JP2020181030A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像の横方向の解像度の低下を防ぐことができる表示装置を提供すること。【解決手段】表示装置１０は、平面表示パネル３２、及び、略半円筒形状の複数のシリンドリカルレンズ３３を互いに平行に並べてなるレンチキュラレンズ３４、からなる３Ｄディスプレイ３０と、この３Ｄディスプレイ３０から出射される光を制御する制御部１２と、を有し、３Ｄディスプレイ３０から出射された光を表示部ＷＳに投射し、視認者に虚像Ｖを認識させる。レンチキュラレンズ３４は、略水平方向に延びた複数のシリンドリカルレンズ３３が、縦に並んで配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、表示部に光を投射し情報を提供することができる表示装置に関する。

一部の車両には、ウィンドシールド等の表示部に光を投射することにより、運転者（視認者）に必要な情報を提供する表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）が搭載されている。このような、表示装置の従来技術として特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示される表示装置は、光を出射する投射器と、この投射器から出射された光が通過するスクリーンと、これらの投射器及びスクリーンを収納しているケースと、を備えている。

投射器は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）等の光学素子を備えるプロジェクタである。スクリーンは、投射器から出射される光の結像位置に配置されている、透過型のスクリーンである。スクリーンの光が通過する面は、投射器の光を出射する面に対して、傾いて設けられている。即ち、スクリーンは、投射器から出射される光の光軸に対して、傾いて設けられている。

スクリーンの光が通過する面が、投射器の光を出射する面に対して傾いて設けられていることにより、奥行きのある虚像を運転者に認識させることができる。

特開２０１６−２１２３３８号公報

畑田 豊彦 著 人間工学 Ｖｏｌ．２２ Ｎｏ．２（‘８６） ＶＤＴと視覚特性 昭和６１年２月１６日受付 インターネットＵＲＬ：https://www.jstage.jst.go.jp/article/jje1965/22/2/22_2_45/_pdf/-char/ja

特許文献１の表示装置は、投射器、スクリーン、折り返しミラー、凹面鏡、カバーガラス、外装、制御部とからなる。投射器は、映像をスクリーンに投射し、このスクリーンで反射された映像は、凹面鏡で拡大された後、ウィンドシールドへ出射される。

非特許文献１によれば、人間の視野特性は、鉛直方向よりも水平方向の方が広いということが開示されている。このため、視認者が認識する虚像において、水平方向に解像度の低下が生じると、鉛直方向に解像度の低下が生じた場合よりも視認者に認識されやすいものと考えられる。ところで、一般的に、３Ｄディスプレイのレンチキュラレンズは、視認者の視点の横方向の移動に対する視差を表現するために、横断面に関して集光する半円筒形状で縦長のシリンドリカルレンズが横に並んでいる。すなわち、従来の３Ｄディスプレイのレンチキュラレンズは、縦方向に延びたシリンドリカルレンズが、複数横に並んで配置されている。このため、虚像の横方向では、縦に延びた繋ぎ目が複数認識されて横方向の解像度が低下する。すなわち、従来の技術では、虚像の縦方向の解像度の低下よりも、影響の大きい横方向の解像度の低下によって、視認者に虚像の品質の低下が気付かれ易くなってしまうものと考えられる。

本発明は、虚像の横方向の解像度の低下を防ぐことができる表示装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、複数の画素が交互に並んで光を出射する平面表示パネル、及び、略半円筒形状の複数のシリンドリカルレンズを互いに平行に並べてなるレンチキュラレンズ、からなる３Ｄディスプレイと、
この３Ｄディスプレイから出射される光を制御する制御部と、を有し、
前記３Ｄディスプレイから出射された光を表示部に投射し、視認者に虚像を認識させる表示装置であって、
前記レンチキュラレンズは、略水平方向に延びた複数の前記シリンドリカルレンズが、縦に並んで配置されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、好ましくは、３Ｄディスプレイは、ライトフィールドディスプレイである。

請求項１に係る発明では、３Ｄディスプレイは、平面表示パネル、及び、略水平方向に延びている複数のシリンドリカルレンズを縦に並べてなるレンチキュラレンズからなる。シリンドリカルレンズが略水平方向に延びているので、視認者の認識する虚像は、縦に延びた継ぎ目がなく、横方向の解像度の低下を防ぐことができる。このため、人間の視覚特性による認識し易い横方向の虚像の品質の低下を防ぎ、従来技術と比較して、虚像全体としての品質を向上させることができる。

請求項２に係る発明では、３Ｄディスプレイは、ライトフィールドディスプレイであるので、ウィンドシールド（表示部）の直下に配置することができ、従来技術のような斜めに傾けて配置されたスクリーンが不要となり、光軸に沿った奥行を短くすることが可能となり、表示装置の小型化を図ることができる。

本発明の実施例による表示装置の模式図である。 実施例に係るレンチキュラレンズの斜視図と、比較例に係るレンチキュラレンズの斜視図である。 本発明の表示装置による作用を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。尚、説明中、左右とは、車内の乗員（視認者）を基準として左右をいい、前後とは車両の進行方向を基準として前後をいう。また、図中Ｌｅは左、Ｒｉは右、Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｕｐは上、Ｄｎは下、を示している。

本発明の基本構成について説明する。図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ（以下、表示装置という）１０は、例えば、車両Ｖｅに搭載され、車体の前部にあるウィンドシールド（表示部）ＷＳに光を投射する。ウィンドシールドＷＳに光が投射されることにより、運転者（視認者）Ｍｎは、ウィンドシールドＷＳの前方に虚像（像）Ｖが投影されているように認識する。

表示装置１０により投影される虚像Ｖは、上部が車両Ｖｅの前方側に傾いている。この上部が傾いた虚像Ｖに車速やナビゲーション情報等の情報を含ませることにより、運転者Ｍｎは走行時に必要な情報を得ることができる。

表示装置１０は、ケース２０と、このケース２０に収納され光を出射する３Ｄディスプレイ（ライトフィールドディスプレイ）３０と、この３Ｄディスプレイ３０から出射された光を反射する平面鏡４０と、この平面鏡４０が反射した光を表示部（ウィンドシールド）ＷＳに向かって反射する凹面鏡５０と、この凹面鏡５０の上方に配置されたカバーガラス６０と、３Ｄディスプレイ３０が出射する光を制御する制御部１２と、を有している。

ケース２０が車両Ｖｅに取り付けられることで、３Ｄディスプレイ３０がウィンドシールドＷＳの直下に配置されている。ケース２０は、遮光性を有する合成樹脂によって形成されている。このため、ケース２０は、外部から３Ｄディスプレイ３０に入射した光が、車室内に反射することを防ぐ遮光部である、ということができる。更には、ケース２０の内壁２０ａを遮光部ということもできる。

図１及び図２（ａ）に示すように、３Ｄディスプレイ３０は、複数の画素３１が交互に並んで光を出射する平面表示パネル３２と、所定方向に延びている半円筒形状のシリンドリカルレンズ３３が複数並んだレンチキュラレンズ３４を、を有している。

平面表示パネル３２は、例えばバックライト３２ａと、液晶パネル３２ｂとからなることで、シリンドリカルレンズ３３に向かって光を出射する画素３１を複数有している。尚、平面表示パネル３２が出射する光は、各画素３１が出射する光の束である。

各画素３１は、赤・緑・青の副画素により構成されている。副画素が発光することにより、各シリンドリカルレンズ３３に向かって光が出射される。尚、各副画素の発光を組み合わせることで、画素３１から出射される光の明度、色相、彩度を異ならせることができる。

レンチキュラレンズ３４は、例えば透明なポリカーボネートの平板状のベース板部３３ａと、このベース板部３３ａに所定方向に延びて複数配列され画素３１から出射された光が通過するシリンドリカルレンズ３３と、を有している。シリンドリカルレンズ３３が延びている所定方向は、視認者Ｍｎの視点の横方向である。このように略水平方向に延びている複数のシリンドリカルレンズ３３は、それぞれ縦に並んで配置されている。

また、レンチキュラレンズ３４は、ベース板部３３ａ上に、縦断面に関して集光する横長のシリンドリカルレンズ３３が縦に並ぶように切削加工したものである。これにより、シリンドリカルレンズ３３はいわゆるカマボコ形状（Ｄ字状）であり、横長のカマボコ形状のシリンドリカルレンズ３３が縦に並んで配置されたものがレンチキュラレンズ３４となる。

このような形状とすることで、レンチキュラレンズ３４は、各画素３１から出射された光を所定方向に屈折させる。レンチキュラレンズ３４は、ケース２０の外部からレンチキュラレンズ３４に入射した外光を遮光部としての内壁２０ａに向かって反射するよう、内壁２０ａ側に傾けられている。レンチキュラレンズ３４は、例えば、フューズドシリカ、光学ガラス、プラスチック等からなる。

ベース板部３３ａは、平面表示パネル３２の光を出射する面に対して平行に設けられている。シリンドリカルレンズ３３の断面形状は、例えば、凸形状、球面形状及び非球面形状等からなる。各シリンドリカルレンズ３３は、各画素３１に対応して設けられ、各画素３１から出射された光を屈折させる。

ここで、３Ｄディスプレイ３０が出射する光とは、各画素３１（平面表示パネル３２）から出射された光であってレンチキュラレンズ３４を通過した光のことをいう。つまり、各画素３１から出射された光がレンチキュラレンズ３４を通過することによって、３Ｄディスプレイ３０から光が出射される、ということができる。

平面鏡４０は、平面部分を有するように成形した樹脂、例えばポリカーボネートに、金属、例えばアルミを蒸着したミラーであり、光を単純反射するものである。

凹面鏡５０は、凹面を有するように成形した樹脂、例えばポリカーボネートに、金属、例えばアルミを蒸着したミラーであり、平行光を集光するように反射するものである。

カバーガラス６０は、透明な樹脂、例えばポリカーボネートのフィルムである。カバー２０は，前述の全ての部分を収容する筐体である。

制御部１２は、マイクロプロセッサとそれを動作させる為の各種電子部品、基板、ケースからなり、外部から車両情報やユーザーの入力を処理し、それに基づいて映像を適切に表示するように３Ｄディスプレイ３０を制御する。具体的には、制御部１２は、レンチキュラレンズ３４を通過した光がウィンドシールドＷＳに投射されるように、３Ｄディスプレイ３０が出射する光の方向を制御する。つまり、制御部１２は、レンチキュラレンズ３４を通過した光が所定方向に向かうよう各画素３１が出射する光を制御する。

運転者Ｍｎは、３Ｄディスプレイ３０から出射された光がウィンドシールドＷＳに投射されることにより、角度がθだけ前方に傾いた虚像Ｖが投影されているよう認識する。このような虚像Ｖは、視点ごとに異なる映像が投影される。つまり、奥行きのある虚像Ｖを運転者Ｍｎに視認させるためには、３Ｄディスプレイ３０が、視点ごとに適切な視差が付いた映像を投影する必要がある。

制御部１２は、３Ｄディスプレイ３０がレンチキュラレンズ３４の一端から他端に亘って連続して結像位置の異なる光を出射し、上部が前方に傾いた虚像Ｖが視認されるよう、各画素３１が出射する光を制御する。更に、制御部１２は、各画素３１から出射される光を制御して、レンチキュラレンズ３４から出射される光の結像位置を自由に変化させることもできる。これにより、虚像Ｖの傾き角度を自由に変えることができる。制御部１２が各画素３１から出射される光を制御することで、運転者Ｍｎの視認する任意の虚像Ｖが投影される。

次に実施例に示す表示装置１０と比較例に示す表示装置１００との構成の違いと視認者Ｍｎから見た虚像の違いについて説明する。

図２（ａ）は実施例の表示装置１０であり、レンチキュラレンズ３４は、ベース板部３３ａ上に、略水平方向に延びているシリンドリカルレンズ３３が、縦に並んで配置されている。各シリンドリカルレンズ３３の直下にある平面表示パネル３２上の画素領域ｒ中の画素３１が発光すると、発光した画素３１の中心とシリンドリカルレンズ３３の中心を通る光線が発生する。制御部１２は、斜めの平面の立体像Ｌ（図１参照）を構成する光線を、発光した画素３１の制御により生成する。レンチキュラレンズ３４が半円筒形状の横長のシリンドリカルレンズ３３が複数縦に並んだ構造である為、視差は縦方向にのみ発生する。

このように実施例では、視認者から見る虚像の横方向には、縦に延びた継ぎ目がなく、横方向の解像度の低下を防ぐことができる。このため、人間の視覚特性による認識し易い横方向の虚像の品質の低下を防ぎ、虚像全体としての品質を向上させることができる。

図２（ｂ）は比較例の表示装置１００であり、レンチキュラレンズ１０１は、ベース板部１０２上に、縦方向に延びているシリンドリカルレンズ１０３が、複数横に並んで配置されている。各シリンドリカルレンズ１０３の直下にある平面表示パネル３２上の画素領域ｒ中の画素３１が発光すると、発光した画素３１の中心とシリンドリカルレンズ１０３の中心を通る光線が発生する。制御部１２は、斜めの平面の立体像Ｌ（図１参照）を構成する光線を、発光した画素３１の制御により生成する。レンチキュラレンズ１０１が半円筒形状の縦長のシリンドリカルレンズ１０３が複数横に並んだ構造である為、視差は横方向にのみ発生する。

比較例では、視認者から見る虚像の横方向では、縦に延びた継ぎ目があり、横方向の解像度が低下する。このため、人間の視覚特性による認識し易い横方向の虚像の品質が低下し、虚像全体としての品質が下がってしまう。

次に本発明の作用を説明する。

図３に示すように、３Ｄディスプレイ３０が生成する立体像Ｌは、平面鏡４０によって凹面鏡５０へ反射され、凹面鏡５０によってカバーガラス６０へ拡大・反射され、カバーガラス６０を透過してウィンドシールドＷＳによって視認者Ｍｎへ拡大・反射され、視認者Ｍｎの視点において虚像Ｖとして観察される。

３Ｄディスプレイは縦方向に限定した視差を生成し、縦方向の視点の動きに追従して適切な映像を表示する。例えば、視野領域ＲがＲ１、Ｒ２、Ｒ３の小領域に分割するように３Ｄディスプレイを設計した場合、それぞれの小領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に視点が移動すると、小領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対応する映像に切り替わる。

次に、本発明の効果を説明する。

図１〜図３に示すように、３Ｄディスプレイ３０は、平面表示パネル３２、及び、略水平方向に延びている複数のシリンドリカルレンズ３３が縦に並んだレンチキュラレンズからなる。シリンドリカルレンズ３３が延びている方向は視認者の視点の横方向に沿っている。レンチキュラレンズ３４は、視認者Ｍｎの視点の縦方向の移動に対する視差を表現するために、縦断面に関して集光する横長のシリンドリカルレンズ３３が縦に並んでいる。シリンドリカルレンズ３３が略水平方向に延びているので、視認者Ｍｎから見る虚像の横方向では、縦に延びた継ぎ目がなく、横方向の解像度の低下を防ぐことができる。このため、人間の視覚特性による認識し易い横方向の虚像の品質の低下を防ぎ、従来技術と比較して、虚像全体としての品質を向上させることができる。

３Ｄディスプレイ３０は、ライトフィールドディスプレイであるので、ウィンドシールド（表示部）ＷＳの直下に配置することができ、従来技術のような斜めに傾けて配置されたスクリーンが不要となり、光軸に沿った奥行を短くすることが可能となり、表示装置１０の小型化を図ることができる。

３Ｄディスプレイ３０の面は、小さい傾斜で配置することができるので、光軸に沿った方向の奥行きを短くすることができる。また、平面表示パネル３２の発光画素の位置を制御することにより斜め面の映像を調整できる為、取り付けの公差が緩和され、製造コストを下げることができる。

尚、本発明によるヘッドアップディスプレイの画像データ処理方法は、四輪車の他、二輪車又は三輪車に適用されても良い。更には、車両以外の乗り物や建機等にも適用が可能である。

更に、実施例において、表示部はウィンドシールドとして説明されている。しかしながら、本発明による表示装置は、いわゆるコンバイナからなる表示部に光を投射することもできる。

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の表示装置は、車両に搭載するのに好適である。

１０…ヘッドアップディスプレイ（表示装置）、１２…制御部、３０…３Ｄディスプレイ（ライトフィールドディスプレイ）、３１…画素、３２…平面表示パネル、３３…シリンドリカルレンズ、３４…レンチキュラレンズ、Ｍｎ…視認者（運転者）、Ｖｅ…車両、Ｖ…虚像（像）、ＷＳ…表示部（ウィンドシールド）。

Claims (2)

1. 複数の画素が交互に並んで光を出射する平面表示パネル、及び、略半円筒形状の複数のシリンドリカルレンズを互いに平行に並べてなるレンチキュラレンズ、からなる３Ｄディスプレイと、
   この３Ｄディスプレイから出射される光を制御する制御部と、を有し、
   前記３Ｄディスプレイから出射された光を表示部に投射し、視認者に虚像を認識させる表示装置であって、
   前記レンチキュラレンズは、略水平方向に延びた複数の前記シリンドリカルレンズが、縦に並んで配置されていることを特徴とする表示装置。
2. 前記３Ｄディスプレイは、ライトフィールドディスプレイであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。

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