WO2023013395A1 - 画像表示装置および画像表示方法 - Google Patents

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WO2023013395A1
WO2023013395A1 PCT/JP2022/027999 JP2022027999W WO2023013395A1 WO 2023013395 A1 WO2023013395 A1 WO 2023013395A1 JP 2022027999 W JP2022027999 W JP 2022027999W WO 2023013395 A1 WO2023013395 A1 WO 2023013395A1
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WO
WIPO (PCT)
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image
distance
display device
unit
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/027999
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋一 尾形
ニキタ コリチバ
Original Assignee
株式会社小糸製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小糸製作所 filed Critical 株式会社小糸製作所
Publication of WO2023013395A1 publication Critical patent/WO2023013395A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators
    • G09G5/10—Intensity circuits
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators
    • G09G5/12—Synchronisation between the display unit and other units, e.g. other display units, video-disc players

Definitions

  • the present disclosure relates to an image display device and an image display method.
  • instrument panels that light up icons have been used as devices for displaying various types of information in vehicles.
  • image display device it has been proposed to embed an image display device in the instrument panel or to configure the entire instrument panel with an image display device.
  • HUD Head Up Display
  • HUDs those that reflect the light emitted from the light source with a combiner, project the light onto the viewer's eyeball, and display an image superimposed on the background of the combiner have been proposed.
  • HUD devices have also been proposed that display images with a sense of depth by forming a plurality of images at different positions from viewpoints (see Patent Documents 1 to 3, for example).
  • Such a HUD that forms multiple images in the air displays the multiple images at different positions from the point of view, so it has the advantage of making it easier for the viewer to separate and recognize the different images.
  • the amount of information received by the viewer tends to be large. can become difficult to do.
  • an object of the present disclosure is to provide an image display device and an image display method that allow a viewer to easily recognize display content even when an image that changes over time is formed in the air.
  • An image display device of the present disclosure includes a first image projection unit that projects a first image, a second image projection unit that projects a second image, and a first imaging unit that forms the first image at a first distance.
  • the image control unit includes an image delay unit that delays the display timing of the second image from the display timing of the first image by a first delay time.
  • the image display device of the present disclosure After forming the first image at the first distance, the image display device of the present disclosure forms the second image at the second distance after the first delay time has elapsed from the display timing of the first image.
  • the transition of the display contents over time can be visually recognized as if the position of the afterimage changes, and even when an image that changes over time is formed in the air, the viewer can easily recognize the display contents. can.
  • the image display method of the present disclosure includes a first image forming step of projecting a first image to form an image at a first distance, and projecting a second image to form an image at a second distance different from the first distance. and a control step of controlling display of the first image and the second image, wherein the control step adjusts the display timing of the second image to the display timing of the first image. is delayed by a first delay time from the image.
  • an image display device and an image display method that allow viewers to easily recognize display content even when an image that changes over time is formed in the air.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image display device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a structural example of the image display device 100 and an image display method according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a timing chart schematically showing display timings of the first image A1 and the second image A2 in the first embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing the relationship between the first image A1 and the second image A2 visually recognized by the viewer in the first embodiment.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing the relationship between the first image A1 and the second image A2 visually recognized by the viewer in the first embodiment.
  • FIG. 4C is a schematic diagram showing the relationship between the first image A1 and the second image A2 visually recognized by the viewer in the first embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing the relationship between the first image A1 and the second image A2 visually recognized by the viewer in the first embodiment.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing the relationship between the first image A1 and the
  • FIG. 6A is a photograph showing how images are formed at different positions using blue light (B) and green light (G) in the first embodiment, and shows a state where only green light is formed.
  • FIG. 6B is a photograph showing how images are formed at different positions using blue light (B) and green light (G) in the first embodiment, and shows a state where only blue light is formed.
  • FIG. 6C is a photograph showing how images are formed at different positions using blue light (B) and green light (G) in the first embodiment, where both green light and blue light are formed. is shown.
  • FIG. 6D is a photograph showing how images are formed at different positions using blue light (B) and green light (G) in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an image display device 110 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a structural example of an image display device 110 and an image display method according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a timing chart schematically showing display timings of the first image A1, the second image A2, and the third image A3 in the second embodiment.
  • FIG. 10A is a schematic diagram showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in the second embodiment.
  • FIG. 10B is a schematic diagram showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in the second embodiment.
  • FIG. 10A is a schematic diagram showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in the second embodiment.
  • FIG. 10B is a schematic diagram showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in the
  • FIG. 10C is a schematic diagram showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in the second embodiment.
  • FIG. 10D is a schematic diagram showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image display device 100 according to this embodiment.
  • the image display device 100 includes a control unit 10, a first image projection unit 20, a first imaging optical unit 30, a second image projection unit 40, and a second imaging optical unit 50. , and an image delay unit 60 .
  • the control section 10 is a section that is connected to each section of the image display device 100 and controls operations.
  • the configuration of the control unit 10 is not limited, as an example, it includes a CPU (Central Processing Unit) that performs information processing, a memory device, a recording medium, an information communication device, etc., and controls the operation of each unit according to a predetermined program. Also, the control unit 10 sends information including the image to the first image projection unit 20 and the image delay unit 60 .
  • a CPU Central Processing Unit
  • the first image projection unit 20 is a device that irradiates the first light containing the first image based on the information containing the image from the control unit 10 .
  • the second image projection unit 40 is a device that emits second light containing a second image based on the information containing the image from the image delay unit 60 .
  • Light modulation elements include, for example, scanning mirror devices (SMD) and digital mirror devices (DMD).
  • the first imaging optical unit 30 is an optical member that forms an image in the air of the light that is emitted from the first image projection unit 20 and includes the first image and reaches the viewer's viewpoint.
  • the first imaging optical unit 30 forms a first image in the air at a first distance d1 from the reference position.
  • the second imaging optical unit 50 is an optical member that forms an image in the air that includes the second image emitted from the second image projection unit 40 and reaches the viewpoint of the viewer.
  • the second imaging optical unit 50 forms a second image in the air at a second distance d2 from the reference position, and causes the second light to reach the viewer's viewpoint position.
  • the difference between the first distance d1 and the second distance d2 is ⁇ d1.
  • the reference position may be the viewer's viewpoint, or may be the distance from any member of the image display device 100 .
  • the image delay unit 60 delays the information including the image sent from the control unit 10 by the first delay time ⁇ t1, and transmits the information including the second image to the second image projection unit 40 .
  • the configuration of the image delay unit 60 is not limited, and a delay circuit that delays and transmits an electrical signal may be used, or information including an image may be temporarily stored and transmitted after a predetermined time has elapsed.
  • FIG. 1 shows an example in which the control unit 10 and the image delay unit 60 are separated into separate configurations. may be executed.
  • the information including the image sent from the control unit 10 to the image delay unit 60 is the same as the information sent to the first image projection unit 20 . Therefore, the content of the second image projected from the second image projection unit 40 is the same as the content of the first image, and the display timing of the second image that has passed through the image delay unit 60 is later than the display timing of the first image. It is delayed by the first delay time ⁇ t1.
  • a combination of the control unit 10 and the image delay unit 60 corresponds to the image control unit in the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a structural example of the image display device 100 and an image display method according to this embodiment.
  • information including the same image is transmitted from the control unit 10 to the first image projection unit 20 and the image delay unit 60 , and the second image projection unit 40 receives the first image from the image delay unit 60 .
  • Information including an image is transmitted with a delay of ⁇ t1.
  • the first light emitted by the first image projection unit 20 passes through the polarizing plate 31, the lens 32, and the mirrors 33 and 34 and enters the diffraction grating unit 35.
  • the second light emitted by the second image projection section 40 passes through the polarizing plate 51 and the lens 52 and enters the diffraction grating section 35 .
  • the first light incident on the diffraction grating portion 35 at the first angle and the second light incident on the diffraction grating portion 35 at the second angle are respectively diffracted by the diffraction grating portion 35 and enter the light guide plate portion 36 .
  • Part of the incident light is repeatedly totally reflected within the light guide plate portion 36 and reaches the partial reflection portion 38 provided at the end portion of the light guide plate portion 36 via the beam splitter 37 .
  • Part of the first light and part of the second light are reflected by the partial reflection unit 38, return to the beam splitter 37, are reflected by the beam splitter 37, are taken out of the light guide plate unit 36, and are emitted from the viewer's viewpoint. Move in the direction of position e.
  • the first light and the second light have different divergence angles and optical path lengths in the lenses 32 and 52 and the diffraction grating section 35, they reach the viewpoint position e with different divergence angles. Therefore, at the viewpoint position e, the first image A1 and the second image A2 are viewed as if they were formed at a position deeper than the light guide plate portion 36 .
  • the first light and the second light that have not been reflected by the partial reflection portion 38 are transmitted and reach the retroreflection portion 39 . Since the retroreflecting portion 39 retroreflects light in the direction in which the light is incident, incident light with an enlarged light diameter is reflected as light with a reduced light diameter. Therefore, the first light and the second light retroreflected by the retroreflecting portion 39 are reflected by the beam splitter 37, and then imaged between the light guide plate portion 36 and the viewpoint position e to reach the viewpoint position e. . Therefore, at the viewpoint position e, it is visually recognized that the first image A1 and the second image A2 are also formed at a position in front of the light guide plate portion 36 .
  • the combination of the polarizing plate 31, the lens 32, the mirrors 33 and 34, the diffraction grating portion 35, the light guide plate portion 36, the beam splitter 37, the partial reflection portion 38 and the retroreflection portion 39 is the first imaging optical system in the present disclosure. It corresponds to section 30 . Also, the combination of the polarizing plate 51, the lens 52, the diffraction grating section 35, the light guide plate section 36, the beam splitter 37, the partial reflection section 38, and the retroreflection section 39 corresponds to the second imaging optical section 50 in the present disclosure.
  • the image display device 100 may form the first image A1 and the second image A2 at a position farther from the light guide plate section 36 or at a position closer to the light guide plate section 36 as viewed from the viewpoint position e. can also be imaged. Also, by appropriately setting the reflectance of the partial reflection portion 38, the contrast of the formed image can be determined. As an example, when the partial reflection portion 38 is not provided, only the retroreflection light with a reduced light diameter is emitted only by the retroreflection portion 39. Therefore, the first image A1 and the first image A1 are formed only at a position closer to the light guide plate portion 36 than the light guide plate portion 36. A second image A2 is formed. As another example, when the reflectance of the partial reflection portion 38 is close to 100% and the retroreflection portion 39 is not provided, the first image A1 and the second image A2 are displayed only at positions farther than the light guide plate portion 36. imaged.
  • an optical filter 53 and an optical shutter 54 are provided in a part of the light guide plate portion 36 to selectively irradiate the rear screen 55 with the light that is extracted outside the light guide plate portion 36 without total reflection. You may
  • FIG. 3 is a timing chart schematically showing the display timing of the first image A1 and the display timing of the second image A2 in this embodiment.
  • 4A, 4B, and 4C are schematic diagrams showing the relationship between the first image A1 and the second image A2 visually recognized by the viewer in this embodiment.
  • Information including the first image A1 is transmitted from the control unit 10 to the first image projection unit 20 at the timing shown in the upper part of FIG.
  • Information including the second image A2 is transmitted from the image delay unit 60 to the second image projection unit 40 at a timing delayed by the first delay time ⁇ t1 from the upper portion of FIG. 3 as shown in the lower portion of FIG. be. Therefore, after the first image A1 is imaged and displayed at the first distance d1 at the viewer's viewpoint position e, the second image A2 is imaged at the second distance d2 after the first delay time ⁇ t1 has elapsed. displayed.
  • the viewer perceives the image formed at the first distance d1 as if it moved to the second distance d2 over time.
  • Information including images is sequentially sent from the control unit 10 to the first image projection unit 20 and the image delay unit 60, and the first image A1 and the second image A2 are successively updated. Therefore, the content of the first image A1 and the content of the second image A2 imaged in the air at a certain moment may differ.
  • FIG. 3 if the new content of the first image A1 is different from the content of the second image A2 delayed by the first delay time ⁇ t1, the viewer will see FIGS. And as shown in FIG. 4C, a new first image A1 is viewed at a first distance d1, and a second image A2 having the same content as the first image A1 slightly before is viewed at a second distance d2. In other words, the first image A1 and the second image A2 are superimposed and displayed on the same line-of-sight direction at the same viewpoint position. 2 Recognize as displayed at a distance d2. This allows the viewer to easily recognize the time-varying image formed in the air.
  • the image display device 100 can provide a new viewing experience with a visual effect of simultaneously viewing the present and the past.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an image display method according to this embodiment.
  • the process of controlling the display of the first image A1 and the second image A2 by the first image projection part 20 and the second image projection part 40 by the control unit 10 corresponds to the control process in the present disclosure.
  • the control section 10 sends information including an image, which is common content, to the first image projection section 20 and the image delay section 60.
  • the control unit 10 sets the image transmitted in the first image preparation step as the first image A1, and transmits the image from the first image projection unit 20 via the first imaging optical unit 30. to irradiate the first light containing the first image A1 to form the first image A1 at the first distance d1.
  • the image delay unit 60 delays the display timing of the image transmitted from the control unit 10 by the first delay time ⁇ t1, and the delayed image becomes the second image A2.
  • the image delaying unit 60 sends information including the second image A2 to the second image projecting unit 40, and the second image projecting unit 40 transmits the second image forming optical unit.
  • a second light containing a second image A2 is emitted via 50 to form a second image A2 at a second distance d2.
  • FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D are photographs showing how images are formed at different positions using blue light (B) and green light (G) in this embodiment.
  • FIG. 6A shows a state in which only green light is imaged.
  • FIG. 6B shows a state in which only blue light is imaged.
  • FIG. 6C shows a state in which both green light and blue light are imaged.
  • FIG. 6D shows a state in which a background image is projected in addition to imaging with green light and blue light.
  • the camera is placed at the viewpoint position e shown in FIG.
  • the images formed in the air are indicated by A1B and A1G, respectively, surrounded by white lines.
  • A1B and A1G are imaged at positions with different distances from the viewpoint position e, and correspond to the first image A1 and the second image A2 in the present disclosure, respectively.
  • the image A1G When the image A1G is focused and captured as shown in FIG. 6A, the bolt and nut placed on the left side of the photograph for comparison are also in focus. In contrast, when the image A1B is focused and captured as shown in FIG. 6B, the bolt and nut are out of focus.
  • the image A1B and the image A1G can be imaged at different positions at the same time and viewed.
  • the background image V1B may be projected onto the rear screen 55 via the optical filter 53 and the optical shutter 54, and the image A1B, the image A1G and the background image V1B may be viewed simultaneously as shown in FIG. 6D. It is possible.
  • the same content as the first image is used as the second image. 2.
  • An image is formed at a distance d2.
  • the transition of the display contents over time can be visually recognized as if the position of the afterimage changes, and even when an image that changes over time is formed in the air, the viewer can easily recognize the display contents.
  • the image display device 100 may vary the brightness of the first image A1 projected from the first image projection unit 20 and the second image A2 projected from the second image projection unit 40 .
  • the brightness b2 of the second image A2 is made lower than the brightness b1 of the first image A1.
  • the control unit 10 may control the luminance of the first image projection unit 20 and the luminance of the second image projection unit 40 to be different.
  • a filter that attenuates light may be interposed in the second imaging optical section 50 .
  • the imaging positions of the first image A1 and the second image A2 projected from the first image projection unit 20 or the second image projection unit 40 are changed, and the difference between the imaging positions of the two changes from ⁇ d1 to ⁇ d2.
  • the difference in luminance between the luminance b1 and the luminance b2 of the first image A1 and the second image A2 may be changed from ⁇ b1 to ⁇ b2.
  • the viewer perceives that the latest image is brightly displayed at the first distance d1 and the previous image is faded out and displayed at the second distance d2. This allows the viewer to easily recognize the time-varying image formed in the air.
  • the image display device 100 can provide a new viewing experience by providing a visual effect such that an image that fades out from the present to the past is visually recognized at the same time.
  • (Modification 2 of the first embodiment) 2 to 5 show examples in which the first image A1 and the second image A2 are superimposed and displayed in the same line-of-sight direction, they may be displayed in different line-of-sight directions.
  • the first imaging optical section 30 and the second imaging optical section 50 in the first imaging optical section 30 and the second imaging optical section 50, the diffraction grating section 35, the light guide plate section 36, the beam splitter 37, the partial reflection section 38, and the retroreflection section 39 are common.
  • the first imaging optical unit 30 and the second imaging optical unit 50 are separated and configured separately, and the first image A1 and the second image A2 reach the viewpoint position e from different directions.
  • the first image A1 and the second image A2 not only differ in the first distance d1 and the second distance d2, but are displayed in different fields of view. It can be distinguished and visually recognized more clearly.
  • the first image A1 and the second image A1 A similar effect can be obtained by separating the display areas in the air so that the display of the two images A2 does not overlap.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the image display device 110 according to this embodiment.
  • the image display device 110 includes a control unit 10, a first image projection unit 20, a first imaging optical unit 30, a second image projection unit 40, and a second imaging optical unit 50. , an image delay unit 60 , a third image projection unit 70 and a third imaging optical unit 80 .
  • the control unit 10 sends information including images to the third image projection unit 70 and the image delay unit 60 .
  • the third image projection unit 70 is a device that emits third light containing a third image based on information containing an image from the control unit 10 .
  • the third imaging optical unit 80 is an optical member that forms an image in the air, including the third image, emitted from the third image projection unit 70 and reaches the viewer's viewpoint.
  • the third imaging optical section 80 forms a third image in the air at a third distance d3 from the reference position.
  • the difference between the first distance d1 and the second distance d2 is ⁇ d1
  • the difference between the first distance d1 and the third distance d3 is ⁇ d2.
  • the image delay unit 60 delays the information including the image sent from the control unit 10 by a second delay time ⁇ t2, and transmits the information including the first image to the first image projection unit 20. After being delayed by the delay time ⁇ t1, the information including the second image is transmitted to the second image projection unit 40 . That is, in the image display device 110 of the present embodiment, an image having the same content is formed as the third image A3 at the third distance d3, and after the second delay time ⁇ t2 has elapsed, is formed as the first image A1 at the first distance d1. After the lapse of the first delay time ⁇ t1, the second image A2 is formed at the second distance d2.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a structural example of the image display device 110 and an image display method according to this embodiment.
  • the first light emitted by the first image projection section 20 passes through the polarizing plate 31 and the lens 32 and enters the diffraction grating section 35 .
  • the second light emitted by the second image projection section 40 passes through the polarizing plate 51 , the lens 52 and the mirrors 56 and 57 and enters the diffraction grating section 35 .
  • the third light emitted by the third image projection section 70 passes through the polarizing plate 71 , the lens 72 and the mirrors 73 and 74 and enters the diffraction grating section 35 .
  • the first light incident on the diffraction grating portion 35 at the first angle, the second light incident on the diffraction grating portion 35 at the second angle, and the third light incident on the diffraction grating portion 35 at the third angle are each reflected by the diffraction grating.
  • the light is diffracted by the light guide plate portion 35 and enters the light guide plate portion 36, and part of it is repeatedly totally reflected inside the light guide plate portion 36, passes through the beam splitter 37, and reaches the partial reflection portion provided at the end of the light guide plate portion 36. 38 is reached.
  • the light that has reached the beam splitter 37 is divided into the first image A1, the second image A2 and the first image A1, the second image A2 and the third distance d3 in the air at positions of the first distance d1, the second distance d2 and the third distance d3 in the same manner as described in the first embodiment.
  • An image is formed as a third image A3.
  • the combination of the polarizing plate 31, the lens 32, the diffraction grating section 35, the light guide plate section 36, the beam splitter 37, the partial reflection section 38 and the retroreflection section 39 corresponds to the first imaging optical section 30 in the present disclosure.
  • the combination of the polarizing plate 51, the lens 52, the mirrors 56 and 57, the diffraction grating portion 35, the light guide plate portion 36, the beam splitter 37, the partial reflection portion 38, and the retroreflection portion 39 is the second imaging optical portion 50 in the present disclosure. Equivalent.
  • the combination of the polarizing plate 71, the lens 72, the mirrors 73 and 74, the diffraction grating section 35, the light guide plate section 36, the beam splitter 37, the partial reflection section 38 and the retroreflection section 39 is the third imaging optical section 80 in the present disclosure. Equivalent.
  • FIG. 9 is a timing chart schematically showing the display timing of the first image A1, the display timing of the second image A2, and the display timing of the third image A3 in this embodiment.
  • 10A, 10B, 10C, and 10D are schematic diagrams showing the relationship among the first image A1, the second image A2, and the third image A3 visually recognized by the viewer in this embodiment.
  • Information including the third image A3 is transmitted from the control unit 10 to the third image projection unit 70 at a timing that is earlier than the upper portion of FIG. 9 by the second delay time ⁇ t2 as shown in the lower portion of FIG.
  • Information including the first image A1 is transmitted from the image delay unit 60 to the first image projection unit 20 at the timing shown in the upper part of FIG.
  • Information including the second image A2 is transmitted from the image delay unit 60 to the second image projection unit 40 at a timing delayed by the first delay time ⁇ t1 from the upper part of FIG. 9 as shown in the middle part of FIG. be.
  • the first image A1 is imaged at the first distance d1.
  • the second image A2 is imaged and displayed at the second distance d2.
  • the viewer sees that the image formed at the third distance d3 changes over time from the first distance d1 to the second distance. It is visually recognized as having moved to d2.
  • Information including images is sequentially sent from the control unit 10 to the third image projection unit 70 and the image delay unit 60, and the third image A3, the first image A1, and the second image A2 are successively updated. Therefore, the content of the third image A3, the content of the first image A1, and the content of the second image A2 formed in the air at a certain moment may differ.
  • the viewer sees a new third image A3 at a third distance d3, and at a first distance d1, the same image as the slightly previous third image A3.
  • a second image A2 having the same content as the third image A3, which is slightly before, is visually recognized at a second distance d2 between the first image A1 having the content and a temporal change.
  • the third image A3, the first image A1, and the second image A2 are superimposed and displayed on the same line-of-sight direction at the same viewpoint position, and the viewer sees the latest image at the third distance d3, It is recognized as if the past images are displayed in order at the first distance d1 and the second distance d2. This allows the viewer to more easily recognize the time-varying image formed in the air.
  • the image display device 100 can provide a new viewing experience with a visual effect of simultaneously viewing the present and the past.
  • the first image projection unit 20, the first imaging optical unit 30, the second image projection unit 40, the second imaging optical unit 50, the third image projection unit 70, the third imaging optical unit An example of delaying and forming an image at three positions with three combinations of 80 is shown. However, a larger number of image projection units and image forming optical units may be provided, the respective image forming positions may be made different, and the same content may be sequentially displayed by providing a delay time.
  • the image display device 110 displays a third image A3 projected from the third image projection unit 70, a first image A1 projected from the first image projection unit 20, and a second image projected from the second image projection unit 40.
  • A2 may have different luminances.
  • the brightness b2 of the third image A3 and the second image A2 is made lower than the brightness b1 of the first image A1.
  • the viewer sees the latest image displayed dark at the third distance d3, the bright image faded-in displayed at the first distance d1, and the dark image faded-out displayed at the second distance d2. recognize as This allows the viewer to easily recognize the time-varying image formed in the air.
  • the image display device 100 it is possible to provide a new viewing experience through visual effects such as fading in from the future to the present and fading out from the present to the past at the same time.
  • ⁇ d1 be the difference between the first distance d1 and the second distance d2
  • ⁇ d2 be the difference between the first distance d1 and the third distance d3
  • ⁇ b1 be the difference between the brightness b1 of the first image A1 and the brightness b2 of the second image A2.
  • the difference between the luminance b1 of the first image A1 and the luminance b3 of the third image A3 is ⁇ b2.
  • the image display device 110 associates the passage of time with the change in distance, it is possible to provide an experience that expresses the passage of time using a three-dimensional space.
  • the image display devices 100 and 110 are provided with the diffraction grating portion 35 and the light guide plate portion 36, but different images can be formed at different positions in space. If there is, the configuration is not limited.
  • an image display device using a half mirror and a retroreflector may be used (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-047234, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-089396, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021 -096284, etc.).

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Abstract

第１画像を照射する第１画像投影部（２０）と、第２画像を照射する第２画像投影部（４０）と、第１画像を第１距離（ｄ１）に結像する第１結像光学部（３０）と、第２画像を第１距離（ｄ１）とは異なる第２距離（ｄ２）に結像する第２結像光学部（５０）と、第１画像投影部（２０）および第２画像投影部（４０）を制御する画像制御部とを備え、画像制御部は、前記第２画像の表示タイミングを、第１画像の表示タイミングから第１遅延時間（Δｔ１）だけ遅らせる画像遅延部（６０）を備えている画像表示装置。

Description

画像表示装置および画像表示方法
　本開示は、画像表示装置および画像表示方法に関する。
　従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。
　しかし、計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があり、好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ　Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ）も提案されている。小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置として、身体に装着するウェアラブル型のＨＵＤも提案されている。
　これらのＨＵＤとしては、光源から照射された光をコンバイナーで反射して、視聴者の眼球に光を投影し、コンバイナーの背景に画像を重ね合わせて表示するものが提案されている。光源からの光を結像光学系で空中に結像させて、空中に結像された虚像または実像を背景と重ね合わせて表示するものも提案されている。視点から異なる位置に複数の画像を結像させて、奥行き感を持たせた画像表示を行うＨＵＤ装置も提案されている（例えば、特許文献１－３を参照）。
日本国特開２０２１－０４７２３４号公報 日本国特開２０２１－０８９３９６号公報 日本国特開２０２１－０９６２８４号公報
　このような複数画像を空中に結像させるＨＵＤでは、複数の画像を視点から異なる位置に表示するため、視聴者は異なる画像を分離して認識しやすくなるという利点がある。しかし、複数の画像を同一視線上に結像させているため、視聴者が受け取る情報量が多くなる傾向があり、特に動きを伴う画像を表示する場合には、表示された情報を適切に認識することが困難になる可能性がある。
　そこで本開示は、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる画像表示装置および画像表示方法を提供することを目的とする。
　本開示の画像表示装置は、第１画像を照射する第１画像投影部と、第２画像を照射する第２画像投影部と、前記第１画像を第１距離に結像する第１結像光学部と、前記第２画像を前記第１距離とは異なる第２距離に結像する第２結像光学部と、前記第１画像投影部および前記第２画像投影部を制御する画像制御部とを備え、前記画像制御部は、前記第２画像の表示タイミングを、前記第１画像の表示タイミングから第１遅延時間だけ遅らせる画像遅延部を備えている。
　本開示の画像表示装置は、第１距離に第１画像を結像した後に、第１画像の表示タイミングから第１遅延時間だけ経過した後に、第２画像を第２距離に結像する。これにより、表示内容が時間経過とともに遷移する様を残像の位置が変わるように視認させることができ、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる。
　本開示の画像表示方法は、第１画像を照射して第１距離に結像する第１画像結像工程と、第２画像を照射して前記第１距離とは異なる第２距離に結像する第２画像結像工程と、前記第１画像および前記第２画像の表示を制御する制御工程とを備え、前記制御工程は、前記第２画像の表示タイミングを、前記第１画像の表示タイミングから第１遅延時間だけ遅らせる画像遅延工程を備えている。
　本開示では、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる画像表示装置および画像表示方法を提供することができる。
図１は、第１実施形態に係る画像表示装置１００の構成を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態に係る画像表示装置１００の構造例と画像表示方法を示す模式図である。 図３は、第１実施形態において第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の表示タイミングを模式的に示すタイミングチャートである。 図４Ａは、第１実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の関係を示す模式図である。 図４Ｂは、第１実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の関係を示す模式図である。 図４Ｃは、第１実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の関係を示す模式図である。 図５は、第１実施形態に係る画像表示方法を示すフローチャートである。 図６Ａは、第１実施形態において青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）を用いて異なる位置に画像を結像させた様子を示す写真であり、緑色光のみを結像した状態を示している。 図６Ｂは、第１実施形態において青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）を用いて異なる位置に画像を結像させた様子を示す写真であり、青色光のみを結像した状態を示している。 図６Ｃは、第１実施形態において青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）を用いて異なる位置に画像を結像させた様子を示す写真であり、緑色光と青色光を共に結像した状態を示している。 図６Ｄは、第１実施形態において青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）を用いて異なる位置に画像を結像させた様子を示す写真であり、緑色光と青色光での結像に加えて背景画像を投影した状態を示している。 図７は、第２実施形態に係る画像表示装置１１０の構成を示すブロック図である。 図８は、第２実施形態に係る画像表示装置１１０の構造例と画像表示方法を示す模式図である。 図９は、第２実施形態において第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３の表示タイミングを模式的に示すタイミングチャートである。 図１０Ａは、第２実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３の関係を示す模式図である。 図１０Ｂは、第２実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３の関係を示す模式図である。 図１０Ｃは、第２実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３の関係を示す模式図である。 図１０Ｄは、第２実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３の関係を示す模式図である。
　（第１実施形態）
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る画像表示装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように画像表示装置１００は、制御部１０と、第１画像投影部２０と、第１結像光学部３０と、第２画像投影部４０と、第２結像光学部５０と、画像遅延部６０を備えている。
　制御部１０は、画像表示装置１００の各部に接続されて、動作を制御する部分である。制御部１０の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備え、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御する。また、制御部１０は画像を含んだ情報を第１画像投影部２０および画像遅延部６０に送出する。
　第１画像投影部２０は、制御部１０からの画像を含んだ情報に基づいて、第１画像を含んだ第１光を照射する装置である。第２画像投影部４０は、画像遅延部６０からの画像を含んだ情報に基づいて、第２画像を含んだ第２光を照射する装置である。第１画像投影部２０および第２画像投影部４０の構成は限定されないが、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、レーザ光源と光変調素子の組み合わせ等を用いることができる。光変調素子としては、例えば走査型ミラーデバイス（ＳＭＤ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）やデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）等が挙げられる。
　第１結像光学部３０は、第１画像投影部２０から照射される、第１画像を含んだ光を空中に結像させ、視聴者の視点に到達させる光学部材である。第１結像光学部３０は、基準位置から第１距離ｄ１の空中に第１画像を結像させる。第２結像光学部５０は、第２画像投影部４０から照射される第２画像を含んだ光を空中に結像させ、視聴者の視点に到達させる光学部材である。第２結像光学部５０は、基準位置から第２距離ｄ２の空中に第２画像を結像させ、視聴者の視点位置に第２光を到達させる。第１距離ｄ１と第２距離ｄ２の差はΔｄ１である。ここで基準位置は視聴者の視点としてもよく、画像表示装置１００の何れかの部材からの距離であってもよい。
　画像遅延部６０は、制御部１０から送出された画像を含んだ情報を第１遅延時間Δｔ１だけ遅らせて、第２画像投影部４０に第２画像を含んだ情報として伝達する。画像遅延部６０の構成は限定されず、電気信号を遅延して伝達する遅延回路を用いてもよく、画像を含んだ情報を一時的に記憶して所定時間経過した後に伝達してもよい。図１は制御部１０と画像遅延部６０を別構成に分離した例を示しているが、制御部１０の一部に画像遅延部６０の機能を含めて、画像遅延部６０の機能はソフトウェアで実行させてもよい。
　制御部１０から画像遅延部６０へ送出される、画像を含んだ情報は、第１画像投影部２０へ送出される情報と同じである。したがって、第２画像投影部４０から投影される第２画像の内容は第１画像の内容と同じであり、画像遅延部６０を経た第２画像の表示タイミングは、第１画像の表示タイミングよりも第１遅延時間Δｔ１だけ遅れている。制御部１０と画像遅延部６０の組み合わせは、本開示における画像制御部に相当している。
　図２は、本実施形態に係る画像表示装置１００の構造例と画像表示方法を示す模式図である。図２に示したように、制御部１０からは同じ画像を含んだ情報が第１画像投影部２０と画像遅延部６０に伝達され、第２画像投影部４０には画像遅延部６０から第１遅延時間Δｔ１だけ遅れて画像を含んだ情報が伝達される。
　第１画像投影部２０が照射する第１光は、偏光板３１、レンズ３２、ミラー３３，３４を経て回折格子部３５に入射する。第２画像投影部４０が照射する第２光は、偏光板５１、レンズ５２を経て回折格子部３５に入射する。回折格子部３５に第１角度で入射した第１光および回折格子部３５に第２角度で入射した第２光はそれぞれ、回折格子部３５によって回折されて導光板部３６内に入射する。入射された光の一部が導光板部３６内で繰り返し全反射されてビームスプリッター３７を経て、導光板部３６の端部に設けられた部分反射部３８に到達する。
　部分反射部３８では、第１光の一部および第２光の一部が反射されてビームスプリッター３７まで戻り、ビームスプリッター３７で反射されて導光板部３６の外部に取り出されて視聴者の視点位置ｅの方向に進行する。このとき、第１光および第２光は、レンズ３２，５２や回折格子部３５で拡がり角や光路長が異なるため、それぞれ異なる拡がり角で視点位置ｅに到達する。そのため、視点位置ｅでは導光板部３６よりも奥の位置に第１画像Ａ１と第２画像Ａ２が結像されているように視認される。
　部分反射部３８では、反射されなかった第１光および第２光は透過して、再帰反射部３９に到達する。再帰反射部３９では光が入射した方向に光を再帰反射するため、光径が拡大して入射された光は、光径が縮小する光として反射される。したがって、再帰反射部３９で再帰反射された第１光および第２光は、ビームスプリッター３７で反射された後に、導光板部３６と視点位置ｅの間に結像されて視点位置ｅに到達する。そのため、視点位置ｅでは導光板部３６よりも手前の位置にも第１画像Ａ１と第２画像Ａ２が結像されているように視認される。
　ここで、偏光板３１、レンズ３２、ミラー３３，３４、回折格子部３５、導光板部３６、ビームスプリッター３７、部分反射部３８および再帰反射部３９の組み合わせは、本開示における第１結像光学部３０に相当している。また、偏光板５１、レンズ５２、回折格子部３５、導光板部３６、ビームスプリッター３７、部分反射部３８および再帰反射部３９の組み合わせは、本開示における第２結像光学部５０に相当している。
　上述したように画像表示装置１００は第１画像Ａ１と第２画像Ａ２について、視点位置ｅからみて導光板部３６よりも遠い位置に結像することも、導光板部３６よりも近い位置に結像することもできる。また、部分反射部３８での反射率を適切に設定することで、結像される画像のコントラストを決定できる。一例として、部分反射部３８を設けない場合には、再帰反射部３９だけでの、光径が縮小する再帰反射光のみになるため、導光板部３６よりも近い位置にのみ第１画像Ａ１と第２画像Ａ２が結像される。他の例としては、部分反射部３８の反射率を１００％近くにして再帰反射部３９を設けない場合には、導光板部３６よりも遠い位置にのみ第１画像Ａ１と第２画像Ａ２が結像される。
　図２に示したように、導光板部３６の一部に光フィルター５３や光シャッター５４を設けて、全反射せず導光板部３６の外部に取り出される光を選択的に後方スクリーン５５に照射してもよい。
　図３は、本実施形態において第１画像Ａ１の表示タイミングと第２画像Ａ２の表示タイミングを模式的に示すタイミングチャートである。図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、本実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の関係を示す模式図である。第１画像投影部２０には図３の上部に示したタイミングで、制御部１０から第１画像Ａ１を含んだ情報が伝達される。第２画像投影部４０には図３の下部に示したように図３の上部よりも第１遅延時間Δｔ１だけ遅れたタイミングで、画像遅延部６０から第２画像Ａ２を含んだ情報が伝達される。したがって、視聴者の視点位置ｅでは第１距離ｄ１に第１画像Ａ１が結像して表示されてから、第１遅延時間Δｔ１が経過した後に第２距離ｄ２に第２画像Ａ２が結像して表示される。
　このとき、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２は共通の画像であるため、視聴者は第１距離ｄ１に結像された画像が時間経過とともに第２距離ｄ２に移動したように視認する。制御部１０からは画像を含んだ情報が次々に第１画像投影部２０と画像遅延部６０に送出され、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２は次々と更新されていく。したがって、ある瞬間において空中に結像されている第１画像Ａ１の内容と第２画像Ａ２の内容が異なる場合もある。
　図３に示すように、第１画像Ａ１の新しい内容と、第１遅延時間Δｔ１だけ遅れた第２画像Ａ２の内容とが異なっている場合には、視聴者は図２、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、第１距離ｄ１に新たな第１画像Ａ１を視認するとともに、第２距離ｄ２に、少し前の第１画像Ａ１と同じ内容の第２画像Ａ２を視認する。換言すると、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２は、同一の視点位置における同一の視線方向上に重ね合わせて表示され、視聴者は第１距離ｄ１に最新画像が表示され、過去の画像が第２距離ｄ２に表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像を容易に認識することができる。画像表示装置１００は、現在と過去を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
　図５は、本実施形態に係る画像表示方法を示すフローチャートである。ここで、制御部１０が第１画像投影部２０および第２画像投影部４０で第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の表示を制御する工程は、本開示における制御工程に相当している。はじめにステップＳ１の第１画像準備工程では、制御部１０は共通の内容である画像を含んだ情報を第１画像投影部２０と画像遅延部６０に送出する。次にステップＳ２の第１画像結像工程では、制御部１０は第１画像準備工程で伝達された画像を第１画像Ａ１として、第１画像投影部２０から第１結像光学部３０を介して第１画像Ａ１を含んだ第１光を照射し、第１距離ｄ１に第１画像Ａ１を結像する。
　次にステップＳ３の画像遅延工程では、画像遅延部６０は制御部１０から伝達された画像の表示タイミングを第１遅延時間Δｔ１だけ遅らせて、遅れた画像を第２画像Ａ２とする。次にステップＳ４の第２画像結像工程では、画像遅延部６０は第２画像投影部４０に第２画像Ａ２を含む情報を送出して、第２画像投影部４０から第２結像光学部５０を介して第２画像Ａ２を含んだ第２光を照射し、第２距離ｄ２に第２画像Ａ２を結像する。
　図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄは、本実施形態において青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）を用いて異なる位置に画像を結像させた様子を示す写真である。図６Ａは緑色光のみを結像した状態を示している。図６Ｂは青色光のみを結像した状態を示している。図６Ｃは緑色光と青色光を共に結像した状態を示している。図６Ｄは緑色光と青色光での結像に加えて背景画像を投影した状態を示している。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄでは図２に示した視点位置ｅにカメラを配置して、視点位置ｅから導光板部３６への方向を撮影している。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄ中では空中に結像した画像をそれぞれＡ１Ｂ、Ａ１Ｇで示し、白線で囲んで示している。また、Ａ１Ｂ、Ａ１Ｇは視点位置ｅからの距離が異なる位置に結像されており、それぞれ本開示における第１画像Ａ１と第２画像Ａ２に相当している。
　図６Ａに示したように画像Ａ１Ｇに焦点を合わせて撮像すると、写真左寄りに比較対象として配置したボルトおよびナットにも焦点が合っている。それに対して、図６Ｂに示したように画像Ａ１Ｂに焦点を合わせて撮像すると、ボルトおよびナットには焦点が合っていない。図６Ｃに示すように、画像Ａ１Ｂと画像Ａ１Ｇを同時に異なる位置に結像して視認させることもできる。図２に示したように、光フィルター５３や光シャッター５４を介して後方スクリーン５５に背景画像Ｖ１Ｂ投影し、図６Ｄに示したように画像Ａ１Ｂ、画像Ａ１Ｇおよび背景画像Ｖ１Ｂを同時に視認させることも可能である。
　上述したように本実施形態の画像表示装置１００では、第１距離ｄ１に第１画像を結像した後に、第１遅延時間Δｔ１だけ経過した後に、第１画像と同じ内容を第２画像として第２距離ｄ２に結像する。これにより、表示内容が時間経過とともに遷移する様を残像の位置が変わるように視認させることができ、経時的に変化する画像を空中に結像した場合でも、視聴者が表示内容を容易に認識できる。ここで、視聴者に残像を視認させるためには、第１遅延時間Δｔ１を１００ｍｓ未満と設定することが好ましい。また、第１遅延時間Δｔ１を１００ｍｓ以上とすることで、第１画像と第２画像が分離した足跡のような印象を与えることができる。
　（第１実施形態の変形例１）
　画像表示装置１００は、第１画像投影部２０から照射される第１画像Ａ１と、第２画像投影部４０から照射される第２画像Ａ２の輝度を異ならせるとしてもよい。一例としては、第１画像Ａ１の輝度ｂ１よりも、第２画像Ａ２の輝度ｂ２を低くする。輝度を異ならせる方法は限定されないが、一例として制御部１０が第１画像投影部２０の輝度と第２画像投影部４０の輝度を異ならせるように制御してもよい。また、第２結像光学部５０に光を減衰させるフィルターが介在してもよい。
　ここで、第１画像投影部２０または第２画像投影部４０から照射される第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の結像位置を変化させ、両者の結像位置の差がΔｄ１からΔｄ２に変化したとする。この場合には、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の輝度ｂ１と輝度ｂ２の輝度の差をΔｂ１からΔｂ２に変化させてもよい。また、この輝度の変化は結像位置の変化に反比例し、Δｄ１：Δｄ２＝Δｂ２：Δｂ１としてもよい。これにより、結像位置変化と輝度変化の関連性を高めることができる。
　本変形例で視聴者は、第１距離ｄ１に最新画像が明るく表示され、過去の画像が第２距離ｄ２にフェードアウトして表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像を容易に認識することができる。また画像表示装置１００は、現在から過去にフェードアウトする画像を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
　（第１実施形態の変形例２）
　図２から図５では、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２を同一の視線方向上に重ね合わせて表示した例を示したが、異なる視線方向に表示してもよい。図２に示した例では、第１結像光学部３０と第２結像光学部５０において、回折格子部３５、導光板部３６、ビームスプリッター３７、部分反射部３８および再帰反射部３９は共通して用いられていた。本変形例は、第１結像光学部３０と第２結像光学部５０を分離して別構成として、視点位置ｅに対して異なる方向から第１画像Ａ１と第２画像Ａ２を到達させる。これにより、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２は第１距離ｄ１と第２距離ｄ２が異なるだけではなく、異なる視野に表示されることとなり、視聴者は第１画像Ａ１と第２画像Ａ２をより明確に区別して視認することができる。
　また、図２に示したものと同様に、第１結像光学部３０の一部と第２結像光学部５０の一部とが共通して用いられた場合でも、第１画像Ａ１と第２画像Ａ２の表示が重なり合わないように空中での表示領域を分離することで、同様の効果を得ることができる。
　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について図７～図１０を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態に係る画像表示装置１１０の構成を示すブロック図である。図７に示すように画像表示装置１１０は、制御部１０と、第１画像投影部２０と、第１結像光学部３０と、第２画像投影部４０と、第２結像光学部５０と、画像遅延部６０と、第３画像投影部７０と、第３結像光学部８０を備えている。
　制御部１０は、画像を含んだ情報を第３画像投影部７０および画像遅延部６０に送出する。第３画像投影部７０は、制御部１０からの、画像を含んだ情報に基づいて、第３画像を含んだ第３光を照射する装置である。第３結像光学部８０は、第３画像投影部７０から照射される第３画像を含んだ光を空中に結像させ、視聴者の視点に到達させる光学部材である。第３結像光学部８０は、基準位置から第３距離ｄ３の空中に第３画像を結像させる。第１距離ｄ１と第２距離ｄ２の差はΔｄ１であり、第１距離ｄ１と第３距離ｄ３の差はΔｄ２である。
　画像遅延部６０は、制御部１０から送出された、画像を含んだ情報を第２遅延時間Δｔ２だけ遅らせて、第１画像投影部２０に第１画像を含んだ情報として伝達し、さらに第１遅延時間Δｔ１だけ遅らせて、第２画像投影部４０に第２画像を含んだ情報として伝達する。つまり、本実施形態の画像表示装置１１０では、同じ内容の画像が第３距離ｄ３に第３画像Ａ３として結像され、第２遅延時間Δｔ２経過後に第１距離ｄ１に第１画像Ａ１として結像され、さらに第１遅延時間Δｔ１経過後に第２距離ｄ２に第２画像Ａ２として結像される。
　図８は、本実施形態に係る画像表示装置１１０の構造例と画像表示方法を示す模式図である。第１画像投影部２０が照射する第１光は、偏光板３１、レンズ３２を経て回折格子部３５に入射する。第２画像投影部４０が照射する第２光は、偏光板５１、レンズ５２、ミラー５６，５７を経て回折格子部３５に入射する。第３画像投影部７０が照射する第３光は、偏光板７１、レンズ７２、ミラー７３，７４を経て回折格子部３５に入射する。回折格子部３５に第１角度で入射した第１光、回折格子部３５に第２角度で入射した第２光、および回折格子部３５に第３角度で入射した第３光はそれぞれ、回折格子部３５によって回折されて導光板部３６内に入射し、その一部が導光板部３６内で繰り返し全反射されてビームスプリッター３７を経て、導光板部３６の端部に設けられた部分反射部３８に到達する。
　ビームスプリッター３７に到達した光は、第１実施形態での説明と同様に、空中において第１距離ｄ１、第２距離ｄ２および第３距離ｄ３の位置に、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３として結像される。
　ここで、偏光板３１、レンズ３２、回折格子部３５、導光板部３６、ビームスプリッター３７、部分反射部３８および再帰反射部３９の組み合わせは、本開示における第１結像光学部３０に相当している。偏光板５１、レンズ５２、ミラー５６，５７、回折格子部３５、導光板部３６、ビームスプリッター３７、部分反射部３８および再帰反射部３９の組み合わせは、本開示における第２結像光学部５０に相当している。偏光板７１、レンズ７２、ミラー７３，７４、回折格子部３５、導光板部３６、ビームスプリッター３７、部分反射部３８および再帰反射部３９の組み合わせは、本開示における第３結像光学部８０に相当している。
　図９は、本実施形態において第１画像Ａ１の表示タイミング、第２画像Ａ２の表示タイミングおよび第３画像Ａ３の表示タイミングを模式的に示すタイミングチャートである。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃおよび図１０Ｄは、本実施形態において視聴者が視認する第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３の関係を示す模式図である。
　第３画像投影部７０には図９の下部に示したように図９の上部よりも第２遅延時間Δｔ２だけ早いタイミングで、制御部１０から第３画像Ａ３を含んだ情報が伝達される。第１画像投影部２０には図９の上部に示したタイミングで、画像遅延部６０から第１画像Ａ１を含んだ情報が伝達される。第２画像投影部４０には図９の中部に示したように図９の上部よりも第１遅延時間Δｔ１だけ遅れたタイミングで、画像遅延部６０から第２画像Ａ２を含んだ情報が伝達される。
　したがって、視聴者の視点位置ｅでは第３距離ｄ３に第３画像Ａ３が結像して表示されてから、第２遅延時間Δｔ２が経過した後に第１距離ｄ１に第１画像Ａ１が結像して表示され、さらに第１遅延時間Δｔ１が経過した後に第２距離ｄ２に第２画像Ａ２が結像して表示される。
　このとき、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２および第３画像Ａ３は共通の画像であるため、視聴者は第３距離ｄ３に結像された画像が時間経過とともに第１距離ｄ１、第２距離ｄ２へと移動したように視認する。制御部１０からは画像を含んだ情報が次々に第３画像投影部７０と画像遅延部６０に送出され、第３画像Ａ３、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２は次々と更新されていく。したがって、ある瞬間において空中に結像されている第３画像Ａ３の内容、第１画像Ａ１の内容、第２画像Ａ２の内容が異なる場合もある。
　図１０Ａ～図１０Ｃに示すように、第３画像Ａ３の新しい内容と、第２遅延時間Δｔ２だけ遅れた第１画像Ａ１の内容と、さらに第１遅延時間Δｔ１だけ遅れた第２画像Ａ２の内容とが異なっている場合には、視聴者は図１０Ｄに示すように、第３距離ｄ３に新たな第３画像Ａ３を視認するとともに、第１距離ｄ１に、少し前の第３画像Ａ３と同じ内容の第１画像Ａ１と、第２距離ｄ２に、さらに少し前の第３画像Ａ３と同じ内容の第２画像Ａ２が経時変化するように視認する。換言すると、第３画像Ａ３、第１画像Ａ１、第２画像Ａ２は、同一の視点位置における同一の視線方向上に重ね合わせて表示され、視聴者は第３距離ｄ３に最新画像が表示され、過去の画像が第１距離ｄ１および第２距離ｄ２に順に表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像をより一層容易に認識することができる。画像表示装置１００は、現在と過去を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
　図７～図１０Ｄでは、第１画像投影部２０、第１結像光学部３０、第２画像投影部４０、第２結像光学部５０、第３画像投影部７０、第３結像光学部８０の３つの組み合わせで３つの位置に画像を遅延させて結像させる例を示した。しかし、さらに多数の画像投影部と結像光学部を設けて、それぞれの結像位置を異ならせたうえで、遅延時間を設けて同じ内容を順次表示してもよい。
　（第２実施形態の変形例１）
　画像表示装置１１０は、第３画像投影部７０から照射される第３画像Ａ３、第１画像投影部２０から照射される第１画像Ａ１、および第２画像投影部４０から照射される第２画像Ａ２の輝度をそれぞれ異ならせるとしてもよい。一例としては、第１画像Ａ１の輝度ｂ１よりも、第３画像Ａ３および第２画像Ａ２の輝度ｂ２を低くする。
　本変形例で視聴者は、第３距離ｄ３に最新画像が暗く表示され、第１距離ｄ１に明るい画像がフェードインして表示され、第２距離ｄ２に暗い画像がフェードアウトして表示されているように認識する。これにより視聴者は、空中に結像された経時的に変化する画像を容易に認識することができる。また画像表示装置１００を用いることで、未来から現在にフェードインし、現在から過去にフェードアウトする画像を同時に視認するような視覚効果により、新規な視聴体験を提供することができる。
　（第２実施形態の変形例２）
　画像表示装置１１０は、第１距離ｄ１と第２距離ｄ２の差をΔｄ１とし、第１距離ｄ１と第３距離ｄ３の差をΔｄ２としたとき、Δｄ１：Δｄ２＝Δｔ１：Δｔ２の比例関係が成立するように各構成を設定してもよい。この場合画像表示装置１１０は、時間経過と距離変化が関連付けられるため、３次元空間を用いて時間経過が表現されたような体験を提供することができる。
　（第２実施形態の変形例３）
　第１距離ｄ１と第２距離ｄ２の差をΔｄ１とし、第１距離ｄ１と第３距離ｄ３の差をΔｄ２とし、第１画像Ａ１の輝度ｂ１と第２画像Ａ２の輝度ｂ２の差をΔｂ１とし、第１画像Ａ１の輝度ｂ１と第３画像Ａ３の輝度ｂ３の差をΔｂ２とする。この場合、画像表示装置１１０は、Δｄ１：Δｄ２＝Δｔ１：Δｔ２＝Δｂ２：Δｂ１の関係が成立するように各構成を設定してもよい。この場合画像表示装置１１０は、時間経過と距離変化が関連付けられるため、３次元空間を用いて時間経過が表現されたような体験を提供することができる。
　（第３実施形態）
　第１実施形態および第２実施形態では、画像表示装置１００，１１０として回折格子部３５および導光板部３６を備えたものを示したが、空間中の異なる位置に異なる画像を結像できるものであれば構成は限定されない。一例としては、ハーフミラーと再帰反射板を用いた画像表示装置が用いられてもよい（例えば、日本国特開２０２１－０４７２３４号公報、日本国特開２０２１－０８９３９６号公報、日本国特開２０２１－０９６２８４号公報等を参照）。
　本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。
　本出願は、２０２１年８月６日出願の日本出願第２０２１－１３０１０９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。 

Claims (9)

  1. 　第１画像を照射する第１画像投影部と、
    　第２画像を照射する第２画像投影部と、
    　前記第１画像を第１距離に結像する第１結像光学部と、
    　前記第２画像を前記第１距離とは異なる第２距離に結像する第２結像光学部と、
    　前記第１画像投影部および前記第２画像投影部を制御する画像制御部とを備え、
    　前記画像制御部は、前記第２画像の表示タイミングを、前記第１画像の表示タイミングから第１遅延時間だけ遅らせる画像遅延部を備えている画像表示装置。
  2. 　請求項１に記載の画像表示装置であって、
    　前記画像制御部は、前記第１画像の輝度よりも前記第２画像の輝度を低くする画像表示装置。
  3. 　請求項１または２に記載の画像表示装置であって、
    　第３画像を照射する第３画像投影部と、
    　前記第３画像を、前記第１距離および前記第２距離とは異なる第３距離に結像する第３結像光学部とを備え、
    　前記画像遅延部は、前記第１画像の表示タイミングを、前記第３画像の表示タイミングから第２遅延時間だけ遅らせる画像表示装置。
  4. 　請求項３に記載の画像表示装置であって、
    　前記画像制御部は、前記第１画像の輝度よりも前記第３画像の輝度を低くする画像表示装置。
  5. 　請求項３または４に記載の画像表示装置であって、
    　前記第１距離と前記第２距離の差をΔｄ１とし、前記第１距離と前記第３距離の差をΔｄ２とし、前記第１遅延時間をΔｔ１とし、前記第２遅延時間をΔｔ２としたとき、
    　Δｄ１：Δｄ２＝Δｔ１：Δｔ２である画像表示装置。
  6. 　請求項５に記載の画像表示装置であって、
    　前記第１画像の輝度と前記第２画像の輝度の差をΔｂ１とし、前記第１画像の輝度と前記第３画像の輝度の差をΔｂ２としたとき、
    　Δｄ１：Δｄ２＝Δｂ２：Δｂ１である画像表示装置。
  7. 　請求項１から６の何れか一項に記載の画像表示装置であって、
    　前記第１画像および前記第２画像は、同一の視点位置における同一の視線方向上に重ね合わせて表示される画像表示装置。
  8. 　請求項１から６の何れか一項に記載の画像表示装置であって、
    　前記第１画像および前記第２画像は、同一の視点位置における異なる視線方向に表示される画像表示装置。
  9. 　第１画像を照射して第１距離に結像する第１画像結像工程と、
    　第２画像を照射して前記第１距離とは異なる第２距離に結像する第２画像結像工程と、
    　前記第１画像および前記第２画像の表示を制御する制御工程とを備え、
    　前記制御工程は、前記第２画像の表示タイミングを、前記第１画像の表示タイミングから第１遅延時間だけ遅らせる画像遅延工程を備えている画像表示方法。
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