JP2018205644A - 3次元表示装置、ヘッドアップディスプレイシステム、および移動体 - Google Patents

3次元表示装置、ヘッドアップディスプレイシステム、および移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】曲面状の表示パネルを有する三次元表示装置により表示される画像が、より適切に視認され得る。【解決手段】3次元表示装置3は、表示パネル5と、光学素子とを備える。表示パネル5は、視差方向及び視差方向に直交する方向に延び、視差方向に直交する方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面51を有する。表示面51は視差方向断面が円弧を成し、視差方向と視差方向に直交する方向と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。光学素子は、曲面に沿って配置され、曲面に沿った方向に延びる複数の帯状領域ごとに、画像光の光線方向を規定する。円弧の径をrとし、視差方向に直交する方向から見たとき、表示パネル5の視差方向の端部から円弧の中心を結ぶ直線と表示パネルの中心から円弧の中心を結ぶ直線とのなす角をθとしたときに、アイボックスの視差方向における位置は、円弧の中心から距離rsinθ以下の位置に設定される。【選択図】図5

Description

本開示は、3次元表示装置、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。このような3次元表示装置が平坦なスクリーンによって構成された場合、3次元画像に歪みが発生しやすく、視野が制約されることがあるといった問題点があった。そこで、特許文献1では、歪みの発生を抑え、視野の制約を低減するために曲面により構成される3次元表示装置が提案されている。
特開第2004−62209号公報
上述のような曲面により構成される三次元表示装置により表示される画像が、より適切に視認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を有する三次元表示装置により表示される画像が、より適切に視認され得る3次元表示装置、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、表示パネルと、光学素子とを備える。前記表示パネルは、利用者の画像を観察する際の視差方向に対応する第1方向及び該第1方向に直交する第2方向に延び、前記第2方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面を有する。該表示面は前記第2方向に直交する面による断面が円弧を成す。前記表示パネルは、前記表示パネルの表示面内における前記第1方向に対応する方向と、前記第2方向と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、前記表示面に沿って配置される。前記光学素子は、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。前記円弧の径をrとし、前記第2方向から見たとき、前記表示パネルの前記第1方向の端部から前記円弧の中心を結ぶ直線と前記表示パネルの前記第1方向の中心から前記円弧の中心を結ぶ直線とのなす角をθとしたときに、利用者が画像を観察する眼の位置の範囲であるアイボックスの、前記第1方向における位置は、前記円弧の中心から距離rsinθ以下の位置に設定される。
本開示のヘッドアップディスプレイシステムは、3次元表示装置を備える。3次元表示装置は、表示パネルと、光学素子とを含む。前記表示パネルは、利用者の画像を観察する際の視差方向に対応する第1方向及び該第1方向に直交する第2方向に延び、前記第2方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面を有する。該表示面は前記第2方向に直交する面による断面が円弧を成す。前記表示パネルは、前記表示パネルの表示面内における前記第1方向に対応する方向と、前記第2方向と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、前記表示面に沿って配置される。前記光学素子は、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。前記円弧の径をrとし、前記第2方向から見たとき、前記表示パネルの前記第1方向の端部から前記円弧の中心を結ぶ直線と前記表示パネルの前記第1方向の中心から前記円弧の中心を結ぶ直線とのなす角をθとしたときに、利用者が画像を観察する眼の位置の範囲であるアイボックスの、前記第1方向における位置は、前記円弧の中心から距離rsinθ以下の位置に設定される。
本開示の移動体は、ヘッドアップディスプレイシステムを備える。前記ヘッドアップディスプレイシステムは、3次元表示装置を含む。前記3次元表示装置は、表示パネルと、光学素子とを有する。前記表示パネルは、利用者の画像を観察する際の視差方向に対応する第1方向及び該第1方向に直交する第2方向に延び、前記第2方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面を有する。該表示面は前記第2方向に直交する面による断面が円弧を成す。前記表示パネルは、前記表示パネルの表示面内における前記第1方向に対応する方向と、前記第2方向と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、前記表示面に沿って配置される。前記光学素子は、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。前記円弧の径をrとし、前記第2方向から見たとき、前記表示パネルの前記第1方向の端部から前記円弧の中心を結ぶ直線と前記表示パネルの前記第1方向の中心から前記円弧の中心を結ぶ直線とのなす角をθとしたときに、利用者が画像を観察する眼の位置の範囲であるアイボックスの、前記第1方向における位置は、前記円弧の中心から距離rsinθ以下の位置に設定される。
本開示の一実施形態によれば、曲面状の表示パネルを有する三次元表示装置により表示される画像が、より適切に視認され得る。
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第2方向から見た例を示す図である。 図2は、図1に示す表示パネルを平面に展開した図である。 図3は、図1に示す光学素子を平面に展開した図である。 図4は、図1に示す3次元表示装置を平面に展開して光学素子側から見た図である。 図5は、基準位置から水平方向に変位した位置にある利用者の眼、および3次元表示装置を第2方向から見た例を示す図である。 図6は、基準位置から3次元表示装置に近接する方向に変位した位置にある利用者の眼、および3次元表示装置を鉛直方向から見た例を示す図である。 図7は、利用者の眼が基準位置にある場合の可視領域を説明するための模式図である。 図8は、利用者の眼が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9は、利用者の眼の位置に応じた可視領域を説明するための模式図であり、図9(a)は、利用者の眼が基準位置にある場合の可視領域を説明するための模式図であり、図9(b)は、利用者の眼が基準位置からE/n未満変位した場合の可視領域を説明するための模式図であり、図9(c)は、利用者の眼が基準位置からE/n、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、端部眼間距離について説明するための模式図である。 図11は、本実施形態に係る3次元表示装置を搭載したHUDの例を示す図である。 図12は、図11に示すHUDを搭載した移動体の例を示す図である。 図13は、表示パネルの変形例を平面に展開した図である。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明がされる。
本開示の一実施形態にかかる3次元表示装置3は、図1に示すように、照射器4と、表示パネル5と、光学素子としてのパララックスバリア6と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、図1に示したように、利用者の画像を観察する際の視差方向に対応する第1方向及び該第1方向に直交する第2方向に延び、第2方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面である。第1方向はx軸方向、第2方向はy軸方向と示される。表示面51は第2方向に直交する面による断面が円弧を成す。以降の説明において、第1方向および第2方向に直交する方向を第3方向という。第3方向はz軸方向と示される。第1方向は水平方向、第2方向は鉛直方向、第3方向は奥行方向とも称されるが、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。第1面内方向における表示面51の中心をパネル中心Oともいう。
表示パネル5は、曲面の凹んだ側から利用者に視認され得る。表示パネル5は、利用者の左眼が左基準位置PSLにあり、右眼が右基準位置PSRにある状態で、該利用者がパネル中心Opの近傍において最適な3次元画像を視認するよう、パララックスバリア6とともに設計される。左基準位置PSLおよび右基準位置PSRは、パネル中心Oから、奥行方向における曲面の凹んだ側に距離rとなる位置を利用者の両眼の中心(眼間中心)Oとした場合の、利用者の各眼の位置である。距離rは、表示パネル5によって形成される円弧の曲率半径rである。そのため、パネル中心Oから第3方向であって曲面の凹んだ側に距離rとなる位置は円弧の中心Oである。
図2に示すように、表示面51内において、第1方向に対応する方向が第1面内方向(u軸方向)とされる。第2方向に対応する方向が、第2面内方向(v軸方向)とされる。上述のように、表示面51は、第2方向に曲率が無いため、第2面内方向は第2方向に相当し得る。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、xz平面による断面が、例えば円弧を形成するように湾曲している。
表示面51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区画領域を含む。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面内方向に沿って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のいずれか1つに対応する。R,G,Bの3つのサブピクセルは、一組として1つのピクセルを構成できる。1ピクセルは、1画素と称されることがある。表示面51には、複数のピクセルが第1面内方向および第2面内方向に沿ってマトリクス状に配列されている。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。
表示面51には、第2面内方向に連続して配列された、左眼画像が表示されるn列のサブピクセルから構成される左サブピクセル群が配置される。表示面51には、第2面内方向に連続して配列された、右眼画像が表示されるn列のサブピクセルから構成される右サブピクセル群が配置される。左サブピクセル群および右サブピクセル群は第1面内方向に交互に配置される。nは1以上の整数であり、図2に示す例では、n=4である。以降の説明では、n=4として説明するが、nは任意の、1以上の整数であってよい。右眼画像が表示されるn列のサブピクセルから構成される右サブピクセル群が、第1面内方向において左サブピクセル群と交互に配置される。左眼画像を表示するサブピクセルはLで示される。右眼画像を表示するサブピクセルはRで示される。
左サブピクセル群の配置間隔は画像ピッチkとされる。画像ピッチkは、左サブピクセル群の第1面内方向の長さと右サブピクセル群の第1面内方向の長さとの合計である。左サブピクセル群と右サブピクセル群とは第1面内方向に交互に配置されるため、画像ピッチkは右ピクセル群の配置間隔でもある。
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。
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る。パララックスバリア6は、表示面51からギャップg、離れて配置される。パララックスバリア6は、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。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。
図3に示すように、パララックスバリア6は、所定方向に帯状に伸びる遮光面61を有する。図3に示す例では、所定方向は、第2方向に沿う方向である。遮光面61は、パララックスバリア6の遮光領域を形成する。遮光面61は、サブピクセルから射出される画像光の一部を遮光する。遮光面61は、左眼画像を表示するサブピクセルから射出された画像光のうち、利用者の右眼に向かう部分を遮光し得る。遮光面61は、右眼画像を表示するサブピクセルから射出された画像光のうち、利用者の左眼に向かう部分を遮光し得る。
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を規定する。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。本実施形態は、開口領域62と遮光面61とは、表示面51に沿う面内の第2方向に延び、第1面内方向に繰り返し交互に配列される。
遮光面61の配置間隔はバリアピッチBpとされる。バリアピッチBpは、遮光面61の第1面内方向に対応する方向の長さと開口領域62の第1面内方向に対応する方向の長さとの合計である。遮光面61と開口領域62とは、第1面内方向に対応する方向に交互に配置されるため、バリアピッチBpは開口領域62の配置間隔でもある。
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。遮光面61は、当該フィルムまたは板状部材で構成されてよい。フィルムは、樹脂で構成されてよい。フィルムは、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。板状部材は、他の材料で構成されてよい。遮光面61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。遮光面61の基材は遮光性を有してよい。遮光面61の基材は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得る。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の開口領域62を透過した対象眼画像からの画像光が利用者の対象眼に到達する。対象眼画像は、右眼または左眼のいずれかである対象眼に視認させる画像である。非対象眼画像は、対象眼でない眼に視認させる画像である。対象眼が左眼の場合、対象眼画像は左眼画像であり、非対象眼画像は右眼画像である。対象眼が右眼の場合、対象眼画像は右眼画像であり、非対象眼画像は左眼画像である。
例えば、開口領域62を透過した左眼画像からの画像光が利用者の左眼に到達する。開口領域62を透過した右眼画像からの画像光が利用者の右眼に到達する。これによって、利用者の対象眼は、開口領域62に対応する可視領域51aを視認し得る。
以降の説明においては、対象眼が左眼であり、対象眼画像が左眼画像であり、非対象眼画像が右眼画像であるとして説明がされる。このため、説明上、可視領域51aは左眼が視認する表示面51上の領域とされることがある。しかし、対象眼は右眼でもあり、この場合、対象眼画像が右眼画像であり、非対象眼画像が左眼である。対象眼が右眼とされた場合の説明ついて、対象眼が左眼とされた場合の説明と同様であり、適宜省略される。
図4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を視認し得る。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。
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を視認し得る。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。したがって、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。左眼画像と右眼画像との間に視差があることによって、利用者は3次元画像を視認する。
図1に示したように、表示パネル5およびパララックスバリア6は、利用者の両眼の間の距離である眼間距離Eを用いて設計される。表示パネル5およびパララックスバリア6は、左基準位置PSLおよび右基準位置PSRそれぞれに利用者の左眼および右眼がある状態で、該利用者がパネル中心Oの近傍において適切に3次元画像が視認されるよう設計される。表示パネル5およびパララックスバリア6は、適視距離Dとギャップgとの合計が円弧の曲率半径rとなるように設計される。適視距離Dは、クロストークが最も少なくなるような、パララックスバリア6の第1面内方向に対応する方向における中心と眼間中心Oとの間の距離である。利用者の左眼および右眼がそれぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRにあるときの観察距離dが適視距離Dとなる。観察距離dは、パララックスバリア6の第1面内方向に対応する方向における中心と眼間中心Oとの距離である。このため、眼間中心Oが円弧の中心Oに位置するとき、利用者の左眼および右眼はそれぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRに位置する。
3次元表示装置3がパネル中心Oの近傍だけでなく、表示面51全体において適切な3次元画像が視認されるようアイボックスを規定することが要求される。アイボックスは、表示面51全体において、利用者の両眼が適切に3次元画像を視認することのできる、眼の位置の範囲である。以降において、上述のように構成された3次元表示装置3におけるアイボックスの範囲についての説明がされる。以降において、表示パネル5の第1面内方向の長さはWとされる。上述のとおり、表示パネル5によって形成される円弧の曲率半径はrである。鉛直方向から見たとき、パネル中心Oと、表示パネル5がxz平面内で形成する円弧の中心とを結ぶ線分と、表示パネル5の端部と円弧の中心とを結ぶ線分との成す角はθ=W/2rと表される。
<アイボックスの水平方向の位置(1)>
図5に示すように、利用者の両眼のうち少なくとも1つの眼が、円弧の中心Oから水平方向に距離rsinθより離れた位置にある場合、当該眼からは表示パネル5の表示面51を適切に視認することができない。図5に示す例では、利用者の右眼は、円弧の中心Oから距離rsinθより離れているため表示パネル5の右端部近傍の画像を視認することができない。したがって、アイボックスが、円弧の中心Oから水平方向に距離rsinθ以内に位置に設定されることによって、3次元表示装置3によって形成される3次元画像が適切に視認され得る。
<アイボックスの奥行方向の位置(1)>
図6に示すように、利用者の左眼および右眼がパネル中心Oから円弧の中心O側に距離r−rcosθ未満の位置にある場合、当該左眼および右眼からは、表示パネル5の表示面51の端部近傍を視認することができない。したがって、アイボックスが、パネル中心Oから円弧の中心O側に距離r−rcosθ以上離れた位置に設定されることによって、3次元表示装置3によって形成される3次元画像が適切に視認され得る。
<アイボックスの奥行方向の位置(2)>
続いて、奥行方向であって、表示面51から離れる方向についてのアイボックスの位置について、図7を参照して説明がされる。
ここで、本実施形態の表示面51上の可視領域51aについて詳細に説明がされる。以降の説明において、左眼に対応する可視領域51aは左可視領域51aLと称される。左可視領域51aLのうちパネル中心Oに近い左可視領域51aLは51aL(1)と称される。左可視領域51aLのうちパネル中心Oから遠い左可視領域51aLは51aL(2)と称される。同様にして、右眼に対応する可視領域51aは右可視領域51aRと称される。右可視領域51aRのうちパネル中心Oに近い右可視領域51aRは51aR(1)と称される。右可視領域51aRのうちパネル中心Oから遠い右可視領域51aRは51aR(2)と称される。
図7に示すように、観察距離dが適視距離Dとなる位置に利用者の眼があるとき、左可視領域51aLには左眼画像が最も多く含まれ、右眼画像が最も少なく含まれる。このとき、右可視領域51aRには右眼画像が最も多く含まれ、左眼画像が最も少なく含まれる。右可視領域51aRは左眼の不可視領域51bに対応する。
図8に示すように、観察距離dが適視距離Dより長くなる位置に利用者の眼が位置する場合、パネル中心Oに最も近い左可視領域51aL(1)’と右可視領域51aR(1)’とが一部の範囲で重なる。利用者の左眼および右眼が、それぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRから奥行方向へ変位したときの左可視領域51aLおよび右可視領域51aRにはそれぞれ符号に「’」が付される。同様に、パネル中心Oから遠い左可視領域51aL(2)’と右可視領域51aR(2)’とが一部の範囲で重なる。左可視領域51aL(2)’と右可視領域51aR(2)’との重なる範囲は、左可視領域51aL(1)’と右可視領域51aR(1)’との重なる範囲より大きい。このように、表示パネル5の端部に近いほど、左可視領域51aL’と右可視領域51aR’との重なる範囲は大きい。
仮に、左可視領域51aL’と右可視領域51aR’との重なる範囲に含まれるサブピクセルに左眼画像が表示されると、右眼が左眼画像を視認する。仮に、当該サブピクセルに右眼画像が表示されると、左眼が右眼画像を視認する。したがって、当該サブピクセルに左眼画像および右眼画像のいずれが表示されても、クロストークの発生を低減させることは困難である。
アイボックスは、表示面51の全ての可視領域51aが適切に視認され得るように設定されることが求められる。上述のように、観察距離dが適視距離Dより長くなる位置に利用者の眼が位置する場合、利用者は、表示面51の水平方向においてパネル中心Oから離れる画像ほど、すなわち端部に近い画像ほど適切に視認しにくくなる。したがって、全ての可視領域51aが適切に視認されるためには、パネル中心Oから最も遠い左可視領域51aL(2)と右可視領域51aR(2)とが適切に視認できる範囲にアイボックスの位置を規定することが求められる。このようなアイボックスの位置が規定されれば、アイボックス内に利用者の眼がある限り、表示面51の全ての可視領域51aが適切に視認される。
したがって、アイボックスは、奥行方向において、表示面51の端部に最も近い可視領域51aに、水平方向に所定数以上の対象眼画像のサブピクセルが含まれる位置に設定される。例えば、アイボックスは、左可視領域51aL(2)’における右可視領域51aR(2)’に重ならない範囲に左画像を表示するサブピクセルの列が所定数以上、含まれるとしてよい。所定数は、例えば(n−1)である。
左可視領域51aL(N)における右可視領域51aR(N)に重ならない範囲に(n−1)列以上のサブピクセルを含むようなアイボックスの位置は、観察距離dが式(1)を満たす位置である。式(1)において、Wは表示面51の第1面内方向の長さである。上述のようにEは眼間距離である。Dは適視距離である。
Figure 2018205644
本実施形態では、上述のように、表示パネル5によって形成される円弧の曲率半径rがパネル中心Oにおける適視距離Dとなるように設計されている。そのため、観察距離dが式(2)を満たすことによって、利用者は3次元表示装置3によって形成される3次元画像を適切に視認することができる。したがって、眼間中心Oの位置がパネル中心Oから式(2)で表される観察距離dの位置であれば利用者は3次元表示装置3によって形成される3次元画像を適切に視認することができる。
Figure 2018205644
上述において、所定数は、例えば(n−1)であるとしたが、この限りではない。例えば、所定数はn/2としてよい。例えば、所定数は1としてよい。
<アイボックスの水平方向の位置(2)>
図9(a)に示すように、利用者の左眼および右眼がそれぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRある場合、左可視領域51aLには、左眼画像が最も多く含まれ、右眼画像が最も少なく含まれる。利用者の右眼が視認することのできる右可視領域51aRには、右眼画像が最も多く含まれ、左眼画像が最も少なく含まれる。右可視領域51aRは、左眼の不可視領域52aLに相当する。
図9(b)に示すように、利用者の左眼および右眼がそれぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRから水平方向に距離E/n未満、変位した位置にある場合、左可視領域51aLには、左画像を表示する(n−1)列のサブピクセル全体が含まれる。左可視領域51aLには、左画像を表示する1列のサブピクセルの一部が含まれる。左可視領域51aLには、右画像を表示する1列のサブピクセルの一部が含まれる。同様にして、右可視領域51aRには、右画像を表示する、(n−1)列のサブピクセルの全体が含まれる。右可視領域51aRには、右画像を表示する1列のサブピクセルの一部が含まれる。右可視領域51aRには、右画像を表示する1列のサブピクセルの一部が含まれる。このため、利用者の眼が視認する画像にはクロストークが発生する。
図9(c)に示すように、利用者の左眼および右眼がそれぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRから距離E/n、移動すると、左可視領域51aLには、(n−1)列の左画像を表示する(n−1)列のサブピクセル全体が含まれる。また、左可視領域51aLには、右眼画像を表示する1列のサブピクセルの全体が含まれる。この場合、図9(b)に示す場合より大きなクロストークが発生する。クロストークの発生を低減させるために、左可視領域51aLに含まれるようになった右眼画像を表示するサブピクセルが左眼画像を表示するように、画像を切り替えることが求められる。画像を切り替えることなく、クロストークを抑えた状態で利用者が画像を視認するためには、アイボックスの水平方向の位置は、それぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRから距離E/n未満となるように位置する必要がある。
<円弧の曲率>
既に説明されたように、表示パネル5およびパララックスバリア6は、眼間距離Eを用いて、左眼および右眼がそれぞれ左基準位置PSLおよび右基準位置PSRに利用者の眼がある状態で該利用者がパネル中心Oの近傍の3次元画像を適切に視認するよう設計される。利用者が顔をパネル中心Oに向けた状態で、表示パネル5の端部511を参照するときの、端部511に対する利用者の実質的な眼間距離E1(以下、端部眼間距離E1という)は、図10に示すように眼間距離Eより短い。眼間距離Eを用いてパネル中心Opの近傍の3次元画像を適切に視認するよう設計された3次元表示装置3は、利用者の眼が端部511の3次元画像も適切に視認するように構成される。
図10に示すように、端部眼間距離E1は、左投影位置PSL’と右投影位置PSR’との間の距離である。左投影位置PSL’は、端部511での表示パネル5の接線に平行で眼間中心Oを通る線に左基準位置PSLを投影した位置である。右投影位置PSR’は、端部511での表示パネル5の接線に平行で眼間中心Oを通る線に右基準位置PSRを投影した位置である。
3次元表示装置3は、眼間距離Eに対して適切に画像が視認され得るように設計されている。このため、眼間距離Eが実質的に短縮された端部眼間距離E1では、左可視領域51aLと右可視領域51aRとが重なる。具体的には、端部眼間距離E1が眼間距離EよりE/n、短いと、1サブピクセル分の画像が左可視領域51aLにも右可視領域51aRにも含まれる。このため、左眼および右眼のいずれもが同じサブピクセルを視認することになり、利用者の眼にはクロストークが発生する。したがって、クロストークの発生を抑えるために、式(3)に示すように、眼間距離Eと端部眼間距離E1との差がE/n未満であるように構成される必要がある。
E−E1<E/n 式(3)
端部眼間距離E1は、図10に示すように、左投影位置PSR’と眼間中心Oとの距離E11、および右投影位置PSR’と眼間中心Oとの距離E12を用いて式(4)で表される。
E1=E11+E12 式(4)
左投影位置PSL’と眼間中心Oとの距離E11は、式(5)で表される。
Figure 2018205644
右投影位置PSR’と眼間中心Oとの距離E12は、式(6)で表される。
Figure 2018205644
曲率半径rおよび角度θが、式(3)〜(6)が成立されるように規定されることによって、ユーザは表示パネル5の水平方向における中心から端部のいずれの画像も適切に視認することが可能となる。上述のように、θ=W/2rであるため、表示面51の第1面内方向の長さWが規定されることによって、r、θはそれぞれ一義的に規定される。このように曲率半径rが規定されるため、曲率1/rが規定される。
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、種々の変形または変更が可能である。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。
上述の実施形態では、図11に示すように、3次元表示装置3は、ヘッドアップディスプレイシステム100に搭載され得る。ヘッドアップディスプレイシステム100は、HUD(Head Up Display)100ともいう。HUD100は、3次元表示装置3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次元表示装置3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、破線で示す光路140に沿って、3次元表示装置3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として視認し得る。3次元表示装置3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得る。
上述の実施形態では、図12に示すように、HUD100は、移動体に搭載されてよい。HUD100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。
上述の実施形態では、図4に示したように、パララックスバリア6の遮光面61が帯状に伸びる所定方向は、第2方向に対応する方向であるとしたがこの限りではない。例えば、図13に示したように、所定方向は、第2方向に対して、0度でない所定の角度を有する方向であってよい。開口領域62の端部を示す線が第2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。
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
8 移動体
51 表示面
51a 可視領域
51b 不可視領域
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. 利用者の画像を観察する際の視差方向に対応する第1方向及び該第1方向に直交する第2方向に延び、前記第2方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面を有し、該表示面は前記第2方向に直交する面による断面が円弧を成す表示パネルであって、前記表示パネルの表示面内における前記第1方向に対応する方向と、前記第2方向と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パネルと、
    前記表示面に沿って配置され、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、
    を備え、
    前記円弧の径をrとし、前記第2方向から見たとき、前記表示パネルの前記第1方向の端部から前記円弧の中心を結ぶ直線と前記表示パネルの前記第1方向の中心から前記円弧の中心を結ぶ直線とのなす角をθとしたときに、利用者が画像を観察する眼の位置の範囲であるアイボックスの、前記第1方向における位置は、前記円弧の中心から距離rsinθ以下の位置に設定される、
    3次元表示装置。
  2. 前記アイボックスは、前記第1方向及び前記第2方向の双方に直交する第3方向において、前記表示パネルの中心から前記円弧の中心側に距離r−rcosθ以上離れた位置に設定される、請求項1に記載の3次元表示装置。
  3. 前記アイボックスは、前記第1方向及び前記第2方向の双方に直交する第3方向において、前記表示面における前記表示パネルの中心から前記第1方向に最も離れた可視領域に、前記第1方向に所定数以上の対象眼画像のサブピクセルが含まれる位置に設定される、請求項1または2に記載の3次元表示装置。
  4. 前記第3方向であって、前記表示パネルの中心からから離れる方向における前記アイボックスの位置は、前記表示面における前記第1方向に対応する方向である第1面内方向の、前記表示パネルの長さをL、前記第1面内方向に連続して配置される対象眼画像のサブピクセル数をn、利用者の両眼の間の距離をEとしたときに、
    該アイボックスの前記表示面の中心からの距離dが、
    Figure 2018205644
    を満たす位置である、請求項3に記載の3次元表示装置。
  5. 前記円弧の曲率半径は、前記表示面の前記第1方向における中心から、前記第1方向に最も遠い可視領域に(n−1)個以上の対象眼画像を示すサブピクセルの列が含まれる位置である、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の3次元表示装置。
  6. 前記円弧の曲率半径rは、
    E−E1<E/n、
    E1=E11+E12、
    Figure 2018205644
    を満たす、
    請求項5に記載の3次元表示装置。
  7. 利用者の画像を観察する際の視差方向に対応する第1方向及び該第1方向に直交する第2方向に延び、前記第2方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面を有し、該表示面は前記第2方向に直交する面による断面が円弧を成す表示パネルであって、前記表示パネルの表示面内における前記第1方向に対応する方向と、前記第2方向と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パネルと、
    前記表示面に沿って配置され、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、
    を含み、
    前記円弧の径をrとし、前記第2方向から見たとき、前記表示パネルの前記第1方向の端部から前記円弧の中心を結ぶ直線と前記表示パネルの前記第1方向の中心から前記円弧の中心を結ぶ直線とのなす角をθとしたときに、利用者が画像を観察する眼の位置の範囲であるアイボックスの、前記第1方向における位置は、前記円弧の中心から距離rsinθ以下の位置に設定される、
    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. 利用者の画像を観察する際の視差方向に対応する第1方向及び該第1方向に直交する第2方向に延び、前記第2方向に延びる中心軸線の周りに湾曲している表示面を有し、該表示面は前記第2方向に直交する面による断面が円弧を成す表示パネルであって、前記表示パネルの表示面内における前記第1方向に対応する方向と、前記第2方向と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パネルと、
    前記表示面に沿って配置され、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、
    を有し、
    前記円弧の径をrとし、前記第2方向から見たとき、前記表示パネルの前記第1方向の端部から前記円弧の中心を結ぶ直線と前記表示パネルの前記第1方向の中心から前記円弧の中心を結ぶ直線とのなす角をθとしたときに、利用者が画像を観察する眼の位置の範囲であるアイボックスの、前記第1方向における位置は、前記円弧の中心から距離rsinθ以下の位置に設定される、
    3次元表示装置を含むヘッドアップディスプレイシステム
    を備える移動体。
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