d1’は、観察者Hと凸面鏡12との距離d1より小さい。図1(c)に示すように、虚像H’に加え、虚像H’付近にディスプレイDを配置し映像Eを表示すると、観察者Hには、自身の虚像H’に映像Eが重畳された画像が観察される。自身の虚像H’は縮小されているので、たとえば映像Eが観察者Hをして遠方を意識させるような映像であり、ディスプレイDが虚像H’より凸面鏡12から遠ざかる側にある場合、観察者Hは、観察者Hに対して重畳画像が遠方に位置し、しかも虚像H’と映像Eとの間に前後の遠近感があるように感ずる。つまり、観察者Hが虚像H’と映像Eの重畳画像を観察した場合、観察者Hには、凸面鏡12とディスプレイDとの実際の距離d2’よりかなり長く感ずる距離d2だけ離れて、自身の背後に映像E’が存在するかのように看取される。
図2を参照して、凸面鏡12による虚像について、より詳細に説明する。図2は、凸面鏡12と1つのディスプレイDとを備えた表示装置10a(制御部14の図示は省略している)の前方に、実世界の物体(対象物)OBを配置した場合の例を示している。観察者Hは、凸面鏡12の前面F側から表示装置10aを観察する。観察した観察者Hには、対象物OBは、凸面鏡12の作用により、図2に示すような縮小された虚像OB’として観察される。
凸面鏡12の背面R側にディスプレイDを配置すると、ディスプレイDに表示された映像は凸面鏡12のハーフミラーとしての作用により凸面鏡12を透過して、観察者Hに実際の大きさ(実寸)で観察される。このため、対象物OBの虚像OB’と略等しい奥行にディスプレイDを配置した場合、観察者Hには、虚像OB’と同じ奥行に表示された映像が映り込んでいるかのように、すなわち重畳されて観察される。
図2においては、対象物OBとしてのろうそく(消えている)が凸面鏡12の前面F側に配置され、ろうそくの虚像OB’が凸面鏡12の背面R側に形成されている。そして、炎の映像が映し出されたディスプレイDが虚像OB’の上部先端付近に配置されている。
この場合、観察者Hが表示装置10aを観察すると、観察画像V1として、炎の灯ったろうそくの画像が観察される。
いま、凸面鏡12の頂点と中心線CLとの交点を原点Oとして、中心線CL上に座標をとり、対象物OBの位置をa(>0)、虚像OB’の位置をb(<0)、焦点の位置をf(<0、すなわち凸面鏡12の焦点距離はf)とすると、レンズの公式から、以下に示す(式1)が成立する。

本実施の形態では、|b|<|a|が常に成り立ち、かつ、凸面鏡12から任意の距離aにある対象物OBの虚像OB’が、焦点距離f以内に収まる。つまり、(式1)より、原点Oから任意の距離aにある対象物OBの虚像は、原点Oから凸面鏡12の焦点距離f以内に形成されることがわかる。すなわち、凸面鏡12から対象物OBまでの任意の距離aは、原点Oから距離f以内に圧縮される。このことにより、凸面鏡12から任意の距離aにある対象物OBと、凸面鏡12の背面R側に配置されたディスプレイDによる映像Eとの、観察者Hに知覚される距離感覚を調整することができる。
[第1の実施の形態]
図3を参照して、本実施の形態に係る表示装置10bについて説明する。本実施の形態は、複数のディスプレイD(本実施の形態では、D1、D2、D3の3つ)が、表示装置10bを前面から観察した場合に、表示面16が重複しないようにして中心線CLの方向、すなわち観察者Hによる観察方向に対して前後して配置された形態である。なお、図3では、制御部14の図示を省略している。
凸面鏡12の前面F側には対象物OBとしての、消えたろうそくが配置されており、凸面鏡12の背面R側に対象物OBの虚像OB’が形成されている。ディスプレイD1、D2、D3の各々には同じ炎の映像が表示されており、ディスプレイD2が虚像OB’と略同じ位置に配置され、ディスプレイD1が虚像OB’より凸面鏡12に近づく側に、ディスプレイD3が虚像OB’より凸面鏡12から遠ざかる側に配置されている。
以上のように構成された表示装置10bを観察した観察者Hには、対象物OBの虚像OB’の位置にディスプレイD2の映像が、虚像OB’の前後に、各々ディスプレイD1による映像、ディスプレイD3による映像が映り込んでいる観察画像V2が観察される。つまり、炎の点いたろうそくの前後に、浮遊する炎が映り込んでいるような観察画像V2が観察され、炎Aは虚像OB’の手前側に、炎Cは虚像OB’の奥側に存在するように観察される。この際、右目による観察画像と左目による観察画像との違いにより形成される視差により遠近感が生じ、観察者Hには、炎の点いたろうそくの前後に、別の2つの炎が浮遊して存在するように看取される。
上述した対象物による虚像とディスプレイによる映像との相対的な位置関係は、表示装置を観察する観察者の視点(観察位置)に依存しないで成り立つ関係である。このため、観察者が移動しながら本実施の形態に係る表示装置を観察する場合に、当該観察者により観察される(感じられる)映像の効果、あるいは、複数の観察者が1つの本実施の形態に係る表示装置を観察する場合に、各々の観察者により観察される(感じられる)映像の効果において差がない。つまり、本実施の形態に係る表示装置は、観察者の視点によって破綻を生ずることがない。
以上詳述したように、本実施の形態に係る表示装置および表示方法によれば、鏡に映る実世界の像(虚像)と、所望の相対的な奥行に知覚される映像とを一緒に表示させることができる。このことによって、観察者に対し、あたかも映像の実態が存在し、実世界とともに映り込んでいるかのように見せることができる。そして、表示装置の映像を種々変化させることにより、重畳画像の表現上の効果を変えることができる。すなわち、上記実施の形態を例にとれば、たとえば、ろうそくの炎を点けたり消したりする他、炎を、観察者Hに近づく位置から遠ざかる位置との間で、遠近感をもって移動させるようなことも可能となる。
したがって、本実施の形態に係る表示装置および表示方法によれば、鏡像と映像を用いた重畳画像に奥行感をもたせ、自然な遠近感により、より現実感のある重畳画像を合成することができる。
[第2の実施の形態]
図4を参照して、本実施の形態に係る表示装置10cについて説明する。本実施の形態は、凸面鏡の背面側の、虚像が形成される位置と略同じ位置の領域を複数(本実施の形態では、上領域、中央領域、下領域の3つ)の領域に分け、各々の領域に対応させて複数のディスプレイD(本実施の形態では、上領域、中央領域、下領域に各々対応させたD1、D2、D3の3つのディスプレイ)を配置させた形態である。
図4に示すように、本実施の形態では、中央領域のディスプレイD2は観察者Hの虚像H’の頭部と略同じ位置に配置し、下領域のディスプレイD1はディスプレイD2より前方に配置し、上領域のディスプレイD3はディスプレイD2より後方に配置する。
そして、ディスプレイD2には、たとえば観察者Hの装飾品(一例として、サングラス、帽子など)の映像を映し出し、ディスプレイD1には、たとえば前景(近景、一例として、飲み物、キャラクターなど)の映像を映し出し、ディスプレイD3には、たとえば背景(遠景、一例として、空、太陽など)を映し出す。表示装置10cの重畳画像を以上のように形成することにより、ある背景に存在する装飾品を身に着けた人物を、近景とともに映し出した画像を形成することができる。
図4に示す例では、ディスプレイD2にはサングラス、ディスプレイD1にはパフェ、ディスプレイD3には太陽が映し出されている。すると、観察者Hには、パフェが人物(観察者H自身)の手前に、太陽が人物の背後に存在するように観察される。つまり、表示装置10cによって生成された重畳画像は、特に遠近感において、視角的に自然な画像となっている。
以上のように、本実施の形態に係る表示装置および表示方法によっても、鏡像と映像を用いた重畳画像に奥行感をもたせ、自然な遠近感により、より現実感のある重畳画像を合成することができる。
なお、上記各実施の形態では、虚像を生成する手段として凸面鏡を用い、縮小された虚像とディスプレイに表示された画像とを重畳させる形態を例示して説明したが、これに限られない。たとえば、凹面鏡を用いて拡大された虚像とディスプレイに表示された画像とを重畳させる形態としてもよい。
また、上記各実施の形態においては、ディスプレイ以外の光が凸面鏡の背後から透過しないように、たとえば遮光性の覆いを凸面鏡の背面側に備えるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態においては、たとえば凸面鏡前面の環境の照度、あるいはディスプレイに映し出される映像との関係等に基づき、ディスプレイの輝度を調整する調光部を設けてもよい。この場合、当該調光部による輝度の調整を制御部(たとえば、図1に示す制御部14)が行うようにしてもよい。
10、10a、10b、10c 表示装置
12 凸面鏡
14 制御部
16 表示面
90 ミラー本体
92 液晶表示部
94 バックライト
96 透光性保護板
98 カバー
98a 鏡面反射層
100 表示装置
102 ハーフミラー
104 表示部
106 撮像部
108 壁板
110 ユーザ
CL 中心線
D、D1、D2、D3 ディスプレイ
OB 対象物
OB’ 虚像
H 観察者
H’ 虚像
V1、V2、V3 観察画像
F 前面
R 背面

Claims (10)

  1. 一方の面側から入射した光を前記一方の面側に反射するとともに他方の面側から入射した光を前記一方の面側に透過する半透過鏡と、
    前記半透過鏡の前記他方の面側に配置されるとともに前記一方の面側に透過する映像を表示する少なくとも1つの映像表示部と、を備え、
    前記半透過鏡は前記一方の面側に配置された対象物の縮小または拡大された虚像を前記他方の面側に形成し、前記一方の面側から観察した場合に、前記映像と前記虚像とが重畳された画像として観察される
    表示装置。
  2. 前記半透過鏡は、前記対象物の縮小された前記虚像を、前記半透過鏡の前記他方の面から前記半透過鏡の焦点までの間に形成する
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記映像表示部は、前記半透過鏡の前記他方の面から前記半透過鏡の焦点までの間に前記映像を表示する
    請求項1または請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記映像表示部を複数備え、複数の前記映像表示部が、表示の観察方向の前後する位置に配置されている
    請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記映像表示部を複数備え、複数の前記映像表示部が、表示の観察方向に交差する方向の異なる位置に配置されている
    請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 複数の前記映像表示部の少なくとも1つが、前記虚像の形成された位置に配置されている
    請求項4または請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記観察方向に対して前記虚像の形成された位置よりも前記半透過鏡に近づく位置に配置された映像表示部の表示する映像が、前記虚像が形成された位置に配置されている映像表示部が示す映像に対して近景を表示する映像であるか、前記観察方向に対して前記虚像の形成された位置よりも前記半透過鏡から遠ざかる位置に配置された映像表示部の表示する映像が、前記虚像が形成された位置に配置されている映像表示部が示す映像に対して遠景を表示する映像であるか、の少なくとも一方である
    請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記半透過鏡の前記一方の面側の照度に基づいて前記映像表示部に表示する映像の輝度を制御する制御部をさらに備える
    請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 前記半透過鏡が、凸面半透過鏡であり、前記映像表示部が液晶ディスプレイである
    請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 一方の面側から入射した光を前記一方の面側に反射するとともに他方の面側から入射した光を前記一方の面側に透過する半透過鏡と、前記半透過鏡の前記他方の面側に配置されるとともに前記一方の面側に透過する映像を表示する少なくとも1つの映像表示部と、を備えた表示装置を用いた表示方法であって、
    前記半透過鏡により前記一方の面側に配置された対象物の縮小または拡大された虚像を前記他方の面側に形成し、
    前記一方の面側から観察した場合に、前記映像と前記虚像とが重畳された画像として観察されるように表示する
    表示方法。
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