JP2020038238A - 車両用表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 モアレ現象を利用して立体視用の画像を効果的に表示する。【解決手段】 焦点距離が可変のレンズが規則的な第1パターンで複数配列されたレンズアレイと、画像表示器と、焦点距離及び画像表示器を制御する制御部とを備え、制御部は、画像表示器から、モアレ現象を利用した立体視用の画像であって規則的な第2パターンを有する立体視用の画像を出力可能である、車両用表示装置が開示される。例えば、立体視用の画像は、第2パターンで配列されたドットを有する。【選択図】 図1
Description
本開示は、車両用表示装置に関する。
画像表示器とマイクロレンズアレイとの距離を可変とする技術が知られている。
しかしながら、上記のような従来技術では、モアレ現象を利用して立体視用の画像を効果的に表示することができない。モアレ現象を利用して立体視用の画像を効果的に表示できれば、表示のバリエーションが効果的に増加し、表示の斬新さを高めることもできる。
そこで、1つの側面では、本発明は、モアレ現象を利用して立体視用の画像を効果的に表示することを目的とする。
1つの側面では、焦点距離が可変のレンズが規則的な第1パターンで複数配列されたレンズアレイと、
画像表示器と、
前記焦点距離及び前記画像表示器を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記画像表示器から、モアレ現象を利用した立体視用の画像であって規則的な第2パターンを有する立体視用の画像を出力可能である、車両用表示装置が提供される。
画像表示器と、
前記焦点距離及び前記画像表示器を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記画像表示器から、モアレ現象を利用した立体視用の画像であって規則的な第2パターンを有する立体視用の画像を出力可能である、車両用表示装置が提供される。
1つの側面では、本発明によれば、モアレ現象を利用して立体視用の画像を効果的に表示することが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
図1は、一実施例による車両用表示装置1の一例を概略的に示す正面図である。図2は、図1のラインA−Aに沿った断面図である。図1及び図2等には、直交する3方向として、X方向、Y方向、及びZ方向が示される。以下では、Z方向が上下方向に対応し、Z1側を上側とし、Z2側を下側とする。なお、車両用表示装置1の搭載状態では、上側がユーザ(運転者側)に向く。
表示装置100は、車両に搭載される。表示装置100は、例えばメータとして具現化されてよい。例えば、表示装置100は、筐体101を有し、インストルメントパネルに組み込まれる。表示装置100は、図1に示すように、例えば、速度メータ100aや、タコメータ100b等を表示するとともに、領域R1において、後述する各種画像(平面視用の画像及び立体視用の画像)を出力する。
表示装置100は、図2に示すように、液晶光学装置2と、画像表示器3と、制御基板10とを含む。なお、図1には、液晶光学装置2及び画像表示器3の外形は模式的に点線で示される。
液晶光学装置2は、図2に示すように、画像表示器3の上側に設けられる。液晶光学装置2は、例えばオプティカルボンディング等の密着層4を介して画像表示器3上に設けられる。密着層4で密着させ、空気層をなくすことで、ユーザから見た表示のコントラストが良くなり視認性を向上させることができる。
図3は、車両用表示装置1のうちの液晶光学装置2及び画像表示器3の2面図であり、上側は平面図であり、下側は側面図である。図4及び図5は、焦点距離可変液晶レンズ24の原理の説明図である。図4は、1つの焦点距離可変液晶レンズ24をY方向に視た図であり、図5は、立体視用の画像の説明図であり、同様に、レンズアレイ240をY方向に視た図である。図4及び図5には、車両用表示装置1を見るユーザ(例えば運転者)の左右の目が模式的に示される。
液晶光学装置2は、液晶光学パネル22と、焦点距離可変液晶レンズ24とを含む。
液晶光学パネル22は、焦点距離可変液晶レンズ24の上側に設けられる。また、図3に示すように、液晶光学パネル22は、焦点距離可変液晶レンズ24の下側にも設けられる。液晶光学パネル22は、例えば透明基板であり、例えばITO(Indium Tin Oxide)等により透明電極が形成される。
焦点距離可変液晶レンズ24は、焦点距離が可変のレンズである。すなわち、焦点距離可変液晶レンズ24は、電圧が印加可能であり、電圧の印加状態に応じて焦点距離が変化する。具体的には、電圧の印加状態に応じて液晶材料の分子配向状態が変化し、焦点距離が変化するような屈折率分布が実現される。
焦点距離可変液晶レンズ24は、複数配列されることでレンズアレイ240を形成する。具体的には、焦点距離可変液晶レンズ24は、図3に示すように、平面視で、格子状のパターン(第1パターンの一例)で配列される。焦点距離可変液晶レンズ24は、平面視で、任意の外形を有してもよいが、本実施例では、一例として、円形である。図3に示す例では、焦点距離可変液晶レンズ24は千鳥配置され、X方向及びY方向にそれぞれ所定ピッチp1で配列される。なお、図3に示す例では、X方向のピッチとY方向のピッチは、同じp1であるが、異なってもよい。なお、X方向は、ユーザ(例えば運転者)から視たときの左右方向に対応する。
複数の焦点距離可変液晶レンズ24のそれぞれは、独立に焦点距離が制御可能である。複数の焦点距離可変液晶レンズ24のそれぞれは、所定の電圧が印加された状態では、図4(A)に模式的に示すように、ユーザから視て左右の目で視差が実質的に生じない通常状態(第1状態の一例)となる。他方、複数の焦点距離可変液晶レンズ24のそれぞれは、電圧が印加されていない(オフ状態である)状態では、図4(B)に模式的に示すように、焦点距離可変液晶レンズ24の配列パターンとドットD1の配列パターン(後述)との間での交差角のずれにより錯視による立体感が生じる状態(第2状態の一例)となる。すなわち、複数の焦点距離可変液晶レンズ24のそれぞれは、電圧が印加されていない(オフ状態である)状態では、上側に凸状の円形レンズのような特性となる。なお、凸状の円形レンズの配列パターンとドット模様(網目模様)との間の交差角のずれにより錯視による立体感が生じる原理自体(レンズアレイ240を介して見ると、立体視用の画像が立体感を有する拡大画像として現出し、ユーザが視点を移動させると該拡大画像が揺らぎ感を呈する点)は、広く知られている(例えば特許第3338860号参照)。
画像表示器3は、TFT(Thin Film Transistor)やOLED(Organic Light Emitting Diode)などのフラットパネルディスプレイにより形成される。画像表示器3は、各種の画像を生成し出力する。画像表示器3により出力される画像は、液晶光学装置2を介して外部(Z1側)から可視となる。
画像表示器3は、焦点距離可変液晶レンズ24に所定の電圧が印加された状態(以下、単に「電圧印加状態」と称する)では、平面視用の画像を出力し、焦点距離可変液晶レンズ24に電圧が印加されていない状態(以下、「非電圧印加状態」と称する)では、立体視用の画像を出力するように、表示制御される。
図5には、立体視用の画像G10の概念を示す平面図が併せて示される。立体視用の画像G10は、モアレ現象を利用した立体視用の画像であり、図5に示すように、格子状のパターン(第2パターンの一例)で配列されたドットD1を有する。図5に示す例では、ドットD1は、レンズアレイ240における焦点距離可変液晶レンズ24の配列パターンと同様のパターンで配列されるが、異質なパターンで配列されてもよい。ただし、ドットD1は、レンズアレイ240における焦点距離可変液晶レンズ24の配列パターンに対して交差角のずれが生じるパターンで配列される。
ドットD1は、平面視で、任意の外形を有してもよいが、本実施例では、一例として、円形である。図5に示す例では、ドットD1は千鳥配置され、X方向及びY方向にそれぞれ所定ピッチp2で配列される。なお、図5に示す例では、X方向のピッチとY方向のピッチは、同じp2であるが、異なってもよい。ドットD1のサイズは、焦点距離可変液晶レンズ24のサイズと同じであってもよいし、異なってもよい。
制御基板10には、液晶光学装置2及び画像表示器3を制御するための処理装置11が実装される。
図6は、処理装置11のハードウェア構成の一例を示す図である。図6には、画像表示器3についても併せて示される。なお、処理装置11は、メータECU(Electronic Control Unit)を形成してもよい。
処理装置11は、CPU(Central Processing Unit)111(制御部の一例)と、ROM(Read Only Memory)112と、RAM(Random Access Memory)113とを備えるプロセッサに、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)120と、入力手段123と、GDC(Graphics Display Controller)124とが接続される。GDC124には、ドライバ126を介して画像表示器3が接続される。
なお、入力手段123は、ユーザにより操作可能なスイッチの形態であってもよいし、音声入力やジェスチャー入力が可能な構成であってもよい。
処理装置11は、CAN(controller area network)などの適切なバスを介して、車両内の各種の電子部品(他のECU)等に接続されてもよい。
処理装置11は、画像表示器3が出力する画像がレンズアレイ240を介して平面的に見える状態(すなわちユーザから視て左右の目で視差が実質的に生じない通常状態)と、画像表示器3が出力する画像がレンズアレイ240を介して立体的に見える状態(すなわち交差角のずれにより錯視による立体感が生じる状態)とを選択的に形成する。すなわち、処理装置11は、液晶光学装置2の焦点距離の切り替えと、画像表示器3から出力する画像の切り替えとを実行する。画像表示器3から出力する画像の切り替えは、平面視用の画像と立体視用の画像との間の切り替えを含む。
平面視用の画像は、任意の情報を形成してよく、例えば、図7にてG20で示すように、時間や基本的な車両情報(図7ではオドメーターの値)等を形成する。
立体視用の画像は、任意の情報を形成してよいが、好ましくは、平面視用の画像よりも注意喚起度が高い車両情報を形成する。例えば、立体視用の画像は、警報に係る車両情報(例えば、故障や異常等を知らせる車両情報や、シートベルトの非装着状態を知らせる車両情報)を形成する。図7に示す例では、立体視用の画像は、図7にG22で示すように、警報に係る車両情報(ここでは、シートベルトの非装着状態を知らせる車両情報)を形成する部分G221と、背景を形成する部分G222とを含み、背景を形成する部分G222上にドットD1を含む。
立体視用の画像は、上述のように、焦点距離可変液晶レンズ24において交差角のずれ(ドットD1の配列パターンと焦点距離可変液晶レンズ24の配列パターンとの間の交差角のずれ)により錯視による立体感が生じる状態で出力されるので、ユーザにとっては、レンズアレイ240を介して立体的に見える。このため、立体視用の画像が形成する情報は、見え方によっても注意喚起度が高くなり、警報として有効に機能できる。
立体視用の画像は、好ましくは、警報に係る車両情報を形成する部分G221と、背景を形成する部分G222との間の輝度差が有意に大きい。例えば、図7に示す例では、背景を形成する部分G222は、輝度が“0”(黒)であるのに対して、警報に係る車両情報を形成する部分G221は、実質的に全体(シートベルトの部分を除く部分)において輝度が比較的高い。これにより、表示のコントラストが良好となり、認識性を向上させることができる。また、警報に係る車両情報は、より強調されるので、注意喚起度が更に高くなり、警報としてより有効に機能できる。なお、警報に係る車両情報を形成する部分G221は、例えば赤等のような注意喚起を高めるような色が付与されてもよい。
処理装置11は、外部(例えば他のECU)からの切り替え要求に応答して、液晶光学装置2の焦点距離の切り替えと、平面視用の画像と立体視用の画像との間の切り替えとを実行してもよい。例えば、処理装置11は、平面視用の画像の出力状態において、所定の警報の出力要求を受信すると、平面視用の画像の出力状態から、当該所定の警報に応じた立体視用の画像の出力状態に切り替える。その際、処理装置11は、焦点距離可変液晶レンズ24を電圧印加状態から非電圧印加状態に切り替える。このようにして、切り替え要求に応答して、画像表示器3が出力する画像がレンズアレイ240を介して平面的に見える状態から、画像表示器3が出力する画像がレンズアレイ240を介して立体的に見える状態へと切り替えられてもよい。
このように本実施例によれば、ドットD1の配列パターンと焦点距離可変液晶レンズ24の配列パターンとの間の交差角のずれにより生じるモアレ現象を利用して立体視用の画像を効果的に表示できる。これにより、表示の斬新さを高めることができる。
また、本実施例によれば、見え方の変化(焦点距離の変化)に合わせて立体視用の画像と平面視用の画像とを選択的に切り替えて表示できる。これにより、表示のバリエーションが効果的に増加し、表示の斬新さを高めることもできる。また、立体視用の画像が警報に係る車両情報を形成する場合は、誘目性や認識性を向上し、警報に係る注意喚起度を効果的に高めることができる。
また、本実施例によれば、例えば上側に凸状のレンズ(焦点距離が一定のレンズ)を配列して常に立体視用の画像を生成する構成に比べて、平面視用の画像を、違和感のない態様で出力できる。すなわち、上側に凸状のレンズ(焦点距離が一定のレンズ)を配列した構成において、平面視用の画像を出力すると、視認性が悪く、表示が認識しにくいという問題点が生じるが、本実施例によれば、上側に凸状のレンズ(焦点距離が一定のレンズ)を使用しないので、かかる問題を解消できる。
ところで、立体視用の画像におけるドットD1のピッチp2を変化させると、ドットD1の配列パターンと焦点距離可変液晶レンズ24の配列パターンとの間の交差角度が変化する。具体的には、ドットD1のピッチp2を大きくすると、交差角度が大きくなり、ユーザから見ると、ドットD1が重畳される背景がより奥側にいく。この点を利用して、処理装置11は、立体視用の画像の属性に応じて、ドットD1のピッチp2を変化させることとしてもよい。例えば、処理装置11は、注意喚起度が比較的高い立体視用の画像に対しては、注意喚起度が比較的低い立体視用の画像よりも、ドットD1のピッチp2を大きくしてもよい。
なお、上述した実施例では、領域R1においてのみ、立体視用の画像が上述のように出力されるが、これに限られない。例えば、速度メータ100a及び/又はタコメータ100bに係る領域の一部又は全部にも、上述のような立体視用の画像が出力されてもよい。この場合、速度表示等が立体的に見え、意匠性が向上する。
次に、図8及び図9を参照して、平面視用の画像と立体視用の画像との間の切り替えについて説明する。
図8は、平面視用の画像から立体視用の画像への切り替え方法の一例を示すタイミングチャートである。図8では、上側から、平面視用の画像の出力状態(ON/OFF状態)と、焦点距離可変液晶レンズ24の状態(ON/OFF状態)と、立体視用の画像の出力状態(ON/OFF状態)とが、時系列で示される。なお、焦点距離可変液晶レンズ24のON状態は、電圧印加状態に対応し、焦点距離可変液晶レンズ24のオフ状態は、非電圧印加状態に対応する。
図8では、時点t0に切り替え要求が発生する。ここでは、切り替え要求は、シートベルトの非着用が検出された場合に、シートベルトの非着用状態を警報するために発生する。時点t0に切り替え要求が発生すると、直ちに、平面視用の画像がオフされ、焦点距離可変液晶レンズ24がオフされる。なお、焦点距離可変液晶レンズ24は、時点t0まではオン状態である。ただし、焦点距離可変液晶レンズ24は、図8に示すように、平面視用の画像よりも、完全なオフ状態になるまでに要する時間が長く、時点t1に完全にオフ状態になる。時点t1には、立体視用の画像がオンする。なお、立体視用の画像は、時点t0から時点t1までオフ状態のままであり、時点t1でオンする。これにより、画像表示器3からは立体視用の画像が生成される。
このようにして、図8に示す例では、時点t0に切り替え要求が発生すると、平面視用の画像がオフされるとともに、焦点距離可変液晶レンズ24が非電圧印加状態へと移行される。そして、その後の時点t1にて立体視用の画像がオンとなり、非電圧印加状態の焦点距離可変液晶レンズ24を介して画像表示器3からの画像(立体視用の画像)が可視となる。
図9は、平面視用の画像から立体視用の画像への切り替え方法の他の一例を示すタイミングチャートである。図9では、上側から、平面視用の画像の出力状態(ON/OFF状態)と、焦点距離可変液晶レンズ24の状態(ON/OFF状態)と、立体視用の画像の出力状態(ON/OFF状態)とが、時系列で示される。なお、焦点距離可変液晶レンズ24のON状態は、電圧印加状態に対応し、焦点距離可変液晶レンズ24のオフ状態は、非電圧印加状態に対応する。
図9では、図8とは異なり、時点t0よりも時間ΔT後に立体視用の画像がオンとなり、非電圧印加状態の焦点距離可変液晶レンズ24を介して画像表示器3からの画像(立体視用の画像)が可視となる。時間ΔTは、焦点距離可変液晶レンズ24がオン状態から完全なオフ状態になるまでに要する時間以上とされる。焦点距離可変液晶レンズ24がオン状態から完全なオフ状態になるまでに要する時間は、温度等に応じて変化しうるので、時間ΔTを比較的長く設定することで、焦点距離可変液晶レンズ24が完全なオフ状態になる前に、平面視用の画像から立体視用の画像への切り替えが実現される可能性を低減できる。なお、焦点距離可変液晶レンズ24が完全なオフ状態になる前に、平面視用の画像から立体視用の画像への切り替えが実現されると、ユーザに違和感を与えるおそれがあり、図9では、かかる違和感を与える可能性を低減できる。
図8及び図9に示す切り替え方法によれば、表示装置100の表示が突然立体になったような印象を与え、誘目性や認識性を向上させることができる。
図10A及び図10Bは、立体視用の画像の出力方法の一例を示す図である。
図10A及び図10Bに示すように、立体視用の画像は、アニメーションを伴う態様で出力されてもよい。
具体的には、図10Aに示す例では、警報に係る車両情報を形成する部分G221は、中央で徐々に大きくなる態様で出力される。この場合、警報に係る車両情報が強調されるので、注意喚起度を効果的に高めることができる。この際、図10Aに示すように、ドットの輝度が徐々に小さくされてもよい。これにより、アニメーションに合わせた態様で表示のコントラストが変化し、斬新さが増す。
また、図10Bに示す例では、警報に係る車両情報を形成する部分G221は、大きさは変化せずに上から下に出現する態様で出力される。この場合も、警報に係る車両情報が強調されるので、注意喚起度を効果的に高めることができる。
なお、図10A及び図10Bに示す例では、図7に示した立体視用の画像G22とは異なり、ドットが低輝度(“0”)である。この場合でも、表示のコントラストが良好となり、認識性を向上させることができる。
図11は、他の実施例による表示装置100Aを示す正面図である。図12は、図11のラインB−Bに沿った断面図である。図11及び図12に示す他の実施例に関しては、上述した実施例と同様の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。なお、図11には、液晶光学装置2Aを含む部材70の外形は、点線の矩形で示されている。
他の実施例による表示装置100Aは、液晶光学装置2Aが、表示装置100A内の特定の領域R1のみに対して設けられる点が異なる。なお、画像表示器3の上側の部材70のうちの、液晶光学装置2A以外の部位71は、透明なガラス板等により形成されてもよい。
他の実施例による表示装置100Aによれば、領域R1以外では、通常の平面視用の画像を表示しながら、領域R1では立体視用の画像(ステレオ表示)を表示することができ、視認性を確保しながら、誘目性や認識性を向上させることができる。
なお、図11及び図12に示す例では、表示装置100Aは、液晶光学装置2A以外の領域(部位71の領域)に対しても画像を出力できる画像表示器3を備えるが、これに限られない。表示装置100Aは、液晶光学装置2Aに対してのみ画像を出力できるような画像表示器を備えてもよい。この場合、速度メータ100aやタコメータ100bは、アナログ式(機械的な針等を用いた表示方式)で実現されてもよい。
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
例えば、上述した実施例では、焦点距離が可変のレンズとして液晶レンズが使用されるが、焦点距離が可変のレンズとして液体レンズが使用されてもよい。液体レンズは、例えば特開2011−95369号に開示されるような構成であってよい。
また、上述した実施例では、立体視用の画像G22において、車両情報を形成する部分と背景との間のコントラストを良好にするために、背景(又は車両情報を形成する部分)を黒(輝度=“0”)で形成しているが、低輝度であれば輝度が“0”以外であってもよい。すなわち、背景は、略“0”の輝度であってもよい。この場合、略“0”とは、例えば256階調では10以下の範囲であってよい。
1 車両用表示装置
2 液晶光学装置
2A 液晶光学装置
3 画像表示器
4 密着層
10 制御基板
11 処理装置
22 液晶光学パネル
24 焦点距離可変液晶レンズ
100 表示装置
100a 速度メータ
100A 表示装置
100b タコメータ
101 筐体
2 液晶光学装置
2A 液晶光学装置
3 画像表示器
4 密着層
10 制御基板
11 処理装置
22 液晶光学パネル
24 焦点距離可変液晶レンズ
100 表示装置
100a 速度メータ
100A 表示装置
100b タコメータ
101 筐体
Claims (8)
- 焦点距離が可変のレンズが規則的な第1パターンで複数配列されたレンズアレイと、
画像表示器と、
前記焦点距離及び前記画像表示器を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記画像表示器から、モアレ現象を利用した立体視用の画像であって規則的な第2パターンを有する立体視用の画像を出力可能である、車両用表示装置。 - 前記立体視用の画像は、前記第2パターンで配列されたドットを有する、請求項1に記載の車両用表示装置。
- 前記制御部は、前記画像表示器から前記立体視用の画像と平面視用の画像とを選択的に切り替えて出力する、請求項2に記載の車両用表示装置。
- 前記制御部は、前記焦点距離を制御することで、前記平面視用の画像が前記レンズアレイを介して平面的に見える第1状態と、前記立体視用の画像が前記レンズアレイを介して立体的に見える第2状態とを選択的に形成する、請求項3に記載の車両用表示装置。
- 前記立体視用の画像は、所定の車両情報と、前記所定の車両情報のまわりに背景と、前記背景上に前記ドットとを形成し、
前記所定の車両情報は、前記背景又は前記ドットよりも輝度が高い画素を含む態様で形成される、請求項3に記載の車両用表示装置。 - 前記所定の車両情報は、警報用の情報を含む、請求項5に記載の車両用表示装置。
- 前記制御部は、前記第1状態から前記第2状態に切り替える際、前記第1状態において前記平面視用の画像の出力した後に、前記焦点距離を変化させ、前記焦点距離を変化させ始めてから所定時間後に、前記立体視用の画像を出力する、請求項2〜5のうちのいずれか1項に記載の車両用表示装置。
- 前記制御部は、前記ドットのピッチを変化させる、請求項2〜7のうちのいずれか1項に記載の車両用表示装置。
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