JP2018205644A

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

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Publication number: JP2018205644A
Application number: JP2017113777A
Authority: JP
Inventors: 薫草深; Kaoru Kusafuka
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-06-08
Also published as: JP6821515B2; WO2018225585A1; US20200132993A1; US10921588B2

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_Ｐ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Ｐ_ＳＬにあり、右眼が右基準位置Ｐ_ＳＲ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲは、パネル中心Ｏ_Ｐ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_Ｅ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_Ｐ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_Ｓ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲ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_Ｐ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_Ｅ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲ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_Ｅとの距離である。このため、眼間中心Ｏ_Ｅが円弧の中心Ｏ_Ｓ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲに位置する。

３次元表示装置３がパネル中心Ｏ_Ｐ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_Ｐ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_Ｓ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_Ｓ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_Ｓ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_ｐから円弧の中心Ｏ_Ｓ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_ｐから円弧の中心Ｏ_Ｓ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_Ｐ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_Ｐ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_Ｐ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_Ｐ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_Ｐ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲ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_Ｐ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_Ｐ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_Ｄ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。

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_Ｐ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_Ｅの位置がパネル中心Ｏ_Ｐ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。

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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲ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Ｐ_ＳＬおよび右基準位置Ｐ_ＳＲに利用者の眼がある状態で該利用者がパネル中心Ｏ_Ｐ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_Ｐ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Ｐ_SＬ’と右投影位置Ｐ_SＲ’との間の距離である。左投影位置Ｐ_SＬ’は、端部５１１での表示パネル５の接線に平行で眼間中心Ｏ_Ｅを通る線に左基準位置Ｐ_SＬを投影した位置である。右投影位置Ｐ_SＲ’は、端部５１１での表示パネル５の接線に平行で眼間中心Ｏ_Ｅを通る線に右基準位置Ｐ_SＲ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Ｐ_SＲ’と眼間中心Ｏ_Ｅとの距離Ｅ１１、および右投影位置Ｐ_SＲ’と眼間中心Ｏ_Ｅ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Ｐ_SＬ’と眼間中心Ｏ_Ｅとの距離Ｅ１１は、式（５）で表される。

右投影位置Ｐ_SＲ’と眼間中心Ｏ_Ｅとの距離Ｅ１２は、式（６）で表される。

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。

３３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

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。
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。
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。
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、

を満たす位置である、請求項３に記載の３次元表示装置。
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。
前記円弧の曲率半径ｒは、
Ｅ−Ｅ１＜Ｅ／ｎ、
Ｅ１＝Ｅ１１＋Ｅ１２、

を満たす、
請求項５に記載の３次元表示装置。
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。
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。