JP2007129494A - ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者にとって擬似画像を認識し易くする。
【解決手段】左眼に入る左眼用画像と右眼に入る右眼用画像とを表示し、両画像を合わせて１つの擬似画像を表示するディスプレイ装置において、擬似画像が地面上に認識されるように表示することにより、観察者にとって擬似画像を認識し易くすることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、左眼に入る左眼用画像と右眼に入る右眼用画像を異ならせるとともに、両画像を合わせて１つの擬似画像として認識させるディスプレイ装置に関する。

従来より、ディスプレイ装置として、ブラウン管（ＣＲＴ）、液晶（ＬＣＤ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、リアプロ（リアプロジェクション）、プラズマなど、各種のものが知られている。この中で、携帯用などの小型のディスプレイ装置としてはＬＣＤが広く普及しており、また有機ＥＬディスプレイも利用されつつある。

ここで、車両のウィンドシールドガラスに各種表示を行うヘッドアップディスプレイなどでは、表示位置をドライバーの視点に合わせてある程度前方に位置させることが求められており、ウィンドシールドガラスに投射するまでの光路長を長くして、これを達成している。

一方、ディスプレイ装置として、左眼に入る左眼用画像と右眼に入る右眼用画像を異ならせ、両画像を合わせることによって立体画像として認識させる３Ｄディスプレイ装置が特許文献１などに提案されている。このような３Ｄ表示のディスプレイ装置によれば、画面から飛び出した映像などが表示可能であって、臨場感ある映像を楽しむことができる。

特許第３０９６６１３号公報

ここで、上述のように、ヘッドアップディスプレイでは、運動時の視点移動をできるだけ少なくするためにドライバーから見て遠くに映像を表示したいという要求があるが、このためにはウィンドシールドガラスまでの光路長を長くしなければならない。また、通常のディスプレイ装置においても、画像の見える位置を実際の表示装置と異ならせることが好適な場合もある。

本発明は、左眼に入る左眼用画像と右眼に入る右眼用画像とを表示し、両画像を合わせて１つの擬似画像を表示するディスプレイ装置であって、前記擬似画像が地面上に認識されるように表示する。

また、前記ディスプレイ装置において、疑似画像が認識される位置のある点をＡ’、観測者の左右の眼の中心をそれぞれＢ、Ｃ、それらがなす角度を輻輳角ＢＡ’Ｃ、実際のディスプレイ上の点Ａについての輻輳角ＢＡＣとした場合に、輻輳角ＢＡ’Ｃが輻輳角ＢＡＣよりも小さい右眼用、左眼用の画像を連続した時間表示することが好ましい。

また、前記ディスプレイ装置において、前記左眼用画像と前記右眼用画像はおおよそ同じ画像であり、実際のディスプレイに表示される位置が異なることが好ましい。

また、前記ディスプレイ装置において、実際のディスプレイの表示が車両のウィンドシールドガラスに表示されるヘッドアップディスプレイ装置であることが好ましい。

また、前記ディスプレイ装置において、前記輻輳角ＢＡ’Ｃは、
０．００５６°≦角ＢＡ’Ｃ≦２．３°
であることが好ましい。

また、前記ディスプレイ装置において、実際のディスプレイに表示される前記左眼用画像と前記右眼用画像の位置の横方向の差をＳＩとしたとき、
１０ｍｍ≦ＳＩ≦１００ｍｍ
であることが好ましい。

また、前記ディスプレイ装置において、実際のディスプレイの表示が観察者に直視される直視型の車載用ディスプレイ装置であることが好ましい。

また、前記ディスプレイ装置において、前記輻輳角ＢＡ’Ｃは、
０．００５７°≦角ＢＡ’Ｃ≦２．３°
であることが好ましい。

また、前記ディスプレイ装置において、実際のディスプレイに表示される前記左眼用画像と前記右眼用画像の位置の横方向の差をＳＩとしたとき、
１３ｍｍ≦ＳＩ≦１００ｍｍ
であることが好ましい。

このように、本発明では、左眼に入る左眼用画像と右眼に入る右眼用画像とを表示し、両画像を合わせて１つの擬似画像を表示することで、画像を認識させる位置を実際の表示位置と異なるものにすることができる。そして、このようなディスプレイ装置において、擬似画像が地面上に認識されるように表示することにより、観察者にとって擬似画像を認識し易くすることができる。

以下、本発明の実施形態に係るディスプレイ装置について、図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態の表示原理を説明する概念的構成図である。ディスプレイ装置１０には、映像信号に応じた映像が表示される。この例では、ディスプレイ装置１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、画素毎の画像信号からなる映像信号をマトリクス状に配置された画素毎に表示する。また、各画素はＲＧＢまたはＲＧＢＷ等の画素からなり、液晶への電圧印加を画素毎に制御して表示が行われる。

このディスプレイ装置１０では、基本的に２Ｄ表示が行われるが、観察者１４が認識する映像の位置をディスプレイ装置１０の位置ではなく、より遠い位置にある擬似画像１２の位置に制御する。通常の３Ｄ表示では、飛び出す映像がメインで、擬似的表示位置を部分的に随時変化させることで臨場感を得るが、本実施形態では２Ｄの擬似画像１２を実際のディスプレイ装置１０の位置より遠い位置に認識させることを目的とする。

次に、上記目的を実現するための原理について説明する。本実施形態によれば、表示画素毎に左眼に入る左眼用画像用と右眼に入る右眼用画像用の光学フィルタを形成する。従って、ある画素は左眼用画像を表示し、その画像は観察者１４の左眼に供給され、その隣の画素は右眼用画像を表示し、その画像は観察者１４の右眼に供給される。従って、左眼用の画素によって形成される左眼用画像が観察者１４の左眼で認識され、右眼用の画素によって形成される右眼用画像が観察者１４の右眼で認識される。そして、左眼用画像と、右眼用画像とを合わせて観察者１４に認識される擬似画像１２の位置を全体としてディスプレイ装置１０の位置より遠い位置に設定してある。

人間の距離の認識は輻輳角に大きく依存しており、輻輳角が小さいほど遠くに認識される。本発明では、左眼用画像と右眼用画像によって形成される擬似画像１２の位置のある特定の点Ａ’と、観察者１４の左の眼の中心Ｂと、右の眼の中心Ｃとのなす角度（輻輳角）ＢＡ’Ｃが、実際のディスプレイ装置１０上の点Ａについての輻輳角ＢＡＣに比べ、小さくなるように左眼用画像と右眼用画像を作成することで実現できる。このような左右眼用画像の作成は、画像は同じで、右眼用画像、左眼用画像、各々の位置をずらすだけでよいので、通常の３Ｄ画像を作成するのに比べ、非常に簡単に行うことができる。

このように、本実施形態では、輻輳角ＢＡ’Ｃが輻輳角ＢＡＣよりも常時小さい。従って、狭い空間を利用して、画像をより遠くに認識させることができる。例えば、車両のヘッドアップディスプレイシステムにおいては、ウィンドシールドガラスに表示する画像をドライバーから見て遠くの位置とするために、ウィンドシールドガラスに至るまでの映像の経路をミラーなどを用いて長くしているが、本実施形態によれば経路を短くしても、投射される擬似画像を遠くに認識させることができ、画像を遠くにした場合とほとんど同じ効果を得ることができる。

また、図１に示すように、擬似画像１２は、ディスプレイ装置１０を介して後方に位置する。従って、ディスプレイ装置１０を窓として表示されることになり、図に示したように擬似画像１２はディスプレイ装置１０より大きく認識される。このため、大画面を小さいディスプレイで擬似的に得ることができる。さらに、携帯電話のような小さな画面を手に持ったような状態でも、比較的遠くに大きな画面として認識させることができ、近くにある画像や小さい画像が見にくい遠視や老眼の人にとって見やすい画像とすることができる。

図２（ａ），（ｂ）には、ディスプレイ装置１０における表示画像と、擬似画像１２の縦横比についてそれぞれ示してある。このようにディスプレイ装置１０に表示される画像の縦横比ａ／ｂと、擬似画像１２の縦横比ａ’／ｂ’とを比べると、ディスプレイ装置１０に表示される画像の縦横比ａ／ｂの方が大きくなっている。これは、図２（ｃ）に示すように左右方向は、観察者１４の右眼、左眼の視差に起因するずれが生じるのに対し、上下方向はそのような視差が生じないからである。

ここで、本実施形態において、擬似画像が地面上に認識されるように表示する。これにより、擬似画像と背景が合いやすく、観察者にとって擬似画像を認識し易くすることができる。

また、本実施形態において、左眼用画像と右眼用画像はおおよそ同じ画像であり、左眼用画像と右眼用画像の実際のディスプレイに表示される位置が異なる。また、実際のディスプレイに表示される左眼用画像と右眼用画像の位置は、可変であることが好ましく、横方向に可変であることがより好ましい。

ここで、図３に示すように、観察者１４の眼から実際のディスプレイ装置１０までの距離をＥＩ、ディスプレイ装置１０から擬似画像１２までの距離をＩＶ、観察者１４の眼から擬似画像１２までの距離をＥＶ、ディスプレイ装置１０における右眼用画像１６と左眼用画像１８の表示位置のずれ幅をＳＩ、人間の左右の眼の間隔をｃとしたとき、
ＳＩ＝（ｃ×ＩＶ）／ＥＶ （１）
ＥＶ＝ＥＩ＋ＩＶ （２）
となる。また、ＥＶが十分大きいとき、輻輳角ＢＡ’Ｃは、近似的に以下の式で表される。
角ＢＡ’Ｃ＝ｔａｎ^−１（ｃ／ＥＶ） （３）

本実施形態に係るディスプレイ装置が、実際のディスプレイの表示が車両のウィンドシールドガラスに表示される、車両のヘッドアップディスプレイとして使用され、擬似画像１２が地面上に認識されるように表示される場合、上記輻輳角ＢＡ’Ｃは、
０．００５６°≦角ＢＡ’Ｃ≦２．３°
であることが好ましい。また、上記差ＳＩは、
１０ｍｍ≦ＳＩ≦１００ｍｍ
の範囲であることが好ましい。

これは、ヘッドアップディスプレイの場合、ＥＩ＝５００ｍｍ〜２０００ｍｍ（２００ｃｍ）、ＩＶ＝２０００ｍｍ（２００ｃｍ）〜２０００００ｍｍ（２００００ｃｍ）、観察者の左右の眼の間隔ｃ＝２０ｍｍ〜１００ｍｍとしたときに、上記式（１），（２）よりＳＩ＝１０ｍｍ〜１００ｍｍとして、上記式（３）より角ＢＡ’Ｃ＝０．００５６°〜２．３°として求まる。また、ｃは６０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲がより好ましいが、このとき角ＢＡ’Ｃ＝０．０１７°〜１．６１°、ＳＩ＝３０ｍｍ〜７０ｍｍとなる。

また、本実施形態に係るディスプレイ装置が、実際のディスプレイの表示が観察者に直視される、車載用ＬＣＤ等の直視型車載用ディスプレイとして使用され、擬似画像１２が地面上に認識されるように表示される場合、上記輻輳角ＢＡ’Ｃは、
０．００５７°≦角ＢＡ’Ｃ≦２．３°
であることが好ましい。また、上記差ＳＩは、
１３ｍｍ≦ＳＩ≦１００ｍｍ
の範囲であることが好ましい。

これは、直視型車載用ディスプレイの場合、ＥＩ＝５００ｍｍ〜１０００ｍｍ（１００ｃｍ）、ＩＶ＝２０００ｍｍ（２００ｃｍ）〜２０００００ｍｍ（２００００ｃｍ）、観察者の左右の眼の間隔ｃ＝２０ｍｍ〜１００ｍｍとしたときに、上記式（１），（２）よりＳＩ＝１３ｍｍ〜１００ｍｍとして、上記式（３）より角ＢＡ’Ｃ＝０．００５７°〜２．３°として求まる。また、ｃは６０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲がより好ましいが、このとき角ＢＡ’Ｃ＝０．０１７°〜１．６１°、ＳＩ＝４０ｍｍ〜７０ｍｍとなる。

また、本実施形態において、実際のディスプレイ装置１０に表示される画像の縦横比ｂ／ａを可変とすることが好ましい。すなわち、擬似画像１２の縦横比ｂ’／ａ’を一定とするために、擬似画像１２の表示位置を観察者１４から遠い位置に設定する場合は、ｂ／ａが大きくなるように設定し、擬似画像１２の表示位置を観察者１４から近い位置に設定する場合は、ｂ／ａが小さくなるように設定すればよい。

また、比ｂ／ａは、
（ｂ’／ａ’）≦（ｂ／ａ）≦〔ａ×（ｂ’／ａ’）＋ｃ〕／ａ
の範囲で可変であり、ｃは人間の左右の眼の間隔である。ｃ＝２０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましく、ｃ＝６０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲であることがより好ましい。なお、ａ，ｂ，ａ’，ｂ’の単位はｍｍである。

テレビ信号によって表示されるべき映像は主として、横縦比が４／３または１６／９である。従って、観察者が認識する擬似画像において、その横縦比である、ｂ’／ａ’も主に４／３または１６／９である。ｂ’／ａ’が４／３の場合は、実際のディスプレイの横縦比ｂ／ａは、４／３＜ｂ／ａを満足することが好適である。またｂ’／ａ’が１６／９の映像を表示する場合には１６／９＜ｂ／ａを満足することが好適である。これによって、一般的なテレビ信号に基づいた表示が効率的に行える。

また、ディスプレイ装置１０の表示エリアと認識される擬似画像の大きさの比は、どのくらい遠い位置に擬似画像を設定するかによって決定され、その拡大率を１／ｄとすると、基本的にａ’＝ｄ×ａ、ｂ’＝ｄ×ｂの関係が成り立つはずである。しかし、上述のように、観察者の両眼の間の距離に応じた制限があり、この両眼間距離をｃとしたときに、ａ’＝ｄ×ａ、ｂ’＝ｄ×（ｂ’−ｃ）の関係が成り立つ。

ここで、左眼用画像と、右眼用画像の形成について、簡単に説明する。観察者が特殊な眼鏡をかけ、左眼用画像については左眼、右眼用画像については右眼のみで見られるようにするものが知られている。特殊な眼鏡としては、高速のシャッターがついたものがあり、表示とシャッターが同期することで、左右画像を別々に見ることができる。また、特殊な眼鏡を必要とせずに左右画像を別々に表示するものとして、パララックスバリア方式のものがある。これは、パララックスバリアによって、観察者の左右視点からそれぞれ左眼用画像または右眼用画像のいずれかのみが見えるようにするものである。

さらに、上記特許文献１では、パララックスバリアと同様の原理を用いながら、表示部における右眼用画像及び左眼用画像の画素の配列を千鳥状（チェッカーフラッグ状）とし、表示部の前面に配置するフィルタも画素に対応して開口部が千鳥状に位置するものとする。なお、フィルタは、右眼からは右眼用画素、左眼からは左眼用画素が見えるようにする。これによって、水平方向の画素列数の減少を防止して不要な縦縞の発生を防止できる。しかしながら、この方式では上下方向の見える範囲が制限されるという問題点がある。上下方向の見える範囲を広げるためにはストライプ配置されたパララックスバリアの使用が好ましい。

本実施形態においては、この特許文献１に記載されている立体表示方法を利用して、表示における輻輳角を制御する。また、特開平８−１９４２７３号公報に記載されているような、指向性の光源を使用するレンチキュラー方式を利用してもよい。

また、車両のヘッドアップディスプレイシステムに本実施形態のディスプレイ装置を用いることも好適である。

図４（ａ）に示すように、車両のウィンドシールドガラス２０の手前に本実施形態のディスプレイ装置１０を設置する。例えば、ダッシュボードの上や中など比較的ウィンドシールドガラス２０に近い位置でよい。そして、このディスプレイ装置１０に上述したように左眼用画像および右眼用画像を表示する。これによって、ディスプレイ装置１０の虚像２２がウィンドシールドガラス２０の観察者側から見て後方に表示されるが、この虚像２２はディスプレイ装置１０の表示と実質的に同じである。従って、車室内にいる観察者（通常はドライバー）は、虚像２２において、左眼用画像と右眼用画像を左眼、右眼でそれぞれ見ることになり、従って擬似画像２４はそれら画像で決定されるさらに遠い位置に認識されることになる。

このように、本実施形態によれば、車両のウィンドシールドガラス２０に投射するまでの距離を短くしても、元々の虚像２２が右眼用と左眼用の別々の画像で形成されており、従って認識される擬似画像２４の位置は、さらに遠くなる。そこで、ディスプレイ装置１０をウィンドシールドガラス２０の近くに配置することが可能になり、その配置場所の自由度が上昇する。また、図４（ｂ）に示すように画像を凹面鏡２６に反射させることでウィンドシールドガラスに投影される画像を拡大することが可能になる。

また、これらの表示を行うための右眼用画像及び左眼用画像はそれぞれ画像処理により作成されることが好ましい。図５には、映像信号処理の構成を示すブロック図が示してある。ＮＴＳＣなど、所定のフォーマットの映像信号は、信号処理回路３０に供給される。この信号処理回路３０では、ディスプレイ装置１０の各画素に表示するための映像信号を作成する。このとき、信号処理回路３０は、予め定められた輻輳角に対応する１つの映像信号から左眼用の映像信号および右眼用の映像信号を作成する。この輻輳角についてのデータは外部から位置調整信号として供給するとよいが、一定値として内部に記憶しておいてもよい。そして、チェッカーフラッグ状に右眼用と左眼用の画素を表示する場合、得られた左眼用映像信号と右眼用映像信号を画素毎に交互に位置するようにして、表示用の映像信号を作成する。すなわち、１水平ラインの画素は、左眼用、右眼用の画素が交互に位置し、また列方向においても左眼用画素、右眼用画素を交互に位置する。なお、実際には、映像信号はカラーであって、ＲＧＢ毎にそれぞれ左眼用画像、右眼用画像を交互に配置する。

さらに、位置調整用信号をディスプレイ装置１０に設けたつまみなどを利用して利用者が入力できるようにしておけば、擬似画像位置を所望のものに調整できる。なお、この位置の調整は右眼用画像と左眼用画像の表示位置のずれ幅ＳＩの大きさを調整して、輻輳角を調整することで行われる。このときに、擬似画像１２の縦横比ｂ’／ａ’を一定とするために、実際のディスプレイ装置１０に表示される画像の縦横比ｂ／ａを可変とする。

なお、ディスプレイ装置１０としては、液晶ディスプレイ装置が好適であるが、有機ＥＬディスプレイ装置や、ＣＲＴ、リアプロジェクタ、プラズマディスプレイ装置など従来から知られているどのようなディスプレイ装置でも利用することができる。

また、擬似画像の位置を基本的にディスプレイ装置１０の位置より遠い位置としておき、その前提の上で、３Ｄ画像の表示にしてもよい。

本発明の実施形態の原理を説明する図である。 ディスプレイ装置の表示と、擬似画像の表示を示す図である。 本発明の実施形態の原理を説明する図である。 ヘッドアップディスプレイシステムに適応した場合の構成を示す図である。 映像信号の処理の構成を示す図である。

符号の説明

１０ ディスプレイ装置、１２，２４ 擬似画像、１４ 観察者、１６ 右眼用画像、１８ 左眼用画像、２０ ウィンドシールドガラス、２２ 虚像、２６ 凹面鏡、３０ 信号処理回路。

Claims (9)

1. 左眼に入る左眼用画像と右眼に入る右眼用画像とを表示し、両画像を合わせて１つの擬似画像を表示するディスプレイ装置であって、
   前記擬似画像が地面上に認識されるように表示することを特徴とするディスプレイ装置。
2. 請求項１に記載のディスプレイ装置であって、
   疑似画像が認識される位置のある点をＡ’、観測者の左右の眼の中心をそれぞれＢ、Ｃ、それらがなす角度を輻輳角ＢＡ’Ｃ、実際のディスプレイ上の点Ａについての輻輳角ＢＡＣとした場合に、輻輳角ＢＡ’Ｃが輻輳角ＢＡＣよりも小さい右眼用、左眼用の画像を連続した時間表示することを特徴とするディスプレイ装置。
3. 請求項１または２に記載のディスプレイ装置であって、
   前記左眼用画像と前記右眼用画像はおおよそ同じ画像であり、実際のディスプレイに表示される位置が異なることを特徴とするディスプレイ装置。
4. 請求項１〜３に記載のディスプレイ装置であって、
   実際のディスプレイの表示が車両のウィンドシールドガラスに表示されるヘッドアップディスプレイ装置であることを特徴とするディスプレイ装置。
5. 請求項４に記載のディスプレイ装置であって、
   前記輻輳角ＢＡ’Ｃは、
   ０．００５６°≦角ＢＡ’Ｃ≦２．３°
   であることを特徴とするディスプレイ装置。
6. 請求項４に記載のディスプレイ装置であって、
   実際のディスプレイに表示される前記左眼用画像と前記右眼用画像の位置の横方向の差をＳＩとしたとき、
   １０ｍｍ≦ＳＩ≦１００ｍｍ
   であることを特徴とするディスプレイ装置。
7. 請求項１〜３に記載のディスプレイ装置であって、
   実際のディスプレイの表示が観察者に直視される直視型の車載用ディスプレイ装置であることを特徴とするディスプレイ装置。
8. 請求項７に記載のディスプレイ装置であって、
   前記輻輳角ＢＡ’Ｃは、
   ０．００５７°≦角ＢＡ’Ｃ≦２．３°
   であることを特徴とするディスプレイ装置。
9. 請求項７に記載のディスプレイ装置であって、
   実際のディスプレイに表示される前記左眼用画像と前記右眼用画像の位置の横方向の差をＳＩとしたとき、
   １３ｍｍ≦ＳＩ≦１００ｍｍ
   であることを特徴とするディスプレイ装置。

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