KR20110079765A

KR20110079765A - 시표 제시 장치, 화상 표시 시스템 및 차량탑재용 표시 장치

Info

Publication number: KR20110079765A
Application number: KR1020117012158A
Authority: KR
Inventors: 유스케 스즈키; 쇼고 후쿠시마
Original assignee: 파나소닉 전공 주식회사
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-07-07
Also published as: CA2742155A1; CN102196788A; EP2351544A4; JPWO2010050459A1; US20110205633A1; WO2010050459A1; EP2351544A1; TW201018960A

Abstract

시표 제시 장치는, 오목거울과 하프 미러(3)와 이동 장치(4)를 포함하고 있다. 오목거울은, 화상 표시 장치(1)에 표시되는 화상의 허상을 관측자에게 제시한다. 상기 오목거울은, 화상 표시 장치와 오목거울 사이의 광학 거리가 초점 거리보다 짧도록 설치되어 있다. 하프 미러는, 오목거울의 광축에 경사져서 교차하도록 설치되어 있다. 오목거울(2)의 Lx는, 관측자의 관측 위치를 통과한다. 이동 장치는, 화상 표시 장치를 이동시킴으로써, 오목거울의 초점 거리보다 짧게 설정된 범위 내에서 상기 광학 거리를 변화시킨다. 이때, 상기 광학 거리가 멀어질 때 상기 허상의 이동 속도가 상승하도록, 이동 장치는 화상 표시 장치를 이동시킨다. 이로써, 관측자의 초점 조절 기능의 피로를 저감시킨다.

Description

시표 제시 장치, 화상 표시 시스템 및 차량탑재용 표시 장치{TARGET PRESENTATION DEVICE, IMAGE DISPLAY SYSTEM, AND VEHICLE-MOUNTED DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 관측자에게 시표(target)를 제시하는 시표 제시 장치, 화상 표시 시스템 및 차량탑재용 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 정보 기술의 진보에 따라 시각 단말기 장치(예를 들면, 퍼스널 컴퓨터의 모니터 등)를 사용한 작업(이하 시각 단말기 장치와 함께 작업하는 것을 VDT 작업이라고 함)이 증가하고 있다. 이 정보 기술의 진보에 의해, 작업 효율 및 작업 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

그런데 장시간의 VDT 작업은, 작업자에게 눈의 피로를 부여한다. 동일한 눈의 피로는, 텔레비전 모니터를 장시간에 걸쳐서 시청한 경우 등에 도 생긴다.

다음에, 사람의 눈에 대하여 설명한다. 도 16은 사람의 눈의 구조를 나타낸다. 모양체근(musculus ciliaris)(진대(zinn's zonule)를 포함함)(65)는, 수정체(62)의 굴절력을 변화시켜, 수정체(62)의 두께를 조정하는 기능을 가진다. 결과적으로, 주시 물체로부터 발해진 광선 L이 각막(60), 동공(61), 수정체(62), 초자체(63)를 순서대로 통하여 망막(64) 상에 결상한다. 이 기능을, 초점 조절 기능(focusing function)이라 한다. 환언하면, 초점 조절 기능(초점 조절 기구)이란, 수정체(62)와 시표 사이의 거리에 따라 수정체(62)의 굴절력을 변화시킴으로써, 항상 망막(64) 상에서 상을 결상시키는 기능(기구)을 말한다.

일반적으로, 시각 단말기 장치 또는 텔레비전 모니터의 표시 화면을 작업자가 근거리로 주시하는 경우, 초점 조절 기능의 구동원인 모양체근(65)이 긴장 상태로 된다. 근방에 초점을 맞출 때 부교감 신경은 이상 흥분하게 된다. 또한, 근방에 초점을 맞출 때, 모양체근(65)이 긴장 상태로 된다. 이러한 상태는 안정피로의 한 요인이 된다. 긴장 상태가 장시간 계속되면, 모양체근(65)의 초점 조절 기능이 일시적으로 저하된다.

그래서, 일본특허출원 제3766681B 공보(이하 특허 문헌 1이라 함)에는, 눈의 초점 조절 기능의 활발한 활동을 촉구하여 시력을 회복하기 위한 시표 제시 장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 1의 시표 제시 장치는, 시표를 주시하는 관측자의 시선 상에서 시표를 원근 방향으로 반복 이동시킨다. 이 방법에서, 시표 제시 장치는 관측자의 눈의 초점 조절 기능을 활성화시킨다.

그런데 특허 문헌 1의 시표 제시 장치와 같이, 피로한 눈의 초점 조절 기능에 자극을 부여하여 활성을 촉구하는 방법보다, 오히려, VDT 작업이나 시청 행위를 통하여, 항상 눈의 초점 조절 기능에 자극을 계속 주는 것으로, 눈의 피로를 미리 막는 방법 쪽이, 더 이상적인 눈의 피로 방지 방법인 것으로 생각된다. 이를 위해서는, 일반의 VDT 작업장이나 가정으로의 도입을 고려하여, 시표 제시 장치는 소형인 것이 바람직하다. 또한, 작업성이나 육안관찰성(visibility)을 생각하면, 관측자의 망막 상에서, 상은 일정한 크기 이상일 필요가 있다.

그러나 특허 문헌 1의 시표 제시 장치에서는, 장치의 전체 길이가 시표의 이동 거리와 동등하게 되어 있다. 따라서, 눈의 피로를 저감시키는 충분한 효과를 관측자가 얻기 위해서는, 시표를 수 미터 규모로 이동시킬 필요가 있다. 그러므로 특허 문헌 1의 시표 제시 장치에서는, 장치 전체가 대형화되는 문제가 있었다. 또한, 일정한 크기의 화상을 표시하고 있는 물체가 이동하는 경우, 관측자의 망막 상에서의 표시 화상의 크기는, 물체의 위치에 따라 극단적으로 변화한다. 상기 표시 화상의 크기의 변화를 화상의 표시 사이즈 변화 등의 방법으로 해결하는 것은 곤란하다.

이 문제점을 해결하는 장치로서, 오목거울을 사용한 시표 제시 장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 출원 공개 H6-7411A 공보(이하 특허 문헌 2라고 함)참조). 이 시표 제시 장치는, 오목거울에 의해 확대되어 결상되는 허상을 시표로서 관측자에게 제시한다.

도 17은 오목거울(70)을 사용한 화상 표시의 원리를 나타낸다. 오목거울(70)의 경면(반사면으로 구성)은 구면이다. F는 오목거울(70)의 초점 위치이다. 실상(real image)인 물체 A가 오목거울(70)의 초점 위치 F보다 오목거울(70) 측(도 17의 우측)에 있을 때, 오목거울(70)에 형성되는 상은 B에 의해 표현되는 정립 허상(erected virtual image)이 된다. (환언하면, 물체 A가 도 17의 우측에 있을 때, 오목거울(70)은 B에 의해 표현되는 정립 허상을 형성한다.) 거리 b, 거리 a, 및 초점 거리 f 간의 관계는 이하의 수학식 1로 설명된다.

(수학식 1)

b=a×f/(a―f)

로 표현된다. 거리 b는 오목거울(70)과 허상 B 사이의 거리이다.

거리 a는 오목거울(70)과 물체 A사이의 거리이다.

심볼 f는 초점 거리이다.

또한, "허상 B의 크기 B₁ 및 B₂"와 "물체 A의 크기 A₁ 및 A₂" 간의 관계는,

(수학식 2)

B₁B₂=A₁A₂×|f|/|a―f|

로 된다.

상기 시표 제시 장치에서는, 오목거울(70)의 중심점 O와 초점 위치 F와의 범위 내에서 물체 A를 이동시킨 때 형성되는 허상 B를 관측 대상으로 한다. 이로써, 물체 A의 작은 이동에 대하여, (관측된 시표인) 허상 B의 큰 이동을 실현할 수 있고, 시력 저하 방지를 목적으로 하는 시각 장치로 할 수 있다. 상기 시표 제시 장치의 실시 가능한 예로서, 예를 들면, f가 150mm이고, 곡률 반경 300mm의 구면에 의해 구성되는 오목거울(70)을 사용한 경우, a=100mm일 때 b=―0.3m로 되고, a=148mm일 때 b=―11.0m가 된다. 허상 B는, 물체 A의 이동에 비하여, 매우 큰 이동을 실현할 수 있다. 즉, 물체 A의 작은 이동으로, 관측 대상인 허상 B의 큰 이동을 실현할 수 있다. 따라서, 물체 A와 오목거울(70) 사이의 거리 a를 변화시킴으로써, 물체의 허상 B를 주시하는 관측자의 눈의 초점 조절 기능에 자극을 부여할 수 있다.

또한, 물체 A가 초점 위치 F에 가까워져 허상 B가 원점에 가까워짐에 따라, 물체 A에 대한 허상 B의 확대율은 커진다. 그 결과, 거리 b가 변화되어도, 관측자의 눈의 망막 상에서의 허상 B의 크기는 대략 일정해진다.

전술한 바와 같이 오목거울(70)을 사용한 시표 제시 장치에서는, 물체 A와 오목거울(70) 사이의 거리 a를 연속적으로 변화시킴으로써, 물체 A의 허상 B를 주시하는 관측자의 초점 조절 기능에 자극을 계속 줄 수가 있다. 그 결과, 오목거울(70)을 사용한 시표 제시 장치에서는, 물체 A와 오목거울(70) 사이의 광학 거리를 변화시킴으로써, 눈의 초점 조절 기능의 피로를 저감할 수 있다. 그리고 상기와 같은 시표 제시 장치에서는, 관측자의 쾌적성을 감안하여, 양 눈에 의해 허상 B를 관찰하는 형태가 채용되고 있다.

그런데 도 17에 나타낸 바와 같이 물체 A와 오목거울(70)이 배치된 경우, 허상 B를 주시하는 관측자의 시선을 물체 A가 차단한다는 문제가 있었다.

이 문제점을 해결하는 수단의 일례(예를 들면, 특허 문헌 2, 일본 특허 출원 공개 일본공개특허 제11―244239호 공보(이하 특허 문헌 3이라 함), 일본 특허 출원 공개 일본공개특허 제2000―171751호 공보(이하 특허 문헌 4라 함) 참조)를 도 18에 나타낸다. 도 18에서는, 오목거울(70)의 광축 Lx에 경사져서 교차하는 하프 미러(71)가 오목거울(70)과 관측자 P사이에 배치되어 있다. 물체 A로부터의 광선이 하프 미러(71)와 오목거울(70)을 향해 오목거울(70)의 광축 방향으로 반사하도록 설치하면, 물체 A로부터의 광선이 하프 미러(71)에 의해 반사되고, 오목거울(70)에 의해 물체 A의 허상이 형성된다. 또한, 관측자 P는, 하프 미러(71)를 투과한 허상을 관측할 수 있다.

특허 문헌 2에는, 오목거울과 하프 미러를 사용한 장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 2의 장치는, 비행 시뮬레이터나 우주 도킹 시뮬레이터 등의 각종 시뮬레이터에 있어서, 표시 물건의 허상의 결상 거리를 표시 물건의 실제 거리에 일치시킴으로써, 시뮬레이터의 효과를 향상시킬 수 있다.

특허 문헌 3에는 시력 측정 장치(optometer)가 개시되어 있다. 이 시력 측정 장치는 소형이며 또한, 다양한 시 거리에서의 시력 측정을 행하기 위해, 오목거울의 원리를 사용한다.

그러나 종래의 시표 제시 장치를 사용한 경우, 관측자 P는, 시표인 허상이 멀어져도 수정체의 굴절력을 바꿀 수가 없다. 그러므로 모양체근은 긴장 상태인 채로 되고, 초점 조절 기능의 피로를 저감시키는 효과가 작다.

본 발명은 상기한 점을 감안한 것이다. 본 발명의 목적은, 관측자의 초점 조절 기능의 피로를 충분히 저감시킬 수 있는 시표 제시 장치, 화상 표시 시스템 및 차량탑재용 표시 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 시표 제시 장치는, 물체의 허상을 시표로서 관측자에게 제시하는 장치이다. 상기 시표 제시 장치는, 오목거울과 거리 조정 수단을 포함한다. 상기 오목거울은, 상기 오목거울과 상기 물체 사이의 광학 거리가 상기 오목거울의 초점 거리보다 짧도록 설치되고, 상기 허상을 형성한다. 상기 거리 조정 수단은, 상기 오목거울의 초점 거리보다 짧게 설정된 범위 내에서 상기 광학 거리를 변화시켜, 상기 허상 위치가 멀어질 때 상기 허상의 이동 속도를 상승시키도록 구성된다.

상기 물체란, 예를 들면, 화상이나 상기 화상을 표시하는 화상 표시 장치, 입체물 등을 말한다. 화상에는, 동영상(영상), 정지화상(사진, 그림) 등이 있다. 이하의 기재에 있어서도 마찬가지이다.

이 구성에 의하면, 허상 위치가 멀어질 때 허상의 이동 속도를 상승시킴으로써, 허상이 관측점의 가까이에 있을 때뿐만 아니라 관측점으로부터 멀어졌을 때에도, 관측자의 수정체에서의 굴절력의 시간 변화를 일정하게 할 수 있다. 이로써, 관측자의 초점 조절 기능의 피로를 충분히 저감시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 시표 제시 장치는, 상기 오목거울의 광축에 대해 경사지게 설치된 하프 미러를 구비한다. 상기 물체는, 상기 하프 미러의 오목거울 측에서 반사하여 상기 오목거울에 투영되고, 상기 하프 미러를 통하여 상기 물체의 허상이 상기 관측자에게 제시 되도록 배치된다.

이 구성에 의하면, 하프 미러가 오목거울의 광축에 경사지게 교차함으로써, 시표인 허상을 관측자에게 제시하는 데 있어서, 물체 그 자체가 방해가 되는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 거리 조정 수단은, 상기 물체를 이동시킨다.

이 구성에 의하면, 거리 조정 수단이 물체를 이동시킴으로써, 물체의 허상을 이동시킬 수 있으므로, 오목거울의 이동에 의해 허상을 이동시키는 경우와 비교하여, 관측자의 눈의 위치를 바꿀 필요가 없다. 즉, 관측자는 같은 관측점에서 시표를 육안으로 관찰할 수 있다.

바람직하게는, 상기 거리 조정 수단은, 상기 광학 거리가 멀어질 때 상기 물체의 이동 속도를 상승시킨다.

이 구성에 의하면, 허상이 관측점으로부터 멀어질 때 허상의 이동 속도를 상승시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 오목거울의 전방에 관측점이 위치하고, 상기 거리 조정 수단은, 상기 관측점과 상기 물체의 허상 사이의 거리의 역수의 시간 변화가 일정하게 되도록 상기 물체를 이동시킨다.

이 구성에 의하면, 관측점과 물체의 허상 사이의 거리의 역수의 시간 변화가 일정하게 되도록 물체를 이동시킴으로써, 허상이 관측점으로부터 멀어질 때 허상의 이동 속도를 보다 효과적으로 상승시킬 수 있으므로, 관측자의 초점 조절 기능의 피로를 보다 저감시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 거리 조정 수단은, 상기 시표가 왕복 운동을 반복하도록 상기 광학 거리를 변화시킨다.

이 구성에 의하면, 시표가 왕복 운동을 반복함으로써, 관측자의 수정체의 굴절력을 효과적으로 변화시킬 수 있으므로, 관측자의 초점 조절 기능의 피로를 더욱 저감시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 거리 조정 수단은, 상기 시표를 주기적으로 이동시킨다.

이 구성에 의하면, 시표가 주기적으로 왕복 운동함으로써, 관측자의 수정체의 굴절력를 더 자주 변화시킬 수 있으므로, 관측자의 초점 조절 기능의 피로를 더 저감시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 거리 조정 수단은, 상기 시표를 연속적으로 이동시킨다.

이 구성에 의하면, 시표가 연속적으로 이동함으로써, 물체의 허상을 서서히 이동시킬 수 있으므로, 물체의 허상의 이동을 관측자가 알아차릴 수 없게 하면서 이동시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 시표 제시 장치는, 상기 물체로서의 화상을 표시하는 평판 디스플레이를 구비한다.

이 구성에 의하면, 물체인 화상을 표시하는 수단으로서 평판 디스플레이를 구비함으로써, 곡면 패널에 비하여, 광학적으로 우수한 구성으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 시표 제시 장치는, 상기 허상의 왜곡을 저감시키는 저감 수단을 포함한다.

이 구성에 의하면, 시표가 되는 허상의 왜곡을 저감시킴으로써, 관측자에 대하여, 시표의 왜곡에 관계없이, 눈의 초점 조절 기능의 피로 방지 효과를 부여할 수 있다.

바람직하게는, 상기 저감 수단은, 상기 오목거울을 사용하여 형성되고, 상기 오목거울은, 상기 허상의 왜곡을 저감시키도록 경면이 비구면으로 형성되어 있다.

이 구성에 의하면, 오목거울의 경면을 비구면으로 함으로써, 물체의 표면이 평면 또는 곡면이어도, 시표의 왜곡의 저감 효과를 높일 수 있다.

바람직하게는, 상기 오목거울은, 상기 경면의 곡률 반경이 상기 경면의 중앙부만큼 크다.

이 구성에 의하면, 오목거울의 경면의 중앙부만큼 곡률 반경을 크게 함으로써, 시표의 왜곡을 더 작게 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 오목거울은, 관측자의 양 눈을 연결하는 제1 방향에서 경면의 단부의 곡률반경에 대한 경면의 중앙부의 곡률반경의 제1 비율을 가진다. 상기 오목거울은, 제1 방향과 직교하는 제2 방향에서 경면의 단부의 곡률반경에 대한 경면의 중앙부의 곡률반경의 제2 비율을 가진다. 상기 오목거울이 상기 관측자에게 상기 시표를 제시할 때, 상기 제1 비율이 상기 제2 비율보다 크다.

이 경우, 관측자의 양 눈을 연결하는 제1 방향 쪽이 제1 방향과 직교하는 제2 방향과 비교하여, 경면에 있어서 단부의 곡률 반경에 대한 중앙부의 곡률 반경의 비율이 커지는 것에 따라서, 제1 방향의 시표의 왜곡을 제2 방향의 시표의 왜곡에 비해 더 작게 하는 것이 가능하므로, 양안 시차(binocular disparity)에 의해 허상이 입체적으로 보이는 것을 억제할 수 있다.

바람직하게는, 상기 저감 수단은, 상기 물체를 사용하여 형성되고, 상기 물체는, 상기 허상의 왜곡을 저감시키도록 표면이 곡면으로 형성되어 있다.

이 구성에 의하면, 물체의 표면을 곡면으로 함으로써, 오목거울의 경면이 구면 또는 비구면이어도, 시표의 왜곡의 저감 효과를 높일 수 있다.

바람직하게는, 상기 물체는, 상기 오목거울 측으로 돌출하는 볼록면을 가진다.

이 구성에 의하면, 물체가 오목거울 측으로 돌출하는 볼록면을 가지는 것에 의해, 시표의 왜곡을 더욱 작게 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 물체는, 원통형으로 만곡되어 형성되고, 상기 물체의 축 방향은, 상기 관측자에게 상기 시표를 제시할 때, 상기 관측자의 양 눈을 연결하는 방향과 직교한다.

이 구성에 의하면, 오목거울에 물체가 투영된 때 관측자의 양 눈을 연결하는 방향에 있어서, 허상의 왜곡을 특히 작게 할 수 있으므로, 허상이 양안 시차에 의해 허상이 입체적으로 보이는 것을 억제할 수 있다.

바람직하게는, 상기 시표 제시 장치는, 화상을 표시하는 평판 디스플레이를 구비하고, 상기 저감 수단은, 상기 물체를 사용하여 형성되고, 상기 물체는, 상기 평판 디스플레이에 표시되는 화상이며, 상기 화상은, 상기 오목거울에 투영되는 상기 허상의 왜곡을 저감시키도록 미리 변형되어 있다.

이 구성에 의하면, 평판에 표시되는 화상을 미리 변형함으로써, 오목거울의 경면이 구면이거나 비구면이어도, 시표의 왜곡의 저감 효과를 높일 수 있다.

본 발명에 관한 화상 표시 시스템은, 상기 시표 제시 장치와, 화상을 표시하는 화상 표시 장치를 구비한다. 상기 시표 제시 장치는, 상기 화상 표시 장치로 표시된 화상의 허상을 상기 시표로서 상기 관측자에게 제시한다.

본 발명에 관한 차량탑재용 표시 장치는, 상기 시표 제시 장치와, 운전에 관한 정보를 제공하는 화상 표시 장치를 구비한다. 상기 시표 제시 장치는, 상기 화상 표시 장치로 제공된 상기 정보의 허상을 상기 시표로서 상기 관측자에게 제시한다.

바람직하게는, 상기 시표 제시 장치는, 상기 관측자의 시 거리를 추정하는 시 거리 추정 장치를 구비하고, 상기 관측자의 시 거리가 길어지면 상기 허상의 시 거리가 길어지도록, 상기 화상 표시 장치와 상기 오목거울 사이의 광학 거리를 변화시킨다.

이 구성에 의하면, 운전자(관측자)가 운전중에 주시하는 전방의 시 거리와, 운전에 관한 정보의 시 거리를 일치시킴으로써, 운전자에 의한 초점 조절에 따른 피로를 저감시킬 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 관한 시표 제시 장치의 구성을 나타낸 외관도이다.
도 2는 위의 실시예에 관한 시표 제시 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 위의 실시예에 관한 시표 제시 장치에 있어서 허상의 이동 속도를 나타낸 도면이다.
도 4는 위의 실시예에 관한 시표 제시 장치에 있어서 허상의 이동 속도의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 제2 실시예에 관한 시표 제시 장치의 각 설계 파라미터를 나타낸 도면이다.
도 6a는 위의 실시예에 관한 시표 제시 장치의 허상의 결상점을 나타낸 도면이다.
도 6b는 임의의 x에서의 확률 분포를 나타낸 도면이다.
도 7은 위의 실시예에 관한 시표 제시 장치의 허상의 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 제3 실시예에 관한 시표 제시 장치의 허상의 형상을 나타낸 도면이다.
도 9는 제4 실시예에 관한 시표 제시 장치의 허상의 형상을 나타낸 도면이다.
도 10은 제5 실시예에 관한 시표 제시 장치의 각 설계 파라미터를 나타낸 도면이다.
도 11은 위의 실시예에 관한 시표 제시 장치의 화상 표시 장치의 형상을 나타낸 도면이다.
도 12는 위의 실시예에 관한 시표 제시 장치의 허상의 형상을 나타낸 도면이다.
도 13은 제8 실시예의 배치 도면이다.
도 14는 상기의 외관도이다.
도 15a는 제9 실시예에 있어서, 먼 곳의 육안 관찰 시의 경우의 도면이다.
도 15b는 위의 실시예에 있어서, 근방의 육안 관찰 시의 경우의 도면이다.
도 16은 사람의 안구의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 17은 오목거울의 원리를 나타낸 도면이다.
도 18은 오목거울과 하프 미러를 사용한 구성을 나타낸 도면이다.
도 19는 단시 궤적에 대하여 설명하는 도면이다.
도 20은 종래의 시표 제시 장치에 있어서의 허상의 왜곡을 나타낸 도면이다.

(제1 실시예)

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 관한 시표 제시 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 관한 시표 제시 장치의 구성을 나타낸다. 이 시표 제시 장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 화상 표시 장치(영상 표시 장치)(1)와 오목거울(2)과 하프 미러(3)와 이동 장치(4)를 구비하고 있다. 화상 표시 장치(1)는, 화상 표시면(영상 표시면)(10)에 화상(영상)을 표시하도록 구성되어 있다. 오목거울(2)은, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리가 초점 거리보다 짧도록 설치되어 있다. 하프 미러(3)는, 오목거울(2)의 광축 Lx에 경사져서 교차하도록 설치되어 있다. 오목거울(2)의 광축 Lx는, 관측자 P의 관측 위치(이하 관측점이라고 함)를 통과한다. 이동 장치(4)는, 화상 표시 장치(1)를 이동시키도록 구성되어 있다. 본 실시예의 시표 제시 장치는, 오목거울(2)에 의해 결상되는 허상 B(도 17 참조)를 형성하도록 구성된다. 결과적으로, 본 실시예의 시표 제시 장치는 허상 B를 시표로서 관측자 P에 제시한다.

본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 오목거울(2)에서의 허상의 왜곡을 저감시키기 위해, 화상 표시면(10)이 평면인 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 예를 들면, 액정 패널이나 유기 전계 발광(Organic Electro―Luminescence) 디스플레이 등의 소형의 평판 디스플레이이다. 화상 표시 장치(1)에 표시되는 화상 내용은, 특별히 한정되는 내용이 아니고, 예를 들면, 문서나 정지화상(사진, 그림), 동영상(영상), 게임 등, 관측자 P의 기호에 따른 내용으로 된다. 화상 표시 장치(1)는, 표시 화상의 전환이나 표시 화상에 대한 화상 처리 등을 용이하게 제어할 수 있다. 그리고 본 실시예의 화상은, 본 발명의 물체에 상당한다.

또한, 화상 표시 장치(1)는, 후술하는 허상 위치에 따른 화상의 왜곡이나 명도, 표시 사이즈를 보정하는 제어 장치(도시하지 않음)를 구비함으로써, 허상의 이동에 대한 관측자 P의 의식을 저감시킬 수 있고, 종래의 VDT나 텔레비전 모니터와 마찬가지로, 관측자 P에 대하여 VDT 작업이나 시청 행위에 집중시킬 수 있다.

또한, 화상 표시 장치(1)는, 관측자 P에 대하여 일정한 밝기의 허상 B를 제시하기 위해, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리(오목거울(2)에 대한 화상 표시 장치(1)의 상대 위치)에 따라 표시 화상의 밝기를 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 화상 표시 장치(1)는, 관측자 P의 기호에 따라 표시 화상의 밝기를 변화시키는 것이 가능하다.

오목거울(2)은, 화상 표시 장치(1)에 표시되는 화상을 반사시켜, 하프 미러(3)를 통하여 화상의 허상 B(도 17참조)를 시표로서 관측자 P에 제시하도록 구성되어 있다. 관측자 P의 관측 위치인 관측점은, 오목거울(2)의 전방(도 1의 좌측)에 위치한다.

하프 미러(3)는, 오목거울(2)의 광축 Lx에 45도의 각도로 교차하도록 설치되어 있다. 화상 표시 장치(1)에 표시되는 화상은, 하프 미러(3)에 있어서 오목거울(2)을 향해 오목거울(2)의 광축 Lx의 방향으로 반사한다. 화상의 허상 B는, 하프 미러(3)를 투과하여 관측자 P에 제시된다.

상기와 같은 화상 표시 장치(1), 오목거울(2) 및 하프 미러(3)의 배치에 의해, 화상 표시 장치(1)에 표시되는 화상이 하프 미러(3)의 오목거울(2) 측에서 반사하여 오목거울(2)에 투영되고, 하프 미러(3)를 통하여 상기 화상의 허상 B를 관측자 P가 육안 관찰 가능하게 된다. 이로써, 관측자 P와 오목거울(2) 사이에 화상 표시 장치(1)가 설치되도록 한 구조와는 상이하고, 관측자 P의 시선을 화상 표시 장치(1)가 차단하지 않는다.

이동 장치(4)는, 화상 표시 장치(1)의 이동 기구이며, 유지판(holding plate)(40)과 리니어 가이드(41)와 이송 나사(42)와 풀리(43a) 및 풀리 벨트(43b)로 모터(44)와 제어 유닛(45)을 구비하고 있다. 이동 장치(4)는, 본 발명의 거리 조정 수단에 상당한다.

유지판(40)에는, 화상 표시 장치(1)가 유지되어 있다. 리니어 가이드(41)는, 유지판(40)을 지지하고 있다. 모터(44)는, 이동 장치(4)의 구동원으로 되는 전자 모터이다. 풀리(43a) 및 풀리 벨트(43b)는, 모터(44)의 회전 구동력을 이송 나사(42)에 전달한다. 제어 유닛(45)은, 모터(44)를 제어한다. 즉, 이동 장치(4)는, 모터(44)에 의해 발생하는 회전 구동력을 이송 나사(42)에 의해 직선 운동으로 변환함으로써, 화상 표시 장치(1)의 상하 방향(도 1의 화살표 방향)의 이동을 실현한다. 이때, 제어 유닛(45)은, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리를 오목거울(2)의 초점 거리보다 짧게 설정된 범위 내에서 변화시키도록, 화상 표시 장치(1)를 상하 방향으로 이동시킨다. 또한, 제어 유닛(45)은, 모터(44)의 회전 속도를 제어함으로써, 화상 표시 장치(1)의 이동 속도를 자유롭게 설정할 수 있다. 이로써, 관측자 P의 눈의 생리학적 측면에 적합한 이동 속도 규칙에 따른 속도로 화상 표시 장치(1)를 이동시킬 수 있다. 그리고 제어 유닛(45)은, 예를 들면, 컴퓨터의 처리 장치 등이다. 컴퓨터로서는, 퍼스널 컴퓨터 등의 범용 컴퓨터이어도 되고, 시표 제시 장치에 전용의 컴퓨터이어도 된다.

이동 장치(4)가 화상 표시 장치(1)를 상하로 이동시킴으로써, 화상 표시 장치(1)의 화상 표시면(10) 상의 화상과 오목거울(2)의 광축 Lx 사이의 거리가 변화되고, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리가 변화한다. 상기 광학 거리가 변화하면, 오목거울(2)과 허상 B 사이의 광학 거리가 변화한다.

이어서, 허상 B의 이동 범위에 대하여 설명한다. 실상(화상 표시 장치(1))과 허상 B와의 위치 관계를 나타낸 식1에 따르면, 화상 표시 장치(1)가 초점 위치에 가까워지는 것에 따라 허상 B는 급격하게 무한대로 이동한다. 또한, 20대의 관측자 P가 시표를 명시할 수 있는 가장 가까운 점은 평균 0.18m(환언하면, 약 8.5 디옵터)라고 하고 있다(20대의 관측자 P가 시표를 명시할 수 있는 가장 가까운 점은 조절근점(near-point of accommodation)이다). 따라서, 가장 가까운 위치(최근 위치)는, 관측자 P와 시표 사이의 거리가 ―0.1m 정도의 위치로 하면 충분하다. 한편, 가장 먼 위치(최원 위치)는, 관측자 P와 시표 사이의 거리가 ―10m(―0.1D) 정도의 위치로 하면 된다. 관측자 P와 시표 사이의 거리 범위는, 눈의 초점 조절 기능에 대한 피로 방지 효과를 충분히 얻을 수 있는 범위이다. 제어 유닛(45)은, 최원 위치와 최근 위치를 실현하도록 설정된 이동 범위 내에서 화상 표시 장치(1)를 이동시키도록, 모터(44)를 제어한다.

이어서, 제어 유닛(45)의 제어에 의한 화상 표시 장치(1)의 이동 속도에 대해 설명한다. 먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, 관측자 P(도 1 참조)의 눈의 수정체(5)를 얇은 볼록 렌즈에 근사한 경우, 관측점인 수정체(5)의 중심점 O와 허상 B(주시점) 사이의 거리를 s1(s1<0), 수정체(5)의 중심점 O와 망막(결상점N) 사이의 거리를 s2(s2>0), 디옵터의 단위에 의해 표현되는 수정체(5)의 굴절력을 D로 하면,

(수학식 3)

1/s2=1/s1＋D

로 되는 관계가 성립된다.

눈의 초점 조절 기능이란, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1에 따라 수정체(5)의 굴절력 D를 변화시킴으로써, 항상 망막 N 상에서 상을 결상시키는 기능을 말한다. 식(3)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1이 커질수록, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1의 시간 변화가 굴절력 D의 시간 변화에 미치는 정도가 작아진다. 즉, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1이 짧은 경우(근거리의 경우)와 긴 경우(원거리의 경우)는, 허상 B의 이동 거리를 같게 해도, 근거리의 경우에는, 굴절력 변화에 주는 영향이 크고, 원거리의 경우에는, 굴절력 변화에 주는 영향이 작다. 환언하면, 같은 정도의 굴절력 변화를 얻고 싶다면, 원거리가 될수록 허상 B의 이동 거리의 시간 변화를 크게 할 필요가 있다. 그리고 수정체(5)와 망막 N 사이의 거리 s2는, 거의 변화가 없기 때문에 근사적으로 안구의 직경으로 간주할 수 있다. 눈의 초점 조절 기능이 건전하게 기능하고 있을 때, 수학식(3)은,

(수학식 4)

1/φ=1/s1＋D

로 표현된다.

여기서, 눈의 초점 조절 기능에 주는 자극이 일정 이상이면, 수정체(5)의 굴절력 D의 시간 변화(|∂D/∂t|)가 항상 일정값 이상인 것으로 말할 수 있다. 따라서, 눈의 초점 조절 기능에 주는 자극이 일정 이상이므로, 수학식(4)으로부터,

(수학식 5)

|∂D/∂t|=|∂(1/s1)/∂t|=(1/s1²)×|∂s1/∂t|≥Γ

로 된다. (Γ은 임계값을 나타낸다.)

식(5)으로부터, 굴절력 D의 시간 변화 |∂D/∂t|가 항상 일정값(임계값Γ)으로 되므로, 제어 유닛(45)(도 1 참조)은, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1의 역수 1/s1의 시간 변화 |∂(1)/s1)/∂t|가 일정하게 되도록, 모터(44)(도 1 참조)를 제어하고, 화상 표시 장치(1)(도 1 참조)를 이동시키도록 하면 된다.

구체적으로는, 식(5)으로부터, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1이 바뀌어도 굴절력 D의 시간 변화 |∂D/∂t|가 일정값(임계값Γ)을 유지하도록, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1이 길어지는 만큼, 허상 B의 이동 속도 |∂s1/∂t|를 크게 할 필요가 있다. 그리고 허상 B를 목적으로 하는 속도로 이동시키기 위해서는, 식(1)을 참조하고, 화상 표시 장치(1)의 이동 속도를 산출하면 된다. 이 경우, 식(1)에서의 b는 거리 s1이다. 제어 유닛(45)은, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리가 멀어질 때, 화상 표시 장치(1)의 이동 속도를 상승시키도록, 모터(44)의 동작을 제어한다. 이로써, 관측점인 수정체(5)로부터 멀어질 때 허상 B의 이동 속도 |∂s1/∂t|를 더 상승시킬 수 있다.

이하, 화상의 허상 B의 이동 속도의 구체예에 대하여 설명한다. 먼저, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1을 디옵터의 단위는 다음과 같이 된다.

(수학식 6)

Ds=1/s1

그리고 표와 식(4)은,

(수학식 7)

1/φ=Ds＋D

로 표현된다. 식(7)으로부터,

(수학식 8)

|∂D/∂t|=|∂Ds/∂t|≥Γ

로 된다. "Γ"은 임계값을 나타낸다.

예를 들면, 모양체근의 장력을 일정한 속도로 변화시키는 경우, 즉 수정체(5)의 굴절력 D의 시간 변화 |∂D/∂t|를 일정값으로 하는 경우, 식(8)으로부터, |∂Ds/∂t|가 일정값으로 된다. 이것은, 본 실시예의 이동 속도 규칙 중에서, 단순히 눈의 초점 조절 기능에 관한 생리적 측면에 적합한 이동 속도이다. 이 법칙에 따라 제어 유닛(45)(도 1 참조)은 모터(44)(도 1 참조)를 제어하고, 화상 표시 장치(1)(도 1 참조)를 이동시킨다. 제어 유닛(45)이 모터(44)를 제어하고, 예를 들면, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1을 0.5m에서 5.0m까지, 주기 120초에 이동시켰을 때의 일주 기간의 이동 속도 v를 도 3에 나타낸다. 그리고 이 법칙에 따랐을 경우, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1이 5.0m의 단점에서는 이동 속도 v의 급격한 변화가 일어나기 때문에, 완충 시간 T가 설치되어 있다. 이 이동 속도 v와 식(1)을 사용하여, 화상 표시 장치(1)의 이동 속도를 산출하면 된다.

이와 같이 관측점인 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1의 역수 1/s1의 시간 변화 |∂(1)/s1)/∂t|가 일정하게 되도록 화상 표시 장치(1)를 이동시킴으로써, 관측점인 수정체(5)로부터 멀어질 때 허상 B의 이동 속도를 효과적으로 상승시킬 수 있으므로, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 저감시킬 수 있다.

그런데 다른 이동 속도의 실시예로서, 화상 표시 장치(1)의 이동 속도의 절대값을 항상 일정하게 하는 방법이 생각된다. 이때, 상기와 마찬가지로, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1을 0.5m에서 5.0m까지 주기 120초로 이동시켰을 때의 일주 기간의 이동 속도 v를 도 4에 나타낸다. 상기와 마찬가지로, 이동 속도 v의 부호가 변경되는 부분에 완충 시간 T가 설치되어 있다. 이동 속도 v의 절대값은, 디옵터의 시간 변화가 일정한 경우와 마찬가지로, 수정체(5)와 허상 B 사이의 거리 s1이 길어짐에 따라 커지게 되지만, 이동 속도 v의 최대값·최소값 등은, 디옵터의 시간 변화가 일정한 경우와는 상이하다. 도 4에 나타낸 이동 속도 v도 또한, 상기와 같은 눈의 생리적 측면에 적합한 속도이다. 또한, 도 4에 나타낸 이동 속도 v는 화상 표시 장치(1)의 이동에 관한 제어가 간단하고 쉽다라는 장점을 가진다.

또한, 도 1에 나타낸 제어 유닛(45)은, 오목거울(2)과 이 오목거울(2)의 초점 위치 사이에서, 화상 표시 장치(1)를 주기적으로 또한, 연속적으로 이동시켜, 화상 표시 장치(1)의 왕복 운동을 반복하도록, 모터(44)를 제어한다. 이와 같이 화상 표시 장치(1)의 왕복 운동을 반복함으로써, 관측자 P의 수정체(5)(도 2 참조)의 굴절력 D를 효과적으로 변화시킬 수 있으므로, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 보다 저감시킬 수 있다. 또한, 화상 표시 장치(1)의 왕복 운동을 주기적으로 행함으로써, 관측자 P의 수정체(5)의 굴절력 D를 더 자주 변화시킬 수 있으므로, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 또한, 저감시킬 수 있다. 또한, 화상 표시 장치(1)를 연속적으로 이동시켜, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리를 연속적으로 이동시킴으로써, 허상 B(도 2 참조)를 서서히 이동시킬 수 있으므로, 허상 B를 관측자 P가 알아차리지 못하게 할 수 있다.

다음에, 본 실시예에 관한 시표 제시 장치를 관측자 P가 사용했을 때의 시표 제시 장치의 동작에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 먼저, 관측자 P는 관측점으로부터 오목거울(2)의 방향을 향해(환언하면, 도 1의 x 방향을 향해), 화상 표시 장치(1)의 화상의 허상 B(도 2 참조)를 본다. 제어 유닛(45)이 모터(44)를 구동하기 시작하면, 화상 표시 장치(1)가 상방향으로 이동하기 시작한다. 화상 표시 장치(1)는, 상한 위치까지 이동하면, 하방향으로 이동하기 시작한다. 그 후, 화상 표시 장치(1)는, 하한 위치까지 이동하면, 상방향으로 이동하기 시작한다. 이와 같은 동작을 화상 표시 장치(1)는 반복한다. 이 사이, 관측자 P는 허상 B를 계속 본다.

본 실시예에 관한 시표 제시 장치의 다른 사용예로서, VDT 작업용의 장치와는 별도로 시표 제시 장치를 설치하고, VDT 작업이 일정 시간 계속되었을 때나 눈이 지쳤을 때, 본 실시예의 시표 제시 장치를 사용해도 된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 오목거울(2)에 투영시킨 허상 B(도 2 참조)를 시표로서 관측자 P에 제시함으로써, 화상 표시 장치(1)로부터의 화상 그 자체를 제시하는 경우와 비교하여, 화상 표시 장치(1)의 이동 거리를 짧게 할 수 있으므로, 화상 표시 장치(1)의 이동에 필요한 영역을 작게 할 수 있고, 그 결과, 장치 그 자체를 소형으로 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리가 길어져 허상 B의 위치가 멀어질 때 허상 B의 이동 속도 |∂s1/∂t|를 상승시킴으로써, 허상 B가 관측점의 가까이에 있을 때뿐만 아니라 관측점으로부터 멀어졌을 때도, 관측자 P의 수정체(5)(도 2 참조)에서의 굴절력 D의 시간 변화 |∂D/∂t|를 일정 이상으로 할 수 있다. 이로써, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 충분히 저감시킬 수 있다. 허상 B가 멀리 있어나 가까이 있어도, 관측자 P의 초점 조절 기능의 변화를 항상 일정 이상으로 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 하프 미러(3)가 오목거울(2)의 광축 Lx에 경사져서 교차함으로써, 시표인 허상 B를 관측자 P에 제시하는 데 있어서, 화상 표시 장치(1) 그 자체가 방해가 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 이동 장치(4)가 화상 표시 장치(1)를 이동시킴으로써, 허상 B를 이동시킬 수 있으므로, 예를 들면, 오목거울(2)의 이동에 의해 허상 B를 이동시키는 경우와 비교하여, 관측자 P의 눈의 위치를 바꿀 필요가 없다. 즉, 관측자 P는 같은 관측점에서 시표를 육안으로 관찰할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 허상 B가 왕복 운동을 반복함으로써, 관측자 P의 수정체(5)의 굴절력 D를 효과적으로 변화시킬 수 있으므로, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 보다 저감시킬 수 있다.

본 실시예의 시표 제시 장치는, 물체로서 화상을 사용하고 있지만, 이 시표 제시 장치의 변형예로서, 물체로서, 화상이 아니고, 입체물을 사용해도 된다. 이 경우, 입체물은, 유지판(40)에 직접 또는 간접적으로 장착되는 것에 의해, 이동 가능해진다. 입체물 등을 물체로서 사용한 구성이라도, 상기 변형예의 시표 제시 장치는, 본 실시예와 동일한 동작을 행할 수 있고, 그 결과, 본 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 관측점으로부터 멀어질 때 입체물의 허상의 이동 속도를 상승시킴으로써, 상기 허상이 관측점의 가까이에 있을 때뿐만 아니라 관측점으로부터 멀어졌을 때도, 관측자 P의 수정체(5)에서의 굴절력 D의 시간 변화를 일정 이상으로 할 수 있으므로, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 충분히 저감시킬 수 있다. 상기 허상이 멀리 있어도 또는 가까이에 있어도, 관측자 P의 초점 조절 기능의 변화를 항상 일정 이상으로 할 수 있다.

또한, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리를 바꾸기 위해서는, 화상 표시 장치(1)만을 이동하는 방식, 오목거울(2)만을 이동하는 방식, 오목거울(2)로 화상 표시 장치(1)의 양쪽을 이동하는 방식의 3가지 방식이 있다. 본 실시예의 시표 제시 장치는, 화상 표시 장치(1)만을 이동시키는 이동 장치(4)를 거리 조정 수단으로서 구비하고 있다. 이 시표 제시 장치의 변형예로서, 이동 장치(4)에 대신하거나, 또는 이동 장치(4)와 함께, 오목거울(2)의 광축 Lx의 방향으로 오목거울(2)을 이동시키는 오목거울 이동 장치를 거리 조정 수단으로서 구비해도 된다. 이 시표 제시 장치는, 오목거울(2)을 이동시킴으로써, 허상 B를 이동시킬 수 있다. 단, 관측자 P가 허상 B를 정확하게 관측하기 위해서는, 오목거울(2)에 대한 관측자 P의 눈의 위치는 소정의 범위 내로 한정된다. 그러므로 오목거울(2)을 이동시키는 경우, 관측자 P의 눈의 위치도 이동할 필요가 있다. 따라서, 상기 3가지 방식에서는, 화상 표시 장치(1)만을 이동하는 방식이 가장 우수하고, 현실적이다. 즉, 거리 조정 수단으로서는, 관측자 P의 눈의 위치를 이동시킬 필요가 없다는 점에서, 본 실시예의 이동 장치(4) 쪽이 오목거울 이동 장치보다 우수하고, 현실적이다. 이하의 제2 내지 제4 실시예에 있어서도 마찬가지이다.

(제2 실시예)

종래의 시표 제시 장치에서는, 경면이 구면인 오목거울(70)을 통하여 관측자 P(도 1)가 물체 A를 관측하기 위해, 도 20에 나타낸 바와 같이, 오목거울(70)에 의해 형성되는 허상 B가 곡면이 된다. 즉, 종래의 시표 제시 장치에는 상면 만곡이 생긴다. 그 결과, 관측자 P는, 양안 시차에 의해 허상 B를 입체적(실패형(bobbin shape)과 같이)으로 느끼고, 특히 양 눈을 연결하는 방향인 수평 방향에 있어서 현저하다. 구체적으로는, 관측자 P는, 양안 시차에 의해, 허상 B를, (주시점(gazing point)으로서 규정되는) 중심부가 오목하게 되고, 단부가 전방으로 만곡된다. 즉, 관측자 P는, 표면이 평면인 물체 A이어도, 상기 물체 A의 허상 B를 보고, 물체 A를 입체물인 것으로 인식하여 버린다.

관측자 P가 느끼는 입체감이란, 허상 B의 깊이감(sense of depth)이다. 환언하면, 상기 입체감이란, 관측자 P가 가까운 시표를 가까이 있는 것으로 느끼고, 먼 시표를 멀리 있는 것으로 느낀다. 양안 시차는, 주시점 이외의 점이 좌우의 망막 상의 대응하지 않는 위치에 결상할 때 입체감을 관측자 P에 느끼게 한다. 관측자 P는, 양 눈으로 허상 B를 관측한 경우, 양안 시차에 의해, 한쪽 눈으로 허상 B를 관측한 경우와 비교하여, 허상 B에 대하여 기준면보다 가까운 점을 더 가까이 느끼고, 먼 점을 더 멀리 느낀다. 이와 같은 느낌은, 특히 양 눈을 연결하는 방향인 수평 방향에 대하여 현저하다.

전술한 바와 같이 관측자 P가 평면적인 물체 A의 허상 B를 입체적으로 느끼는 것은, 관측자 P가 허상 B를 왜곡한 상태로 보는 것, 즉 허상 B에 왜곡이 생기고 있다는 것이다.

따라서, 종래의 시표 제시 장치에는, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 저감시킬 때, 왜곡이 있는 허상 B를 관측자 P에 육안 관찰시킴으로써, 관측자 P에 대하여 위화감이나 불쾌감을 부여한다는 문제가 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위한 종래의 방법으로서, 오목거울(70)의 경면의 곡률 반경을 크게 하는 것이 생각된다. 그런데 오목거울(70)의 경면의 곡률 반경을 단지 크게 하면 오목거울(70)의 초점 거리 f가 길어진다. 식(1) 및 식(2)으로부터, 물체 A를 전술한 바와 유사한 만큼 이동시켜도, 허상 B의 이동 범위는 작아져, 허상 B의 확대율도 작게 된다. 따라서, 허상 B의 이동 범위를 크게 하기 위해서는, 물체 A의 이동 범위를 크게 할 필요가 있다. 그 결과, 시표 제시 장치의 소형화와 큰 시표의 이동을 양립할 수 없게 된다.

그래서, 제2 실시예에서는, 상기 문제점을 해결하는 시표 제시 장치에 대하여 설명한다. 본 실시예에 의하면, 소형화를 도모할 수 있는 동시에 관측자 P에 대하여 시표의 왜곡을 신경쓰는 일 없이 눈의 초점 조절 기능의 피로 저감 효과를 부여할 수 있는 시표 제시 장치를 제공할 수 있다.

먼저, 본 실시예에 관한 시표 제시 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 관한 시표 제시 장치의 구성을 나타낸다. 이 시표 제시 장치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2)과 하프 미러(3)와 이동 장치(4)를 제1 실시예의 시표 제시 장치와 마찬가지로 구비하고 있다. 상기 시표 제시 장치는, 오목거울(2)에 의해 결상되는 허상 B(도 17참조)를 시표로서 관측자 P에 제시한다.

본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 제1 실시예의 화상 표시 장치(1)와 동일한 구성이다. 본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 시표를 생성하기 위한 장치이며, 본 발명의 물체에 상당한다.

다음에, 2차원 평면(도 5의 xy 평면)에서의 오목거울(2)의 설계에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에서는, 간단하게 설명하기 위해, 하프 미러(3)(도 1 참조)를 생략하고, 화상 표시 장치(1) 및 오목거울(2)만을 나타내고 있다. 오목거울(2)의 경면은 비구면의 타원 구면이며, 화상 표시 장치(1)는 평면이다. 설계 파라미터는, 오목거울(2)의 축 m1, m2, 오목거울(2)의 폭 lm, 화상 표시 장치(1)의 폭 ls, 관측자 P의 입사 눈동자의 폭 le, 화상 표시 장치(1)의 위치 xs, 관측자 P의 입사 눈동자의 위치 xe, 화상 표시 장치(1) 상의 각 점으로부터 발해지는 광의 최대 각 θmax이다.

허상 B의 결상 위치는, 구면 수차를 고려하여 다음과 같이 결정했다. 도 6A)에 나타낸 바와 같이, 화상 표시 장치(1) 상의 임의의 점(xs, ys)으로부터 θ방향으로 발해진 광 중 오목거울(2)에서의 반사광을 오목거울(2)의 배면측(x>0)에 가상적으로 연장한 경우, 화상 표시 장치(1)로부터의 광은, 임의의 x(>0)에 있어서 점(x, y(x, θ, xs, ys))를 통과한다. ―θmax<θ<θmax의 범위에서 y를 생각하면, 임의의 x에서의 y는, 도 6b에 나타낸 바와 같은 확률 분포를 가진다. 임의의 x에서의 y의 왜곡은, 표준 편차 σ=σ(x, xs, ys)로 표현된다. 각 x의 표준 편차 σ 중 최소 표준 편차가 되는 x를 xf로 하면, 화상 표시 장치(1)의 점(xs, ys)으로부터 ―θmax<θ<θmax의 방향으로 발해지는 광에 의한 허상 B의 결상 위치(xf, yf)는 (xf, μ(y))가 된다. μ(y)는, x=xf에 있어서 ―θmax<θ<θmax의 범위에서의 y(xf, θ, xs, ys)의 평균값이다. 허상 B의 결상 위치(xf, yf)는, 화상 표시 장치(1) 상의 점(xs, ys)으로부터 ―θmax<θ<θmax의 방향으로 발해진 광 중 오목거울(2)에서의 반사광이 오목거울(2)의 배면측에 있어서 가상적으로 가장 조밀하게 수속하는 위치이다.

본 실시예에 있어서, 도 5에 나타낸 각 설계 파라미터는, lm=150mm, ls= 70mm, le= 100mm, xe=―100mm 및 θmax=10deg이다. 오목거울(2)의 반사율은 1.0이다. 오목거울(2)은, 경면이 (m1, m2)=(300mm, 310mm)의 타원 구면(비구면)에 형성되어 있다. 본 실시예의 오목거울(2)에 있어서 축 m2가 축 m1보다 길기 때문에, 오목거울(2)의 경면의 곡률 반경은 중앙부만큼 크다. 구체적으로는, 중앙부의 곡률 반경은 320.33mm인데 대하여, 단부의 곡률 반경은 318.44mm이다. 관측자 P의 양 눈을 연결하는 y 방향(제1 방향)과 직교하는 z 방향(제2 방향)에서는, 오목거울(2)의 경면은 구면이다. 따라서, 오목거울(2)은, y 방향 쪽이 z 방향에 비교하여, 경면에 있어서 단부에 대한 중앙부의 곡률 반경의 비가 크다. 이하, 본 실시예의 오목거울(2)에 의해 형성되는 허상 B에 대하여, 경면이 (m1, m2)=(300mm, 300mm)의 구면인 오목거울에 의해 형성되는 허상(비교예 1) 및 경면이 (m1, m2)=(310mm, 310mm)의 구면인 오목거울에 의해 형성되는 허상(비교예 2)과 비교하면서 설명한다.

도 7에는, 본 실시예(도 7의 E1)와 비교예 1(e1) 및 비교예 2(e2)에 대하여, x 방향에서의 허상 B의 중앙부의 위치가 일치하도록 거리 xs를 선택한 경우의 허상 B의 형상을 나타내고 있다. x 방향에서의 허상 B의 단부와 중앙부의 위치의 차를 δ라 하면, 본 실시예에서는 δ=1086.0mm이며, 비교예 1에서는 δ=1424.4mm이며, 비교예 2에서는 δ=1324.2mm이다. 본 실시예의 위치의 차 δ는, 비교예 1에 대하여 23.8% 작고, 비교예 2에 대해서도 18.0% 작다. 이상으로부터, 경면이 비구면인 본 실시예의 왜곡이 가장 작다. 그리고 거리 xs는, 본 실시예에서는 ―155.1mm이며, 비교예 1에서는 ―145.5mm이며, 비교예 2에서는 ―150.2mm이다.

전술한 바에 따르면, 오목거울(2)의 경면을 비구면으로 하고, 특히, 경면의 중앙부만큼 곡률 반경을 크게 하는 편이, 오목거울(2)의 경면이 구면인 경우와 비교하여, 허상 B의 왜곡 즉 허상 B의 입체감을 저감할 수 있다. 본 실시예의 오목거울(2)은 본 발명의 저감 수단에 상당한다.

본 실시예에 있어서 도, 제어 유닛(45)은, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리가 멀어질 때, 화상 표시 장치(1)의 이동 속도를 상승시키도록, 모터(44)의 동작을 제어한다. 상기한 바와 같이 화상 표시 장치(1)를 이동시킴으로써, 수정체로부터 멀어질 때 허상 B의 이동 속도를 효과적으로 상승시킬 수 있으므로, 관측자 P의 초점 조절 기능의 피로를 저감시킬 수 있다.

본 실시예에 관한 시표 제시 장치를 관측자 P가 사용했을 때의 시표 제시 장치의 동작은, 제1 실시예의 시표 제시 장치와 마찬가지이다.

이상, 본 실시예에 의하면, 시표가 되는 허상 B의 왜곡(입체감)을 저감시킴으로써, 관측자 P에 대하여, 시표의 왜곡을 신경쓰는 일 없이, 눈의 초점 조절 기능의 피로 방지 효과를 부여할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 오목거울(2)의 경면을 비구면으로 하여, 또한 오목거울(2)의 경면의 중앙부만큼 곡률 반경을 크게 함으로써, 화상 표시 장치(1)의 화상 표시면(10)(표면)이 평면이거나 또는 곡면이어도, 시표의 왜곡의 저감 효과를 높일 수 있다. 특히, 본 실시예에서는, 관측자 P의 양 눈을 연결하는 y 방향(제1 방향) 쪽이 y 방향과 직교하는 z 방향(제2 방향)에 비하여, 경면에 있어서 단부에 대한 중앙부의 곡률 반경의 비가 커짐에 따라, 시표의 왜곡을 z 방향과 비교하여 y 방향에 있어서 더 작게 하는 것이 가능하므로, 양안 시차에 의해 허상 B가 입체적으로 보이는 것을 억제할 수 있다.

그리고 본 실시예의 시표 제시 장치는, 물체로서 화상 표시 장치(1)를 사용하고 있지만, 이 시표 제시 장치의 변형예로서, 물체로서, 화상 표시 장치(1)가 아닌 입체물을 사용해도 된다. 이 경우, 입체물은, 유지판(40)에 직접 또는 간접적으로 장착되는 것에 의해, 이동 가능해진다. 이와 같은 입체물을 물체로서 사용한 구성이라도, 본 실시예와 동일한 동작을 행할 수 있고, 그 결과, 본 실시예와 마찬가지의 효과를 상주한다. 이하의 제3 내지 제5 실시예, 및 제7 내지 제10 실시예에 있어서도 마찬가지이다.

또한, 본 실시예의 변형예로서, 관측자 P의 양 눈을 연결하는 y 방향과 직교하는 z 방향에 있어서도, 오목거울(2)의 경면이 비구면이어도 된다. 이 경우, z 방향에 있어서도, y 방향과 마찬가지로, 오목거울(2)의 경면은 (300mm, 310mm)의 타원 구면이며, 중앙부의 곡률 반경은 320.33mm인데 대하여, 단부의 곡률 반경은 318.44mm이다.

(제3 실시예)

제3 실시예에서는, 제2 실시예의 오목거울(2)보다 큰 오목거울(2)을 사용한 경우에 대하여 설명한다.

본 실시예에 있어서, 각 설계 파라미터(도 5 참조)는, lm=600mm, ls=280mm, le=100mm, xe=―600mm 및 θmax=10deg이다. 본 실시예의 오목거울(2)은, 경면이 (m1, m2)=(1200mm, 1300mm)의 타원 구면이다. 본 실시예의 오목거울(2)의 경면에 대하여, 중앙부의 곡률 반경은 1408.33mm인데 대하여, 단부의 곡률 반경은 1389.02mm이다. 이하, 본 실시예의 오목거울(2)에 의해 형성되는 허상 B에 대하여, 경면이 (m1, m2)=(1200mm, 1200mm)의 구면인 오목거울에 의해 형성되는 허상(비교예 3) 및 경면이 (m1, m2)=(1300mm, 1300mm)의 구면인 오목거울에 의해 형성되는 허상(비교예 4)과 비교하면서 설명한다. 그리고 xz 평면에서의 오목거울(2)의 각 설계 파라미터는, xy 평면에서의 오목거울(2)의 각 설계 파라미터와 같다. 즉, z 방향에서, 오목거울(2)의 경면은 (1200mm, 1300mm)의 타원 구면이며, 중앙부의 곡률 반경은 1408.33mm인데 대하여, 단부의 곡률 반경은 1389.02mm이다.

도 8에는, 본 실시예(도 8의 E2)와 비교예 3(e3) 및 비교예 4(e4)에 대하여, x 방향에서의 허상 B의 중앙부의 위치가 일치하도록 거리 xs를 선택한 경우의 허상 B의 형상을 나타내고 있다. x 방향에서의 허상 B의 단부와 중앙부의 위치의 차를 δ라 하면, 본 실시예에서는 δ=138.6mm이며, 비교예 3에서는δ=591.6mm이며, 비교예 4에서는δ=383.8mm이다. 본 실시예의 위치의 차 δ는, 비교예 3에 대하여 76.6% 작고, 비교예 4에 대해서도 62.9% 작다. 이상으로부터, 경면이 비구면인 본 실시예의 왜곡이 가장 작다. 그리고 거리 xs는, 실시예 2에서는 ―620.6mm이며, 비교예 3에서는 ―538.2mm이며, 비교예 4에서는 ―578.1mm이다.

이상, 본 실시예와 같이 오목거울(2)이 큰 경우라도, 시표의 왜곡을 작게 할 수 있으므로, 관측자 P에 대하여, 시표의 왜곡을 신경쓰는 일 없이, 눈의 초점 조절 기능의 피로 방지 효과를 부여할 수 있다.

(제4 실시예)

제4 실시예에서는, 제2 실시예의 오목거울(2)보다 작은 오목거울(2)을 사용한 경우에 대하여 설명한다.

본 실시예에 있어서, 각 설계 파라미터(도 5 참조)는, lm=50mm, ls=24mm, le= 15mm(le는 한쪽 눈 안에서의 시각을 고려하여 설계된다), xe=―50mm 및 θmax=10deg이다. 본 실시예의 오목거울(2)은, 경면이 (m1, m2)=(100mm, 105mm)의 타원 구면이다. 본 실시예의 오목거울(2)의 경면에 대하여, 중앙부의 곡률 반경은 110.25mm인데 대하여, 단부의 곡률 반경은 109.30mm이다. 이하, 본 실시예의 오목거울(2)에 의해 형성되는 허상 B에 대하여, 경면이(m1, m2)=(100mm, 100mm)의 구면인 오목거울에 의해 형성되는 허상(비교예 5) 및 경면이 (m1, m2)=(105mm, 105mm)의 구면인 오목거울에 의해 형성되는 허상(비교예 6)과 비교하면서 설명한다. 그리고 xz 평면에서의 오목거울(2)의 각 설계 파라미터는, xy 평면에서의 오목거울(2)의 각 설계 파라미터와 같다. 즉, z 방향에 있어서도, 오목거울(2)의 경면은 (100mm, 105mm)의 타원 구면이며, 중앙부의 곡률 반경은 110.25mm인데 대하여, 단부의 곡률 반경은 109.30mm이다.

도 9에는, 본 실시예(도 9의 E3)와 비교예 5(e5) 및 비교예 6(e6)에 대하여, x 방향에서의 허상 B의 중앙부의 위치가 일치하도록 거리 xs를 선택한 경우의 허상 B의 형상을 나타내고 있다. x 방향에서의 허상 B의 단부와 중앙부의 위치의 차를δ라 하면, 본 실시예에서는 δ=1602.4mm이며, 비교예 5에서는δ=2849.6mm이며, 비교예 6에서는 δ=2423.2mm이다. 본 실시예의 위치의 차 δ는, 비교예 5에 대하여 43.8% 작고, 비교예 6에 대해서도 33.9% 작다. 이상으로부터, 경면이 비구면인 본 실시예의 왜곡이 가장 작다. 그리고 거리 xs는, 본 실시예에서는 ―54.5mm이며, 비교예 5에서는 ―49.4mm이며, 비교예 6에서는 ―51.9mm이다.

이상, 본 실시예와 같이 오목거울(2)이 작은 경우라도, 시표의 왜곡을 작게 할 수 있으므로, 관측자 P에 대하여, 시표의 왜곡을 신경쓰는 일 없이, 눈의 초점 조절 기능의 피로 방지 효과를 부여할 수 있다.

(제5 실시예)

제5 실시예에서는, 화상 표시 장치(1)가 평면이 아닌 곡면으로 되어 있는 경우에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시예에서는, 화상이 표시되는 화상 표시면(10)이 곡면으로 되어 있다.

본 실시예의 화상 표시 장치(1)로서는, 자유롭게 절곡 가능한 플렉시블 디스플레이가 사용되고 있다. 상기 플렉시블 디스플레이에는, 예를 들면, 기판에 플라스틱 필름이 이용된 유기 EL 디스플레이나, 전기 영동 방식을 이용한 전자 페이퍼 등이 있다. 본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 본 발명의 물체 및 저감 수단에 상당한다.

그런데 관측자 P는, 양 눈을 연결하는 방향인 수평 방향(도 1의 y 방향) 쪽이 수직 방향(수평 방향과 직교하는 방향, 도 1의 z 방향)에 비하여, 양안 시차의 영향에 의해, 허상 B의 왜곡에 의해 민감하다. 따라서, 본 실시예에서는, 화상 표시 장치(1)의 제작의 난이도를 고려하여, 화상 표시 장치(1)와 표시되는 화상을 오목거울(2)에 투영시켰을 때 수평 방향으로 되는 방향에만, 화상 표시 장치(1)를 오목거울(2) 측에 볼록한 곡률을 부여한 형상, 즉 원통의 일부의 형상(단면이 원호형)으로 한다. 즉, 화상 표시 장치(1)는, 도 10에서는 y 방향에 있어서 우측에 볼록형이지만, 실제의 시표 제시 장치(도 1)에서는 아래쪽으로 볼록형이다.

본 실시예에서 사용되는 설계 파라미터는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 오목거울(2)의 축 m1, m2, 오목거울(2)의 폭 lm, 화상 표시 장치(1)의 폭 ls, 관측자 P의 입사 눈동자의 폭 le, 화상 표시 장치(1)의 형상 및 위치를 표 xs=xs(y), 관측자 P의 입사 눈동자의 위치 xe, 화상 표시 장치(1) 상의 각 점으로부터 발해지는 광의 최대 각 θmax이다. 각 설계 파라미터는, lm=150mm, ls=70mm, le=100mm, xe=―100mm 및 θmax=10deg이다. 본 실시예의 오목거울(2)은, 경면이 (m1, m2)=(300mm, 300mm)의 구면이다. 오목거울(2)의 반사율은 1.0이다. 2차원 평면(도 10의 xy 평면) 상에 있어서, 화상 표시 장치(1)(광원)는, 정점을 xs(0)=― 145.5mm으로 하고, 오목거울(2) 측에 볼록면, 반경 r=450mm의 원호형 광원 즉 {xs(y)=(450²―y²)^1/2―595.5mm}의 원호형 광원이다. 이하, 본 실시예의 화상 표시 장치(1)와 직선형 광원 {xs(y)=―145.5mm, xs(y)는 일정}인 화상 표시 장치(비교예 7)를 비교하면서 설명한다. 본 실시예 및 비교예 7의 화상 표시 장치(1)의 형상은 도 11에 나타낸 대로이다. 도 11의 E5가 본 실시예이며, e7가 비교예이다.

도 12에 나타낸 바와 같이, x 방향에서의 허상 B의 단부와 중앙부의 위치의 차를 δ라 하면, 본 실시예(도 12의 E4)에서는 δ=220.80mm이며, 비교예 7(e7)에서는 δ=1424.4mm이다. 본 실시예의 위치의 차 δ는, 비교예 7에 대하여 84.5% 작다. 이상으로부터, 본 실시예 쪽이 비교예 7에 비하여, 허상 B의 왜곡을 저감할 수 있다.

단, 허상 B의 왜곡을 가장 작게 하는 화상 표시 장치(1)의 형상은, 오목거울(2)과 화상 표시 장치(1) 사이의 평균적인 거리에 따라 변화한다. 따라서, 본 실시예에서는, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 거리에 맞추어, 화상 표시 장치(1)의 형상을 변화시키는 기구가 설치되어 있다.

이상, 본 실시예에 의하면, 화상 표시 장치(1)(물체)의 화상 표시면(10)(표면)을 곡면으로 함으로써, 오목거울(2)의 경면이 구면이거나 비구면이어도, 시표의 왜곡의 저감 효과를 높일 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 화상 표시 장치(1)가 오목거울(2) 측에 볼록면이 있는 것에 의해, 시표의 왜곡을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 오목거울(2)에 투영될 때 관측자 P의 양 눈을 연결하는 방향(y 방향)에 있어서, 허상 B의 왜곡을 특히 작게 할 수 있으므로, 양안 시차에 의해 허상 B가 평면임에도 불구하고 입체적으로 보이는 것을 더 억제할 수 있다.

그리고 본 실시예의 변형예로서, 화상 표시 장치(1)의 형상이 수직 방향(양 눈을 연결하는 방향인 수평 방향과 직교하는 방향)에는 만곡되지 않는 원통의 일부의 형상이 아닌, 수직 방향으로도 만곡시킨 형상이어도 된다.

또한, 제5 실시예와 같은 곡면의 화상 표시 장치(1)를 제2 내지 제4 실시예와 같은 경면이 비구면인 오목거울(2)로 조합시켜도 된다. 예를 들면, 오목거울(2)은, 경면이 (m1, m2)=(300mm, 310mm)의 타원 구면이며, 화상 표시 장치(1)는, 정점을 xs(0)=―145.5mm으로 하고, 오목거울(2) 측에 볼록면이 있고, 반경 r= 450mm인 원호형 광원 즉 {xs(y)=(450²―y2)^1/2―595.5mm}의 원호형 광원이다. 각 설계 파라미터는, 제5 실시예와 마찬가지로 한다. 이와 같은 구조라도, 관측자 P에 대하여, 시표의 왜곡을 신경쓰는 일 없이, 눈의 초점 조절 기능의 피로 방지 효과를 부여할 수 있다.

(제6 실시예)

제6 실시예에서는, 허상 B의 왜곡을 미리 고려한 화상을 화상 표시 장치(1)에 표시하는 경우에 대하여 설명한다. 본 실시예의 화상은, 오목거울(2)에 투영될 때 허상 B의 왜곡(입체감)을 저감시키도록 미리 화상 처리가 행해지고 변형되어 있다.

본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 평판 디스플레이이다. 본 실시예의 화상 표시 장치(1)에는, 미리 설정된 규칙에 기초하여 화상 처리를 행하는 화상 처리 수단(도시하지 않음)이 일체 또는 별체로 설치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 평판 디스플레이에 표시되는 화상은, 본 발명의 물체 및 저감 수단에 상당한다.

이상, 본 실시예에 의하면, 평판에 표시되는 화상을 미리 변형함으로써, 오목거울(2)의 경면이 구면이거나 비구면이어도, 시표의 왜곡의 저감 효과를 높일 수 있다. 즉, 본 실시예와 같이 화상을 미리 변형된 경우라도, 허상 B의 왜곡을 저감시킬 수 있으므로, 관측자 P에 대하여, 시표의 왜곡을 신경쓰는 일 없이, 눈의 초점 조절 기능의 피로 방지 효과를 부여할 수 있다.

그리고 제6 실시예와 같은 미리 왜곡을 고려한 화상을 제2 내지 제4 실시예와 같은 경면이 비구면인 오목거울(2)로 조합시켜도 된다. 이와 같은 구조라도, 관측자 P에 대하여, 시표의 왜곡을 신경쓰는 일 없이, 눈의 초점 조절 기능의 피로 방지 효과를 부여할 수 있다.

(제7 실시예)

그런데 제2 내지 제6 실시예에서는, 허상 B를 보다 평면에 결상시키는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 실제로는, 양 눈의 대응하는 위치에 결상하는 점의 집합, 즉 시차 기준면(단시 궤적)은, 도 19에 나타낸 바와 같이, 관측자 P가 점 M을 주시한 경우, 좌우단 방향에서 눈 위치 방향을 향해 만곡되어 있는 것으로 고려되어 있다. 이것을 경험적 단시 궤적이라 한다.

그래서, 제7 실시예에서는, 양안 시차를 고려한 경우에 대하여 도 19를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는, 허상 B를 미리 설정된 면에 일치하도록, 화상 표시 장치(1)의 형상이나 오목거울(2)의 경면의 형상 등을 변형된다. 상기한 미리 설정된 면이란, 예를 들면, 복수 개의 사람의 경험적 단시 궤적 H1을 미리 측정하고, 측정한 경험적 단시 궤적 H1을 평균한 면이다. 다른 예로서는, 관측자 P가 특정되어 있는 경우, 상기 관측자 P의 경험적 단시 궤적 H1을 측정하고, 상기 경험적 단시 궤적 H1을 상기한 미리 설정된 면으로 해도 된다. 허상 B와 경험적 단시 궤적 H1을 일치시키려면, 오목거울(2)의 경면의 형상이나 화상 표시 장치(1)의 표면의 형상으로 관한 설계 파라미터를 상세하게 설계할 필요가 있다.

이상, 본 실시예에 의하면, 허상 B를 경험적 단시 궤적 H1과 일치시킴으로써, 관측자 P는 허상 전체를 선명하게 관측할 수 있다.

그리고 단시 궤적은, 기하학적으로는, 관측자 P가 점 M을 주시한 경우, 양 눈의 결절점을 O1, O2로 하면, 원 M―O1―O2로 요구된다(도 19의 H2). 이것을 기하학적 단시 궤적 H2라 한다. 생체의 주관에 기초한 경험적 단시 궤적 H1은, 기하학적 단시 궤적 H2와는 일치하지 않는 것이 알려져 있다.

(제8 실시예)

제8 실시예에서는, 제1 내지 제7 실시예에 관한 시표 제시 장치를 사용한 화상 표시 시스템에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다. 화상 표시 시스템으로서는, 예를 들면, 텔레비전 수상기나 프로젝터 등이 있다. 본 실시예의 화상 표시 시스템은, 상기 시표 제시 장치와 함께 화상 표시 장치(1)를 구비하고 있다. 즉, 본 실시예의 시표 제시 장치는, 오목거울(2)과 하프 미러(3)와 이동 장치(4)를 구비하고 있지만, 화상 표시 장치(1)와는 별개로 있다. 본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 제1 내지 제7 실시예의 화상 표시 장치(1)와 마찬가지로 화상(영상을 포함함)을 표시하는 기능을 가지고 있다.

그런데 제1 내지 제7 실시예에 관한 시표 제시 장치를 화상 표시 시스템에 사용한 경우, 화상 표시 시스템은, 오목거울(2) 및 하프 미러(3)를 구비하므로, 박형 텔레비전 등에 비교하여, 대형화하게 되어, 넓은 설치 스페이스가 필요하다.

그래서, 본 실시예의 화상 표시 시스템은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 벽 W1과 벽 W2사이의 공간 S에 매립되어 설치되어 있다. 벽 W1에는 개구 Wa가 형성되어 있다.

본 실시예의 오목거울(2)은, 벽 W2측에 따라 설치되어 있다. 오목거울(2)은, 개구 Wa와 대향하고 있다. 본 실시예의 하프 미러(3)는, 오목거울(2)과 개구 Wa 사이에 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 공간 S에 오목거울(2)이 설치되어 있으므로, 오목거울(2)의 곡률을 작게 할 수 있다. 이로써, 관측자 P에 의한 시표의 육안관찰성을 향상시킬 수 있다.

본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 공간 S에 있어서 하프 미러(3)의 위쪽으로 설치되어 있다. 화상 표시면(10)은 하방을 향하고 있다. 화상 표시 장치(1)로서는, 액정 디스플레이나 리어 프로젝터 등을 사용한다. 화상 표시 장치(1)로부터의 화상은, 텔레비전 프로그램이어도 되고, 재생 기기(도시하지 않음)로부터의 재생 화상이어도 된다. 화상 표시 장치(1)는, 이동 장치(4)에 의해, 상하 방향으로 이동한다. 이로써, 본 실시예의 시표 제시 장치는, 화상 표시 장치(1)와 하프 미러(3) 사이의 광학 거리를 변화시킬 수 있고, 그 결과, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리를 변화시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 화상 표시 장치(1)로부터의 화상은, 하프 미러(3)에 있어서 오목거울(2)을 향해 반사한다. 상기 허상 B는, 오목거울(2)로부터 하프 미러(3)를 투과하여 개구 Wa를 통하여 관측자 P에 제시된다. 이로써, 본 실시예의 시표 제시 장치는, 화상 표시 장치(1)와 표시된 화상의 허상 B를 시표로서 관측자 P에 제시할 수 있다.

이상, 본 실시예에 의하면, 시표 제시 장치를 사용한 화상 표시 시스템이 대형이 되어도, 상기 화상 표시 시스템을 벽 내부의 공간 S에 매립함으로써, 상기 화상 표시 시스템이 벽 W1로부터 돌출되어 설치되는 경우와 비교하여, 생활 공간을 넓게 할 수 있는 동시에, 인테리어성을 향상시킬 수 있다(도 14 참조).

그리고 본 실시예의 변형예로서, 시표 제시 장치를 사용한 화상 표시 시스템을 천정과 지붕 사이의 공간의 공간에 매립하여 설치해도 된다.

(제9 실시예)

제9 실시예에서는, 자동차 내의 표시 장치(이하 차량탑재용 표시 장치라고 함)에 시표 제시 장치를 사용한 경우에 대하여 설명한다. 차량탑재용 표시 장치는, 상기 시표 제시 장치와 함께, 운전에 관한 정보를 제공하는 화상 표시 장치(1)를 구비하고 있다. 차량탑재용 표시 장치로서는, 계기판, 내비게이션 시스템의 표시부 등이 있다.

운전자는, 운전중에 있어서 장면마다 먼 곳 또는 근방을 주시하고 있다. 한편, 차량탑재용 표시 장치는, 표시 장치와 운전자 사이의 실제 거리가 약 1m 이내라는 가까운 위치에 고정되어 있다. 전방의 시 거리와 차량탑재용 표시 장치의 차내 표시의 시 거리 사이에 격차가 있는 경우, 운전자가 전방과 차내 표시를 교호적으로 육안 관찰하도록 할 때, 운전자는, 초점 조절 기능을 변화시킬 필요가 있고, 단시간이지만, 초점 조절 기능의 변화에 시간을 요한다. 특히, 근처 쪽의 차내 표시로부터 먼 곳의 전방에 주시점을 이동하도록 하는 경우, 상기 시간은 보다 길게 된다. 또한, 동공이 확장하는 야간에도, 낮에 비하여, 상기 시간은 더 길게 된다.

그래서, 본 실시예의 시표 제시 장치는, 도 15a 및 도 15b에 나타낸 바와 같이, 운전자(관측자 P)의 초점 조절 기능의 변화에 필요한 시간을 더 짧게 하기 위해, 시 거리 추정 장치(9)를 구비하고 있다. 시 거리 추정 장치(9)는, 운전자의 시 거리를 추정한다. 그리고 본 실시예의 시표 제시 장치는, 오목거울(2)과 하프 미러(3)와 이동 장치(4)를 제1 실시예의 시표 제시 장치와 마찬가지로 구비하고 있다. 본 실시예의 화상 표시 장치(1)는, 기존의 차량탑재용 표시 장치와 동일한 기능을 가지고 있다.

이하, 시 거리 추정 장치(9)의 일례를 나타낸다. 시 거리 추정 장치(9)는, 관찰부(90)와 해석 유닛(91)을 구비하고 있다. 관찰부(90)는, 운전자의 양 눈을 관찰한다. 해석 유닛(91)은, 관찰 화상으로부터 운전자의 양 눈의 시 방향을 해석하고, 폭주로부터 시 거리를 추정한다. 시표 제시 장치는, 시 거리 추정 장치(9)에 의해 추정된 시 거리에 맞추어, 화상 표시 장치(1)와 오목거울(2) 사이의 광학 거리를 변화시켜, 차내 표시로 되는 허상 B의 시 거리를 변화시킨다. 예를 들면, 먼 곳의 육안 관찰 시의 경우, 도 15a에 나타낸 바와 같이, 허상 B의 시 거리는 길어진다. 한편, 근방의 육안 관찰 시의 경우, 도 15b에 나타낸 바와 같이, 허상 B의 시 거리는 짧아진다. 이로써, 상기 차내 표시의 시 거리를 전방의 시 거리에 일치시킬 수 있다.

이상, 본 실시예에 의하면, 운전자(관측자 P)가 운전중에 주시하는 전방의 시 거리와 차내 표시의 시 거리를 일치시킴으로써, 운전자의 초점 조절 기능의 변화에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.

그리고 본 실시예의 변형예로서, 시 거리 추정 장치(9)는, 시표 제시 장치와 별체로 설치되어 있어도 된다.

또한, 본 실시예 의 다른 변형예로서, 차량탑재용 표시 장치는, 차내 표시로 되는 허상 B의 시 거리가 긴 상태로 허상 B의 위치를 고정하는 기능을 가져도 된다. 이로써, 운전자가 근 쪽의 차내 표시를 육안 관찰한 직후에 먼 곳의 전방을 관찰하는 상황, 즉 운전자의 초점 조절 기능의 변화에 필요한 시간이 다른 상황보다 길어지는 상황을 회피할 수 있다. 또한, 시표 제시 장치가 육안 관찰 추정 장치(9)를 구비할 필요가 없기 때문에, 차량탑재용 표시 장치의 구성을 간단하고 용이하게 할 수 있다.

상기한 설명은, 단지 본 발명의 바람직한 실시예에서 있어, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 당업자에 의해 상기되는 변경, 명세서의 범위 내에서 행해지는 수정도 본 발명의 범위에 포함된다.

본 출원은, 2008년 10월 29일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2008―278806호 및 2009년 7월 28일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2009―175857호의 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원의 내용은, 본 출원에 완전히 포함되어 있다.

Claims

물체의 허상을 시표로서 관측자에게 제시하는 시표 제시 장치(target presentation device)에 있어서,
초점 거리를 가지는 오목거울; 및
거리 조정 수단
을 포함하고,
상기 오목거울은, 상기 오목거울과 상기 물체 사이의 광학 거리가 상기 오목거울의 초점 거리보다 짧도록 설치되고, 또한 상기 허상을 형성하도록 구성되어 있고,
상기 거리 조정 수단은, 상기 오목거울의 초점 거리보다 짧게 설정된 범위 내에서 상기 광학 거리를 변화시키도록 구성되어 있으며,
상기 거리 조정 수단은, 상기 허상에 대한 거리가 멀어질 때 상기 허상의 이동 속도를 상승시키도록 구성되어 있는, 시표 제시 장치.
제1항에 있어서,
상기 오목거울의 광축에 대해 경사지게 설치된 하프 미러를 더 포함하고,
상기 하프 미러는 상기 오목거울과 교차하며,
상기 물체는, 상기 오목거울과 대면하는 상기 하프 미러의 표면에 의해 반사되도록 배치되어 상기 오목거울에 투영되고,
상기 물체는 또한, 상기 하프 미러를 통하여 상기 물체의 허상이 상기 관측자에게 투영되도록 배치되어 있는, 시표 제시 장치.
제1항에 있어서,
상기 거리 조정 수단은, 상기 물체를 이동시키도록 구성되어 있는, 시표 제시 장치.
제3항에 있어서,
상기 거리 조정 수단은, 상기 광학 거리가 멀어질 때 상기 물체의 이동 속도를 상승시키는, 시표 제시 장치.
제4항에 있어서,
상기 오목거울의 전방에 관측점이 위치하고,
상기 거리 조정 수단은, 상기 관측점과 상기 물체의 허상 사이의 거리의 역수의 시간 변화(a time variation of an inverse number)가 일정하게 되도록 상기 물체를 이동시키도록 구성되어 있는, 시표 제시 장치.
제3항에 있어서,
상기 거리 조정 수단은, 상기 시표가 왕복 운동을 반복하도록 상기 광학 거리를 변화시키는, 시표 제시 장치.
제6항에 있어서,
상기 거리 조정 수단은, 상기 시표를 주기적으로 이동시키도록 구성되어 있는, 시표 제시 장치.
제3항에 있어서,
상기 거리 조정 수단은, 상기 시표를 연속적으로 이동시키도록 구성되어 있는, 시표 제시 장치.
제1항에 있어서,
상기 물체로서의 화상을 표시하도록 구성되어 있는 평판 디스플레이를 더 포함하는, 시표 제시 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 허상의 왜곡(distortion)을 저감시키는 저감 수단(reduction means)을 더 포함하는, 시표 제시 장치.
제10항에 있어서,
상기 저감 수단은 상기 오목거울을 포함하고,
상기 오목거울은, 상기 허상의 왜곡을 저감시키도록 비구면(aspheric surface)의 경면을 가지는, 시표 제시 장치.
제11항에 있어서,
상기 오목거울의 경면은, 상기 경면의 중앙부 쪽으로 커지는 곡률반경을 가지는, 시표 제시 장치.
제12항에 있어서,
상기 오목거울은, 관측자의 양 눈을 연결하는 제1 방향에서 경면의 단부의 곡률반경에 대한 경면의 중앙부의 곡률반경의 제1 비율을 가지며,
상기 오목거울은, 제1 방향과 직교하는 제2 방향에서 경면의 단부의 곡률반경에 대한 경면의 중앙부의 곡률반경의 제2 비율을 가지며,
상기 오목거울이 상기 관측자에게 상기 시표를 제시할 때, 상기 제1 비율이 상기 제2 비율보다 큰, 시표 제시 장치.
제10항에 있어서,
상기 저감 수단은 상기 물체를 사용하여 형성되고,
상기 물체는, 상기 허상의 왜곡을 저감시키도록 표면이 곡면으로 형성되어 있, 시표 제시 장치.
제14항에 있어서,
상기 물체는, 상기 오목거울 쪽으로 돌출하는 볼록면(convex)을 가지는, 시표 제시 장치.
제15항에 있어서,
상기 물체는 원통형으로 만곡되어 형성되고,
상기 물체의 축 방향은, 상기 관측자에게 상기 시표를 제시할 때, 상기 관측자의 양 눈을 연결하는 방향과 직교하는, 시표 제시 장치.
제10항에 있어서,
화상을 표시하는 평판 디스플레이를 더 포함하고,
상기 저감 수단은 상기 물체를 사용하여 형성되고,
상기 물체는, 상기 평판 디스플레이에 표시되는 화상이며,
상기 화상은, 상기 오목거울에 투영되는 상기 허상의 왜곡을 저감시키도록 미리 변형되어 있는, 시표 제시 장치.
제1항에 기재된 시표 제시 장치, 및
화상을 표시하도록 구성된 화상 표시 장치
를 포함하고,
상기 시표 제시 장치는, 상기 화상 표시 장치에 표시된 화상의 허상을 시표(target)로서 상기 관측자에게 제시하도록 구성되어 있는, 화상 표시 시스템.
제1항에 기재된 시표 제시 장치, 및
운전에 관한 화상 정보를 제공하도록 구성되어 있는 화상 표시 장치
를 포함하고,
상기 시표 제시 장치는, 상기 화상 표시 장치로 제공된 상기 정보의 허상을 상기 시표(target)로서 상기 관측자에게 제시하는, 차량탑재용 표시 장치.
제19항에 있어서,
상기 시표 제시 장치는, 상기 관측자의 시 거리(visual distance)를 추정하는 시 거리 추정 장치를 포함하고,
상기 시 거리 추정 장치는, 상기 관측자의 시 거리가 길어지면 상기 허상의 시 거리가 길어지도록, 상기 화상 표시 장치와 상기 오목거울 사이의 광학 거리를 변화시키도록 구성되어 있는, 차량탑재용 표시 장치.