JP3238627U - 画像スティッチングに基づく空中結像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さなサイズ環境への取り付け可能な、画像スティッチングに基づく空中結像装置を提供する。【解決手段】２つの画像源１は一部の表示内容が重複している。また、バックレンズ３は、画像源と１対１で対応し、且つ正の焦点距離である。フロントレンズ４は、バックレンズを通過した光線を集束して実像とする。２つの画像源は、フロントレンズの主光軸を通過する平面の両側にそれぞれ位置する。２つの画像源が表示する画面は、それぞれバックレンズ及びフロントレンズを通過したあと、完全な画像である実像５にスティッチングされる。画像源を２つに分割することで、個々の画像源のサイズを小さくし、各画像源にバックレンズを単独で配置し、縦色収差を補正するとともに、深度方向のサイズを縮小することも可能となるため、装置全体の深度方向のサイズが縮小される。【選択図】図２

Description

本考案は、画像スティッチングに基づく空中結像装置に関する。

従来の空中結像装置は、主に、画像源で画像を生成したあと、レンズ群又は２面コーナリフレクタ等の光学素子を通過させることで、空中に実像を形成する。従来の空中結像装置は、図１に示すように、一般的には、画像源１が画面を提示し、バックレンズ３及びフロントレンズ４を通過させて色収差を解消したあと、反射鏡により角度を調整して実像５の位置を制御する。空中結像装置の成熟が進むにつれて、ジェスチャ認識装置と組み合わせた応用分野も拡大を続けている。しかし、例えば、自動車内のような狭小スペースの領域では、従来の空中結像装置は深度面での要求が多いため、自動車のセンターコンソール内に取り付けることができない。仮に、自動車のセンターコンソール内に無理に取り付けた場合には、表示画面のサイズが影響を受けることになる。これは、主として、一般的にはバックレンズにおいてフロントレンズの色収差を補償する必要があり、同一視野の光線について、フロントレンズ及びバックレンズ上の高さを光軸の異なる側に分布させねばならないからである。そのため、深度方向における空中結像装置のサイズを圧縮することができない。

本考案の目的は、従来の空中結像装置は、深度サイズに制限のあるスペース内に取り付けられないとの課題を効果的に解決可能な空中結像装置及び画像源の表示内容特定方法を提供することである。

上記の技術的課題を解決するために、本考案は、以下の技術方案によって実現される。

画像スティッチングに基づく空中結像装置は、光路方向において、順に、一部の表示内容が重複する２つの画像源と、画像源と１対１で対応し、等価焦点距離が正の焦点距離であり、縦色収差の補正に用いられるバックレンズと、バックレンズを通過した光線を集束して実像とするフロントレンズ、を含む。

２つの画像源は、フロントレンズの主光軸を通過する平面の両側にそれぞれ位置する。２つの画像源が表示する画面は、それぞれバックレンズ及びフロントレンズを通過したあと、完全な画像である実像にスティッチングされる。

好ましくは、前記バックレンズとフロントレンズの間には、更に、バックレンズを通過する光線の角度を変更するための第１反射鏡が設けられている。

好ましくは、前記フロントレンズと実像の間には、更に、実像の位置を変更するための第２反射鏡が設けられている。

好ましくは、前記バックレンズは１枚のレンズ又は複数枚のレンズからなり、前記フロントレンズは１枚のレンズ又は複数枚のレンズからなる。

好ましくは、各前記画像源は少なくとも２つのサブ画像源を含み、隣り合う２つの前記サブ画像源は一部の表示内容が重複している。画像源を少なくとも２つのサブ画像源に更に分解し、個々の光源のサイズを小さくすることで、サブ画像源の設置が容易となり、可能なスペースが十分に活用される。

好ましくは、前記サブ画像源とバックレンズの間には第３反射鏡が設けられている。第３反射鏡によりサブ画像源の位置を調整可能とすることで、サブ画像源から発せられた光線をバックレンズに通過可能とする。

好ましくは、各前記バックレンズは、いずれもサブ画像源の数に対応するサブバックレンズを含んでおり、各サブ画像源が１つのサブバックレンズに対応する。バックレンズについても少なくとも２つのサブバックレンズに分けることで、フロントレンズ手前の光路における部材のレイアウト及び柔軟性が更に拡大され、可能な位置スペースが十分に活用される。

従来技術と比較して、本考案の利点は次の通りである。画像スティッチングに基づく空中結像装置は、画像源を２つに分割することで、個々の画像源のサイズを小さくし、各画像源にバックレンズを単独で配置している。これにより、縦色収差を補正するとともに、深度方向のサイズを縮小することも可能となるため、装置全体の深度方向のサイズが縮小されて、小さなサイズ環境への取り付けにいっそう良好に適応可能となる。且つ、本装置は量産の実現がより容易であり、商用利用に投入される。

図１は、従来の空中結像装置の概略構造図である。 図２は、本考案の空中結像装置の概略構造図である。 図３は、本考案で採用する空中結像装置における画像源の表示内容特定方法の実施例１に係る画像源スティッチング光路の図である。

以下に、本考案の実施例について詳細に記載する。また、記載する実施例の例示を図中に示す。以下で図面を参照して記載する実施例は例示であり、本考案を説明するためのものであって、本考案を制限するものと解釈すべきではない。

本考案の記載において、理解すべき点として、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「天井」、「底」、「内」、「外」等の用語で示される方向又は位置関係は、図示に基づく方向又は位置関係であって、本考案の記載の便宜上及び記載の簡略化のためのものにすぎず、対象となる装置又は部材が特定の方向を有し、且つ特定の方向で構成及び操作されねばならないことを明示又は暗示するものではない。よって、本考案を制限するものと理解すべきではない。

このほか、「第１」、「第２」との用語は記載を目的としているにすぎず、相対的な重要性を明示又は暗示するものと解釈すべきでも、指定する技術的特徴の数を示唆するものと解釈すべきでもない。そのため、「第１」、「第２」の特徴が限定されている場合には、明示的又は暗示的に少なくとも１つの当該特徴を含み得る。また、本考案の記載において、別途明確且つ具体的に限定している場合を除き、「複数」とは少なくとも２つの意味であり、例えば、２つ、３つ等である。

本考案では、別途明確に規定及び限定する場合を除き、「取り付ける」、「連なる」、「接続する」、「固定する」等の用語は広義に解釈すべきである。例えば、別途明確に限定している場合を除き、固定的な接続であってもよいし、取り外し可能な接続であってもよいし、一体をなしていてもよい。また、機械的な接続であってもよいし、電気的な接続であってもよいし、互いに通信可能であってもよい。また、直接的な連なりであってもよいし、中間媒体を介した間接的な連なりであってもよいし、２つの部材内部の連通であってもよいし、２つの部材の相互作用関係であってもよい。当業者であれば、具体的状況に応じて本考案における上記用語の具体的意味を解釈可能である。

本考案における画像スティッチングに基づく空中結像装置の実施例を示す図２を参照する。空中結像装置は、一次の空中結像ユニットを含む。また、空中結像ユニットは、光路方向において順に以下を含む。

画像源１：２つ有する。２つの画像源１は一部の表示内容が重複している。一部の内容の重複は、２つの画像源１から発せられた光線を後続のレンズ群に通過させたあと、完全な実像５にスティッチング可能とするためである。本実施例における画像源１はＬＣＤからなるが、当然ながら、画像源１は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はＬＣＯＳのいずれかであってもよい。

バックレンズ３：画像源１と１対１で対応している。等価焦点距離は正の焦点距離であり、縦色収差の補正に用いられる。

フロントレンズ４：バックレンズ３を通過した光線を集束して実像５とする。

２つの画像源１は、フロントレンズ４の主光軸を通過する平面の両側にそれぞれ位置する。２つの画像源１が表示する画面は、それぞれバックレンズ３及びフロントレンズ４を通過したあと、完全な画像である実像５にスティッチングされる。

深度方向のスペースを更に圧縮するために、バックレンズ３とフロントレンズ４の間には第１反射鏡２が設けられている。一般的に、第１反射鏡２には平面鏡を採用し、バックレンズ３とフロントレンズ４の間の角度を変更可能とすることで、画像源１を垂直位置から水平位置に変換する。これにより、深度方向のスペースを圧縮して、横方向スペースの利用に変更する。

フロントレンズ４と実像５の間には第２反射鏡６が更に設けられている。第２反射鏡６は単独のミラーとすることができる。本装置を自動車に取り付ける場合には、自動車のフロントガラスを第２反射鏡６として利用してもよい。これにより、実像５の画像形成位置を変更可能とし、人間の観察角度にいっそう適合させる。

本実施例におけるバックレンズ３及びフロントレンズ４には、実際の使用シーンやコスト制御に応じて、１枚のレンズ、又は、複数枚のレンズからなるレンズ群を採用すればよいが、レンズ群を採用すれば、軸方向の色収差をより良好に解消可能となり、いっそう鮮明な画質を提供できる。

図３に示すように、本実施例では、形成される実像５が２つの画像源１の画面をスティッチングしてなる。そのため、各画像源１の表示画面の内容を特定する必要がある。具体的な方法は、以下のステップを含む。

ステップ１：観察者の距離及び範囲を特定する。観察者の範囲における２つの端点をＥ_１、Ｅ_３とし、中点をＥ_２とする。また、空中結像ユニットの各部材の位置を特定し、実像５の位置を特定する。実像５の２つの端点をＰ_１、Ｐ_３とし、中点をＰ_２とする。また、フロントレンズ４の中心位置Ｏ_１を特定する。

ステップ２：Ｅ_１とＯ_１を接続してＰ_１Ｐ_３と点Ｐ_５で交差させ、Ｅ_３とＯ_１を接続してＰ_１Ｐ_３と点Ｐ_４で交差させる。この場合、Ｐ_２Ｐ_４＝Ｐ_２Ｐ_５＝Ｅ_１Ｅ_２×Ｏ_１Ｐ_２÷Ｏ_１Ｅ_２となり、Ｐ_４、Ｐ_５の位置が求められる。Ｐ_１Ｐ_５は左側の画像源１が表示する空中画像領域の内容に対応しており、Ｐ_３Ｐ_４は右側の画像源１が表示する空中画像領域の内容に対応している。

その時点でレンズ４と実像５の間に第２反射鏡６が存在し、且つ第２反射鏡６が平面鏡の場合には、ステップ１において、まず、フロントレンズ４の中心位置Ｏ_１について、第２反射鏡６の鏡像に対しＯ’_１を取得しておき、ステップ２ではＯ_１をＯ’_１に置き換えて演算する。

空中結像装置に第１反射鏡２及び第２反射鏡６の双方が存在し、且つ第２反射鏡６に曲面反射鏡を採用する場合には、各画像源１の表示画面の内容を特定する際に、具体的方法は以下のステップを含む。

ステップ１：観察者の距離及び範囲を特定する。観察者の範囲における２つの端点をＥ_１、Ｅ_３とし、中点をＥ_２とする。また、空中結像ユニットの各部材の位置を特定し、実像５の位置を特定する。実像５の２つの端点をＰ_１、Ｐ_３とし、中点をＰ_２とする。また、左側の第１反射鏡をＭ_１とし、右側の第１反射鏡をＭ_２とする。

ステップ２：Ｐ_１、Ｐ_３上に、点Ｐ_４、Ｐ_５の位置を予測する。

ステップ３：次に、光路のバックトラッキングを行う。光線をＰ_４、Ｐ_５から発する。光束開口はＥ_１、Ｅ_２の大きさから決定する。Ｐ_４の位置を調節して、Ｐ_４から発せられた光線がＭ_２のみを通過する場合、Ｐ_３Ｐ_４は右側の画像源１が表示する空中画像領域の内容に対応する。また、Ｐ_５の位置を調節して、Ｐ_５から発せられた光線がちょうどＭ_１のみを通過する場合、Ｐ_１Ｐ_５は左側の画像源１が表示する空中画像領域の内容に対応する。

画像スティッチングに基づく空中結像装置は、画像源を２つに分割することで、個々の画像源のサイズを小さくし、各画像源にバックレンズを単独で配置している。これにより、縦色収差を補正するとともに、深度方向のサイズを縮小することも可能となるため、装置全体の深度方向のサイズが縮小されて、小さなサイズ環境への取り付けにいっそう良好に適応可能となる。且つ、本装置は量産の実現がより容易であり、商用利用に投入される。

画像源の表示内容特定方法は、簡単且つ操作が容易である。当該方法は、観察者の距離及び観察範囲に基づいて各画像源の表示内容の量を特定し、各画像源が形成する実像を重ねることで、より大きく完全な画像を形成する。

実施例１との違いとして、本実施例では、実施例１の画像源を少なくとも２つのサブ画像源に分ける。ここでは、１つの画像源を２つのサブ画像源に分解する場合を例示する。即ち、フロントレンズの主光軸左側の画像源が２つのサブ画像源から構成され、フロントレンズの主光軸右側の画像源も２つのサブ画像源から構成される。画像スティッチングに基づく空中結像装置全体において、画像源を除くその他の部材については変更せず、サブ画像源が表示する画面の内容を部分的に重複させるだけで、画像スティッチング時に隙間が発生しないよう保証し得る。これにより、個々のサブ画像源のサイズが縮小されるため、狭小スペースを十分に活用可能となる。

更に、各サブ画像源に第３反射鏡を配置してもよい。第３反射鏡をサブ画像源とバックレンズの間に取り付けることで、サブ画像源により設定可能な角度及び位置が更に拡張される。

更に、バックレンズを複数のサブバックレンズに分けてもよい。また、各サブバックレンズの構造は一致させる。こうすることで、フロントレンズの光路上流における部材がより大きな配置スペースを有することになり、異なるサブ画像源、サブバックレンズ及び／又は第３反射鏡によってスペース全体のサイズが十分に活用される。

サブ画像源の表示画面の内容のうち、具体的にどの部分を重複させるかについては、実施例１の方法を参照して特定すればよい。

画像源１を２つのサブ画像源に分割することで、個々のサブ画像源のサイズを小さくし、各サブ画像源にサブバックレンズを単独で配置する。これにより、縦色収差を補正するとともに、深度方向のサイズを縮小することも可能となるため、装置全体の深度方向のサイズが縮小されて、小さなサイズ環境への取り付けにいっそう良好に適応可能となる。且つ、本装置は量産の実現がより容易であり、商用利用に投入される。

以上の記載は本考案の具体的実施例にすぎず、本考案の技術的特徴はこれに限定されない。当業者が本考案の分野において行う何らかの変形又は補足は、いずれも本考案の権利範囲に含まれる。

Claims (7)

1. 光路方向において、順に、
   一部の表示内容が重複する２つの画像源（１）と、
   画像源（１）と１対１で対応し、等価焦点距離が正の焦点距離であり、縦色収差の補正に用いられるバックレンズ（３）と、
   バックレンズ（３）を通過した光線を集束して実像（５）とするフロントレンズ（４）と、を含み、
   ２つの画像源（１）は、フロントレンズ（４）の主光軸を通過する平面の両側にそれぞれ位置し、２つの画像源（１）が表示する画面は、それぞれバックレンズ（３）及びフロントレンズ（４）を通過したあと、完全な画像である実像（５）にスティッチングされることを特徴とする画像スティッチングに基づく空中結像装置。
2. 前記バックレンズ（３）とフロントレンズ（４）の間には、更に、バックレンズ（３）を通過する光線の角度を変更するための第１反射鏡（２）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像スティッチングに基づく空中結像装置。
3. 前記フロントレンズ（４）と実像（５）の間には、更に、実像（５）の位置を変更するための第２反射鏡（６）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像スティッチングに基づく空中結像装置。
4. 前記バックレンズ（３）は１枚のレンズ又は複数枚のレンズからなり、前記フロントレンズ（４）は１枚のレンズ又は複数枚のレンズからなることを特徴とする請求項１に記載の画像スティッチングに基づく空中結像装置。
5. 各前記画像源（１）は少なくとも２つのサブ画像源を含み、隣り合う２つの前記サブ画像源は一部の表示内容が重複していることを特徴とする請求項１に記載の画像スティッチングに基づく空中結像装置。
6. 前記サブ画像源とバックレンズ（３）の間には第３反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の画像スティッチングに基づく空中結像装置。
7. 各前記バックレンズ（３）は、いずれもサブ画像源の数に対応するサブバックレンズを含んでおり、各サブ画像源が１つのサブバックレンズに対応することを特徴とする請求項５又は６に記載の画像スティッチングに基づく空中結像装置。

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