JP2018010251A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示される虚像の視認性を向上させる虚像表示装置を提供する。
【解決手段】虚像表示装置１０は、ディスプレイ１２と、光学部材１５と、を備える。光学部材１５は、ディスプレイ１２によって表示される画像１７の光を対象者１８の眼に向けて反射し、画像１７の虚像１９を対象者１８の視界に表示する。光学部材１５は、光学部材１５の基準面に対する角度がそれぞれ異なる複数のミラーＭを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象者の視界に虚像を表示する虚像表示装置に関する。

従来、ディスプレイ等に表示させた原画像の虚像を対象者の視界に表示させる虚像表示装置が知られている。例えば、特許文献１には、画面ディスプレイに表示させた原画像を、屈折レンズおよび平板ハーフミラーを介して対象者の視界に虚像として表示させる眼鏡型ヘッドマウントディスプレイが開示されている。

特開平１１−３４６３３６号公報

従来の虚像表示装置は、虚像の視認性について改善の余地があった。

本発明の目的は、表示される虚像の視認性を向上させる虚像表示装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る虚像表示装置は、ディスプレイと、光学部材と、を備える。光学部材は、ディスプレイによって表示される画像の光を対象者の眼に向けて反射し、画像の虚像を対象者の視界に表示する。光学部材は、光学部材の基準面に対する角度がそれぞれ異なる複数のミラーを含む。

本発明の一実施形態に係る虚像表示装置によれば、表示される虚像の視認性が向上する。

本発明の一実施形態に係る虚像表示装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 対象者に装着された虚像表示装置を横から見た様子を示す模式図である。 ディスプレイの表示面を正面から見た様子を示す模式図である。 光学部材を基準面に垂直な方向から見た様子を示す模式図である。 図２のディスプレイおよび光学部材を示す要部拡大図である。 ディスプレイに表示される原画像の例を示す図である。 光学部材によって表示される虚像の例を示す図である。 比較例において、ディスプレイに表示される原画像の例を示す図である。 対象者に装着された、実施形態の変形例に係る虚像表示装置を横から見た様子を示す模式図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１を参照して、一実施形態に係る虚像表示装置１０について説明する。一実施形態に係る虚像表示装置１０は、筐体１１と、ディスプレイ１２と、メモリ１３と、プロセッサ１４と、光学部材１５と、を備える。

筐体１１は、ディスプレイ１２、メモリ１３、プロセッサ１４、および光学部材１５を収容および保持する。筐体１１は、例えば樹脂材料または金属材料等を用いて形成されてもよい。筐体１１は、虚像表示装置１０が対象者に装着された場合に、対象者に対する虚像表示装置１０の位置を規定するための形状を有する。例えば、筐体１１は、眼鏡またはゴーグル等の形状に構成されてもよい。一実施形態において、虚像表示装置１０は、筐体１１に保持される光学部材１５が対象者の視野内に位置するように、例えば対象者の頭部に装着される。

ディスプレイ１２は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）または有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Light Emitting Display）等、任意の表示装置を含む。ディスプレイ１２の表示面には、複数の画素Ｐがアレイ状に配置される。例えば図２に示すように、ディスプレイ１２は、表示面１６が筐体１１の内部を向くように筐体１１に収容および保持される。ディスプレイ１２のピクセルサイズは、任意に定められてよい。以下、ディスプレイ１２のピクセルサイズは、例えば図３に示すように、１６００×１２００であるものとして説明する。ディスプレイ１２に配置された各画素Ｐを、画素Ｐ（１，１）、…、および画素Ｐ（１６００，１２００）ともいう。

ディスプレイ１２は、多様な画像を表示可能である。例えば、ディスプレイ１２は、後述するようにプロセッサ１４の制御に従って、所定の原画像を表示する。原画像とは、虚像表示装置１０が虚像として対象者の視界に表示させる画像をいう。一実施形態において、原画像は、左眼用の第１画像と、右眼用の第２画像と、を含む。他の実施形態において、原画像は、単一の画像であってもよい。一実施形態において、画像は、静止画像または動画像を含み得る。原画像の虚像を表示させる構成、および原画像の詳細については後述する。

図１に示すメモリ１３は、例えば一次記憶装置または二次記憶装置を含む。メモリ１３は、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、または光メモリ等を含み得る。一実施形態において、メモリ１３は、虚像表示装置１０の動作に必要な種々の情報およびプログラムを記憶する。例えば、メモリ１３は、原画像を記憶する。

プロセッサ１４は、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する１以上の汎用のプロセッサ、または特定の処理に特化した１以上の専用のプロセッサを含む。プロセッサ１４は、虚像表示装置１０全体の動作を制御する。例えば、プロセッサ１４は、メモリ１３に記憶された原画像をディスプレイ１２に表示させる。

光学部材１５は、例えば図２に示すように、ディスプレイ１２に表示される原画像１７の光を、虚像表示装置１０を装着する対象者１８の眼に向けて反射するように、筐体１１に収容および保持される。光学部材１５によって反射された光によって、対象者１８の視界に原画像１７の虚像１９が表示される。

光学部材１５は、例えば図４に示すようにアレイ状に配置された複数の微小なミラーＭを含む。以下、光学部材１５において、複数のミラーＭが配置される面を、基準面ともいう。基準面は、光学部材１５が実際に有する面であってもよく、光学部材１５に対して観念される仮想の面であってもよい。一実施形態では、光学部材１５は略平板形状を有する。基準面は、例えば当該略平板形状に沿った面であってもよい。図４において、光学部材１５は、基準面に垂直な方向から見て長方形に形成されているが、例えば台形または楕円形等、任意の形状に形成されてもよい。他の実施形態において、光学部材１５は、例えば湾曲形状を有してもよい。かかる場合、基準面は、例えば当該湾曲形状に沿った曲面であってもよい。当該曲面は、例えば球面または非球面であってもよい。

複数のミラーＭは、ディスプレイ１２の表示面１６上の複数の第１領域にそれぞれ対応して設けられる。各第１領域は、複数の画素Ｐのうち１以上の画素Ｐを含む。一実施形態において、各第１領域は１の画素Ｐを含む。したがって、一実施形態において各ミラーＭは、各第１領域すなわち各画素Ｐに対応して設けられる。かかる場合、ディスプレイ１２のピクセルサイズが１６００×１２００とすると、光学部材１５に含まれるミラーＭの数は１６００×１２００個である。以下、各ミラーＭを、ミラーＭ（１，１）、…、およびミラーＭ（１６００，１２００）ともいう。ミラーＭ（１，１）、…、およびミラーＭ（１６００，１２００）は、それぞれ画素Ｐ（１，１）、…、および画素Ｐ（１６００，１２００）に対応する。

各ミラーがディスプレイ１２上の対応する第１領域から発せられる光を対象者１８の眼に向けて反射するように、光学部材１５の基準面に対する各ミラーＭの鏡面の角度が調整される。このため、例えば光学部材１５の基準面に平行な１以上の任意の方向に沿って、光学部材１５の基準面に対する複数のミラーＭの鏡面の角度が変化する。例えば、図４に示すように光学部材１５の基準面に平行な縦方向２０に沿って、図５に示すように基準面に対する複数のミラーＭの鏡面の角度が順次大きくまたは小さくなっている。光学部材１５の基準面に平行な方向に沿った複数のミラーＭの鏡面の角度の変化は、上述した構成に限られない。例えば、光学部材１５の基準面に平行な第１方向および第２方向の少なくとも一方に沿って、基準面に対する複数のミラーＭの鏡面の角度が順次大きくまたは小さくなってもよい。

一実施形態において、複数のミラーＭのうち一部のミラーＭが、原画像１７に含まれる左眼用の第１画像の光を対象者１８の左眼に向けて反射すると共に、複数のミラーＭのうち他のミラーＭが、原画像１７に含まれる右眼用の第２画像の光を対象者１８の右眼に向けて反射する。第１画像および第２画像は同一の画像であってもよい。第１画像および第２画像それぞれの光によって対象者１８の左右の網膜にそれぞれ結像される２つの像が、対象者１８によって融像され１つの像として認識される。あるいは、第１画像および第２画像は、一組の視差画像であってもよい。かかる場合、虚像表示装置１０は、例えば視差を利用した虚像１９の３Ｄ（Three Dimensions）表示が可能である。

上述のように、光学部材１５の基準面に対する各ミラーＭの鏡面の角度が調整されることによって、虚像１９の表示態様が調整される。虚像１９の表示態様は、例えば光学部材１５が表示する虚像１９の大きさ、形状、アスペクト比、虚像１９が表示される奥行方向の位置、および対象者１８の視界における虚像１９の表示位置等を含み得る。一実施形態において、各ミラーＭの角度は、例えば光学部材１５の製造時に所望の角度となるように調整される。具体的には、後述するように、ディスプレイ１２が表示する原画像１７のアスペクト比と、光学部材１５が表示する虚像１９のアスペクト比と、が異なるように、各ミラーＭの角度が調整される。原画像１７および虚像１９のアスペクト比については後述する。

他の実施形態において、各ミラーＭの角度は、各ミラーＭに対応して設けられる駆動部によって動的に調整されてもよい。駆動部として、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）アクチュエータ等が採用可能である。

各ミラーＭは、照射される光の透過率よりも反射率の方が十分に大きくてもよい。かかる構成によれば、虚像表示装置１０は、光学部材１５を介して原画像１７の虚像１９のみを対象者１８が視認可能な、いわゆる没入型のヘッドマウントディスプレイ装置として機能する。あるいは、各ミラーＭは、例えばハーフミラー等のビームスプリッタであってもよい。かかる場合、光学部材１５は、ディスプレイ１２が表示する画像の光を対象者１８の眼に向けて反射すると共に、虚像表示装置１０の外界から対象者１８の眼に向かう光を透過する。かかる構成によれば、虚像表示装置１０は、光学部材１５を介して虚像１９および外界の双方を対象者１８が同時に視認可能な、いわゆるシースルー型のヘッドマウントディスプレイ装置として機能する。

（原画像および虚像）
ディスプレイ１２に表示される原画像１７、および光学部材１５によって表示される虚像１９について詳細に説明する。

以下、具体例として、虚像表示装置１０が映画の映像を虚像１９として表示する構成について説明する。かかる場合、後述するように、例えば映画の提供者から提供される映画の元画像が圧縮された画像が、原画像１７として用いられる。一実施形態において、原画像１７は、例えば虚像表示装置１０の製造時以降にメモリ１３に記憶されてもよい。他の実施形態において、原画像１７に替えて元画像が、メモリ１３に記憶されてもよい。かかる場合、プロセッサ１４が、元画像を圧縮することによって原画像１７を生成してもよい。

一実施形態において原画像１７は、例えば図６に示すように、左眼用の第１画像１７ａおよび右眼用の第２画像１７ｂを含む。第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれは、ディスプレイ１２が横方向に２分割された各第２領域２１に表示される。各第２領域２１のピクセルサイズは、例えばディスプレイ１２全体のピクセルサイズを横方向に半分にした８００×１２００である。かかる場合、各第２領域２１のアスペクト比は２：３である。

一方、映画の元画像のピクセルサイズは、ディスプレイ１２のピクセルサイズよりも大きく、例えば３８４０×２１６０であるものとする。かかる場合、映画の元画像のアスペクト比は、ディスプレイ１２のアスペクト比と異なり、１６：９である。

ピクセルサイズが３８４０×２１６０である映画の元画像が、ディスプレイ１２の各第２領域２１と略同一のピクセルサイズ、ここでは８００×１２００となるように、アスペクト比を維持することなく圧縮される。圧縮された元画像が、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれとして用いられる。本具体例では、圧縮前の元画像のアスペクト比１６：９と、ディスプレイ１２の各第２領域２１のアスペクト比２：３とが異なる。このため、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれの圧縮率は、横方向と縦方向とで異なる。具体的には、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれの横方向の圧縮率は、８００ピクセル／３８４０ピクセル×１００％≒２０．８％である。一方、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれの縦方向の圧縮率は、１２００ピクセル／２１６０ピクセル×１００％≒５５．６％である。このように、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれは、横方向に比べて縦方向の圧縮度合いが小さい。したがって、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれは、例えば図６に示すように、縦方向よりも横方向により強く圧縮されて歪んだ画像となる。

光学部材１５は、ディスプレイ１２に表示された上述の第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂの光を反射することによって、対象者１８の視界に虚像１９を表示する。表示される虚像１９のアスペクト比が元画像のアスペクト比１６：９と略同一になるように、光学部材１５に含まれる複数のミラーＭそれぞれの角度が調整されている。換言すると、光学部材１５は、アスペクト比が２：３である原画像１７の光を反射させて、例えば図７に示すように、アスペクト比が１６：９である虚像１９を対象者１８の視界に表示する。かかる構成によれば、以下に説明するように虚像１９の画質が向上する。

上述したように、映画の元画像のピクセルサイズ（例えば、３８４０×２１６０）と、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれを表示するためのディスプレイ１２上の各第２領域２１のピクセルサイズ（例えば、８００×１２００）とが異なっている。このため、ディスプレイ１２上の各第２領域２１のピクセルサイズに応じて、元画像が圧縮された原画像１７が必要となる。

例えば、元画像のアスペクト比１６：９が維持されつつ元画像が圧縮される比較例を考える。当該比較例においては、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれのピクセルサイズは、例えば図８に示すように、最大で８００×４５０である。元画像のピクセルサイズが３８４０×２１６０である場合、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれの圧縮率は、横方向と縦方向とで等しく、それぞれ約２０．８％である。

一方、一実施形態では、元画像のアスペクト比が維持されることなく元画像が圧縮される。このため、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれのピクセルサイズは、例えば図６に示すように最大で８００×１２００である。元画像のピクセルサイズが３８４０×２１６０である場合、第１画像１７ａおよび第２画像１７ｂそれぞれの横方向の圧縮率は、上述の比較例と同じく約２０．８％である。一方、縦方向の圧縮率は、上述の比較例とは異なり、約５５．６％である。このように、一実施形態によれば、上述した比較例と比べて縦方向の圧縮度合いが小さい原画像１７が採用可能であるので、虚像１９の画質が向上可能である。

以上述べたように、一実施形態に係る虚像表示装置１０において、光学部材１５は、ディスプレイ１２によって表示される原画像１７の光を対象者１８に眼に向けて反射し、当該原画像１７の虚像１９を表示する。光学部材１５に含まれる複数のミラーＭは、基準面に対する角度がそれぞれ異なる。複数のミラーＭの角度によって虚像１９の表示態様が調整されるため、虚像１９の視認性が向上可能である。虚像１９の表示態様は、例えば虚像１９の大きさ、アスペクト比、虚像１９が表示される奥行方向の位置、および対象者１８の視界における虚像１９の表示位置等を含み得る。

さらに、一実施形態によれば、例えばディスプレイ１２と、当該ディスプレイ１２からの光を反射するミラーＭとの間に、虚像１９の表示態様を調整するためのレンズ等の部材を配置する構成と比較して、部材を追加することなく虚像１９の表示態様を調整可能である。このため、装置全体の小型化およびコスト低減が可能である。

一実施形態において、ディスプレイ１２が表示する画像のアスペクト比と、光学部材１５が表示する虚像１９のアスペクト比と、が異なるように、光学部材１５に含まれる複数のミラーＭの角度が調整されてもよい。かかる構成によれば、例えば上述した比較例等と比べて、横方向または縦方向の圧縮度合いが小さい原画像１７が採用可能であるので、虚像１９の画質が向上可能である。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

例えば、上述した実施形態に係るディスプレイ１２、メモリ１３、およびプロセッサ１４を、携帯電話またはスマートフォン等の外部装置２２に具備させてもよい。かかる場合、虚像表示装置１０は、外部装置２２を取り付け可能な取付部２３を備える。例えば図９に示すように、取付部２３は、外部装置２２に備えられたディスプレイ１２からの光が光学部材１５に照射されるように、外部装置２２を保持する。

１０ 虚像表示装置
１１ 筐体
１２ ディスプレイ
１３ メモリ
１４ プロセッサ
１５ 光学部材
１６ 表示面
１７ 原画像
１７ａ 第１画像
１７ｂ 第２画像
１８ 対象者
１９ 虚像
２０ 縦方向
２１ 第２領域
２２ 外部装置
２３ 取付部
Ｍ ミラー
Ｐ 画素

Claims (7)

1. ディスプレイと、
   前記ディスプレイによって表示される画像の光を対象者の眼に向けて反射し、前記画像の虚像を前記対象者の視界に表示する光学部材と、を備え、
   前記光学部材は、前記光学部材の基準面に対する角度がそれぞれ異なる複数のミラーを含む、虚像表示装置。
2. 外部のディスプレイを取り付け可能な取付部と、
   前記外部のディスプレイによって表示される画像の光を対象者の眼に向けて反射し、前記画像の虚像を前記対象者の視界に表示する光学部材と、を備え、
   前記光学部材は、前記光学部材の基準面に対する角度がそれぞれ異なる複数のミラーを含む、虚像表示装置。
3. 請求項１または２に記載の虚像表示装置であって、
   前記基準面に平行な方向に沿って、前記基準面に対する前記複数のミラーの角度が変化している、虚像表示装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の虚像表示装置であって、
   前記ディスプレイが表示する画像のアスペクト比と、前記光学部材が表示する虚像のアスペクト比と、が異なる、虚像表示装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の虚像表示装置であって、
   前記光学部材の前記基準面は、前記複数のミラーが並んで配置される面である、虚像表示装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の虚像表示装置であって、
   前記基準面は平面である、虚像表示装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の虚像表示装置であって、
   前記複数のミラーそれぞれは、ビームスプリッタであり、
   前記光学部材は、前記ディスプレイが表示する画像の光を対象者の眼に向けて反射すると共に、外界から前記対象者の眼に向かう光を透過する、虚像表示装置。

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