JP2023024054A - Image display device and image display method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置および画像表示方法に関し、特に空間上の異なる位置に複数の画像を結像して表示する画像表示装置および画像表示方法に関する。 The present invention relates to an image display device and an image display method, and more particularly to an image display device and an image display method for forming and displaying a plurality of images at different spatial positions.
従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for displaying various types of information in a vehicle, a dashboard that displays icons by lighting has been used. In addition, as the amount of information to be displayed increases, it has been proposed to embed an image display device in the instrument panel or to configure the entire instrument panel with an image display device.
しかし、計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ(以下HUD:Head Up Display)も提案されている。また、小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置として、身体に装着するウェアラブル型のHUDも提案されている。 However, since the instrument panel is located below the windshield of the vehicle, it is not preferable for the driver to view the information displayed on the instrument panel by moving the line of sight downward during driving. Accordingly, a head-up display (hereinafter referred to as HUD) has also been proposed, which projects an image onto the windshield so that the driver can read information when looking ahead of the vehicle. A wearable HUD that is worn on the body has also been proposed as an image display device that projects light using a small optical device.
これらのHUDとしては、光源から照射された光をコンバイナーで反射して、視聴者の眼球に光を投影し、コンバイナーの背景に画像を重ね合わせて表示するものが提案されている。また、光源からの光を結像光学系で空中に結像させて、空中に結像された虚像または実像を背景と重ね合わせて表示するものも提案されている。また、視点から異なる位置に複数の画像を結像させて、奥行き感を持たせた画像表示を行うHUD装置も提案されている(例えば、特許文献1-3を参照)。
These HUDs have been proposed that reflect light emitted from a light source with a combiner, project the light onto the viewer's eyeball, and display an image superimposed on the background of the combiner. There has also been proposed a system in which light from a light source is imaged in the air by an imaging optical system, and a virtual image or a real image formed in the air is superimposed on a background and displayed. HUD devices have also been proposed that display images with a sense of depth by forming a plurality of images at different positions from viewpoints (see
このような複数画像を空中に結像させるHUDでは、複数の画像を視点から異なる位置に表示するため、視聴者は異なる画像を分離して認識しやすくなるという利点がある。しかし、複数の画像を同一視線上に結像させているため、視聴者が受け取る情報量が多くなる傾向があり、特に動きを伴う画像を表示する場合には、表示された情報を適切に認識することが困難になる可能性がある。 Such a HUD that forms a plurality of images in the air displays the plurality of images at different positions from the viewpoint, and therefore has the advantage that the viewer can easily separate and recognize the different images. However, since multiple images are formed on the same line of sight, the amount of information received by the viewer tends to be large. can become difficult to do.
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる画像表示装置および画像表示方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides an image display apparatus and an image display method that enable a viewer to easily recognize display contents even when an image that changes with time is formed in the air. intended to provide
上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、第1画像を照射する第1画像投影部と、第2画像を照射する第2画像投影部と、前記第1画像を第1距離d1に結像する第1結像光学部と、前記第2画像を前記第1距離d1とは異なる第2距離d2に結像する第2結像光学部と、前記第1画像投影部および前記第2画像投影部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第1画像の表示タイミングを第1遅延時間Δt1だけ遅らせて、前記第2画像として用いる画像遅延部を備えていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the image display device of the present invention includes a first image projection unit that projects a first image, a second image projection unit that projects a second image, and a projection of the first image by a first distance. a first imaging optical section that forms an image at d1; a second imaging optical section that forms an image of the second image at a second distance d2 different from the first distance d1; the first image projection section; a control unit for controlling a second image projection unit, wherein the control unit comprises an image delay unit for delaying the display timing of the first image by a first delay time Δt1 and using it as the second image. characterized by
このような本発明の画像表示装置では、第1距離d1に第1画像を結像した後に、第1遅延時間Δt1だけ経過した後に、第1画像と同じ内容を第2画像として第2距離d2に結像する。これにより、表示内容が時間経過とともに遷移する様を残像の位置が変わるように視認させることができ、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる。 In such an image display device of the present invention, after the first image is formed at the first distance d1 and the first delay time Δt1 has elapsed, the same content as the first image is used as the second image at the second distance d2. to form an image. As a result, the transition of the display contents over time can be visually recognized as if the position of the afterimage changes, and even when an image that changes over time is formed in the air, the viewer can easily recognize the display contents. can.
また、本発明の一態様では、前記制御部は、前記第1画像の輝度b1よりも前記第2画像の輝度b2を低くする。 Further, in one aspect of the present invention, the control unit makes the brightness b2 of the second image lower than the brightness b1 of the first image.
また、本発明の一態様では、第3画像を照射する第3画像投影部と、前記第3画像を前記第1距離d1および前記第2距離d2とは異なる第3距離d3に結像する第3結像光学部とを備え、前記画像遅延部は、前記第3画像の表示タイミングを第2遅延時間Δt2だけ遅らせて前記第1画像として用いる。 Further, in one aspect of the present invention, a third image projection unit that projects a third image, and a third image projection unit that forms the third image at a third distance d3 different from the first distance d1 and the second distance d2. 3 imaging optical units, and the image delay unit delays the display timing of the third image by a second delay time Δt2 and uses it as the first image.
また、本発明の一態様では、前記制御部は、前記第1画像の輝度b1よりも前記第3画像の輝度b3を低くする。 Further, in one aspect of the present invention, the control unit makes the brightness b3 of the third image lower than the brightness b1 of the first image.
また、本発明の一態様では、前記第1距離d1と前記第2距離d2の差をΔd1とし、前記第1距離d1と前記第3距離d3の差をΔd2としたとき、Δd1:Δd2=Δt1:Δt2である。 In one aspect of the present invention, when the difference between the first distance d1 and the second distance d2 is Δd1 and the difference between the first distance d1 and the third distance d3 is Δd2, Δd1:Δd2=Δt1 : Δt2.
また、本発明の一態様では、前記第1画像A1の輝度b1と前記第2画像A2の輝度b2の差をΔb1とし、前記輝度b1と前記第3画像A3の輝度b3の差をΔb2としたとき、Δd1:Δd2=Δb2:Δb1である。 In one aspect of the present invention, the difference between the brightness b1 of the first image A1 and the brightness b2 of the second image A2 is Δb1, and the difference between the brightness b1 and the brightness b3 of the third image A3 is Δb2. , Δd1:Δd2=Δb2:Δb1.
また、本発明の一態様では、前記第1画像および前記第2画像は、同一の視点位置における同一の視線方向上に重ね合わせて表示される。 Further, in one aspect of the present invention, the first image and the second image are superimposed and displayed on the same line-of-sight direction at the same viewpoint position.
また、本発明の一態様では、前記第1画像および前記第2画像は、同一の視点位置における異なる視線方向に表示される。 Further, in one aspect of the present invention, the first image and the second image are displayed in different line-of-sight directions at the same viewpoint position.
また、本発明の画像表示方法は、第1画像を照射して第1距離d1に結像する第1画像結像工程と、第2画像を照射して前記第1距離d1とは異なる第2距離d2に結像する第2画像結像工程と、前記第1画像および前記第2画像の表示を制御する制御工程とを備え、前記制御工程は、前記第1画像の表示タイミングを第1遅延時間Δt1だけ遅らせて、前記第2画像として用いる画像遅延工程を備えていることを特徴とする。 Further, the image display method of the present invention includes a first image forming step of irradiating a first image and forming an image at a first distance d1, and a second image forming step of irradiating a second image and forming an image at a second distance different from the first distance d1. a second image forming step of forming an image at a distance d2; and a control step of controlling display of the first image and the second image, wherein the control step delays display timing of the first image by a first delay. It is characterized by comprising an image delay step of delaying the image by time Δt1 and using it as the second image.
本発明では、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる画像表示装置および画像表示方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an image display device and an image display method that allow a viewer to easily recognize display contents even when an image that changes over time is formed in the air.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態に係る画像表示装置100の構成を示すブロック図である。図1に示すように画像表示装置100は、制御部10と、第1画像投影部20と、第1結像光学部30と、第2画像投影部40と、第2結像光学部50と、画像遅延部60を備えている。
(First embodiment)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an
制御部10は、画像表示装置100の各部に接続されて、動作を制御する部分である。制御部10の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うためのCPU(Central Processing Unit)や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備え、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御する。また、制御部10は画像を含んだ情報を第1画像投影部20および画像遅延部60に送出する。
The
第1画像投影部20は、制御部10からの画像を含んだ情報に基づいて、第1画像を含んだ第1光を照射する装置である。第2画像投影部40は、画像遅延部60からの画像を含んだ情報に基づいて、第2画像を含んだ第2光を照射する装置である。第1画像投影部20および第2画像投影部40の構成は限定されないが、例えば液晶表示装置、有機EL表示装置、レーザ光源と光変調素子の組み合わせ等の従来公知のものを用いることができる。光変調素子としては、例えば走査型ミラーデバイス(SMD:Scanning Mirror Device)やデジタルミラーデバイス(DMD:Digital Micromirror Device)等が挙げられる。
The first
第1結像光学部30は、第1画像投影部20から照射される第1画像を含んだ光を空中に結像させ、視聴者の視点に到達させるための光学部材である。第1結像光学部30は、基準位置から第1距離d1の空中に第1画像を結像させる。第2結像光学部50は、第2画像投影部40から照射される第2画像を含んだ光を空中に結像させ、視聴者の視点に到達させるための光学部材である。第2結像光学部50は、基準位置から第2距離d2の空中に第1画像を結像させ、視聴者の視点位置に第1光を到達させる。第1距離d1と第2距離d2の差はΔd1である。ここで基準位置は視聴者の視点としてもよく、画像表示装置100の何れかの部材からの距離であってもよい。
The first imaging
画像遅延部60は、制御部10から送出された画像を含んだ情報を第1遅延時間Δt1だけ遅らせて、第2画像投影部40に第2画像を含んだ情報として伝達する部分である。画像遅延部60の構成は限定されず、電気信号を遅延して伝達する遅延回路を用いてもよく、画像を含んだ情報を一時的に記憶して所定時間経過した後に伝達するとしてもよい。また、図1では制御部10と画像遅延部60を別構成に分離した例を示しているが、制御部10の一部に画像遅延部60の機能を含めて、ソフトウェアとして実行させるとしてもよい。
The
制御部10から送出される画像を含んだ情報は、第1画像投影部20に対するものと同じである。したがって、第2画像投影部40から投影される第2画像の内容は第1画像と同じであり、表示タイミングを第1遅延時間Δt1だけ遅らせたものとなる。画像遅延部60を経た第2画像は制御部10と画像遅延部60の組み合わせは、本発明における画像制御部に相当している。
Information including an image sent from the
図2は、本実施形態に係る画像表示装置100の構造例と画像表示方法を示す模式図である。図2に示したように、制御部10からは同じ画像を含んだ情報が第1画像投影部20と画像遅延部60に伝達され、第2画像投影部40には画像遅延部60から第1遅延時間Δt1だけ遅れて画像を含んだ情報が伝達される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a structural example of the
第1画像投影部20が照射する第1光は、偏光板31、レンズ32、ミラー33,34を経て回折格子部35に入射する。また、第2画像投影部40が照射する第2光は、偏光板51、レンズ52を経て回折格子部35に入射する。回折格子部35にそれぞれ第1角度および第2角度で入射した第1光および第2光は、回折格子部35によって回折されて導光板部36内に入射し、その一部が導光板部36内で繰り返し全反射されてビームスプリッター37を経て、導光板部36の端部に設けられた部分反射部38に到達する。
The first light emitted by the first
部分反射部38では、第1光および第2光の一部が反射されてビームスプリッター37まで戻り、ビームスプリッター37で反射されて導光板部36の外部に取り出されて視聴者の視点e位置の方向に進行する。このとき、第1光および第2光は、レンズ32,52や回折格子部35で拡がり角や光路長が異なるため、それぞれ異なる拡がり角で視点eに到達する。そのため、視点eでは導光板部36よりも奥の位置に第1画像A1と第2画像A2が結像されているように視認される。
Part of the first light and the second light is reflected by the
部分反射部38では、反射されなかった第1光および第2光は透過して、再帰反射部39に到達する。再帰反射部39では光が入射した方向に光を再帰反射するため、光径が拡大してきた光は光径が縮小する光として反射される。したがって、再帰反射部39で再帰反射された第1光および第2光は、ビームスプリッター37で反射された後に、導光板部36と視点eの間に結像されて視点eに到達する。そのため、視点eでは導光板部36よりも手前の位置にも第1画像A1と第2画像A2が結像されているように視認される。
The first light and the second light that have not been reflected by the
ここで、偏光板31、レンズ32、ミラー33,34、回折格子部35、導光板部36、ビームスプリッター37、部分反射部38および再帰反射部39の組み合わせは、本発明における第1結像光学部30に相当している。また、偏光板51、レンズ52、回折格子部35、導光板部36、ビームスプリッター37、部分反射部38および再帰反射部39の組み合わせは、本発明における第2結像光学部50に相当している。
Here, the combination of the
上述したように画像表示装置100では第1画像A1と第2画像A2について、視点eからみて導光板部36よりも遠い位置に結像することも、導光板部36よりも近い位置に結像することもできる。また、部分反射部38での反射率を適切に設定することで、結像される画像のコントラストを決定できる。一例として、部分反射部38を設けない場合には、再帰反射部39だけでの光径が縮小する再帰反射光のみになるため、導光板部36よりも近い位置にのみ第1画像A1と第2画像A2が結像される。他の例としては、部分反射部38の反射率を100%近くにして再帰反射部39を設けない場合には、導光板部36よりも遠い位置にのみ第1画像A1と第2画像A2が結像される。
As described above, in the
また、図2に示したように、導光板部36の一部に光フィルター53や光シャッター54を設けて、全反射せず導光板部36の外部に取り出される光を選択的に後方スクリーン55に照射するとしてもよい。
Further, as shown in FIG. 2, an
図3は、本実施形態において第1画像A1と第2画像A2の表示タイミングを模式的に示すタイミングチャートである。図4は、本実施形態において視聴者が視認する第1画像A1と第2画像A2の関係を示す模式図である。第1画像投影部20には図3(a)に示したタイミングで、制御部10から第1画像A1を含んだ情報が伝達される。第2画像投影部40には図3(b)に示したように図3(a)よりも第1遅延時間Δt1だけ遅れたタイミングで、画像遅延部60から第2画像A2を含んだ情報が伝達される。したがって、視聴者の視点eでは第1距離d1に第1画像A1が結像して表示されてから、第1遅延時間Δt1が経過した後に第2距離d2に第2画像A2が結像して表示される。
FIG. 3 is a timing chart schematically showing display timings of the first image A1 and the second image A2 in this embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the first image A1 and the second image A2 visually recognized by the viewer in this embodiment. Information including the first image A1 is transmitted from the
このとき、第1画像A1と第2画像A2は内容が共通の画像であるため、視聴者は第1距離d1に結像された画像が時間経過とともに第2距離d2に移動したように視認する。また、制御部10からは画像を含んだ情報が常に第1画像投影部20と画像遅延部60に送出され、第1画像A1と第2画像A2は次々と更新されていく。したがって、ある瞬間において空中に結像されている第1画像A1と第2画像A2の内容が異なる場合も生じる。
At this time, since the first image A1 and the second image A2 have the same content, the viewer perceives the image formed at the first distance d1 as if it moved to the second distance d2 over time. . Information including images is constantly sent from the
図3(a)(b)に示すように、第1画像A1の新しい内容と、第1遅延時間Δt1だけ遅れた第2画像A2の内容とが異なっている場合には、視聴者は図2および図4に示すように、第1距離d1に新たな第1画像A1を視認するとともに、第2距離d2に少し前の第1画像A1と同じ内容の第2画像A2を視認する。換言すると、第1画像A1と第2画像A2は、同一の視点位置における同一の視線方向上に重ね合わせて表示され、視聴者は第1距離d1に最新画像が表示され、過去の画像が第2距離d2に表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像を容易に認識することができる。また画像表示装置100を用いることで、現在と過去を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
As shown in FIGS. 3(a) and 3(b), when the new content of the first image A1 is different from the content of the second image A2 delayed by the first delay time Δt1, the viewer will see FIG. And as shown in FIG. 4, a new first image A1 is viewed at a first distance d1, and a second image A2 having the same content as the slightly previous first image A1 is viewed at a second distance d2. In other words, the first image A1 and the second image A2 are superimposed and displayed on the same line-of-sight direction at the same viewpoint position. 2 Recognize as displayed at a distance d2. This allows the viewer to easily recognize the time-varying image formed in the air. In addition, by using the
図5は、本実施形態に係る画像表示方法を示すフローチャートである。ここで、制御部10が第1画像投影部20および第2画像投影部40で第1画像A1と第2画像A2の表示を制御する工程は、本発明における制御工程に相当している。はじめにステップS1の第1画像準備工程では、制御部10は共通の内容である画像を含んだ情報を第1画像投影部20と画像遅延部60に送出する。次にステップS2の第1画像結像工程では、制御部10は第1画像準備工程で伝達された画像を第1画像A1として、第1画像投影部20から第1結像光学部30を介して第1画像A1を含んだ第1光を照射し、第1距離d1に第1画像A1を結像する。
FIG. 5 is a flowchart showing an image display method according to this embodiment. Here, the process of controlling the display of the first image A1 and the second image A2 by the first
次にステップS3の画像遅延工程では、画像遅延部60は制御部10から伝達された画像の表示タイミングを第1遅延時間Δt1だけ遅らせて第2画像A2とする。次にステップS4の第2画像結像工程では、画像遅延部60は第2画像投影部40に第2画像A2を含む情報を送出して、第2画像投影部40から第2結像光学部50を介して第2画像A2を含んだ第2光を照射し、第2距離d2に第2画像A2を結像する。
Next, in the image delay step of step S3, the
図6は、本実施形態において青色光(B)と緑色光(G)を用いて異なる位置に画像を結像させた様子を示す写真であり、図6(a)は緑色光のみ結像した状態を示し、図6(b)は青色光のみ結像した状態を示し、図6(c)は緑色光と青色光を共に結像した状態を示し、図6(d)は緑色光と青色光での結像に加えて背景画像を投影した状態を示している。図6では図2に示した視点位置eにカメラを配置して導光板部36方向を撮影している。図6中では空中に結像した画像をそれぞれA1(B)、A1(G)で示し、白線で囲んで示している。また、A1(B)、A1(G)は視点位置eからの距離が異なる位置に結像されており、それぞれ本発明における第1画像A1と第2画像A2に相当している。 FIG. 6 is a photograph showing how images are formed at different positions using blue light (B) and green light (G) in this embodiment, and FIG. 6(b) shows a state where only blue light is imaged, FIG. 6(c) shows a state where both green light and blue light are imaged, and FIG. 6(d) shows a state where green light and blue light are imaged. It shows a state in which a background image is projected in addition to image formation with light. In FIG. 6, the camera is arranged at the viewpoint position e shown in FIG. In FIG. 6, the images formed in the air are indicated by A1(B) and A1(G), respectively, surrounded by white lines. Also, A1(B) and A1(G) are imaged at positions with different distances from the viewpoint position e, and correspond to the first image A1 and the second image A2 in the present invention, respectively.
図6(a)に示したように画像A1(B)に焦点を合わせて撮像すると、写真左寄りに比較対象として配置したボルトおよびナットにも焦点が合っている。それに対して、図6(b)に示したように画像A1(G)に焦点を合わせて撮像すると、ボルトおよびナットには焦点が合っていない。また、図6(c)に示すように、画像A1(B)と画像A1(G)を同時に異なる位置に結像して視認させることもできる。また、図2に示したように、光フィルター53や光シャッター54を介して後方スクリーン55に背景画像V1B投影し、図6(d)に示したように画像A1(B)、画像A1(G)および背景画像V1Bを同時に視認させることも可能である。
When the image A1 (B) is focused and photographed as shown in FIG. 6A, the bolt and nut arranged for comparison on the left side of the photograph are also in focus. On the other hand, when the image A1(G) is focused and captured as shown in FIG. 6(b), the bolt and nut are out of focus. Further, as shown in FIG. 6C, the image A1(B) and the image A1(G) can be imaged at different positions at the same time and viewed. Further, as shown in FIG. 2, the background image V1B is projected onto the
上述したように本実施形態の画像表示装置100では、第1距離d1に第1画像を結像した後に、第1遅延時間Δt1だけ経過した後に、第1画像と同じ内容を第2画像として第2距離d2に結像する。これにより、表示内容が時間経過とともに遷移する様を残像の位置が変わるように視認させることができ、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる。ここで、視聴者に残像を視認させるためには、第1遅延時間Δt1を100ms未満と設定することが好ましい。また、第1遅延時間Δt1を100ms以上とすることで、第1画像と第2画像が分離した足跡のような印象を与えることができる。
As described above, in the
(第1実施形態の変形例1)
画像表示装置100は、第1画像投影部20から照射される第1画像A1と、第2画像投影部40から照射される第2画像A2の輝度を異ならせるとしてもよい。一例としては、第1画像A1の輝度b1よりも、第2画像A2の輝度b2を低くする。輝度を異ならせる方法は限定されないが、一例として制御部10が第1画像投影部20の輝度と第2画像投影部40の輝度を異ならせるように制御する方法が挙げられる。また、第2結像光学部50に光を減衰させるフィルターを介在させるとしてもよい。
(
The
ここで、第1画像投影部20または第2画像投影部40から照射される第1画像A1と第2画像A2の結像位置を変化させ、両者の結像位置の差がΔd1からΔd2に変化したとする。この場合には、第1画像A1と第2画像A2の輝度b1と輝度b2の輝度の差をΔb1からΔb2に変化させるとしてもよい。また、この輝度の変化は結像位置の変化に反比例し、Δd1:Δd2=Δb2:Δb1としてもよい。これにより、結像位置変化と輝度変化の関連性を高めることができる。
Here, the imaging positions of the first image A1 and the second image A2 projected from the first
本変形例で視聴者は、第1距離d1に最新画像が明るく表示され、過去の画像が第2距離d2にフェードアウトして表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像を容易に認識することができる。また画像表示装置100を用いることで、現在から過去にフェードアウトする画像を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
In this modified example, the viewer perceives that the latest image is brightly displayed at the first distance d1 and the previous image is faded out and displayed at the second distance d2. This allows the viewer to easily recognize the time-varying image formed in the air. In addition, by using the
(第1実施形態の変形例2)
図2から図5では、第1画像A1と第2画像A2を同一の視線方向上に重ね合わせて表示した例を示したが、異なる視線方向に表示するとしてもよい。図2に示した例では、第1結像光学部30と第2結像光学部50において、回折格子部35、導光板部36、ビームスプリッター37、部分反射部38および再帰反射部39を共通して用いた。本変形例では、第1結像光学部30と第2結像光学部50を分離して別構成として、視点eに対して異なる方向から第1画像A1と第2画像A2を到達させる。これにより、第1画像A1と第2画像A2は第1距離d1と第2距離d2が異なるだけではなく、異なる視野に表示されることとなり、第1画像A1と第2画像A2をより明確に区別して視認することができる。
(Modification 2 of the first embodiment)
2 to 5 show examples in which the first image A1 and the second image A2 are superimposed and displayed in the same line-of-sight direction, they may be displayed in different line-of-sight directions. In the example shown in FIG. 2, the first imaging
また、図2に示したものと同様に、第1結像光学部30と第2結像光学部50を一部で共通とした場合でも、第1画像A1と第2画像A2の表示が重なり合わないように空中での表示領域を分離することでも同様の効果を得ることができる。
2, even if the first imaging
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図7~図10を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図7は、本実施形態に係る画像表示装置110の構成を示すブロック図である。図7に示すように画像表示装置110は、制御部10と、第1画像投影部20と、第1結像光学部30と、第2画像投影部40と、第2結像光学部50と、画像遅延部60と、第3画像投影部70と、第3結像光学部80を備えている。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 7 to 10. FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
制御部10は、画像を含んだ情報を第3画像投影部70および画像遅延部60に送出する。第3画像投影部70は、制御部10からの画像を含んだ情報に基づいて、第3画像を含んだ第3光を照射する装置である。第3結像光学部80は、第3画像投影部70から照射される第3画像を含んだ光を空中に結像させ、視聴者の視点に到達させるための光学部材である。第3結像光学部80は、基準位置から第3距離d3の空中に第3画像を結像させる。第1距離d1と第2距離d2の差はΔd1であり、第1距離d1と第3距離d3の差はΔd2である。
The
画像遅延部60は、制御部10から送出された画像を含んだ情報を第2遅延時間Δt2だけ遅らせて、第1画像投影部20に第1画像を含んだ情報として伝達し、さらに第1遅延時間Δt1だけ遅らせて、第2画像投影部40に第2画像を含んだ情報として伝達する。つまり、本実施形態の画像表示装置110では、同じ内容の画像が第3距離d3に第3画像A3として結像され、第2遅延時間Δt2経過後に第1距離d1に第1画像A1として結像され、さらに第1遅延時間Δt1経過後に第2距離d2に第2画像A2として結像される。
The
図8は、本実施形態に係る画像表示装置110の構造例と画像表示方法を示す模式図である。第1画像投影部20が照射する第1光は、偏光板31、レンズ32を経て回折格子部35に入射する。また、第2画像投影部40が照射する第2光は、偏光板51、レンズ52、ミラー56,57を経て回折格子部35に入射する。また、第3画像投影部70が照射する第3光は、偏光板71、レンズ72、ミラー73,74を経て回折格子部35に入射する。回折格子部35にそれぞれ第1角度、第2角度および第3角度で入射した第1光、第2光および第3光は、回折格子部35によって回折されて導光板部36内に入射し、その一部が導光板部36内で繰り返し全反射されてビームスプリッター37を経て、導光板部36の端部に設けられた部分反射部38に到達する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a structural example of the
ビームスプリッター37に到達した光は、第1実施形態での説明と同様に、空中において第1距離d1、第2距離d2および第3距離d3の位置に、第1画像A1、第2画像A2および第3画像A3として結像される。
The light that has reached the
ここで、偏光板31、レンズ32、回折格子部35、導光板部36、ビームスプリッター37、部分反射部38および再帰反射部39の組み合わせは、本発明における第1結像光学部30に相当している。また、偏光板51、レンズ52、ミラー56,57、回折格子部35、導光板部36、ビームスプリッター37、部分反射部38および再帰反射部39の組み合わせは、本発明における第2結像光学部50に相当している。また、偏光板71、レンズ72、ミラー73,74、回折格子部35、導光板部36、ビームスプリッター37、部分反射部38および再帰反射部39の組み合わせは、本発明における第3結像光学部80に相当している。
Here, the combination of the
図9は、本実施形態において第1画像A1、第2画像A2および第3画像A3の表示タイミングを模式的に示すタイミングチャートである。図10は、本実施形態において視聴者が視認する第1画像A1、第2画像A2および第3画像A3の関係を示す模式図である。 FIG. 9 is a timing chart schematically showing display timings of the first image A1, the second image A2, and the third image A3 in this embodiment. FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in this embodiment.
第3画像投影部70には図9(c)に示したように図9(a)よりも第2遅延時間Δt2だけ早いタイミングで、制御部10から第3画像A3を含んだ情報が伝達される。第1画像投影部20には図9(a)に示したタイミングで、画像遅延部60から第1画像A1を含んだ情報が伝達される。第2画像投影部40には図9(b)に示したように図9(a)よりも第1遅延時間Δt1だけ遅れたタイミングで、画像遅延部60から第2画像A2を含んだ情報が伝達される。
As shown in FIG. 9C, information including the third image A3 is transmitted from the
したがって、視聴者の視点eでは第3距離d3に第3画像A3が結像して表示されてから、第2遅延時間Δt2が経過した後に第1距離d1に第1画像A1が結像して表示され、さらに第1遅延時間Δt1が経過した後に第2距離d2に第2画像A2が結像して表示される。 Therefore, after the second delay time Δt2 elapses after the third image A3 is imaged and displayed at the third distance d3 at the viewer's viewpoint e, the first image A1 is imaged at the first distance d1. After the first delay time Δt1 has elapsed, the second image A2 is imaged and displayed at the second distance d2.
このとき、第1画像A1、第2画像A2および第3画像A3は内容が共通の画像であるため、視聴者は第3距離d3に結像された画像が時間経過とともに第1距離d1、第2距離d2へと移動したように視認する。また、制御部10からは画像を含んだ情報が常に第3画像投影部70と画像遅延部60に送出され、第3画像A3、第1画像A1、第2画像A2は次々と更新されていく。したがって、ある瞬間において空中に結像されている第3画像A3、第1画像A1、第2画像A2の内容が異なる場合も生じる。
At this time, since the first image A1, the second image A2, and the third image A3 are images having the same content, the viewer sees the image formed at the third distance d3 as time elapses. 2 It is visually recognized as if it has moved to a distance d2. Information including images is constantly sent from the
図10(a)~図10(c)に示すように、第3画像A3の新しい内容と、第2遅延時間Δt2だけ遅れた第1画像A1、さらに第1遅延時間Δt1だけ遅れた第2画像A2の内容とが異なっている場合には、視聴者は図10(d)に示すように、第3距離d3に新たな第3画像A3を視認するとともに、第1距離d1と第2距離d2に少し前の第3画像A3と同じ内容の第1画像A1と第2画像A2が経時変化するように視認する。換言すると、第3画像A3、第1画像A1、第2画像A2は、同一の視点位置における同一の視線方向上に重ね合わせて表示され、視聴者は第3距離d3に最新画像が表示され、過去の画像が第1距離d1および第2距離d2に順に表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像をより一層容易に認識することができる。また画像表示装置100を用いることで、現在と過去を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
As shown in FIGS. 10A to 10C, the new content of the third image A3, the first image A1 delayed by the second delay time Δt2, and the second image delayed by the first delay time Δt1 When the contents of A2 are different, the viewer visually recognizes a new third image A3 at a third distance d3, as shown in FIG. The first image A1 and the second image A2 having the same contents as the third image A3 slightly before are viewed as if they change with time. In other words, the third image A3, the first image A1, and the second image A2 are superimposed and displayed on the same line-of-sight direction at the same viewpoint position, and the viewer sees the latest image at the third distance d3, It is recognized as if the past images are displayed in order at the first distance d1 and the second distance d2. This allows the viewer to more easily recognize the time-varying image formed in the air. In addition, by using the
図7~図10では、第1画像投影部20、第1結像光学部30、第2画像投影部40、第2結像光学部50、第3画像投影部70、第3結像光学部80の3つの組み合わせで3つの位置に画像を遅延させて結像させる例を示した。しかし、さらに多数の画像投影部と結像光学部を設けて、それぞれの結像位置を異ならせたうえで、遅延時間を設けて同じ内容を順次表示するとしてもよい。
7 to 10, the first
(第2実施形態の変形例1)
画像表示装置110は、第3画像投影部70から照射される第3画像A3、第1画像投影部20から照射される第1画像A1、および第2画像投影部40から照射される第2画像A2の輝度をそれぞれ異ならせるとしてもよい。一例としては、第1画像A1の輝度b1よりも、第3画像A3および第2画像A2の輝度b2を低くする。
(
The
本変形例で視聴者は、第3距離d3に最新画像が暗く表示され、第1距離d1に明るい画像がフェードインして表示され、第2距離d2に暗い画像がフェードアウトして表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像を容易に認識することができる。また画像表示装置100を用いることで、未来から現在にフェードインし、現在から過去にフェードアウトする画像を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
In this modification, the viewer sees the latest image displayed dark at the third distance d3, the bright image faded-in displayed at the first distance d1, and the dark image faded-out displayed at the second distance d2. recognize as This allows the viewer to easily recognize the time-varying image formed in the air. In addition, by using the
(第2実施形態の変形例2)
また画像表示装置110では、第1距離d1と第2距離d2の差をΔd1とし、第1距離d1と第3距離d3の差をΔd2としたとき、Δd1:Δd2=Δt1:Δt2の比例関係が成立するように設定しておくこともできる。この場合、時間経過と距離変化が関連付けられるため、3次元空間を用いて時間経過が表現されたような体験を提供することができる。
(Modification 2 of the second embodiment)
Further, in the
(第2実施形態の変形例3)
また、第1距離d1と第2距離d2の差をΔd1とし、第1距離d1と第3距離d3の差をΔd2とし、第1画像A1の輝度b1と第2画像A2の輝度b2の差をΔb1とし、第1画像A1の輝度b1と第3画像A3の輝度b3の差をΔb2とする。この場合、画像表示装置110では、Δd1:Δd2=Δt1:Δt2=Δb2:Δb1の関係が成立するように設定しておくこともできる。この場合、時間経過と距離変化が関連付けられるため、3次元空間を用いて時間経過が表現されたような体験を提供することができる。
(Modification 3 of Second Embodiment)
Δd1 is the difference between the first distance d1 and the second distance d2, Δd2 is the difference between the first distance d1 and the third distance d3, and Δd2 is the difference between the luminance b1 of the first image A1 and the luminance b2 of the second image A2. Δb1, and the difference between the luminance b1 of the first image A1 and the luminance b3 of the third image A3 is Δb2. In this case, the
(第3実施形態)
第1実施形態および第2実施形態では、画像表示装置100,110として回折格子部35および導光板部36を備えたものを示したが、空間中の異なる位置に異なる画像を結像できるものであれば構成は限定されない。一例としては、ハーフミラーと再帰反射板を用いた公知の画像表示装置を用いることができる(例えば、特開2021-047234号公報、特開2021-089396号公報、特開2021-096284号公報等を参照)。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.
100,110…画像表示装置
10…制御部
20…第1画像投影部
30…第1結像光学部
40…第2画像投影部
50…第2結像光学部
60…画像遅延部
70…第3画像投影部
80…第3結像光学部
35…回折格子部
36…導光板部
37…ビームスプリッター
38…部分反射部
39…再帰反射部
Claims (9)
第2画像を照射する第2画像投影部と、
前記第1画像を第1距離d1に結像する第1結像光学部と、
前記第2画像を前記第1距離d1とは異なる第2距離d2に結像する第2結像光学部と、
前記第1画像投影部および前記第2画像投影部を制御する画像制御部とを備え、
前記画像制御部は、前記第1画像の表示タイミングを第1遅延時間Δt1だけ遅らせて、前記第2画像として用いる画像遅延部を備えていることを特徴とする画像表示装置。 a first image projection unit that emits a first image;
a second image projection unit that emits a second image;
a first imaging optical unit that forms the first image at a first distance d1;
a second imaging optical unit that forms the second image at a second distance d2 different from the first distance d1;
An image control unit that controls the first image projection unit and the second image projection unit,
The image display device, wherein the image control unit includes an image delay unit that delays the display timing of the first image by a first delay time Δt1 and uses it as the second image.
前記画像制御部は、前記第1画像の輝度b1よりも前記第2画像の輝度b2を低くすることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display device, wherein the image control section lowers the brightness b2 of the second image below the brightness b1 of the first image.
第3画像を照射する第3画像投影部と、
前記第3画像を前記第1距離d1および前記第2距離d2とは異なる第3距離d3に結像する第3結像光学部とを備え、
前記画像遅延部は、前記第3画像の表示タイミングを第2遅延時間Δt2だけ遅らせて、前記第1画像として用いることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1 or 2,
a third image projection unit that emits a third image;
a third imaging optical unit that forms an image of the third image at a third distance d3 different from the first distance d1 and the second distance d2;
The image display device, wherein the image delay unit delays display timing of the third image by a second delay time Δt2 and uses the third image as the first image.
前記画像制御部は、前記第1画像の輝度b1よりも前記第3画像の輝度b3を低くすることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 3,
The image display device, wherein the image control unit lowers the brightness b3 of the third image below the brightness b1 of the first image.
前記第1距離d1と前記第2距離d2の差をΔd1とし、前記第1距離d1と前記第3距離d3の差をΔd2としたとき、
Δd1:Δd2=Δt1:Δt2
であることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 3 or 4,
When the difference between the first distance d1 and the second distance d2 is Δd1, and the difference between the first distance d1 and the third distance d3 is Δd2,
Δd1:Δd2=Δt1:Δt2
An image display device characterized by:
前記第1画像A1の輝度b1と前記第2画像A2の輝度b2の差をΔb1とし、前記輝度b1と前記第3画像A3の輝度b3の差をΔb2としたとき、
Δd1:Δd2=Δb2:Δb1
であることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 5,
When the difference between the brightness b1 of the first image A1 and the brightness b2 of the second image A2 is Δb1, and the difference between the brightness b1 and the brightness b3 of the third image A3 is Δb2,
Δd1: Δd2 = Δb2: Δb1
An image display device characterized by:
前記第1画像および前記第2画像は、同一の視点位置における同一の視線方向上に重ね合わせて表示されることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 6,
An image display device, wherein the first image and the second image are superimposed and displayed on the same line-of-sight direction at the same viewpoint position.
前記第1画像および前記第2画像は、同一の視点位置における異なる視線方向に表示されることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 6,
The image display device, wherein the first image and the second image are displayed in different line-of-sight directions at the same viewpoint position.
第2画像を照射して前記第1距離d1とは異なる第2距離d2に結像する第2画像結像工程と、
前記第1画像および前記第2画像の表示を制御する制御工程とを備え、
前記制御工程は、前記第1画像の表示タイミングを第1遅延時間Δt1だけ遅らせて、前記第2画像として用いる画像遅延工程を備えていることを特徴とする画像表示方法。
a first image forming step of irradiating the first image and forming an image at the first distance d1;
a second image forming step of irradiating a second image and forming an image at a second distance d2 different from the first distance d1;
A control step of controlling display of the first image and the second image,
The image display method, wherein the control step includes an image delay step of delaying the display timing of the first image by a first delay time Δt1 and using it as the second image.
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