JP2015215505A - 表示装置、および表示方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ユーザの運転に支障をきたさないように状況に応じて3D画像を表示することができるヘッドアップディスプレイのような車両用の表示装置を提供する。【解決手段】表示装置10は、ユーザの両眼の位置を検出する検出部11と、2D画像およびユーザが裸眼で立体視可能な3D画像を投射する投射部12と、検出部11の検出結果に応じて投射部12に2D画像を投射させるか3D画像を投射させるかを切り替える制御部13とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、表示装置に関し、特に、車両用の表示装置に関するものである。
車両用の表示装置として、ヘッドアップディスプレイ(HUD)が知られている(例えば特許文献1参照)。ヘッドアップディスプレイでは、例えば、車両の状態を示すオブジェクト(例えば、スピードメータ)や、車両をナビゲートするためのオブジェクト(例えば、矢印)が表示される。
特開2011−090076号公報
一方で、3D画像を表示する技術が知られている。ヘッドアップディスプレイのような車両用の表示装置では、ユーザの運転に支障をきたさないように状況に応じて3D画像が表示される必要がある。
本発明は、ユーザの状況に応じて3D画像を表示することができる表示装置を提供する。
本発明の一態様に係る表示装置は、ユーザの両眼の位置を検出する検出部と、2D画像および前記ユーザが裸眼で立体視可能な3D画像を投射する投射部と、前記検出部の検出結果に応じて前記投射部に前記2D画像を投射させるか前記3D画像を投射させるかを切り替える制御部とを備える。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体で実現されてもよい。また、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本発明の表示装置は、ユーザの状況に応じて3D画像を表示することができる。
図1は、実施の形態1に係る表示装置の機能構成を示すブロック図である。 図2は、実施の形態1に係る表示装置の構成を示す模式図である。 図3は、視差バリア方式を説明するための模式図である。 図4は、3D画像を適切に立体視できる範囲を説明するための図である。 図5は、2D画像と3D画像との切り替えのすフローチャートである。 図6は、ユーザの両眼の位置の状態を示す第1の図である。 図7は、ユーザの両眼の位置の状態を示す第2の図である。 図8は、ユーザの両眼の位置の状態を示す第3の図である。 図9は、切り替えの判断が所定の期間ごとに行われる場合の2D画像と3D画像との切り替えのフローチャートである。 図10は、コンバイナーに画像を投射する表示装置の一例を示す図である。
本発明の一態様に係る表示装置は、ユーザの両眼の位置を検出する検出部と、2D画像および前記ユーザが裸眼で立体視可能な3D画像を投射する投射部と、前記検出部の検出結果に応じて前記投射部に前記2D画像を投射させるか前記3D画像を投射させるかを切り替える制御部とを備える。
また、前記制御部は、前記検出部が前記両眼の位置の少なくとも一方の検出に失敗した場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させてもよい。
また、前記制御部は、前記検出部が前記両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲外であると検出した場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させてもよい。
また、前記制御部は、前記検出部が前記両眼の位置の高さの差が所定値以上であると検出した場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させてもよい。
また、前記制御部は、前記両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲外であり、かつ、前記検出部が前記両眼の位置の水平方向の距離が所定値未満であると検出した場合に、前記投射部に前記3D画像を投射させてもよい。
また、前記制御部は、前記検出部が、前記両眼の位置の少なくとも一方の検出に失敗したときから所定の期間内に前記両眼の位置の検出に成功しなかった場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させてもよい。
また、前記制御部は、前記投射部に前記3D画像を投射させているときに、前記2D画像の投射に切り替えるか否かを前記検出部の検出結果に応じて決定してもよい。
また、前記投射部は、透光性を有する表示媒体に画像を投射し、前記表示媒体において反射された前記画像を前記ユーザに視認させてもよい。
また、前記表示装置は、車載用ヘッドアップディスプレイであり、前記投射部は、風防ガラスまたはコンバイナーに前記画像を投射してもよい。
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、装置、集積回路、またはコンピュータプログラムまたは記録媒体で実現されてもよい。また、これらの全般的または具体的な態様は、システム、装置、集積回路、およびコンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(実施の形態1)
[構成]
まず、実施の形態1に係る表示装置の構成について説明する。図1は、実施の形態1に係る表示装置の機能構成を示すブロック図である。図2は、実施の形態1に係る表示装置の構成を示す模式図である。
図1に示されるように、表示装置10は、検出部11と、投射部12と、制御部13と取得部14とを備える。
表示装置10は、いわゆるヘッドアップディスプレイであり、図2に示されるように車室内に設けられる。表示装置10(投射部12)は、風防ガラス15(フロントガラス)に画像を投射し、風防ガラス15において反射された画像をユーザ20に視認させる。
検出部11は、ユーザ20の両眼の位置を検出する。検出部11は、具体的には、例えば、少なくともユーザ20の顔面を撮影する撮像部(撮像装置)と、撮影された画像を用いてのユーザ20の両眼の位置を検出する処理部とからなる。つまり、検出部11は、ユーザ20の顔面を正面から撮影するとともに、撮影した画像を用いてユーザ20の両眼の位置を検出する。なお、両眼の位置の検出には、既存の顔認識技術など、どのような方法が用いられてもよい。また、検出部11の両眼の位置の検出は、例えば、1秒間に30〜60回程度行われる。
投射部12は、2D画像およびユーザ20が裸眼で立体視可能な3D画像を投射することができる画像投射装置である。投射部12は、実施の形態1では、投射部12は、タブレット状の画像投射装置であり、例えば、図2に示されるように車両のダッシュボードに取り付けられる。
投射部12は、風防ガラス15に向けて光を投射し、風防ガラス15における反射を利用して位置30に画像(虚像)を結像させることができる。つまり、投射部12から2D画像(2D画像を構成する光)が投射される場合、2D画像は、位置30に表示される。
一方で、投射部12から3D画像(3D画像を構成する光)が投射される場合も、3D画像は位置30に表示される。しかしながら、3D画像が投射される場合は、ユーザ20の左眼によって視認される画像(左眼用画像)と、右眼によって視認される画像(右眼用画像)とは、視差を有する互いに異なる画像である。このため、投射部12から3D画像が投射される場合、当該3D画像に含まれる各オブジェクトは、当該オブジェクトの視差に応じて、手前側の位置30aや、奥側の位置30bなどに知覚される。
投射部12の画像の投射は、具体的には、反射型液晶およびLEDを使用したLCOS方式、マイクロミラーアレイおよびLEDを使用したDLP(登録商標)方式、MEMSミラーおよび半導体レーザを使用したレーザ走査方式(ラスタースキャン方式)などによって実現される。なお、投射部12が投射する3D画像は、裸眼で立体視可能な画像であり、これについての詳細は後述する。
取得部14は、車両から当該車両に関する情報を取得する。車両に関する情報は、具体的には、車速情報などである。なお、取得部14は、スマートフォンや、車両内に設けられたカーナビゲーション装置など、表示装置10とは異なる装置から情報を取得してもよい。なお、取得部14の情報の取得には、有線または無線のどのような通信ネットワーク(または、通信インターフェース)が用いられてもよい。
制御部13は、検出部11の検出結果に応じて投射部12に2D画像を投射させるか3D画像を投射させるかを切り替える。制御部13の画像の切り替えの詳細については後述する。制御部13は、例えば、取得部14が取得した情報に基づいて、ナビゲーション用の矢印を含む画像や、スピードメータを含む画像などを投射させる。
制御部13は、具体的には、プロセッサである。なお、制御部13は、ハードウェアのみで構成されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現されてもよい。制御部13は、例えば、マイコンなどでも実現できる。
[3D画像の投射方法]
次に、ユーザ20が裸眼で立体視可能な3D画像の投射方法について説明する。投射部12は、例えば、視差バリア方式で3D画像を投射する。図3は、視差バリア方式を説明するための模式図(上面図)である。
図3に示されるように、視差バリア方式では、映像素子40(例えば、プロジェクタ用の反射型または透過型の素子)において、複数の画素列に対して、左眼用の画素列40Lと右眼用の画素列40Rとが交互に割り当てられる。
また、映像素子40の前(映像素子40とユーザ20との間)には、視差バリア50が設けられる。左眼用の画素列40Lから出力される左眼用画像は、視差バリア50に設けられたスリット50aを通ってユーザ20の左眼20Lに入射する。同様に、右眼用の画素列40Rから出力される右眼用画像は、スリット50aを通ってユーザ20の右眼20Rに入射する。一方で、左眼用の画素列40Lから出力される左眼用画像は、視差バリア50によってユーザ20の右眼20Rには入射しにくく、右眼用の画素列40Rから出力される右眼用画像は、視差バリア50によってユーザ20の左眼20Lには入射しにくい。
以上のような構成により、投射部12は、ユーザ20が裸眼で立体視可能な3D画像を投射することができる。なお、投射部12が2D画像を表示する場合には、左眼用の画素列40Lと、これに対応する右眼用の画素列40Rとから同じ画像が出力されればよい。
なお、投射部12は、レンチキュラ方式で3D画像の投射を行ってもよい。
[3D画像と2D画像の切り替え]
上述のような3D画像の投射においては、運転席におけるユーザ20の両眼の位置を想定し、想定した両眼の位置に左眼用画像および右眼用画像が入射するように光学設計がなされる。したがって、ユーザ20の両眼の位置が所定の範囲内に無ければ、ユーザ20は、3D画像を適切に立体視できない。図4は、3D画像を適切に立体視できる範囲を説明するための図である。
ユーザ20の眼が所定の範囲60(図4の破線で囲まれた矩形の領域)に位置するときには、左眼用画像が左眼20Lに入射し、右眼用画像が右眼20Rに入射する。このため、ユーザ20は、3D画像を適切に立体視できる。なお、所定の範囲60は、例えば、アイボックスなどと呼ばれ、高さ(垂直方向)40mm、幅(水平方向)130mm程度の大きさである。
しかしながら、ユーザ20の少なくとも一方の眼が所定の範囲60の外に位置するときは、ユーザ20は、3D画像を適切に立体視できない。
表示装置10のような車両用の表示装置において3D画像が表示される場合、ユーザ20が運転中に姿勢を変えるなどして3D画像を適切に立体視できなくなると、ユーザ20の運転に支障をきたす場合があり、危険である。
そこで、表示装置10の制御部13は、2D画像と3D画像との切り替えを行う。図5は、2D画像と3D画像との切り替えのフローチャートである。なお、以下では、図5に加えて、ユーザ20の両眼の位置の状態を示す図である図6および図7の各図面が説明に用いられる。
検出部11は、両眼の位置を検出し(S11)、制御部13は、検出部11の検出結果が検出エラーであるかを判断する(S12)。
ここで、検出エラーは、検出部11がユーザ20の両眼の位置の少なくとも一方の検出に失敗することを意味する。検出エラーとなる場合には、例えば、ユーザ20の手がユーザ20の眼を覆う場合(図6の(a))や、外光によりユーザ20の顔面の画像が白とびしてしまうような場合が含まれる。
検出部11の検出結果が検出エラーである場合(S12でYes)、制御部13は、投射部12に2D画像を投射させる(S16)。検出部11の検出結果が検出エラーでない場合(S12でNo)、制御部13は、検出されたユーザ20の両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲60外であるかを判断する(S13)。
ここで、両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲60外である場合には、例えば、ユーザ20の頭部が横方向(水平方向)にずれている場合(図6の(b))や、ユーザ20の頭部が縦方向(高さ方向)にずれている場合(図6の(c))などが含まれる。
ユーザ20の両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲60外であると検出された場合(S13でYes)、制御部13は、投射部12に2D画像を投射させる(S16)。ユーザ20の両眼の位置が所定の範囲60外でない(所定の範囲60内である)と検出された場合(S13でNo)、制御部13は、検出されたユーザ20の両眼の位置の高さの差が所定値(第1の所定値)以上であるか否かを判断する(S14)。
ここで、両眼の位置の高さの差が所定値以上である場合とは、例えば、図7に示されるようにユーザ20が首をかしげるなどして、両眼の位置の高さの差L1が大きくなった場合である。3D画像は、人間の両眼の間隔を考慮して投射される。このため、両眼の位置の高さの差L1が大きいと検出される場合(両眼の位置の水平方向の間隔が小さいと検出される場合)は、ユーザ20は、3D画像を適切に立体視することができない。
ユーザ20の両眼の位置の高さの差L1が所定値以上であると検出された場合(S14でYes)、制御部13は、投射部12に2D画像を投射させる(S16)。ユーザ20の両眼の位置の高さの差L1が所定値以上でない(所定値未満である)と検出された場合(S14でNo)、制御部13は、投射部12に3D画像を投射させる(S16)。
以上説明したように、制御部13は、検出部11の検出結果に応じて投射部12に2D画像を投射させるか3D画像を投射させるかを切り替える。これにより、表示装置10は、ユーザ20の状況に応じて3D画像を表示することができる。
なお、図5のフローチャートにおいて、ステップの一部は省略されてもよいし、ステップの順序が入れ替えられてもよい。また、図5のフローチャートにおいて一部のステップが並列に処理されてもよい。
[変形例1]
上記実施の形態1では、ユーザ20の両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲60外であると検出された場合は、制御部13は、投射部12に2D画像を投射させるとした。しかしながら、ユーザ20の両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲60外であると検出され、かつ、ユーザ20の両眼の位置の水平方向の距離が所定値(第2の所定値)未満である場合には、制御部13は、投射部12に3D画像を投射させてもよい。
ここで、両眼の位置の水平方向の距離が所定値未満である場合とは、例えば、図8に示されるようにユーザ20が横を向くなどして、両眼の位置の水平方向の距離L2が小さくなった場合である。
車両を運転するユーザ20は、周辺状況の確認などのために運転時に横を向くことが多いが、このような場合、すぐにユーザ20の両眼の位置は所定の範囲60内に戻ることが多い。
また、ユーザ20が横を向いている場合とは、すなわち、ユーザ20が前方(風防ガラス15の方向)を向いていない場合である。つまり、3D画像が投射されていても、ユーザ20は当該3D画像を視認しておらず、ユーザ20が3D画像を適切に立体視できない可能性は低いと考えられる。したがって、このような場合には、ユーザ20の両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲60外であっても、3D画像の投射が優先されてもよい。
[変形例2]
また、上記実施の形態1において説明した3D画像の投射と2D画像の投射との切り替えが頻繁に行われると、ユーザ20の運転の妨げとなってしまうことも考えられる。そこで、切り替えの頻度を下げるために、切り替えの判断は、検出部11の両眼の位置の検出期間よりも長い所定の期間ごとに行われてもよい。図9は、切り替えの判断が所定の期間ごとに行われる場合の2D画像と3D画像との切り替えのフローチャートである。
図9に示されるように、投射部12が3D画像を投射しているときに(S21)、検出部11は、検出周期ごとにユーザ20の両眼の位置の検出を行う(S22)。そして、制御部13は、検出部11の検出結果が検出エラーであるかを判断する(S23)。
検出部11の検出結果が検出エラーである場合には(S23でYes)、最初の検出エラーから(検出に成功していた状態から検出エラーになったときから)所定の期間が経過しているか否かを判断する(S24)。一方で、ステップS23で検出結果が検出エラーでない場合は(S23でNo)、ユーザ20の両眼の位置の検出が行われる(S22)。
ステップS24において、最初の検出エラーから所定の期間が経過している場合には(S24でYes)、制御部13は、投射部12に2D画像を投射させる(S25)。ステップS24で最初の検出エラーから所定の期間が経過している場合は(S24でNo)、ユーザ20の両眼の位置の検出が行われる(S22)。
このように、検出エラーが所定の期間続いた場合、つまり、ユーザ20の両眼の位置の少なくとも一方の検出に失敗したときから所定の期間、検出部11が両眼の位置の検出に成功しなかった場合に、制御部13は、投射部12に2D画像を投射させてもよい。
以上のような構成によれば、これにより、3D画像の投射と2D画像の投射とが頻繁に切り替えられることが抑制されるため、表示装置10は、ユーザ20の状況に応じて3D画像を表示することができる。
なお、図9に示されるフローチャートは、切り替えの判断基準が検出エラーであるか否かであり、かつ、3D画像を2D画像に切り替える場合を示すが、このフローチャートは、一例である。切り替えの判断基準が検出エラー以外である場合や、2D画像を3D画像に切り替える場合に、切り替えの判断が所定の期間ごとに行われてもよい。
[変形例3]
上記実施の形態1では、検出結果が検出エラーである場合には2D画像が投射されるとして説明したが、検出結果が検出エラーである場合には、3D画像が投射されてもよい。
上述のように、検出エラーは、検出部11が撮影する画像の白とびや、検出部11側の不具合により生じる可能性があり、検出エラーには、必ずしもユーザ20の両眼の位置が3D画像に不適切な位置にあるといえない場合が含まれる。このような構成によれば、表示装置10が基本的に3D画像を投射する場合に、2D画像と3D画像との切り替えの頻度を減らすことができる。
また、検出結果が検出エラーである場合には、現在投射中の画像が維持されてもよい。具体的には、2D画像が投射されているときに検出結果が検出エラーとなった場合には、2D画像が継続して投射され、3D画像が投射されているときに検出結果が検出エラーとなった場合には、3D画像が継続して投射されてもよい。このような構成によれば、2D画像と3D画像との切り替えの頻度を減らすことができる。
(その他の実施の形態)
以上のように、本発明の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
例えば、上記実施の形態では、表示装置10(投射部12)は、風防ガラス15に画像を投射したが、表示装置10は、いわゆるコンバイナーに画像を投射してもよい。図10は、コンバイナーに画像を投射する表示装置の一例を示す図である。
図10に示される表示装置10aは、コンバイナー70に画像を投射する。ここで、コンバイナー70は、凹面構造の光学部材であり、コンバイナー70に投射された画像は、ユーザ20から見て風防ガラス15よりも遠くに大きく表示される。
また、上記実施の形態に係る表示装置は、風防ガラス15およびコンバイナー70以外の透光性を有する表示媒体に画像を投射してもよい。また、上記実施の形態に係る表示装置は、車両以外の移動体(例えば、飛行機など)に設けられてもよい。
また、上記実施の形態では、上記実施の形態に係る表示装置を、タブレット状の画像投射装置を用いた例で説明したが、液晶パネルのような画像投射装置と風防ガラスとの間に、ミラーやレンズを用いた光学系を配する構成にしてもよい。
また、上記実施の形態では、検出部11が両眼の位置を検出する例を用いて説明したが、検出部はユーザの頭部の位置や向きを検出してもよい。また、検出部11は、ユーザの着座するシートに配された圧力センサなどによって着座姿勢を検出してもよい。これらの例では検出部11が安価で小型に構成できる効果がある。
また、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
以上、一つまたは複数の態様に係る表示装置(表示方法)について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
例えば、上記各実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。
本発明は、車載用のヘッドアップディスプレイとして有用である。
10、10a 表示装置
11 検出部
12 投射部
13 制御部
14 取得部
15 風防ガラス
20 ユーザ
20L 左眼
20R 右眼
30、30a、30b 位置
40 映像素子
40L 左眼用の画素列
40R 右眼用の画素列
50 視差バリア
50a スリット
60 所定の範囲
70 コンバイナー

Claims (11)

  1. ユーザの両眼の位置を検出する検出部と、
    2D画像および前記ユーザが裸眼で立体視可能な3D画像を投射する投射部と、
    前記検出部の検出結果に応じて前記投射部に前記2D画像を投射させるか前記3D画像を投射させるかを切り替える制御部とを備える
    表示装置。
  2. 前記制御部は、前記検出部が前記両眼の位置の少なくとも一方の検出に失敗した場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させる
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記制御部は、前記検出部が前記両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲外であると検出した場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させる
    請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 前記制御部は、前記検出部が前記両眼の位置の高さの差が所定値以上であると検出した場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させる
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 前記制御部は、前記両眼の位置の少なくとも一方が所定の範囲外であり、かつ、前記検出部が前記両眼の位置の水平方向の距離が所定値未満であると検出した場合に、前記投射部に前記3D画像を投射させる
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の表示装置。
  6. 前記制御部は、前記検出部が、前記両眼の位置の少なくとも一方の検出に失敗したときから所定の期間内に前記両眼の位置の検出に成功しなかった場合に、前記投射部に前記2D画像を投射させる
    請求項2に記載の表示装置。
  7. 前記制御部は、前記投射部に前記3D画像を投射させているときに、前記2D画像の投射に切り替えるか否かを前記検出部の検出結果に応じて決定する
    請求項1に記載の表示装置。
  8. 前記投射部は、透光性を有する表示媒体に画像を投射し、前記表示媒体において反射された前記画像を前記ユーザに視認させる
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 前記表示装置は、車載用ヘッドアップディスプレイであり、
    前記投射部は、風防ガラスまたはコンバイナーに前記画像を投射する
    請求項8に記載の表示装置。
  10. ユーザの両眼の位置を検出し、
    前記検出の結果に応じて、2D画像を投射するか前記ユーザが裸眼で立体視可能な3D画像を投射するかを切り替える
    表示方法。
  11. 請求項10に記載の表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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