WO2011136213A1

WO2011136213A1 - 表示装置

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Publication number: WO2011136213A1
Application number: PCT/JP2011/060149
Authority: WO
Inventors: 優介鈴木; 省吾福島; 隆博塀内; 伸裕見市; 武之酒井
Original assignee: パナソニック電工株式会社
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-11-03
Also published as: TW201213854A; JP2013148599A

Abstract

　表示装置は、所定の情報を使用者Ｐに呈示する装置である。表示装置は、凹面鏡２と、操作部４と、距離調整部５とを備える。凹面鏡２は、画像Ａ（情報表示媒体）と凹面鏡２との間の光学距離が凹面鏡２の焦点距離より長くなるように設けられている。凹面鏡２は、画像の実像Ｂを空間に浮かぶように形成する。操作部４には、使用者Ｐの視力状態の情報を取得する。距離調整部５は、操作部４で取得された視力状態に従って、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離を凹面鏡２の焦点距離より長い範囲内で変化させる。これにより、所定の情報を使用者に呈示する際に使用者の視認性を高くするとともに視力低下を抑制する。

Description

表示装置

　本発明は、所定の情報を使用者に呈示する表示装置に関する。

　従来から、人は、私生活や業務の多くの場面で、表示装置（ＶＤＴ：Visual Display Terminal）に表示されている情報を注視する機会がある（例えば日本国特許出願公開特開２００９－２６０８２８号公報参照）。

　しかしながら、従来の表示装置は固定して設置されているため、視距離が一定であることが多い。このため、従来の表示装置では、屈折異常（近視）を有する使用者の視認性が低かった。

　使用者の視認性を高めるための一般的な方法としては、眼鏡矯正などの方法がとられる。ところが、入浴中の場合や睡眠前の場合、遠近の双方を頻繁に注視する場合などでは、眼鏡やコンタクトレンズを装着することが不快であったり、困難であったりすることがある。

　使用者の視認性を高めるための他の方法としては、眼鏡矯正を行わずに、使用者が表示装置に近づいたり、表示装置から遠のいたりすることによって、使用者と表示装置との距離を調節する方法がある。ところが、多くの場合において、上記距離の調節が難しかったり、使用者の姿勢が窮屈になったりするという問題があった。

　本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、所定の情報を使用者に呈示する際に使用者の視認性を高くすることができる表示装置を提供することにある。

　本発明の表示装置は、所定の情報を使用者に呈示する表示装置であって、前記情報を外部から視認可能にする情報表示媒体との間の光学距離が焦点距離より長くなるように設けられた凹面鏡を有し、前記凹面鏡を用いて前記情報表示媒体の実像を空間に浮かぶように形成する表示部と、前記使用者の視力状態の情報を取得する視力状態取得部と、前記視力状態取得部で取得された前記視力状態の情報に従って前記情報表示媒体と前記凹面鏡との間の前記光学距離を前記凹面鏡の前記焦点距離より長い範囲内で変化させる距離調整部とを備えることを特徴とする。

　この表示装置において、前記視力状態取得部は、前記使用者の視力状態に応じて前記実像の位置を変更するために操作される操作部であり、前記距離調整部は、前記使用者による前記操作部への操作に従って、前記情報表示媒体と前記凹面鏡との間の前記光学距離を変化させることが好ましい。

　この表示装置において、前記視力状態取得部は、前記使用者の視力状態を計測する視力計測部であり、前記距離調整部は、前記視力計測部で計測された前記視力状態に従って、前記情報表示媒体と前記凹面鏡との間の前記光学距離を変化させることが好ましい。

　この表示装置において、前記表示部は、前記凹面鏡の光軸に斜交して設けられ反射光と透過光とに分割する分割面を含むビームスプリッタを有し、前記ビームスプリッタが前記反射光を前記凹面鏡側に反射させるとともに前記凹面鏡で反射した光を透過させることによって、前記情報表示媒体の実像を形成することが好ましい。

　この表示装置において、前記情報表示媒体が表示される表示面を有し当該表示面に表示される前記情報表示媒体を投射するモニタを備え、前記ビームスプリッタは、前記分割面において、前記モニタから発せられた光を前記反射光と前記透過光とに分割し、前記凹面鏡の鏡面の中心点に投影される前記反射光が当該中心点における法線に対して前記モニタ側に傾斜するように、前記ビームスプリッタおよび前記凹面鏡が配置され、前記モニタの前記表示面は非平面に形成されていることが好ましい。

　この表示装置において、前記モニタの前記表示面は、前記ビームスプリッタと反対側へ凸状になるように形成されていることが好ましい。

　この表示装置において、前記情報表示媒体が表示される表示面を有し当該表示面に表示される前記情報表示媒体を投射するモニタを備え、前記ビームスプリッタは、前記分割面において、前記モニタから発せられた光を前記反射光と前記透過光とに分割し、前記凹面鏡の鏡面の中心点に投影される前記反射光が当該中心点における法線に対して前記モニタ側に傾斜するように、前記ビームスプリッタおよび前記凹面鏡が配置され、前記ビームスプリッタの前記分割面は非平面に形成されていることが好ましい。

　この表示装置において、前記ビームスプリッタの前記分割面は、前記凹面鏡と反対側へ凸状になるように形成されていることが好ましい。

　この表示装置において、前記凹面鏡の前記鏡面は非球面に形成されていることが好ましい。

　この表示装置において、前記ビームスプリッタは、ハーフミラーであることが好ましい。

　本発明によれば、使用者の視力状態に応じて情報表示媒体と凹面鏡との間の光学距離を凹面鏡の焦点距離より長い範囲内で変化させることによって、情報表示媒体の実像の位置を容易に調整することができるので、使用者の視力状態に適した位置に情報表示媒体の情報を表示することができる。これにより、本発明では、所定の情報を使用者に呈示する際に、使用者の視認性を高くすることができる。

実施形態１に係る表示装置の構成図である。同上に係る表示装置の第１の使用例を説明する概略図である。同上に係る表示装置の第２の使用例を説明する概略図である。同上に係る表示装置の第３の使用例を説明する概略図である。実施形態２に係る表示装置の構成図である。実施形態３に係る表示装置の構成図である。同上に係る表示装置の画像を示す図である。実施形態４に係る表示装置の概略図である。同上に係る表示装置の設計パラメータを説明する図である。同上に係る表示装置において、（ａ）は視距離が４００ｍｍである場合の実像のディストーション格子を示す図、（ｂ）は視距離が４１０ｍｍである場合の実像のディストーション格子を示す図である。実施形態５に係る表示装置の概略図である。同上に係る表示装置の設計パラメータを説明する図である。同上に係る表示装置において、（ａ）は視距離が４００ｍｍである場合の実像のディストーション格子を示す図、（ｂ）は視距離が４１０ｍｍである場合の実像のディストーション格子を示す図である。凹面鏡の原理を説明する概略図である。凹面鏡を用いた場合の画像と実像との位置関係を示す図である。比較例の表示装置の概略図である。比較例の表示装置において、（ａ）は視距離４００ｍｍである場合の実像のディストーション格子を示す図、（ｂ）は視距離が４１０ｍｍである場合の実像のディストーション格子を示す図である。

　（実施形態１）
　実施形態１に係る表示装置は、所定の情報を使用者に呈示する装置である。図１に示すように、本実施形態の表示装置は、モニタ１と、凹面鏡２と、ハーフミラー３と、操作部４と、距離調整部５とを備えている。

　モニタ１は、画像Ａを表示するように構成されている。モニタ１は、小型で、かつ、表示内容を容易に制御できるよう、例えば液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro-Luminescence）ディスプレイなどの小型のフラットパネルディスプレイが用いられている。画像Ａを表示するための制御は、例えばコンピュータ（図示せず）によってモニタ１に行われる。なお、モニタ１は、後述の実像Ｂを使用者Ｐに対して一定の明るさで呈示するために、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａ（図１４参照）に応じて画像Ａの明るさを変化させることが可能である。また、モニタ１は、使用者Ｐの好みに応じて画像Ａの明るさを変化させることも可能である。

　画像Ａは、特に限定される内容ではなく、例えば文書や静止画（写真、絵）、動画（映像）、ゲームなど、観測者Ｐの好みに応じた内容でよい。画像Ａは、情報表示媒体に相当する。

　凹面鏡２は、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａ（図１４参照）が凹面鏡２の焦点距離ｆ（図１４参照）より長くなるように設けられている。使用者Ｐは、凹面鏡２の光軸Ｌｘ上の前方に位置する。凹面鏡２は、画像の実像Ｂを凹面鏡２と使用者Ｐとの間の空間に浮かぶように形成して、画像の実像Ｂを使用者Ｐに呈示する。凹面鏡２は、表示部に相当する。

　凹面鏡２を用いた場合の実像表示の原理について図１４，１５を用いて説明する。図１４のＦは、凹面鏡２の焦点位置である。画像Ａが焦点位置Ｆより凹面鏡２とは反対側（図１４の右側）にあるとき、凹面鏡２の前方に画像の実像（倒立実像）Ｂが形成される。画像の実像Ｂと凹面鏡２との間の光学距離ｂは、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａと、凹面鏡２の焦点距離ｆとを用いて、
ｂ＝ａ×ｆ／（ａ－ｆ）　（１）
と表わされる。また、画像Ａの実像Ｂの大きさＢ₁Ｂ₂は、画像Ａの大きさをＡ₁Ａ₂とすると、
Ｂ₁Ｂ₂＝Ａ₁Ａ₂×｜ｆ｜／｜ａ－ｆ｜　（２）
となる。

　図１５は、光学距離ａを焦点距離ｆで規格化した値（ａ／ｆ）に対する光学距離ｂを焦点距離ｆで規格化した値（ｂ／ｆ）を示している。図１５より、値（ａ／ｆ）が１≦（ａ／ｆ）≦２の範囲で変化した場合、値（ｂ／ｆ）は（ｂ／ｆ）≧２の範囲で変化する。例えば凹面鏡２の曲率半径Ｒが３００ｍｍである場合、焦点距離ｆ（＝Ｒ／２）は１５０ｍｍとなる。したがって、光学距離ａが１５０ｍｍ≦ａ≦３００ｍｍの範囲で変化することができる場合、光学距離ｂはｂ≧３００ｍｍの範囲で変化することができる。

　図１に示すハーフミラー３は、凹面鏡２の光軸Ｌｘに４５度の角度で斜交して設けられている。ハーフミラー３は、モニタ１の画像Ａから発せられた光を凹面鏡２側で凹面鏡２の光軸Ｌｘの方向に反射させ、凹面鏡２で反射した光を透過させることによって、画像の実像Ｂを使用者Ｐに呈示する。これにより、使用者Ｐと凹面鏡２との間にモニタ１が設けられた構造とは異なり、モニタ１が使用者Ｐの視線を遮ることなく、画像の実像Ｂを使用者Ｐに呈示することができる。ハーフミラー３は、凹面鏡２とともに表示部に相当する。

　上記より、本実施形態の表示装置は、ハーフミラー３が画像Ａからの光を凹面鏡２側に反射させるとともに凹面鏡２で反射した光を透過させることによって、凹面鏡２の前方の空間上に画像Ａの光を結像させ、画像の実像Ｂを形成することができる。画像の実像Ｂは指向性が強く、画像の実像Ｂを視認することができる視野角が狭いため、使用者Ｐは凹面鏡２の光軸Ｌｘ付近の狭い範囲からのみ画像の実像Ｂを視認することができる。

　操作部４は、使用者Ｐの視力状態に応じて画像の実像Ｂの位置を調節するために操作される。つまり、操作部４は、使用者Ｐの視力状態の情報を取得する視力状態取得部である。使用者Ｐはつまみ４１を回すことによって、画像の実像Ｂの位置を所定の位置に変更させることができる。具体的には、画像の実像Ｂを現状よりも使用者Ｐ側に近づけたい場合、使用者Ｐは操作部４のつまみ４１を「近」のほうへ回せばよい。反対に、画像の実像Ｂを現状よりも使用者Ｐから遠ざけたい場合、使用者Ｐはつまみ４１を「遠」のほうへ回せばよい。

　距離調整部５は、保持板５１と、リニアガイド５２と、送りねじ５３と、プーリ５４と、プーリベルト５５と、モータ５６と、制御部５７とを備え、モニタ１を移動させるように構成された駆動装置である。

　保持板５１には、モニタ１が保持されている。リニアガイド５２は、保持板５１を支持している。モータ５６は、距離調整部５の駆動源となる電子モータである。プーリ５４およびプーリベルト５５は、モータ５６の回転駆動力を送りねじ５３に伝達する。制御部５７は、例えばコンピュータのマイクロプロセッサを主構成要素とし、使用者Ｐによる操作部４への操作に従ってモータ５６を制御する。上記より、距離調整部５は、モータ５６により発生する回転駆動力を送りねじ５３により直線運動に変換することによって、モニタ１の上下方向（図１の矢印方向）の移動を実現する。なお、制御部５７に用いられるコンピュータは、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータであってもよいし、専用のコンピュータであってもよい。

　上記より、距離調整部５は、使用者Ｐによる操作部４への操作に従ってモニタ１を上下に移動させることができる。モニタ１が上下に移動すると、モニタ１上の画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａ（図１４参照）が変化し、画像の実像Ｂと凹面鏡２との間の光学距離ｂ（図１４参照）が変化する。ただし、モニタ１の移動範囲は、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａが凹面鏡２の焦点距離ｆより長くなる範囲内に限定される。

　具体的には、使用者Ｐが操作部４のつまみ４１を「近」のほうへ回すと、距離調整部５はモニタ１を現状よりも下に移動させてモニタ１と凹面鏡２との間の光学距離ａを短くする。これにより、画像の実像Ｂと凹面鏡２との間の光学距離ｂは長くなり、画像の実像Ｂはこれまでよりも使用者Ｐ側に近づいて表示される。反対に、使用者Ｐがつまみ４１を「遠」のほうへ回すと、距離調整部５はモニタ１を現状よりも上に移動させて光学距離ａを長くする。これにより、光学距離ｂは短くなり、画像の実像Ｂはこれまでよりも使用者Ｐから遠ざかった位置に形成される。

　次に、本実施形態に係る表示装置の動作について説明する。まず、モニタ１が画像Ａを表示すると、凹面鏡２は、画像の実像Ｂを空間に浮かぶように形成する。その後、使用者Ｐは、画像の実像Ｂを見て操作部４を操作する。操作部４は、位置変更操作入力の情報を距離調整部５に出力する。距離調整部５の制御部５７は、操作部４からの位置変更操作入力の情報に従ってモニタ１を移動する。これにより、使用者Ｐは、画像の実像Ｂの位置を自己の視力状態に適した位置に自分で調整することができる。

　次に、本実施形態に係る表示装置の使用例について説明する。まず、第１の使用例として、本実施形態の表示装置を浴室に用いた場合について図２を用いて説明する。表示装置は、浴室の壁Ｗに埋め込まれて設置されている。第１の使用例によれば、使用者Ｐの近くに表示装置が設置されていなくても、表示装置の設置場所よりも近くに画像の実像Ｂを形成することができる。これにより、使用者Ｐは、眼鏡やコンタクトレンズを外して視認性が低い場合であっても、画像の実像Ｂを視認することによって、モニタ１上の画像Ａの情報を理解することができる。

　続いて、第２の使用例として、本実施形態の表示装置をテレビＴとともに用いて寝室に設置された場合について図３を用いて説明する。第２の使用例では、使用者Ｐの近くにテレビＴが設置されていなくても、テレビＴからの光を反射板３１でハーフミラー３側に反射させ、凹面鏡２で結像させることによって、テレビＴの設置場所よりも近くに、テレビＴで放送されている映像（画像）の実像Ｂを形成することができる。これにより、使用者Ｐは、眼鏡やコンタクトレンズを外して視認性が低い場合であっても、映像の実像Ｂを視認することによって、映像の内容を理解することができる。

　続いて、第３の使用例として、本実施形態の表示装置をパーソナルコンピュータ（ＶＤＴ）Ｃの表示装置として用いた場合について図４を用いて説明する。第３の使用例においても、使用者Ｐの近くに表示装置が設置されていなくても、表示装置の設置場所よりも近くに画像の実像Ｂを形成することができる。これにより、使用者Ｐが眼鏡やコンタクトレンズを外して使用者Ｐの視認性が低い場合であっても、使用者Ｐが画像の実像Ｂを視認することによって、モニタ１上の画像Ａの情報を理解することができる。

　以上、本実施形態の表示装置によれば、使用者Ｐの視力状態に応じて画像Ａ（情報表示媒体）と凹面鏡２との間の光学距離ａを凹面鏡２の焦点距離ｆより長い範囲内で変化させることによって、画像の実像Ｂの位置を容易に調整することができるので、使用者Ｐの視力状態に適した位置に画像Ａの情報を表示することができる。つまり、本実施形態の表示装置によれば、使用者Ｐが近視である場合、使用者Ｐの近くに画像Ａの情報を表示することができる。これにより、本実施形態の表示装置では、所定の情報を使用者Ｐに呈示する際に、使用者Ｐの視認性を高くすることができる。

　また、本実施形態の表示装置によれば、使用者Ｐの視力状態に応じて使用者Ｐによって行われた操作に従って距離調整部５が画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａを変化させることによって、使用者Ｐの意思に基づいた位置に画像の実像Ｂを移動することができる。

　さらに、本実施形態の表示装置によれば、ハーフミラー３が凹面鏡２の光軸Ｌｘに斜交することによって、使用者Ｐが画像の実像Ｂを視認する際に、画像Ａそのものが邪魔になるのを防止することができる。

　なお、本実施形態の表示装置の変形例として、情報表示媒体として、画像Ａに代えて、例えば紙などの平面物を用いてもよいし、立体物を用いてもよい。平面物および立体物は、距離調整部５の保持板５１に直接または間接的に取り付けられることによって、移動可能となる。情報表示媒体として平面物または立体物を用いた場合でも、表示装置は、使用者Ｐの視力状態に応じて情報表示媒体（平面物、立体物）と凹面鏡２との間の光学距離を凹面鏡２の焦点距離ｆより長い範囲内で変化させることによって、情報表示媒体の実像の位置を容易に調整することができるので、使用者Ｐの視力状態に適した位置に情報表示媒体の情報を表示することができる。以下の実施形態２，３においても同様である。

　また、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａを変えるためには、モニタ１（画像Ａ）のみを移動する方式、凹面鏡２のみを移動する方式、モニタ１と凹面鏡２の両方を移動する方式の３方式がある。本実施形態の表示装置は、距離調整部５を用いてモニタ１のみを移動させる方式を採用している。しかし、本実施形態の変形例として、表示装置は、距離調整部５に代えて、あるいは距離調整部５とともに、凹面鏡２の光軸Ｌｘの方向に凹面鏡２を移動させる凹面鏡駆動部を備えていてもよい。本変形例の表示装置は、凹面鏡２を移動させることによって、画像の実像Ｂを移動させることができる。ただし、使用者Ｐが実像Ｂを正しく観測するためには、凹面鏡２に対する使用者Ｐの眼の位置は、ある範囲内に限定される。このため、凹面鏡２を移動させる場合、使用者Ｐの眼の位置も移動する必要がある。したがって、上記３方式のうちでは、モニタ１のみを移動する方式が最も優れており、現実的である。つまり、使用者Ｐの眼の位置を移動させる必要がない点で、本実施形態の距離調整部５のほうが凹面鏡駆動部より優れており、現実的である。以下の実施形態２，３においても同様である。

　さらに、本実施形態の変形例として、モニタ１は、表示装置とは別体に設けられていてもよい。本変形例の表示装置によれば、市販のモニタ１を用いて本実施形態の表示装置と同様の動作をして同様の効果を得ることができる。以下の実施形態２，３においても同様である。

　（実施形態２）
　実施形態２に係る表示装置は、使用者Ｐの視力状態に従って画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａを変化させる機能を有している点で、実施形態１に係る表示装置（図１参照）と相違する。以下、本実施形態の表示装置について図５を用いて説明する。なお、実施形態１の表示装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態の表示装置は、図５に示すように視力計測部６を備えている。視力計測部６は、例えば赤外線オプトメータ（オートレフラクトメータ）などであり、使用者Ｐの視力状態を計測する。つまり、視力計測部６は、使用者Ｐの視力状態の情報を取得する視力状態取得部である。視力計測部６で計測された視力状態の情報は、距離調整部５に出力される。

　本実施形態の距離調整部５は、記憶部５８を備えている。記憶部５８は、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａと使用者Ｐの視力状態との対応関係を予め記憶している。

　本実施形態の制御部５７は、視力計測部６から視力状態の情報を取得すると、上記情報に対応する光学距離ａの値を記憶部５８から取得する。その後、制御部５７は、実際の光学距離ａが記憶部５８から取得した値になるようにモニタ１を移動させる。その結果、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａは、視力計測部６で計測された視力状態に従って変化する。

　次に、本実施形態に係る表示装置の動作について説明する。まず、モニタ１が画像Ａを表示すると、凹面鏡２は、画像の実像Ｂを空間に浮かぶように形成する。その後、視力計測部６が使用者Ｐの視力状態を計測する。視力計測部６で計測された視力状態の情報は、視力計測部６から距離調整部５に出力される。距離調整部５の制御部５７は、視力計測部６から取得した情報に対応する光学距離ａの値を記憶部５８から取得する。その後、制御部５７は、実際の光学距離ａが記憶部５８から取得した値になるように、モニタ１を移動させる。

　本実施形態の表示装置の使用例は実施形態１の第１～３の使用例と同様であり、表示装置を浴室や寝室に用いたり、パーソナルコンピュータの表示装置として用いたりすることができる。

　以上、本実施形態の表示装置によれば、視力計測部６で計測された視力に従って距離調整部５が画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａを変化させることによって、使用者Ｐの視力に適した位置に画像の実像Ｂを移動することができる。

　（実施形態３）
　実施形態３に係る表示装置は、所定の機器を操作するために用いられる操作画面の実像を形成する点で、実施形態２に係る表示装置と相違する。以下、本実施形態の表示装置について図６，７を用いて説明する。なお、実施形態２の表示装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態の表示装置は、図６に示すように検出部７と、決定部８とをさらに備え、仮想タッチパネルを形成する操作装置として用いられる。本実施形態の画像Ａとしては、機器９を操作するために用いられる操作画面がモニタ１に表示され、画像の実像Ｂとしては、上記操作画面の実像が形成される。

　本実施形態のモニタ１は、図７に示すような画像Ａを表示する。画像Ａは、使用者Ｐが機器９を操作するために用いられる画面である。画像Ａ上には、使用者Ｐからの機器９に対する操作入力（以下「機器操作入力」という）を受け付けるための複数のボタンＢｔ１～Ｂｔ３が表示されている。また、操作画面（画像Ａ）上には、使用者Ｐから後述の実像Ｂの位置を変更するための操作入力（以下「位置変更操作入力」という）を受け付けるボタンＢｔ４，Ｂｔ５が表示されている。

　検出部７は、撮像部７１と、処理部７２とを備えている。撮像部７１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどであり、表示装置と使用者Ｐとの間であって画像の実像Ｂが形成される空間を所定時間ごとに撮像する。これにより、使用者Ｐが画像の実像Ｂを見て操作入力したときに、撮像部７１は、使用者Ｐの操作入力に関する動作を撮像することができる。

　処理部７２は、例えばコンピュータのマイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro Processing Unit）を主構成要素とし、撮像部７１で得られた撮像画像上で各ボタンＢｔ１～Ｂｔ５（図２参照）に対応する範囲に検出領域を設定する機能を有している。つまり、画像（操作画面）の実像Ｂ上では各ボタンＢｔ１～Ｂｔ５の範囲が図像により使用者Ｐに呈示され、画像の実像Ｂが撮像された撮像画像上では各ボタンＢｔ１～Ｂｔ５の図像に対応する範囲に検出領域が設定されることになる。検出領域としては、機器操作入力に対応する領域と、位置変更操作入力に対応する領域とがある。

　処理部７２は、所定時間ごとに撮像部７１で得られた撮像画像を取得する。処理部７２は、取得した撮像画像と初期状態（操作入力がない状態）の撮像画像との間で、検出領域内の画素ごとに画素値の差分をとり、検出領域内の各画素の差分値の合計を求める。処理部７２は、差分値の合計と閾値とを比較する。差分値の合計が閾値より大きい場合、処理部７２は、検出領域に対応する操作入力があったと判定する。差分値の合計が閾値以下である場合、処理部７２は、検出領域に対応する操作入力はなかったと判定する。処理部７２は、このような判定を検出領域ごとに行う。

　上記より、処理部７２は、検出領域ごとに、機器操作入力があったと判定した場合に機器操作入力を検出することになり、位置変更操作入力があったと判定した場合に位置変更操作入力を検出することになる。

　処理部７２で検出された機器操作入力の情報は、処理部７２から決定部８に出力される。処理部７２で検出された位置変更操作入力の情報は、処理部７２から距離調整部５に出力される。

　決定部８は、記憶部８１と、処理部８２と、出力部８３とを備えている。記憶部８１は、使用者Ｐの機器操作入力と機器９に対する操作内容との対応関係を予め記憶している。

　処理部８２は、例えばコンピュータのマイクロプロセッサを主構成要素とし、検出部７で検出された機器操作入力に対応する操作内容を記憶部８１から取得して決定する。処理部８２は、決定した操作内容の情報を機器９に出力するように出力部８３を制御する。

　本実施形態の距離調整部５は、位置変更操作入力の情報が検出部７から入力されると、位置変更操作入力の情報に従ってモニタ１を上下に移動させる。モニタ１が上下に移動すると、モニタ１上の画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａ（図１４参照）が変化し、画像の実像Ｂと凹面鏡２との間の光学距離ｂ（図１４参照）が変化する。ただし、モニタ１の移動範囲は、画像Ａと凹面鏡２との間の光学距離ａが凹面鏡２の焦点距離ｆより長くなる範囲内に限定される。

　具体的には、画像の実像Ｂを使用者Ｐ側に近づけるための位置変更操作入力である場合、距離調整部５はモニタ１を現状よりも下に移動させてモニタ１と凹面鏡２との間の光学距離ａを短くする。これにより、画像の実像Ｂと凹面鏡２との間の光学距離ｂは長くなり、画像の実像Ｂはこれまでよりも使用者Ｐ側に近づいて表示される。反対に、画像の実像Ｂを使用者Ｐから遠ざけるための位置変更操作入力である場合、距離調整部５はモニタ１を現状よりも上に移動させて光学距離ａを長くする。これにより、光学距離ｂは短くなり、画像の実像Ｂはこれまでよりも使用者Ｐから遠ざかって表示される。

　次に、本実施形態に係る表示装置の動作について説明する。まず、モニタ１が画像Ａを表示すると、凹面鏡２は、画像の実像Ｂを空間に浮かぶように形成する。その後、使用者Ｐは、画像の実像Ｂを見て、タッチパネルに触れる要領で操作入力する。検出部７では、処理部７２が、撮像部７１の撮像画像から使用者Ｐの機器操作入力を検出する。決定部８では、処理部８２が、検出部７で検出された機器操作入力に対応する操作内容を記憶部８１から取得して決定する。決定された操作内容の情報は、出力部８３から機器９に出力される。

　また、検出部７の処理部７２は、撮像部７１の撮像画像から位置変更操作入力を検出した場合、位置変更操作入力の情報を距離調整部５に出力する。距離調整部５の制御部５７は、検出部７からの位置変更操作入力の情報に従ってモニタ１を移動する。これにより、使用者Ｐは、画像の実像Ｂの位置を自己の視力状態に適した位置に自分で調整することができる。

　本実施形態の表示装置の使用例は実施形態２と同様であり、表示装置を浴室や寝室に用いたり、パーソナルコンピュータの表示装置として用いたりすることができる。さらに、本実施形態の表示装置は、画像の実像Ｂを見てタッチパネルの使用感覚で操作入力を行うことができる。

　以上、本実施形態の表示装置によれば、表示装置の設置場所と使用者Ｐとの間の空間に画像の実像Ｂを形成することができるので、所定の機器９を操作するために用いられる情報を上記設置場所よりも使用者Ｐに近い位置に表示することができる。これにより、本実施形態の表示装置では、使用者Ｐが近くで操作入力することができる。

　なお、本実施形態の変形例として、表示装置は、使用者Ｐの位置変更操作入力に従って光学距離ａを変更する機能を必ずしも有していなくてよい。つまり、画像の実像Ｂの位置が固定されていてもよい。本変形例の表示装置においても、本実施形態の表示装置と同様に、表示装置の設置場所と使用者Ｐとの間の空間に画像の実像Ｂを形成することができるので、機器９を操作するために用いられる情報を上記設置場所よりも使用者Ｐに近い位置に表示することができ、その結果、使用者Ｐが近くで操作入力することができる。

　また、本実施形態の変形例として、機器９は表示装置と別体ではなく、一体つまり表示装置に内蔵されていてもよい。

　（実施形態４）
　実施形態４に係る表示装置は、図８に示すようにハーフミラー３ａが立ち上がっている点で、実施形態１に係る表示装置（図８の破線）と相違する。なお、実施形態１の表示装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態のモニタ１ａにおいて、画像Ａを表示する表示面１１は、表示面が平面である場合に比べて、凹面鏡２ａにより結像される画像の実像Ｂの歪みを低減させるように非平面（曲面）に形成されている。具体的には、モニタ１ａの表示面１１は、ハーフミラー３ａと反対側へ凸状になる球面に形成されている。なお、表示面１１は、画像の実像Ｂの歪みを低減させることができれば上記のような球面以外の非平面であってもよい。

　本実施形態の凹面鏡２ａおよびハーフミラー３ａは、図８に示すように配置されている。つまり、凹面鏡２ａの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光３４が中心点２２における法線２３に対してモニタ１ａ側（図８の上側）に傾斜するように、凹面鏡２ａおよびハーフミラー３ａが配置されている。換言すると、反射光３４は、図８のＹ軸周りにおいて法線２３に対して反時計方向に傾斜している。ハーフミラー３ａの分割面３１は、ハーフミラー３に比べて凹面鏡２ａの鏡面２１に向かい合う方向（図８の左側）に立ち上がっている。

　ハーフミラー３ａは、凹面鏡２ａに対して上述したように配置されているとともに、モニタ１ａに対して、分割面３１の点３３において分割面３１とモニタ１ａの光軸とでなす角θ１が４５°未満になるように配置されている。分割面３１上の点３３は、凹面鏡２ａの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光３４が生成される点である。なお、ハーフミラー３ａの代わりに、平面の分割面を有する他のビームスプリッタを用いてもよい。

　本実施形態の凹面鏡２ａの鏡面２１は、球面より画像の実像Ｂの歪みを低減させるように楕円面（非球面）に形成されている。つまり、本実施形態の凹面鏡２ａは、球面鏡の場合より画像の実像Ｂの歪みを低減させるような形状の楕円面鏡（非球面鏡）である。なお、凹面鏡２ａの鏡面２１は必ずしも上記のような楕円面でなくてもよく、球面より画像の実像Ｂの歪みを低減させる非球面であればよい。

　本実施形態の表示装置では、図９に示すように、凹面鏡２ａの最下位置からの高さＬ１が１８２ｍｍ～１８５ｍｍの間を移動可能にモニタ１ａが配置され、凹面鏡２ａのＹ軸方向の長さＬ２が１６０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さＬ３が１２０ｍｍである。Ｘ軸方向において、凹面鏡２ａ（中心点２２）とハーフミラー３ａ（点３３）との間の距離Ｌ４は５０ｍｍであり、凹面鏡２ａ（中心点２２）と観測点８との間の距離Ｌ５は８００ｍｍである。なお、上記の高さＬ１、長さＬ２，Ｌ３および距離Ｌ４，Ｌ５は一例であり、上記の値に限定されず、用途に応じて適宜設定される。

　図１０に示すように、本実施形態の表示装置における実像（図１０の実線）は、図１６に示すようなモニタ９１の表示面９１１が平面である場合（図１７の実線参照）に比べて、歪みが軽減する。図１６に示すハーフミラー９３は、ハーフミラー３に比べて凹面鏡９２（２ａ）の鏡面９２１（２１）に向かい合う方向（図１６の左側）に立ち上がっている。ハーフミラー９３は、モニタ９１から発せられた光を平面の分割面９３１で反射光と透過光とに分割する。なお、図１０は、本実施形態の一例として、モニタ１ａの表示面１１の曲率半径が５０ｍｍ、コーニック定数ｋが－５．０であり、凹面鏡２ａの鏡面２１の曲率半径が２５０ｍｍ、コーニック定数ｋが－０．３である場合の実像のディストーション格子を示している。図１０（ａ）は視距離Ｌ６が４００ｍｍの場合であり、図１０（ｂ）は視距離Ｌ６が４１０ｍｍの場合である。モニタ１ａおよび凹面鏡２ａの曲率半径およびコーニック定数ｋは上記の値に限定されず、用途に応じて適宜設定される。図１０および図１７の破線は、表示面１１に表示されるディストーション格子を示す。

　上記より、凹面鏡２ａの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光３４が法線２３に対してモニタ１ａ側に傾斜するようにハーフミラー３ａが配置された場合に、モニタ１ａの表示面１１を非平面（球面）にすることにより、表示面９１１が平面であるモニタ９１の場合に比べて画像の実像Ｂの歪みを低減させることができる。

　以上の説明より、本実施形態の表示装置は、凹面鏡２ａの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光３４が法線２３に対してモニタ１ａ側に傾斜するように凹面鏡２ａおよびハーフミラー３ａが配置され、モニタ１ａの表示面１１が非平面に形成されている。これにより、本実施形態の表示装置では、画像の実像Ｂの歪みを増加させることなく、装置の幅Ｗ１を薄くすることができる。つまり、本実施形態の表示装置は、使用者Ｐに対して視標の歪みを気にさせることなく画像Ａより近方の実像Ｂを視標として呈示しつつ、実施形態１の表示装置（図８の破線）の幅Ｗ２に比べて、装置の幅Ｗ１を薄くすることができる。

　特に、本実施形態の表示装置では、モニタ１ａの表示面１１がハーフミラー３ａと反対側へ凸状に形成されていることによって、視標の歪みをより簡単に低減させることができる。

　さらに、本実施形態の表示装置では、凹面鏡２ａの鏡面２１が非球面であることによって、視標の歪みをより簡単に低減させることができる。

　なお、本実施形態においても、距離調整部６によって、モニタ１ａと凹面鏡２ａとの間の光学距離を凹面鏡２ａの焦点距離より長い範囲内で変化させることができる。

　（実施形態５）
　実施形態５に係る表示装置は、図１１に示すようにハーフミラー３ｂが立ち上がっている点で、実施形態１に係る表示装置（図１１の破線）と相違する。なお、実施形態１の表示装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

　本実施形態のハーフミラー３ｂの分割面３１は、分割面が平面である場合に比べて、凹面鏡２ｂにより結像される画像の実像Ｂの歪みを低減させるように非平面（曲面）に形成されている。具体的には、ハーフミラー３ｂの分割面３１は、凹面鏡２ｂと反対側へ凸状になる球面に形成されている。なお、分割面３１は、画像の実像Ｂの歪みを低減させることができれば上記のような球面以外の非平面であってもよい。

　本実施形態の凹面鏡２ｂおよびハーフミラー３ｂは、図１１に示すように配置されている。つまり、凹面鏡２ｂの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光２３が中心点２２における法線２３に対してモニタ１側（図１１の上側）に傾斜するように、凹面鏡２ｂおよびハーフミラー３ｂが配置されている。換言すると、反射光３４は、図１１のＹ軸周りにおいて法線２３に対して反時計方向に傾斜している。ハーフミラー３ｂの分割面３１は、ハーフミラー３に比べて凹面鏡２ｂの鏡面２１に向かい合う方向（図１１の左側）に立ち上がっている。

　ハーフミラー３ｂは、凹面鏡２ｂに対して上述したように配置されているとともに、モニタ１に対して、分割面３１の点３３において分割面３１の接線３５とモニタ１の光軸とでなす角θ２が４５°未満になるように配置されている。分割面３１上の点３３は、凹面鏡２ｂの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光３４が生成される点である。なお、ハーフミラー３ｂの代わりに、上記のような形状の分割面を有する他のビームスプリッタを用いてもよい。

　本実施形態の凹面鏡２ｂの鏡面２１は、球面より画像の実像Ｂの歪みを低減させるように楕円面（非球面）に形成されている。つまり、本実施形態の凹面鏡２ｂは、球面鏡の場合より画像の実像Ｂの歪みを低減させるような形状の楕円面鏡（非球面鏡）である。なお、凹面鏡２ｂの鏡面２１は必ずしも上記のような楕円面でなくてもよく、球面より画像の実像Ｂの歪みを低減させる非球面であればよい。

　本実施形態の表示装置では、図１２に示すように、凹面鏡２ｂの最下位置からの高さＬ１が１８２ｍｍ～１８５ｍｍの間を移動可能にモニタ１が配置され、凹面鏡２ｂのＹ軸方向の長さＬ２が１６０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さＬ３が１２０ｍｍである。Ｘ軸方向において、凹面鏡２ｂ（中心点２２）とハーフミラー３ｂ（点２２）との間の距離Ｌ４は５０ｍｍであり、凹面鏡２ｂ（中心点２２）と観測点８との間の距離Ｌ５は８００ｍｍである。なお、上記の高さＬ１、長さＬ２，Ｌ３および距離Ｌ４，Ｌ５は一例であり、上記の値に限定されず、用途に応じて適宜設定される。

　図１３に示すように、本実施形態の表示装置における実像（図１３の実線）は、図１６に示すようなハーフミラー９３の分割面９３１が平面である場合（図１７の実線参照）に比べて、歪みが軽減する。なお、図１２は、本実施形態の一例として、ハーフミラー３ｂの分割面３１の曲率半径が５０００ｍｍ、コーニック定数ｋが－５０．０であり、凹面鏡２ｂの鏡面２１の曲率半径が２５０ｍｍ、コーニック定数ｋが－０．７８である場合の実像のディストーション格子を示している。図１３（ａ）は視距離Ｌ６が４００ｍｍの場合であり、図１３（ｂ）は視距離Ｌ６が４１０ｍｍの場合である。モニタ１および凹面鏡２ｂの曲率半径およびコーニック定数ｋは上記の値に限定されず、用途に応じて適宜設定される。図１３および図１７の破線は、表示面１１に表示されるディストーション格子を示す。

　上記より、凹面鏡２ｂの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光３４が法線２３に対してモニタ１側に傾斜するようにハーフミラー３ｂが配置された場合に、ハーフミラー３ｂの分割面３１を非平面（球面）にすることにより、分割面９３１が平面であるハーフミラー９３の場合に比べて画像の実像Ｂの歪みを低減させることができる。

　以上の説明より、本実施形態の表示装置は、凹面鏡２ｂの鏡面２１の中心点２２に投影される反射光３４が法線２３に対してモニタ１側に傾斜するように凹面鏡２ｂおよびハーフミラー３ｂが配置され、ハーフミラー３ｂの分割面３１が非平面に形成されている。これにより、本実施形態の表示装置では、画像の実像Ｂの歪みを増加させることなく、装置の幅Ｗ１を薄くすることができる。つまり、本実施形態の表示装置は、使用者Ｐに対して視標の歪みを気にさせることなく画像Ａより近方の実像Ｂを視標として呈示しつつ、実施形態１の表示装置（図１１の破線）の幅Ｗ２に比べて、装置の幅Ｗ１を薄くすることができる。

　特に、本実施形態の表示装置では、ハーフミラー３ｂの分割面３１が凹面鏡２ｂと反対側へ凸状に形成されていることによって、視標の歪みをより簡単に低減させることができる。

　さらに、本実施形態の表示装置では、凹面鏡２ｂの鏡面２１が非球面であることによって、視標の歪みをより簡単に低減させることができる。

　なお、本実施形態においても、距離調整部６によって、ハーフミラー３ｂで結像される像と凹面鏡２ｂとの間の光学距離を凹面鏡２ｂの焦点距離より長い範囲内で変化させることができる。

　各実施形態の検出部４は、２つの位置検出センサ（図示せず）の出力を用いて、使用者Ｐの指による操作位置の実空間上に３次元座標を検出してもよい。例えば位置検出センサとしてカメラを用いる場合、検出部４は、各カメラが撮像した２つの画像のそれぞれについて、画像中における使用者Ｐの指先部分を画像認識し、指先部分の画像中の座標を求める。画像中の座標を求めた検出部４は、求めた座標に対応する実空間上の座標範囲をカメラの配置やレンズ特性に従って求め、２つの画像について求めた実空間上の座標範囲の重複する位置を、使用者Ｐの指による操作位置の実空間上の３次元座標とする。

Claims

　所定の情報を使用者に呈示する表示装置であって、
　前記情報を外部から視認可能にする情報表示媒体との間の光学距離が焦点距離より長くなるように設けられた凹面鏡を有し、前記凹面鏡を用いて前記情報表示媒体の実像を空間に浮かぶように形成する表示部と、
　前記使用者の視力状態の情報を取得する視力状態取得部と、
　前記視力状態取得部で取得された前記視力状態の情報に従って前記情報表示媒体と前記凹面鏡との間の前記光学距離を前記凹面鏡の前記焦点距離より長い範囲内で変化させる距離調整部と
　を備えることを特徴とする表示装置。
　前記視力状態取得部は、前記使用者の視力状態に応じて前記実像の位置を変更するために操作される操作部であり、
　前記距離調整部は、前記使用者による前記操作部への操作に従って、前記情報表示媒体と前記凹面鏡との間の前記光学距離を変化させる
　ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
　前記視力状態取得部は、前記使用者の視力状態を計測する視力計測部であり、
　前記距離調整部は、前記視力計測部で計測された前記視力状態に従って、前記情報表示媒体と前記凹面鏡との間の前記光学距離を変化させる
　ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
　前記表示部は、前記凹面鏡の光軸に斜交して設けられ反射光と透過光とに分割する分割面を含むビームスプリッタを有し、前記ビームスプリッタが前記反射光を前記凹面鏡側に反射させるとともに前記凹面鏡で反射した光を透過させることによって、前記情報表示媒体の実像を形成することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
　前記情報表示媒体が表示される表示面を有し当該表示面に表示される前記情報表示媒体を投射するモニタを備え、
　前記ビームスプリッタは、前記分割面において、前記モニタから発せられた光を前記反射光と前記透過光とに分割し、
　前記凹面鏡の鏡面の中心点に投影される前記反射光が当該中心点における法線に対して前記モニタ側に傾斜するように、前記ビームスプリッタおよび前記凹面鏡が配置され、
　前記モニタの前記表示面は非平面に形成されている
　ことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
　前記モニタの前記表示面は、前記ビームスプリッタと反対側へ凸状になるように形成されていることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
　前記情報表示媒体が表示される表示面を有し当該表示面に表示される前記情報表示媒体を投射するモニタを備え、
　前記ビームスプリッタは、前記分割面において、前記モニタから発せられた光を前記反射光と前記透過光とに分割し、
　前記凹面鏡の鏡面の中心点に投影される前記反射光が当該中心点における法線に対して前記モニタ側に傾斜するように、前記ビームスプリッタおよび前記凹面鏡が配置され、
　前記ビームスプリッタの前記分割面は非平面に形成されている
　ことを特徴とする請求項４記載の表示装置。
　前記ビームスプリッタの前記分割面は、前記凹面鏡と反対側へ凸状になるように形成されていることを特徴とする請求項７記載の表示装置。
　前記凹面鏡の前記鏡面は非球面に形成されていることを特徴とする請求項５～８のいずれか１項に記載の表示装置。
　前記ビームスプリッタは、ハーフミラーであることを特徴とする請求項４記載の表示装置。