JP6554044B2 - 映像表示装置及び映像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、映像を表示する技術に関する。

疑似的な３Ｄ像を簡易に表示する技術として、特許文献１には、ミラーアレイを用いて背面の像を手前に浮遊して表示する方法が示されている。また、特許文献２には、複数の表示面を積層することで疑似的に３Ｄ像を表示する方法が示されている。

国際公開第２００７／１１６６３９号 特許第３０２２５５８号公報

しかし、上述した浮遊像・疑似３Ｄ像は、像の観察者から見てミラーアレイを構成する光学素子に近い距離で重なって表示され、或いは積層された各表示面の間に表示されるため、光学素子又は表示面の枠に立体感が引き摺られてしまい、意図した本来の奥行き位置に表示できない、或いは本物の物体がそこにあるかのような存在感を歪ませてしまい正しく提示できないという課題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、空中に浮遊した存在感の高い像を適切な奥行き位置に歪みなく提示することを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に係る映像表示装置は、映像を表示する表示面と、前記表示面と前記映像の観察者との間に配置されたハーフミラーと、を備えることを要旨とする。

請求項２に係る映像表示装置は、請求項１に記載の映像表示装置において、前記表示面は、前記ハーフミラーの背面に密着していることを要旨とする。

請求項３に係る映像表示装置は、請求項１に記載の映像表示装置において、前記表示面は、曲面であることを要旨とする。

請求項４に係る映像表示装置は、請求項１又は３に記載の映像表示装置において、前記表示面は、前記ハーフミラーと前記観察者との間の距離と同じ距離だけ前記ハーフミラーから離れて配置されていることを要旨とする。

請求項５に係る映像表示装置は、請求項１、２又は４に記載の映像表示装置において、前記表示面は、前記映像を３Ｄ表示可能な表示面であることを要旨とする。

請求項６に係る映像表示装置は、請求項１、２又は４に記載の映像表示装置において、前記表示面は、互いに同じ映像を表示する複数の表示面が前記観察者から見て異なる奥行き位置にそれぞれ配置された構成を備えることを要旨とする。

請求項７に係る映像表示装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の映像表示装置において、前記ハーフミラーは、前記観察者が自身の虚像を見ることのできる角度で配置されていることを要旨とする。

請求項８に係る映像表示装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の映像表示装置において、前記ハーフミラーは、前記表示面よりも大きい大きさを備えることを要旨とする。

請求項９に係る映像表示方法は、映像を表示する映像表示方法において、映像を表示する表示面と前記映像の観察者との間にハーフミラーを配置することを要旨とする。

本発明によれば、空中に浮遊した存在感の高い像を適切な奥行き位置に歪みなく提示することができる。

第１の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。 ハーフミラーの作用効果を説明する際の参考図である。 第２の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。 第３の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。 第４の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。該映像表示装置１は、映像を表示する表示面１１と、表示面１１と映像の観察者３との間に配置されたハーフミラー１２と、映像の表示輝度を調整する制御部１３と、を備えて構成される。観察者３は、透過と反射の機能を持つハーフミラー１２を介してディスプレイの表示面１１を観察する。

通常、ディスプレイの表示面１１に表示された映像を観察する場合、ディスプレイそのものの枠が映像の周囲を囲っているため、映像そのものがそこにあるというよりは、ディスプレイの面に貼り付いて映像が描かれているように見える。また、半透過なガラス等に映像を投影する方法も存在するが、どんなに透明度を上げてもガラスと空気との屈折率差により、ガラスの縁（枠）を視覚的に知覚させないことは困難であり、通常のディスプレイと同等の見え方になる。

そこで図１の構成では、ディスプレイの表示面１１より観察者側にハーフミラー１２を配置している。ここでハーフミラー１２とは、入射した光の一部を反射して一部を透過させる機能を備え、異なる明るさの間に配置した場合、明るい側からの光の一部が反射することにより明るい側からはミラーに見え、一部が通過することにより暗い側からは半透明なガラスに見える。そのため、図２に示すように、表示面１１の映像部１１１に表示された輝度の高い映像のみが観察者３から見え、かつ、観察者３からは輝度の低いディスプレイの枠１１２そのものはハーフミラー１２により映像側の光量が減衰されることにより見えにくくなり、表示された映像があたかも空中に浮いているかのような見え方となる。

もちろん、映像自体の輝度もハーフミラー１２の反射率及び透過率により同様に減衰するが、制御部１３で映像の表示輝度を上げる、詳細にはディスプレイに表示された映像とディスプレイそのものの枠との輝度の比率を変えることで、映像側の光量をより有利に透過し、枠の光量を目立たなくすることができる。特に反射率の高いハーフミラー１２を用いることで、より顕著にこの効果を得ることができる。これは、特に映像の輝度が高い場合で、かつ、観察者側よりも映像側の周囲の明るさが低い場合にも顕著に生じる見え方となる。

また、本構成では、表示面１１をできるだけハーフミラー１２に近づけるほど、表示面１１の表面に入射する外光も減らすことができる。ハーフミラー１２を介さない周囲からの外光に比べてハーフミラー１２を介して入射する外光の方が、ハーフミラー１２の反射率によって透過光の光量が減衰しているからである。これにより、表示面１１をハーフミラー１２に近づければ近づけるほど、表示面１１の表面での乱反射が減り、映像のコントラストが高くなるという効果がある。より効果が高いのは、ハーフミラー１２の背面に表示面１１を密着させた場合である。

以上より、本実施の形態によれば、映像を表示する表示面１１と該映像の観察者３との間にハーフミラー１２を配置する、つまり、ハーフミラー１２の背後に表示面１１を配置するので、観察者３から見て相対的に輝度の低い表示面１１の枠が見えにくくなることから、相対的に輝度の高い映像が空中に浮いているかのような見え方となる。つまり、表示面１１の枠に立体感が引き摺られることがなくなるので、３Ｄメガネのような特殊なデバイスを装着することなく、空中に浮いた像（例えば、２Ｄ像、疑似３Ｄ像、３Ｄ像）を適切な奥行き位置に歪みなく提示することができる。

なお、ハーフミラーとは、ある比率で反射と透過を行う鏡をいい、必ずしも反射率と透過率が等しい鏡のみをいうのではない。特許請求の範囲に記載されたハーフミラーについても同義である。

＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。本構成では、ハーフミラー１２の背後に曲面の表示面１１を配置している。それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。

単純に曲面の表示面１１に映像を表示した場合には、表示面自体の面及び該面を囲む枠（図２の映像部１１１と枠１１２）が観察者から見える。これは既に説明した通り、ガラスのような透明体を用いた場合においても、空気とガラスの屈折率の違いにより、枠が観察者から容易に知覚されてしまうからである。

これに対し図３の本構成では、ハーフミラー１２の背後に曲面の表示面１１を配置することにより、表示面１１の枠を知覚させにくくし、かつ、映像を知覚させるという、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更には、表示面１１が曲面であることにより、通常の２Ｄ映像を投影した場合でも、観察者３から見て中央が手前に突出した映像となることから、簡易的な擬似３Ｄ像を提示することができる。なお、ここでは曲面の例としてある一方向のみが湾曲している曲面を用いて説明したが、球面のように三次元方向での曲面でも同様の効果が生じる。

もちろん、ハーフミラー１２を用いない通常の曲面ディスプレイの場合でも突出した映像を見ることができるが、枠の効果から曲率を持った平たい面が湾曲している、いわゆる２Ｄ映像の湾曲であることが明白であり、特に視距離が近い場合には、立体的な３Ｄ映像として知覚することは困難である。

以上より、本実施の形態によれば、ハーフミラー１２の背後に曲面の表示面１１を配置するので、観察者３が表示面１１の枠を観察することなく空中に浮いた像を適切な奥行き位置に歪みなく提示できるという第１の実施の形態と同様の効果を得つつ、表示面１１が曲面であることにより、観察者３から見て中央が手前に突出した映像となることから、簡易的な擬似３Ｄ像を提示することができる。

＜第３の実施の形態＞
図４は、第３の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。本構成では、ハーフミラー１２の背後に、表示面１１を、ハーフミラー１２と観察者３との間の距離と同じ距離だけハーフミラー１２の背面の奥に配置している。それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。

本構成では、ハーフミラー１２の反射により、観察者３の虚像３’が表示面１１と同じ奥行き位置に映ることになる。これにより、観察者３から見ると、表示面１１の映像（像）があたかも自分の隣にいるかのように、ハーフミラー１２に写る観察者３の背後や周囲の環境の中に浮遊して表示される。例えば表示面１１の映像としてテレビ電話等の相手が表示された場合には、該相手があたかも自分と同一の空間に居るかのように知覚される効果がある。

もちろん、表示面１１が図３のような曲面であれば、より一層の擬似的な立体感を感じることができる。更には、表示面１１として映像を３Ｄ表示可能な３Ｄディスプレイを利用した場合、ハーフミラー１２越しには、実物が観察者３の付近にあるかのごとくリアルな表示が可能となる。

以上より、本実施の形態によれば、ハーフミラー１２の背後に、表示面１１を、ハーフミラー１２と観察者３との間の距離と同じ距離だけハーフミラー１２から離れて配置するので、第１の実施の形態と同様の効果を得つつ、ハーフミラー１２の反射により、観察者３の虚像３’が表示面１１と同じ奥行き位置に映ることから、ハーフミラー１２に写る観察者自身の虚像と同じ距離に並んで像を提示でき、更なる存在感や自分の空間との一体感を演出することができる。

＜第４の実施の形態＞
図５は、第４の実施の形態に係る映像表示装置の概略構成を示す図である。本構成では、ハーフミラー１２の背後に、これまでの表示面１１と同じ表示機能を持つ２つの表示面１１ａ，１１ｂを観察者３から見て異なる奥行き位置にそれぞれ配置している。それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。

上記特許文献２に示した積層型３Ｄ表示方法は、複数の表示面を観察者から見て奥行き方向に積層して３Ｄ像を表示する手法を示している。これは、奥行き方向で異なる位置に配置した２つの表示面に同一形状の映像（像）を表示し、各表示面の表示輝度の比率を変化させることで、前後２つの表示面の間の任意の位置で像を知覚させる方式である。しかし、この方式では表示したい３Ｄ像の前後に必ず物理的な表示面が存在するため、どうしても表示面を形成するディスプレイの複数の枠のトンネルの中に像が表示されることとなり、違和感のある像となる。

これに対し図５の構成では、ハーフミラー１２の背後に上記積層型の表示面を配置することで、再現したい像の周囲のディスプレイの枠を知覚的に排除し、空間に像だけが浮かんでいるかのように表示することが可能となり、存在感が圧倒的に高いリアルな３Ｄ像を再現することができる。また、物理的な表示面の位置を知覚させずに像を再現することから、物理的な奥行き量を知覚できない人間の感覚との相乗効果も含め、本来の像の奥行き量よりも大きな奥行きに感じさせる効果も期待できる。なお、ここでは複数の表示面の例として前後２つの表示面のみを用いて説明したが、表示面が３つ以上存在する場合においても同様の効果が生じる。

また、ハーフミラー１２は、観察者３から見て観察者自身がハーフミラーに映り込む角度、つまり、観察者３が自身の虚像を観察できる角度に配置することで、前記のように表示された像が自分の空間内に一緒に存在するように感じさせることができる。一方、ハーフミラー１２を他の角度で配置した場合には、あたかも空間内に単独で浮遊したような像の再現となる。

以上より、本実施の形態によれば、ハーフミラー１２の背後に、互いに同じ映像を表示する２つの表示面１１ａ，１１ｂを観察者３から見て異なる奥行き位置にそれぞれ配置するので、第１の実施の形態と同様の効果を得つつ、２つの表示面の間に表示される疑似３Ｄ像を複数の表示面の枠を意識することなく空中に浮いた状態で提示することができる。

最後に、ハーフミラーは背後に配置した表示面の枠や表示面そのものの位置を観察者に知覚させないようにすることを目的とするため、背後の表示面のサイズに比べてはるかに大きいサイズ、つまり、表示面に対して上下左右の幅を大きくして、ハーフミラーの位置や大きさを観察者に知覚させないことが重要である。

以上、実施の形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能である。詳細には、映像を表示する映像表示方法として、映像を表示する表示面と映像の観察者との間にハーフミラーを配置することを特徴としてもよい。

１…映像表示装置
１１，１１ａ，１１ｂ…表示面
１１１…映像部
１１２…枠
１２…ハーフミラー
１３…制御部
３…観察者
３’…虚像

Claims (6)

1. 映像を表示する表示面と、
   前記表示面と前記映像の観察者との間に配置されたハーフミラーと、
   前記映像を囲うディスプレイ枠に対して前記映像の輝度比率を調整する制御部と、を備え、
   前記表示面は、
   前記観察者の側に突出した曲面であることを特徴とする映像表示装置。
2. 映像を表示する表示面と、
   前記表示面と前記映像の観察者との間に配置されたハーフミラーと、
   前記映像を囲うディスプレイ枠に対して前記映像の輝度比率を調整する制御部と、を備え、
   前記表示面は、
   同一形状で輝度が異なる映像を表示する複数の表示面が前記観察者から見て異なる奥行き位置にそれぞれ配置された構成を備えることを特徴とする映像表示装置。
3. 映像を表示する表示面と、
   前記表示面と前記映像の観察者との間に配置されたハーフミラーと、
   前記映像を囲うディスプレイ枠に対して前記映像の輝度比率を調整する制御部と、を備え、
   前記ハーフミラーは、
   前記表示面よりも大きい大きさを備えることを特徴とする映像表示装置。
4. 映像を表示する映像表示方法において、
   映像を表示する表示面であって観察者の側に突出した曲面である前記表示面と前記映像の前記観察者との間にハーフミラーを配置し、映像表示装置の制御部が前記映像を囲うディスプレイ枠に対して前記映像の輝度比率を調整することを特徴とする映像表示方法。
5. 映像を表示する映像表示方法において、
   映像を表示する表示面であって同一形状で輝度が異なる映像を表示する複数の表示面が観察者から見て異なる奥行き位置にそれぞれ配置された構成を備える前記表示面と前記映像の観察者との間にハーフミラーを配置し、映像表示装置の制御部が前記映像を囲うディスプレイ枠に対して前記映像の輝度比率を調整することを特徴とする映像表示方法。
6. 映像を表示する映像表示方法において、
   映像を表示する表示面と前記映像の観察者との間に前記表示面よりも大きい大きさを備えるハーフミラーを配置し、映像表示装置の制御部が前記映像を囲うディスプレイ枠に対して前記映像の輝度比率を調整することを特徴とする映像表示方法。

Images