JP2022027220A - 表示装置および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト比を改善した表示装置および該表示装置を備える移動体を提供する。【解決手段】格子状に配列された複数の第１のサブピクセルを備える第１の表示パネル１２、複数の第１のサブピクセルと等ピッチで格子状に配列された複数の第２のサブピクセルを備える第２の表示パネル１３、コントローラ１４、利用者の左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出し、検出した眼の位置情報をコントローラ１４に出力する検出装置を備える。第１の表示パネル１２の法線方向において、複数の第１のサブピクセルの各々は、複数の第２のサブピクセルのいずれかと重ね合う。コントローラ１４は、検出装置が検出した眼の位置情報に基づいて、画像表示領域と画像非表示領域とを算出し、第１の表示パネル１２に画像データに基づく画像を表示させ、画像非表示領域に対応する複数の第２のサブピクセルを最も暗い階調とする。【選択図】図１

Description

本開示は、表示装置および移動体に関する。

液晶パネルに表示される画像を、光学系を介して投影して、利用者に対して表示する表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７－２８７１９３号公報

従来の液晶パネルを用いる表示装置では、液晶パネルの背面から照明光を照射する。液晶パネルのコントラスト比は、一般的に１０００：１程度のものが知られている。しかしながら、１０００：１のコントラスト比では、最も暗い階調の画素を表示する際、照明光を十分に遮光することができないことがある。その結果、本来非表示とすべき最も暗い階調の画素が、利用者の眼にうっすらと白く見えることがある。特に、ディスプレイパネルと、シャッタパネルとに光学的な距離があるため、単に表示上のアドレスが重なっている領域を遮光しても、視差によって光の漏れが生じうる。

本開示は、コントラスト比を改善した表示装置および該表示装置を備える移動体を提供する。

本開示の表示装置は、第１の表示パネルと、第２の表示パネルと、検出装置と、コントローラとを備える。前記第１の表示パネルは、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向に格子状に配列された複数の第１のサブピクセルを備える。前記第２の表示パネルは、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って、前記複数の等ピッチで格子状に配列された複数の第２のサブピクセルを備える。検出装置は、利用者の左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出し、検出した眼の位置情報を前記コントローラに出力する。前記コントローラは、前記検出装置が検出した前記眼の位置情報に基づいて、前記画像データから画像表示領域と画像非表示領域とを算出し、画像データに基づいて、前記複数の第１のサブピクセルおよび前記複数の第２のサブピクセルを制御し、前記画像非表示領域に対応する前記複数の第２のサブピクセルを、前記複数の第２のサブピクセルの最も暗い階調とする。前記第１の表示パネルおよび前記第２の表示パネルは、少なくとも利用者側に配置される一方が、透過型の表示パネルである。第１の表示パネルの法線方向において、複数の第１のサブピクセルの各々は、複数の第２のサブピクセルのいずれかと重ね合わさる。

本開示の移動体は、表示装置を備える。表示装置は、第１の表示パネルと、第２の表示パネルと、検出装置と、コントローラとを備える。前記第１の表示パネルは、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向に格子状に配列された複数の第１のサブピクセルを備える。前記第２の表示パネルは、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って、前記複数の等ピッチで格子状に配列された複数の第２のサブピクセルを備える。検出装置は、利用者の左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出し、検出した眼の位置情報を前記コントローラに出力する。前記コントローラは、前記検出装置が検出した前記眼の位置情報に基づいて、前記画像データから画像表示領域と画像非表示領域とを算出し、画像データに基づいて、前記複数の第１のサブピクセルおよび前記複数の第２のサブピクセルを制御し、前記画像非表示領域に対応する前記複数の第２のサブピクセルを、前記複数の第２のサブピクセルの最も暗い階調とする。前記第１の表示パネルおよび前記第２の表示パネルは、少なくとも利用者側に配置される一方が、透過型の表示パネルである。第１の表示パネルの法線方向において、複数の第１のサブピクセルの各々は、複数の第２のサブピクセルのいずれかと重ね合わさる。

本開示の表示装置によれば、コントローラの演算処理負荷を少なくして、視差による光漏れを抑制し、高コントラストで画像表示を行うことができる。

本開示の移動体によれば、コントローラの演算処理負荷を少なくして、視差による光漏れを抑制し、高コントラストで画像表示を行うことができる表示装置を装備した移動体を提供することができる。

図１は一実施形態の係る表示装置の概略構成図である。 図２は第１の表示パネルの複数の第１のサブピクセルの配置例を説明する図である。 図３は第２の表示パネルの複数の第２のサブピクセルの配置例を説明する図である。 図４はコントローラの概略構成を示すブロック図である。 図５は第１の表示パネルに表示される画像の一例を示す図である。 図６は第２の表示パネルに表示される画像の一例を示す図である。 図７は両眼の位置に応じた制御を実行する一実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 図８は画像表示領域と画像非表示領域の一例を示す図である。 図９は図８の画像表示領域および画像非表示領域に対応する複数の第２のサブピクセルの配置を説明する図である。 図１０はコントローラ１４による瞳位置情報に基づく視差画像の処理手順を説明するための図である。 図１１はコントローラ１４の視差画像データの処理手順を説明するためのフローチャートである。 図１２はコントローラ１４に開口制御の一例を示すフローチャートである。 図１３は移動体に搭載された表示装置の配置および構成を説明する図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は現実のものとは一致していない。

図１に示すように、本開示の一実施形態において、表示装置１０は、照射器１１、第１の表示パネル１２、第２の表示パネル１３、コントローラ１４、および、表示情報取得部１５を含んで構成される。図１において、説明のため第１の表示パネル１２および第２の表示パネル１３の厚さ方向（後述するｚ方向）の寸法を大きく表示している。

一実施形態において、照射器１１、第１の表示パネル１２、および、第２の表示パネル１３は、利用者に対して表示される画像の画像光の光路に沿って、利用者から遠い側から、照射器１１、第１の表示パネル１２、第２の表示パネル１３の順に配置される。

照射器１１は、第１の表示パネル１２を面的に照射する。照射器１１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１１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第１の表示パネル１２の面方向に均一化する。照射器１１は均一化された光を第１の表示パネル１２の方に出射する。

第１の表示パネル１２は、例えば透過型の液晶表示パネルなどの表示素子を採用しうる。第１の表示パネル１２は、公知の液晶パネルの構成を有してよい。公知の液晶パネルとしては、ＩＰＳ（In-Plane Switching）方式、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、および、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）方式等の種々の液晶パネルを採用しうる。第１の表示パネル１２は、液晶層１２ａ、液晶層１２ａを挟むように配置されるガラス基板１２ｂおよび１２ｃ、ならびに、液晶層１２ａとガラス基板１２ｃとの間に配置されたカラーフィルタ１２ｄを含むことができる。第１の表示パネル１２の画像を表示する表示領域は、液晶層１２ａとカラーフィルタ１２ｄとの界面付近に位置するとみなすことができる。第１の表示パネル１２の画像を表示する表示領域は、表示装置１０のアクティブエリアと呼ぶことができる。アクティブエリアは、表示される実際の画像が表示される領域である。第１の表示パネル１２は、さらに、配光膜、透明電極、および、偏向板等を含むことができる。配光膜、透明電極、および、偏光板等の配置および構成は、一般的な液晶パネルにおいて公知なので説明を省略する。なお、第１の表示パネル１２は、カラーフィルタ１２ｄを有さず、表示装置１０をモノクロの表示装置としてもよい。

図２は、第２の表示パネル１３側から見た第１の表示パネル１２の一部を、拡大して示す図である。第１の表示パネル１２の表示領域は、第１の方向（ｘ方向）および第１の方向に交わる第２の方向に沿って格子配列される複数の第１のサブピクセル２１を含む。第２の方向は第１の方向に略直交する方向としうる。第１の方向（ｘ方向）は、利用者の両眼の並ぶ方向に対応する。利用者が通常の着席または直立した姿勢で直接見るタイプの表示装置１０において、第１の方向は利用者から観た横方向または左右方向とすることができる。第２の方向は利用者から観た縦方向または上下方向とすることができる。以下では、第１の方向をｘ方向、第２の方向をｙ方向として説明する。各図において、第２の表示パネル１３から照射器１１へ向かう方向に見て、ｘ方向は右から左へ向かう方向として示す。ｙ方向は、上から下へ向かう方向として示す。また、ｘ方向およびｙ方向に直交し、利用者の眼の側に向かう光路に沿う方向をｚ方向とする。

複数の第１のサブピクセル２１は、ｘ方向およびｙ方向に格子状に配列されている。一実施形態において、複数の第１のサブピクセル２１は、ｘ方向よりもｙ方向に長い。他の実施形態において、複数の第１のサブピクセル２１は、ｙ方向よりもｘ方向に長くてもよい。各複数の第１のサブピクセル２１は、カラーフィルタ１２ｄの色の配列に対応して、Ｒ（Red），Ｇ（Green），Ｂ（Blue）のいずれかの色を有する。図２には、説明のため、Ｒ，Ｇ，Ｂの文字が図示される。Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの第１のサブピクセル２１は、一組として１つのピクセル２２を構成することができる。ピクセル２２の一つが、説明のため図２において破線により囲んで示される。１つのピクセル２２は、１画素と呼びうる。第１の表示パネル１２は、複数のピクセル２２を含む。１ピクセルのｘ方向の長さとｙ方向の長さとは、１：１に設定することができるが、これに限定されない。ｘ方向は、例えば、１つのピクセル２２を構成する複数の第１のサブピクセル２１が並ぶ方向である。ｙ方向は、例えば、同じ色の複数の第１のサブピクセル２１が並ぶ方向である。

第１の表示パネル１２としては、透過型の表示パネルに加え、自発光型の表示パネル等他の表示パネルを使用することもできる。透過型の表示パネルは、液晶パネルの他に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）シャッター式の表示パネルを含む。自発光型の表示パネルは、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）、および無機ＥＬの表示パネルを含む。第１の表示パネル１２として、自発光型の表示パネルを使用した場合、照射器１１は不要となる。

第２の表示パネル１３は、透過型の表示領域を有する表示素子を用いることができる。第２の表示パネル１３は、第１の表示パネル１２からの出力が第２の表示パネル１３に入射するように配置される。第２の表示パネル１３としては、液晶パネルを採用しうる。図１に示すように、第２の表示パネル１３は、液晶層１３ａ、ならびに、液晶層１３ａを挟むように配置されるガラス基板１３ｂおよび１３ｃを含む。第１の表示パネル１２とは異なり、第２の表示パネル１３はカラーフィルタを含まない。第２の表示パネル１３の表示領域は、液晶層１３ａとガラス基板１３ｃとの界面付近に位置するとみなすことができる。

図３に示すように、第２の表示パネル１３は、ｘ方向及びｙ方向に沿って、格子状に配列された複数の第２のサブピクセル２３を含む。複数の第２のサブピクセル２３は、複数の第１のサブピクセル２１と等ピッチで配列される。第１の表示パネル１２および第２の表示パネル１３は、第１の表示パネル１２の法線方向に見たとき、複数の第１のサブピクセル２１の各々が複数の第２のサブピクセル２３のいずれかと重ね合わさるように、配置される。このようにすることにより、第１の表示パネル１２および第２の表示パネル１３に、ほぼ同一の形状寸法を有する表示パネルを使用することができるので、製造が容易となる。また、第１の表示パネル１２の複数の第１のサブピクセル２１と、第２の表示パネル１３の複数の第２のサブピクセル２３とが、１対１で対応するので、画像表示の際の演算量を低減でき、コントローラ１４による表示装置１０の制御が容易になる。

第２の表示パネル１３は、第１の表示パネル１２に対してｚ方向に所定距離離れて配置される。第１の表示パネル１２と第２の表示パネル１３とは、一体として形成されてよい。例えば、第１の表示パネル１２と第２の表示パネル１３とは、光学的に透明な接着剤を用いて相互に固定される。光学的に透明な接着剤はＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）を含む。

第２の表示パネル１３は、第２のサブピクセル２３ごとに画像光の透過率を変更することができる。第２の表示パネル１３は、特定の領域を通る画像光を、光強度を大きく低下させることなく透過させ、他の特定の領域を通る画像光を減光させることができる。ここで、「減光」は、ほぼ光を透過させない「遮光」をも含む。第２の表示パネル１３は、光を透過させる領域の複数の第２のサブピクセル２３を最も明るい階調とし、減光させる領域の複数の第２のサブピクセル２３を最も暗い階調としうる。複数の第２のサブピクセル２３の階調は、光の透過率と対応する。「最も明るい階調」は、第１の表示パネル１２からの画像光の透過率が最も高い階調を意味する。「最も暗い階調」は、第１の表示パネル１２からの画像光の透過率が最も低い階調を意味する。第２の表示パネル１３は、光を透過させる領域と、減光させる領域との間で、可視光領域の光の透過率を、１００倍以上、例えば約１０００倍異ならせることができる。

コントローラ１４は、表示装置１０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１４は、例えばプロセッサとして構成される。コントローラ１４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１４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１４は、記憶部を備え、記憶部に各種情報、または表示装置１０の各構成部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１４のワークメモリとして機能してよい。

コントローラ１４は、画像データに基づいて、第１の表示パネル１２の複数の第１のサブピクセル２１および複数の第２の表示パネル１３の複数の第２のサブピクセル２３を制御する。画像データは、後述する表示情報取得部１５から取得することができる。画像データは、表示情報取得部１５から取得した情報に基づいて、コントローラ１４内で生成してよい。画像データは、文字および記号等を含んでよい。

図４に示すように、コントローラ１４は、画像データ生成部３１、第１のラインバッファ３２、コントラスト強調部３３、および、第２のラインバッファ３４を含む。

画像データ生成部３１は、表示情報取得部１５から取得した画像データ、または、画像情報に基づいて、第１の表示パネル１２に表示する画像の画像データを生成する。画像データ生成部３１は、必要に応じて表示情報取得部１５から取得した画像データの補間処理、間引き処理、明度等の調整を行う。その他、画像データ生成部３１は、画像表示に必要な前処理を行う。

画像データ生成部３１は、生成された画像データを、第１のラインバッファ３２にラインごとに格納する。第１のラインバッファ３２は、第１の表示パネル１２に表示される画像の１ライン分または複数ライン分のデータを保持するメモリである。第１のラインバッファ３２にデータを書き込むことによって、各ラインの画像データが順次第１の表示パネル１２に送信され、第１の表示パネル１２に表示される画像が更新される。

コントラスト強調部３３は、検出装置１７によって検出された利用者の瞳位置を示す瞳位置情報に基づいて、第１の表示パネル１２に表示される複数の第１のサブピクセル２１のうち、暗い階調の複数の第１のサブピクセル２１の第１の表示パネル１２上での座標位置を検索する。暗い階調は、複数の第１のサブピクセル２１が表示可能な全ての階調のうち最も暗い階調としうる。暗い階調は、最も暗い階調に加え、これに準じる階調の画素を含んでよい。最も暗い階調に準じる階調は、例えば、最も明るい階調の１００分の１の光の透過率の階調までを含んでよい。コントラスト強調部３３は、検出装置１７によって検出された利用者の瞳位置を示す瞳位置情報に基づいて、第２の表示パネル１３に表示される画像を決定する。コントラスト強調部３３は、決定された第２の表示パネル１３の画像を第２のラインバッファ３４に出力する。コントラスト強調部３３により検索して得られた暗い階調の複数の第１のサブピクセル２１の領域を、画像非表示領域とよぶ。また、画像非表示領域以外の領域を、画像表示領域とよぶ。瞳位置（アイポジション）から観てディスプレイパネルの左右画像が共に黒となる表示領域である無表示領域を判定し、透光領域のうち、無表示領域に対応する対応領域を、部分的に減光領域に変更する。

第２のラインバッファ３４は、第２の表示パネル１３に表示される画像の１ライン分または複数ライン分のデータを保持するメモリである。第２のラインバッファ３４にデータを書き込むことによって、各ラインの画像データが順次第２の表示パネル１３に送信され、第２の表示パネル１３に表示される画像が更新される。

以下に、第１の表示パネル１２の表示領域と第２の表示パネル１３の表示領域との間隔が、第１の表示パネル１２から利用者の両眼迄の距離に比べて十分に小さい場合が想定される。所定の条件を満たす場合、複数の第１のサブピクセル２１から出射した画像光は、大部分がｚ方向に重ねて配置された複数の第２のサブピクセル２３を通過して、利用者の眼に到達する。第２の表示パネル１３と、利用者との間にレンズおよびミラー等の光学系が介在する場合は、光学系の屈折率を考慮して同様の条件を設定できる。

この場合、コントラスト強調部３３は、瞳位置情報に基づき、第１のラインバッファ３２を検索して得られた画像非表示領域の複数の第１のサブピクセル２１と、ｘｙ面内で同じ座標位置に位置する複数の第２のサブピクセル２３を黒表示とすることを決定する。黒表示とは、複数の第２のサブピクセル２３の階調のうち最も暗い階調、又は、それに準じる階調での表示を意味する。また、コントラスト強調部３３は、瞳位置情報に基づき、画像表示領域の複数の第１のサブピクセル２１と、ｘｙ面内で同じ座標位置に位置する複数の第２のサブピクセル２３を最も明るい階調、又は、それに準じる階調とすることを決定する。

一例として、自動車用の表示装置を想定する。第１の表示パネル１２に、図５に示すように前方にサッカーボールが転がってきたことを示す警告画面を表示するものとする。この場合、サッカーボールとその移動方向を示す矢印は、画像表示領域４１である。一方、それ以外の部分は画像非表示領域４２である。

コントラスト強調部３３は、ｚ方向に見たとき第１の表示パネル１２の画像非表示領域４２に含まれる複数の第１のサブピクセル２１に重なる、瞳位置情報を加味して、瞳位置から観てディスプレイパネルの左右画像が共に黒となる表示領域である無表示領域を判定し、透光領域のうち、無表示領域に対応する対応領域を、部分的に減光領域に変更する。第２の表示パネル１３の複数の第２のサブピクセル２３を黒表示とすることを決定する。また、コントラスト強調部３３は、ｚ方向に見たとき第１の表示パネル１２の画像表示領域４１に含まれる複数の第１のサブピクセル２１に重なる、第２の表示パネル１３の複数の第２のサブピクセル２３を最も明るい階調で表示することを決定する。

コントラスト強調部３３は、決定された各第２のサブピクセル２３の階調に従い、第２のラインバッファ３４に、複数の第２のサブピクセル２３の画像データを書き込む。図６において、第２の表示パネル１３に表示される画像のうち、最も明るい階調で表示される複数の第２のサブピクセル２３の領域が、第１領域４３として表示される。また、最も暗い階調で表示される黒表示の複数の第２のサブピクセル２３の領域が、第２領域４４として表示される。

これにより、利用者が視認する表示装置１０の画像中の画像非表示領域４２は、より暗く表示され、表示される画像のコントラストがより高くなる。例えば、第１の表示パネル１２および第２の表示パネル１３のコントラスト比が１０００：１の場合、画像非表示領域４２に黒表示の第２領域４４を重ねることにより、コントラスト比を１００００００：１とすることができる。また、第１の表示パネル１２と第２の表示パネル１３との間で、同一のサブピクセルの配列を有する表示パネルを用いることにより、複数の第１のサブピクセル２１と対応する複数の第２のサブピクセル２３の番地が一致する。したがって、コントローラ１４は、複数の第１のサブピクセル２１と複数の第２のサブピクセル２３とを対応づけるための演算をすることを必要としない。したがって、コントローラ１４をより簡単に構成することができ、且つ、コントローラ１４の処理負荷を軽減することができる。

次に、第１の表示パネル１２の表示領域と第２の表示パネル１３の表示領域との間隔が比較的広い場合が想定される。利用者の両眼の位置の変化、および、左眼Ｅｌと右眼Ｅｒとの間の眼間距離によって、複数の第１のサブピクセル２１を出射した画像光が、ｘｙ面内の同じ座標位置の複数の第２のサブピクセル２３を通らずに、利用者の左眼Ｅｌまたは右眼Ｅｒに到達することがある。そのような場合、利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの位置に基づいて、第２の表示パネル１３を制御することができる。一例として、図７に示す表示装置１０Ａについて説明する。

表示装置１０Ａは、照射器１１、第１の表示パネル１２、第２の表示パネル１３、コントローラ１４、および、表示情報取得部１５に加え、入力部１６を含んで構成される。

入力部１６は、利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの位置である、いわゆるアイポジションとも呼ばれる瞳位置情報を、検出装置１７から受信することができる。入力部１６は、電気コネクタまたは光コネクタを備え、検出装置１７からの電気信号または光信号を受信可能に構成され得る。

検出装置１７は、利用者の両眼の瞳の位置を検出し、表示装置１０の入力部１６に出力する。表示装置１０は、検出装置１７を含んでよい。検出装置１７は、例えば、カメラを備えてよい。検出装置１７は、カメラによって利用者の顔を撮影してよい。検出装置１７は、カメラの撮影画像から左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの少なくとも一方の位置を検出してよい。検出装置１７は、１個のカメラの撮影画像から、左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの少なくとも一方の瞳位置を３次元空間の座標として検出してよい。検出装置１７は、２個以上のカメラの撮影画像から、左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの少なくとも一方の瞳位置を３次元空間の座標として検出してよい。

検出装置１７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１７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１７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１７は、入力端子に入力された映像信号から左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの少なくとも一方の瞳位置を検出してよい。

検出装置１７は、カメラに代えて、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１７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Ｅｌおよび右眼Ｅｒの少なくとも一方の瞳位置を推定してよい。検出装置１７は、１個または２個以上のセンサによって、左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒ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１７は、左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの一方のみの瞳位置を検出した場合、利用者の眼間距離の情報または一般的な眼間距離の情報から、他方の眼の瞳位置を推定しうる。他方の眼の瞳位置の推定は、検出装置１７ではなく、コントローラ１４で行ってもよい。

表示装置１０Ａはさらに、光学系１８を含むことができる。光学系１８は、第１の表示パネル１２に表示される画像を利用者の視野に投影する。光学系１８は、正の屈折力を有する反射光学素子および屈折光学素子の少なくとも何れか１つ以上を含んで構成されうる。コントローラ１４は、利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの位置に対する、光学系１８による第１の表示パネル１２および第２の表示パネル１３の像倍率を考慮して、第１の表示パネル１２および第２の表示パネル１３を制御する。

一実施形態において、光学系１８は、利用者が所定の距離から見たとき、利用者の視野内で、複数の第１のサブピクセル２１およびこれに対向して位置する複数の第２のサブピクセル２３が互いに等しいピッチを有するように投影する。この場合、利用者からみて第１の表示パネル１２が第２の表示パネル１３より遠くに位置するのに関わらず、同じ仕様でサブピクセルが配列された第１の表示パネル１２の表示領域と第２の表示パネル１３の表示領域とは、同じ視野範囲を占める。このような要件を満たす光学系１９は、幾何光学に基づいて設計することが可能である。

このような光学系１８を採用することにより、複数の第１のサブピクセル２１および複数の第２のサブピクセル２３の対応付けが容易となる。したがって、コントローラ１４をより簡単に構成することができ、且つ、コントローラ１４の処理負荷を軽減することができる。

利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの眼の位置によって、複数の第１のサブピクセル２１から出射され、利用者の左眼Ｅｌまたは右眼Ｅｒの瞳に到達する画像光の光路が、ｚ方向に見たとき複数の第１のサブピクセル２１と重なる複数の第２のサブピクセル２３を通らないことがある。また、利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの眼間距離によって、同一の第１のサブピクセル２１から出射した画像光の光路が、異なる複数の第２のサブピクセル２３を通ることがある。そのような場合、コントラスト強調部３３は、入力部１６を介して検出装置１７から受信した左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの瞳位置情報に基づいて、第２の表示パネル１３の最も明るい階調とすべき第１領域４３および最も暗い階調とすべき第２領域４４を決定する。

例えば、図８に示すように、第１の表示パネル１２上に文字「ｏ」が存在するとき、最も暗い階調以外の階調を有する複数の第１のサブピクセル２１が占める領域を画像表示領域４１とし、それ以外の領域を画像非表示領域４２とする。この場合、コントローラ１４は、第１の表示パネル１２に画像を表示する第１のラインバッファ３２から、最も暗い階調またはそれに準じる階調の複数の第１のサブピクセル２１のアドレスを検索し画像表示領域４１および画像非表示領域４２を決定してよい。

コントローラ１４は、左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの瞳位置を考慮して第２の表示パネル１３上で画像表示領域４１に対応する第１領域４３および画像非表示領域４２に対応する第２領域４４を決定する。例えば、コントローラ１４は、複数の第２のサブピクセル２３を通して左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒにより視認される第１の表示パネル１２上の領域がともに画像非表示領域４２のみの場合、その複数の第２のサブピクセル２３を第２領域４４に属するものと決定してよい。コントローラ１４は、複数の第２のサブピクセル２３を通して、左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの少なくとも一方の瞳位置が、画像表示領域４１を視認する場合、その複数の第２のサブピクセル２３を第１領域４３に属するものとして決定してよい。例えば、図９に示すように、第１領域４３は、左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの何れからも画像表示領域４１が視認できるように、画像表示領域４１よりもｘ方向に広い幅を有しうる。

このように、コントローラ１４が第１領域４３および第２領域４４を設定することにより、表示装置１０は画像が表示されていない領域をより暗く表示することができるので、表示される画像のコントラストが向上する。また、検出装置１７を設けて、利用者の眼の位置に応じて第１領域４３および第２領域４４を設定するので、異なる利用者の眼の位置および眼間距離に対応することができる。

図１０はコントローラ１４による瞳位置情報に基づく視差画像の処理手順を説明するための図である。検出装置１によって検出された瞳位置を示す瞳位置情報は、工程ａ１でコントローラ１４に入力されるとともに、工程ａ２でサイドバイサイド画像情報がコントローラ１４に入力される。コントローラ１４は、工程ａ３で、入力された瞳位置情報ａ１に基づいて、第２の表示パネル１３の視差画像データをストライプバリアを示すバリアパターンデータとして生成し、工程ａ４でサイドバイサイド画像情報に基づいて、第１の表示パネル１２の視差画像データを視差画像合成情報として生成する。これらの視差画像データの生成は、３次元表示用処理として実行される。工程ａ４で生成された視差画像データは、工程ａ７で第１の表示パネル１２に与えられ、第１の表示パネル１２の表示動作が実行される。工程ａ３で生成されたバリアパターンデータは、工程ａ５で合成後の視差画像データと照合し、開口部の開閉制御によって修整されたバリアパターンデータが生成され、工程ａ６で第２の表示パネル１３の表示動作が実行される。

図１１はコントローラ１４の視差画像データの処理手順を説明するためのフローチャートである。コントローラ１４は、工程ｂ１において、第２の表示パネル１３の開口を通して見える第１の表示パネル１２の画像データの値が０（黒）の場合、開口を閉じる動作を実行する。工程ｂ２で、第２の表示パネル１３を通して見える開口を閉じる処理をすべての開口について完了したか否かを判断し、完了していれば、工程ｂ３で次の開口に移動する。また、工程ｂ２において、すべての開口について処理が終了していなければ、工程ｂ４へ移り、第２の表示パネル１３の画像データの修整処理を終了する。

図１２はコントローラ１４に開口制御の一例を示すフローチャートである。ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）処理向きの方法として、例えば、工程ｃ１において、瞳位置が正面でないことにより変動するサブピクセル量を±３とする。第１の表示パネル１２の画像データのピクセル座標(i-1,j)，(i,j)、(i+1,j)が全て黒である場合、第２の表示パネル１３のピクセル座標(I,j)部分のバリア開口は、閉じることができる。このことから、第１の表示パネル１２の画像データが横方向に３ピクセル連続して黒の場合、その中央ピクセルを黒とするマスク画像を作ることができる。そして工程ｃ３で、このマスク画像と第２の表示パネル１３の画像データを加算（ＡＮＤ）処理することによって、第２の表示パネル１３のサブピクセル２３の開口を適切に閉じた画像を作ることができる。この方法は、ＧＰＵ処理に向いており、ＣＰＵ等のコントローラ１４の演算負荷を軽減し、高速処理を行うことができる。厳密に決めた開口の開閉処理との差はわずかであり、表示上の差異はほとんど認められない。

図１３は、車両等の移動体５０に搭載される本開示の表示装置の一実施形態であるヘッドアップディスプレイ５１の概略構成を示す図である。ヘッドアップディスプレイ５１は、ＨＵＤ（Head Up Display）ともいう。ヘッドアップディスプレイ５１は、表示装置５２および検出装置５３を含む。検出装置５３は、移動体５０の運転者である利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの位置を検出して表示装置５２に送信する。表示装置５２は、照射器５４、第１の表示パネル５５、第２の表示パネル５６およびこれらの構成要素を制御するコントローラを含む。照射器５４、第１の表示パネル５５、第２の表示パネル５６およびコントローラは、図１の表示装置１０の照射器１１、第１の表示パネル１２、第２の表示パネル１３およびコントローラ１４に類似に構成されるので、説明を省略する。

表示装置５２は、さらに、利用者の視野内に第１の表示パネル５５に表示される画像を虚像６０として投影する光学系を備える。光学系は、第１の光学部材５７、第２の光学部材５８および被投影部材５９を含む。第１の光学部材５７は、第１の表示パネル５５から出射され第２の表示パネル５６を透過した画像光を反射するミラーである。第２の光学部材５８は、第１の光学部材５７により反射された画像光を、被投影部材５９に向けて反射するミラーである。第１の光学部材５７および第２の光学部材５８の双方または何れか一方は、正の屈折力を有する凹面鏡とすることができる。被投影部材５９は、入射した画像光を利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒに向けて反射するとともに、利用者の前方から入射する光を透過させる半透明の部材である。被投影部材５９として、フロントウインドシールドの一部が使用されることがある。また、被投影部材５９として、専用のコンバイナが使用されることがある。第１の光学部材５７、第２の光学部材５８および被投影部材５９は、第１の表示パネル５５の表示領域（アクティブエリア）に表示される画像を利用者の視野内に虚像６０を結像するように投影する。虚像６０の表示される面は、利用者から見た見かけ上の表示面と呼ぶことができる。なお、光学系の構成は、ミラーを組み合わせたものに限られない。光学系は、ミラーとレンズ等を組み合わせる等の種々の構成が可能である。

以上のような構成により、ヘッドアップディスプレイ５１は、利用者の左眼Ｅｌおよび右眼Ｅｒの位置に応じて、利用者の視野内に画像を虚像６０として投影することができる。この画像は、利用者に虚像６０の表示位置に表示されているものと知覚される。また、図１の表示装置１０および図７の表示装置１０Ａについて説明したのと同様に、ヘッドアップディスプレイ５１は、画像が表示されていない領域をより暗く表示することができるので、画像のコントラストが向上する。

本開示に係る構成は、以上説明してきた実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、表示装置１０において、第１の表示パネル１２は、照射器１１と第２の表示パネル１３との間に配置した。しかし、第１の表示パネル１２は、照射器１１との間で第２の表示パネル１３を挟むように配置してよい。この場合、照射器１１によって第２の表示パネル１３が照射され、第２の表示パネル１３から出射した第２の表示パネル１３の出力が、光を透過させる透過型の表示領域を有する第１の表示パネル１２に入射する。このように、第１の表示パネル１２と第２の表示パネル１３との位置を置き換えても、表示装置１０は同様の作用、効果を有することができる。同様に、表示装置５２においても、第２の表示パネル５６を照射器５４と第１の表示パネル５５の間に配置することができる。

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。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。

本開示において「第１」および「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」および「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１方向は、第２方向と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」および「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠、大きい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。

１０ 表示装置
１１ 照射器
１２ 第１の表示パネル
１２ａ 液晶層
１２ｂ，１２ｃ ガラス基板
１２ｄ カラーフィルタ
１３ 第２の表示パネル
１３ａ 液晶層
１３ｂ，１３ｃ ガラス基板
１４ コントローラ
１５ 表示情報取得部
１６ 入力部
１７ 検出装置
１８ 光学系
２１ 第１のサブピクセル
２２ ピクセル
２３ 第２のサブピクセル
３１ 画像データ生成部
３２ 第１のラインバッファ
３３ コントラスト強調部
３４ 第２のラインバッファ
４１ 画像表示領域
４２ 画像非表示領域
４３ 第１領域
４４ 第２領域
５０ 移動体
５１ ヘッドアップディスプレイ
５２ 表示装置
５３ 検出装置
５４ 照射器
５５ 第１の表示パネル
５６ 第２の表示パネル
５７ 第１の光学部材
５８ 第２の光学部材
５９ 被投影部材
６０ 虚像
Ｅｌ 左眼
Ｅｒ 右眼

Claims (6)

1. 第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向に格子状に配列された複数の第１のサブピクセルを備える第１の表示パネルと、
   前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って、前記複数の第１のサブピクセルと等ピッチで格子状に配列された複数の第２のサブピクセルを備える第２の表示パネルと、
   画像データに基づいて、前記複数の第１のサブピクセルおよび前記複数の第２のサブピクセルを制御するコントローラと、
   利用者の左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出し、検出した眼の位置情報を前記コントローラに出力する検出装置と、を備え、
   前記第１の表示パネルおよび前記第２の表示パネルは、
   少なくとも利用者側に配置される一方が、透過型の表示パネルであり、
   前記第１の表示パネルの法線方向において、前記複数の第１のサブピクセルの各々は、前記複数の第２のサブピクセルのいずれかと重ね合わさり、
   前記コントローラは、
   前記検出装置が検出した前記眼の位置情報に基づいて、前記画像データから画像表示領域と画像非表示領域とを算出し、
   前記第１の表示パネルに前記画像データに基づく画像を表示させ、
   前記画像非表示領域に対応する前記複数の第２のサブピクセルを、前記複数の第２のサブピクセルの最も暗い階調とする、表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記画像データをラインごとに格納するラインバッファを備え、
   前記コントローラは、前記ラインバッファを検索することにより、前記画像表示領域と前記画像非表示領域とを検出する、表示装置。
3. 請求項１または２に記載の表示装置であって、
   前記コントローラは、前記画像表示領域に対応する前記複数の第２のサブピクセルを、前記複数の第２のサブピクセルの最も明るい階調とする、表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の表示装置であって、
   利用者の左右の眼の位置の情報の入力を受信可能な入力部を備え、
   前記コントローラは、前記入力部で受信した前記利用者の前記左右の眼の位置の情報に基づいて、前記画像非表示領域に対応する前記複数の第２のサブピクセルを決定する、表示装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の表示装置であって、
   前記第１の表示パネルを虚像として投影する光学系を備える、表示装置。
6. 第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向に格子状に配列された複数の第１のサブピクセルを備える第１の表示パネル、前記第１の方向及び前記第２の方向に沿って、前記複数の前記複数の第１のサブピクセルと等ピッチで格子状に配列された複数の第２のサブピクセルを備える第２の表示パネル、画像データに基づいて、前記複数の第１のサブピクセルおよび前記複数の第２のサブピクセルを制御するコントローラ、利用者の左眼および右眼の少なくとも一方の位置を検出し、検出した眼の位置情報を前記コントローラに出力する検出装置、並びに、前記第１の表示パネルを虚像として投影する光学系を含み、前記第１の表示パネルおよび前記第２の表示パネルは、少なくとも利用者側に配置される一方が、透過型の表示パネルであり、前記第１の表示パネルの法線方向において、前記複数の第１のサブピクセルの各々は、前記複数の第２のサブピクセルのいずれかと重ね合わさり、前記コントローラは、前記検出装置が検出した前記眼の位置情報に基づいて、前記画像データから画像表示領域と画像非表示領域とを算出し、前記第１の表示パネルに前記画像データに基づく画像を表示させ、前記画像非表示領域に対応する前記複数の第２のサブピクセルを、前記複数の第２のサブピクセルの最も暗い階調とする表示装置を備える移動体。

Images