JP2018185437A - ３次元表示装置、３次元表示システム、ヘッドアップディスプレイシステム、および移動体 - Google Patents

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Abstract

【課題】曲面状の表示パネルについてのデザイン上の要請に応えつつ、モアレの発生を低減させて適切に３次元表示を行うことができる。
【解決手段】３次元表示装置３は、第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面５１であって、第１方向と第１方向に直交する表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを含む表示面５１と、曲面に沿って配置され、曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する光学素子と、利用者の眼の位置を取得し、表示面、光学素子、および利用者の眼の位置に基づいて複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更するコントローラ７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、３次元表示装置、３次元表示システム、ヘッドアップディスプレイシステム、および移動体に関する。
従来、眼鏡を用いずに３次元表示を行うために、画像表示パネルから射出された画像光の一部を右眼に到達させ、画像表示パネルから射出された画像光の他の一部を左眼に到達させる光学素子を備える３次元表示装置が知られている。通常、画像表示パネルのサブピクセルは、水平および鉛直方向に配列された矩形形状を有する。従来、左右の眼に到達する画像光を制御するために、光学素子として鉛直方向に延びる複数の帯状の開口を有する視差バリアを用いている。しかし、鉛直方向に延びる視差バリアを水平方向に配列すると、モアレの発生等のために画像が見難くなるという問題点があった。そこで、特許文献１では、表示面のサブピクセルの対角線方向に延びる複数の帯状の視差バリアが配列された光学素子を備える３次元表示装置が提案されている。
特開第２００１−１６６２５９号公報
上述のような三次元表示装置が、デザイン上の要請により需要が高まっている曲面状の表示パネルに適用されることが望まれている。
本開示は、曲面状の表示パネルについてのデザイン上の要請に応えつつ、モアレの発生を低減させて適切に３次元表示を行うことができる３次元表示装置、３次元表示システム、ヘッドアップディスプレイシステム、および移動体を提供する。
本開示の３次元表示装置は、表示面と、光学素子と、コントローラとを備える。前記表示面は、第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを含む。前記光学素子は、前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する。前記コントローラは、利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更する。
本開示の３次元表示システムは、検出装置と、３次元表示装置と、を備える。前記検出装置は、利用者の眼の位置を検出する。前記三次元表示装置は、表示面と、光学素子と、コントローラとを備える。前記表示面は、第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを有する。前記光学素子は、前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する。前記コントローラは、前記利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更する。
本開示のヘッドアップディスプレイシステムは、三次元表示装置を備える。前記三次元表示装置は、表示面と、光学素子と、コントローラとを含む。前記表示面は、第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを有する。前記光学素子は、前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する。前記コントローラは、利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更する。
本開示の移動体は、３次元表示システムを備える。前記３次元表示システムは、検出装置と、３次元表示装置とを含む。前記検出装置は、利用者の眼の位置を検出する。前記３次元表示装置は、表示面と、光学素子と、コントローラとを有する。前記表示面は、第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセル有する。前記光学素子は、前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する。前記コントローラは、利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更する。
本開示の一実施形態によれば、曲面状の表示パネルについてのデザイン上の要請に応えつつ、適切に３次元表示を行うことができることが可能となる。
図１は、利用者の眼が基準位置にある場合の３次元表示システムを水平方向から見た例を示す図である。 図２は、図１に示す表示パネルおよび光学素子を、平面に展開して光学素子側から見た図である。 図３は、基準位置にある利用者の眼、および３次元表示システムを鉛直方向から見た例を示す図である。 図４は、図１に示すような、利用者の眼が基準位置にある場合の、該利用者の眼から見た表示面の模式図である。 図５は、基準位置から鉛直方向に変位した位置にある利用者の眼、および３次元表示システムを水平方向から見た例を示す図である。 図６は、図５に示すような、利用者の眼が基準位置から鉛直方向に変位した位置にある場合の、該利用者の眼から見た表示面の模式図である。 図７は、適視距離について説明するための模式図である。 図８は、図１に示すような、利用者の眼が基準位置にある場合の、鉛直方向の可視領域を説明するための模式図である。 図９は、利用者の眼が基準位置から奥行方向に変位した場合の、可視領域を説明するための模式図である。 図１０は、光学素子をレンチキュラレンズとした場合の３次元表示装置の概略構成図である。 本実施形態に係る３次元表示システムを搭載したＨＵＤの例を示す図である。 図１１に示すＨＵＤを搭載した移動体の例を示す図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。
本開示の一実施形態にかかる３次元表示システム１は、図１に示されるように、検出装置２と、３次元表示装置３とを含んで構成される。
以下に、３次元表示システム１の構成について詳細に説明する。図１の検出装置２は、利用者の左眼および右眼のいずれか一方の位置を検出し、コントローラ７に出力する。検出装置２は、例えば、カメラを備えてよい。検出装置２は、カメラによって利用者の顔を撮影してよい。検出装置２は、カメラの撮影画像から左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出してよい。検出装置２は、１個のカメラの撮影画像から、左眼および右眼の少なくとも一方の位置を３次元空間の座標として検出してよい。検出装置２は、２個以上のカメラの撮影画像から、左眼および右眼の少なくとも一方の位置を３次元空間の座標として検出してよい。
検出装置２は、カメラを備えず、装置外のカメラに接続されていてよい。検出装置２は、装置外のカメラからの信号を入力する入力端子を備えてよい。装置外のカメラは、入力端子に直接的に接続されてよい。装置外のカメラは、共有のネットワークを介して入力端子に間接的に接続されてよい。カメラを備えない検出装置２は、カメラが映像信号を入力する入力端子を備えてよい。カメラを備えない検出装置２は、入力端子に入力された映像信号から左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出してよい。
検出装置２は、例えば、センサを備えてよい。センサは、超音波センサまたは光センサ等であってよい。検出装置２は、センサによって利用者の頭部の位置を検出し、頭部の位置に基づいて左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出してよい。検出装置２は、１個または２個以上のセンサによって、左眼および右眼の少なくとも一方の位置を３次元空間の座標として検出してよい。
３次元表示システム１は、検出装置２を備えなくてよい。３次元表示システム１が検出装置２を備えない場合、コントローラ７は、装置外の検出装置からの信号を入力する入力端子を備えてよい。装置外の検出装置は、入力端子に接続されてよい。装置外の検出装置は、入力端子に対する伝送信号として、電気信号および光信号を用いてよい。装置外の検出装置は、共有のネットワークを介して入力端子に間接的に接続されてよい。コントローラ７は、装置外の検出装置から取得した左眼および右眼の少なくとも一方の位置を示す位置座標が入力されてもよい。また、コントローラ７は、位置座標に基づいて、水平方向に沿った、左眼および右眼の移動距離を算出してよい。
図１に示したように、３次元表示装置３は、照射器４、表示パネル５、光学素子としてのパララックスバリア６、コントローラ７を含んで構成される。
照射器４は、表示パネル５を面的に照射する。照射器４は、光源、導光板、拡散板、拡散シート等を含んで構成されてよい。照射器４は、光源により照射光を射出し、導光板、拡散板、拡散シート等により照射光を表示パネル５の面方向に均一化する。そして、照射器４は均一化された光を表示パネル５の方に出射する。
表示パネル５の表示面５１は、第１方向（ｘ軸方向）に沿う方向に曲率が無く、図１に示したように、第１方向に直交する面（ｙｚ平面）内で曲率を有する曲面である。利用者の眼の基準位置ＰＳから表示面５１に下ろした垂線の表示面５１との交点を中心点とし、該中心点における表示面５１上で第１方向に直交する方向が、第２方向（ｙ軸方向）とされる。第１および第２方向に直交する、表示面５１の中心点と基準位置ＰＳとを結ぶ方向が、第３方向（ｚ軸方向）とされる。以下の実施形態で、第１方向は水平方向、第２方向は鉛直方向、第３方向は奥行方向と称されるが、第１方向、第２方向および第３方向はこれらに限られない。以下の実施形態では、表示パネル５の中心点と、鉛直方向において同一の位置を鉛直方向標準位置Ｏｙという。鉛直方向標準位置Ｏｙは、表示面５１の鉛直方向での中心である。また、鉛直方向標準位置Ｏｙは、パララックスバリア６の鉛直方向での中心に対向する、表示面５１上の位置であってよい。
さらに、図２に示すように、表示面５１の曲面内において、第１方向に対応する方向を第１面内方向（ｕ軸方向）、第１方向に沿う方向に直交する方向を第２面内方向（ｖ軸方向）とする。第１方向および第１面内方向は、観察時における利用者の両眼の眼球中心を結ぶ方向に対応する方向となる。
表示パネル５は、第１面内方向および第２面内方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを含む表示面５１を有する。図２においては、説明の便宜上、紙面により構成される平面内に表示パネル５が示されているが、実際には表示パネル５は、利用者側に対する面が凹んだ曲面を有し、ｙｚ平面内に、例えば円弧を形成するように湾曲している。
区画領域の各々には、１つのサブピクセルが対応する。複数のサブピクセルは、第１面内方向および第２面内方向にマトリクス状に配列されている。各サブピクセルはＲ，Ｇ，Ｂの各色に対応し、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つのサブピクセルを一組として１ピクセルを構成することができる。１ピクセルは、１画素と称されることがある。表示パネル５は、透過型の液晶パネルに限られず、有機ＥＬ等他の表示パネルであってよい。表示パネル５が自発光型の表示パネルである場合、照射器４は不要である。
パララックスバリア６は、サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する。図１に示したように、パララックスバリア６は、表示面５１に沿う曲面により形成され、表示面５１から所定距離、離れて配置される。パララックスバリア６は、図２に示したように、曲面内の所定方向に伸びる複数の帯状領域である開口領域６２ごとに、サブピクセルから射出される画像光の伝播方向である光線方向を規定する。所定方向は、第２面内方向に対して、０度でない所定の角度を有する方向である。パララックスバリア６がサブピクセルから射出される画像光を規定することによって、利用者の眼が視認可能な表示面５１の範囲、すなわち可視領域５１ａが定まる。パララックスバリア６は、図１に示したように、表示パネル５に対して照射器４の反対側に位置する。パララックスバリア６は、表示パネル５の照射器４側に位置してよい。
具体的には、パララックスバリア６は、図２に示したように、複数の、画像光を遮光する遮光面６１を有する。複数の遮光面６１は、互いに隣接する該遮光面６１の間の開口領域６２を画定する。開口領域６２は、遮光面６１に比べて光透過率が高い。遮光面６１は、開口領域６２に比べて光透過率が低い。
開口領域６２は、パララックスバリア６に入射する光を透過させる部分である。開口領域６２は、第１所定値以上の透過率で光を透過させてよい。第１所定値は、例えば１００％であってよいし、１００％に近い値であってよい。遮光面６１は、パララックスバリア６に入射する光を遮って透過させない部分である。言い換えれば、遮光面６１は、３次元表示装置３に表示される画像を遮る。遮光面６１は、第２所定値以下の透過率で光を遮ってよい。第２所定値は、例えば０％であってよいし、０％に近い値であってよい。
開口領域６２と遮光面６１とは、表示面５１に沿う面内の所定方向に延び、所定方向と直交する方向に繰り返し交互に配列される。開口領域６２は、サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する。
仮に、開口領域６２の端部を示す線が第２面内方向に延びる場合、パララックスバリア６の開口のパターンと、表示パネル５が表示する画素パターンとの間にモアレが発生する場合がある。開口領域６２の端部を示す線が第２面内方向に対して０度でない所定の角度を有する所定方向に延びる場合、表示画像においてモアレの発生が低減される。
パララックスバリア６は、第２所定値未満の透過率を有するフィルムまたは板状部材で構成されてよい。この場合、遮光面６１は、当該フィルムまたは板状部材で構成される。開口領域６２は、フィルムまたは板状部材に設けられた開口で構成される。フィルムは、樹脂で構成されてよいし、他の材料で構成されてよい。板状部材は、樹脂または金属等で構成されてよいし、他の材料で構成されてよい。パララックスバリア６は、フィルムまたは板状部材に限られず、他の種類の部材で構成されてよい。パララックスバリア６は、基材が遮光性を有してよいし、基材に遮光性を有する添加物が含有されてよい。
パララックスバリア６は、液晶シャッターで構成されてよい。液晶シャッターは、印加する電圧に応じて光の透過率を制御しうる。液晶シャッターは、複数の画素で構成され、各画素における光の透過率を制御してよい。液晶シャッターは、光の透過率が高い領域または光の透過率が低い領域を任意の形状に形成してうる。パララックスバリア６が液晶シャッターで構成される場合、開口領域６２は、第１所定値以上の透過率を有する領域としてよい。パララックスバリア６が液晶シャッターで構成される場合、遮光面６１は、第２所定値以下の透過率を有する領域としてよい。
このように構成されることによって、パララックスバリア６は、表示面５１の一部のサブピクセルから出射した画像光を、開口領域６２を通過させ利用者の右眼に伝搬させる。パララックスバリア６は、他の一部のサブピクセルから出射した画像光を、開口領域６２を通過させ利用者の左眼に伝搬させる。
具体的には、図３に示すように、パララックスバリア６の開口領域６２を透過した画像光が利用者の左眼に到達することによって、利用者の左眼は、開口領域６２に対応する可視領域５１ａを視認しうる。パララックスバリア６の遮光面６１によって画像光が遮られることによって、利用者の左眼は、遮光面６１に対応する不可視領域５１ｂを視認できない。したがって、可視領域５１ａのサブピクセルに左眼画像が表示され、不可視領域５１ｂのサブピクセルに右眼画像が表示されると、左眼は左眼画像のみを視認する。
また、パララックスバリア６の開口領域６２を透過した他の一部のサブピクセルからの画像光が利用者の右眼に到達することによって、利用者の右眼は、左眼には視認することのできない不可視領域５１ｂを視認しうる。パララックスバリア６の遮光面６１によって画像光が遮られることによって、利用者の右眼は、左眼が視認することのできる可視領域５１ａを視認できない。そのため、上述のように、可視領域５１ａのサブピクセルに左眼画像が表示され、不可視領域５１ｂのサブピクセルに右眼画像が表示されると、右眼は右眼画像のみを視認する。すなわち、左眼は左眼画像のみを視認し、右眼は右眼画像のみを視認するため、利用者は、視差のある画像、すなわち立体的な画像を認識することになる。
コントローラ７は、３次元表示システム１の各構成要素に接続され、各構成要素を制御する。コントローラ７によって制御される構成要素は、検出装置２および表示パネル５を含む。コントローラ７は、例えばプロセッサとして構成される。コントローラ７は、１以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、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汎用のプロセッサ、および特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含んでよい。コントローラ７は、１つまたは複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（System-on-a-Chip）、およびＳｉＰ（System In a Package）のいずれかであってよい。コントローラ７は、記憶部を備え、記憶部に各種情報、または３次元表示システム１の各構成要素を動作させるためのプログラム等を格納してよい。記憶部は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。記憶部は、コントローラ７のワークメモリとして機能してよい。
コントローラ７は、検出装置２によって検出された利用者の眼の位置を取得する。また、コントローラ７は、利用者の眼の位置に応じて、サブピクセルに表示させる画像を変更する。具体的には、コントローラ７は、サブピクセルに表示される画像を右眼画像と左眼画像との間で切り替えを行う。ここで、コントローラ７がサブピクセルに表示されている画像を変更する方法を説明するために、まず、表示パネル５およびパララックスバリア６について詳細に説明する。
以下では、まず、表示パネル５とパララックスバリア６とを平面に展開した図２を用いて説明し、次に表示パネル５とパララックスバリア６とが曲面である場合を説明する。
図２に示したように、表示パネル５の表示面５１に表示されるサブピクセルの第１面内方向の長さをＨｐ、第２面内方向の長さをＶｐとする。この場合、開口領域６２を透過して左眼で視認することができる画像上の領域である可視領域５１ａの端部が形成する直線の傾きの絶対値は、自然数ａおよびｂを用いてｂ×Ｖｐ／（ａ×Ｈｐ）と表される。図２に示す例では、ａ＝１、ｂ＝１である。すなわち、表示面５１の開口領域６２を画定する２つの直線の、第１面内方向に対する傾きは１×Ｖｐ／（１×Ｈｐ）である。
また、表示面５１には、第１面内方向にｎ個、第２面内方向にｂ個、連続して配列された（ｎ×ｂ）個（以降において、ｎ×ｂ＝ｍとする）のサブピクセルを含む第１のサブピクセル群Ｐｇｌに左眼画像が表示される。図２に示す例では、表示面５１には、第１面内方向に４個、第２面内方向に１個、連続して左眼画像が表示されている。また、表示面５１には、第１のサブピクセル群Ｐｇｌの第２面内方向に隣接し、且つ、第１面内方向に１サブピクセル分ずれた位置に、同様に配列された第１のサブピクセル群Ｐｇｌが配置され、左眼画像が表示される。
さらに、表示面５１には、第１のサブピクセル群Ｐｇｌに第１面内方向に隣接する、第１面内方向にｎ個、第２面内方向にｂ個、連続して配列されたｍ個のサブピクセルを含む第２のサブピクセル群Ｐｇｒに右眼画像が表示される。図２に示す例では、表示面５１には、第１のサブピクセル群Ｐｇｌに第１面内方向に隣接して、第１面内方向に４個、第２面内方向に１個、連続して右眼画像が表示されている。
このように、第１面内方向にｎ個連続して左目画像が表示され、左目画像に隣接して第１面内方向にｎ個連続して右眼画像が表示されるため、第１面内方向の画像の配置間隔である画像ピッチｋは、２ｎ×Ｈｐと表される。図２に示す例では、画像ピッチｋは、２×４×Ｈｐ＝８×Ｈｐと表される。
このような表示面５１及びパララックスバリア６は、基準位置ＰＳにある利用者の眼には、図４に示すように見える。表示面５１は、鉛直方向標準位置Ｏｙから鉛直方向に離れるに従い、奥行方向の利用者の眼側に傾く。そのため、基準位置ＰＳにある利用者の眼から見ると、サブピクセルが鉛直方向標準位置Ｏｙから鉛直方向に離れる位置にあるほど、該サブピクセルの鉛直方向の成分が縮小して見える。言い換えれば、表示パネル５のサブピクセルの鉛直方向の成分は、鉛直方向標準位置Ｏｙから鉛直方向に離れるほど、短くなる。
図４に示す例では、利用者の眼から見えるサブピクセルの鉛直方向の長さをＶｐ（ｋ）（ｋは０でない整数）とすると、Ｖｐ（１）＞Ｖｐ（２）＞Ｖｐ（３）＞・・・となる。また、Ｖｐ（−１）＞Ｖｐ（−２）＞Ｖｐ（−３）＞・・・となる。
また、表示面５１に沿ってパララックスバリア６が配置されている。このため、図４に示す例では、基準位置Ｐｓでの左眼の可視領域５１ａは、サブピクセルＰ１２〜Ｐ１４、Ｐ２２〜Ｐ２４、Ｐ３２〜Ｐ３４、Ｐ４２〜Ｐ４４、及びＰ５２〜Ｐ５４の全部を含む。さらに、基準位置Ｐｓでの左眼の可視領域５１ａは、Ｐ１１、Ｐ１５、Ｐ２１、Ｐ２５、Ｐ３１、Ｐ３５、Ｐ４１、及びＰ４５の一部を含む。このとき、コントローラ７は、サブピクセルＰ１１〜Ｐ１４、Ｐ２１〜Ｐ２４、Ｐ３１〜Ｐ３４、Ｐ４１〜Ｐ４４、Ｐ５１〜Ｐ５４に左眼画像を表示する。また、コントローラ７は、サブピクセルＰ１５〜Ｐ１８、Ｐ２５〜Ｐ２８、Ｐ３５〜Ｐ３８、Ｐ４５〜Ｐ４８、Ｐ５５〜Ｐ５８に右眼画像を表示する。このため、利用者の左眼が視認する画像の大部分は左眼画像となる。同様にして、右眼が視認する画像の大部分は右眼画像となる。このため、クロストークの発生は最小となっている。図４に示す例では、パララックスバリア６の開口率は５０％であるが、光量及びクロストークのバランスを鑑み、開口率を適宜設計することができる。例えば、パララックスバリア６の開口率を例えば、２５％とした場合、クロストークを全く発生しないようにすることができる。
ここで、コントローラ７が、検出装置２によって検出された眼の、鉛直方向の変位に基づいて、各サブピクセルに表示される画像を変更する方法について説明する。以降の説明においては、コントローラ７が左眼の基準位置Ｐｓからの変位に基づいて画像を変更する方法について説明する。コントローラ７が右眼の基準位置Ｐｓからの変位に基づいて画像を変更する方法も同様である。
図５に示すように、利用者の眼が基準位置Ｐｓから鉛直方向に変位した場合、図６に示されるように、変位位置での左眼の可視領域５１ａは、図４に示した基準位置Ｐｓでの左眼の可視領域５１ａとは異なる。具体的には、変位位置での可視領域５１ａに含まれるサブピクセルＰ１５、Ｐ２５、Ｐ３５の部分は、それぞれ基準位置Ｐｓでの可視領域５１ａに含まれるサブピクセルＰ１５、Ｐ２５、Ｐ３５の部分より大きい。また、基準位置Ｐｓでは可視領域５１ａに含まれなかったサブピクセルＰ１６、Ｐ２６、Ｐ３６の一部が、変位位置での可視領域５１ａに含まれる。そのため、変位位置においては、利用者の左眼には、右眼画像を表示しているサブピクセルＰ１５、Ｐ２５、Ｐ３５の大部分、およびサブピクセルＰ１６、Ｐ２６、Ｐ３６の一部が左眼の可視領域５１ａに含まれるようになるため、左眼に発生するクロストークが増加している。
そこで、コントローラ７は、利用者の眼が鉛直方向に変位すると、例えば、左眼の可視領域５１ａに半分より大きい部分が含まれるサブピクセルＰ１５，Ｐ２５，Ｐ３５に表示させる画像を変更し、右眼画像ではなく左眼画像を表示させる。このとき、可視領域５１ａに含まれるサブピクセルＰ１６、Ｐ２６、Ｐ３６の部分は、それぞれサブピクセルＰ１６、Ｐ２６、Ｐ３６の半分に満たない。このため、コントローラ７は、サブピクセルＰ１６、Ｐ２６、Ｐ３６に表示させる画像を変更させず、引き続き、右眼画像を表示させる。
このとき、コントローラ７は、可視領域５１ａに含まれる部分が少なくなった、すなわち右眼に大部分が視認されるようになったサブピクセルＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１に表示させる画像を変更し、左眼画像ではなく右眼画像を表示させる。
鉛直方向標準位置Ｏｙからさらに離れた位置においては、眼が基準位置Ｐｓにあるときに可視領域５１ａにサブピクセルＰ４５、Ｐ５５の一部が含まれていたが、眼が変位位置にあるときサブピクセルＰ４５、Ｐ５５の全部が可視領域５１ａに含まれる。そこで、コントローラ７は、サブピクセルＰ４５、Ｐ５５に表示させる画像を変更し、右眼画像ではなく左眼画像を表示させる。さらに、眼が基準位置にあるときに可視領域５１ａにサブピクセルＰ４６、Ｐ５６は含まれていなかったが、眼が変位位置にあるときサブピクセルＰ４６、Ｐ５６の半分以上が可視領域５１ａに含まれる。そこで、コントローラ７は、サブピクセルＰ４６、Ｐ５６に表示させる画像も変更し、右眼画像ではなく左眼画像を表示させる。
また、コントローラ７は、可視領域５１ａに含まれなくなった、すなわち右眼に視認されるようになったサブピクセルＰ４１、Ｐ５１に表示させる画像を変更し、左眼画像ではなく右眼画像を表示させる。さらに、コントローラ７は、可視領域５１ａに含まれる部分が少なくなった、すなわち右眼に大部分が視認されるようになったサブピクセルＰ４２、Ｐ５２に表示させる画像も変更し、左眼画像ではなく右眼画像を表示させる。
このように、コントローラ７は、鉛直方向標準位置Ｏｙからの距離に基づいてサブピクセルに表示する画像を変更する。具体的には、コントローラ７は、利用者が、眼が基準位置Ｐｓから鉛直方向に変位すると、各水平方向に配列されたサブピクセル群のうち鉛直方向の眼の変位量に応じた数のサブピクセルに表示される画像を、右眼画像と左眼画像との間で切り替える。切り替えが必要となるサブピクセルの数は、表示面５１の鉛直方向標準位置Ｏｙの近くに位置するサブピクセルよりも、表示面５１の鉛直方向標準位置Ｏｙから離れて位置するサブピクセルの方が多い。言い換えれば、コントローラ７は、鉛直方向標準位置Ｏｙから鉛直方向に離れて位置するサブピクセル群ほど、より狭い間隔での眼の変位に対して画像を切り替える必要がある。このように、コントローラ７がサブピクセルに表示させる画像を制御することによって、曲面状の表示面５１を有する３次元表示装置３においてもクロストークが低減される。
続いて、コントローラ７が、検出装置２によって検出された眼の、奥行方向であって、表示面５１へ近づく方向への変位に基づいてサブピクセルに表示する画像を変更する方法について説明する。
まず、表示面５１が曲面ではなく、平面である場合の適視距離ｄｙについて、図７を参照して説明する。適視距離ｄｙは、鉛直方向の画像の配列に起因するクロストークが最も少なくなるような、表示面５１と利用者の眼との間の距離である。適視距離ｄｙは、鉛直方向のバリアピッチＢｐｙ、鉛直方向の画像ピッチｋｙ、表示面５１とパララックスバリア６との距離ｇを用いて、次の式（１）で規定される。
ｄｙ：Ｂｐｙ＝（ｄｙ＋ｇ）：ｋｙ 式（１）
本実施形態では、上述のように、表示パネル５は、ｙｚ平面内に、例えば円弧を形成するような曲面により構成されている。表示パネル５は、曲面内において、第１面内方向および第２面内方向にそれぞれ等間隔に区画された複数の区画領域にそれぞれ配置されるサブピクセルを有する。
したがって、図８に示すように、利用者の眼が基準位置Ｐｓにある場合、利用者の眼から鉛直方向標準位置Ｏｙまでの観察距離が適視距離ｄｙである場合、利用者の左眼の可視領域５１ａ（１）及び５１ａ（２）のサブピクセルには左眼画像が表示される。すなわち、利用者の左眼は左眼画像を視認する。同様にして、利用者の右眼は右眼画像を視認する。これにより、利用者はクロストークが低減された状態で立体画像を認識する。
この状態で、図９に示すように、観察距離が適視距離ｄｙより短くなった場合、鉛直方向標準位置Ｏｙから最も近い可視領域５１ａ（１）には左眼画像を表示する４つのサブピクセルと右眼画像を表示する１つのサブピクセルの一部とが含まれる。可視領域５１ａ（１）に含まれる右眼画像の部分は右眼画像全体の半分以下である場合、コントローラ７は、当該右眼画像を表示するサブピクセルに引き続き右眼画像を表示する。すなわち、コントローラ７はサブピクセルに表示する画像を変更しない。また、可視領域５１ａ（１）に含まれる右眼画像の部分は右眼画像全体の半分以上である場合、コントローラ７は、当該右眼画像を表示する１つのサブピクセルに左眼画像を表示するよう変更する。
また、利用者の眼が奥行方向の変位位置にある場合、鉛直方向標準位置Ｏｙから遠い位置にある可視領域５１ａ（２）には２つの左眼画像と４つの右眼画像とをそれぞれ表示するサブピクセルが含まれる。このため、鉛直方向標準位置Ｏｙから離れた可視領域５１ａ（２）からの画像光により利用者の眼に発生するクロストークは、可視領域５１ａ（１）からのからの画像光からの画像光により利用者の眼に発生するクロストークに比べて増加している。そこで、コントローラ７は、可視領域５１ａ（２）に含まれる右眼画像を表示していた４つのサブピクセルに左眼画像を表示するよう変更する。また、コントローラ７は、可視領域５１ａに含まれなくなった、すなわち右眼に視認されるようになったサブピクセルに表示されていた左眼画像を右眼画像に変更する。これにより、左眼に視認される右眼画像が減少し、右眼画像に視認される左眼画像が減少する。したがって、利用者の眼に発生するクロストークが減少する。
このように、コントローラ７は、眼が基準位置Ｐｓから奥行方向の、表示面５１に近づく方向に変位すると、鉛直方向標準位置Ｏｙの近くに位置する可視領域５１ａ（１）の０または１つのサブピクセルに表示する画像を変更する。これに対し、コントローラ７は、鉛直方向標準位置Ｏｙから離れて位置する可視領域５１ａ（２）の４つのサブピクセルに表示する画像を変更する。すなわち、コントローラ７は、鉛直方向に配列されたサブピクセルのうち、奥行方向の眼の変位量に応じた数のサブピクセルに表示される画像を、右眼画像と左眼画像との間で切り替える。切り替えが必要となるサブピクセルの数は、表示面５１において鉛直方向標準位置Ｏｙの近くに位置するサブピクセルよりも、鉛直方向標準位置Ｏｙから離れて位置するサブピクセルの方が多い。言い換えれば、コントローラ７は、鉛直方向標準位置Ｏｙから鉛直方向に離れて位置するサブピクセル群ほど、より狭い間隔での奥行方向の眼の変位に対して画像を切り替える必要がある。このように、コントローラ７がサブピクセルに表示させる画像を制御することによって、曲面状の表示面５１を有する３次元表示装置３においてもクロストークが低減される。
上述において、眼が表示面５１に近づく方向へ変位した場合の画像の変更について説明したが、眼が表示面５１から離れる方向へ変位する場合の画像の変更も同様である。すなわち、コントローラ７によって切り替えが必要となるサブピクセルの数は、表示面５１において鉛直方向標準位置Ｏｙの近くに位置するサブピクセルよりも、鉛直方向標準位置Ｏｙから離れて位置するサブピクセルの方が多い。したがって、同様にして、コントローラ７は、鉛直方向標準位置Ｏｙから鉛直方向に離れて位置するサブピクセル群ほど、より狭い間隔の奥行方向の変位に対して画像を切り替える必要がある。
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態および実施例に記載の複数の構成ブロックを１つに組合せたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
上述の各実施形態では、光学素子がパララックスバリア６であるとしたが、これに限られない。例えば、３次元表示装置３が備える光学素子は、レンチキュラレンズ９としてもよい。この場合、レンチキュラレンズ９は、図１０に示すように、シリンドリカルレンズ１０を、ｘｙ平面内に配列して構成される。レンチキュラレンズ９は、パララックスバリア６と同様に、可視領域５１ａのサブピクセルを出射した画像光を、利用者の左眼の位置に伝搬させ、他の一部の可視領域５１ａのサブピクセルを出射した画像光を、利用者の右眼の位置に伝搬させる。
また、図１１に示されるように、３次元表示システム１は、ヘッドアップディスプレイ１００に搭載されうる。ヘッドアップディスプレイ１００は、ＨＵＤ（Head Up Display）１００ともいう。ＨＵＤ１００は、３次元表示システム１と、光学部材１１０と、被投影面１３０を有する被投影部材１２０とを備える。ＨＵＤ１００は、３次元表示システム１から射出される画像光を、光学部材１１０を介して被投影部材１２０に到達させる。ＨＵＤ１００は、被投影部材１２０で反射させた画像光を、利用者の左眼および右眼に到達させる。つまり、ＨＵＤ１００は、破線で示される光路１４０に沿って、３次元表示システム１から利用者の左眼および右眼まで画像光を進行させる。利用者は、光路１４０に沿って到達した画像光を、虚像１５０として視認しうる。３次元表示システム１は、利用者の左眼および右眼の位置に応じて表示を制御することによって、利用者の動きに応じて立体視を提供しうる。
また、図１２に示されるように、ＨＵＤ１００および３次元表示システム１は、移動体に搭載されてよい。ＨＵＤ１００および３次元表示システム１は、構成の一部を、当該移動体が備える他の装置、部品と兼用してよい。例えば、移動体は、ウインドシールドを被投影部材１２０として兼用してよい。構成の一部を当該移動体が備える他の装置、部品と兼用する場合、他の構成をＨＵＤモジュールまたは３次元表示コンポーネントと呼びうる。３次元表示システム１および３次元表示装置３は、移動体に搭載されてよい。本開示における「移動体」には、車両、船舶、航空機を含む。本開示における「車両」には、自動車および産業車両を含むが、これに限られず、鉄道車両および生活車両、滑走路を走行する固定翼機を含めてよい。自動車は、乗用車、トラック、バス、二輪車、およびトロリーバス等を含むがこれに限られず、道路上を走行する他の車両を含んでよい。産業車両は、農業および建設向けの産業車両を含む。産業車両には、フォークリフト、およびゴルフカートを含むがこれに限られない。農業向けの産業車両には、トラクター、耕耘機、移植機、バインダー、コンバイン、および芝刈り機を含むが、これに限られない。建設向けの産業車両には、ブルドーザー、スクレーバー、ショベルカー、クレーン車、ダンプカー、およびロードローラを含むが、これに限られない。車両は、人力で走行するものを含む。なお、車両の分類は、上述に限られない。例えば、自動車には、道路を走行可能な産業車両を含んでよく、複数の分類に同じ車両が含まれてよい。本開示における船舶には、マリンジェット、ボート、タンカーを含む。本開示における航空機には、固定翼機、回転翼機を含む。
１ ３次元表示システム
２ 検出装置
３ ３次元表示装置
４ 照射器
５ 表示パネル
６ パララックスバリア
７ コントローラ
８ 移動体
９ レンチキュラレンズ
１０ シリンドリカルレンズ
５１ 表示面
５１ａ 可視領域
５１ｂ 不可視領域
６０ パララックスバリア
６１ 遮光面
６２ 開口領域
１００ ヘッドアップディスプレイシステム
１１０ 光学部材
１２０ 被投影部材
１３０ 被投影面
１４０ 光路
１５０ 虚像

Claims (8)

  1. 第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを含む表示面と、
    前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する光学素子と、
    利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更するコントローラと、
    を備える３次元表示装置。
  2. 前記利用者の眼の基準位置から前記表示面に下ろした垂線の前記表示面との交点を中心点とし、該中心点における前記表示面上で前記第１方向に直交する方向を第２方向とするとき、前記コントローラは、前記眼が前記基準位置から第２方向に変位すると、前記中心点を含み第１方向に配列され画像を切り替えられるサブピクセルの数よりも、中心点から第２方向により離れた位置ほど前記第１方向に配列されたより多くの前記サブピクセルの画像を切り替えるように制御する請求項１に記載の３次元表示装置。
  3. 前記利用者の眼の基準位置から前記表示面に下ろした垂線の前記表示面との交点を中心点とし、該中心点における前記表示面上で前記第１方向に直交する方向を第２方向とし、前記垂線に沿う方向を第３方向とするとき、前記コントローラは、前記眼が前記基準位置から第３方向に変位すると、中心点を含み第１方向に配列され画像を切り替えられるサブピクセルの数よりも、中心点から第２方向により離れた位置ほど前記第２方向に配列されたより多くの前記サブピクセルの画像を切り替えるように制御する請求項１に記載の３次元表示装置。
  4. 前記コントローラは、前記表示面の前記第２方向での中心を前記中心点として前記画像を変更することを特徴とする請求項２または３に記載の３次元表示装置。
  5. 前記コントローラは、前記光学素子の前記第２方向での中心に対向する、表示面上の位置を前記中心点として前記画像を変更することを特徴とする請求項２または３に記載の３次元表示装置。
  6. 利用者の眼の位置を検出する検出装置と、
    第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを有する表示面と、
    前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する光学素子と、
    前記利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更するコントローラと、を含む３次元表示装置と、
    を備える３次元表示システム。
  7. 第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを有する表示面と、前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する光学素子と、前記利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更するコントローラと、を含む３次元表示装置
    を備えるヘッドアップディスプレイシステム。
  8. 利用者の眼の位置を検出する検出装置と、
    第１方向に沿う方向に曲率がなく、第１方向に直交する面内で曲率を有する曲面から構成される表示面であって、前記第１方向と前記第１方向に直交する前記表示面内の方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを備える表示面と、前記曲面に沿って配置され、前記曲面に沿った面内の所定方向に延びる複数の帯状領域ごとに、前記サブピクセルから射出される画像光の光線方向を規定する光学素子と、前記利用者の眼の位置を取得し、前記表示面、前記光学素子、および前記利用者の眼の位置に基づいて前記複数のサブピクセルにそれぞれ表示する画像を変更するコントローラと、を有する３次元表示装置と、
    を含む３次元表示システムを備える移動体。
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