JP2022055171A - ３次元表示装置、３次元表示方法、３次元表示システム、および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者に３次元画像を適切に視認させることができる３次元表示装置を提供する。【解決手段】第１画像と第１画像に対して視差を有する第２画像とを表示するアクティブエリア５１を有する表示パネル５と、パララックスバリア６と、観察者の左右の眼の夫々の位置を取得する取得部３と、左右の眼の位置に基づいて、アクティブエリア５１に第１画像および第２画像を表示させるコントローラ７と、を備え、コントローラ７は、複数のサブピクセルのそれぞれに対する透光領域６２のずれを表すずれ量をＩ、左右の眼の視差方向の移動距離をＬ、第１画像と第２画像との切換え周期をＴ、およびアクティブエリアの、第１画像と第２画像との切換え位置を表すインデックス値のバリエーション数をＶとしたとき、Ｉ＋｛Ｌ／（Ｔ×Ｖ）｝に基づいて、複数のサブピクセルのそれぞれが第１画像および第２画像のいずれを表示するかを割り当てる。【選択図】図１

Description

本開示は、３次元表示装置、３次元表示方法、３次元表示システム、および移動体に関する。

従来から、眼鏡を用いずに３次元表示を行うために、表示パネルから出射された光の一部を右眼に到達させ、表示パネルから出射された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。

出射された光は、ミラーなどの反射部材で反射される。このときに反射部材の反射面による歪が発生する。この歪は、別の光学部材などを用いて取り除かれる。

観察者に３次元画像を適切に視認させることができる３次元表示装置、３次元表示方法、３次元表示システム、および移動体が望まれている。

本開示は、観察者に３次元画像を適切に視認させることができる３次元表示装置、３次元表示方法、３次元表示システム、および移動体を提供することができる。

本開示の３次元表示装置は、第１画像と前記第１画像に対して視差を有する第２画像とを、複数のサブピクセルによって表示する、複数の表示領域に区画されたアクティブエリアを有する表示パネルと、
前記複数のサブピクセルのそれぞれから射出される画像光の光線方向を規定する複数の透光領域を有する光学素子と、
観察者の第１眼の位置と、前記第１眼とは異なる第２眼の位置とを取得する取得部と、
前記第１眼の位置および前記第２眼の位置に基づいて、前記アクティブエリアに前記第１画像と前記第２画像とを交互に切換えて表示させるコントローラと、を備える３次元表示装置であって、
前記コントローラは、
前記複数のサブピクセルのそれぞれに対する前記透光領域のずれを表すずれ量をＩ、
前記第１眼および前記第２眼の視差方向の移動距離をＬ、
前記第１画像と、前記第２画像との切換え周期をＴ、および
アクティブエリアの、前記第１画像と前記第２画像との切換え位置を表すインデックス値のバリエーション数をＶとしたとき、
Ｉ＋｛Ｌ／（Ｔ×Ｖ）｝に基づいて、前記複数のサブピクセルのそれぞれが前記第１画像および前記第２画像のいずれを表示するかを割り当てる構成とする。

本開示の３次元表示方法は、表示パネルの、複数の表示領域に区画されたアクティブエリアにおける複数のサブピクセルによって、第１画像と前記第１画像に対して視差を有する第２画像とを表示し、光学素子の複数の透光領域によって、前記複数のサブピクセルのそれぞれから射出される画像光の光線方向を規定し、取得部によって、観察者の第１眼の位置と、前記第１眼とは異なる第２眼の位置とを取得し、コントローラによって、前記第１眼の位置および前記第２眼の位置に基づいて、前記アクティブエリアに前記第１画像と前記第２画像とを交互に切換えてを表示させる３次元表示方法であって、
前記複数のサブピクセルのそれぞれに対する前記透光領域のずれを表すずれ量をＩ、前記第１眼および前記第２眼の視差方向の移動距離をＬ、前記第１画像と、前記第２画像との切換え周期をＴ、および前記第１画像と前記第２画像との切換え位置を表すインデックス値のバリエーション数をＶとしたとき、前記コントローラは、Ｉ＋｛Ｌ／（Ｔ×Ｖ）｝に基づいて、前記複数のサブピクセルのそれぞれが前記第１画像および前記第２画像のいずれを表示するかを割り当てる構成とする。

本開示の３次元表示システムは、前記３次元表示装置を備える構成とする。

本開示の移動体は、前記３次元表示装置を備える構成とする。

本開示の実施形態によれば、観察者に３次元画像を適切に視認させることが可能となる。

図１は、本開示に実施形態における３次元表示システムを鉛直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奥行方向から見た例を示す図である。 図３は、図１に示すパララックスバリアを奥行方向から見た例を示す図である。 図４は、図１に示す表示パネルにおける左可視領域を説明するための図である。 図５は、図１に示す表示パネルにおける右可視領域を説明するための図である。 図６は、図１に示す３次元表示システムにおける両眼可視領域を説明するための図である。 図７は、表示パネルのすべてのサブピクセルに透光領域が位置したときの位相を示す図である。 図８は、適視距離から第１眼で見た透光領域の中央からの位相を示す図である。 図９は、第１眼が移動したときの位相を示す図である。 図１０は、表示パネルのサブピクセルに対して理想のパララックスバリアが配設されているものと仮定したときの位相を示す図である。 図１１は、理想のパララックスバリアからのずれの位相を示す図である。 図１２は、眼の位置が移動したときの位相を示す図であるである。 図１３は、本実施形態に係る３次元表示システムを搭載したＨＵＤの例を示す図である。 図１４は、図１３に示すＨＵＤを搭載した移動体の例を示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本開示の実施形態の３次元表示システムを鉛直方向から見た模式図である。本実施形態の３次元表示システム１００は、検出装置１と、３次元表示装置２とを含んで構成される。

検出装置１は、観察者の左眼（第１眼）および右眼（第２眼）の位置を検出し、検出した左眼および右眼の位置を表す情報を３次元表示装置２に出力する。検出装置１は、例えば、カメラを備えてよい。検出装置１は、カメラによって観察者の顔を撮影してよい。検出装置１は、観察者の顔の像を含むカメラの撮影画像から左眼および右眼の位置を検出してよい。検出装置１は、１つのカメラの撮影画像から、左眼および右眼の位置を３次元空間の座標として検出してよい。検出装置１は、２個以上のカメラの撮影画像から、左眼の位置および右眼の位置を３次元空間の座標として検出してよい。

検出装置１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１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、共有の情報通信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１は、装置外のカメラからの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１は、入力端子に入力された映像信号から左眼および右眼の位置を検出してよい。

検出装置１は、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１は、センサによって観察者の頭部の位置を検出し、頭部の位置に基づいて左眼および右眼の位置を検出してよい。検出装置１は、１個または２個以上のセンサによって、左眼および右眼の位置を３次元空間の座標として検出してよい。

３次元表示システム１００は、検出装置１を備えなくてよい。３次元表示システム１００が検出装置１を備えない場合、３次元表示装置２は、装置外の検出装置からの信号を入力する入力端子を備えてよい。装置外の検出装置は、入力端子に接続されてよい。装置外の検出装置は、入力端子に対する伝送信号として、電気信号および光信号を用いてよい。装置外の検出装置は、共有の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。３次元表示装置２には、装置外の検出装置から取得した左眼および右眼の位置を示す位置座標が入力されてよい。

３次元表示装置２は、取得部３と、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、コントローラ（コントローラ）７と、メモリ８とを含んで構成される。

取得部３は、検出装置１によって検出された左眼の位置および右眼の位置を取得する。

照射器４は、表示パネル５を面的に照射し得る。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の方に出射し得る。

表示パネル５は、例えば透過型の液晶表示パネルなどの表示パネルを採用し得る。図２に示すように、表示パネル５は、面状に形成されたアクティブエリア５１上に複数の区画領域を有する。アクティブエリア５１は、混合画像を表示する。混合画像は、後述する左眼画像（第１画像）と左眼画像に対して視差を有する右眼画像（第２画像）とを含む。混合画像は、後述する、第３画像を含む。区画領域は、格子状のブラックマトリックス５２により第１方向および第１方向に直交する第２方向に区画された領域である。第１方向および第２方向に直交する方向は第３方向と称される。第１方向は水平方向と称されてよい。第２方向は鉛直方向と称されてよい。第３方向は奥行方向と称されてよい。しかし、第１方向、第２方向、および第３方向はそれぞれこれらに限られない。図面において、第１方向はｘ軸方向として表され、第２方向はｙ軸方向として表され、第３方向はｚ軸方向として表される。

区画領域の各々には、１つのサブピクセルが対応する。したがって、アクティブエリア５１は、水平方向および鉛直方向に沿って格子状に配列された複数のサブピクセルを備える。

各サブピクセルは、Ｒ（Red），Ｇ（Green），Ｂ（Blue）のいずれかの色に対応し、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つのサブピクセルを一組として１ピクセルを構成することができる。１ピクセルは、１画素と称され得る。水平方向は、例えば、１ピクセルを構成する複数のサブピクセルが並ぶ方向である。鉛直方向は、例えば、同じ色のサブピクセルが並ぶ方向である。表示パネル５としては、透過型の液晶パネルに限られず、有機ＥＬ等他の表示パネルを使用し得る。表示パネル５として、自発光型の表示パネルを使用した場合、３次元表示装置２は照射器４を備えなくてよい。

上述のようにアクティブエリア５１に配列された複数のサブピクセルはサブピクセル群Ｐｇを構成する。サブピクセル群Ｐｇは、水平方向に繰り返して配列される。サブピクセル群Ｐｇは、鉛直方向においては、水平方向に１サブピクセル分ずれた位置に隣接して繰り返して配列される。サブピクセル群Ｐｇは、所定の行および列のサブピクセルを含む。具体的には、サブピクセル群Ｐｇは、鉛直方向にｂ個（ｂ行）、水平方向に２×ｎ個（ｎ列）、連続して配列された（２×ｎ×ｂ）個のサブピクセルＰ１～Ｐ（２×ｎ×ｂ）を含む。図２に示す例では、ｎ＝６、ｂ＝１である。アクティブエリア５１には、鉛直方向に１個、水平方向に１２個、連続して配列された１２個のサブピクセルＰ１～Ｐ１２を含むサブピクセル群Ｐｇが配置される。図２に示す例では、一部のサブピクセル群Ｐｇに符号を付している。

サブピクセル群Ｐｇは、後述するコントローラ７が画像を表示するための制御を行う最小単位である。全てのサブピクセル群Ｐｇの同じ識別情報を有するサブピクセルＰ１～Ｐ（２×ｎ×ｂ）は、コントローラ７によって同時に制御される。例えば、コントローラ７は、サブピクセルＰ１に表示させる画像を左眼画像から右眼画像に切り換える場合、全てのサブピクセル群ＰｇにおけるサブピクセルＰ１に表示させる画像を左眼画像から右眼画像に同時的に切り換えられる。

パララックスバリア６は、図１に示したように、アクティブエリア５１に沿う平面により形成され、アクティブエリア５１から所定距離（ギャップ）ｇ、離れて配置される。パララックスバリア６は、表示パネル５に対して照射器４の反対側に位置してよい。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、図３に示すように、面内の所定方向に延びる複数の帯状領域である透光領域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。所定方向は、鉛直方向と０度でない所定角度をなす方向である。図１に示したように、パララックスバリア６がアクティブエリア５１に配列されたサブピクセルから射出された画像光を規定することによって、観察者の眼が視認可能なアクティブエリア５１上の領域が定まる。以降において、観察者の眼の位置に伝播する画像光を射出するアクティブエリア５１内の領域は可視領域５１ａと称される。観察者の左眼の位置に伝播する画像光を射出するアクティブエリア５１内の領域は左可視領域５１ａＬ（第１可視領域）と称される。観察者の右眼の位置に伝播する画像光を射出するアクティブエリア５１内の領域は右可視領域５１ａＲ（第２可視領域）と称される。

具体的には、図３に示したように、パララックスバリア６は、複数の、画像光を遮光する遮光面６１を有する。複数の遮光面６１は、互いに隣接する該遮光面６１の間の透光領域６２を画定する。透光領域６２は、遮光面６１に比べて光透過率が高い。遮光面６１は、透光領域６２に比べて光透過率が低い。

透光領域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。透光領域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、例えば略１００％であってよいし、１００％未満の値であってよい。アクティブエリア５１から射出される画像光が良好に視認できる範囲であれば、第１所定値は、１００％以下の値、例えば、８０％または５０％などとし得る。遮光領域６１は、パララックスバリア６に入射する光を遮って殆ど透過させない部分である。言い換えれば、遮光領域６１は、表示パネル５のアクティブエリア５１に表示される画像が、観察者の眼に到達することを遮る。遮光領域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、例えば略０％であってよく、０％より大きく、０．５％、１％または３％等、０％に近い値であってよい。第１所定値は、第２所定値よりも数倍以上、例えば、１０倍以上大きい値とし得る。

透光領域６２と遮光面６１とは、アクティブエリア５１に沿う所定方向に延び、所定方向と直交する方向に繰り返し交互に配列される。透光領域６２は、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。

図１に示したように、透光領域６２の水平方向における配置間隔であるバリアピッチＢｐ、アクティブエリア５１とパララックスバリア６との間のギャップｇは、適視距離ｄおよび標準距離Ｅ０を用いた次の式（１）および式（２）が成り立つように規定される。

Ｅ０：ｄ＝（ｎ×Ｈｐ）：ｇ …（１）

ｄ：Ｂｐ＝（ｄ＋ｇ）：（２×ｎ×Ｈｐ） …（２）

適視距離ｄは、可視領域５１ａの水平方向の長さがサブピクセルｎ個分となるような観察者の右眼および左眼それぞれとパララックスバリア６との間の距離である。右眼と左眼とを通る直線の方向（眼間方向）は水平方向である。標準距離Ｅ０は観察者の眼間距離Ｅの標準である。標準距離Ｅ０は、例えば、産業技術総合研究所の研究によって算出された値である６１．１ｍｍ～６４．４ｍｍであってよい。Ｈｐは、図２に示したような、サブピクセルの水平方向の長さである。

パララックスバリア６は、第２所定値未満の透過率を有するフィルムまたは板状部材で構成されてよい。この場合、遮光面６１は、当該フィルムまたは板状部材で構成される。透光領域６２は、フィルムまたは板状部材に設けられた開口で構成される。フィルムは、樹脂で構成されてよいし、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し、他の材料で構成されてよい。パララックスバリア６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。パララックスバリア６は、基材が遮光性を有してよいし、基材に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得る。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、透光領域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は、アクティブエリア５１の一部のサブピクセルから出射した画像光を、透光領域６２を通過させ観察者の右眼に伝搬させる。パララックスバリア６は、他の一部のサブピクセルから出射した画像光を、透光領域６２を通過させ観察者の左眼に伝搬させる。画像光が観察者の左眼および右眼のそれぞれに伝播されることによって、観察者の眼に視認される画像について、図４および図５を参照して詳細に説明する。

図４に示す左可視領域５１ａＬは、上述のように、パララックスバリア６の透光領域６２を透過した画像光が観察者の左眼に到達することによって、観察者の左眼が視認するアクティブエリア５１上の領域である。左不可視領域５１ｂＬは、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、観察者の左眼が視認することのできない領域である。左可視領域５１ａＬには、サブピクセルＰ１の半分と、サブピクセルＰ２～Ｐ６の全体と、サブピクセルＰ７の半分とが含まれる。

図５に示す右可視領域５１ａＲは、パララックスバリア６の透光領域６２を透過した他の一部のサブピクセルからの画像光が観察者の右眼に到達することによって、観察者の右眼が視認するアクティブエリア５１上の領域である。右不可視領域５１ｂＲは、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、観察者の右眼が視認することのできない領域である。右可視領域５１ａＲには、サブピクセルＰ７の半分と、サブピクセルＰ８～Ｐ１２の全体と、サブピクセルＰ１の半分とが含まれる。

サブピクセルＰ１～Ｐ６に左眼画像が表示され、サブピクセルＰ７～Ｐ１２に右眼画像が表示されると、左眼および右眼はそれぞれ画像を視認する。右眼画像および左眼画像は互いに視差を有する視差画像である。具体的には、左眼は、サブピクセルＰ１に表示された左眼画像の半分と、サブピクセルＰ２～Ｐ６に表示された左眼画像の全体と、サブピクセルＰ７に表示された右眼画像の半分とを視認する。右眼は、サブピクセルＰ７に表示された右眼画像の半分と、サブピクセルＰ８～Ｐ１２に表示された右眼画像の全体と、サブピクセルＰ１に表示された左眼画像の半分とを視認する。図４及び図５において、左眼画像を表示するサブピクセルには符号「Ｌ」が付され、右眼画像を表示するサブピクセルには符号「Ｒ」が付されている。

この状態において、観察者の左眼が視認する左眼画像の領域は最大となり、右眼画像の面積は最小となる。観察者の右眼が視認する右眼画像の領域は最大となり、左眼画像の面積は最小となる。したがって、観察者は、クロストークが最も低減された状態で３次元画像を視認する。

上述のように構成された３次元表示装置２で、互いに視差を有する左眼画像と右眼画像とが左可視領域５１ａＬおよび右可視領域５１ａＲそれぞれに含まれるサブピクセルに表示されると、眼間距離Ｅが標準距離Ｅ０である観察者は３次元画像を適切に視認し得る。上述した構成では、左眼によって半分以上が視認されるサブピクセルに左眼画像が表示され、右眼によって半分以上が視認されるサブピクセルに右眼画像が表示された。これに限られず、左眼画像および右眼画像を表示させるサブピクセルは、アクティブエリア５１、パララックスバリア６等の設計に応じて、クロストークが最小になるように左可視領域５１ａＬおよび右可視領域５１ａＲに基づいて適宜判定されてよい。例えば、パララックスバリア６の開口率等に応じて、左眼によって所定割合以上が視認されるサブピクセルに左眼画像を表示させ、右眼によって所定割合以上が視認されるサブピクセルに右眼画像を表示させてよい。

コントローラ７は、３次元表示システム１００の各構成要素に接続され、各構成要素を制御し得る。コントローラ７によって制御される構成要素は、検出装置１および表示パネル５を含む。コントローラ７は、例えばプロセッサとして構成される。コントローラ７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７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７は、記憶部を備え、記憶部に各種情報、または３次元表示システム１００の各構成要素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７のワークメモリとして機能してよい。

メモリ８は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）など、任意の記憶デバイスにより構成される。

観察者の眼間距離Ｅが標準距離Ｅ０とは異なる眼間距離Ｅ１である場合、図６に示すように左可視領域５１ａＬの一部が右可視領域５１ａＲの一部と重なった両眼可視領域５１ａＬＲが存在することがある。したがって、左可視領域５１ａＬに基づいて左眼画像を表示させるべきと判定された左サブピクセル（第１サブピクセル）であって、右可視領域５１ａＲに基づいて右眼画像を表示させるべきと判定された右サブピクセル（第２サブピクセル）であるサブピクセルが存在することがある。左サブピクセルは、例えば、左可視領域５１ａＬに所定割合（例えば、半分）以上が含まれるサブピクセルである。右サブピクセルは、例えば、右可視領域５１ａＲに所定割合以上が含まれるサブピクセルである。

このような構成において、左サブピクセルであって右ピクセルであるサブピクセルに右眼画像が表示されると、左眼が視認する右眼画像が増加する。左サブピクセルであって右ピクセルであるサブピクセルに左眼画像が表示されると、右眼が視認する左眼画像が増加する。そのため、重なったサブピクセルに左画像および右眼画像のいずれを表示させても、クロストークが増加することがある。そこで、コントローラ７は、眼間距離Ｅ１を有する観察者が、標準距離Ｅ０に基づいて構成された３次元表示装置２を視認したときに発生するクロストークを低減すべく制御を行う。以降において、コントローラ７について詳細に説明する。

コントローラ７は、観察者の眼の移動距離を切換え周期Ｔで割った数を、インデックス値のバリエーション数で割った余りの値分だけ、ずれ量として初期位相から増減してサブピクセルに第1画像および第２画像を表示させる制御を実行する。以下に、３次元表示装置の初期位相の増減によるサブピクセルの制御について説明する。

本実施形態の３次元表示装置は、第１画像と、第１画像に対して視差を有する第２画像とを、複数のサブピクセルによって表示する、複数の表示領域に区画されたアクティブエリア５１を有する表示パネル５と、複数のサブピクセルのそれぞれから射出される画像光の光線方向を規定する複数の透光領域６２を有する光学素子であるパララックスバリア６と、観察者の第１眼の位置と、第１眼とは異なる第２眼の位置とを取得する取得部３と、第１眼の位置および第２眼の位置に基づいて、アクティブエリア５１に第１画像と第２画像とを交互に切換えて表示させるコントローラ７と、を備える。

コントローラ７は、複数のサブピクセルのそれぞれに対する透光領域６２のずれを表す位相であるずれ量をＩ、第１眼および第２眼の視差方向の移動距離をＬ、第１画像と、第２画像との切換え周期をＴ、およびアクティブエリア５１の、第１画像と第２画像との切換え位置を表すインデックス値のバリエーション数をＶとしたとき、次式（３）が成立するように、位相が決定される。

Ｉ＋｛Ｌ／（Ｔ×Ｖ）｝ …（３）
に基づいて、複数のサブピクセルのそれぞれが第１画像および第２画像のいずれを表示するかを割り当てる構成とされる。

メモリ８は、第１眼の位置および第１眼の位置から標準距離にある第２眼の位置と、アクティブエリア５１に配列されたサブピクセルに表示させる画像との対応を示すテーブルを記憶する。コントローラ７は、第１眼の位置に基づいて、テーブルを用いて第１サブピクセルを判定し、第２眼の位置に基づいて、テーブルを用いて第２サブピクセルを判定する構成であってよい。

コントローラ７は、観察者の特性に基づいて、第１画像または第２画像を第３画像として表示してよい。コントローラ７は、第３サブピクセルに、例えば、黒画像を第３画像として表示してよい。黒画像は、例えば、黒色のような、所定輝度を有する画像である。所定輝度は、サブピクセルの表示可能な階調レベルのうち、最も低い階調の輝度またはこれに準じる階調の輝度に対応する値とすることができる。コントローラ７は、第３サブピクセルに黒画像を表示してよい。

コントローラ７は、第３サブピクセルに、例えば、観察者の特性に基づいて、左眼画像および右眼画像のいずれかの画像を第３画像として表示してよい。観察者の特性は、例えば、観察者の利き目に関する特性である。具体的には、コントローラ７は、予め設定された、あるいは外部から入力された観察者の利き目を示す情報に基づいて、利き目に対応する、左眼画像および右眼画像のいずれかの画像を表示してよい。コントローラ７は、観察者の利き目が左眼である場合、第３画像として左眼画像を表示し、観察者の利き目が右眼である場合、第３画像として右眼画像を表示してよい。

コントローラ７は、第３サブピクセルに、左眼画像および右眼画像の輝度値の平均値となる輝度値を有する平均画像を第３画像として表示してよい。

コントローラ７は、第１画像および第２画像の輝度値の平均値となる輝度値を有する平均画像を、第３画像として表示してよい。

コントローラ７は、アクティブエリア５１に平行で、パララックスバリア６から適視距離ｄにある面に投影した第１投影位置を第１眼の位置とし、第２眼の位置を前記面に投影した第２投影位置を第２眼の位置として、第１画像および第２画像を表示させてよい。

コントローラ７は、アクティブエリア５１の中心部と、中心部から視差方向に沿って第１眼側に最も離れた第１外縁部と、中心部から視差方向に沿って第２眼側に最も離れた第２外縁部との少なくとも３箇所のずれ量Ｉを用いて、複数のサブピクセルのそれぞれが第１画像および第２画像のいずれを表示するかを割り当てるように構成されてよい。

従来では、図７に示されるように、光学系の歪みの影響等によって、表示パネル５のすべてのサブピクセルに透光領域６２が位置したパララックスバリア６を実現するのは難しい。表示パネル５の中央部Ａ１と周縁部Ｂ１，Ｂ２とでは、パララックスバリア６とサブピクセルとの位置関係は同じでなくなり、クロストークの原因となってしまう。パララックスバリア６の理想とする位置からのずれを測定し、パララックスバリア６の位置を修整することは可能であるが、数ミクロンの位置ずれを評価し、修整するのは極めて困難である。表示パネル５のアクティブエリア５１を９分割するのは、クロストークを低減する上で意味あることであるが、例えば１５．７５ｍｍ毎に表示パネル５全体を更新しても、改善する範囲は限定される。

そこで本開示に係る３次元表示装置は、適視距離ｄから第１眼（例えば、左眼）で見た透光領域６２の中央部からの距離を位相とし、単位をサブピクセル幅とする。例えば、図８に示されるように、サブピクセル毎に位相が「５，６，７，０，…」のように決まる。このように理想的なパララックスバリア６の場合は、表示パネル５全体で固有の周期性の位相が決まる。

第１眼（例えば、左眼）が動くと、図９に示されるように、位相が「５．２，６．２，７．２，０，…」のように変化する。また、第１眼（または第２眼）の位置が動かなくても、実際のパララックスバリア６では表示パネル５の端になるほど位相はずれる。これを解消するため、例えば、第１眼（または第２眼）用の第１画像（または第２画像）を、位相６．５～１．５のサブピクセルに割り当てることによって、瞳の位置毎に局所的に合成画像が更新されることになる。

図１０は、表示パネル５のサブピクセルに対して理想のパララックスバリア６が配設されているものと仮定したときの位相を示す図である、図１１は、理想のパララックスバリア６からのずれの位相を示す図である。図１２は、眼の位置が移動したときの位相を示す図である。表示パネル５のサブピクセルのすべてにパララックスバリア６の透光領域６２のすべてが対応して位置する理想的な状態、すなわち設計どおりの配置関係にある場合、位相は図１０に示されるように、周期的な値によって表される。表示パネル５にパララックスバリア６が積層された組立状態では、現実は機械的な寸法誤差が生じうる。

適視距離ｄで眼がｘ方向、ｙ方向に移動すると、図１２に示されるように、パララックスバリア６と画素とは同じ値をとるように制御されるが、ピッチずれが発生する場合には、各サブピクセルは、各透光領域６２に対して、異なる位相変化となる。

従って、表示パネル５にパララックスバリア６を実装するとき、理想からのパララックスバリア６の各透光領域６２に対するずれ量を位相として測定し、前述のテーブルにサブピクセル毎の値として格納してよい。この場合、テーブルに格納する値は、実数で格納される。実数が周期Ｔを超える分場合、実数は、周期単位で減じた値で格納されうる。この実数は整数に限定されず、小数としうる。

本開示の３次元表示方法の実施形態を述べる。本実施形態の３次元表示方法は、表示パネル５の、複数の表示領域に区画されたアクティブエリア５１における複数のサブピクセルによって、第１画像と第１画像に対して視差を有する第２画像とを表示し、光学素子であるパララックスバリア６の複数の透光領域６２によって、複数のサブピクセルのそれぞれから射出される画像光の光線方向を規定し、取得部３によって、観察者の第１眼（例えば、左眼）の位置と、第１眼とは異なる第２眼（例えば、右眼）の位置とを取得し、コントローラ７によって、第１眼の位置および第２眼の位置に基づいて、アクティブエリア５１に第１画像と第２画像とを交互に切換えて表示させる。

コントローラ７は、複数のサブピクセルのそれぞれに対する透光領域６２のずれを表すずれ量をＩ、第１眼および第２眼の視差方向の移動距離をＬ、第１画像と第２画像との切換え周期をＴ、および第１画像と第２画像との切換え位置を表すインデックス値のバリエーション数をＶとしたとき、前述の式（３）（すなわち、Ｉ＋｛Ｌ／（Ｔ×Ｖ）｝）に基づいて、複数のサブピクセルのそれぞれが第１画像および第２画像のいずれを表示するかを割り当てる処理を実行する。このような本実施形態の３次元表示方法は、コントローラ７によって実行可能なコンピュータプログラムによって実現され得る。

図１３に示すように、３次元表示システム１００は、ヘッドアップディスプレイシステム４００に搭載され得る。ヘッドアップディスプレイシステム４００は、ＨＵＤ（Head Up Display）４００ともいう。ＨＵＤ４００は、３次元表示システム１００と、光学部材４１０と、被投影面４３０を有する被投影部材４２０とを備える。ＨＵＤ４００は、３次元表示システム１００から射出される画像光を、光学部材４１０を介して被投影部材４２０に到達させる。ＨＵＤ４００は、被投影部材４２０で反射させた画像光を、観察者の左眼および右眼に到達させる。つまり、ＨＵＤ４００は、破線で示される光路４４０に沿って、３次元表示システム１００から観察者の左眼および右眼まで画像光を進行させる。観察者は、光路４４０に沿って到達した画像光を、虚像４５０として視認し得る。

図１４に示すように、３次元表示システム２００を含むＨＵＤ４００は、移動体１０に搭載されてよい。ＨＵＤ４００は、構成の一部を、当該移動体１０が備える他の装置、部品と兼用してよい。例えば、移動体１０は、ウインドシールドを被投影部材４２０として兼用してよい。構成の一部を当該移動体１０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得る。ＨＵＤ４００、３次元表示システム１００は、移動体１０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。

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もよい。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。

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。

１ 検出装置
２ ３次元表示装置
３ 取得部
４ 照射器
５ 表示パネル
６ パララックスバリア
７ コントローラ
８ メモリ
１０ 移動体
５１ アクティブエリア
５１ａＬ 左可視領域
５１ａＲ 右可視領域
５１ｂＬ 左不可視領域
５１ｂＲ 右不可視領域
５１ａＬＲ 両眼可視領域
５１ｂＬＲ 両眼不可視領域
６０ パララックスバリア
６１ 遮光面
６２ 透光領域
１００ ３次元表示システム
４００ ヘッドアップディスプレイシステム
４１０ 光学部材
４２０ 被投影部材
４３０ 被投影面
４４０ 光路
４５０ 虚像

Claims (9)

1. 第１画像と前記第１画像に対して視差を有する第２画像とを、複数のサブピクセルによって表示する、複数の表示領域に区画されたアクティブエリアを有する表示パネルと、
   前記複数のサブピクセルのそれぞれから射出される画像光の光線方向を規定する複数の透光領域を有する光学素子と、
   観察者の第１眼の位置と、前記第１眼とは異なる第２眼の位置とを取得する取得部と、
   前記第１眼の位置および前記第２眼の位置に基づいて、前記アクティブエリアに前記第１画像と前記第２画像とを交互に切換えて表示させるコントローラと、を備える３次元表示装置であって、
   前記コントローラは、
   前記複数のサブピクセルのそれぞれに対する前記透光領域のずれを表すずれ量をＩ、
   前記第１眼および前記第２眼の視差方向の移動距離をＬ、
   前記第１画像と、前記第２画像との切換え周期をＴ、および
   アクティブエリアの、前記第１画像と前記第２画像との切換え位置を表すインデックス値のバリエーション数をＶとしたとき、
   Ｉ＋｛Ｌ／（Ｔ×Ｖ）｝に基づいて、前記複数のサブピクセルのそれぞれが前記第１画像および前記第２画像のいずれを表示するかを割り当てる、３次元表示装置。
2. 前記第１眼の位置および前記第１眼の位置から標準距離にある前記第２眼の位置と、前記アクティブエリアに配列されたサブピクセルに表示させる画像との対応を示すテーブルを記憶するメモリをさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記第１眼の位置に基づいて、前記テーブルを用いて前記第１サブピクセルを判定し、
   前記第２眼の位置に基づいて、前記テーブルを用いて前記第２サブピクセルを判定する、請求項１に記載の３次元表示装置。
3. 前記コントローラは、前記観察者の特性に基づいて、前記第１画像または前記第２画像を第３画像として表示する、請求項１または２に記載の３次元表示装置。
4. 前記コントローラは、前記第１画像および前記第２画像の輝度値の平均値となる輝度値を有する平均画像を、前記第３画像として表示する、請求項３に記載の３次元表示装置。
5. 前記コントローラは、前記アクティブエリアに平行で、前記光学素子から適視距離にある面に投影した第１投影位置を前記第１眼の位置とし、前記第２眼の位置を前記面に投影した第２投影位置を前記第２眼の位置として、前記第１画像および前記第２画像を表示させる、請求項１～４のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
6. 前記コントローラは、前記アクティブエリアの中心部と、前記中心部から前記視差方向に沿って前記第１眼側に最も離れた第１外縁部と、前記中心部から前記視差方向に沿って前記第２眼側に最も離れた第２外縁部との少なくとも３箇所のサブピクセルに対する透光領域のずれ量Ｉを用いて、前記複数のサブピクセルのそれぞれが前記第１画像および前記第２画像のいずれを表示するかを割り当てる、請求項１～５のいずれか１項に記載の３次元表示装置。
7. 表示パネルの、複数の表示領域に区画されたアクティブエリアにおける複数のサブピクセルによって、第１画像と前記第１画像に対して視差を有する第２画像とを表示し、光学素子の複数の透光領域によって、前記複数のサブピクセルのそれぞれから射出される画像光の光線方向を規定し、取得部によって、観察者の第１眼の位置と、前記第１眼とは異なる第２眼の位置とを取得し、コントローラによって、前記第１眼の位置および前記第２眼の位置に基づいて、前記アクティブエリアに前記第１画像と前記第２画像とを交互に切換えてを表示させる３次元表示方法であって、
   前記複数のサブピクセルのそれぞれに対する前記透光領域のずれを表すずれ量をＩ、前記第１眼および前記第２眼の視差方向の移動距離をＬ、前記第１画像と、前記第２画像との切換え周期をＴ、および前記第１画像と前記第２画像との切換え位置を表すインデックス値のバリエーション数をＶとしたとき、前記コントローラは、Ｉ＋｛Ｌ／（Ｔ×Ｖ）｝に基づいて、前記複数のサブピクセルのそれぞれが前記第１画像および前記第２画像のいずれを表示するかを割り当てる、３次元表示方法。
8. 請求項１～６のいずれか１項に記載の３次元表示装置を備える３次元表示システム。
9. 請求項１～６のいずれか１項に記載の３次元表示装置を備える移動体。

Images