以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。下記の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、表示装置100の斜視図である。表示装置100は、眼鏡型のフレーム110と、フレーム110に配された6軸センサ120、電池140、回路部150、操作部160、表示部170、撮像部180、および生体情報センサ190を備える。
フレーム110は、テンプル111、ヒンジ112、保持枠113、ブリッジ114およびパッド115を有する。ブリッジ114により連結された一対の保持枠113の両端には、ヒンジ112を介してそれぞれテンプル111が結合される。テンプル111は、ヒンジ112において折り畳むことができるので、表示装置100をコンパクトに収納できる。
6軸センサ120は、保持枠113の上面に配される。6軸センサ120は、例えば、互いに交差する複数の方向について加速度を検出する加速度センサと、互いに交差する複数の軸の回りについて回転を検出する角速度センサとによって構成される。なお、6軸センサ120は、表示装置100の方位を検出する地磁気センサ、感度校正用の温度センサ、軸間補正用のセンサ等を用いて構成されても良い。これにより、6軸センサ120は、表示装置100の姿勢や位置、変位等を検出できる。
電池140は、テンプル111に内蔵され、回路部150、表示部170、撮像部180、生体情報センサ190等の、表示装置100の各部を動作させる場合に消費される電力を供給する。電池140は、リチウムポリマー電池のような二次電池を用いることにより、交換せずに充電して繰り返し使用できる。
回路部150は、保持枠113の側部に収容される。回路部150は、6軸センサ120、操作部160、撮像部180、生体情報センサ190等の信号を受け付けると共に、表示部170に表示させる画像を生成する。なお、ここでいう画像は、静止画および動画の両方を含む。また、外部との通信をする回路を、回路部150に配してもよい。
操作部160は、ユーザが操作するボタン、ダイアル、レバー、タッチパネル等を含む。ユーザは、操作部160を操作することにより、表示装置100に対して指示等を入力する。なお、表示装置100に操作部160を設ける代わりに、ブルートゥース、NFC(近接無線通信)等を利用して、専用リモコン、スマートフォン、タブレット等から表示装置100を操作してもよい。
表示部170は、保持枠113に配された眼鏡レンズ171および投射部172を含む。投射部172は保持枠113に内蔵され、保持枠113に保持された眼鏡レンズ171のユーザに対向する面(以下、「内面」と記載する)に向かって表示像光を投射する。なお、眼鏡レンズ171は、レンズパワーの無い、いわゆる素通しのレンズであってもよい。表示装置100を装着したユーザは、後述するように、眼鏡レンズ171を通じて表示画像を視認する。
図示の例では、表示部170が、片側の保持枠113の周囲に設けられている。しかしながら、両方の保持枠113にそれぞれ表示部170を設けてもよい。ただし、両方の保持枠113に表示部170を設けた場合は、双方の画像がユーザにとって同じ位置に形成されるように、一対の表示像の表示位置を精度よく一致させることが好ましい。
撮像部180は、投射部172に隣接して保持枠113の側面に配される。撮像部180は、広角の、例えば、画角が180°を超える撮像光学系を有して、表示装置100の周辺の画像を撮像する。
生体情報センサ190は、表示装置100を装着したユーザ200に関する情報に基づいて、ユーザ200の体調等の状態を検出する。ユーザに関する情報としては、発汗、目の充血、視線の移動、体温、血圧、心拍数、呼吸数、血中ガス濃度等を例示でき、検出対象となる情報に応じて、複数の、あるいは複数種類の生体情報センサ190を設けてもよい。
図2は、ユーザ200が表示装置100を装着した状態を示す図である。表示装置100は、パッド115においてユーザ200の鼻210に支持され、テンプル111の後端近傍においてユーザ200の耳230に支持される。
これにより、表示装置100は、ユーザ200の頭部に対して固定され、ユーザ200が頭部を動かした場合は、ユーザ200の頭部と共に変位する。また、ユーザ200が移動した場合は、ユーザ200と共に移動する。このような表示装置100の変位または移動は、表示装置100に設けられた6軸センサ120により検出される。
表示装置100がユーザ200に装着された場合、ユーザ200の眼220の直前には、表示部170の眼鏡レンズ171が位置する。よって、表示装置100を装着されたユーザ200は、表示部170により表示された表示画像を、眼鏡レンズ171を通じて見る周囲環境の映像と重ねて表示像を視認できる。
図3は、表示装置100における表示部170の模式的断面図である。表示部170は、眼鏡レンズ171および投射部172を含む。投射部172の側方には、撮像部180が配される。
表示部170において、保持枠113に保持された眼鏡レンズ171は、内側の表面に光透過性のある反射層173を有する。よって、投射部172により斜め後方から投射された表示像光330は、反射層173において一部が反射されてユーザ200の眼220に入射する。これにより、ユーザ200は、表示部170が表示する表示像を、眼鏡レンズ171の前方に形成される虚像により視認できる。また、ユーザ200の眼220には、眼鏡レンズ171を通じて、視野領域310内の像光が直接に入射する。
なお、表示部170において、投射部172は、眼鏡レンズ171に向かって斜めに表示像光330を投射する。よって、投射部172が眼鏡レンズ171に向かって投射する表示画像は、キーストン歪みを補償する形状に変形して投射される。
表示装置100において、撮像部180は、眼鏡レンズ171の近傍に配される。また、撮像部180は、図中に矢印Zにより示す前後方向について、表示装置100全体における最も前方に位置する。これにより、撮像部180は、周辺領域の情報を示す周辺画像を広い画角で取得できる。
なお、表示装置100において、ユーザ200の眼220の光学的な中心軸と、撮像部180の光軸との間には、視差が存在する。よって、表示部170は、表示画像の表示位置および表示形状について、視差による歪を補償して表示することが好ましい。
図4は、表示装置100の表示機能を示す模式図である。表示装置100を装着したユーザ200は、表示装置100の眼鏡レンズ171を通じて、周辺環境における視野領域310内の様子を直接に視認できる。また、ユーザ200は、表示部170により形成された表示像322を、ユーザ200からみて前方であって、視野領域310の像よりも手前側に、併せて視認できる。
図5は、表示装置100を使用するユーザ200が目視している視認像311を模式的に示す図である。表示装置100を使用するユーザ200の目には、視野領域310内でユーザ200が直接に見ている周辺の風景像と、表示装置100により表示された表示像322とが合わさった視認像311を視認している。よって、ユーザ200は、同一視野内で、視野領域310内の風景像と表示像322とを両方視認できる。
なお、上記の状態の表示装置100においては、眼鏡レンズ171を通じてユーザ200が視認する視認像311の一部領域に表示像322が表示され、表示領域320において表示像322を表示していない他の領域では、ユーザ200が眼鏡レンズ171を通して周辺映像を直接に目視する。しかしながら、例えば、表示装置100において、撮像部180が撮像した周辺映像と、表示装置100が生成した表示像322とを合成した合成画像を、表示部170の表示領域320全体に表示してユーザ200に視認させてもよい。
ここで、グローブイフェクト等と呼ばれる歪みの像について説明する。図6は、表示像322を目で視認したユーザ200が知覚するイメージを模式的に示す図である。図6(A)は、表示装置100がユーザ200に向かって表示した表示像322を示し、二次元的に等間隔で分布する多数のドットを含む。表示装置100を使用するユーザ200は、表示像322と同様に、表示領域320全体にドットが等間隔に配された視認像311を視認する。
しかしながら、ユーザ200にとって表示装置100が表示する表示像322に対する見掛け視野は広く、例えば60°を超える場合がある。このように広い見掛け視野で表示像322を観察した場合、ユーザ200が知覚した視認像311は、各ドットがユーザの目に映る角度の相違により、ドット間隔がユーザ200にとって不均一に感じられる場合がある。
より具体的には、図6(B)に示すように、ユーザ200が知覚する視認像311においては、表示領域320の周縁に近い周辺領域において、表示領域の中心に近い中央領域よりも、ドット相互の間隔が狭く見える。ただし、表示装置100が表示する表示像322自体は、当初より歪曲していないか、歪曲収差が補正された像なので、表示された表示像322が静止している場合、ユーザ200は、知覚した視認像311に対して強い違和感は覚えない。
図7は、表示装置100における他の表示像322と、表示像322に基づいて表示されてユーザ200が視認した視認像311と、ユーザ200が知覚した視認像311とを比較して示す模式図である。図7(A)に示す表示像322は、等間隔の同心円と、中心から放射状に等角度で配された直線とにより形成された円形グリッド状の図形を含む。
表示装置100においてユーザ200が表示像322を観察する場合、ユーザ200にとっては表示像322の見掛け視野が広く、例えば60°を超える。このため、ユーザ200にとっては、等間隔または等角度の要素により形成された表示像322の一部で、表示像322を構成する要素の間隔が不均一に感じられる場合がある。
図7(B)に示す視認像311は、上記のような場合に、ユーザ200が知覚した視認像311のイメージを模式的に示す図である。図示のように、ユーザ200は、周辺領域において中央領域よりも同心円の間隔が狭い視認像311を知覚する。ただし、表示装置100が表示する表示像322自体は、歪曲していないか、歪曲収差が補正されているので、表示された表示像322が静止している場合、ユーザ200は視認像311に強い違和感は覚えない。
図8は、表示装置100の表示領域320における表示図形324の形状の見え方を説明する模式図である。図8は、表示領域320に対して、表示図形324が移動した場合について説明する図であるが、表示領域320における表示図形324の見え方を示す目的で、表示領域320を示す枠を移動させている。
図示のように、表示図形324が、表示領域320の側縁近傍に表示される場合、図6を参照して説明した理由により、表示図形324の形状は、幅が狭くなったように視認される。このため、表示領域320の側縁部近傍から中央部に向かって移動する表示図形324は、移動に従って幅が拡がって知覚される。また、表示領域の中央部から側縁近傍に向かって移動する表示図形324は、移動に従って幅が狭まって知覚される。
なお、表示図形324は、当該移動に伴って、高さが変化するように視認される。例えば、表示領域320の側縁部近傍から中央部に向かって移動する表示図形324は、その高さが高くなるように視認され、中央部から側縁近傍に向かって移動する場合、表示領域の中央部から側縁近傍に向かって移動する表示図形324は、その高さが低くなるように視認される。
このように、表示装置100において表示領域320と表示図形324との相対移動には、グローブイフェクト等と呼ばれる像の歪みが伴うので、表示領域320がまたは表示画像が移動した場合にユーザ200が違和感を覚える場合がある。また、違和感の継続時間が長くなった場合は、ユーザ200が画像酔いを発症する場合がある。
なお、図8は、表示領域320を水平に移動した場合にユーザ200が知覚する視認像311の変形を説明するために、表示図形324の幅の変化を強調して示している。しかしながら、知覚した視認像311における変形は、図6および図7を参照して説明したように、表示領域320の垂直方向にも生じる。このため、表示図形324が表示領域320の上端または下端に接近した場合、ユーザ200が知覚する視認像311においては、表示図形324の高さが縮む。
図9は、表示装置100の内部構造を示すブロック図である。表示装置100は、図1を参照して既に説明した6軸センサ120、操作部160、投射部172、撮像部180、および生体情報センサ190に加えて、主に回路部150に形成された通信部151、原画像生成部152、歪画像生成部153、表示画像生成部154、および歪量設定部155を備える。
通信部151は、表示装置100と外部の機器との通信を担う。通信部151を通じた通信により、表示装置100の、格納容量の拡大、分散処理による処理能力の増強、電力の補給等が可能になる。通信は、電話回線、無線LAN、ブルートゥース、NFC(近距離無線通信)、ワイヤレスUSB等の無線通信の他、USB等の有線通信も利用できる。
原画像生成部152は、表示装置100に表示させる表示像322となる画像の画像データである原画像321(図8参照)を生成する。原画像321は、予め格納したものから選択してもよいし、撮像部180、通信部151等から取得したものに基づいて生成してもよい。原画像生成部152は、歪曲が無いか、歪曲収差が補正された原画像321を生成する。歪画像生成部153は、原画像生成部152が生成した歪曲の無い、または、歪曲収差が補正された原画像321に歪みを加える画像処理を実行して、画像データである歪画像を生成する。
表示画像生成部154は、歪画像生成部153により生成された歪画像を、表示装置100において表示し得る画像データである表示画像に変換して、表示部170の投射部172から像光として出力させる。これにより、表示部170は、歪曲が無いか、十分に補正された表示像322をユーザ200に表示する。
なお、表示像322が、ユーザ200の見掛け視野に対して十分に小さい場合、あるいは、表示像322が、表示装置100の表示領域320に対して静止している場合は、上述した歪みはユーザ200に視認され難い。よって、表示画像生成部154は、表示画像の大きさおよび形状、表示装置100が変位しているか否か等の情報を参照して、表示像322の歪みをユーザ200が視認する可能性が高いことを条件として、歪画像を投射部172に送信してもよい。また、表示画像が、ユーザ200に歪みを視認させる条件が満たされていない場合、表示画像生成部154は、原画像生成部152が生成した原画像321を投射部172に送信してもよい。
なお、上記のように、表示像322に歪みが生じる条件が満たされない場合は、歪画像生成部153による歪画像の生成自体を省いてもよい。この場合、歪画像生成部153は、原画像生成部152から受け取った原画像321を、そのまま表示画像生成部154に転送する。
歪量設定部155は、原画像321に対して加える歪量を設定する。当該歪量は、図6、図7および図8を参照して説明した視認像311に対するユーザ200の違和感を緩和すべく、原画像321に与えられる。
この場合に、歪量設定部155は、予め定められメモリ等に記憶された複数種類の歪量のいずれかを選択してもよい。歪量の種類には、予め定められた中央の矩形の領域を歪ませずに、その周囲の領域を外側に拡大する歪や、レンズ等の光学系で発生する歪曲収差と同等の歪が含まれてもよい。
これに代えてまたはこれに加えて、歪量にパラメータが含まれた形でメモリ等に記憶されており、歪量設定部155は当該パラメータの値を設定することにより、当該歪量を設定してもよい。パラメータの例は、歪量の種類が原画像321の一部を拡大または縮小するものである場合の、拡大率または縮小率である。パラメータの他の例は、上記歪量の種類における拡大または縮小する領域の位置や大きさ、拡大または縮小する方向である。パラメータのさらに他の例は、歪量の種類が歪曲収差と同等の歪の場合における歪曲収差の正負およびその絶対値である。なお、この場合、歪量は歪曲収差を表現するためのパラメータである。歪曲収差は、表現パラメータとしての歪量を変更することで、任意かつ可変に調整されうる。
歪量設定部155に設定する歪量または当該歪量を決めるパラメータは、操作部160を通じてユーザ200が手動で設定してもよい。この場合、歪量設定部155に設定される歪量の値は、ユーザ200の設定に応じて連続的に変化してもよいし、予め設定された離散的な値からユーザ200によって選択されてもよい。
例えば、「強、普通、弱」等、ユーザ200に理解しやすい指標で表した予め設定された値から選ばせてもよい。また、表示内容、ユーザの年齢、表示装置100の利用環境等に合わせて予め決定した値をユーザ200に選ばせてもよい。更に、歪量設定部155に設定する歪量の値は、比較的広い間隔で設定された離散的な値を選択した後に、当該選択された値に対して比較的狭い範囲で連続的に微調整した値であってもよい。
歪量設定部155は、ユーザ200の個人それぞれにおける、画像酔いまたはグローブイフェクトに対する感度に対応して歪量を設定してもよい。この場合に、画像酔いまたはグローブイフェクトに対する感度は、予め、検査により測定してもよいし、過去の経験からユーザ自身が判断してもよい。この場合に、当該感度等と歪量とが対応付けられてメモリ等に格納されており、歪量設定部155はユーザ200等により指定された感度に対応する歪量をメモリ等から読み出す。
歪画像生成部153は、歪量設定部155に設定された歪量を原画像321に加えて歪画像を生成する。この場合に、歪画像生成部153は、歪量設定部155に設定された歪量をさらに調整して原画像321に加えてもよい。歪画像生成部153がひとつの原画像321に加える歪量は、一種類に限られず複数種類を重畳してもよい。この場合にさらに、原画像321のひとつの領域に複数種類の歪量を重畳したり、原画像321の領域毎に異なる種類の歪量を加えてもよい。歪量の種類を原画像321全体で共通にして、領域毎にパラメータの値を異ならせてもよい。
更に、歪量設定部155に設定する歪量の値は、歪画像生成部153が生成する歪画像331の歪量が、表示装置100においてユーザ200が外界を観察する場合の光路を形成する観察光学系における視野領域310内の風景像の歪量と一致するように選択してもよい。ただし、あらゆる表示像322に正確に対応した歪量を設定することは困難なので、予め決められた範囲で、観察光学系の歪量に一致させればよい。
また、表示装置100は、歪量の相違が解りやすいグリッド状やドット状のテストパターンや、これらが速度や方向を変えて移動するテストパターン等を表示させて、ユーザ200の違和感が小さくなるように、操作部160を操作させてもよい。これにより、ユーザ200は、歪量の設定数値を意識することなく、自己にとって適切な(快適に感じられる)歪量を歪量設定部155に設定できる。
生体情報センサ190は、例えば、フレーム110の内側に設けた撮像素子、電極、温度センサ等により形成される。また、6軸センサ120を、ユーザ200の活動量センサとして利用してもよい。これらのセンサを用いて、生体情報センサ190は、ユーザ200の体表の電気抵抗、皮膚の温度、目の充血、行動の俊敏性等を検出して、ユーザ200の体調を判定して、例えば、ユーザ200に画像酔いの兆候が認められる場合は、歪量設定部155に設定する歪量を変化させる。これにより、ユーザ200が気づいていない体調の変化等に対応して、違和感の少ない表示像322を表示させることができる。生体情報センサ190の検出結果による歪量の調整は、当初設定された歪量に対する微調整であってもよい。
図10は、歪画像生成部153において歪画像331を生成する画像処理の概念を説明する模式図である。図10(B)は、図6を参照して説明した通り、等間隔で配されたドットを含む表示像322をユーザ200が知覚する視認像311を示す。図示のように、ユーザ200が知覚する視認像311においては、表示領域320の周縁近傍でドットの間隔が狭く感じられる。
ここで、表示領域の四隅に近い領域Pでは、画素ピッチが、図中の縦横双方に接近している。よって、歪画像生成部153は、領域Pにおいて、表示領域320の対角線方向に、外側に向かって拡大する画像処理を実行する。また、表示領域320の各辺に近く、領域Pを除いた領域Qでは、画素ピッチが各辺に直交する方向に狭まっている。よって、歪画像生成部153は、領域Qにおいて、表示領域320の各辺に直交する方向に、外側に向かって拡大する画像処理を実行する。これにより、図10(C)に示すように、周縁近傍においてドットの間隔が広く、中央近傍においてはドットの間隔が変化していない歪画像331が生成され、表示部170における表示像322となる。
図10(D)は、表示像322として上記の歪画像331を表示した場合に、ユーザ200が知覚する視認像311を示す模式図である。このように、歪画像331が表示像322として表示された場合は、歪画像331の歪と、ユーザ200が知覚する視認像311の変形とが重なって、全体としてドットピッチの変化が少なく、グローブイフェクトが目立たない。よって、表示領域320と表示像322とが相対的に移動しても、歪み200が画像酔いを生じ難い。
なお、歪画像生成部153が歪画像331を生成する過程で原画像321の一部が拡大される。このため、画素レベルでみると、拡大により画素値が欠落した画素が生じる場合がある。よって、歪画像生成部153は、歪画像の生成に伴って、欠落した画素値を補間する処理も併せて実行してもよい。
本発明の態様では、ユーザ200が画像を見る際に生じる違和感を抑制することができる。すなわち、ユーザ200の画像酔いを抑制することができる。
図11は、他の表示装置101のブロック図である。表示装置101は、下記に説明する部分を除くと、図9に示した表示装置100と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。
表示装置101は、ユーザ属性認識部157および歪量自動算出部156を備える点において、表示装置100と異なる。ユーザ属性認識部157は、表示装置101を装着したユーザ200のユーザ属性を認識する。
ここで、ユーザ属性とは、表示装置101における視覚像323の歪みに対して影響するユーザ200の情報であって、例えば、ユーザ200の年齢、性別、視力、過去の経験に基づく酔いやすさの程度等を例示できる。また、表示装置101に、何らかのテスト画像を表示して、ユーザ200の酔いやすさ等を測定してもよい。
ユーザ属性認識部157によるユーザ属性の認識は、ユーザ200により入力してもよいし、センサ等を設けて、表示装置101が自動的に検出してもよい。また、通信部151を通じて、リモコン、スマートフォン等からユーザ属性をユーザ属性認識部157に入力してもよい。
歪量自動算出部156は、ユーザ属性認識部157が認識したユーザ属性に基づいて、歪量設定部155に設定する適切な歪量を算出する。歪量自動算出部156による歪量の算出処理は、例えば、予め定められた複数種類のユーザ属性と、ユーザ属性認識部157が認識したユーザ属性とを比較して、一致するユーザ属性に予め対応付けられた歪量を歪量設定部155に設定する処理であってもよい。また、複数のユーザ属性、例えば、ユーザ200の年齢、性別、視力等の情報を相互に勘案して、歪量設定部155に設定する歪量を算出してもよい。
歪量自動算出部156により算出された歪量は、歪量設定部155に自動的に設定されてもよい。歪量設定部155は、歪量自動算出部156により歪量を設定されることにより、歪量を自動的に設定する自動設定部を形成できる。
更に、表示装置101においては、歪量自動算出部156が歪量設定部155に歪量を設定した後に、ユーザ200が操作部160を操作して、設定された歪量を更に調整してもよい。この場合の歪量の調整においても、歪量の調整量は、連続可変であってもよいし、離散的な値を選択してもよい。
なお、図11では図示を省略したが、表示装置101に、更に、生体情報センサ190を設けてもよい。これにより、歪量設定部155に設定する歪量の値に、更に、生体情報センサ190の検出結果を加味して、ユーザ200の体調や身体的反応に則した歪量を設定できる。また、生体情報センサ190の検出結果と、あらかじめ個人ごとに特徴づけて記憶されている生体情報とを比較対照することによって、表示装置102を装着している個人を特定し、特定された個人の属性に基づいて前述の歪量設定を行っても良い。
図12は、また他の表示装置102のブロック図である。表示装置102は、下記に説明する部分を除くと、図11に示した表示装置101と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。
表示装置102は、歪量自動算出部156が省かれ、ユーザ属性認識部157の認識結果が、通信部151を通じて、外部装置161に送信される点において、図11に示した表示装置101と異なる構造を有する。外部装置161は、ユーザ属性と歪量とを関連付けて格納しており、ユーザ属性認識部157が認識したユーザ属性に対応した歪量を、通信部151に返す。これにより、歪量設定部155には、ユーザ属性に対応した歪量の値が設定される。
このように、ユーザ属性と歪量の値との対応関係を、表示装置102の外部に格納することにより、格納容量に対する制限がなくなり、ユーザ属性に対してきめ細かい対応ができる。また、複数種類のユーザ属性情報から設定すべき歪量を算出する処理も外部装置161に委ねることにより、表示装置101における情報処理を軽減して、処理速度を向上できると共に、電力消費を抑制できる。
更に、表示装置100の外部に配された外部装置161にユーザ属性とそれに対応した表示装置100における歪量の設定等を保存することにより、他の表示装置においても保存した情報を利用できる。例えば、ユーザ200が他の表示装置100を使用する場合に、以前に使用した表示装置100で設定した値を外部装置161から取得することにより、初期設定等を省くことができる。また、ユーザ200の専有していない表示装置100、例えば、公共施設に備えつけの表示装置100であっても、ユーザ200の個人の設定を外部装置161から取得してユーザ200に適した設定で使用できる。
なお、図12では図示を省略したが、表示装置102に、更に、生体情報センサ190を設けてもよい。さらに、生体情報センサ190の検出結果も、通信部151を通じて外部装置161に送信してもよい。これにより、歪量設定部155に設定する歪量の値に、更に、生体情報センサ190の検出結果を加味して、ユーザ200の体調に則した歪量を設定できる。
図13は、また他の表示装置103のブロック図である。表示装置103は、下記に説明する部分を除くと、図9に示した表示装置100と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。
表示装置103は、テストパターンを格納した格納部162を備える点において、図9に示した表示装置100と異なる構造を有する。格納部162が格納するテストパターンは、表示画像生成部154が、表示像322と合成して表示させる。ここで表示されるテストパターンは、表示画像の歪量を測定するスケールとして利用されるパターンを有する。これにより、ユーザ200は、表示画像における歪量を定量的に認識して、歪量設定部155に設定する適切な歪量の値を知ることができる。
なお、テストパターンの表示は、ユーザ200が操作部160の操作を通じてオン/オフできるようにしてもよい。これにより、ユーザ200が歪量設定部155に歪量を設定する場合に限ってテストパターンを表示させることができる。また、図13では図示を省略したが、表示装置103に、更に、生体情報センサ190、ユーザ属性認識部157、歪量自動算出部156を設けてもよい。これにより、表示装置103においても、表示装置100、101、102と同様の機能を実行できる。
図14は、また他の表示装置104のブロック図である。表示装置104は、下記に説明する部分を除くと、図13に示した表示装置103と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。
表示装置104は、テストパターンを格納した格納部163を備え、表示画像生成部154が、テストパターンを表示画像に合成して、投射部172を通じて眼鏡レンズ171に表示させる点においては、図13に示した表示装置103共通の構造を有する。ただし、表示装置104は、格納部163が格納するテストパターンと、その使用方法が異なる。
図15は、表示装置104の格納部163に格納されたテストパターン図形325の例を示す模式図である。図示のように、格納部163は、互いに歪量が異なる複数のテストパターンを格納する。また、表示装置104において、表示画像生成部154は、複数のテストパターン図形325を、予め定められた時間毎に順次表示する。
ユーザ200は、表示されている表示像322にもっともフィットしたテストパターン図形325が表示された場合に、操作部160を通じてその旨を表示装置104に伝える。これにより、歪量設定部155には、表示されている表示像322に対して適切な歪量が設定される。
なお、テストパターンの表示は、ユーザ200が操作部160の操作を通じてオン/オフできるようにしてもよい。これにより、ユーザ200が歪量設定部155に歪量を設定する場合に限ってテストパターンを表示させることができる。
また、表示装置104においては、格納部163に格納された全てのテストパターン図形325を順次表示してもよいが、表示させるテストパターン図形325をユーザ200が操作部160を通じて選択して、限られた数のテストパターン図形325を表示させてもよい。これにより、テストパターン図形325を用いた歪量設定部155への歪量設定に要する時間を短縮できる。
更に、図14では図示を省略したが、表示装置103に、生体情報センサ190、ユーザ属性認識部157、歪量自動算出部156を設けてもよい。これにより、表示装置103においても、表示装置100、101、102と同様の機能を実行できる。
図16は、また他の表示装置105の表示部270の模式的な部分断面図である。表示部270は、下記に説明する部分を除くと、図3に示した表示部170と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。
表示部270は、投射部172と眼鏡レンズ171との間に、表示用光学系174を備える点において、表示部170と異なる構造を有する。表示用光学系174は、表示像322に対して、光学的に正の歪曲を付加する機能を有する。
図17は、表示装置105のブロック図である。表示装置105は、下記に説明する部分を除くと、図9に示した表示装置100と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。
表示装置105は、歪画像生成部153に加えて、表示用光学系174を備える点において、表示装置100と異なる構造を有する。また、表示装置105は、歪量設定部155が、設定された歪量を表示用光学系174にも伝える点で、表示装置100と異なる構造を有する。これにより、表示装置105においては、歪画像生成部153における画像処理により歪画像331が生成されることに加えて、表示用光学系174における光学的処理によって歪画像332が生成される。
なお、図17では図示を省略したが、表示装置105に、生体情報センサ190、ユーザ属性認識部157、歪量自動算出部156等のいずれかを設けてもよい。これにより、表示装置105においても、表示装置100、101、102と同様の機能を実行して、歪量の設定精度を向上させることができる。
図18は、表示用光学系174において、生成される歪画像332を示す模式図である。表示用光学系174においては、表示装置100の原画像321であるグリッド図形326に対して、光学的に正の歪曲収差と同等の変形が加えられる。このため、原画像321として、図中に点線で示すようなグリッド図形326は、図中に実線で示すように、表示用光学系174において正の歪曲が付加され、いわゆる糸巻型の歪曲を有する歪画像332となる。このような歪画像332を表示像322として表示した場合、ユーザ200により知覚される視認像311は、グローブイフェクトが抑制された、原画像321のグリッド図形326に近いものに感じられ、ユーザ200の違和感が軽減される。
このように、歪画像生成部153は、原画像321の中心部よりも周縁部において、歪量が大きい歪画像332を生成してもよい。なお、上記の例では、歪画像332全体を表示用光学系174により生成した。また、図10に示した例では、歪画像331全体を画像処理により生成した。しかしながら、例えば、歪画像331、332の一部、例えば中央寄りの領域を表示用光学系174により生成し、歪画像331、332の他の一部、例えば周縁寄の領域を画像処理により生成する等、光学処理と電子的な画像処理とを併せて歪画像331、332を生成してもよい。
図19は、表示装置105において表示される歪画像332における歪曲収差Dstを示すグラフである。図示のように、表示用光学系174においては、下記の式1が成り立つ。
歪曲収差Dst={(tanθ'−tanθ)/tanθ}×100[%]
・・・(式1)
ここで、θはy=f・tanθで算出された射出角、yは物体高、fは接眼レンズの焦点距離、θ'は実際の射出角をそれぞれ示す。ここで、θ'は、下記の(式2)、(式3)および(式4)により示す射影方式のいずれを用いるかに応じて異なる。
y=fθ' ・・・(式2)
ky=ftan(kθ')・・・(式3)
y=ftanθ' ・・・(式4)
ここで、上記の式4を適用した場合、歪曲収差Dstはゼロになるが、図8を参照して説明したグローブイフェクトが、ユーザ200に強く視認される。一方、上記の式2を適用した場合、ユーザ200はグローブイフェクトを視認しないが、歪曲収差Dstを強く感じる。よって、ユーザ200が感じる歪曲収差Dstおよびグローブイフェクトがいずれも軽微となるように、上記の式3を適用して、係数kの値を、0.5と等しいか、0.5よりも大きく、且つ、0.7と等しいか、0.7よりも小さい範囲とすることが好ましい。
なお、上記の式3を適用した場合、上記の式1は、下記の式5のように表すことができる。
歪曲収差Dst={(1/k)tan−1(ky/f)−y/f}/(y/f)[%]
・・・(式5)
図20は、表示装置105全体で生成する歪画像333を説明する図である。図17を参照して既に説明した通り、表示装置105においては、歪画像生成部153における画像処理により歪画像331が生成されることに加えて、表示用光学系174における光学的処理によっても歪画像332が生成され、表示装置100により表示像322として表示される。これにより、表示装置105全体としては、歪画像331の歪量と、歪画像332の歪量とを重畳した大きな歪量を有する歪画像333される。
なお、上記の表示装置105は、歪画像生成部153と表示用光学系174とを両方備えていた。しかしながら、必要な歪量が得られるのであれば、歪画像生成部153を省略して、表示用光学系174単独で歪画像332を生成してもよい。これにより、画像処理の負担を低減して、処理の高速化と消費電力の抑制とが達成される。
図21は、他の表示装置106の模式的断面図である。表示装置106は、いわゆる没入型のヘッドマウントディスプレイである。なお、図21において、図9に示した表示装置100と共通の要素には、同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
表示装置106は、筐体116により一体化された6軸センサ120、電池140、操作部160、および回路部150を備える。6軸センサ120、電池140、および操作部160の機能は、図9に示した表示装置100と等しい。また、回路部150は、通信部151、原画像生成部152、歪画像生成部153、表示画像生成部154、および歪量設定部155を有する。
更に、表示装置106は、筐体116に収容された表示部158、接眼レンズ159、および表示用光学系174を備える。表示部158は、バックライト付きの液晶表示パネル、有機EL表示パネル等の直視型表示デバイスにより形成され、ユーザ200の両目に対応して一対設けられる。
接眼レンズ159および表示用光学系174を含む光学系も、ユーザ200の両目に対応して一対設けられる。接眼レンズ159は、表示部158に表示された画像を拡大してユーザ200に視認させる。これにより、小型の表示部158を用いて表示装置106を小型化できる。
表示用光学系174は、図16に示した表示装置105の表示用光学系174と同様に、表示装置105の表示画像に対して正の歪曲収差を付加する。また、表示用光学系174は、表示画像に加える歪曲収差の歪量を調節できる。
上記のような表示装置106は、表示装置105と同様に、歪量設定部155に設定された歪量に応じて、歪画像生成部153による画像処理と、表示用光学系174による光学処理とにより生成された歪画像をユーザ200に視認させることができる。
なお、図21では図示を省略したが、表示装置105に、生体情報センサ190、ユーザ属性認識部157、歪量自動算出部156等のいずれかまたは全てを設けてもよい。これにより、表示装置106においても、表示装置100、101、102と同様の機能を実行して、歪量の設定精度を向上させることができる。
図22は、表示用光学系174において、歪画像332に正の歪曲収差を生じさせる光学系301を示す図である。図23は、光学系301の収差図である。光学系301においては、図示のように、3群のレンズのうち、中央の一群を光軸方向に移動させることにより、歪画像332の歪量を変化させることができる。また、光学系301においては、光学系301の焦点距離を保った状態で歪量を変化させることができる。
これによって、表示部158を移動させる必要がないので、表示装置105を簡素化できる。図22に示した表示用光学系17のレンズデータを下記の表1および表2に示す。
図24は、表示用光学系174において、歪画像332に正の歪曲収差を生じさせる他の光学系302を示す図である。図25は、光学系302の収差図である。光学系302においては、図示のように、3群のレンズのうち、後ろ2群をそれぞれ光軸方向に移動させることにより、歪画像332の歪量を変化させることができる。また、光学系302においては、光学系302の焦点距離を保った状態で歪量を変化させることができる。
これによって、表示部158を移動させる必要がないので、表示装置105を簡素化できる。図24に示した表示用光学系174のレンズデータを下記の表3および表4に示す。
図26は、表示用光学系174において、歪画像332に正の歪曲収差を生じさせる他の光学系303を示す図である。図27は、光学系303の収差図である。光学系303においては、図示のように、4群のレンズのうち、前後の2群をそれぞれ光軸方向に移動させることにより、歪画像332の歪量を変化させることができる。また、光学系303においては、光学系303の焦点距離を保った状態で歪量を変化させることができる。
これによって、表示部158を移動させる必要がないので、表示装置105を簡素化できる。図26に示した表示用光学系174のレンズデータを下記の表5および表6に示す。
以上、表示装置101、102、103、104、105、106について説明した。しかしながら、ヘッドマウント型ではない表示装置においても、表示画像に正の歪曲を加えてユーザ200の違和感を軽減できる。
図28は、ヘッドマウント型ではない表示装置107の模式図である。図示のように、表示装置107は、直視型の大型ディスプレイであり、例えば対角40インチを超える表示面積を有する表示部158を備える。このため、ユーザ200が1m程度の近い観察距離で表示部158に表示された画像を観察した場合、表示部158の表示領域320に対するユーザ200の見掛視界αは、水平視界が50°、垂直視界が40°を超える広角になる。よって、歪曲した場合に目立つパターンを含む表示対象、あるいは、歪曲が十分に補正された画像を表示部158に表示して表示領域320内を移動させた場合、当該画像を観察するユーザ200は、グローブイフェクトを感じる場合がある。
表示装置107は、更に、既に説明した表示装置101〜106と同様に、原画像生成部152、歪画像生成部153、表示画像生成部154、および歪量設定部155を備える。よって、歪量設定部155に設定された歪量で、歪画像生成部153が生成した歪画像を、表示画像生成部154が表示部158に表示させることができる。
これにより、表示部158には、例えば、正の歪曲が付加された画像が表示され、ユーザ200の画像に対する違和感を軽減できる。なお、表示装置107においても、生体情報センサ190、通信部151、歪量自動算出部156、ユーザ属性認識部157、テストパターンを格納した格納部162、163等を設けて、歪量設定部155に対して設定する歪量の精度を向上させることができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
本発明の態様に係る他の実施例として、本発明の態様を画像表示方法に採用しても良い。本発明の態様に係る画像表示方法は、原画像に基づいて歪画像を生成する歪画像生成ステップと、歪画像の歪量を設定する歪量設定ステップと、歪画像を表示する表示ステップとを有し、歪画像生成ステップでは、原画像に歪量設定ステップで設定された歪量を加えて、歪画像を生成する。
また、本発明の態様に係る画像表示方法は、原画像に基づいて歪画像を生成する歪画像生成ステップと、ユーザの属性に基づいて歪画像の歪量を設定する歪量設定ステップと、歪画像を表示する表示ステップとを有し、歪画像生成ステップでは、原画像に歪量設定ステップで設定された歪量を調整して、歪画像を生成する。これによって、ユーザ200が画像を見る際に生じる違和感を抑制することができる。すなわち、本発明の態様では、ユーザ200の画像酔いを抑制することができる。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。