JPWO2019244326A1 - 映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

映像表示装置(100)は、光を透過及び反射させる曲面形状のパネル(30)と、第1の映像データに基づく第1の映像であって、パネル(30)を通して予め決められた位置に到達する第1の映像を表示する第1の表示部(10)と、第2の映像データに基づく第2の映像であって、パネル(30)で反射して予め決められた位置に到達する第2の映像を表示する第2の表示部(20)と、観察者の実際の視点の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部(40)と、位置情報に基づいて第2の映像データの走査ライン毎の変倍率を決定し、第2の表示部に入力される第2の映像データに走査ライン毎の変倍処理を施す映像処理部(150)とを有する。

Description

本発明は、映像表示装置に関する。
従来、光透過型反射パネルであるハーフミラーを通して観察者の眼に到達する第1の映像を表示する第1の表示部と、ハーフミラーで反射して観察者の眼に到達する第2の映像を表示する第2の表示部とを有する映像表示装置が知られている。観察者は、第1の映像である実像を認識するとともに、3次元空間内に第2の映像に基づく虚像を認識する。実像と虚像とが互いに交差する場合、交差映像表示の効果として、観察者は視認した映像に立体感、すなわち、奥行き感を感じる(例えば、特許文献1参照)。
また、ハーフミラーの形状を観察者から見て凹面形状とすれば、凹面のレンズ効果で虚像が拡大されて認識されるため、第2の表示部のサイズを小型化することができる。さらに、ハーフミラーを凹面形状とすることで、環境光などの外光の反射光を、観察者の眼に届き難くすることができる。
特開2006−177920号公報
しかしながら、ハーフミラーを凹面形状にした場合には、観察者の眼の位置の変化、すなわち、視点の位置の変化に応じて、実像と虚像の交差位置及び実像に対する虚像の傾きが変化するので、観察者は交差映像表示の効果である立体感を適切に感じることができない場合がある。
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、観察者の視点の位置が変化した場合であっても、観察者が立体感を適切に感じることができる映像表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様による映像表示装置は、入射する光を透過及び反射させる曲面形状のパネルと、第1の映像データに基づく第1の映像であって、前記パネルを通して予め決められた位置に到達する前記第1の映像を表示する第1の表示部と、第2の映像データに基づく第2の映像であって、前記パネルで反射して前記予め決められた位置に到達する前記第2の映像を表示する第2の表示部と、前記第1の映像及び前記第2の映像を観察する観察者の実際の視点の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報に基づいて前記第2の映像データの走査ライン毎の変倍率を決定し、前記変倍率を用いて前記第2の表示部に入力される前記第2の映像データに前記走査ライン毎の変倍処理を施す映像処理部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、観察者の視点の位置が変化した場合であっても、観察者は立体感を適切に感じることができる。
本発明の実施の形態1に係る映像表示装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の光学系の構造及び虚像面を概略的に示す縦断面図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の映像処理部の要部の構成要素を示すブロック図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の光学系の構造、虚像面及び実像面を概略的に示す縦断面図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の映像処理部における走査ライン毎の変倍率(縮小率)の算出方法の例を示す横断面図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の映像処理部における走査ライン毎の変倍率(拡大率)の算出方法の例を示す横断面図である。 実施の形態1に係る映像表示装置によって表示される第1の映像及び第2の映像の例を示す図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の第2の表示部に表示される、走査ライン毎の変倍処理を行っていない第2の映像(すなわち、比較例の第2の映像)の例を示す図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の第2の表示部に示される第2の映像(すなわち、比較例の第2の映像)を表示したときに、観察者が視認する虚像面の虚像を示す図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の第2の表示部に表示される、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像の例(すなわち、実施の形態1における第2の映像の例)を示す図である。 実施の形態1に係る映像表示装置の第2の表示部に図10に示される第2の映像(すなわち、実施の形態1における第2の映像)を表示したときに、観察者が視認する虚像を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る映像表示装置の映像処理部の要部の構成要素を示すブロック図である。 実施の形態2に係る映像表示装置の映像処理部における変倍率の算出方法の例(すなわち、視点が高い位置にある場合の例)を示す縦断面図である。 実施の形態2に係る映像表示装置の映像処理部における変倍率の算出方法の例(すなわち、視点が低い位置にある場合の例)を示す縦断面図である。 実施の形態2に係る映像表示装置の第1の表示部に表示される変倍処理が行われた第1の映像の例(すなわち、図13の場合の例)を示す図である。 実施の形態2に係る映像表示装置の第1の表示部に表示される変倍処理が行われた第1の映像の例(すなわち、図14の場合の例)を示す図である。 本発明の実施の形態3に係る映像表示装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態3に係る映像表示装置の第2の表示部に図8に示される第2の映像(すなわち、比較例の第2の映像)を表示したときに、観察者が視認する虚像を示す図である。 実施の形態3に係る映像表示装置の第2の表示部に表示される、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像の例(すなわち、実施の形態3における第2の映像の例)を示す図である。 本発明の実施の形態4に係る映像表示装置の映像処理部の要部の構成要素を示すブロック図である。 実施の形態4に係る映像表示装置において観察者が視認する実像及び虚像の例(すなわち、車両の走行速度が遅い場合の例)を示す図である。 実施の形態4に係る映像表示装置における観察者が視認する実像及び虚像の例(すなわち、車両の走行速度が速い場合の例)を示す図である。 実施の形態1から4の変形例の映像表示装置の映像処理部のハードウェア構成の例を示す図である。
以下に、本発明の実施の形態に係る映像表示装置を、添付図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、映像表示装置が車両(例えば、自動車)のインストルメントパネルに搭載された例を説明する。ただし、実施の形態に係る映像表示装置は、車両用以外の用途に使用することができる。以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
各図には、必要に応じて、xyz直交座標系の座標軸が示される。各図において、z軸は、観察者の視線に略平行な座標軸である。+z軸方向は、観察者の視点から映像表示装置に向かう方向である。x軸は、z軸に直交する略水平方向の座標軸である。x軸方向は、第1の映像及び第2の映像の水平走査ラインの方向に対応する。y軸は、z軸及びx軸に直交する略鉛直方向の座標軸である。+y軸方向は、鉛直上向きの方向である。
《1》実施の形態1
《1−1》構成
図1は、本発明の実施の形態1に係る映像表示装置100の構成を概略的に示す図である。図1は、映像表示装置100の光学系を斜め上から見た構造と、視線82の方向に映像を見ている観察者80と、映像処理部150とを示している。図1に示されるように、実施の形態1に係る映像表示装置100は、第1の映像を表示する表示領域10aを有する第1の表示部10と、第2の映像を表示する表示領域20aを有する第2の表示部20と、光透過型反射パネルであるパネル30と、観察者80の眼の位置である視点81の位置情報を取得する位置情報取得部40と、第1の表示部10及び第2の表示部20に第1の映像データA11及び第2の映像データA21をそれぞれ提供する映像処理部150とを有している。
図2は、図1に示される映像表示装置100の構造及び虚像面21を概略的に示す縦断面図である。図2は、図1に示される映像表示装置100をyz平面に平行な平面で切る縦断面構造を示している。図2には、第2の表示部20の表示領域20aに表示された第2の映像が映像光としてパネル30に投影され、投影された映像光はパネル30で反射して観察者80の視点81に向かう様子が示されている。
パネル30は、入射する光を透過及び反射させる曲面形状で板状の光学素子である。つまり、パネル30は、入射する光を透過光と反射光に分離する性質を持つ光学素子である。パネル30は、例えば、ハーフミラーである。ハーフミラーは、入射した光を、互いに略等しい強度の透過光と反射光に分離する光学素子である。ただし、ハーフミラーの透過光と反射光の強度は互いに異なってもよい。パネル30は、例えば、ガラス板又はアクリル板などのような反射光の強度に比べ透過光の強度が高い光透過性の材料で形成されてもよい。また、第1の表示部10及び第2の表示部20が液晶ディスプレイのように直線偏光を映像光として発する装置である場合には、パネル30は、特定の偏光方向の光成分のみを透過させる反射型偏光フィルムを備えた光学素子であってもよい。この場合には、第1の表示部10が発する映像光を、パネル30を通して効率よく観察者80に到達させることができ、さらに、第2の表示部20が発する映像光を、パネル30で反射させて効率よく観察者80に到達させることができる。
図1の例では、パネル30は、観察者80の視点81から見て凹面形状である。図1の例では、パネル30を、視点81からパネル30に向かう視線82を含む略水平な平面、すなわち、xz平面に略平行な平面で切る断面は直線状である。また、パネル30を、視線82を含む略垂直な平面、すなわち、yz平面に平行な平面で切る断面は円弧状である。図1の例では、パネル30は、上端に近い部分で水平面(すなわち、xz平面)に近い角度の緩やかな傾斜を持ち、下端に近い部分で垂直面(すなわち、xy平面)に近い角度の急峻な傾斜を持つ曲面形状である。
実施の形態1に係る映像表示装置100は、例えば、車両のインストルメントパネルに搭載される装置である。この場合、観察者80は、車両の運転者である。このため、観察者80は、映像表示装置100の上方、すなわち、第1の表示部10の上端よりも+y軸方向の位置、及び第1の表示部10の後方、すなわち、第1の表示部10よりも+z軸方向の位置に、太陽又は他の車両の照明光源などから発せられる外光が存在する環境で、映像表示装置100が表示する映像を見ることがある。パネル30の上端に近い部分が水平面に近い緩やかな傾斜を持つように構成することで、パネル30で反射した外光を観察者80の眼の位置より下方に向けることができる。このため、観察者80の眼には、視覚的に煩わしい外光が入り難い。
第1の表示部10は、観察者80から見てパネル30の後方に、すなわち、パネル30より+z軸方向の位置に配置される。第1の表示部10は、観察者80の視線82に対して表示領域10aが略垂直となるように、すなわち、xy平面に略平行になるように配置されることが望ましい。
第1の表示部10は、映像処理部150から供給される第1の映像データA11に基づく第1の映像を表示領域10aに表示する。第1の映像データA11は、例えば、入力される映像データA10に変倍処理を行って得られた映像データである。変倍処理は、拡大処理及び縮小処理を含む。変倍処理は、垂直走査方向の変倍処理及び水平走査方向の変倍処理を含むことができる。変倍処理は、走査ライン毎に変倍率を求めて行われる走査ライン毎の変倍処理である必要はない。変倍率は、拡大率及び縮小率を含む。ただし、変倍処理は、走査ライン毎の変倍処理であってもよい。第1の表示部10の表示領域10aに表示された第1の映像は、パネル30を通して予め決められた位置に到達する。予め決められた位置は、例えば、観察者80の視点81が存在し得ると想定される範囲内の位置である。観察者80は、第1の表示部10の表示領域10aに表示された第1の映像を、パネル30を通して視認する。
第2の表示部20は、映像処理部150から供給される第2の映像データA21に基づく第2の映像を表示領域20aに表示する。第2の映像データA21は、入力される映像データA20に走査ライン毎の変倍処理を行って得られた映像データである。図1の例では、第2の映像データA21は、入力される映像データA20に水平走査ライン毎の変倍処理を行って得られた映像データである。ただし、第2の映像データA21は、入力される映像データA20に水平走査ライン毎の変倍処理と、垂直走査方向の変倍処理との両方を行って得られた映像データであってもよい。
第2の映像データA21に基づく第2の映像は、パネル30に投影され、パネル30で反射して予め決められた位置に到達する。予め決められた位置は、例えば、視点81が存在し得ると想定される範囲内の位置であり、第1の映像が到達すると想定される範囲内の位置と同じ位置である。観察者80は、第2の表示部20の表示領域20aに表示された第2の映像をパネル30よりも遠い位置である虚像面21に存在する虚像21aとして認識する。第2の表示部20は、パネル30の下側(すなわち、パネル30より−y軸方向の位置)にあり、第2の表示部20の表示領域20aに表示された第2の映像に基づく映像光がパネル30で反射して観察者80に向かうようにするため、その表示領域20aを上又はパネル30に面するように斜め上に向けて配置される。
第1の表示部10は、表示領域10aに第1の映像を表示することによって表示領域10aから映像光を発する表示装置である。第2の表示部20は、表示領域20aに第2の映像を表示することによって表示領域20aから映像光を発する表示装置である。第1の表示部10及び第2の表示部20の各々は、例えば、透過型液晶パネルとLED(Light Emitting Diode)バックライトとを備えた液晶ディスプレイである。第1の表示部10及び第2の表示部20は、プラズマ発光型のディスプレイ、有機EL(ElectroLuminescence)ディスプレイ、又は垂直走査方向及び水平走査方向に配列された複数のLEDを有するLEDディスプレイのような自発光型の表示装置であってもよい。また、第1の表示部10は、図1及び図2において第1の表示部10が示される位置に設定されたスクリーンと、このスクリーンに対して映像を投影光によって投影するプロジェクタとからなる投射型表示装置であってもよい。この場合は、プロジェクタから発せられる投影光がスクリーン上で乱反射することにより、スクリーンから観察者80に向かう第1の映像を観察者80に到達させることができる。
また、第2の表示部20の表示領域20aが発する映像光は、パネル30で反射して観察者80に向かう。このため、第2の表示部20を構成する液晶ディスプレイに、配光特性を制御するプリズムシートを備えることで、観察者80が虚像面21に存在すると認識する虚像21aの輝度を上げることができる。プリズムシートは、複数の微小な単位プリズムが整列されたプリズム面を有する光学部材である。
虚像面21は、第2の表示部20から発せられ、パネル30で反射し、観察者80の目に届く映像光によって、観察者80によって虚像21aが存在すると認識される仮想の面である。実施の形態1では、パネル30が曲面形状であるから、観察者80によって認識される虚像面21の虚像21aは、観察者80からみて縦方向に引き伸ばされている、すなわち、縦方向に拡大されている。この虚像21aは、パネル30の反射面で形成されるため、第2の表示部20の表示領域20aを構成する各画素から発せられる拡散光は、一点に集光しない。つまり、第2の表示部20の表示領域20aを構成する各画素から発せられる拡散光は縦方向に引き伸ばされる、すなわち、縦方向に拡大される。また、パネル30は、曲面形状であるから、引き伸ばされる拡散光の拡大率は、観察者80の視点81の位置に応じて変化し、視点81の位置が変わると虚像面21の虚像21aの見え方が変化する。
位置情報取得部40は、映像を観察する観察者80の実際の視点81の位置を示す位置情報を取得する。位置情報取得部40は、例えば、観察者80の顔を撮影する撮像装置であるカメラと、カメラ撮影で得られた顔画像データから眼の位置を検出する解析部とを含むことができる。つまり、位置情報取得部40は、観察者80の視点81の位置情報を検出するセンサ機器と、センサ機器からの出力に基づいて位置情報を取得する解析部とを含むことができる。この解析部は、位置情報取得部40に備えられてもよいが、映像処理部150に備えられてもよい。映像処理部150は、コンピュータであってもよい。位置情報取得部40は、観察者80の実際の視点81の位置を示す位置情報を取得できる手段であれば、特に限定されない。例えば、位置情報取得部40は、赤外線を観察者80に照射して、観察者80で反射した反射光をセンシングし解析することで、視点81の位置を検出する装置であってもよい。
映像処理部150は、観察者80の実際の視点81の位置を示す位置情報に基づいて第2の映像データの走査ライン毎の変倍率を決定し、この変倍率を用いて第2の表示部20に入力される映像データA20に走査ライン毎の変倍処理を行い、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像データA21を出力する。映像処理部150は、観察者80の実際の視点81の位置を示す位置情報B1に基づいて映像データA10の変倍率を決定し、変倍率を用いて映像データA10に決定した変倍率による変倍処理を行って、第1の映像データA11を出力してもよい。第1の表示部10は平面であるため、第1の映像データA11を算出するための変倍処理は、走査ライン毎の変倍処理である必要はない。ただし、第1の映像データA11を算出するための変倍処理を、第2の映像データS12を算出するための処理と同様に、走査ライン毎の変倍処理とすることも可能である。
図1における映像処理部150は、第2の表示部20に入力される第2の映像データA21を、位置情報取得部40から得られる視点81の位置情報B1に応じて変化させる。映像処理部150は、視点81の位置が変化した場合であっても、入力された映像データA10に走査ライン毎の変倍処理を施すことによって、観察者80が3次元空間上の虚像面21の位置及び傾きが変化しないと認識するように、第2の映像データA21を生成する。
図3は、実施の形態1に係る映像表示装置100の映像処理部150の要部の構成要素を示すブロック図である。図3に示されるように、映像処理部150は、入力された映像データA20に走査ライン毎の変倍処理、すなわち、拡大又は縮小の処理を行うことができる変倍処理部151と、変倍処理に用いる変倍率、すなわち、拡大率又は縮小率を決定する変倍率算出部152と、変倍率の決定に用いられる参照情報をパラメータテーブル154として格納する記憶部153とを有する。映像処理部150は、第2の表示部20に表示される第2の映像を示す映像データA20と、観察者80の視点81の位置を取得するための位置情報取得部40から得られる視点81の位置情報B1とを受け取り、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像データA21を第2の表示部20に提供する。映像処理部150の変倍率算出部152は、視点81の位置情報と記憶部153に格納されているパラメータテーブル154の情報とに基づいて、走査ライン毎の変倍率を算出する。実施の形態1において、走査ライン毎は、例えば、複数の画素を含む水平走査ライン毎である。走査ライン毎は、複数の画素を含む垂直走査ライン毎とすることも可能であり、水平走査ライン及び垂直走査ラインの両方で変倍処理を行うことも可能である。変倍処理部151は、変倍率算出部152で決定された走査ライン毎の変倍率を受け取り、入力された映像データA20に走査ライン毎の変倍処理を行い、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像データA21を出力する。
記憶部153に格納されたパラメータテーブル154は、例えば、変倍率算出部152において使用される算出式において必要となる定数を格納したデータテーブルである。パラメータテーブル154として格納されるデータは、例えば、観察者80の視点81の位置毎に、3次元空間内における所望の位置に虚像面21の虚像を認識させる投影画像(すなわち、第2の表示部20の表示領域20aに表示される第2の映像)の投影位置情報を有している。この投影位置情報は、例えば、3次元空間における一次関数で表される3次元平面情報と、この3次元平面情報が示す平面を切り取る際の境界条件とを含むことができる。また、投影位置情報は、例えば、所望の画像の投影面における単位画素の各々の3次元位置情報を含むデータセットであってもよい。単位画素とは、画像を予め決められた複数行及び複数列の領域に分割したときにおける、各領域に含まれる画素群である。
また、パラメータテーブル154は、パネル30の3次元位置情報を保持してもよい。パネル30の3次元位置情報は、例えば、パネル30の曲面を表す指数関数又は3次関数などの3次元曲面を示す関数と、パネル30の座標とを含んでもよい。また、パラメータテーブル154は、例えば、パネル30の曲面を3次元空間の座標軸で表される3点の単位座標点で結ぶ複数のポリゴンの組み合わせで近似し、この近似に使用された複数のポリゴンを示す座標情報を含んでもよい。
《1−2》動作
図4は、実施の形態1に係る映像表示装置100の光学系の構造、虚像面21、及び実像面11を概略的に示す縦断面図である。図4に示されるように、実施の形態1では、第1の表示部10の表示領域10aに表示された第1の映像(例えば、後述の図11に示される遠近法を用いた映像)を見た観察者80は、第1の表示部10の表示領域10aに表示された第1の映像を表示領域10aに対して傾斜した実像面11に存在する実像11aとして認識することができる。実施の形態1では、実像面11が、第1の表示部10の表示領域10aの垂直方向の略中心の位置を交差位置とし、表示領域10aに対して約45度の角度で交差するように、第1の表示部10の表示領域10aに表示される第1の映像を設定している。第1の表示部10の表示領域10aに表示される第1の映像を調整することにより、実像面11が表示領域10aと交差する交差位置、実像面11が表示領域10aと交差する交差角度、及び実像11aの表示サイズを任意に設定可能である。実施の形態1では、観察者80の視点81から見て実像面11の前方及び後方に、すなわち、実像面11に交差するように虚像面21が存在している。実像面11の交差位置、交差角度、及び表示サイズを変更する方法は、後述の実施の形態2で説明される。
虚像面21に虚像21aを表示するために、第2の表示部20によって投影される第2の映像の垂直方向の変倍率の算出方法について説明する。映像処理部150に入力される映像データA20は、所望の実像面11の表示サイズに合わせた解像度を持つ映像情報である。ここで、入力される映像データA20の各水平走査ラインに対して、実像面11に配置される点と観察者80の視点81の位置とを直線で結ぶ。例えば、図4における実線の直線82aは、観察者80の視点81の位置と実像面11における上端の水平走査ラインとを結ぶ直線である。また、実線の直線82bは、観察者80の視点81の位置と実像面11における下端の水平走査ラインとを結ぶ直線である。これらの直線82a,82bは、任意に設定されており、この設定内容を示す設定情報は記憶部153のパラメータテーブル154に格納される。直線82a,82bは、実像面11の位置情報と位置情報取得部40から得られる観察者80の視点81の位置情報とから、3次元空間における一次関数として算出できる。
次に、観察者80の視点81と実像面11とを結ぶ直線82a,82bにおいて、虚像面21との交点を結ぶことで、観察者80から見て実像面11と同様に虚像面21が知覚されるようにするための、虚像面21上における各水平走査ラインの垂直方向の表示位置が分かる。ここで、求めるべき各水平走査ラインの垂直方向の表示位置は、虚像面21との交点に投影する第2の表示部20の表示領域20aの第2の映像の位置であるから、直線82a,82bをパネル30の面から対象の位置に反転した直線(すなわち、破線22a,22b)と第2の表示部20の表示領域20aとの交点を算出する。例えば、図4における直線82aと交差する実像面11の上端の水平走査ラインでは、破線22a上と第2の表示部20の表示領域20aとの交点が算出位置となる。同様に、直線82bと交差する実像面11の下端の水平走査ラインでは、破線22b上と第2の表示部20の表示領域20aとの交点が算出位置である。これらの各破線22a,22bは、パラメータテーブル154に格納しているパネル30の3次元位置情報と直線82a,82bを示す一次関数とから算出することができる。算出される各水平走査ラインの第2の表示部20の表示領域20a上の位置座標は、第2の映像データA21の表示位置と同義である。このため、算出される各水平走査ラインの第2の表示部20の表示領域20a上の位置座標を、第2の表示部20の表示領域20aにおける2次元座標に変換することで、入力された映像データA20に対する垂直方向の変倍率を得ることができる。
虚像面21に虚像21aを表示するために、第2の表示部20によって投影される映像の水平方向の変倍率の算出方法について説明する。観察者80にとって、対象となる表示領域は、直線遠近法により、手前に位置するほど拡大されて認識され、遠くにあるほど縮小されて認識される。そこで、実施の形態1の水平方向の水平走査ライン毎の変倍率は、観察者80から見たときの虚像面21と実像面11との距離の差分、すなわち、z軸方向の位置の違いを考慮して算出してもよい。
図5は、実施の形態1に係る映像表示装置100の映像処理部150における走査ライン毎の変倍率(縮小率)の算出方法の例を示す横断面図である。図5の例では、観察者80の視点81から見て実像面11が虚像面21より遠くに位置しているため、虚像を、水平方向、すなわち、x軸方向に縮小する必要がある。その縮小率を算出するには、実像面11の左右の端部から観察者80の視点81へと結ぶ直線と、虚像面21との交点を取り、2つの交点間の長さD2を求める。長さD2と入力された映像データA20に基づく水平方向のサイズとの比が求めるべき縮小率である。
図6は、実施の形態1に係る映像表示装置100の映像処理部150における走査ライン毎の変倍率(拡大率)の算出方法の例を示す横断面図である。図6の例では、観察者80の視点81から見て実像面11が虚像面21より近くに位置しているため、虚像を、水平方向、すなわち、x軸方向に拡大する必要がある。その拡大率を算出するには、実像面11の左右の端部から観察者80の視点81へと結ぶ直線を延長し、延長された直線と虚像面21との交点を取り、2つの交点間の長さD4を求める。長さD4と入力された映像データA20の水平方向のサイズとの比が求めるべき拡大率である。
なお、図5に示される水平方向のサイズD2は、所望の実像面11と虚像面21との距離であるD1aと比例関係にある。また、図6に示される水平方向のサイズD4は、所望の実像面11と虚像面21との距離であるD1bと比例関係にある。また、実像面11と虚像面21との距離は、垂直方向の変倍率の計算時に求めた3次元位置情報から算出できる。このため、水平方向の変倍率の計算も、パラメータ情報と視点81の位置情報、すなわち、図4に示される直線82a方向の距離D1aと図4に示される直線82b方向の距離D1bから算出可能である。
図3における変倍処理部151は、変倍率算出部152で求めた走査ライン毎の走査ライン方向の変倍率を用いて、入力された映像データA20に変倍処理を行う。この変倍処理では、例えば、映像データA20をメモリに保持し、映像データA20を垂直方向の変倍率に合わせた垂直方向の変倍、すなわち、走査ラインの間隔の変倍(例えば、縮小)後の映像データに変換し、水平走査ライン毎の水平走査方向の変倍率を用いて水平走査ライン毎の変倍処理を行う。また、変倍処理は、例えば、入力される映像データA20の全画素のデータを記憶部(図示せず)に保持し、全画素のデータに、変倍率情報から算出できる全画素についての射影変換行列を掛け合わせて行ってもよい。
図7は、実施の形態1に係る映像表示装置100によって表示される第1の映像及び第2の映像の例を示す図である。図7は、映像表示装置100が車両のインストルメントパネルに搭載された車載ディスプレイである場合を示している。観察者80は、例えば、車両の運転者である。図7は、車両の中央前方に映像表示装置100が配置されている場合を示している。実施の形態1による曲面形状のパネル30を利用することで、映像表示装置100は、車両に必要となる機能の配置スペースを圧迫しない小型の筐体サイズを実現することができる。また、曲面形状のパネル30により、車両のフロント面又はサイド面からの外光を観察者80である運転者に向けて反射することを抑制することができる。
図7における表示内容の例として、第1の表示部10には、地図におけるインフォメーション情報として、現在地情報111、目的地までの距離情報112、方向指示のアイコン113が表示されている。第2の表示部20によって表示される虚像は、地図画像121を含んでいる。実像面11と虚像面21を交差させることで、観察者80にとって地図上での奥行き感を直観的に感じ取ることが可能となり、地図上の方向指示内容を読み間違い難くする効果がある。また、実像面11と虚像面21を交差させることで、車両と地図表示内容との速度感の差異をなくして距離感を把握しやすくする効果がある。
図8は、実施の形態1に係る映像表示装置100の第2の表示部20に、表示される走査ライン毎の変倍処理を行っていない第2の映像(すなわち、比較例の第2の映像)の例を示す図である。図9は、実施の形態1に係る映像表示装置100の第2の表示部20に、図8に示される第2の映像(すなわち、比較例の第2の映像)を表示したときに観察者80が視認する虚像面21の虚像21aを示す図である。例えば、図8に示されるように、走査ライン毎の変倍処理が行われていない地図の映像データA20を第2の映像データA21として第2の表示部20に入力した場合、観察者80である運転者の視点81の位置から見える地図の虚像21aは、図9に示されるように、不自然に歪んだ形状になる。図9の例では、第2の表示部20の上端に近い位置の映像は水平走査方向に拡大されて表示される。この拡大率は、観察者80の視点81の位置により変化する。このため、例えば、視点81の位置を変化させると、観察者80は、図9に示される地図とは異なる形状の地図を虚像21aとして視認する。
図10は、実施の形態1に係る映像表示装置100の第2の表示部20に表示される、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像の例(すなわち、実施の形態1における第2の映像の例)を示す図である。図11は、実施の形態1に係る映像表示装置100の第2の表示部20に図10に示される第2の映像(すなわち、実施の形態1における第2の映像)を表示したときに、観察者80が視認する虚像21bを示す図である。映像処理部150の処理によって、図8の地図映像を図10のような第2の映像データA21に変換することにより、図9に示されるように見えていた不自然に歪んだ形状の虚像を、図11に示されるような適切な形状の虚像21bとして表示することができる。これにより、観察者80は、第1の表示部10の表示領域10aに表示された第1の映像と第2の表示部20の表示領域20aに表示された第2の映像とに基づく実像と虚像との交差角度と交差位置を視覚的に適切に認識することができる。
《1−3》効果
以上に説明したように、実施の形態1に係る映像表示装置100によれば、観察者80の視点81の位置が変化した場合であっても、観察者80は第1の表示部10に表示された第1の映像に基づく実像と第2の表示部20に表示された第2の映像に基づく虚像との立体感を適切に感じることができる。
また、実施の形態1においては、パネル30は、観察者80から見て凹面形状であるから、第2の表示部20を小型化することができ、その結果、映像表示装置100を小型化することができる。
また、従来の映像表示装置では、観察者80の感じる視覚的な立体感は、第1の表示部10と第2の表示部20とハーフミラーであるパネル30との位置関係にのみ依存しており、表示される映像の内容にかかわらず一定であった。これに対し、実施の形態1に係る映像表示装置100によれば、立体表現を変化させることができ、立体表現の幅を広げることができる。
《2》実施の形態2
図12は、本発明の実施の形態2に係る映像表示装置200の映像処理部250の要部の構成要素を示すブロック図である。図12に示されるように、映像処理部250は、入力された映像データA10に変倍処理、すなわち、拡大又は縮小の処理を行うことができる変倍処理部251と、変倍処理に用いる変倍率、すなわち、拡大率又は縮小率を決定する変倍率算出部252とを有する。映像処理部250は、第1の表示部10に表示される第1の映像を示す映像データA10と、観察者80の視点81の位置を取得するための位置情報取得部40から得られる視点81の位置情報B1とを受け取り、変倍処理が行われた第1の映像データA11を第1の表示部10に提供する。映像処理部250の変倍率算出部252は、視点81の位置情報に基づいて変倍率を算出する。変倍処理部251は、変倍率算出部252で決定された変倍率を受け取り、入力された映像データA10に変倍処理を行い、変倍処理が行われた第1の映像データA11を出力する。実施の形態2に係る映像表示装置200は、実像を表示する第1の表示部10に入力される映像データA10に対して映像処理部250による変倍処理を行い、交差する実像面11と虚像面21の成す交差角度を視点81の位置が変化しても一定に維持する。
図12には記載していないが、実施の形態2に係る映像表示装置200の映像処理部250は、実施の形態1における映像処理部150の構成をも有している。したがって、実施の形態2に係る映像表示装置200は、実施の形態1に係る映像表示装置100と同様に映像データA20に走査ライン毎の変倍処理を行うことができる。
第1の表示部10によって形成される実像面11は平面であるため、映像処理部250が行う第1の映像の変倍処理では、第2の映像の変倍処理の場合のように、走査ライン毎に変倍率を算出する必要はない。ただし、第1の映像の変倍処理に用いる変倍率を第2の映像の変倍処理における変倍率と同様に走査ライン毎に算出することも可能である。
図13は、実施の形態2に係る映像表示装置200の映像処理部250における変倍率の算出方法の例(すなわち、視点81が高い位置にある場合の例)を示す縦断面図である。図14は、実施の形態2に係る映像表示装置200の映像処理部250における変倍率の算出方法の例(すなわち、視点が低い位置にある場合の例)を示す縦断面図である。
映像処理部250は、実像面11と虚像面21との交差角度が、所望の角度に維持されるように、映像データA10を処理して第1の映像データA11を生成する。例えば、実像面11の傾きを変えると、第1の表示部10の表示領域10aのうちの、図13に示される視点81と実像面11の上端とを結ぶ直線83aの外側(すなわち、上側)の領域及び視点81と実像面11の下端とを結ぶ直線83bの外側(すなわち、下側)の領域の映像は、観察者80によって視認されない。同様に、実像面11の傾きを変えると、第1の表示部10の表示領域10aのうちの、図14に示される視点81と実像面11の上端とを結ぶ直線84aの外側(すなわち、上側)の領域及び視点81と実像面11の下端とを結ぶ直線84bの外側(すなわち、下側)の領域の映像は、観察者80によって視認されない。
さらに、実施の形態2においては、第1の表示部10が平面であることから、所望の実像面11も平面とすることにより、観察者80から見た実像面11上の位置と第1の表示部10上の対応する位置との3次元的な距離は、垂直方向(y方向)及び水平方向(x方向)の各方向に対して線形変化となる。そのため、変倍率算出部252における垂直方向(y方向)及び水平方向(x方向)の変倍率の算出では、各走査ライン毎の変倍率の算出は、必ずしも必要ではない。変倍率算出部252における垂直方向及び水平方向の変倍率の算出に際しては、視線82の方向における変倍率を算出し、直線83a,83bの間の画素(又は直線84a,84bの間の画素)の変倍率は、視線82の方向における変倍率に基づいて、線形変化を利用して算出すればよい。
図15は、実施の形態2に係る映像表示装置200の第1の表示部10の表示領域10aに表示される変倍処理が行われた第1の映像の例(すなわち、図13の場合の例)を示す図である。図16は、実施の形態2に係る映像表示装置200の第1の表示部10の表示領域10aに表示される変倍処理が行われた第1の映像の例(すなわち、図14の場合の例)を示す図である。観察者80の視点81の位置に基づいて表示領域の投影角度及び変倍率を変化させることで、虚像面21と一定の角度で交差して表現することが可能となる。
以上に説明したように、実施の形態2に係る映像表示装置200によれば、観察者80の視点81の位置が変化した場合であっても、観察者80は第1の表示部10に表示された第1の映像に基づく実像と第2の表示部20に表示された第2の映像に基づく虚像との立体感を適切に感じることができる。
上記以外の点について、実施の形態2に係る映像表示装置200は、実施の形態1に係る映像表示装置100と同じである。
《3》実施の形態3
図17は、本発明の実施の形態3に係る映像表示装置300の構成を概略的に示す図である。図17は、映像表示装置300の光学系を斜め上から見た構造と、視線82の方向に映像を見ている観察者80と、映像処理部350とを示している。図17において、図1に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図1に示される符号と同じ符号が付される。
図17に示されるように、実施の形態3に係る映像表示装置300は、映像を表示する表示領域10aを有する第1の表示部10と、映像を表示する表示領域20aを有する第2の表示部20と、光透過型反射パネルであるパネル31と、観察者80の眼の位置である視点81の位置情報を取得する位置情報取得部40と、第1の表示部10及び第2の表示部20に映像データを提供する映像処理部350とを有している。実施の形態3に係る映像表示装置300は、パネル31の形状の点において、実施の形態1に係る映像表示装置100と相違する。
図17の例では、パネル31は、観察者80の視点81から見て凹面形状である。パネル31は、左右方向に湾曲する凹面形状を有している。図17の例では、パネル31を、視点81からパネル31に向かう視線82を含む略水平な平面、すなわち、xz平面に略平行な平面で切る断面は円弧状である。また、パネル31を、視線82を含む略垂直な平面、すなわち、yz平面に平行な平面で切る断面は直線状である。実施の形態3の構成により、虚像面21が左右方向に伸長するため、第2の表示部20の小型化が可能となり、映像表示装置300の小型化が可能である。
図18は、実施の形態3に係る映像表示装置300の第2の表示部20に図8に示される第2の映像(すなわち、比較例の第2の映像)を表示したときに、観察者80が視認する虚像21cを示す図である。パネル31により、虚像面は、左右両方向に拡大され、かつ、左端に近づくほど又は右端に近づくほど虚像21cは垂直方向に大きく拡大されている。
また、虚像21cの拡大率は、観察者80の視点81の位置により変化し、視点81が映像表示装置300の中央よりも右側に位置すると虚像21cの右側の部分の拡大率が小さくなり、左側の部分の拡大率は大きくなる。逆に、視点81が映像表示装置300の中央よりも左側に位置すると虚像21cの左側の部分の拡大率は小さくなり、右側の部分の拡大率は大きくなる。
図19は、実施の形態3に係る映像表示装置300の第2の表示部20に表示される、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像の例(すなわち、実施の形態3における第2の映像データA21に基づく映像の例)を示す図である。なお、実施の形態3における映像処理部350の処理の目的は、実施の形態1の映像処理部150の処理の目的と同様であり、観察者80が認識する所望の虚像は、図11に示される虚像21bと同様である。つまり、実施の形態3においては、第2の表示部20の表示領域20aに、図19に示されるような垂直方向の縮小処理及び水平走査ライン毎の変倍処理が行われた映像を表示することで、図11に示される虚像21bのように、適切な立体感を感じさせることができる映像を観察者80に提供することができる。
以上に説明したように、実施の形態3に係る映像表示装置300によれば、観察者80の視点81の位置が変化した場合であっても、観察者80は第1の表示部10に表示された第1の映像に基づく実像と第2の表示部20に表示された第2の映像に基づく虚像との立体感を適切に感じることができる。
上記以外の点について、実施の形態3に係る映像表示装置300は、実施の形態1に係る映像表示装置100と同じである。
《4》実施の形態4
図20は、本発明の実施の形態4に係る映像表示装置の映像処理部450の要部の構成要素を示すブロック図である。実施の形態4に係る映像表示装置は、車両(例えば、自動車)のインストルメントパネルに搭載されており、車両の走行状態を示す車両情報E1に基づいて映像の表示方法を切り替える。実施の形態4に係る映像表示装置は、映像処理部450が車両の走行状態を示す車両情報E1に基づいた処理を行う点において、実施の形態1に係る映像表示装置100と相違する。なお、図20には、車両情報E1に基づいて映像データA20の変倍処理を行う構成が示されているが、映像データA20の変倍処理の代わりに、又は、映像データA20の変倍処理に加えて、映像データA10の変倍処理を行ってもよい。
図20に示されるように、映像処理部450は、入力された映像データA20に走査ライン毎の変倍処理、すなわち、走査ライン毎の拡大又は縮小の処理を行うことができる変倍処理部451と、変倍処理に用いる変倍率、すなわち、拡大率又は縮小率を決定する変倍率算出部452と、変倍率の決定に用いられる参照情報をパラメータテーブル454として格納する記憶部453とを有する。映像処理部450は、第2の表示部20に表示される第2の映像を示す第2の映像データと、観察者80の視点81の位置を取得するための位置情報取得部40から得られる視点81の位置情報と、映像表示装置が搭載される車両の状態を示す車両情報E1を取得する車両情報取得部455から車両情報E1(例えば、走行速度情報)を受け取り、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像データA21を第2の表示部20に提供する。映像処理部450の変倍率算出部452は、視点81の位置情報と記憶部453に格納されているパラメータテーブル454の情報と、車両情報E1とに基づいて、走査ライン毎の変倍率を算出する。走査ライン毎は、例えば、複数の画素を含む水平走査ライン毎である。走査ライン毎は、複数の画素を含む垂直走査ライン毎とすることも可能である。変倍処理部451は、変倍率算出部452で決定された走査ライン毎の変倍率を受け取り、入力された映像データA20に変倍処理を行い、走査ライン毎の変倍処理が行われた第2の映像データA21を出力する。
映像処理部450は、例えば、車両のナビゲーション案内表示において、2つの表示映像の交差位置と方向指示位置が一致するように、ナビゲーション情報とパラメータとを連動させる。
図21は、実施の形態4に係る映像表示装置において観察者80が視認する実像11及び虚像21の例(すなわち、車両の走行速度が遅い場合の例)を示す図である。図22は、実施の形態4に係る映像表示装置における観察者80が視認する実像11及び虚像21の例(すなわち、車両の走行速度が速い場合の例)を示す図である。方向点灯表示及び速度メーターなどの計器表示11dは、第1の表示部10により観察者80から垂直に見えるよう表示されている。矢印等のナビゲーション表示及びマップ情報等の道路標示21dは、映像処理部450によって、所望の虚像面21となるよう表示される。
図21に示されるように、車両の走行速度が低速の場合、第1の表示部10が表示する実像11を表示する実像面と虚像21を表示する虚像面との成す角度を小さくすることで、ナビゲーション表示及び道路標示21dが視認する奥行き感を小さくする。この奥行き感により、低速走行時のナビゲーション表示及び道路標示21dにおいて、車両の位置と実際の道路との位置関係を知覚することができる。
図22に示されるように、車両の走行速度が高速の場合、第1の表示部10が表示する実像11を表示する実像面と虚像21を表示する虚像面との成す角度を大きくすることで、ナビゲーション表示及び道路標示21dが視認する奥行き感を大きくする。この奥行き感により、高速走行時のナビゲーション表示及び道路標示21dにおいては、車両の位置と実際の道路との位置関係を知覚することができる。観察者80である運転者は、虚像21の傾きによって、高速走行時であることを把握し、目標位置(例えば、交差点など)までの距離が遠い段階でナビゲーション表示の指示を受けて、早期に運転上の調整(例えば、車線変更、減速など)を行うことができる。
以上に説明したように、実施の形態4に係る映像表示装置によれば、観察者80の視点81の位置が変化した場合であっても、観察者80は第1の表示部10に表示された第1の映像に基づく実像と第2の表示部20に表示された第2の映像に基づく虚像との立体感を適切に感じることができる。
上記以外の点について、実施の形態4に係る映像表示装置は、実施の形態1に係る映像表示装置100と同じである。
《5》変形例
図23は、上記実施の形態1から4の変形例に係る映像表示装置の映像処理部のハードウェア構成を概略的に示す図である。図3、図12、図17、及び図20に示される映像処理部150,250,350,450は、集積回路で構成可能であるが、ソフトウェアとしてのプログラムを格納する記憶装置としてのメモリ91と、メモリ91に格納されたプログラムを実行する情報処理部としてのプロセッサ92とを用いて(例えば、コンピュータにより)実現してもよい。また、映像処理部150,250,350,450の一部を、図23に示されるメモリ91とプログラムを実行するプロセッサ92とによって実現してもよい。
また、パネル30又は31を半球形状の凹面形状のパネルとすることも可能である。この場合、パネル30又は31の上下左右に第2の表示部20を配置することで、半球形状の中心位置から離れるほど、拡大率の大きい虚像が表示される。
また、上記実施の形態1から4に係る映像表示装置の構成要素は、互いに適宜組み合わせることが可能である。
10 第1の表示部、 10a 表示領域、 11 実像面、 20 第2の表示部、 20a 表示領域、 21 虚像面、 21a 虚像、 30,31 パネル、 40 位置情報取得部、 80 観察者、 81 視点、 82 視線、 100,200,300 映像表示装置、 150,250,350,450 映像処理部、 A10 映像データ、 A11 第1の映像データ、 A20 映像データ、 A21 第2の映像データ、 B1 位置情報。

Claims (11)

  1. 入射する光を透過及び反射させる曲面形状のパネルと、
    第1の映像データに基づく第1の映像であって、前記パネルを通して予め決められた位置に到達する前記第1の映像を表示する第1の表示部と、
    第2の映像データに基づく第2の映像であって、前記パネルで反射して前記予め決められた位置に到達する前記第2の映像を表示する第2の表示部と、
    前記第1の映像及び前記第2の映像を観察する観察者の実際の視点の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、
    前記位置情報に基づいて前記第2の映像データの走査ライン毎の変倍率を決定し、前記変倍率を用いて前記第2の表示部に入力される前記第2の映像データに前記走査ライン毎の変倍処理を施す映像処理部と、
    を有することを特徴とする映像表示装置。
  2. 前記パネルは、前記視点から見て凹面形状であることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
  3. 前記パネルは、前記視点から前記パネルに向かう視線を含む水平面で切る断面が直線状であり、前記視線を含む垂直面で切る断面が円弧状であることを特徴とする請求項2に記載の映像表示装置。
  4. 前記走査ライン毎の変倍処理は、水平走査ライン方向の変倍処理であることを特徴とする請求項3に記載の映像表示装置。
  5. 前記パネルは、前記視点から前記パネルに向かう視線を含む水平面で切る断面が円弧状であり、前記視線を含む垂直面で切る断面が直線状であることを特徴とする請求項2に記載の映像表示装置。
  6. 前記走査ライン毎の変倍処理は、垂直走査ライン方向の変倍処理であることを特徴とする請求項5に記載の映像表示装置。
  7. 前記映像処理部は、前記第1の映像データに基づく前記第1の映像を変倍する処理を行うことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の映像表示装置。
  8. 前記映像処理部は、前記観察者によって前記第1の映像に対応する実像が存在すると認識される実像面と前記観察者によって前記第2の映像に対応する虚像が存在すると認識される虚像面とが交差するように、前記走査ライン毎の変倍処理を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の映像表示装置。
  9. 前記映像処理部は、前記観察者によって前記第1の映像に対応する実像が存在すると認識される実像面と前記観察者によって前記第2の映像に対応する虚像が存在すると認識される虚像面とが交差するように、且つ前記実像面と前記虚像面とが成す角度が一定に維持されるように、前記走査ライン毎の変倍処理を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の映像表示装置。
  10. 前記映像処理部は、
    前記位置情報と前記虚像面との関係を示す参照情報をデータベースとして予め格納する記憶部と、
    前記位置情報取得部によって取得された位置情報と前記データベースの参照情報とに基づいて前記走査ライン毎の変倍率を算出する変倍率算出部と、
    を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の映像表示装置。
  11. 前記映像表示装置が搭載される車両の状態を示す車両情報を取得する車両情報取得部と、
    前記車両情報に基づいて前記走査ライン毎の変倍率を算出する変倍率算出部と、
    を有することを特徴とする請求項8又は9に記載の映像表示装置。
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